En los sistemas de distribución de energía modernos para edificios, la industria e infraestructura, la estabilidad del sistema y la confiabilidad son de suma importancia. Especialmente en el caso de un cortocircuito o falla de sobrecarga, la respuesta del dispositivo de protección eléctrica determina directamente si el sistema se puede restaurar rápidamente y si el impacto puede minimizarse.
Para lograr este objetivo de "desconexión precisa con un alcance limitado", la selectividad y las protecciones en cascada juegan un papel central como dos conceptos clave en el diseño de sistemas de distribución de potencia. No solo mejoran la tolerancia a fallas del sistema, sino que también reducen los costos de operación y mantenimiento y los riesgos de accidentes. En este documento, discutiremos los principios de estas dos estrategias de protección, métodos de aplicación y base de selección, para proporcionar un conjunto de marco de referencia más confiable para los ingenieros eléctricos.
La protección de selectividad se refiere a: Cuando se produce una falla en un circuito del sistema de distribución, solo el punto de falla más cercano de la acción del dispositivo de protección, el equipo aguas arriba para permanecer cerrado, el resto del sistema continúa funcionando, minimizando así el alcance de la interrupción de la fuente de alimentación.
Este principio de "protección jerárquica" puede aislar efectivamente la falla y mejorar la confiabilidad de la fuente de alimentación a la carga crítica. Por ejemplo, cuando un circuito de rama de iluminación está cortocircuitado, solo elcortacircuitosPara esos viajes de circuito de rama, mientras que la tabla de cambio principal y otros circuitos de rama no se ven afectados.
La implementación de la protección selectiva se basa en varios factores clave:
Coordinación de la curva característica de corriente de tiempo (TCC): al comparar las curvas de tiempo de acción de los interruptores de circuito superior e inferior, asegura que el equipo de nivel inferior se priorice para desconectarse en caso de una falla.
COMPARACIÓN DE CAPACIÓN ACTUAL: Según los estándares de la industria, generalmente se requiere que la corriente nominal del dispositivo de protección de nivel superior sea 1.5 veces mayor que la del nivel inferior, por ejemplo, 1000A para el nivel superior corresponde a 630A para el nivel inferior.
Datos de prueba del fabricante: en algunos casos, es necesario consultar el informe de certificación de combinación coordinada proporcionada por el fabricante del interruptor de circuito para confirmar si se establece la protección selectiva.
La protección selectiva ofrece las siguientes ventajas:
Mejora de la continuidad del suministro de energía: especialmente adecuado para hospitales, centros de datos, transporte ferroviario y otras ocasiones en que los requisitos de la fuente de alimentación son muy altos.
Minimizar el impacto de las fallas: limitar el alcance del disparo hace que sea fácil investigar rápidamente el problema y restaurar la operación.
Optimice el mantenimiento del sistema: reduzca el disparo falso y las falsas alarmas, que conducen a la operación estable a largo plazo.
La protección en cascada, también conocida como "protección de espera" o "interrupción coordinada", es una estrategia por la cual un interruptor de circuito de nivel superior ayuda a un interruptor de circuito de nivel inferior a realizar tareas de interrupción en caso de corrientes de fallas altas para compensar la capacidad de interrupción insuficiente del equipo de nivel inferior.
Esta estrategia generalmente se aplica a proyectos sensibles a los costos o áreas de carga no crítica. Puede mejorar la seguridad y el cumplimiento general del sistema sin reemplazar el equipo de nivel inferior.
De acuerdo con los estándares internacionales como IEC 60947-2 y AS/NZS 61439, si la combinación de interruptores de circuitos de nivel superior e inferior pasa las pruebas y la validación del fabricante, se puede enumerar como una combinación en cascada en la documentación para que los ingenieros de diseño elijan.
Este tipo de combinación no solo asegura que el equipo de nivel inferior no falle debido a la capacidad insuficiente en caso de cortocircuito, sino que también evita la carga de costo y volumen aportada por el equipo de nivel superior.
Ircuits de carga de equipos auxiliares en plantas industriales
Cajas de distribución de iluminación/salida final en edificios comerciales
Diseño de la primera economía
Cabe señalar que, bajo la protección en cascada, es más probable que el interruptor de circuito de nivel superior se dispare durante una falla, por lo que no se recomienda para circuitos que requieren una alta estabilidad de la fuente de alimentación (por ejemplo, suministro de energía UPS, equipos de seguridad vital, etc.).
| Característica | Protección selectiva | Protección en cascada |
|---|---|---|
| Meta | Aislar fallas, mantener el tiempo de actividad | Proporcionar capacidad de ruptura de copia de seguridad |
| Tropiezo | Solo viajes de dispositivo aguas abajo | Tanto Upstream como aguas abajo pueden tropezar |
| Caso de uso | Cargas críticas (hospitales, centros de datos) | Sistemas no críticos o sensibles a los costos |
| Regla de diseño | Coordinación TCC, relación actual | Combinaciones probadas por fabricantes |
Resumen:
Selectividad = confiabilidad (mejor para sistemas de alta disponibilidad).
Cascading = rentable (adecuado para aplicaciones no críticas).
Para realizar una protección selectiva eficiente, es necesario combinar la teoría y la práctica, y considerar la estructura del sistema, las características del equipo y los modos de falla:
Basado en la curva característica de corriente de tiempo (TCC), compare los intervalos de acción de los niveles superiores e inferiores de los interruptores de circuitos para garantizar que no haya superposición.
Use un software especializado (por ejemplo, PowerTools, ETAP, PowerCad) para el análisis de simulación y coordinación.
Consulte los datos de certificación de coordinación proporcionados por el fabricante para garantizar que la combinación de equipos tenga una factibilidad práctica.
≥800A Breakers: análisis de selectividad obligatorio.
Breakers 250a - 800A: siga la regla de relación de corriente 1.5x.
≤80A MCB: la selectividad generalmente no se requiere.
Evite en cascada para UPS, sistemas fotovoltaicos o circuitos de CC.
Priorice la selectividad en redes de múltiples bus o anillo.
Con la creciente complejidad de la carga eléctrica, el esquema de protección del sistema eléctrico ya no es una superposición simple de "los más avanzados, el más seguro". La combinación racional de protección selectiva y protección en cascada puede garantizar la seguridad del sistema mientras tiene en cuenta el costo, la operación y la eficiencia de mantenimiento.
Para los ingenieros de diseño, una comprensión en profundidad del principio de trabajo, los escenarios de aplicación y la base de selección de estas dos estrategias es la clave para garantizar la entrega de proyectos de alta calidad y la estabilidad operativa a largo plazo.
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