Protección de personas en sistemas de...

Cuaderno Técnico nº 129

Protección de personasen sistemas de alimentaciónestática ininterrumpida

J. N. Fiorina

Cuaderno Técnico Schneider n° 129 / p. 2

La Biblioteca Técnica constituye una colección de títulos que recogen las novedadeselectrotécnicas y electrónicas. Están destinados a Ingenieros y Técnicos que precisen unainformación específica o más amplia, que complemente la de los catálogos, guías de producto onoticias técnicas.

Estos documentos ayudan a conocer mejor los fenómenos que se presentan en las instalaciones,los sistemas y equipos eléctricos. Cada uno trata en profundidad un tema concreto del campo delas redes eléctricas, protecciones, control y mando y de los automatismos industriales.

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La reproducción total o parcial de este Cuaderno Técnico está autorizada haciendo la mención obligatoria:«Reproducción del Cuaderno Técnico nº 129 de Schneider Electric».

cuadernotécnico no 129

Protección depersonasen sistemas dealimentación estáticaininterrumpida

Por: Jean Noël Fiorina

Trad.: J. A. Pérez

Edición francesa: mayo 1991

Versión española: marzo 2000

Jean Noël FIORINA

Se incorpora a la firma Merlin Gerinen 1968 como agente técnico delaboratorio en el departamento ACS,Alimentación de ConvertidoresEstáticos, participando en la puesta apunto de nuevos proyectos.

Se diploma en 1977, como Ingenierode L'ENSERG (Francia), después de3 años de estudios nocturnos. Sereincorpora al departamento ACS.Seguidamente accede comoIngeniero de desarrollo y comoencargado de proyecto, llegando aresponsable de concepción en eldepartamento EPS, Suministro dePotencia Eléctrica. Se le considera elpadre de los onduladores demediana y alta potencia.

Actualmente en la División deAlimentadores, es responsable deinnovación en al área de alimentaciónininterrumpida de futuros proyectos.


Terminología

(Definiciones extraídas de la normaCEI 146-4)

By-pass: camino de derivación(shuntado) del convertidor indirectode la corriente alterna (rectificador yondulador).

Contactor estático: parte delinterruptor de transferencia. Es uncontactor a base de semiconductores(tiristores) encargado de la conexióninstantánea entre la instalaciónaguas abajo (utilización) y lainstalación aguas arriba (entradaalterna); normalmente se encuentraacompañado, en los SAIs de altaspotencias, de un contactorelectromagnético (figuras 2 y 3).

CPA: Controlador Permanente deAislamiento para circuitos de cc.

CPN: Conductor común de Proteccióny Neutro.

DCC: Detector de ComponenteContinua.

DDR: Dispositivo de protecciónDiferencial de corriente Residual.

Interruptor de transferencia:interruptor de SAI que consta de unoo varios interruptores, que seemplean para transferir la potenciade una fuente a otra.

Ondulador: forma parte de un SAI. Setrata de un sistema electrónico depotencia que convierte una tensióncontinua en una alterna. Un SAIpuede incorporar varios onduladores.

Por extensión, el término onduladorse aplica corrientemente al SAI(figura 1).

SAI: Sistema AlimentaciónIninterrumpida.

Unidad del SAI: SAI completo, queincluye por lo menos una de lasunidades funcionales siguientes:ondulador, rectificador y batería, uotro medio de acumulación deenergía, que puede estar asociado aotras unidades de SAI para formar unSAI paralelo o redundante.

(En este Cuaderno Técnico, losconjuntos rectificador-batería deacumuladores-ondulador sedenominan simplemente«cadenas»).


Índice

Protección de personas en sistemasde alimentación estática ininterrumpida

La instalación de un SAI (Sistema deAlimentación Ininterrumpida) de tipoestático plantea problemasespecíficos en cuanto a la aplicaciónde las normas de seguridaddefinidas en la norma NF C 15-100 §553 aplicable a las instalacionesgenerales en los edificios.

En este Cuaderno Técnico serecuerdan algunos conceptos, queson muy útiles e inclusoindispensables, y que vienencomplementados por algunoscomentarios elaborados porSchneider.

1 Introducción ¿Qué es un SAI? p. 6

Condiciones particulares p. 8

Protección contra los p. 8contactos directos

Protección contra los p. 9contactos indirectos

Esquemas de conexión de p. 9neutro a tierra

2 Protección contra contactos La posición del neutro respecto p. 11indirectos aguas abajo a tierra, aguas abajo del SAI,del ondulador puede ser distinta de la del

neutro de la instalación quealimenta al SAI

SAI sin aislamiento galvánico p. 11

SAI con aislamiento galvánico p. 14

Síntesis p. 15

3 Protección contra los contactos Dispositivos de control de los p. 16indirectos en circuitos cc y batería circuitos cc

Interacción entre los dispositivos p. 17de control de los circuitos de ccy los de instalaciones aguasarriba y aguas abajo

Principales casos de aplicación p. 18

Casos particulares p. 23

4 Conclusión p. 24

Anexo 1: Diferentes esquemas de SAI SAI unitario p. 25

SAI en paralelo p. 26

SAI redundantes p. 27


1 Introducción

Con el fin de ganar precisión seemplearán, en este CuadernoTécnico, frecuentemente los términosSAI «Sistema de AlimentaciónIninterrumpida» e «interruptor detransferencia». Dichos términosestán definidos en la Norma CEI 146(terminología), que trata de losconvertidores estáticos y,especialmente, de los SAI.Sustituyen respectivamente a lasdenominaciones «ondulador» y«contactor estático» (terminología).

¿Qué es un SAI?

Un SAI (sistema de alimentaciónininterrumpida), como su nombreindica, tiene la finalidad de mantenerla alimentación de un receptor, porejemplo, un ordenador. Para eso,cuando la tensión aguas arriba de unSAI estático desaparece, lainstalación aguas abajo siempreestará alimentada con la energíasuministrada por una batería deacumuladores eléctricos.

De hecho, un SAI estático tieneparticularidades esenciales encuanto a la protección de personas:

nnnnn tiene circuitos de corriente alternay circuitos de corriente continua conuna batería. En adelante, en este CT,los circuitos de corriente continua sedenominarán «circuitos cc»;

nnnnn es:

ooooo un receptor, respecto a lainstalación aguas arriba,

ondulador

rectificador-cargador baterías deacumuladores

convertidor:generación de cano-senoidal(puntas)

TO (ondulador)transformadorde salida:adaptación de tensión -aislamientogalvánico

filtro: generaciónde la ondasinusoidal poraplanado de laonda alterna

TR (rectificador)transformador deentrada (adapta-ción de tension y aislamientogalvánico)

entradade c.a.

salida deondulador

3L

N3L

3L

N

N

3L

N3L

3L

N

Interruptor de transferencia

conexión del neutro

contactor estático contactor de corte delondulador (durante laconmutación del by-pass)

TB (by-pass)transformadorde entrada - adaptación detensión -aislamientogalvánico

entradade ca

interruptor automáticode entrada del circuitoby-pass

de la salidadelondulador

utilización

3L

3LN

interruptor «by-pass» (para mantenimiento)

3LN

Fig. 1: Repaso de los elementos constructivos de una cadena con rectificador, batería de acumuladores y ondulador; (se hace notarque, no siendo indispensables para el funcionamiento, no se prevén sistemáticamente los transformadores TR y TO).

Fig. 2: Repaso de los elementos constitutivos del circuito by-pass; (se hace notar que, no siendo obligatorio el transformador deentrada TB, en su ausencia la alimentación del by-pass se hace en trifásica con neutro).


ooooo una fuente de energía, respecto ala instalación aguas abajo;

nnnnn cuando falla la tensión de ca dealimentación, su rectificador quedabloqueado y no puede atravesarloninguna corriente;

nnnnn su ondulador sólo puede darpequeñas corrientes de cortocircuito(alrededor de 2 In).

La protección de personas tiene unarelación específica con losdiferentes tipos de SAI

Para comprender todas estascaracterísticas, en primer lugar esnecesario conocer la constitución deun SAI (figuras 1 y 2) y suconfiguración general (figura 3),mientras que los principalesesquemas de la norma CEI 146-4están recogidos en el anexo 1.

