3 Contenido (Cap I, Cap II, Cap III)

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN VALENCIA Autor: Elías Guevara Tutor académico: Edgar Núñez Asesora Metodológica: Arelys Bolívar IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE . BARRA 230 KV EN LA SUBESTACIÓN SAN DIEGO PARA . . GARANTIZAR LAS CONDICIONES OPERATIVAS DEL SISTEMA . . ELÉCTRICO NACIONAL MEDIANTE EL EMPLEO DE . . EQUIPOS DE PROTECCIÓN NUMÉRICOS

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Protecciónes

Transcript of 3 Contenido (Cap I, Cap II, Cap III)

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITCNICO SANTIAGO MARIO EXTENSIN VALENCIA

IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE PROTECCIN DIFERENCIAL DE . BARRA 230 KV EN LA SUBESTACIN SAN DIEGO PARA . . GARANTIZAR LAS CONDICIONES OPERATIVAS DEL SISTEMA . . ELCTRICO NACIONAL MEDIANTE EL EMPLEO DE . . EQUIPOS DE PROTECCIN NUMRICOS

Autor: Elas Guevara Tutor acadmico: Edgar Nez Asesora Metodolgica: Arelys Bolvar

Valencia, Octubre 2014

APROBACIN DEL TUTOR ACADMICO

En mi carcter de Tutor Acadmico del Trabajo Especial de Grado, presentado como requisito parcial para la obtencin del ttulo de Ingeniero Electricista por el ciudadano Elas Rafael Guevara Aular, titular de la Cdula de Identidad N V-21.670.312 cuyo ttulo es: IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE PROTECCIN DIFERENCIAL DE BARRA 230 KV EN LA SUBESTACIN SAN DIEGO PARA GARANTIZAR LAS CONDICIONES OPERATIVAS DEL SISTEma ELCTRICO NACIONAL MEDIANTE EL EMPLEO DE EQUIPOS DE PROTECCIN NUMRICOS. Considero que este rene los requisitos y mritos suficientes para ser evaluado por parte del jurado examinador que se designe.

En la ciudad de Valencia a los 20 das del mes de Enero del 2015.

___________________________Ing. Edgar NezC.I. V- 5.385.478

APROBACIN DE LA ASESORA METODOLGICA

En mi carcter de Asesora Metodolgica del Trabajo Especial de Grado, presentado como requisito parcial para la obtencin del ttulo de Ingeniero Electricista por el ciudadano Elas Rafael Guevara Aular, titular de la Cdula de Identidad N V-21.670.312 cuyo ttulo es: IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE PROTECCIN DIFERENCIAL DE BARRA 230 KV EN LA SUBESTACIN SAN DIEGO PARA GARANTIZAR LAS CONDICIONES OPERATIVAS DEL SISTEma ELCTRICO NACIONAL MEDIANTE EL EMPLEO DE EQUIPOS DE PROTECCIN NUMRICOS. Considero que este rene los requisitos y mritos suficientes para ser evaluado por parte del jurado examinador que se designe.

En la ciudad de Valencia a los 20 das del mes de Enero del 2015.

_______________________Msc. Arelys BolvarC.I. V- 3.308.193

NDICE GENERAL

pp.

CONSTANCIA ACEPTACIN DEL TUTOR.

INDICE GENERAL.

LISTA DE FIGURAS..

RESUMEN

INTRODUCCIN.

CAPTULO

I. EL PROBLEMA

Contextualizacin del Problema...........................

Objetivos de la Investigacin...

General........

Especficos..

Justificacin de la Investigacin.........

II. MARCO REFERENCIAL

Antecedentes de la Investigacin

Bases Tericas

Sistema de Potencia

Generacin de Energa Elctrica

Transmisin de Energa Elctrica

Distribucin de Energa Elctrica

Subestaciones Elctricas

Clasificacin de las subestaciones elctricas

Elevadoras

Reductoras

De Enlace

En Anillo

Radiales

De Intercambio

Subestaciones normalizadas por CADAFE

Nodal III D

Nodal 115 TD

Nodal 230 T

Nodal 400 T

Nodal 800 T

Radial II

Radial 115 D

Sistemas de una subestacin

Primario

Secundario

Auxiliares

Tramos de una subestacin

Tramo de generacin

Tramo de transformacin

Tramo llegada de transformador a barra (Alta Tensin)

Tramo llegada de transformador a barra (Baja Tensin)

Tramo de salida de lnea

Tramo de acople y/o seccionamiento de barra

Tramo de transferencia

Tramo de compensacin

Esquema de barra de las S/E normalizadas por CADAFE

Barra simple

Barra seccionada por disyuntor

Barra simple con seccionador en derivacin (By-pass)

Barra doble

Barra principal y transferencia

Barra doble con disyuntor y medio de salida

Elementos de una subestacin

Lneas de transmisin

Barras colectoras

Equipos de maniobra

Seccionadores

Disyuntor o interruptor de potencia

Transformador de potencia

Autotransformadores

Anormalidades en los Sistema de Potencia

Perturbaciones

Sobretensiones

Voltaje nominal

Voltaje mximo

Sobretensin temporal

Energizacin de lnea (Efecto Ferranti)

Cambios bruscos de carga

Sobretensiones por falla

Ferroresonancia

Sobretensiones de maniobra

Sobretensiones atmosfricas

Sobrecarga

Falla

Cortocircuito

Tipos de Cortocircuito

Trifsico

Bifsico

Bifsico a tierra

Lnea a tierra

Trifsico a tierra

Causas de los cortocircuitos

Consecuencias del cortocircuito

Sistemas de Proteccin Elctrica

Objetivos de los sistemas de proteccin elctrica

Funciones de las protecciones elctricas

Funciones principales de las protecciones elctricas

Funciones secundarias de las protecciones elctricas

Caractersticas de los sistemas de proteccin elctrica

Sensibilidad

Selectividad

Rapidez

Fiabilidad

Economa y simplicidad

reas de proteccin de los sistema de potencia

Proteccin primaria

Proteccin de respaldo

Proteccin secundaria

Elementos de un sistema de proteccin elctrica

Transformador de corriente (TC)

Transformador de potencial (TP)

III. MARCO METODOLGICO

Modalidad de la Investigacin.

Diseo de la Investigacin

Poblacin y Muestra.....

Poblacin..

Muestra........

Tcnicas e Instrumentos de Recoleccin de Datos..................

LISTA DE FIGURAS

No.pp

1Generacin, Transmisin y Distribucin de la Electricidad

2Tramo de Generacin

3Tramo de Transformacin (Alta Tensin)

4Tramo de Transformacin (Baja Tensin)

5Tramo de salida de lnea

6Tramo de Acople y/o seccionamiento de barra

7Tramo de transferencia

8Tramo de compensacin

9Barra simple

10Barra Seccionada por disyuntor

11Esquema de barra simple con seccionadores en derivacin (By-pass)

12Barra doble

13Barra principal y transferencia

14Esquema de barra doble con disyuntor y medio de salida

15Smbolos empleados para designar un transformador

16reas de Proteccin en un sistema de Potencia

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITCNICO SANTIAGO MARIO EXTENSIN VALENCIA

IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE PROTECCIN DIFERENCIAL DE . BARRA 230 KV EN LA SUBESTACIN SAN DIEGO PARA . . GARANTIZAR LAS CONDICIONES OPERATIVAS DEL SISTEMA . . ELCTRICO NACIONAL MEDIANTE EL EMPLEO DE . . EQUIPOS DE PROTECCIN NUMRICOS

Autor: Elas Guevara Tutor acadmico: Edgar Nez Asesora Metodolgica: Arelys Bolvar

RESUMENLa empresa CORPOELEC tiene entre sus prioridades la reduccin, tanto en frecuencia como en duracin de interrupciones del servicio elctrico, repercutiendo en el bienestar y satisfaccin de sus clientes. De all surge la necesidad imperante de modernizar y mejorar los sistemas de protecciones existentes en sus subestaciones (SS/EE). En el presente Trabajo Especial de Grado se encuentra el estudio para la implementacin de un moderno sistema de proteccin diferencial de barra 230 kV en la subestacin (S/E) San Diego del estado Carabobo, una de las ms importantes para la regin central del estado, exponiendo las generalidades del proceso de implementacin de un nuevo esquema de proteccin. Utilizando para este efecto equipos de ltima tecnologa como rels numricos, puesto que son los que actualmente ofrecen las mayores ventajas para los sistemas de potencia. El adaptar una tecnologa moderna a un sistema de proteccin antiguo ha ocasionado problemas tcnicos como: desarticulacin de planos de la subestacin, descoordinacin de protecciones, desperdicio de recursos, entre otros. Para la reconfiguracin de los esquemas de proteccin de la S/E San Diego se realizaron los siguientes trabajos: Estudio de las caractersticas de funcionamiento de los equipos de proteccin de la S/E, levantamiento y actualizacin de planos, Estudio de las caractersticas y funcionamiento de los rels numricos que se utilizaron, diseo de la reconfiguracin de los esquemas de proteccin, diseo de hojas de cableado, parametrizacin (programacin) de los rels numricos utilizados, anlisis tcnico y econmico del proceso de implementacin.

INTRODUCCIN

En el estado Carabobo situado en la regin centro-norte de Venezuela, y cuya capital es la pujante e industrial ciudad de Valencia, se halla la mayor concentracin industrial del pas. En el eje Valencia - Mariara hay importantes ensambladoras de vehculos, industrias alimenticias, metalmecnicas, trefileras de alambres y cables elctricos, plantas galvanizadoras, cermicas industriales, hilanderas, textiles, plsticos, pinturas, neumticos, asfaltos, papel, electrodomsticos, etc. El estado Carabobo es reconocido actualmente como uno de los estados ms desarrollados industrialmente de Venezuela, y por lo tanto es fiel dependiente de la energa elctrica; es por esto que empresas como CORPOELEC, en la cual se realizan los procesos de generacin, transmisin, distribucin y comercializacin de este recurso, busca brindar un servicio eficiente y confiable, logrando satisfacer la demanda mxima presente.En la investigacin, se propondr el estudio, anlisis, desarrollo e implementacin de un sistema de proteccin diferencial de barra 230 kV en la S/E San Diego, esta es la S/E ms importante en la zona central del estado Carabobo, ya que transmite la energa que recibe a varios sectores industriales, comerciales y residenciales del centro del estado y a varios municipios.Por todo lo antes planteado el objetivo principal de esta investigacin ser hacer un estudio e implementacin de protecciones que permita tener una mayor confiabilidad y un mejor servicio al estado Carabobo.

