Un arco eléctrico es una explosión que puede poner en riesgo la vida humana y causar daños graves en los equipamientos. Estos arcos se producen normalmente debidos a un fallo de aislamiento de cables. De hecho, las temperaturas de estos arcos pueden llegar a casi 20.000ºC, según el Departamento de Salud de los Estados Unidos. Por este motivo el hecho de minimizar la duración de este fenómeno es crucial en cualquier tipo de instalación. Un componente importante para llevar a cabo esta minimización es el tiempo que necesita el sistema de protección para activarse. Es interesante destacar los diferentes enfoques de protección contra arcos eléctricos presentes en el mercado.
Enfoques de protección contra arcos eléctricos
- Protección tradicional rápida contra la sobretensión. La extensión de estos arcos depende principalmente del tiempo de reacción del relé y del tiempo que necesite el dispositivo de protección para activarse.
- Protección ligera de sobretensión. Este método reduce considerablemente el tiempo de reacción del relé, de modo que el factor clave es solo el tiempo de reacción del interruptor de circuito.
- Protección ligera de sobretensión con dispositivo de cortocircuito. Aunque no se aplica habitualmente, los dispositivos de cortocircuito pueden reducir el tiempo del arco a solo unos milisegundos gracias a la eliminación del voltaje tras recibir una orden de disparo. El interruptor de circuito rompe la corriente unas decenas de milisegundo más tarde.
- Protección preventiva. Actualmente en fase de desarrollo y experimentación este enfoque monitoriza cualquier indicio de fallo potencial.
Los sistemas de protección de los arcos se componen básicamente de sensores (de luz y de corriente), unidades de entradas y salidas, una unidad central y cableado de comunicación. La protección selectiva se consigue normalmente dividiendo las instalaciones en zonas de protección individual. Por ejemplo colocando sensores de luz en el compartimento de cables y en el embarrado de una celda de interruptor automático. Ante un defecto se puede llegar a identificar en que parte está y ejecutar una orden de disparo del propio interruptor o de otro que esté en un nivel superior con el objeto de aislar el arco eléctrico. Estos sistemas pueden detectar el arco eléctrico en menos de 7 ms.
Comunicación IEC61850
Independientemente del enfoque de protección de arco utilizado, la comunicación entre los distintos componentes y el sistema de control es básica.
En los sistemas tradicionales de protección del arco, la arquitectura está centralizada y la unidad central siempre es necesaria. Esta monitorea el sistema y mantiene activa la comunicación. Además, la unidad central puede comunicarse con sistemas SCADA.
En un sistema de protección basado en el IEC 61850 la unidad central es opcional ya que la inteligencia está distribuida entre todos los dispositivos gracias a la mensajería de difusión GOOSE. Las comunicaciones basadas en Ethernet en general y en IEC 61850 en concreto podrían combinarse con la detección de arco y ofrecer una selectividad con tiempos de entre 10 y 20 ms.
Actualmente, los mensajes GOOSE se limitan a comunicaciones entre relés de protección. Utilizar IEC61850 con su mensajería GOOSE para cualquier aplicación de automatización en una instalación de proceso, de potencia… puede maximizar la utilidad de la instalación. Aunque queda resolver la ecuación esencial de si el GOOSE ofrece suficiente velocidad y fiabilidad.
White paper de Schneider Electric
Para contestar esta pregunta, hemos realizado una serie de experimentos. Más información sobre nuestras conclusiones se pueden encontrar en este White paper gratuito.
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