Para todas las instalaciones de bajatensión, las medidas destinadas a laprotección de personas dependen dela posición del neutro de lainstalación respecto a tierra (o de unafase si el neutro no existe o esinaccesible), definida por el«esquema de conexión del neutro atierra». Esta fórmula sustituye a laantigua denominación «regímenesde neutro». Los esquemas de lafigura 4 indican las diferentesposibles interconexiones del neutroen un SAI, realizándose estasinterconexiones cuando lasinstalaciones de alimentación (aguasarriba) y de utilización (aguas abajo)tengan un mismo esquema deconexión del neutro a tierra.

Cuando las instalaciones aguasarriba y aguas abajo tienen diferentesesquemas de conexión del neutro atierra, habrá que prevertransformadores de separación queaseguren el aislamiento galvánicototal y permanente entre lasinstalaciones aguas arriba y aguasabajo (figura 3).

Nota: las diferentes entradas de cason, generalmente, salidas de lamisma fuente BT, lostransformadores A de los esquemasde la figura 4. Están alimentados porsalidas diferentes del cuadro generalde BT (interruptores automáticos C,Cb, C1, C2, Cn). Los esquemas deconexión del neutro de dos entradasde ca son los mismos. Son posiblesotras soluciones, pero para ello seprecisan estudios complementarios.

salidade ca

en

tra

da

s d

e c

a

TB

rectificadorcargador

ondulador

canal 1

canal 2

canal n

circuito de by-pass

TOTR

conmutador detransferencia

3L 3L

N G2

3L 3L

N G1

3L

Finterruptor detransferencia3

L

N

3L

N

3L

N

E

DCb

C1

C2

GnCn

circuito by-pass

AB

3L

N

c) Varios SAI's conectados con un by-pass común

3L 3L

N3

L

Finterruptor detransferencia

3L

N

3L

N

3L

N

E

DCb

C

circuito by-pass

AB

3L

N

b) SAI con by-pass individual

3L

3L

N

3L

NC 3L

Na) SAI único, sin by-pass

AB

Fig. 3: Configuración de un SAI, y emplazamiento de los transformadores eventuales(necesarios para las adaptaciones de tensión y/o el aislamiento galvánico).

Fig. 4: Interconexiones posibles del neutro en una instalación entre las redes aguasarriba (alimentación) y aguas abajo (utilización) de uno o varios SAI's.

A notar:

1. que la conexión eventual del neutro a tierra de la instalación aguas abajo en un SAIsin by-pass se hace a nivel de sus conectores de alimentación y de utilización,

2. que es posible acoplar varios SAI's con by-pass individual.


Condiciones particularesExistencia de aislamiento galvánicoen un SAI

Además de todas estasconsideraciones de orden general,también es preciso saber que puedehaber un aislamiento galvánico entrelas diferentes partes constituyentesde un SAI, precisándose el examenminucioso de los casos siguientes:

nnnnn con o sin aislamiento galvánicoentre las instalaciones aguas arriba yaguas abajo, lo que es objeto deestudio en el capítulo 2,

nnnnn con o sin aislamiento galvánicoentre la batería y los circuitos decorriente continua por una parte y lasinstalaciones aguas arriba y aguasabajo por otra, lo que es objeto deestudio en el capítulo 3.

Máxima continuidad de servicioexigida

La búsqueda de la mejor continuidadde alimentación para los receptoresalimentados por un SAI exige laselectividad en las protecciones paratodos los disparos, ya se produzcantras un defecto entre conductoresactivos o por un defecto deaislamiento.

Siendo la capacidad de sobrecargadel ondulador relativamente baja, lasprotecciones se deben escoger conmucha atención.

Además, la presencia eventual defiltros antiparásitos, en particular parareceptores de tipo informático,deberá considerarse al definir lasprotecciones. En efecto, loscondensadores situados entre losconductores activos y tierra puedenprovocar funcionamientosindeseables de las proteccionesdiferenciales (Cuaderno Técnico nº114).

Protección contra loscontactos directos

La protección de personas contra loscontactos directos, por el contactocon una pieza normalmente entensión, está asegurada cuando elmaterial se instala con recubrimiento(envolventes). El grado de protecciónde estas envolventes, como mínimo,será IP 2xx ó IP xxB (según CEI 529).

Las normas que rigen la protecciónde personas son:

nnnnn la CEI 364-41 para la instalación,

nnnnn la CEI 349 para los conjuntos deserie o derivados de serie(anteriormente conocidos como«conjuntos montados en fábrica»).

En lo que concierne a las baterías deacumuladores, considerar estasnormas y las condiciones defuncionamiento conduce a dosformas distintas de instalación:

nnnnn integración de baterías con losotros constituyentes de laalimentación estática (rectificador,ondulador, by-pass, interruptor detransferencia, armario del interruptorautomático, batería, señalizaciones,) en armarios que tengan un gradode protección IP 2xx ó IP xxB, ver IP3xx ó IP xxC (figuras 5 y 6).

Fig. 5: Micropac SX300, 300VA, un SAIde Merlin Gerin para un equipo micro-informático.

Fig. 6: De 40 a 4 800 kVA, EPS 5 000, un SAI Merlin Gerin. A destacar en esta fotografíasu cuadro de control, y el armario de baterías incorporado.


nnnnn agrupando las baterías en localesespecializados (delimitados por lasparedes de un edificio, o dentro de unarmario) reservados a servicioseléctricos (figura 7).

Además, los riesgos inherentes a lasbaterías de acumuladores(emanación de gases explosivos,sustancias corrosivas) que imponencondiciones especiales deinstalación.

Protección contra loscontactos indirectos

Por contactos indirectos se entiendenlos contactos de personas o deanimales con masas puestasaccidentalmente en tensión tras undefecto de aislamiento.

Generalmente esta protección serealiza mediante:

nnnnn la interconexión y puesta a tierra delas masas metálicas de unainstalación (equipotencialidad);

nnnnn la eliminación de un defectopeligroso para las personas (y losbienes) por medio de un dispositivode protección cuya elección dependede los esquemas de conexión delneutro a tierra.

La seguridad también puedeobtenerse empleando otros métodos(clase II, transformador deaislamiento,) generalmente noaplicables en instalaciones queincluyen SAI.

Esquemas de conexión deneutro a tierra (norma CEI364-3)

Esta norma define, en instalacionesde baja tensión, tres tipos deesquemas de conexión a tierra:

nnnnn esquema TT: llamado neutro atierra,

nnnnn esquema TN: llamado de neutro atierra,

nnnnn esquema IT: llamado de neutroaislado o con impedancia.

Se simbolizan por 2 letras:

nnnnn la primera indica la situación delneutro en el origen de la instalación,respecto a tierra:

- T: conexión directa del neutro atierra,

- I: o bien con aislamiento de todaslas partes activas respecto a tierra, obien con conexión del neutro a tierraa través de una impedancia;

nnnnn la segunda indica la situación delas masas respecto a tierra:

T: masas conectadas directamente atierra,

N: masas conectadas al neutro.

Además, en régimen TN se empleanotras 2 letras:

nnnnn TN-S: cuando la función deprotección la asegura un conductordistinto del neutro o del conductoractivo puesto a tierra;

nnnnn TN-C: cuando las funciones deneutro y de protección se unen en unsolo conductor (CPN).

La tabla de la figura 8 resume elconjunto de la norma que trata de lainstalación y explotación de estosesquemas.

Fig. 7: Sala de baterías de un SAI de 200 kVA con una autonomía de 10 minutos.


Neutro a tierra (TT) (figura a)Es el esquema habitual de la distribuciónpública.Técnica de explotación:Corte al primer defecto de aislamiento.Técnica de protección de personas:La puesta a tierra de las masas está asociadaobligatoriamente al empleo de dispositivosdiferenciales a corriente residual (DDR), almenos uno en cabecera de la instalación.Es la solución más sencilla, tanto de estudiocomo de instalación. No precisa controlpermanente de aislamiento, pero cada defectoorigina un corte del elemento en cuestión.Nota: Si aguas abajo de un SAI, por especialescondiciones de funcionamiento, es precisoseparar la toma de tierra de las masas (de lasutilizaciones) de la toma de tierra del neutro(ondulador), sólo se puede emplear el esquemade neutro a tierra (TT).