CAPTULO I

EL PROBLEMA

Contextualizacin del problema

El progreso y los avances tecnolgicos que se han observado en tantos campos, desde la vida cotidiana en los centros urbanos, hasta en las grandes y modernas industrias, dan cuenta de los cambios que van construyendo las sociedades para el futuro. Dichos cambios se multiplican y crecen exponencialmente, con la finalidad de la modernizacin de todo aquello que rodea al ser humano. Esta revolucin tecnolgica y crecimiento cientfico ha permitido al hombre el logro y el desarrollo de innumerables tecnologas, mtodos y conocimientos para la creacin y construccin del mundo moderno comercial e industrial; la sociedad actual es fiel dependiente de la energa elctrica, pues permite a la mayora de aquellos procesos y mtodos industriales, labores econmicas y desarrollos urbanos prosperar. Es por esta razn, dada la importancia de la electricidad como fuente de energa, se han creado grandes sistemas, redes y estructuras que permiten generar, transmitir y disponer de este recurso tan indispensable. A estos sistemas se les conoce como los sistemas elctricos de potencia, y tienen una importancia fundamental en el mundo moderno, pues constituyen el ncleo del progreso del desarrollo industrial y socioeconmico de la civilizacin.El objetivo principal de todo sistema de potencia es garantizar o mantener la continuidad del servicio elctrico a los consumidores y clientes que se beneficien del mismo. El obstculo principal o el mayor peligro a la hora de cumplir este objetivo se presenta con las fallas elctricas, estas son 11fenmenos que por diferentes causas provocan como resultado cambios bruscos de corrientes y voltajes, totalmente intolerables para los sistemas de potencia, estas fallas incurren en daos graves a los equipos elctricos conectados a la red donde sucede la anomala, lo que conlleva a una interrupcin del servicio de energa.Para evitar esto y garantizar la operatividad del sistema, en la industria elctrica se han desarrollado lo que se conoce como esquemas de proteccin elctricos, estos son una parte vital del sistema de potencia, estos sistemas de proteccin cuando detectan condiciones de fallas, actan para despejar y aislar aquellas partes de un circuito que se ven afectadas por la misma, con el fin de prevenir daos a equipos, heridas al personal o trabajadores, heridas al pblico y para reducir al mnimo el tiempo de interrupcin del servicio al usuario, el objetivo principal de todo sistema de proteccin es mantener la continuidad del servicio a los consumidores.Actualmente en Venezuela las actividades humanas se estn expandiendo, principalmente en aquellos estados centrales con mayor concentracin poblacional e industrial, como el estado Carabobo el cual posee un gran sector comercial, una poblacin humana y una industria cada da ms pujante; por lo tanto se hace indispensable asegurar el servicio elctrico que satisface a todo este sector, para ello se cuenta con la sub estacin elctrica San Diego 230/115 kV, esta es una de las ms importantes como sub estacin troncal pues se interconecta con otras sub estaciones que prestan servicio a diferentes municipios; atiende la carga ms crtica del casco central del estado Carabobo, transmitiendo la energa recibida a diferentes sub estaciones como Pedro Camejo, Brbula, Guaparo, Los Guayos, Guacara y una salida a la C.A. Hidrolgica del centro. La problemtica presente en la sub Estacin San Diego, radica en el sistema que utiliza para la proteccin de la barra de alimentacin de 230 kV; este inadecuado para las circunstancias actuales de un sistema de potencia, tratndose de equipos de proteccin basados en electrnica discreta, una tecnologa que se encuentra obsoleta para un sistema de proteccin, estos equipos aunque funcionales, no se adecuan a las requerimientos modernos para un sistema de proteccin, estos carecen de la versatilidad necesaria para las condiciones actuales de un sistema de potencia, caractersticas tales como la rapidez de operacin, la capacidad de deteccin del tipo de falla, la caracterstica de la falla que ocurre, o un registro de las caractersticas de las fallas son algunas de las faltas de estos equipos. Por lo tanto esta situacin compromete el objetivo principal que es asegurar un rendimiento provechoso y de utilidad para los consumidores.Por tratarse de equipos de data muy antigua que son utilizados en sistemas modernos y ms complejos para los cuales fueron diseados, estos pueden incurrir en el malfuncionamiento del sistema de proteccin elctrico de la sub estacin San Diego pudiendo provocar situaciones como interrupciones errticas, esto se trata de una condicin donde detecta una anomala sin ser precisamente una falla, ocasionando la apertura de interruptores cuando en realidad no es necesario que esto ocurra, pudiendo los equipos seguir operando bajo dicha anomala; y en caso de ocurrir una falla elctrica y los equipos de proteccin no acten por su insuficiencia para responder a las circunstancias, pueden presentarse graves perjuicios a los diferentes equipos elctricos en la sub estacin. Por otra parte, estos equipos tan antiguos basados y constituidos de componentes electrnicos discretos pasivos tales como resistores o capacitores y activos como lo son los como transistores, no tienen un mercado comercial, es decir, estos dispositivos no se hallan en el mercado vigente, adems la miniaturizacin progresiva e imparable impuesta por la industria electrnica, as como los avances en el campo de los semiconductores llevan a la desaparicin gradual de muchos componentes discretos, siendo no ms que imposible hallar un reemplazo para alguno de ellos. Otra desventaja de estos equipos de proteccin es que requieren del uso de transformadores de corriente dedicados, con el fin de ser transformadores de adaptacin para llevar las seales de corriente a niveles aceptables para los componentes electrnicos con los cuales operan. Otra gran problemtica que se suma es tambin la incapacidad de llevar un registro fiable de las fallas, perturbaciones y condiciones anormales que ocurren en el sistema, estos equipos solo estn diseados para actuar.Como consecuencia de las cambiantes demandas elctricas, complejos e intrincados sistemas de potencia utilizados actualmente se requieren de equipos de proteccin que no solo acten al detectar una anormalidad, sino tambin sean capaces de hacerlo con rapidez para actuar en el menor tiempo posible, sensibilidad para detectar si bien se trata de una falla o una condicin anormal no riesgosa, estabilidad para operar siempre de forma correcta, selectividad para despejar solamente aquellas secciones del sistema elctrico en falta y adems deben poder ofrecer una amplia gama de informacin acerca de las condiciones de falla que pudieran ocurrir, todas estas caractersticas deseables para las cuales los sistemas de proteccin usados actualmente en la sub estacin San Diego no estn diseados pues cuenta con equipos que no estn especificados para tales condiciones, con un desempeo insuficiente de sus funciones en comparacin con las nuevas equipos y tecnologas.

Objetivos de la investigacin.

Objetivo general.

Implementar un sistema de proteccin diferencial de barra 230 kV en la sub estacin San Diego para garantizar las condiciones operativas del sistema elctrico nacional mediante el empleo de equipos de proteccin numricos.

Objetivos especficos

1. Diagnosticar las condiciones actuales del sistema de proteccin diferencial de barra 230 kV en la sub estacin San Diego, utilizando las tcnicas de recoleccin de informacin.

2. Analizar los resultados obtenidos del diagnstico mediante el uso de cuadros para facilitar su interpretacin y representacin grfica.

3. Implementar el nuevo sistema de proteccin diferencial de barra 230 kV utilizando equipos de proteccin numricos.

4. Estimar la factibilidad tcnica y econmica de la implementacin de un sistema de proteccin diferencial de barra compuesto por equipos de proteccin numricos.

Justificacin de la investigacin.

Los sistemas elctricos son susceptibles a operar en condiciones no deseadas e incluso son propensos a fallar, para evitar las interrupciones del servicio causadas por las fallas se deben realizar inversiones en equipos sofisticados y mucho ms modernos.Uno de los beneficios que conlleva este trabajo especial de grado radica en el fortalecimiento del sistema elctrico nacional de Venezuela, adaptndolo a tecnologas actuales de proteccin capaces de responder a las exigencias.La ejecucin de la modernizacin del sistema de proteccin diferencial de barras constituido por dispositivos de electrnica discreta, reemplazndolo totalmente por las tecnologas actuales de proteccin basadas en esquemas numricos, contribuir a un gran provecho para la empresa elctrica Corpoelec, ya que reducir la posibilidad de dao generalizado a equipos e interrupciones prolongadas del servicio.La principal utilidad de la implementacin de este proyecto para la sociedad reside en el hecho de respaldar la operatividad del sistema de potencia de la sub estacin San Diego que transmite energa elctrica a distintas sub estaciones a cuatro municipios, garantizando un rendimiento provechoso a los consumidores, pues esta sub estacin de transmisin atiende una de las cargas ms crticas del centro del estado Carabobo de ella dependen los centros urbanos con mayor concentracin poblacional del estado.Con la elaboracin de este trabajo especial de grado se aporta al Instituto Universitario Politcnico Santiago Mario y a sus estudiantes una investigacin nica en el rea de protecciones, por tratarse de una implementacin de un esquema de proteccin numrico de tipo diferencial de barra en una sub estacin de transmisin. De igual forma brinda al autor la oportunidad de crecer en sus estudios universitarios, con la finalidad de obtener el grado de ingeniero electricista.

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CAPTULO II

MARCO REFERENCIAL

En este captulo se exponen todos aquellos fundamentos tericos resultado de la seleccin de los aspectos ms relacionados con el problema a investigar y que sustenten este trabajo especial de grado, citando a Fidias G. Arias (1999) el marco terico de la investigacin o marco referencial, puede ser definido como el compendio de una serie de elementos conceptuales que sirven de base a la indagacin por realizar (p.38). As como tambin se presenta una recopilacin de investigaciones realizadas que guardan relacin con el rea de estudio, ya sea por su contenido terico o metodolgico, y que servirn de base para el desarrollo de la presente investigacin.

