En IEEE 80 la corriente que el cuerpo tolera baja con la raíz del tiempo de exposición, así que un despeje más rápido permite tensiones tolerables más altas y una malla menos exigente. La guía asume que la duración de la falla y la del choque son iguales, salvo que haya choques sucesivos por recierre, y usa valores típicos de 0,25 s a 1,0 s.
Respuesta corta. El cuerpo tolera más corriente cuanto menos dura el choque. Por eso, en IEEE Std 80-2013, el tiempo que tarda la protección en despejar la falla a tierra entra directamente en el cálculo de las tensiones tolerables de paso y de contacto: la corriente tolerable es proporcional a 1/√t. Un despeje más rápido da una tensión tolerable más alta; uno más lento exige una malla que produzca tensiones más bajas.
Por qué el tiempo cuenta dos veces
La cláusula 5.3 explica que el despeje rápido ayuda por dos razones. La primera es que reduce la probabilidad de exposición al choque, en contraste con situaciones en que la corriente persistiría minutos u horas. La segunda es que las pruebas y la experiencia muestran que el riesgo de lesión grave o muerte baja si la corriente por el cuerpo dura muy poco.
En el cálculo, el tiempo aparece en la fórmula de Dalziel: la corriente tolerable es k/√t, con k igual a 0,116 para una persona de 50 kg y 0,157 para 70 kg. Como el tiempo está bajo una raíz, el efecto es progresivo. Con los datos del ejemplo del Anexo B de la guía (suelo de 400 Ω·m, grava de 2500 Ω·m con Cs = 0,74, persona de 70 kg), la tensión de contacto tolerable cambia así:
| Duración del choque | Contacto tolerable |
|---|---|
| 0,25 s | unos 1185 V |
| 0,5 s | 838 V (valor del ejemplo) |
| 1,0 s | unos 593 V |
Los valores de 0,25 s y 1,0 s resultan de aplicar la misma fórmula al ejemplo. Dividir el tiempo entre 4 duplica la tensión tolerable.
Qué tiempo se toma
La guía no impone un valor. Plantea una decisión de criterio entre dos tiempos:
- Protección principal. Se defiende por la baja probabilidad combinada de que un relé falle justo cuando coinciden todos los demás factores adversos de un accidente.
- Protección de respaldo. Es más conservadora y da mayor margen de seguridad.
Según la cláusula 16.2.2, el tiempo de falla y el del choque se suponen iguales, salvo que la duración sea la suma de choques sucesivos, como los de recierres. La elección debe dar la combinación más pesimista entre el factor de decremento de la corriente de falla y la corriente que el cuerpo puede soportar. Los valores típicos de ambos tiempos están entre 0,25 s y 1,0 s, y la guía sugiere tiempos rápidos para subestaciones de transmisión y más lentos para las de distribución e industriales.
- Falla a tierra en el patio. La corriente entra al suelo por la malla
- La protección detecta la falla. Su tiempo de operación cuenta desde aquí
- El relé ordena el disparo. Sale al interruptor
- El interruptor abre y la corriente se interrumpe. El tiempo total hasta aquí es el de despeje
El tiempo de despeje es la suma de la operación del relé y de la apertura del interruptor. Para el segundo tramo vea tiempo de apertura y tiempo de corte del interruptor.
El recierre y los choques sucesivos
Una persona puede soportar un primer choque sin lesión permanente. Un recierre automático instantáneo puede producir un segundo choque en menos de 0,33 s desde el inicio del primero, y ese segundo puede causar un accidente grave. Con recierre manual el riesgo es menor porque el intervalo suele ser mayor.
El efecto acumulado de choques muy seguidos no está completamente evaluado. Una holgura razonable, que adopta la guía, es sumar las duraciones de cada choque como si fuera uno solo. Para el funcionamiento del recierre, vea recierre automático 79.
Qué se gana con un despeje rápido
La cláusula 16.6 incluye entre las formas de elevar las tensiones tolerables reducir el tiempo de despeje, usar una capa superficial más resistiva o aumentar su espesor.
La guía también advierte que limitar la corriente de falla a costa de tiempos de despeje más largos puede empeorar el panorama, porque el cuerpo tolera menos corriente cuando el tiempo crece. Los tiempos de respaldo, en cambio, son los que se suelen usar para dimensionar el conductor de la malla: en subestaciones pequeñas pueden acercarse a 3 s o más, mientras que en las grandes, con protecciones complejas o redundantes, la falla se despeja en general en 1 s o menos.
Cómo se relaciona con la protección de su subestación
Si el tiempo de despeje cambia, la seguridad de la malla cambia con él. Un ajuste más lento de una protección, un relé de respaldo con retardo mayor o una falla de interruptor que obliga a esperar a la protección de respaldo alargan el choque y reducen la tensión tolerable. Por eso conviene revisar la malla cuando se modifican los ajustes, cuando se agregan fuentes de corriente que elevan la falla o cuando cambia el esquema de protección. Vea también protección de falla de interruptor 50BF y qué necesita un estudio de coordinación de protecciones.
Qué datos de protección necesita el diseño de la malla
Para fijar el tiempo de choque se necesita reunir, para cada zona de la subestación, estos datos:
- El tiempo de despeje de la protección principal y el de la de respaldo.
- El tiempo de apertura del interruptor que despeja la falla.
- Si hay recierre, cuántos intentos hace y con qué retardo.
- Los cambios previstos en las fuentes de corriente de falla.
Con ellos se elige el tiempo y se comprueba que las tensiones de la malla sigan por debajo de las tolerables. El potencial máximo que alcanza la malla con esa corriente se calcula como se explica en elevación de potencial de tierra (GPR).
Hacemos su estudio de puesta a tierra
Definimos con usted qué tiempo de despeje adoptar en cada zona de su subestación y calculamos con él las tensiones tolerables. En la pestaña «Tolerable» de nuestra herramienta gratuita de resistencia de puesta a tierra puede ver cómo cambian los límites de contacto y de paso con la duración del choque. Vea el servicio de diseño de ingeniería y estudios o escríbanos por contacto. Si además necesita ajustar sus protecciones de distancia y sobrecorriente, también configuramos sus relés de forma remota.
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Referencias
- IEEE Std 80-2013, IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding: cláusulas 5.3 (importancia del despeje rápido), 6.1 y 6.2 (fórmula de duración y elección del tiempo), 6.4 (recierre), 11.3.3 (factores adicionales para dimensionar el conductor, entre ellos el tiempo de respaldo) y 16.2.2 (duración de la falla y del choque); ecuaciones (7) a (9) y Anexo B, ejemplo 1.
Preguntas frecuentes
¿Qué tiempo se usa en el cálculo: el de la protección principal o el de respaldo?
IEEE 80 deja la decisión al diseñador. El tiempo de la protección principal se puede justificar porque es poco probable que el fallo de un relé coincida con todas las demás condiciones de un accidente. El de respaldo da más margen de seguridad y es el criterio más conservador.
¿Por qué el tiempo de la falla y el del choque se consideran iguales?
Porque el choque dura mientras circula la corriente. La guía los asume iguales, salvo que la duración total sea la suma de choques sucesivos, como los de un recierre. En ese caso se suman las duraciones individuales.
¿Mejorar la protección puede evitar rediseñar la malla?
Puede ayudar. Reducir el tiempo de despeje es una de las formas que la guía menciona para aumentar las tensiones tolerables de paso y de contacto. También hay que revisar que el cambio no aumente la corriente de malla o el tiempo de otras fallas, y se evalúa junto con el resto del diseño.