Puesta al neutro (TN) (figura b)Técnica de explotación:Corte al primer defecto de aislamiento.Técnica de protección de personas:nnnnn interconexión y puesta a tierra imperativa delas masas y del neutro;nnnnn corte al primer defecto realizado por disparode las protecciones de sobreintensidad(interruptores automáticos o fusibles) o pordispositivo diferencial.El esquema TN precisa de un estudio de lainstalación y un personal de explotacióncompetente. Ello es debido a la circulación degrandes corrientes de defecto, pudiendo dañarciertos aparatos sensibles.

Neutro aislado (IT) e impedante (figura c)Con este esquema, el primer defecto deaislamiento no es peligroso.Técnica de explotación:nnnnn señalización del primer defecto deaislamiento;nnnnn búsqueda y eliminación obligatoria deldefecto;nnnnn corte si se producen dos defectossimultáneos de aislamiento.Técnica de protección de personas:nnnnn interconexión (a) y puesta a tierra de lasmasas, según esquema TT si no estáninterconectadas todas las masas, y segúnesquema TN en el caso contrario;nnnnn vigilancia del primer defecto por elcontrolador permanente de aislamiento;nnnnn corte al segundo defecto por protección desobreintensidad (interruptores automáticos ofusibles) o por dispositivo diferencial.El esquema IT es la solución que asegura lamejor continuidad de servicio. La señalizacióndel primer defecto permite una prevencióncontra todo riesgo de electrocución. Precisa deun personal de vigilancia competente,(búsqueda del primer defecto).

3L

N

M

toma de tierradel neutro

toma de tierrade las masasde utilización

(a)

1

3LN

3LN

2 3 utilización

3L

N

M


toma de tierra de lasmasas de utilización

3LN

3LN

utilización

DDR

3L


utilización

CP

N3L

toma de tierradel conductorde protección CPN

CPN

3L

N


utilización

CP

toma de tierradel conductorde protección CP

3LN

CP

Fig. 8: Resumen de los 3 esquemas de conexión del neutro a tierra.

Fig. a: DDR: Dispositivo de protección Diferencial de corriente Residual

Fig. b:

Esquema TN-C: neutro y conductor de protección confundidos; este esquema nose puede utilizar para secciones inferiores a 10 mm2, y aguas abajo del esquemaTN-S.

Esquema TN-S: neutro y conductor de protección separados.

Fig. c:

Si la interconexión (a) no es posible, es obligatorio el empleo de un dispositivodiferencial.

1. limitador de sobretensión conectado entre la toma de tierra del neutro y elneutro del transformador, si dicho transformador es MT/BT.

2. controlador permanente de aislamiento.

3. impedancia eventual.


Los dispositivos previstos por lasnormas en cuanto a la protección depersonas (figura 8) siempre sonaplicables. Pero el buenfuncionamiento de los dispositivos deprotección en una instalación queincluya un SAI precisa disponer dedisposiciones complementariasdetalladas en los subcapítulossiguientes; las precaucionesdetalladas a continuación se aplicanen todos los casos:

nnnnn Esquema TT

La protección de personas contra loscontactos indirectos está aseguradapor Dispositivos de CorrienteDiferencial Residual (DDR). Para sucorrecto funcionamiento hay quemantener la conexión a tierra delneutro sea cual sea la configuración.

nnnnn Esquema TN

La protección de personas contra loscontactos indirectos está realizada enprincipio por las protecciones desobreintensidad, pero las corrientesde cortocircuito suministradas por losonduladores son de pequeño valor(alrededor de 2 In). También laeliminación del defecto aguas abajode un SAI se obtiene en lasdiferentes cargas:

ooooo bien sea por la apertura de losinterruptores automáticos cuyo nivel(umbral) de disparo instantáneo esinferior a la Icc máxima del SAI,

ooooo o con el esquema TN-S, por laapertura de DDR.

Nota: Puede tenerse enconsideración el empleo deinterruptores automáticos que tenganun umbral más elevado y «sensiblesal defecto» con conmutaciónautomática en la instalación aguasarriba por medio del by-pass. Peroesta solución es desaconsejableporque en ausencia de tensiónaguas arriba del by-pass hay riesgode no disparo y de parada del SAI.

nnnnn Esquema IT

Se debe asegurar la señalización delprimer defecto de aislamiento sea

cual sea la configuración. Laprotección al segundo defecto estaráentonces asegurada:

ooooo como en el esquema TN, si lasmasas están conectadas,

ooooo como en el esquema TT, si lasmasas no están conectadas.

La posición del neutrorespecto a tierra, aguasabajo del SAI, puede serdistinta de la del neutro dela instalación que alimentaal SAI

Esta posibilidad está directamenterelacionada con el aislamientogalvánico que exista o no entre lasentradas y la salida del SAI. Esteaislamiento galvánico se obtiene contransformadores de devanadosseparados (figura 3).

Observación:

El circuito «by-pass», en adelantedenominado simplemente by-pass,así como los interruptores detransferencia, por principio, noimplican aislamiento galvánico. Porello, en ausencia del transformadoren el by-pass, los esquemas deconexión del neutro aguas arriba yaguas abajo serán necesariamenteidénticos (figura 4).

SAI sin aislamientogalvánico

Esta configuración se da cada vezque las cadenas o el by-pass estánen conexión directa o no incluyenmás que un autotransformador entrelas instalaciones aguas arriba yaguas abajo.

Habrá que considerar entonces doscasos de ausencia de tensión:

nnnnn ausencia sin interrupción de loscircuitos que aseguran la continuidaddel neutro de la instalación dealimentación, por ejemplo por falta detensión en el transformador A y no

apertura de los aparatos B y C (figura4a) o B y Cb (figura 4b).

En el primer caso el esquema inicialde las conexiones a tierra semantiene y ciertos dispositivos deprotección de la instalación dealimentación (aguas arriba) puedenser empleados para la protección dela instalación de utilización (aguasabajo);

nnnnn ausencia con interrupción decircuito, provocando la ruptura delneutro en la instalación dealimentación general, por ejemplopor apertura de los aparatos B o C enesquema TT (figura 4a) o B y Cb(figura 4b).

En este caso, durante el periodo decorte o interrupción del neutro, esconveniente:

ooooo restablecer provisionalmente elesquema de conexión a tierra delneutro aguas abajo del SAI, y segúnla «posición del neutro respecto atierra», poner en servicio dispositivosde control,

ooooo si es preciso, adoptar lasdisposiciones que aseguran elcontrol de circuitos cc (capítulo 3).

Esquema TT

Sin aislamiento galvánico, en marchanormal (presencia de tensión alternaaguas arriba o en ausencia detensión sin interrupción del conductorde neutro), la puesta a tierra delneutro aguas abajo del SAI se realizaa nivel del transformador A (figura 9).

Cuando hay ausencia de tensiónaguas arriba del SAI con interrupcióndel conductor neutro (por ejemplo porapertura de un interruptor aguasarriba), para asegurar elfuncionamiento de los DDR esconveniente conectarautomáticamente el neutro del SAI atierra (a nivel del regletero);precisamente ésta es la utilidad delrelé R2 en el esquema de la figura 9.

Esta conexión temporal a tierra puedesustituirse por una conexiónpermanente a la toma de tierra del

2 Protección contra contactos indirectos aguas abajo del ondulador


transformador A, si es accesible ypróximo. En todo caso el conductorempleado para dicha conexión debeestar definido, en sección y caída detensión, en referencia a lainstalación.

En el caso de que cada línea incluyaun transformador TR o TO, el circuitoby-pass es el único que controla laausencia de tensión (entonces seráéste el único circuito que asegura laconexión galvánica).

Nota: la continuación de laexplotación en las partidas o cargasno afectadas por el defecto obliga aque las protecciones diferencialesaguas arriba del SAI sean selectivascon las de la instalación aguasabajo.

Esquema TN

Se pueden considerar dosesquemas, referentes a lacontinuidad de los conductores deneutro y de protección:

nnnnn la instalación aguas arriba y lainstalación aguas abajo están en TN-C (el neutro y el conductor deprotección son comunes). En estecaso, es suficiente conectarpermanentemente el neutro a lasalida del SAI al conductor común deprotección y de neutro CPN, (figura10a).

nnnnn la instalación aguas abajo está enTN-S (neutro y conductor deprotección separados).