Antecedentes de la Investigacin

Los antecedentes son todos aquellos trabajos de investigacin que preceden al que se est realizando, y que adems guardan mucha relacin con los objetivos del estudio que se aborda.A continuacin se presentan estudios previos y tesis de grado relacionadas con el tema planteado, es decir, investigaciones realizadas anteriormente y que guardan vinculacin con el problema en estudio.Montes, K. y Narvez, M. (2013), realizaron para la Universidad Nacional Experimental Politcnica de la Fuerza Armada Nacional un estudio titulado Coordinacin de protecciones en los circuitos 13,8 kV Metropolitano y Guasimal pertenecientes a la S/E elctrica mvil La Morita (115/13,8 kV) de Corpoelec zona Aragua donde exponen la necesidad imperante de la empresa CORPOELEC de actualizar y mejorar los sistemas de protecciones, instalados a lo largo de los circuitos de distribucin primaria en la zona Aragua. Especficamente en la S/E Elctrica Mvil la Morita y sus circuitos Metropolitano y Guasimal; haciendo nfasis en el estudio de la coordinacin de reconectadores automticos con los fusibles localizados en las derivaciones con ms carga conectada y el interruptor principal de la Sub Estacin.Esta investigacin aporta material informativo concerniente al estudio de la factibilidad tcnica y econmica para la implementacin de un sistema de proteccin, tomando en cuenta los procedimientos y mtodos para una ejecucin viable del proyecto, as como tambin los costos y limitaciones que deben considerarse al ejecutar la modernizacin del sistema de protecciones; tomando en cuenta el costo-beneficio como una herramienta para evaluar, o ayudar a evaluar, en el caso del proyecto o propuesta, la conveniencia del proyecto mediante la valoracin en trminos monetarios de todos los costos y beneficios derivados directa e indirectamente en dicho proyecto.Veracierta, P. (2012), realiz un Trabajo Especial de Grado titulado Definicin de los esquemas de proteccin y anlisis del impacto de la generacin distribuida en la red de distribucin caso Cantarrana (Charallave) presentado ante la Universidad Central de Venezuela, donde realiz un estudio a los esquemas de proteccin y el impacto que tuvo sobre estos la instalacin de un sistema de generacin distribuida en la red de distribucin caso Cantarrana (Charallave); debido a la introduccin de generadores adicionales en el sistema de distribucin, se present un conjunto de nuevas condiciones en la red y como consecuencia, la aparicin de nuevos problemas tcnicos que deben ser estudiados al considerar la conexin de Generacin Distribuida. Una de las reas crticas ms afectadas es la de las protecciones elctricas, como se afectan las protecciones existentes al trabajar con generacin distribuida en la red de distribucin. La conexin de la Generacin Distribuida en la red de distribucin convierte a un sistema simple en una red complicada. Los sistemas radiales tendrn ahora mltiples fuentes, las cuales hacen cambiar el flujo de la corriente de falla.Este trabajo especial de grado contribuye al problema en estudio en lo que respecta al material bibliogrfico y terico relacionado con el campo de las protecciones elctricas, siendo muy til como herramienta de referencia en los aspectos relacionados con las funciones fundamentales de un sistema de proteccin, expone de igual manera los tipos de protecciones y los casos en los cuales es ms conveniente el uso de una proteccin en particular; as como tambin explica en detalle las partes de un sistema de protecciones y la relacin que guardan los equipos de proteccin con otros elementos como los transformadores de medida.Rodrigo, D. (2010), present su Trabajo de Grado ante la Universidad de Oriente titulado: Coordinacin de proteccin de sobrecorriente del sistema elctrico de 34,5 kV de la S/E luisa Cceres de Arismendi incorporando la S/E El Manglillo Seneca, estado Nueva Esparta en el cual reflej que su objetivo principal fue realizar las coordinacin de rel de proteccin de sobrecorriente en el sistema de 34,5 kV de la S/E Luisa Cceres de Arismendi, para esto fue necesario hacer un descripcin del sistema, obtener los niveles de corto circuito utilizando un programa computacional, y obtener los niveles de tensin en las distintas barras que integran el sistema, mediante un flujo carga.El aporte de este trabajo de grado a la investigacin radica en el contenido referido al estudio de cortocircuitos, incluyendo los aspectos generales que caracterizan un cortocircuito, se parte del hecho de que el clculo de cortocircuito es esencial para ejecutar la implementacin y posterior coordinacin o ajuste de protecciones; este es el punto de partida para realizar la coordinacin. Explican en detalle las anormalidades en los sistemas de potencia como fallas y cortocircuitos y como estas afectan los equipos y elementos elctricos y tambin la continuidad del servicio.

Bases Tericas

Las bases tericas constituyen un conjunto de conceptos y preposiciones dirigidos a establecer un punto de vista o enfoque determinado, con la finalidad de explicar el fenmeno o problema planteado; A continuacin se presenta una breve descripcin de los conceptos bsicos y ms resaltantes para el desarrollo de este trabajo, estas bases tericas sirven de apoyo conceptual para fundamentar de manera literaria los conceptos y criterios utilizados en esta investigacin.

Sistema de Potencia

Un sistema de potencia es una red de componentes elctricos con un montaje complejo de equipos y circuitos; en general se trata de un sistema formado por un conjunto de componentes cuya funcin es generar, transmitir y distribuir la electricidad a los usuarios, bajo ciertas exigencias de continuidad del servicio, regulacin de tensin y control de frecuencia. Se define un sistema de potencia como una red formada por unidades generadoras elctricas, cargas y/o lneas de transmisin de potencia, incluyendo el equipo asociado, conectado elctricamente o mecnicamente a la red.

Generacin de Energa ElctricaLa generacin de la electricidad es el proceso de obtencin de energa elctrica a partir de otras fuentes de energa, para las empresas elctricas es la primera etapa en la entrega de electricidad a los consumidores.

Transmisin de Energa ElctricaLa transmisin de energa elctrica consiste en el transporte de grandes bloques de energa desde las plantas de generacin hasta las sub estaciones elctricas localizadas cerca de los centros de consumo. Esta hace uso de conductores elctricos suspendidos de grandes torres para llevar la energa de un punto a otro.

Distribucin de Energa ElctricaLa distribucin de la electricidad es la etapa final en el proceso de entrega de energa elctrica, en esta etapa se carga electricidad desde el sistema de transmisin hasta los consumidores individuales.

Figura 1: Generacin, Transmisin y Distribucin de la Electricidad. Fuente: Montes K. Narvez M.

Subestaciones Elctricas

Una S/E elctrica es una parte del sistema de potencia; se trata de un conjunto de equipos y aparatos cuya principal funcin es transformar tensiones y derivar circuitos de potencia. Entre las centrales de generacin y el consumidor la energa elctrica puede fluir a travs de distintas sub estaciones a diferentes niveles de tensin.Se puede decir que las SS/EE elctricas representan los cimientos de los Sistemas Elctricos de Potencia. De acuerdo con las normas del operador de subestaciones de CADAFE (1995); una S/E de electricidad no es ms que una instalacin que es utilizada para reducir o elevar los niveles de tensin provenientes de grandes centros de generacin de energa elctrica, para realizar interconexiones, de lneas de transmisin, circuitos de generacin, alimentadores o transformadores, en el sistema o para realizar derivaciones de circuitos.Para realizar la disminucin o aumento de los niveles de energa elctrica, a las subestaciones se les incorporan equipos que facilitan las maniobras y la distribucin de la energa elctrica, por ejemplo transformadores de potencia, transformadores de medida (de potencial y corriente), barras seccionadores, disyuntores, prticos, servicios auxiliares, celdas, equipos de rels, equipos de comunicaciones y proteccin, entre otros. La idea fundamental de estas, es la de proporcionar un servicio ptimo, garantizando la confiabilidad, flexibilidad y continuidad del servicio.

Clasificacin de las Subestaciones Elctricas

De acuerdo al nivel de tensin, potencia, objetivo y tipo de servicio que prestan, las subestaciones se pueden clasificar en:

ElevadorasEste tipo de S/E se usa normalmente en las centrales elctricas cuando se trata de elevar los voltajes de generacin a valores de voltajes de transmisin.

ReductorasEn estas subestaciones se reducen los voltajes de transmisin a niveles de sub-transmisin o distribucin.EnlaceLa utilizacin de estas subestaciones es con el fin de brindar mayor flexibilidad de operacin para incrementar la continuidad del servicio y as la confiabilidad del servicio y as la confiabilidad de los sistemas elctricos.

AnilloSe usan generalmente en los sistemas de distribucin para interconectar subestaciones que a su vez estn interconectadas con otras subestaciones.

RadialesSon aquellas que tienen un solo punto de alimentacin y no se interconectan con otras subestaciones.

Intercambio: En estas instalaciones no se tienen transformadores de potencia, ya que no se requiere modificar el nivel de voltaje de las fuentes de alimentacin y slo se hacen operaciones de conexin y desconexin (maniobra o switcheo).

Subestaciones Normalizadas por CADAFE

Nodal III DEs una S/E de interconexin que pueden recibir un mximo de dos lneas de transmisin a 115 kV, y reducir tensin a los niveles de 34,5 kV y 13,8 kV. Se utiliza en zonas relativamente de baja densidad de carga.

Nodal 115 TDEs utilizada cuando existe una interconexin a 115 kV, puede recibir un mximo de cinco lneas de 115 kV, reduciendo las tensiones de sub- transmisin y distribucin de 34,5 kV y 13,8 kV, pudiendo derivar hasta un total de doce lneas de 13,8 kV y ocho salidas de lneas de 34,5 kV.

Nodal 230 TEs utilizada para interconectar 230 kV y 115 kV, pudiendo recibir un mximo de seis lneas de 230 kV y ocho lneas de 115 kV. En 34,5 kV tiene capacidad para ocho salidas de lneas y 13,8 kV hasta diez salidas de lneas. El diseo de esta S/E permite su uso en una primera etapa como S/E de interconexin a 115 kV.

