Com avaluar les classificacions de 'Resistència al curtallircuit' (Icw) per a centrals elèctriques industrials pesades.

El paper fonamental de les qualificacions de suport de curt circuit en l’energia industrial

Les estacions de potència industrials pesades, com les que alimenten les operacions mineres, les plantes químiques i les grans instal·lacions de fabricació, funcionen dins de xarxes elèctriques d’alta energia. En aquests entorns, la seguretat elèctrica és d’una importància fonamental. Quan es produeix una fallada elèctrica, com ara un curt circuit a la línia des d’un barra principal de distribució important, la quantitat d’energia alliberada és immensa. Un esdeveniment de curt circuit pot generar corrents que són desenes o centenars de vegades superiors al corrent normal de funcionament de l’instal·lació. Aquesta sobretensió massiva de corrent exerceix una tensió física i tèrmica extrema sobre tots els components del camí elèctric, incloent-hi l’equipament de commutació, els interruptors automàtics, les barres principals i els inversors. Per evitar la destrucció catastròfica de l’equipament, les explosions i les lesions al personal, els enginyers de sistemes han d’avaluar i especificar amb cura la capacitat de suport de curt circuit (Icw) de tota la infraestructura elèctrica.

Definició de l’Icw: límits de tensió mecànica, tèrmica i elèctrica

El corrent de suport de curtcircuit (Icw) és una magnitud normalitzada definida per organismes internacionals d’enginyeria, com ara la Comissió Electrotècnica Internacional (IEC 61439). La qualificació Icw especifica el valor eficaç (r.m.s., root-mean-square) màxim del corrent de curtcircuit que un component o un conjunt pot suportar de forma segura durant un període determinat (normalment 1,0 segon, tot i que en alguns casos es pot qualificar per 0,5 o 3,0 segons) sense patir danys permanents ni comprometre la seguretat. Per avaluar l’Icw, els enginyers han de comprendre les dues tensions distintes que els curtcircuits imposen als sistemes elèctrics:

• Tensió tèrmica: El flux massiu de corrent genera calor a una velocitat exponencial, proporcional al quadrat del corrent (I al quadrat t). En qüestió de mil·lisegons, la temperatura dels conductors pot pujar fins a centenars de graus Celsius, cosa que pot fondre l’aïllament, debilitar les unions mecàniques de coure i destruir els sustrats de les plaques de circuits.
• Tensió mecànica: En condicions de curt circuit, els conductors adjacents que transporten aquestes corrents elevats experimenten forces electromagnètiques immenses. Aquestes forces poden deformar les barres d'unió de coure, desenganxar els cables dels seus suports i destruir les carcasses estructurals. La força màxima és proporcional al quadrat del corrent de pic (Ipk), que pot arribar fins a 2,2 vegades el corrent eficaç (r.m.s.) en sistemes de corrent altern.

Una valoració Icw adequada assegura que l'equipament de l'estació de subministrament pugui resistir tant la sobrecàrrega tèrmica ràpida com les forces mecàniques violents fins que els dispositius de protecció situats a montant (com ara interruptors automàtics d'alta velocitat o fusibles) interrompin la fallada.

Càlcul de la capacitat de corrent de fallada i avaluació dels riscos del sistema

L’avaluació de la valoració Icw necessària per a una estació industrial de subministrament és un procés matemàtic rigorós. Els enginyers de sistemes han de dur a terme un estudi detallat de curt circuit de tota la xarxa elèctrica de l’instal·lació. Aquest estudi implica diversos passos clau:

• Pas 1: Determinar la capacitat de curtcircuit de la companyia elèctrica. Obteniu el corrent de curtcircuit disponible màxim (Isc) de la companyia elèctrica local al punt de connexió comú. Això representa la línia base inicial per als càlculs.
• Pas 2: Calcular la impedància de la font. Modeleu la impedància elèctrica de tots els components situats a montant, incloent les línies elèctriques de la companyia, les subestacions, els transformadors d’alta tensió i els generadors locals. Una impedància del sistema més baixa comporta corrents de curtcircuit de defecte potencialment més elevats.
• Pas 3: Tenir en compte la contribució local dels motors. En instal·lacions industrials intenses, els motors elèctrics de gran potència que estiguin en funcionament en el moment d’un defecte poden actuar breument com a generadors, injectant un corrent addicional al curtcircuit. Els enginyers han d’afegir aquesta contribució dels motors al corrent de curtcircuit calculat.
• Pas 4: Determinar el corrent de defecte previst. Calcular el corrent de defecte eficaç màxim a cada barra principal crítica i punt de distribució d’energia de les instal·lacions. La capacitat Icw de l’equipament de commutació i dels components instal·lats en aquests punts ha d’superar aquests corrents de defecte previstos amb un marge de seguretat adequat (normalment del 10 al 20 per cent).

