Estudio de selectividad de protecciones contra sobreintensidades

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1. Objetivo del Estudio

El objetivo de un estudio de selectividad (también llamado estudio de discriminación o coordinación de protecciones) es garantizar que, ante una sobrecarga o un cortocircuito, solo actúe el dispositivo de protección más cercano a la falla. De esta forma se mantiene la continuidad del suministro en el resto de la instalación, se minimizan interrupciones innecesarias y se mejora la seguridad y la operación.

Este estudio es especialmente importante en instalaciones con varios niveles de distribución (tablero principal → subtableros → circuitos finales) y es una práctica recomendada (y en muchos casos exigida) según:

  • IEC 60364-4-43 (Protección contra sobreintensidades)
  • IEC 60947-2 (para interruptores automáticos de potencia)
  • Guías técnicas de la SEC (Superintendencia de Electricidad y Combustibles) para instalaciones de consumo en Chile
    • Recomendaciones de fabricantes (ABB, Schneider Electric, Siemens, etc.)

  • Se busca lograr selectividad total (el upstream no dispara nunca cuando el downstream sí lo hace) o al menos selectividad parcial aceptable dentro del rango real de corrientes de cortocircuito de la instalación.

    2. Metodología del Estudio

    1. Obtener datos de la instalación: Diagrama unifilar, datos del transformador (potencia, ucc u_{cc} , conexión), longitudes y secciones de cables, cargas previstas y dispositivos de protección propuestos.
    2. Calcular corrientes de cortocircuito (Isc máx I_{sc\ máx} e Isc mín I_{sc\ mín} ) en cada nodo relevante.
    3. Obtener las curvas tiempo-corriente (TCC) oficiales de cada dispositivo (catálogos o software del fabricante).
    4. Analizar cada par upstream-downstream en las zonas de:
      • Sobrecarga (generalmente hasta 8-15 × In I_n del downstream)
      • Cortocircuito (zona magnética o de corto retardo)
      1. Verificar:
        • Selectividad por corriente
        • Selectividad por tiempo (retardo en el upstream)
        • Energía let-through (I2t I^2t ) cuando corresponda
      2. Ajustar parámetros (Ir, Isd, tsd, instantaneous) si es necesario.
      3. Documentar con tablas, curvas superpuestas y recomendaciones.

    5. Métodos de selectividad más usados:

      • Discriminación por corriente
      • Discriminación por tiempo
      • Discriminación por energía (I2t I^2t )
      • Interbloqueo por zona (ZSI) en MCCB electrónicos avanzados

      3. Ejemplo de Instalación Típica (Chile)

      Como no se proporcionó el diagrama unifilar específico, desarrollo un estudio completo para una instalación representativa de baja tensión muy común en Chile (edificio comercial, nave industrial pequeña o instalación de servicios).

      Datos principales de la instalación ejemplo:

      • Tensión: 400/230 V CA, 3F + N + PE (sistema TN-S)
      • Transformador de alimentación: 250 kVA, 13,2 kV / 0,4 kV, Dyn11, ucc=4,5% u_{cc} = 4,5\%
      • Corriente nominal del transformador: ≈ 361 A
      • Isc I_{sc} aproximada en bornes BT del transformador (sin cables): ≈ 8,0 kA
      • Cables principales: 4×150 mm² Cu XLPE (30-50 m típicos) → Isc I_{sc} en tablero principal ≈ 7,0 – 7,5 kA
      • Tablero Principal de Distribución (TPD)
      • Dos subtableros (uno de alumbrado/tomas y otro de fuerza motriz)

      Dispositivos de protección propuestos (típicos ABB u equivalentes de calidad):

      Nivel Dispositivo Modelo típico In I_n Curva / Ajustes Poder de corte (Icu I_{cu} ) Observaciones
      General (TPD) MCCB Tmax XT5N / Ekip LSI 400 A Ir = 320 A (0,8×In) Isd = 4×Ir = 1280 A tsd = 0,1-0,2 s 50-70 kA Con retardo corto para selectividad
      Alimentador Subtablero 1 (Alumbrado/Tomas) MCB S200M / S203M-C 100 A Curva C 10 kA –
      Alimentador Subtablero 2 (Fuerza) MCB S200M / S203M-C 63 A Curva C 10 kA –
      Circuitos finales MCB S200 / S201 6-40 A Curva B o C según carga 6-10 kA –

       

      4. Cálculo de Corrientes de Cortocircuito (Resumen)

      • En Tablero Principal (aguas abajo del MCCB general): Isc máx≈7,2 I_{sc\ máx} \approx 7,2 kA
      • En Subtableros: Isc máx≈5,5–6,5 I_{sc\ máx} \approx 5,5 – 6,5 kA
      • En circuitos finales (longitud adicional de cable): Isc máx≈3,5–5,5 I_{sc\ máx} \approx 3,5 – 5,5 kA (típico)

      5. Análisis de Selectividad

      5.1 Par más crítico: MCCB General 400 A (Ir=320 A) vs MCB 100 A Curva C

      Zona de sobrecarga (hasta ≈ 800-1200 A):

      • La curva térmica del MCB 100 A actúa mucho antes que la curva de largo tiempo del MCCB.
      • Selectividad total en sobrecargas.