Nodal 400 TSe usa para intercambiar en 400 kV y 230 kV, puede recibir un mximo de seis lneas a 400 kV y 10 lneas a 230 kV. En diseo est previsto para realizar construccin en etapas. Debido al reducido nmeros de subestaciones de este tipo y al poco tiempo previsto para su desarrollo no se justifica una estricta normalizacin del mismo, por lo cual se disea un mdulo de 400 kV y un mdulo de 230 kV que obedece a los mismos conceptos pero con diferentes dimensiones, estos permiten salidas en diferentes direcciones en forma tal que combinando varios mdulos de diversas maneras se logran obtener alternativas muy similares, sin embargo reciben la ms variada combinaciones de orientaciones de lneas.

Nodal 800 TEs el tipo de S/E de mayor tamao y envergadura. Se utiliza para interconectar las lneas con niveles de tensiones de 765 kV, 400 kV y 230 kV; a esta S/E se prev que no llegarn ms de ocho lneas de 765 kV, se prevn seis lneas dejando la posibilidad llegar un mximo de ocho lneas. 230 kV se prevn hasta doce salidas de lneas. Los patios de 400 kV y 230 kV siguen el diseo bsico de la S/E normalizada 400 T, con la diferencia que se han aadido seccionadores en las salidas de lneas y autotransformadores para darles mayor flexibilidad al esquema. El patio de 800 kV tambin posee un esquema de disyuntor y medio con tres niveles de barra. As como otro tipo de subestaciones, est prevista su construccin en etapas.

Radial IISon subestaciones diseadas fundamentalmente con objeto de suministrar energa a zonas cuyos ndices de desarrollos permiten asegurar que en un futuro no habr interconexiones, o para dar servicios a zonas industriales medianamente pesadas, ubicadas en un rea relativamente cercana a una S/E de interconexin. El diseo de este tipo de subestaciones no permite su utilizacin como subestaciones de interconexin. Existen dos alternativas de seleccin como lo son las correspondientes al uso de transformaciones de 115/34,5 kV o 115/13.8 kV.

Radial 115 DEs similar a la S/E Radial II, puesto que no se permite su uso como subestaciones de interconexin, posee una llegada de lnea en 115 kV y una salida de lnea en 115 kV. El patio de 34,5 kV posee una barra principal seccionada y barra de transferencia con un mximo de ocho salidas de lneas en 34,5 kV. En 13,8 kV puede tener hasta 10 salidas de lneas.

Sistemas de una subestacin

PrimarioEste est conformado por los equipos de alta tensin conectados al sistema de potencia, esto incluye interruptores de potencia, transformadores de potencia, seccionadores, transformadores de medicin y proteccin.

SecundarioEsta seccin la componen los elementos de baja tensin de la subestacin, efectan funciones de proteccin y control de los diferentes circuitos que conforman el sistema primario de la subestacin; como los rels de proteccin, equipos de medicin y alarmas.

AuxiliaresEstos sistemas los conforman los aparatos responsables de dar soporte a los equipos de los otros sistemas ya mencionados con el propsito de que aquellos operen. Se define como el conjunto de instalaciones formadas por las fuentes de alimentacin de corriente directa y de corriente alterna, de baja tensin, que se utilizan para dar energa a: los sistemas de control, proteccin, sealizacin, alarmas y alumbrado de una subestacin, as como el sistema contra incendio.

Tramos de una subestacin

Un tramo es el espacio fsico de una subestacin, conformado por equipos de maniobra y de potencia asociados entre s. De acuerdo a la funcin que cumplen, los tramos pueden clasificarse en:

Tramo de GeneracinEst conformado por:Unidad GeneradoraDisyuntor de SalidaTransformadores de corrienteTransformador de potencia

Figura 2: Tramo de generacin. Fuente: Esquemas de subestaciones.

Tramo de Transformacin.

Existen dos (2) tipos de tramos de transformacin con el mismo diseo, segn el nivel de tensin del tramo:

Tramo llegada de transformador a barra (lado Alta Tensin)El tramo del lado de alta tensin, puede estar asociado a uno o ms transformadores y est conformado por: Transformador de potenciaDisyuntorSeccionadores de lnea y barraTransformadores de corrienteSeccionadores rompearcoPararrayos

Figura 3: Tramo de transformacin (alta tensin). Fuente: Esquemas de subestaciones.

Tramo llegada de transformador a barra (lado Baja Tensin)El tramo del lado de baja tensin, est asociado a un solo transformador y est conformado por: Transformador de potenciaDisyuntorTransformadores de corrienteTransformador de potencialSeccionadores (para el caso de Autotransformadores)PararrayosEl transformador de potencia aparece en ambos tramos debido que l constituye el elemento principal para la denominacin del tramo.

Figura 4: Tramo de transformacin (baja tensin). Fuente: Esquemas de subestaciones.

Tramo de Salida de lnea.Est conformado por: Un disyuntor. Un seccionador de lnea.Un seccionador de puesta a tierraDos seccionadores de barra. Tres transformadores de corriente.Transformadores de potencial. Trampa de onda. Pararrayos (opcional)

Figura 5: Tramo de salida de Lnea. Fuente: Esquemas de subestaciones.

Tramo de Acople y/o seccionamiento de barra.De acuerdo al esquema de barras existente en la subestacin, el tramo puede estar constituido por componentes diferentes, tales como: Por un seccionador. Generalmente utilizado en niveles de tensin de 115 y 34,5 kV.Por un disyuntor extrable. Utilizado en celdas blindadas.Por un disyuntor y sus dos seccionadores asociados. Utilizado en niveles de tensin de 115, 230 y 400kV.

Figura 6: Tramo de Acople y/o seccionamiento de barra. Fuente: Esquemas de subestaciones.

Tramo de TransferenciaSu funcin bsica es la de sustituir temporalmente en sus funciones, al disyuntor del tramo que es sometido a mantenimiento o reparacin.Est conformado por: Un disyuntorUn seccionador de barra principalUn seccionador de barra de transferencia

Figura 7: Tramo de Transferencia. Fuente: Esquemas de subestaciones.

Tramo de Compensacin.Est conformado por:Un disyuntor.Seccionadores.Elemento compensador (reactancia shunt o banco de condensadores).

Figura 8: Tramo de Compensacin. Fuente: Esquemas de subestaciones.

Esquema de Barra de las Subestaciones Normalizadas Por CADAFE

Un esquema de Barras, es la disposicin que presentan las barras o juegos de barras por niveles de tensin y que ofrecen mayor o menor nivel de flexibilidad en una subestacin elctrica. Dentro de los esquemas existentes en las subestaciones normalizadas de CADAFE, para Transmisin, existen

Esquema de barra simpleEst conformado por una sola barra continua a la cual se conectan directamente los diferentes tramos de la subestacin.Utilizacin:reas donde los cortes de servicio afectan a cargas poco importantesEn el diseo normalizado de las subestaciones tipo: Radial I, Radial II y Nodal IIIVentajas:Fcil operacin e instalacin simple. Costo reducido.Requiere poco espacio fsico para su construccin. Mnima complicacin en la conexin de los equipos y el esquema de protecciones.Desventajas:No existe flexibilidad en las operaciones (El mantenimiento de un disyuntor exige la salida completa del tramo involucrado). Falla en barra interrumpe el servicio totalmente.

Figura 9: Esquema de Barra Simple. Fuente: Esquemas de subestaciones.

Esquema de barra seccionada por un disyuntor.Est constituido por dos (2) barras principales, con posibilidad de acoplamiento entre s mediante un disyuntor y sus seccionadores asociados.Utilizacin:En el diseo normalizado de las subestaciones tipo: Nodal III con acoplador de barra.Ventajas:Mayor continuidad del servicio. Fcil mantenimiento de los tramos conectados a la barra. Requiere poco espacio fsico para su construccin. Para fallas en barra, queda fuera de servicio el tramo de la seccin de barra afectada.Desventajas:Falla en barra puede originar racionamiento. El mantenimiento de un disyuntor deja fuera de servicio el tramo al cual est asociado.

Figura 10: Esquema de barra seccionada por un disyuntor. Fuente: Esquemas de subestaciones.

Esquema de barra simple con seccionadores en derivacin (By-pass).Similar al esquema de barra simple, y difieren en que los tramos tienen adicionalmente un seccionador en derivacin (By-Pass).Utilizacin:En el diseo normalizado de las subestaciones tipo: Radial II.Ventajas:Similar al esquema de barra simple, pero permite realizar labores de mantenimiento en los tramos sin interrumpir el servicio, a travs del seccionador en derivacin (By-Pass). Requiere poco espacio fsico para su construccin.Desventajas:Falla en barra interrumpe totalmente el suministro de energa. Las ampliaciones de barra exigen la salida de la subestacin en su totalidad.

Figura 11: Esquema de barra simple con seccionadores en derivacin (By-pass). Fuente: Esquemas de subestaciones.

Esquema de barra dobleEst constituido por dos (2) barras principales, las cuales se acoplan entre s mediante un disyuntor y sus seccionadores asociados.Utilizacin:En las instalaciones relacionadas directamente con la red troncal del sistema interconectado.Ventajas:Las labores de mantenimiento pueden ser realizadas sin interrupcin del servicio. Facilita el mantenimiento de seccionadores de barra, afectando nicamente el tramo asociado.Desventajas: La realizacin del mantenimiento en un disyuntor de un tramo, requiere la salida del tramo correspondiente. Requiere de gran espacio fsico para su construccin.

Figura 12: Esquema de barra Doble. Fuente: Esquemas de subestaciones.Esquema de barra principal y transferencia.Est constituido por una barra principal y una de transferencia, que permita la transferencia de tramos.Utilizacin:En el diseo normalizado de las subestaciones tipo: Nodal I y Nodal II.Ventajas:Permite la transferencia de carga de un tramo, durante el mantenimiento del disyuntor correspondiente. Facilita el mantenimiento de seccionadores de lnea y transferencia, afectando nicamente el tramo asociado. Requiere de poco espacio fsico para su construccin.Desventajas:Para la realizacin del mantenimiento de la barra y los seccionadores asociados, es necesario desenergizar totalmente la barra.

