Protección de Tiempo inverso: tranquilo Hero no es contigo…..

Cuando escuche por allaaaaa en los albores de mis estudios en la facultad el termino “Relé de tiempo inverso” o “Protección de tiempo inverso”, se me ocurrió cualquier explicación para el nombre, menos la que era correcta.

Este curioso nombre no obedece a que los ingenieros electricistas estemos dominando ya los secretos de las perturbaciones espacio temporales, es mas bien un nombre algo rebuscado para definir el comportamiento de un relé o alguna otra protección que involucre un censo de la corriente.

El accionamiento o disparo (trip) de un dispositivo de tiempo inverso estará ligado de manera inversa a la intensidad de corriente, en pocas palabras: mientras mayor sea la intensidad de corriente cuanto mas rápido se activara nuestro relé.

Los fabricantes de estos dispositivos pueden variar la constante de tiempo inverso haciéndola mas o menos abrupta, con lo que obtienen las categorías de: Tiempo normal inverso (N.I.), Muy inverso (M.I.), Extremadamente Inverso (E.I.) etc.

Los otros tipos de protección son las instantánea, que no tiene mucho que explicar, salvo que cuando se alcanza el valor de la corriente predefinida se dispara. Y la protección con retardo de tiempo, que es como la instantánea solo que se agrega un retardo para su accionamiento.

 

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Ejemplo de un relé de tiempo inverso

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Normas y regulaciones para equipos eléctricos

Muchas veces el principal problema a la hora del diseño, es encontrar las normas que sustenten nuestros cálculos y consideraciones, sobretodo a los nuevos ingenieros que por la falta de experiencia nos cuesta encontrar las normas apropiadas, pues bien aquí les traigo una pequeña guía que los puede ayudar con este problema.

 

Transformadores Eléctricos

Para trasformadores eléctricos tenemos como referencia la ANSI/IEEE C57, que nos sirve para la parte de distribución, potencia y regulación, Por otro lado la NEC, tiene los requerimientos y recomendaciones para aplicaciones de transformadores.

 

La IEEE 141 (El libro Rojo) tiene una buena sección sobre el tema. Para transformadores inmersos en liquido tenemos la ANSI/IEEE C57.12.00, esta norma se usa junto con la C57.10.12.10, las cuales nos información especifica sobre ajustes, accesorios, pruebas, etc. C57.92 es una guía para la carga, también hay unas 49 normas que se referencian en la C57.12.00.

 

Ducto Barras

La ANSI C37.23 para buses con cubierta metálica para 600V o mas, este estándar habla sobre capacidades, construcción y calculo de perdidas perdidas. Este estándar es aplicable a un bus con cobertura metálica usado con 480V en un Switchgear .

 

Switchgear

Los términos usados cuando hablamos de switchgears están definidos por la ANSI/IEEE C37.100. El termino “Switchgear” es usado para definir un amplio conjunto de equipos que contienen interruptores o interruptores de corriente. La industria petrolera usas principalmente switchgear protegidos con una carcasa metálica. Los requerimientos para dicha carcasa están descritos en la ANSI/IEEE C37.20.1, 2 y 3.

 

Motores

La norma básica para todos los motores y generadores es la NEMA MG-1, la cual se divide en 3 partes, la primera es estándares aplicados a todas las maquinas, la segunda es estándares aplicados a maquinas pequeñas y medianas. La ultima parte habla sobre los estándares aplicados a maquinas grandes.

Los estándares IEEE 112,113 y 115 muestran las pruebas y procedimientos para motores polifásicos de inducción, motores DC y maquinas síncronas, respectivamente. La IEEE 43, 117 y 275 cubren la parte de las pruebas de aislamiento. La IEEE 85 y la NEMA MG3, hablan sobre los niveles de ruido y predicción del nivel de ruido después de la instalación.

 

Cargadores de Baterías

No existe un estándar único que abarque todo lo referente al tema, pero la NEMA IB-4 cubre la parte de los requerimientos desempeño y prueba de capacidad para baterías. También hay 3 estándares publicados por la IEEE, instalaciones para plantas de potencia y subestaciones. IEEE 450 habla sobre el mantenimiento, prueba y reemplazo de las baterías. La IEEE 484 cubre la parte del diseño para la instalación de bancos de baterías. La  IEEE 485 se usa frecuentemente para el dimensionamiento de contenedores de baterías.

El estándar ANSI/NEMA PE-5 cubre los cargadores de baterías utilitarias. El PE-7 habla sobre cargadores de baterías para sistemas de comunicaciones.  