3L

3L 3L

N U3

CPN

3L

G2

3L 3L

N U2

CPN

3L

G1

3L U1

CPN

3L


3L

N

3L

N N3

LN

E

DCb

C1

C2

GnCn

circuito by-pass

B

U3

CPU2

CPU1

CPN

A

3L

N3

LN

3L

N3L

N N

CPN CPN

3L

3L 3L

NU3

G2

3L 3L

N

U2

G1

3L

U1


3L

N

3L

N

3L

N

E

D

Cb

C1

C2Gn

Cn

circuito by-pass

BA

N

3L

N3

LN

3L

N

equiposmetálicos

N

R2

Fig. 10a: Dispositivos de protección de personas en una instalación que incluye un SAI sin aislamientogalvánico, en esquema de conexión neutro TN.

Fig. 10b: Dispositivo deprotección con esquemaTN-S.

Fig. 9: Dispositivos de protección de personas en una instalación que incluye un SAI sin aislamiento galvánico, en esquema deconexión de neutro TT.


Es suficiente conectar de formapermanente el neutro del SAI alconductor común de protección y deneutro (CPN) como en el casoanterior, después de distribuir aguasabajo del SAI los dos conductores(figura 10b); pudiendo entoncesinstalar DDR en las salidas U1, U2,U3,

Si la instalación aguas arriba ya estáen TN-S, sólo es posible unasolución: tener un esquema deconexión del neutro a tierra aguasabajo distinto del esquema aguasarriba con la realización de unaislamiento galvánico al nivel del SAI.

(Los dos esquemas TN-C y TN-Spueden ser empleados en unamisma instalación con la condiciónque el esquema TN-C sea utilizadoaguas arriba del esquema TN-S).

Esquema IT (Figura 11)

Sin aislamiento galvánico, en marchanormal un Controlador Permanentede Aislamiento «CPA» CPA1, situadoen el origen de la instalación, lacontrola toda incluso aguas abajo delondulador, del hecho de la no rupturadel neutro.

En el caso de desaparición de latensión en todas la entradas aguasarriba del SAI, el CPA2 se pone enservicio automáticamente, por mediode un relé de ausencia de tensión(R2).

Mientras que haya ausencia detensión en el transformador A, espreciso vigilar para que el CPA1, queno está alimentado, no perturbe elfuncionamiento del CPA2.Dependiendo de los tipos de CPAempleados, se necesitará de un reléde ausencia de tensión (R1) quesepare el CPA1 de la instalaciónaguas arriba.

Notas:

nnnnn el CPA2 debe ser instalado de talmanera que se asegure sufuncionamiento, incluso durante elmantenimiento de una de las líneasen paralelo;

nnnnn el CPA2, cuando está en servicio,vigila el conjunto de las instalacionesaguas abajo, y aguas arriba, hastalos órganos de ruptura abiertos de lainstalación aguas arriba;

3L 3L

N G2

3L 3L

N G1

3L

Finterruptor de transferencia

3L

N

3L

N

3L

N

E

DCb

C1

C2

GnCn

circuito by-pass

A

N

B

CPA2

R2

3L

N

CPA1

R1

3L 3L

N G2

3L 3L

N G1

3L


3L

N

3L

N

3L

N

E

DCb

C1

C2

GnCn

circuito by-pass

A

N

TRy/oTO

TRy/oTO

B

CPA2

R2

3L

N

CPA1

R1

Fig. 11: Dispositivos de protección de personas en una instalación que incluye un SAIsin aislamiento galvánico, en esquema de conexión de tierra IT.

Fig. 12: SAI con aislamiento galvánico parcial por presencia de un transformador TR y/oTO, en esquema de conexiones de neutro IT.


nnnnn en la práctica, las líneasrectificador-ondulador son idénticas eincluyen normalmente al menos untransformador de aislamiento TR, TOo los dos (figura 12). Así, la puestaen servicio del CPA2 únicamentedepende de la ausencia de tensiónaguas arriba del by-pass, y su controlse amplía entonces a la instalaciónaguas arriba salvo cuando seproduce la apertura de un aparato decorte en el by-pass.

SAI con aislamientogalvánico

Los esquemas de conexión delneutro aguas arriba y abajo puedenser distintos o no

La separación galvánica esnecesaria siempre que lascondiciones de funcionamientoaguas arriba no sean compatiblescon el esquema de conexión a tierra

del cirtuito aguas abajo, einversamente. Esta separación estáasegurada por transformadores dedevanados separados situados encada una de las vías rectificador/ondulador (TR o TO) y en el by-pass(TB) o por un transformador dedevanados separados situado aguasabajo del SAI (figura 3). El esquemade neutro deseado para la utilizaciónse crea entonces en los bornesaguas abajo del SAI.

3L 3L

NU3

G2

3L 3L

N

U2G1

3L

U1


3L

N

3L

N

3L

N

E

DCb

C1

C2

GnCn

circuito by-pass

A

3L

N3

LN

3L

N

N

TRy/oTO

TRy/oTO

TB

N

B

3L

3L 3L

N U3

CPN

3L

G2

3L 3L

N U2

CPN

3LG1

3L U1

CPN

3L


TRy/oTO

TRy/oTO

3L

N

3L

N N3

LN

E

DCb

C1

C2

GnCn

circuit by-pass

B

U3

CPU2

CPU1

CPN

A

TB

3L

N3

LN

3L

NNFig. 13: Dispositivos de protección de personas, en una instalación que incluye un SAI con aislamiento galvánico, esquema deconexiones de neutro TT aguas abajo (esquema de conexiones de neutro aguas arriba indiferente (TT, TN o IT)).

Fig. 14a: Dispositivos de protección de personas, en una instalación que incluye un SAI conaislamiento galvánico, esquema de conexiones de neutro TN aguas arriba (esquema de conexionesde neutro aguas arriba indiferente (TT, TN o IT)). Fig. 14b


Esquema TT

El neutro de la utilización estáconectado a tierra al nivel de losbornes aguas abajo del SAI.

La protección de personas se realizao bien globalmente o individualmentepor carga mediante un DDR asociadoa un interruptor automático, (figura13).

Esquema TN

El neutro de la utilización estáconectado a tierra al nivel delregletero del SAI.

Las protecciones desobreintensidades aseguran laprotección de personas. Si elesquema de conexión del neutro dela utilización está en TN-C, a partir deeste regletero se distribuye elconductor común de protección y deneutro CPN (figura 14a).

En caso de que el esquema delneutro de la utilización estuviera enTN-S, que es el caso más frecuente,el conductor de protección y el neutroestán conectados a la misma tomade tierra del regletero del SAI (figura14b) y en este caso se puedeninstalar DDR en las salidas U1, U2,U3,

Esquema IT

Un CPA2 (Controlador Permanentede Aislamiento), conectado entre unode los conductores activos aguasabajo del SAI y tierra, controla losdefectos de aislamiento en lautilización así como los del SAI hastalos transformadores TR o TO, (figura15).

3L 3L

N U3G2

3L 3L

N U2G1

3L

U1Finterruptor de transferencia

3L

N

3L

N

3L

N

E

DCb

C1

C2

GnCn

circuito by-pass

A

3L

N3

LN

3L

N

N

TRy/oTO

TRy/oTO

TB

B

CPA2

Protecciones de sobreintensidadaseguran, normalmente, laprotección de personas, al segundodefecto, (figura 8).

SíntesisLa tabla de la figura 16 muestra elconjunto de interconexiones posiblesentre las instalaciones de aguasarriba y abajo de un SAI.

Tipos de esquemas Condiciones de realizaciónde conexión delneutro a tierra sin by-pass con by-pass

Esquemas «aguas Unir los neutros de las dos redes.arriba» y «aguas abajo» Atención a las condiciones de empleo delidénticos sin esquema TN.aislamiento galvánico

Esquemas «aguas Mínimo necesario: Hay varias solucionesarriba» y «aguas un transformador con posibles, con diferentesabajo» distintos o no, devanados separados, transformadores:con aislamiento TR o TO, o un transfor- n TR y/o TO y TB;galvánico mador con devanados n transformador con(hay creación de separados aguas devanados separadosuna sub-red) abajo del SAI. aguas abajo del SAI.

Nota: En esta tabla, TR, TO y TB son transformadores (de bobinados separados).Los autotransformadores, puesto que no pueden tener aislamiento galvánico,no se tienen en cuenta.

Fig. 16: Tabla de síntesis de las interconexiones entre las instalaciones aguas arriba yabajo.