Figura 13: Esquema de barra principal y transferencia. Fuente: Esquemas de subestaciones.Esquema de barra doble con disyuntor y medio de salida.Constituido por dos (2) barras principales interconectadas a travs de dos (2) tramos de disyuntor y medio (1-1/2) a los cuales las salidas estn conectadas.Utilizacin:En el diseo normalizado de las subestaciones tipo: Nodal 400 TVentajas:No necesita tramo de enlace de barra. El mantenimiento de un disyuntor se puede realizas sin sacar de servicio el tramo correspondiente.Desventajas:Para la realizacin del mantenimiento de los seccionadores conectados directamente al tramo, es necesario dejar fuera de servicio el tramo correspondiente. Requiere gran espacio fsico para su construccin.

Figura 14: Esquema de barra doble con disyuntor y medio de salida. Fuente: Esquemas de subestaciones.Elementos de una subestacin

Lneas de TransmisinLas lneas de transmisin son el medio fsico por el cual se transmite la energa elctrica entre los centros de generacin y las subestaciones.En los comienzos de la transmisin de energa elctrica, los conductores eran generalmente de cobre, pero actualmente han sido reemplazados completamente por los de aluminio debido a su bajo costo y a su ligero peso comparado con uno de cobre de la misma resistencia.

Barras colectorasUna barra colectora es un trmino utilizado en ingeniera elctrica, para definir a la disposicin de conductores que sirven como punto o nodo de interconexin entre las lneas de entrada y salida en el sistema de potencia de una subestacin. En las subestaciones la conexin entre los transformadores y las lneas de entrada o alimentacin y las lneas de salida se realiza a travs de las barras colectoras, estas reciben y transmiten los grandes bloques de energa de la subestacin.

Equipos de ManiobraSon aquellos equipos de potencia que, instalados en una subestacin y conectados al sistema, son usados para abrir o cerrar circuitos, interconectar los subsistemas entre s o aislar de forma total o parcial partes del sistema.

SeccionadorEs un equipo de maniobra diseado para conectar o desconectar, de forma visible, otros equipos del sistema o entre ellos en condiciones energizadas o no, pero solo puede ser operado (puede ser abierto o cerrado) cuando no existe transmisin de energa a travs de l.

Disyuntor o InterruptorBsicamente, es un interruptor de potencia, un equipo de maniobra que est destinado a restablecer o interrumpir la continuidad de un circuito elctrico en condiciones normales de funcionamiento o en condiciones de falla. Es por ello que al interruptor se le atribuyen dos estados estables de funcionamiento que corresponden a interruptor normalmente abierto (NA) e interruptor normalmente cerrado (NC). Los disyuntores son usados normalmente para proteger el sistema contra corrientes de falla de alta magnitud en o cerca de la sub-estacin.

Transformador de PotenciaEs el elemento del sistema de potencia que se encarga de transformar los voltajes y las corrientes de un nivel a otro. El transformador en su forma ms simple consiste en dos bobinas o arrollados (primario y secundario) entrelazados por el mismo circuito magntico. El transformador es un aparato esttico que, mediante induccin electromagntica, transfiere la energa elctrica, en el orden de los MVA, de un punto del sistema a otro con diferente nivel de tensin al primero. Estos de acuerdo a su aplicacin pueden ser elevadores o reductores, y por lo general manejan tensiones nominales de 115, 230, 400 y 765 kV en su lado de alta tensin.

Figura 15: Smbolos empleados para designar un transformador. Fuente: Mquinas elctricas Jess Fraile Mora.

AutotransformadoresEl Autotransformador es un tipo especial de transformador de potencia.Consiste de un solo devanado continuo el cual es derivado en un lado para proporcionar ya sea una funcin de elevacin o una funcin de reduccin, puede ser considerado simultneamente como un caso particular del transformador o del bobinado con ncleo de hierro. Tiene un solo bobinado arrollado sobre el ncleo, pero dispone de cuatro bornes, dos para cada circuito, y por ello presenta puntos en comn con el transformador. En la prctica se emplean los autotransformadores en algunos casos en los que presenta ventajas econmicas, sea por su menor costo o su mayor eficiencia. Pero esos casos estn limitados a ciertos valores de la relacin de transformacin. Este tipo de transformador es ventajoso principalmente cuando la relacin de transformacin es pequea y se usa ampliamente para interconexin de las redes de suministro que trabajan a diferentes tensiones.

Foto Auto 200 MVA San Diego

Anormalidades en Sistemas de Potencia

En sistema de potencia puede ser afectado por muchas situaciones anormales que produzcan una operacin fuera de las condiciones normales, estas posibles causas pueden ser: falla de los componentes del sistema, situaciones de carcter imprevisto (por ejemplo: tormentas), errores de operacin (manuales o automticos).Estas situaciones provocan efectos muy variados en el sistema de potencia tales como: mal servicio, prdida de la estabilidad, daos de los equipos, entre otros. Las grandes compaas elctricas son las encargadas de desempear las funciones de los grandes sistemas de potencia, siendo importante para ellas eliminar las situaciones anormales de operacin. Las interrupciones del servicio, y la variacin de los parmetros de la red (tensin, corriente, frecuencia, entre otros) fuera de los lmites, son consecuencia comn de una operacin anormal, causando enormes inconvenientes tcnicos y econmicos.

Perturbaciones

Las perturbaciones son condiciones que permiten continuar la operacin de un sistema pero que pueden ocasionar el dao de ciertos equipos si su duracin es prolongada. Las perturbaciones pueden ser causadas por:

Sobretensiones

Las sobretensiones son cualquier valor de tensin entre fase y tierra, cuyo valor pico, es mayor que la tensin mxima del sistema. La tensin en el sistema elctrico de potencia es variable, dependiendo de las condiciones del sistema, estas variaciones estn limitadas por las caractersticas de los equipos, tensin nominal, tensin mxima.

Voltaje NominalEs el valor de la tensin para el cual se proyect el sistema y se fabric y probaron los equipos. Ejemplo: En Venezuela el sistema de proyecto para las siguientes voltajes nominales: 115, 230, 400 y 765 KV.

Voltaje MximoComprende un aumento de 5% a 10% por encima de la tensin nominal del sistema. Ejemplo: En Venezuela las mximas tensiones de operacin son respectivamente: 115/123; 230/242; 400/440; 765/800 kV.Una clasificacin de las sobretensiones puede ser realizada en funcin de la duracin de las mismas, quedando: sobretensiones temporales, sobretensiones de maniobra, sobretensiones atmosfricas.

Sobretensiones TemporalConsisten en cambios en la amplitud de la componente de 60 Hz de la tensin o sus armnicas por efecto de operaciones de maniobra, cambios den el flujo de potencia reactiva, fallas o bien por ferroresonancia. La sobretensin, si es superior al 20% de la tensin nominal y de acuerdo a la ubicacin del codo de la curva de magnetizacin de los transformadores puede ocasionar una fuerte saturacin del ncleo magntico, vibraciones en el ncleo, entre otros, adems se genera corrientes armnicas que pueden producir resonancia en el sistema dando origen a sobretensiones adicionales. Los orgenes de las sobretensiones temporales pueden ser:

Energizacin de lneas (Efecto Ferranti)Una lnea larga alimentada por una fuente inductiva en vaco no compensada en el extremo receptor es mayor que en el extremo de envo. Para compensar estas sobretensiones temporales, en especial, en su perodo inicial o de lneas largas energizadas por fuentes de relativa poca potencia es necesario utilizar reactores en derivacin, la cantidad de compensacin varia del 60 al 90%. El grado de compensacin se expresa como la relacin entre la potencia de los reactores a la potencia capacitiva generada por la lnea. Ejemplo: Para una lnea de 230 kV.

Cambios bruscos de cargaCuando la carga suministrada al sistema se desconecta, total o parcialmente, se producen sobretensiones de la frecuencia industrial que pueden durar varios segundos. Estas sobretensiones se deben a la sobreexcitacin de los generadores y duran hasta que los reguladores llevan estas variaciones a sus valores normales. Si en general se alimenta una carga y por alguna razn se tiene una prdida sbita de la carga, la tensin tiende a ser la tensin interna del generador tras la reactancia transitoria.

Sobretensiones por fallaEn un sistema elctrico de potencia se pueden presentar entre otras las siguientes fallas: un conductor de fase a lnea a tierra, dos conductores de fase a lneas a tierra, trifsica. De estas fallas, la que produce mayores sobretensiones en las fases sanas, son las fallas a tierra, en especial, una fase a tierra debido a su asimetra.

FerroresonanciaEs el fenmeno oscilatorio creado por la capacitancia del sistema de potencia, en conjunto con la inductancia no lineal de un elemento con ncleo magntico (transformador de potencia, de medicin o un reactor de compensacin). Este fenmeno se observa por lo general en sistema de alta tensin y casi nunca en sistemas de distribucin de energa, ya que es precisamente la capacitancia de lneas de muy larga distancia la que induce la ferroresonancia, siempre que la inductancia asociada al circuito se encuentra en condiciones favorables para entrar en resonancia. La operacin en vaco de un transformador de potencia, o con muy poca carga, puede crear las condiciones favorables.

Sobretensiones de maniobraSon tensiones transitorias que se producen por cambios bruscos en el sistema, son de corta duracin (mili-microsegundos) y que son altamente amortiguadas. Las posibles causas se sobretensiones de maniobra son: apertura de corrientes de falla, falla kilomtrica (falla en una lnea a una distancia de algunos kilmetros del interruptor), apertura de transformadores en vaco y reactores, aperturas de circuitos capacitivos.

Sobretensiones AtmosfricasSon elevaciones de la tensin causadas por descargas elctricas atmosfricas entre nube y tierra, que impactan en las instalaciones y lneas de transmisin, estas sobretensiones son unidireccionales y de muy corta duracin y su valor no depende de la tensin del sistema. Las descargas pueden ser:Directas: la descarga alcanza directamente alguno de los conductores de fase, es la ms grave, debido a que la magnitud de estas sobretensiones es independientes de la tensin del sistema y por lo general sumamente elevadas.Indirectas: ocurren cuando la descarga se produce sobre los cables de guarda, las torres o a los elementos de apantallamiento o blindaje.Inducidas: corresponde cuando la descarga tiene lugar en las cercanas de las lneas o instalaciones.