 

Estándares Generales de Diseño

Los libros de colores de la IEEE (color books) probablemente sea el compendio mas completo y extendido sobre sistemas eléctricos industriales y comerciales, entre ellos tenemos:

• EL libro rojo (red book) “Sistemas de distribución para plantas industriales”
• El libro verde (green book) “Practicas recomendadas para el aterramiento de sistemas industriales y comerciales de potencia.
• El libro pardo (o amarillo claro, Buff book) “Practicas recomendadas para la protección y coordinación de sistemas industriales y comerciales de potencia.
• El libro naranja (orange book) Practicas recomendadas para sistemas de emergencia y respaldo para industrias y comercios.
• El libro marrón (brown book) Practicas recomendadas para análisis de sistemas de potencia.
• El libro Dorado (golden book) Practicas recomendadas para el diseño de sistemas de potencia industriales y comerciales confiables.
• El libro bronce (bronze book) practicas recomendadas para la conservación de energía y efectividad de costos en sistemas de potencia industriales y comerciales.

La American Petroleum Institute (API) tiene especificaciones generales para sistemas eléctricos en refinerías y plataformas marinas, estas son:

• RP540 “Instalaciones eléctricas en plantas procesadoras de petróleo” 
• RP14F “ Practicas recomendadas para el diseño e instalación de sistemas eléctricos en plataformas de producción marinas”.

Clasificación de áreas peligrosas

Las fabricas e instalaciones que manejan sustancias inflamables, pueden usar la norma API RP 500 la cual provee una guía para clasificar el área, esta norma tiene las actualizaciones RP 500A, RP 500B y RP 500C.

Las plantas químicas tienen también una guía de practicas recomendadas la NFPA 497A que es similar a la RP500, sin embargo esta toma en cuenta el flujo , presión y tamaño de los quipos para clasificarlos como de bajo, medio y alto peligro.

La NFPA 30 direcciona el almacenamiento de líquidos inflamables, una ves que el material inflamable ha sido identificado, este se clasifica según la NFPA 497M.

La NFPA 50A trata sobre los sistemas de gas hidrogeno.

 

Fuente:

“Codes, Standars, and recommended practices for electrical systems”

Ralph L. Haynes y Fred L. Messec.

IEEE Transactions on industry application VOL 30

Extrañas formas de generar electricidad

 

Estamos acostumbrados a la generación tradicional de electricidad, en donde básicamente se hacer girar un generador por algún medio motor, como: la eólica, hidroeléctrica, con combustible fósiles, nuclear, etc. Pero hay algunas formas de generación que no involucran hacer girar algo, son poco comunes pero existen, veamos algunas de ellas.

 

Energía Solar:

Bueno, esta no es tan extraña, de hecho se usa bastante hoy en día para alimentar pequeños dispositivos electrónicos o poblados lejanos. Se basa en la transformación de la energía lumínica (en realidad de la energía de las radiaciones electromagnéticas), la explicación de ello esta dada por el efecto fotoeléctrico, lo cual quiere decir que ciertas longitudes de onda de la luz (visible o no) hacen que los electrones salten a estados mas energéticos en sus orbitas y salgan volando por allí, esto es causado por los fotones, que le aportan energía al electrón y este puede escapar de la atracción del núcleo.

En la figura de arriba se ilustra el efecto fotoeléctrico, así pues al incidir lo fotones (aquí mostrados como ondas aunque también son partículas) . Con esos electrones extras se puede establecer una corriente a través de un circuito.

 

Celda de combustible:

La celda o célula de combustible (o sistema de membrana de intercambio protónico), se basa en la generación de electricidad, haciendo que el hidrogeno pase por una membrana que permite pasar solo los protones (el centro del átomo) pero no así los electrones, estos electrones se ven forzados entonces a pasar por el circuito eléctrico para poder igualar la carga al valor nulo inicial. Lo increíble de todo esto es que el subproducto de este proceso es agua pura!, ósea que en un auto que trabaje con esto, podrías beberte el agua que sale del escape!.

El problema hasta ahora es que no tenemos una fuente constante de hidrogeno (a pesar que el 99% de la materia visible de universo es hidrogeno), ya que este se combina con otros elementos.

Una forma de obtener el hidrogeno podría ser por medio de electrolisis o super calentando el agua (lo ha hace que el oxigeno y el hidrogeno se separen).

 

Termoelectricidad:

Este forma de generación de electricidad ocurre cuando al unir dos metales diferentes y someternos a temperaturas distintas en las uniones, se produce una corriente eléctrica, que es proporcional al gradiente de temperatura entre las zonas mencionadas. A este fenómeno se le conoce como efecto El efecto Seebeck. y es la base con la que funcionan algunos instrumentos como los termopares, aunque se usa poco para fines de generación de potencia (no tengo ni idea de una planta generadora en el mundo que use este sistema). Pero si existen refrigeradores especiales que usan un fenómeno complementario llamado efecto Peltier en donde esta unión bimetálica al ser sometida a una corriente eléctrica se vuelve una bomba de calor.

Piezoelectricidad

Es la propiedad de generar electricidad de ciertos materiales cerámicos cuando están sometidos a presión, su uso esta principalmente enfocado a la electrónica, ya sea en micrófonos o bocinas de lata frecuencia (ya que el efecto contrario es valido, es decir si se pasa una corriente por un material piezoeléctrico este se va a deformar), también en el uso de osciladores y células de cargas.