Fig. 15: Dispositivos de protección de personas en una instalación que incluye un SAI con aislamiento galvánico, esquema de conexiónde neutro IT aguas abajo (esquema de conexión de neutro aguas arriba indiferente (TT, TN o IT)).


La batería, reserva de energíaindispensable en un SAI estático,debe estar aislada de tierra, porqueeste modo de explotación favorece lacontinuidad de servicio.

Por ausencia de transformador yemplear semiconductores en los SAIestáticos, hay continuidad eléctricaentre la instalación aguas arriba, elSAI y la instalación aguas abajo; porello:

nnnnn los dispositivos de protección delas instalaciones «aguas arriba yaguas abajo» detectarán cualquierdefecto de aislamiento de loscircuitos cc;

nnnnn la existencia de un defecto deaislamiento de los circuitos cc puedealterar los dispositivos de protección;

nnnnn en algunas secuencias defuncionamiento, la batería y loscircuitos cc pueden estarcompletamente aislados de lasinstalaciones «aguas arriba y aguasabajo».

No es obligatorio un controlespecífico de estos circuitos (NFC-15-100) si:

nnnnn la batería y los circuitos cc estánen el mismo armario que el resto decomponentes del SAI(equipotencialidad local del SAI);

nnnnn si hay aislamiento suplementariopor conexión de clase II cuando labatería está separada del resto de laalimentación.

Además en los demás casos, lascondiciones impuestas a lainstalación de la batería y a suconexión hasta el interruptorautomático «batería», tienen unriesgo de defecto altamenteimprobable; lo que es consideradocomo suficiente para asegurar laprotección de personas contra loscontactos indirectos en esta secciónde la instalación.

Queda solamente examinar losmedios a aplicar para asegurar la

protección de personas en la zona decc de la instalación que puedepresentar riesgos; estandodelimitada dicha zona por elrectificador, el ondulador y elinterruptor automático «batería».

Dispositivos de control delos circuitos cc

Como se ha indicado anteriormente,la batería de acumuladores de un SAIes de polos aislados. Por esto losControladores Permanentes deAislamiento «CPA» son losdispositivos más empleados paravigilar los circuitos cc, pero según losesquemas de conexión del neutro delas instalaciones en alterna, seemplean otros aparatos: DDR y eldispositivo de Detección deComponente Continua «DCC», queserán objeto de los párrafossiguientes.

Controlador Permanente deAislamiento por inyección decorriente de baja frecuencia (2,5 ó10 Hz) (figura 17)

Principio básico: aplica una fuente detensión alterna de baja frecuenciaentre uno de los polos de loscircuitos cc y tierra; la aparición de undefecto de aislamiento en loscircuitos cc hace circular unacorriente que es detectada por loscircuitos de medida (por ejemplo elVigilhom XM100, figura 18).

Estos controladores, que tanto vigilanlas redes de corriente alterna, mixtasy continuas, permiten también labúsqueda de defectos de aislamiento(Vigilhom system XM100); serecomiendan si:

nnnnn existe una verdadera red de cc(varias utilizaciones);

nnnnn no hay aislamiento galvánico entrela batería y la instalación «aguasabajo» del SAI (caso raro).

Controlador Permanente deAislamiento por inyección decorriente continua

El principio es el mismo que elutilizado por los CPA por inyección decorriente de baja frecuencia, pero lafuente de tensión es del tipo cc.

Este tipo de CPA, muy preciso en lavigilancia de redes de ca ygeneralmente desaconsejable enredes mixtas (ca y cc), no esconveniente para circuitos de cc porque la tensión continua que aparece

3 Protección contra los contactos indirectos en circuitos cc y batería

filtro de rechazo de50 Hz (o de 60 Hz)según la reda supervisar

circuito de medida

fuente de tensión(baja frecuencia ocorriente continua)

red a supervisar

Fig. 17: Esquema de principio de unControlador Permanente de AislamientoCPA por inyección de corriente.

Fig. 18: CPA Merlin Gerin por inyecciónde corriente alterna, Vigilhom XM100.


cuando se produce un defecto deaislamiento modifica la sensibilidaddel dispositivo de nivel delcontrolador.

Algunos CPA son capaces de señalarla presencia de un defecto en la parte«continua» de una red (por ejemplo,Vigilhom TR22A).

Controlador Permanente deAislamiento por balance voltimétrico(ver figura 19)

Es un controlador permanente deaislamiento pasivo.

Está compuesto de un divisorresistivo que crea un punto mediopara la tensión continua. El circuitode detección de defecto está situadoentre ese punto medio y tierra.

Un defecto de aislamiento en el (+) oen el (-) hace circular una corriente atierra a través de una de lasresistencias y el circuito de detecciónque, asociado a un dispositivo denivel, produce una alarma o undisparo (Vigilhom TR5A, por ejemplo,figura 20).

Otros dispositivos:

nnnnn Dispositivo Diferencial de corrienteResidual «DDR»

Destinado a detectar cualquiercorriente anormal de defecto a tierra.Sin embargo hay que adoptar unaserie de precauciones antes de suelección cuando la instalación tieneuna parte de corriente continua y unade corriente alterna sin separacióngalvánica (red mixta):

ooooo cuando la instalación comprendeconvertidores (rectificador yondulador) monofásicos, conviene unDDR de tipo A,

ooooo con convertidores trifásicos, la tasade ondulación es más baja y lacomponente continua más elevada,un DCC completa generalmente laprotección por DDR.

nnnnn Detector de Componente Continua«DCC»

Destinado a emplearse asociado conDDR cuando éstos corren el riesgode verse afectados por unacomponente continua. En presenciade una componente de ese tipo,controla la apertura de laalimentación del circuito en cuestión.

Perturbaciones debidas a los filtros:

Filtros a base de condensadoresconectados a tierra se encuentrancorrientemente delante de losordenadores y a veces delante de losSAI. Pueden afectar a losdispositivos de protección (alarma y/odisparos indeseables). En particular:

nnnnn Con DDR: Normalmente son lacausa de funcionamientosintempestivos de los DDR:

ooooo en servicio, (corriente de fuga atierra debida al desequilibrio decapacidades entre fases y tierra), elnivel de los DDR deberá serentonces aumentado,

ooooo a la puesta en tensión (carga desus capacidades), el empleo de unatemporización adecuada en los DDRes suficiente para remediarlo.

nnnnn Con CPA: A veces pueden provocaruna señal pasajera de defecto a lapuesta en tensión, para los CPA porinyección de cc (carga de loscondensadores), incluso permanentecon CPA por inyección de ca. Paraevitar estos fenómenos, a título

indicativo, estos filtros no deberántener una capacidad total superior a:

ooooo a 30 µF, para un CPA por inyecciónde 2,5 Hz,

ooooo a 6 µF, para un CPA por inyecciónde 10 Hz.

Interacción entre losdispositivos de control delos circuitos de cc y los deinstalaciones aguas arribay aguas abajo

Esta interacción está directamenterelacionada con el esquema del SAI

En particular depende:

nnnnn de la presencia o no de uncontactor estático,

nnnnn de número de SAIs, uno o variosen redundancia pasiva o activa(anexo 1);

nnnnn de la presencia o no detransformadores de aislamientogalvánico TR o TO.

Esta interacción es directamentedependiente de los dispositivos deprotección elegidos y del esquemade conexión del neutro de lasinstalaciones «aguas arriba» y«aguas abajo».

Hay que hacer notar que:

nnnnn para el esquema más corriente(SAI interno, sin transformador en elby-pass) es imperativo tener aguasabajo el mismo esquema deconexión del neutro que aguas arribadel SAI, lo que no excluye el paso deTT a TN-S o de TN a TT;

nnnnn para la continuidad de servicio, elesquema IT aguas abajo (y en aguasarriba) es la mejor solución.

Esta interacción puede ser:

nnnnn positiva: por ejemplo el dispositivode protección aguas arriba vigilaigualmente los circuitos de cc;

nnnnn negativa:

ooooo entre dos CPA

Como en los circuitos en alterna, dosaparatos del mismo tipo conectadosa dos instalaciones no separadaseléctricamente, se afectanmutuamente. Por ello es necesarioevitar esta posibilidad empleando por

circuito de medida

red de cc a supervisar

Fig.19: Esquema de principio de un CPApor balance voltimétrico.