Sobrecarga

Se dice que un equipo est en sobrecargado cuando la corriente es mayor que el valor de la corriente nominal y el sistema no presenta anormalidades. De acuerdo a la duracin de las sobrecargas estas son clasificadas en: sobrecargas breves y duraderas. Una sobrecarga puede ser causada por una gran diversidad de situaciones, pero las ms comunes son: excesos de carga, ya sea por picos de cargas posibles o desconexin de circuitos paralelos. Es importante tener presente que la sobrecarga por lo general viene acompaado de efectos trmicos, propios del efecto Joule.

Falla

Es la condicin que impide continuar la operacin de uno o ms componentes de un sistema y requiere la rpida accin de esquemas de proteccin para evitar el dao en los equipos. Una falla elctrica generalmente implica una falla de aislamiento que se traduce en un cortocircuito o en una perdida en la continuidad del circuito que establece una condicin de circuito abierto.

Cortocircuito

Segn IEC un cortocircuito es toda conexin accidental o intencional, a travs de una impedancia o resistencia relativamente baja, de dos o ms puntos en un circuito, los cuales estn normalmente a diferentes tensiones.Las corrientes de cortocircuito estn limitadas solo por la impedancia de los elementos del sistema entre las fuentes de energa y el punto de falla; habr que incluir tambin la posible impedancia de falla en el punto de falla. Las corrientes de cortocircuito son normalmente altas, con la excepcin de sistemas puestos a tierra a travs de impedancias elevadas o en sistemas aislados. La magnitud de las corrientes de cortocircuito depende esencialmente de la configuracin del sistema, del nmero de generadores conectados en el momento de la falla y del tipo de falla. Valores tpicos de corrientes en el punto de falla estn en un rango de 10 a 20 veces la corriente nominal del sistema en ese punto.Los efectos trmicos y mecnicos debido a las corrientes de cortocircuito pueden llegar a ser destructivos, por lo que conviene suprimir dichas corrientes lo ms rpido posible.De acuerdo a la duracin de los cortocircuitos se pueden dividir en permanentes y transitorios; a estos ltimos, cuando se repiten en intervalos cortos, se les llama intermitentes; es el caso por ejemplo de los originados por el balanceo de los conductores.

Tipos de Cortocircuitos

En los sistemas de potencia pueden ocurrir diferentes tipos de fallas por cortocircuito. Los cuales pueden ser divididos de acuerdo a la forma en que el evento tenga lugar, es decir, segn el nmero de fases afectadas o que intervienen en l, dividindose:

Cortocircuito TrifsicoSucede cuando los tres conductores de fases entren en contacto entre s.

Cortocircuito BifsicoEs causado cuando dos conductores de fases entren en contacto entre s.

Cortocircuito Bifsico a Tierra: Tiene lugar cuando los conductores de los fases distintas hacen contacto entre si y tierra.

Cortocircuito Lnea a TierraEste cortocircuito es el ms comn, provocado cuando un conductor de fase energizado toca tierra.

Cortocircuito Trifsico a TierraLa ocurrencia de este cortocircuito es remota pero posible, consisten que los conductores de las tres fases energizados realicen un contacto con tierra.El cortocircuito de mayor frecuencia en los sistemas elctricos es el Lnea a Tierra.

Causas de los Cortocircuitos

Se produce cortocircuito cuando entre los conductores de una lnea o en sistemas con neutro puestos a tierra se unen o chocan provocando que ocurra un paso de corrientes entre ellos. Las causas que producen los cortocircuitos pueden ser de naturaleza mecnica o elctrica entre stas se pueden apreciar las siguientes:Sobretensin de origen atmosfrico.Envejecimientos prematuros de los aislamientos.Falsos contactos y conexiones.Presencia de elementos corrosivos.Errores humanos.Humedad.Presencia de animales.Al momento de ocurrir el cortocircuito se ocasiona corrientes de magnitudes muy elevadas, las cuales no solo afectan a l o los elemento donde ocurre, sino todo lo que est conectado al punto de falla y la gravedad del dao depende de la cercana a la cual se tenga a ella, esto pueden generar tensiones bajas o nulas en el sistema lo cual afectara el buen funcionamiento del servicio elctrico. Al no ser atendida a tiempo, esta falla puede ocasionar muchos problemas como la destruccin parcial o total de cualquier equipo como transformadores, barras entre otros.

Consecuencias del cortocircuito

Las consecuencias de un cortocircuito se deben tanto a los efectos de la sobre intensidad como a los efectos de las cadas de tensin originados por este. Las consecuencias de estas sobrecorrientes son mltiples tales como:Destruccin fsica del lugar y de los equipos involucrados.Efectos electrodinmicos en barras, conductores y otros equipos del sistema.Solicitacin (accin o fenmeno externo que afecta a una estructura) trmica en los equipos.Cada de tensin que provoca en el resto del sistema una disminucin de la capacidad de transferencia de potencia.Interrupcin del suministro de energa con el consiguiente perjuicio a ciertos tipos de consumidores.Aumento peligroso de las tensiones de paso y toque.Produccin de perturbaciones electromagnticas.

Sistemas de Proteccin Elctrica

El sistema de proteccin elctrica es el que tiene como funcin principal causar la pronta remocin del servicio cuando algn elemento del sistema de potencia sufre un cortocircuito, o cuando opera de manera anormal. Existe adems una funcin secundaria la cual consiste en proveer indicacin de la localizacin y tipo de falla. Ya que al cambiar las condiciones de operacin de un sistema elctrico se presentan consecuencias no deseadas que alteran el equilibrio esperado.

Objetivos de un Sistema de Proteccin

La necesidad de disponer de un sistema de proteccin se desprende del hecho de que cualquiera de los elementos que hacer parte de un sistema de potencia puede fallar afectando al sistema, y por tanto, a los consumidores durante todo el tiempo que dicho elemento permanezca en servicio. Todos los elementos del sistema estn sujetos a fallas, pudiendo presentarse en cualquier momento, independientemente de la probabilidad de la falla o del costo del equipo; las fallas en las barras de las subestaciones pueden ser tan desastrosas como las fallas de generadores o transformadores.El objetivo fundamental de los sistemas de proteccin es el detectar, localizar y retirar rpidamente del sistema la parte fallada, permitiendo que el resto del sistema contine prestando un buen servicio. Los objetivos generales de un sistema de proteccin se resumen as:Proteger efectivamente a las personas y los equipos.Reducir la influencia de las fallas sobre las lneas y los equipos. Cubrir de manera ininterrumpida el Sistema Elctrico de Potencia (SEP), estableciendo vigilancia el 100% del tiempo.Detectar condiciones de falla monitoreando continuamente las variables del SP (I, V, P, f, Z).

Funcin de las Protecciones Elctricas

La funcin principal de un sistema de proteccin es fundamentalmente la de causar la pronta remocin del servicio cuando algn elemento del sistema de potencia sufre un cortocircuito, o cuando opera de manera anormal. Existe adems una funcin secundaria la cual consiste en proveer indicacin de la localizacin y tipo de falla.

Funciones Fundamentales de un Sistema de Proteccin

Para cumplir con su objetivo fundamental los sistemas de proteccin realizan diferentes funciones, orientadas a mantener la calidad y continuidad del servicio, algunas de ellas son:Retirar rpidamente del servicio cualquier elemento que afecte el sistema, como es el caso de un elemento en cortocircuito.Accionar seales sonoras o luminosas cuando se presente una condicin anormal que pueda afectar el sistema a objeto de que el personal de operaciones tome las medidas pertinentes, como es el caso de la sobrecarga del transformador.Retirar de servicio los elementos o equipos donde la condicin anormal pueda poner en peligro al sistema o al mismo equipo, como es el caso de una sobrecarga mantenida en un transformador, es lgico que debe ser seccionado antes de que pueda fallar por sobrecarga.Impedir maniobras incorrectas que pueda cometer el personal de operacin y que puedan afectar al sistema de potencia, tal como una orden de sincronizacin sin cumplir los requisitos para ello.Seccionar el sistema de potencia en el punto ms adecuado frente a la prdida de generacin o frente a la prdida de sincronismo.Es imposible enumerar las funciones que debe realizar un sistema de protecciones, sin embargo, puede decirse que, en general, debe realizar todas aquellas funciones tendientes a evitar que se afecte la calidad y continuidad del servicio y mantener en su ms alto grado de explotacin y rentabilidad al sistema de potencia.

Funciones Secundarias de un Sistema de Proteccin

Los sistemas de proteccin, aparte de funciones principales o fundamentales, realizan otras funciones tales como:Reducir los daos ocasionados por la falla a los equipos, retirando rpidamente del servicio el equipo fallado, como el caso de un generador en cortocircuito.Registrar el tipo de falla que ha ocurrido.Determinar la localizacin exacta de la falla.Llevar registros del nmero de fallas.Determinar si la falla es transitoria o permanente, y de ser transitoria restablecer el servicio.Es difcil enumerar todas las funciones secundarias que pueden realizar los sistemas de proteccin, son ms el resultado de la inventiva propia del diseador, de los objetivos que se persiguen y de los recursos econmicos disponibles, y, por lo tanto, no son de aplicacin general.