    6. Zona de cortocircuito:

      • El MCB tiene disparo magnético instantáneo ≈ 5-10 × In I_n (500-1000 A).
      • El MCCB tiene disparo de corto tiempo a 1280 A con retardo intencional (0,1-0,2 s).
      • Para Isc I_{sc} típicos de esta instalación (hasta 7,2 kA), se logra selectividad parcial o total dependiendo de la combinación exacta de modelos.

      Recomendación práctica: Usar las tablas de selectividad del fabricante (ABB publica tablas muy completas para combinaciones MCB + MCCB Tmax). En la mayoría de los casos con tsd = 0,1 s o 0,2 s se consigue buena selectividad hasta 6-10 kA.

      5.2 Pares entre MCB de alimentador (100 A o 63 A) y MCB finales (16-32 A)

      • Selectividad total en sobrecargas.
      • Selectividad parcial en cortocircuitos (común y aceptable cuando se usan MCB modulares en cascada).
      • Para mejorar: elegir MCB current-limiting de alta capacidad de limitación de energía en los niveles intermedios.

      Gráfico ilustrativo de curvas tiempo-corriente (aproximadas). Las zonas verdes muestran donde normalmente existe buena selectividad. Las curvas reales deben tomarse de los catálogos o software del fabricante.

      6. Tabla Resumen de Verificación de Selectividad

      Par de Dispositivos Selectividad en Sobrecarga Selectividad en Cortocircuito Tipo logrado Observaciones / Ajustes recomendados
      MCCB 400 A (Ir=320 A) vs MCB 100 A C Total Parcial / Total (hasta ~7 kA) Parcial-Total Ajustar tsd = 0,1-0,2 s. Verificar tabla ABB
      MCB 100 A C vs MCB final 16-32 A Total Parcial Parcial Aceptable. Usar MCB current-limiting
      MCB 63 A C vs MCB final (motores) Total Parcial Parcial Para motores considerar curva D o relé dedicado

      7. Conclusiones y Recomendaciones

      En la instalación ejemplo analizada se logra:

      • Selectividad total en toda la zona de sobrecargas (excelente para la vida útil de los cables y equipos).
      • Selectividad parcial en cortocircuitos, que es el comportamiento habitual y aceptable en instalaciones de baja tensión con dispositivos modulares cuando la Isc I_{sc} no es extremadamente alta.
      • El ajuste del retardo de corto tiempo (tsd) en el MCCB general es clave para mejorar la selectividad.

      Recomendaciones finales:

      1. Utilizar siempre tablas o software de selectividad del fabricante (ABB DOC, Schneider Ecodial, Siemens SIMARIS*, etc.) para las combinaciones exactas de modelos.
      2. Para instalaciones críticas o de mayor potencia, considerar MCCB con unidad electrónica LSI + ZSI (interbloqueo por zona).
      3. Verificar que el poder de corte de todos los dispositivos sea mayor o igual a la Isc máx I_{sc\ máx} en su punto de instalación.
      4. Documentar los ajustes finales de Ir, Isd y tsd en el proyecto.
      • *Siemens SIMARIS:
        es una suite de herramientas de software diseñada para la planificación, dimensionamiento y configuración eficiente y segura de redes de distribución de energía eléctrica y tableros. Permite trabajar desde la media tensión hasta el consumidor final, integrando diseño eléctrico, cálculo de corrientes de cortocircuito, selectividad, presupuesto y modelado BIM. [1, 2, 3, 4, 5]
      • El ecosistema SIMARIS se compone principalmente de las siguientes herramientas:
        • SIMARIS design: Permite el dimensionamiento automatizado de redes eléctricas y la verificación de la selectividad de las protecciones sin introducir manualmente cada dato. [1, 2]
        • SIMARIS project: Herramienta para la planificación espacial y el cálculo de costes de los sistemas de distribución de energía eléctrica. [1]
        • SIMARIS configuration: Software enfocado en la configuración gráfica y el diseño de los tableros eléctricos de distribución. [1]
        • SIMARIS curves: Aplicación para visualizar las curvas características de los dispositivos de protección y fusibles. [1]

         

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