Fig. 20: CPA Merlin Gerin por balancevoltimétrico Vigilhom TR5A.


ejemplo un relé como el R1 en elesquema de la figura 11.

ooooo entre un CPA de inyección y unCPA de balance volumétrico

Un CPA de inyección de corrientecontinua o de baja frecuencia mide laresistencia interna (R/2) de undispositivo de balance volumétrico(algunas decenas de kΩ).

Situados en ambas partes de unconvertidor de potencia (rectificador uondulador) sin aislamiento galvánico,la perturbación de uno al otro serádirectamente dependiente de la tasade conducción de lossemiconductores del convertidor.

nnnnn o nula:

ooooo si hay aislamiento galvánico entrela batería y las instalaciones (enalterna) aguas arriba y aguas abajo,

ooooo entre CPA y DDR o interruptorautomático.

Principales casos deaplicación

Las soluciones indicadas en estepárrafo completan las disposicionesa adoptar, para la protección depersonas en las instalaciones aguasabajo del SAI ya descritos en elcapítulo 2. Salvo excepciones, seaplicarán a nivel de cada cadena delSAI.

Cuando un SAI incluye circuitos cc noaislados en instalaciones aguasarriba y/o aguas abajo, y cuando laprotección de personas hace precisoel empleo de DDR, éstos deberánser de tipo A, eventualmentecompletados con un DCC.

De forma general cuando loscircuitos cc están aislados, el CPA3destinado a vigilar su aislamiento,puede ser por balance voltimétrico opor inyección de corriente a bajafrecuencia. La protección al segundodefecto estará ahora asegurada porel interruptor automático «batería» H.

Cuando los circuitos cc no esténaislados, la protección de personasse debe estudiar según lasconexiones eléctricas de estoscircuitos con las instalaciones aguasarriba y aguas abajo, de donde sedesprenden los distintos casossiguientes.

Nota: El aislamiento de los circuitoscc significa que los interruptoresautomáticos C y G de las cadenas encuestión están abiertas.

Batería aislada de las instalacionesaguas arriba y aguas abajo(presencia de un transformador TR yTO)

No hay interacción de los dispositivosde control.

Estando entonces aislados de tierralos circuitos cc, hay posibilidad deemplear un CPA: el CPA3 (figura 21).La protección al segundo defectoestará entonces asegurada:

nnnnn por el interruptor automático Hcuando el SAI es autónomo;

nnnnn por el interruptor automático H y laprotección aguas arriba (o interna)del rectificador cuando el SAI esalimentado.

Batería no aislada de la instalaciónaguas arriba (caso más frecuentepara SAIs de grandes potencias)

(presencia de un transformador TOpero no del TR)

nnnnn instalación aguas arriba segúnesquema TT.

Cuando hay tensión aguas arriba delrectificador, el DDR situado en laalimentación del SAI asegura laprotección provocando la apertura delinterruptor automático C (figura 22).

G1C1

GnCn

3L

N3L

H

CPA3

TR TO

G1C1

GnCn

3L

N3L

H

CPA3

R3

TO

Fig. 22: Vigilancia del aislamiento de una cadena de SAIs con batería de acumuladoresno aislada de la instalación aguas arriba según esquema TT, y aislada de la instalaciónaguas abajo.

Fig. 21: Vigilancia del aislamiento de una cadena de SAIs con batería de acumuladoresaislada de la instalación aguas arriba y aguas abajo.


Cuando desaparece esta tensión,son aplicables las condicionesaplicadas al caso de los circuitos decc aislados, ya que el rectificadorestá ahora bloqueado. Hay quedestacar que el CPA3, encargado deseñalizar el primer defecto deaislamiento, se conectaautomáticamente por medio de unrelé de tensión R3.

nnnnn instalación aguas arriba segúnesquema TN.

En presencia de tensión aguas arribadel rectificador, la protección depersonas puede quedar aseguradamediante:

ooooo el interruptor automático Ccolocado en la alimentación del SAI,si el cálculo de la impedancia delbucle de defecto ha permitido elegirtal opción,

ooooo un DDR o una inteconexiónadicional, con el esquema TN-S.

Cuando desaparece esta tensión, setienen las condiciones aplicadas enel caso de circuitos cc aislados,debido a que el rectificador estábloqueado. Hay que destacar que elCPA3, encargado de señalizar elprimer defecto de aislamiento, seconecta automáticamente por mediode un relé de tensión R3 (figura 23).

nnnnn instalación aguas arriba segúnesquema IT.

En presencia de tensión aguas arribadel rectificador, el CPA1 de lainstalación aguas arriba controla elaislamiento de los circuitos cc(interacción positiva).

Cuando desaparece esta tensión, elCPA3, encargado de señalizar elprimer defecto de aislamiento, se

conecta automáticamente por mediode un relé R3 (figura 23). Laprotección contra el segundo defectoestará ahora asegurada por:

ooooo el interruptor automático C situadoen la alimentación del SAI, si elcálculo de la impedancia del bucle dedefecto ha permitido confirmar suelección,

ooooo o un DDR, en caso contrario.

Caso particular: SAI alimentado pormedio de tomas de corriente, decorriente asignada mayor o igual a32A.

Estas tomas de corriente seprotegerán mediante un DDR de altasensibilidad, I∆n <30mA. También,cuando estos SAI no incorporanningún transformador TR (casoexcepcional) y no se aplican medidasespeciales (clase II, doble

G1C1

GnCn

3L

N3L

H

CPA3

R3

TO

G1

Gn

3L

N3L

HTR

AB

3L

Finterruptor de transferencia3

L

N

3L

N

3L

N

E

DCb

circuito by-pass

R2 N

C1

Cn

circuito by-pass (figura 24)o circuito de alimentación(figura 29)

3LN

CP

circuito de puestaa tierra aguas abajo de un SAI

Fig. 24: Dispositivos de protección de personas para circuitos CC de una cadena de SAI con batería de acumuladores aislada de lainstalación aguas arriba, y no aislada de la instalación aguas abajo según esquema TT, sin transformador TB.

Fig. 25: Posición de un toroide, captadorde DDR, permitiendo utilizar únicamenteuno y utilizar el mismo DDR para vigilarsimultáneamente el circuito de puesta atierra aguas abajo del SAI y el circuitoby-pass (figura 24) o el circuito dealimentación (figura 29).

Fig. 23: Vigilancia del aislamiento de una cadena de SAIs con batería de acumuladoresno aislada de la instalación aguas arriba según esquema TN o IT, y aislada de lainstalación aguas abajo.


aislamiento) conviene realizar dichaprotección con un DDR de tipo A, dealta sensibilidad.

Batería no aislada de la instalaciónaguas abajo (con transformador TRpero no TO)

En este caso, si los esquemas deneutro aguas arriba y aguas abajo delSAI son diferentes, se podrá colocarun transformador de aislamiento TB.

nnnnn instalación aguas abajo segúnesquema TT.

ooooo sin TB

En presencia de tensión aguas arribadel rectificador, el DDR (Cb) situadoen el by-pass asegura la protecciónen caso de defecto en el circuito ccprovocando la apertura del interruptorautomático H de batería y de losinterruptores automáticos C situadosen la alimentación del SAI (figura 24).

Cuando desaparece esta tensión, unsegundo DDR situado en la conexión

a tierra realizada en la salida del SAIpor el relé de ausencia de tensión(R2), asegura la misma protección.

(figura 25 para el empleo de un soloDDR)

ooooo con TB

La misma protección está aseguradaahora permanentemente por un DDRsituado en la conexión a tierra a lasalida del SAI (figura 26).

G1C1

GnCn

3L

N3L

HTR

AB

3L


3L

N

3L

N

3L

N

E

DCb

circuito by-pass

N

TB

G1C1

GnCn

3L

N3L

H

TRAB

Fig. 27: Dispositivos de protección para aislar una cadena de SAIs con batería de acumuladores aislada de la instalación aguas arriba,y no aislada de la instalación aguas abajo según esquema TT, con o sin transformador TB (cualquier esquema de neutro aguas arriba).

Fig. 26: Dispositivos de protección de personas para circuitos cc de una cadena SAI con batería de acumuladores aislada de lainstalación aguas arriba, y no aislada de la instalación aguas abajo según esquema TT, con transformador TB (cualquier esquema deneutro aguas arriba).