Caractersticas de un Sistema de Proteccin

Cada sistema de potencia presenta caractersticas individuales por cuanto su desarrollo y configuracin son diferentes. No es posible pretender que los sistemas de potencia de los diferentes pases sigan el mismo patrn de desarrollo; esta circunstancia implica que los sistemas de proteccin no sigan un esquema general, por cuanto debe cubrir la totalidad del sistema de potencia, y, por lo tanto depende de la configuracin y desarrollo del mismo. Sin embargo, puesto que el sistema de proteccin debe cumplir con el objetivo fundamental de mantener la calidad y continuidad del servicio y mantener el sistema en su ms amplio grado de explotacin, es posible deducir las caractersticas principales que debe presentar un sistema de protecciones, tales como:SensibilidadLa proteccin debe saber distinguir inequvocamente las situaciones de falla de aquellas que no lo son. Para dotar a un sistema de proteccin de esta caracterstica es necesario:Establecer para cada tipo de proteccin las magnitudes mnimas necesarias que permiten distinguir las situaciones de falla de las situaciones normales de operacin.Establecer para cada una de las magnitudes necesarias las condiciones limite que separan las situaciones de falla de las situaciones normales de operacin.Las "condiciones limite" son un concepto ms amplio que el de "valores lmite" ya que, en muchas ocasiones, el solo conocimiento del valor de una magnitud no basta para determinar si ha sido alcanzado como consecuencia de una situacin anmala de funcionamiento.Tal es el caso, por ejemplo, de la energizacin de un transformador de potencia. La conexin del primario del transformador a la red origina una fuerte intensidad de vaco, denominada en ingls inrush current, que si es analizada nica y exclusivamente desde el punto de vista de su elevado valor puede llevar a interpretaciones errneas. Un anlisis ms amplio, que incluya el estudio de la forma de onda a travs de sus componentes armnicos, permite establecer si el sbito incremento de la corriente es debido a la energizacin del transformador o ha sido originado por una situacin de falla.

SelectividadLa selectividad es la capacidad que debe tener la proteccin para, una vez detectada la existencia de falla, discernir si la misma se ha producido dentro o fuera de su rea de vigilancia y, en consecuencia, dar orden de disparar los interruptores automticos que controla, cuando as sea necesario para despejar la falla.Tan importante es que una proteccin acte cuando tiene que actuar como que no acte cuando no tiene que actuar. Si la falla se ha producido dentro del rea vigilada por la proteccin sta debe dar la orden de abrir los interruptores que aslen el circuito en falla. Si, por el contrario, la falla se ha producido fuera de su rea de vigilancia, la proteccin debe dejar que sean otras protecciones las que acten para despejarla, ya que su actuacin dejara fuera de servicio un nmero de circuitos ms elevado que el estrictamente necesario para aislar la falla y, consecuentemente, implicara un innecesario debilitamiento del sistema.

RapidezTras haber sido detectada, una falla debe ser despejada lo ms rpidamente posible. Cuanto menos tiempo se tarde en aislar la falla, menos se extendern sus efectos y menores daos y alteraciones se producirn al reducirse el tiempo de permanencia bajo condiciones anmalas en los diferentes elementos.Todo ello redunda en una disminucin de los costes y tiempos de restablecimiento de las condiciones normales de operacin, as como de reparacin o reposicin de equipos daados, y, por tanto, en un menor tiempo de indisponibilidad de las instalaciones afectadas por la falla, lo que posibilita un mayor y mejor aprovechamiento de los recursos ofrecidos por el SEP.

FiabilidadUna proteccin fiable es aquella que responde siempre correctamente. Esto significa que la proteccin debe responder con seguridad y efectividad ante cualquier situacin que se produzca. No debe confundirse la respuesta de la proteccin con su actuacin u operacin. La proteccin est vigilando continuamente lo que pasa en el sistema y, por tanto, est respondiendo en cada instante en funcin de las condiciones que en l se producen. En consecuencia, la respuesta de la proteccin puede ser tanto de actuacin como de no actuacin.

Economa y simplicidadLa instalacin de una proteccin debe estar justificada tanto por motivos tcnicos como econmicos. La proteccin de una lnea es importante, pero mucho ms lo es impedir que los efectos de la falla alcancen a las instalaciones alimentadas por la lnea o que stas queden fuera de servicio. El sistema de proteccin es una pieza clave del SEP ya que permite:Impedir que la falla se extienda a travs del sistema y alcance a otros equipos e instalaciones provocando un deterioro de la calidad y continuidad del servicio.Reducir los costes de reparacin del dao.Reducir los tiempos de permanencia fuera de servicio de equipos e instalaciones.Por tanto, la valoracin econmica no debe restringirse solamente al elemento directamente protegido, sino que debe tener en cuenta las consecuencias que implicaran el fallo o funcionamiento anmalo del mencionado elemento.Finalmente, es necesario sealar que una proteccin o sistema de proteccin debe evitar complejidades innecesarias, ya que stas seran fuentes de riesgo que comprometeran el cumplimiento de las propiedades que deben caracterizar su funcionamiento.

rea de Proteccin de los Sistemas de Potencia

La colocacin de interruptores en los sistemas de potencia para seccionarlos, y el hecho de que, el sistema de protecciones imparte orden de disparo a los interruptores apropiados para retirar la falla, da origen a lo que se ha dado en llamar las reas de proteccin.Al ocurrir una falla, en cualquiera de las reas de proteccin el sistema de protecciones debe dar orden de disparo a todos los interruptores pertenecientes al rea falla, puede observarse que al operar dichos interruptores se eliminan todas las alimentaciones de la falla.

Figura 16: reas de Proteccin en un sistema de Potencia. Fuente: Proteccin de Sistemas de Potencia.

Proteccin Primaria, Proteccin de Respaldo y Proteccin Secundaria

Todos los elementos de un sistema de potencia deben estar correctamente protegidos de tal forma que los relevadores solamente operen ante la ocurrencia de fallas. Algunos relevadores operan solo para fallas que ocurren dentro de su zona de proteccin; esto es llamado proteccin tipo unitaria. De otro lado, otros relevadores son capaces de detectar fallas dentro de una zona particular y fuera de ella, usualmente en zonas adyacentes, y pueden usarse como respaldo de la proteccin primaria como una segunda lnea de defensa. Es esencial que cualquier falla sea aislada, an si la proteccin principal asociada no opera. Por lo tanto, en lo posible, cada elemento en el sistema de potencia debe estar protegido por los relevadores primarios y de respaldo.

Proteccin Primaria

Un sistema de proteccin primaria debe operar cada vez que uno de sus elementos detecte una falla. Ella cubre una zona de proteccin conformada por uno o ms elementos del sistema de potencia, tales como mquinas elctricas, lneas y barras. Es posible que para un elemento del sistema de potencia se tengan varios dispositivos de proteccin primaria. Sin embargo, esto no implica que estos no operarn todos para la misma falla.Debe notarse que la proteccin primaria de un componente de un equipo del sistema puede no necesariamente estar instalado en el mismo punto de ubicacin del equipo del sistema; en algunos casos puede estar ubicado en una subestacin adyacente. Debe notarse que la proteccin primaria de un componente de un equipo del sistema puede no necesariamente estar instalado en el mismo punto de ubicacin del equipo del sistema; en algunos casos puede estar ubicado en una subestacin adyacente.

Proteccin de Respaldo

La proteccin de respaldo es instalada para operar cuando, por cualquier razn, la proteccin primaria no opera. Para obtener esto, el relevador de proteccin de respaldo tiene un elemento de deteccin que pude ser o no similar al usado por el sistema de proteccin primaria, pero que tambin incluye un circuito de tiempo diferido que hace lenta la operacin del rel y permite el tiempo necesario para que la proteccin primaria opere primero. Un relevador puede proporcionar proteccin de respaldo simultneamente a diferentes componentes del equipo del sistema, e igualmente el mismo equipo puede tener varios relevadores de proteccin de respaldo diferentes. En efecto, es muy comn que un relevador acte como proteccin primaria para un componente de equipo y como respaldo para otro.

Proteccin Secundaria

En algunas ocasiones, segn la importancia del sistema o de los consumidores, es recomendable recurrir a un segundo nivel de proteccin, dentro de una misma subestacin, llamado proteccin secundaria, un poco retardada, antes de ocurrir la proteccin de respaldo. En tal caso debe tratarse de independizar los equipos que operan ambas protecciones con el objetivo de evitar que la falla afecte ambos niveles de proteccin.Es importante aclarar que el empleo de proteccin secundaria en ningn caso puede justificar la eliminacin de la proteccin de respaldo, que sigue siendo una proteccin remota, con equipos completamente diferentes, y evitar que una falla afecte ambos sistemas.

Elementos de un Sistema de Protecciones

Los equipos de protecciones se alimentan por medio de transformadores de medida que reducen los valores reales de tensin y corriente a valores adecuados a la alimentacin de estos equipos, y al mismo tiempo, aslan el sistema de proteccin de alto voltaje y altas corrientes del sistema de potencia, evitando riesgos en la operacin y manipulacin de los equipos.El valor normalizado de corriente es generalmente de 5 A; sin embargo, ocasionalmente se utilizan 1 y 0.1 A. Los valores normalizados de tensin son de 100, 110 o 120 V.Los transformadores de medida, como todo equipo de medicin, presentan errores que deben tenerse en cuenta en el diseo de la proteccin para garantizar la satisfactoria operacin de los equipos.Los transformadores de medida para la proteccin deben cumplir con su funcin en condiciones de falla, que es realmente como deben operar correctamente, los transformadores de medida para otras aplicaciones deben desempear su funcin en condiciones normales de operacin del sistema de potencia, por lo tanto, la tecnologa de los transformadores de medicin siguen normas de diseo diferentes a los de otras aplicaciones.

Transformador de Corriente (TC) Es aquel en el cual el devanado primario se encuentra en serie con el circuito al cual se requiere medir la corriente, sobre el devanado secundario se conectan en serie los instrumentos relativos (ampermetros, vatmetros, medidores de energa, entre otros de ser necesario), que deben tener un valor de impedancia muy bajo, para mantener el transformador en condiciones cercanas al cortocircuito.

Transformadores de potencial (TP)

Es un transformador de tensin en el que el circuito primario se conecta en derivacin, con el circuito del cual se desea conocer el voltaje. En el secundario, se conectan en paralelo los instrumentos correspondientes (voltmetros, vatmetros, medidores de energa, rels, entre otros que sean necesarios).

Rels

Los rels (o los equipos multifuncin) son equipos que comparan permanentemente los valores de las magnitudes elctricas de un circuito elctrico (corriente, voltaje, frecuencia, etc.) con unos valores predeterminados (valores lmite a partir de los cules se entiende que salen de los considerados como aceptables en nuestras instalaciones), y que generan automticamente ordenes de accin, como generalmente es la apertura de un disyuntor para aislar el tramo en defecto, o activacin de una alarma cuando se sobrepasan unos determinados valores prefijados.