Selecció de l’equipament de commutació i de la protecció de circuits amb una capacitat Icw adequada

Un cop determinats els corrents de defecte previstos, els enginyers han de seleccionar components que compleixin o superin aquests requisits. En avaluar l’equipament de commutació i els dispositius de protecció de circuits, cal tenir en compte els aspectes següents:

• Protecció coordinada (selectivitat): Per minimitzar el temps d’inactivitat, el sistema s’ha de dissenyar amb coordinació selectiva. Això vol dir que una falla a valle només ha d’accionar el polsador de protecció directament a montant d’aquesta falla, deixant la resta de les instal·lacions en funcionament. Perquè això funcioni, els polsadors de protecció a montant han de romandre tancats durant una falla durant un curt període, cosa que significa que han de tenir una elevada capacitat Icw per suportar el corrent mentre s’espera que els polsadors de protecció a valle actuen.
• Suport integrat dels barres conductores: En els quadres elèctrics d’alta potència, les barres conductores de coure físiques s’han de fixar amb suports aïllants d’alta resistència (suports per a barres conductores) que estiguin homologats per suportar les forces mecàniques calculades (Ipk). Assegureu-vos que els conjunts de quadres elèctrics hagin estat sotmesos a proves de tipus físiques per verificar els seus límits homologats de Icw.
• Reducció de la capacitat per temperatura ambient: Les temperatures ambientals elevades a l’interior d’armaris industrials poden reduir la marge tèrmica dels conductors de coure. Els enginyers han d’aplicar factors de reducció adequats a les valoracions Icw si l’equipament funciona en entorns càlids i sense ventilació.

Integració de la infraestructura elèctrica robusta de JYINS per a entorns amb corrents de defecte elevats

JYINS és un fabricant líder de sistemes de conversió d’energia i protecció de circuits d’alta fiabilitat dissenyats per a aplicacions B2B exigents. El nostre interruptor industrial robust, els interruptors automàtics personalitzats i les unitats de distribució d’energia estan dissenyats per complir les normes de seguretat més exigents del sector.

Els productes JYINS sotmeten a proves de tipus extenses en laboratoris acreditats d’assaig d’alta potència. Durant aquestes proves, els nostres muntatges d’interruptors es sotmeten a corrents de curt circuit simulats d’fins a 50 kA o 100 kA durant un segon complet, verificant que les nostres estructures, barres d’alimentació i suports aïllants poden resistir fàcilment les condicions reals de defecte.

Els nostres avançats interruptors automàtics disposen de mecanismes magnètics de desconnexió ràpida que eliminen curtcircuits greus en menys de 10 mil·lisegons, reduint significativament l’energia tèrmica total (I al quadrat per t) que es transfereix. Aquesta interrupció ràpida protegeix els cables connectats a continuació, els inversors d’alt rendiment i l’equipament de control sensible contra danys, disminuint els costos de reparació i minimitzant les parades operatives.

Normes de conformitat: requisits de la IEC 61439 i la UL 891

Per garantir la conformitat i la seguretat globals, els compradors B2B han d’especificar que tots els components de l’estació de subministrament compleixin les principals normes internacionals. Les normes més rellevants pel rendiment en suport de curtcircuit inclouen:

• IEC 61439-1/-2: Aquesta norma defineix els requisits per als quadres elèctrics i els aparells de maniobra de baixa tensió, establint els mètodes d’assaig i els factors de seguretat per verificar la Icw, la Ipk i el rendiment tèrmic.
• UL 891: Aquesta norma cobreix els quadres de comutació amb frontal tancat utilitzats a Nord-amèrica, especificant la resistència mecànica i els marges de seguretat elèctrica necessaris per protegir contra curtcircuits.

En integrar els quadres elèctrics i els sistemes de protecció de circuits certificats per JYINS a les vostres centrals elèctriques industrials pesades, els responsables de seguretat i els enginyers de sistemes poden estar segurs que les seves instal·lacions estan protegides per maquinari dissenyat per suportar les fallades elèctriques més exigents. El nostre equip d’experts en enginyeria està a disposició dels clients B2B per ajudar-los amb càlculs de curtcircuit, estudis de coordinació de proteccions i selecció d’equips personalitzats per garantir un sistema elèctric segur, robust i altament fiable.