Con o sin TB, estas disposicionespresentan, sin embargo, elinconveniente de provocar el cortetotal de la alimentación de losreceptores. Cuando es indispensablela continuidad de servicio y enparticular en el caso de un SAIredundante, se pueden adoptar lasdisposiciones siguientes. Estasconsisten en aislar la cadena endefecto del resto de la instalación:permanentemente cada salida decadena está vigilada por un DDR queasegura la protección provocando laapertura de los interruptoresautomáticos C y H y del interruptor Gde la cadena en defecto (figura 27), elDDR conectado a la conexión a tierra,a la salida del SAI, no es necesario.

Cuando una cadena está fuera deservicio, caso de aislamiento decircuitos cc, un CPA3 es conectadoautomáticamente tras la apertura delinterruptor automático G de la cadena(figura 28).

G1C1

GnCn

3L

N3L TR

H

CPA3

Fig. 28: Vigilancia del aislamiento de una cadena de SAIs con batería de acumuladoresaislada de la instalación aguas arriba, y no aislado de la instalación aguas abajo.

3L

N3L

H

AB

3L


3L

N

3L

N

3L

N

E

D

circuito by-pass

R2 N

C1

Cn 3L

N3L

Cb

G1

GnH

Fig. 29: Dispositivos de protección de personas para circuitos CC de una cadena de SAIs con batería de acumuladores no aislada delas instalaciones aguas arriba y aguas abajo según esquema TT.


nnnnn instalación aguas abajo segúnesquema TN

La protección de las personas estánormalmente asegurada, tras laaparición de un defecto deaislamiento, por la apertura de losinterruptores C y H. Si lascondiciones necesarias para el buenfuncionamiento de los interruptoresautomáticos, no se cumplen, porejemplo en razón de la estructura delSAI, o si se debe evitar la paradacompleta del SAI, se pueden adoptarlas disposiciones previstas en elpárrafo anterior (para el esquemaTT).

nnnnn instalación aguas abajo segúnesquema IT

La vigilancia de circuitos cc estáasegurada por:

ooooo el CPA1, cuando el by-passmantiene la continuidad eléctrica,

ooooo el CPA2, cuando el SAI alimentalas utilizaciones en autonomía (figura12),

ooooo el CPA3 previsto para vigilar elaislamiento de circuitos cc yconectado automáticamente tras laapertura del interruptor automático Gde la cadena (figura 28).

La protección central del segundodefecto estará entonces asegurada:

ooooo como en el esquema TN si lasmasas están interconectadas,

ooooo como en el esquema TT si lasmasas no están interconectadas.

Batería no aislada de lasinstalaciones aguas arriba y aguasabajo

En este caso, los esquemas deneutro aguas arriba y aguas abajodel SAI han de ser obligatoriamenteidénticas.

nnnnn instalaciones según esquema TT.

En presencia de tensión aguas arribadel rectificador y del by-pass, el DDR,situado en la alimentación común atodas las entradas del SAI, asegurala protección provocando la aperturadel interruptor general del SAI o de

los interruptores automáticos C (si nohay interruptor general) y H (figuras29, y 25 para el empleo de un únicoDDR).

Sin embargo, estas disposicionespresentan el inconveniente deprovocar el corte total de laalimentación de los receptores. Delmismo modo que para unainstalación aguas abajo en esquemaTT, cuando la continuidad delservicio es indispensable y enparticular en el caso de un SAIredundante, se deben adoptar lassiguientes disposiciones: dos DDR,

G1C1

GnCn

3L

N3L

H

AB

Fig. 30: Dispositivos de protección para aislar una cadena de un SAI con batería de acumuladores no aislada de las instalacionesaguas arriba y aguas abajo según esquema TT.

G1C1

GnCn

3L

N3L

H

CPA3

Fig. 31: Vigilancia del aislamiento de una cadena de SAI con batería de acumuladoresno aislada de las instalaciones aguas arriba y aguas abajo según esquema TT.


uno situado en C y el segundo en lasalida de cada cadena, queprovoquen la apertura de losinterruptores automáticos C y H y delinterruptor G (figura 30).

Cuando una cadena está fuera deservicio, puede haber un CPA3previsto para vigilar el aislamiento decircuitos cc, estando conectadoautomáticamente a la apertura delinterruptor automático C y delinterruptor G de la cadena (figura 31).

nnnnn instalaciones según esquema TN

De igual manera que para un SAI queincluya baterías no aisladas de lainstalación aguas abajo segúnesquema TN, la protección depersonas está normalmenteasegurada desde la aparición de undefecto de aislamiento, por laapertura de los interruptoresautomáticos C y H. Si lascondiciones necesarias para el buenfuncionamiento de los interruptores

automáticos no se cumplen, porejemplo, por razón de la estructuradel SAI, o si debe evitarse el parocompleto del SAI, se deberán adoptarlas disposiciones previstasanteriormente (para el esquema TT).

nnnnn instalaciones según esquema IT(figura 8)

La vigilancia de circuitos cc estáasegurada por:

ooooo el CPA1, cuando la tensión estápresente aguas arriba del rectificadory del by-pass,

ooooo el CPA2, cuando las tensionesaguas arriba del SAI desaparecen y elSAI alimenta a los receptores enautonomía,

ooooo el CPA3 (uno por cadena) que,cuando la cadena no está en servicio(interruptor automático de utilizaciónabierto), se conecta automáticamentepor un relé de tensión R3 (figura 32).

Casos particulares

SAI de alta potencia

Cuando para aumentar la potenciadisponible se ponen en paralelovarias unidades SAI, y se utiliza unabatería de acumuladores común(estando pues en paralelo suscircuitos cc), puede aparecer undesequilibrio de corriente debido a laasimetría de los elementosconstitutivos de las diferentescadenas. Cuando es necesario unDDR (y un DCC eventual) éste debeser común a todas las entradas deSAI (figura 33). Sin embargo, cuandoestán previstos transformadores TR,según su tipo de conexión (porejemplo triángulo-estrella), esposible instalar un DDR aguas arribade cada SAI.

Notas correspondientes a la conexiónen paralelo de los rectificadores:

nnnnn exige que los dispositivos deregulación estén diseñados paraeste efecto y adaptados a lascaracterísticas de carga de la batería,

nnnnn con SAIs redundantes, porrazones económicas, aunque a veces

G1C1

GnCn

3L

N3L

H

CPA3

R3

Fig. 32: Vigilancia del aislamiento de una cadena SAI con batería de acumuladores noaislada de las instalaciones aguas arriba y aguas abajo según esquema IT.

3L 3L

N G2

3L 3L

N G1

3L


3L

N

3L

N

3L

N

E

D

Cb

C1

C2

GnCn

circuito by-pass

AB

3L

N

Fig. 33: Único DDR para vigilar todas las entradas del rectificador cuando la batería escomún a varias cadenas o SAI.


se prevea su instalación, no debeemplearse esta disposición ya queimpone una batería única deacumuladores, lo que limita lafiabilidad del conjunto. Además undefecto en uno de los circuitos de ccimplica la no disponibilidad, almenos temporalmente, de todas lascadenas del SAI.

SAI en espera activa(anexo 1)

Estos SAIs, llamados tambiénonduladores reversibles, nodisponen de rectificador específico.Siempre tienen un by-pass y sólo unaentrada alterna (figura 34).

En la práctica, se aplican igualmentea este tipo de SAI's todas lasprecauciones y disposicionesindicadas anteriormente para losSAIs que disponen de untransformador TR.

rectificadorondulador

salida cainterruptor detransferencia

entrada ca

TO

TB

Fig. 34: Configuración de un SAI en espera activa.

La aplicación de materialesdestinados a la protección depersonas contra los contactosindirectos en redes que incluyencircuitos cc se revela efectivamentemás delicado de lo que parecía alprincipio.

Convendrá estar muy atento a lasdiferentes configuraciones que sepudieran instalar o que pudieranaparecer en el transcurso de laexplotación, por ejemplo tras undefecto.

4 Conclusión

SAI en espera pasiva(anexo 1)

Estos SAIs, llamados tambiénonduladores «off line», estánconstituidos como los SAIstradicionales (capítulo 1). Suparticularidad reside en eldimensionamiento del rectificador,únicamente destinado a la recarga dela batería de acumuladores.

En la práctica, todas lasprecauciones y disposicionesindicadas anteriormente se aplicantambién a este tipo de SAI's; pero sinembargo, es preciso saber que lamayor parte de estos SAI's, teniendoen cuenta la pequeña potencia de surectificador, incluyen untransformador TR.


Extraídos de la norma CEI 146-4

(Los comentarios del autor están encursiva)

SAI unitario

Es la configuración más simple deSAI.

SAI unitario sin by-pass

Un SAI unitario puede asegurar laalimentación permanente de la cargamientras que funcione en sus límitesespecíficos. Normalmente la cargano se verá afectada por un corte dela red de alimentación alterna (figura35).

SAI unitario con rectificador comúnal ondulador y a la batería

El ondulador suministra siempre lapotencia a la carga: esta potencia latoma bien de la entrada alterna através del rectificador o bien de labatería (figura 35). El rectificadordebe estar controlado de tal maneraque pueda recargar la batería y lamantenga cargada.

En caso de interrupción de la red dealimentación alterna, la bateríasuministrará la potencia a tensióncontinua decreciente, hasta que latensión sea demasiado baja paraconservar una tensión de salida delondulador satisfactoria. El tipo y lacapacidad de la batería determinaránel tiempo durante el cual el sistemapodrá funcionar sin red dealimentación alterna.

Las frecuencias, el número de fasesy los niveles de tensión en la entraday en la salida pueden ser diferentes.

La salida puede estar prevista de talmanera que responda aespecificaciones mucho másestrictas que las que sonnormalmente suministradas por lared de alimentación, es decir,tolerancias de tensión y de frecuenciamás estrechas, variacionestransitorias reducidas, al mismotiempo que una protección contra uncorte de la red de alimentación.

SAI unitario con cargador de bateríaseparado

Las especificaciones de unrectificador que alimenta a unondulador y de un cargador debaterías pueden ser contradictorias.Entonces se puede prever un SAI concargador de baterías separado.

Desde el punto de vista del usuario,los comentarios anteriores sobre elSAI unitario siguen vigentes.

SAI unitario con by-pass

nnnnn funcionamiento permanente

Se puede mejorar la continuidad dela alimentación de la carga cerrandoel interruptor by-pass por medio deun interruptor de transferencia encaso de:

ooooo fallo del SAI,

ooooo transitorios de la corriente decarga (corrientes de eliminación dedefecto),

ooooo cresta de carga (figura 37).

Las condiciones restrictivas a laincorporación de un by-pass son lassiguientes: las frecuencias deentrada y salida deben normalmenteser idénticas y, si los niveles detensión son diferentes, es preciso untransformador de by-pass. Paraciertas cargas, hay que sincronizar lared de alimentación del by-pass y elSAI para mantener la continuidad dela alimentación de la carga.

Nota: En caso de funcionamiento enby-pass, una perturbación de la redalterna puede afectar a la utilización.

Anexo 1: Diferentes esquemas de SAI

rectificador onduladorconexión cc

batería

entrada ca salida ca

Fig. 37: SAI unitario con by-pass.

Fig. 35: SAI unitario con rectificador común para la batería y el ondulador.

Fig. 36: SAI unitario con cargador de batería separado.

SAI como losde las figuras

35 ó 36

interruptorde

transferencia

salida caentrada ca

entrada ca

*los bornes de entrada de ca pueden ser comunes

*

*

rectificador onduladorconexión cc

batería

entrada casalida ca

cargadorde batería

entrada ca

* los bornes de entrada de ca pueden ser comunes** diodo de bloqueo, o tiristor o interruptor.

*

*

**


nnnnn funcionamiento en espera activa

En el funcionamiento en esperaactiva, la carga está alimentada porla red alterna a través del by-pass(funcionando en vacío el ondulador), yen caso de corte de la red dealimentación, el ondulador y labatería mantienen la continuidad dela carga. Se aplican todas lasrestricciones mencionadas en elpárrafo «funcionamientopermanente».

nnnnn funcionamiento en espera pasiva

En el funcionamiento en esperapasiva, la carga está alimentada porla red alterna a través del by-pass, yen caso de corte de la red, elondulador se pone en marcha y, conla batería, suministra la continuidadde la alimentación de la carga. Seaplican todas las restriccionesmencionadas en el párrafo«funcionamiento permanente».

SAI en paralelo

La puesta en paralelo de dos o másSAI's permite aumentar la potenciadisponible, incluso también obteneruna mayor fiabilidad de ladistribución.

SAI en paralelo sin by-pass

Si se emplean unidades de SAI enparalelo o en paralelo parcial, elsistema es considerado como unúnico SAI. Dos ejemplos de SAI enparalelo y en paralelo parcial semuestran en las figuras 38a y 38b.

Las prestaciones de estos SAI's enparalelo son idénticas a las de un SAIunitario.

SAI en paralelo con by-pass

Todos los comentarios del párrafo«SAI unitario con by-pass» se aplicanperfectamente al SAI en paralelofuncionando como SAI unitario, y laconfiguración del sistema es igual ala de la figura 37.

rectificador ondulador

batería


ondulador

Fig. 38a: SAI en paralelo parcial (con onduladores en paralelo).

rectificador ondulador

batería


onduladorrectificador

batería

*

*los bornes de entrada de ca pueden ser comunes

entrada ca*

Fig. 38b: SAI en paralelo (con unidades SAI en paralelo).


SAI redundantes

La instalación del SAI en redundanciatiene como principal objetivo elobtener una mayor fiabilidad de ladistribución.

SAI en redundancia pasiva

En caso de fallo del SAI enfuncionamiento, el SAI de reservaentra en servicio y vuelve a coger lala carga; el SAI con fallo sedesconecta.

nnnnn SAI en redundancia pasiva sin by-pass (figura 39)

Este sistema requiere lascaracterísticas indicadas en elpárrafo «SAI unitario sin by-pass» yproporciona un medio para mejorar lacontinuidad de la alimentación de lacarga.

nnnnn SAI en redundancia pasiva con by-pass (figura 40)

Un circuito by-pass puede añadirsepara mejorar aún más la continuidadde la alimentación de la carga, comose ha indicado en el párrafo«funcionamiento permanente», yademás para proporcionar un mediode transferencia de la carga de unSAI a otro. Siendo baja suimpedancia, el by-pass puede seratravesado por la corriente total decarga sin reducción apreciable de latensión de salida.

SAI en redundancia activa

Un SAI en redundancia activa incluyevarias unidades de SAI que sereparten la corriente de carga. Lapotencia total de los SAI en paralelorebasará la potencia requerida por lacarga de la potencia de al menos unaunidad SAI; por ello una o varias deestas unidades puedendesconectarse, mientras que lasotras aseguran la continuidad de laalimentación de la carga.

nnnnn SAI en redundancia activa sin by-pass (figura 41)

Si un SAI falla, debe ser aislado delresto para que no les afecte, con elfin de que los demás puedancontinuar asegurando la continuidadde la alimentación de la carga.Además, para estos sistemas sonnecesarios circuitos de reparto de lacorriente de carga y unasincronización.

unidad SAIentrada ca


salida cainterruptor

detransferencia

*

*

* los bornes de entrada de ca pueden ser comunes


entrada ca

unidad SAI

entrada ca salida cainterruptor

detransferencia

*

*

*

* los bornes de entrada de ca pueden ser comunes

unidad SAIinterruptor

del SAI

unidad SAI

unidad SAI

entrada ca

salida cainterruptor

del SAI

interruptordel SAI

entrada ca

entrada ca*

*

*

los bornes de entrada de ca pueden ser comunes*

Fig. 39: SAI en redundancia pasiva.

Fig. 40: SAI en redundancia pasiva con by-pass.

Fig. 41: SAI en redundancia activa.

Nota: Algunos elementos de un SAIen redundancia activa pueden sercomunes a todas las unidades. Sihay fallo de uno de esos elementoscomunes, la continuidad de la cargapuede no quedar asegurada.

nnnnn SAI en redundancia activa con by-pass

Se pueden añadir uno o varios by-pass al sistema anterior, ofreciendolas posibilidades del párrafo«funcionamiento permanente».

En caso de funcionamiento en esperaactiva, el ondulador es generalmentede tipo reversible y es el empleadopara cargar la batería. En este caso,el rectificador no existe y el onduladorrealiza ambas funciones.

En caso de funcionamiento en esperapasiva, el ondulador, si está parado,no puede cargar la batería y, en estecaso, el SAI incluye un cargador debatería dimensionado únicamentepara este uso.

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