Componentes y unidades de un rel

Un rel dependiendo de la funcin que requiera realizar, poseer una estructura interna de componentes interconectados entre s de una manera especfica, estas configuraciones pueden variar dependiendo de: modelo, funcin, marca y tipo de tecnologa empleada. Las funciones para la cual estn diseados, presentan una estructura similar internamente, estos ciertos elementos o unidades son como se describen a continuacin.Elementos de ajuste: Tienen como funcin la de poder dar diferentes niveles de operacin y obtener caractersticas especiales de funcionamiento.Elementos auxiliares: Son elementos internos del rel que se usan para adecuar las seales externas de modo de adaptarlas a la unidad de medida del rel. Por ejemplo, transformadores de corriente auxiliares, shunt para transformar una seal de corriente en voltaje.Unidad de medida: Esta unidad es la que recibe en ltimo trmino, la informacin acerca del equipo protegido, en la forma de corrientes y voltajes reducidos y determinando por comparacin la existencia de una condicin anormal.Elementos de sealizacin y sello: Se agrupa aqu a los elementos internos del rel que permiten sealizar su operacin y los que permiten aumentar la cantidad de potencia que puede manejar el rel (Contactos auxiliares).

Tipos de Rels

Rels de Traccin de Armadura

Utilizan como base de su operacin principios electromagnticos, al igual que los contactores. El tiempo de operacin de este tipo de rel es instantneo o de accin inmediata. Si se desea retardar la orden de disparo al interruptor, se debe recurrir a un rel de tiempo, intermediario entre el rel de proteccin y el interruptor, que permitir ajustar el tiempo deseado de retardo.

Rels de Induccin

Son los que utilizan como base de su operacin principios de induccin, al igual que los motores. El tiempo de operacin de este tipo de rel es ajustable, modificando la distancia que debe recorrer el inducido para cerrar el contacto. Adems es de tiempo inverso.

Rels Electrnicos

Son los rels en donde los procesos se realizan por medio de elementos electrnicos. Este rel presenta la ventaja de que su caracterstica de operacin se puede modificar fcilmente, y por lo tanto, se pueden obtener tiempos instantneos o retardados, e igualmente, se consiguen las caractersticas inversas que se desean.

Rel Digital

El rel de proteccin digital, o un rel numrico, es un rel de proteccin que utiliza un microprocesador para analizar tensiones de la red de energa, corrientes u otras cantidades de proceso con el propsito de deteccin de fallos en un sistema de proceso industrial.Seales de corriente de baja tensin y baja son puestos en un filtro de paso bajo que elimina el contenido de frecuencias por encima de aproximadamente 1/3 de la frecuencia de muestreo. La seal de CA se muestrea a continuacin, por analgica del rel al convertidor de digital de desde 4 hasta 64 muestras por ciclo del sistema de alimentacin. Como mnimo, la magnitud de la cantidad entrante, comnmente utilizando la transformada de Fourier conceptos se utilizara en una simple funcin de rel. Un anlisis ms avanzado puede ser utilizado para determinar los ngulos de fase, energa, potencia reactiva, impedancia, distorsin de forma de onda, y otras cantidades complejas.Slo se necesita el componente fundamental de la mayora de los algoritmos de proteccin, a menos que se utilice un algoritmo de alta velocidad que utiliza datos sub ciclo para supervisar los asuntos que cambian rpidamente. Los datos de la muestra se hace pasar luego a travs de un filtro de paso bajo que elimina numricamente el contenido de frecuencia que est por encima de la frecuencia fundamental de inters, y utiliza algoritmos de transformada de Fourier para extraer la magnitud y el ngulo de frecuencia fundamental.

Rels Numricos

Los rels numricos estn basados en el uso de microprocesadores, en este tipo de rels las caractersticas y forma de operacin puede ser programada por medio de computadores. Actualmente los rels numricos se estn convirtiendo en elementos esenciales en los sistemas de proteccin.Son los que muestran numricamente y en forma secuencial los valores instantneos de las seales originales que reciben, los memorizan, para posteriormente procesarlos por medio del empleo de elementos microprocesadores utilizando mtodos numricos.Los rels numricos ofrecen la ventaja de combinar una gran cantidad de funciones en un slo dispositivo, son muy convenientes para ser aplicados en sofisticados sistemas de potencias gracias a su gran precisin.Los sistemas de proteccin modernos estn diseados para trabajar con distintas funciones integradas, multifunciones como proteccin, control, monitoreo y medida, todos estas caractersticas estn disponibles en los rels de tipo numrico ms modernos. As como tambin ofrecen la facilidad de comunicacin y transferencia de datos.

Rel Diferencial

Operan de acuerdo a la diferencia escalar o vectorial entre dos cantidades de corriente o de voltaje. Son rels que funcionan en equipos en los cuales se requiere obtener tiempos de operacin mnimos. Esto a travs de la medicin permanente de corrientes que entran y salen de un circuito o equipo en particular, utilizando el principio de que todas las corrientes que entran a un punto tienen que ser igual a las que salen, lo contrario es indicativo a presencia de falla. En este caso es importante destacar, que el ajuste cumple otra funcin, como lo es la de compensar la diferencia de medicin causada por errores en los diferentes transformadores de corriente.

Bases Legales

Las bases legales no son ms que se leyes que sustentan de forma legal el desarrollo del proyecto, esto explica que las bases legales son leyes, reglamentos y normas necesarias en algunas investigaciones cuyo tema as lo amerite.

Normas ANSI

En el diseo de sistemas elctricos de potencia, el estndar numrico de dispositivos ANSI identifica las funciones de un equipo de proteccin tales como rels o interruptores, este tipo de dispositivos protegen los sistemas elctricos y sus componentes cuando eventos no deseados ocurren, tales como las fallas elctricas. Los nmeros de dispositivos son usados para identificar las funciones de los equipos. Para el caso de una proteccin diferencial el estndar ANSI establece al nmero 87 como un rel de proteccin diferencial. Y el cdigo 87B como una proteccin diferencial de barra.

Estndar IEC

La Comisin Electrotcnica Internacional es una organizacin de normalizacin en los campos elctrico, electrnico y tecnologas relacionadas. Numerosas normas se desarrollan conjuntamente con la ISO (normas ISO/IEC). El estndar IEC 60617 contiene los smbolos grficos utilizados en diagramas electrotcnicos; los estndares IEC tambin contienen las especificaciones de los smbolos de los rels y los nmeros de dispositivos, (IEC 617).

IEEE

El Instituto de Ingeniera Elctrica y Electrnica es una asociacin mundial de tcnicos e ingenieros dedicada a la estandarizacin y el desarrollo en reas tcnicas. En su estndar IEEE C37.2-2008 tambin especifica la definicin y la aplicacin de los nmeros de funcin y siglas para dispositivos y funciones que se usan en las subestaciones elctricas y plantas de generacin y en las instalaciones de la utilizacin de energa. Por otro lado el estndar IEEE C37.90-2005 (2011) para rels y sistemas de rels asociados con aparatos elctricos, especifica las condiciones de servicio, clasificaciones elctricas, trmicas, calificaciones y requisitos de prueba se definen por los rels y sistemas de rels utilizados para proteger y controlar aparato de poder. Esta norma establece una base comn reproducible para el diseo y evaluacin de sistemas de rels y rels.

Covenin

Comisin Venezolana de Normas Industriales. Desde 1958 es el encargado de velar por la estandarizacin y normalizacin bajo lineamientos de calidad en Venezuelaestableciendo los requisitos mnimos para la elaboracin de procedimientos, materiales, productos, actividades y dems aspectos que estas normas rigen. El Cdigo elctrico nacional (200-02) es una norma publicada por Covenin. La norma venezolana Covenin 391:1974 especifica los smbolos grficos aplicados a sistemas de potencia.

CAPTULO III

MARCO METODOLGICO

El presente captulo tiene como propsito mostrar el tipo de investigacin, las tcnicas y procedimientos que fueron empleados para llevar a cabo la bsqueda respectiva de la informacin requerida para la realizacin del proyecto. En consecuencia en el presente captulo se definir el modo en el que se enfoca el problema y se buscan las respuestas.Para Tamayo y Tamayo, (2.011) el marco metodolgico constituye La mdula del plan que se refiere a la descripcin de las unidades de anlisis de investigacin, las tcnicas de observacin y de recoleccin de datos, los instrumentos, los procedimientos y las tcnicas de anlisis

Modalidad de la Investigacin

De acuerdo a las caractersticas del proyecto de investigacin que se est realizando, el mismo se encuentra dentro de la modalidad de proyecto factible, este consiste en la investigacin, elaboracin y desarrollo de una propuesta de un modelo operativo viable para solucionar problemas, requerimientos o necesidades de organizaciones o grupos sociales; puede referirse a la formulacin de polticas, programas, tecnologas, mtodos o procesos.El Proyecto debe tener apoyo en una investigacin de tipo documental, de campo o un diseo que incluya ambas modalidades.La modalidad de la investigacin busca determinar el enfoque de la investigacin, influyendo en los instrumentos, y hasta la manera de cmo se analizan los datos recaudados.La presente investigacin es de tipo documental, de campo y factible.

En lo correspondiente a la investigacin documental la organizacin del material depender del tema, los propsitos del trabajo y la metodologa utilizada; es necesario la elaboracin de esquemas conceptuales, explicaciones, modelos, argumentos, entre otras posibilidades.Tamayo y Tamayo (2.011) indica que una investigacin es documental cuando la fuente principal de informacin son documentos y cuando el inters del investigador es analizarlos.La investigacin se fundamenta bsicamente en el uso de documentos tcnicos, archivos y libros referentes a los sistemas de protecciones de los sistemas de potencia. Utilizando los diferentes manuales de los equipos de protecciones instalados en los sub estacin San Diego. En la investigacin de campo se presentan, describen, analizan e interpretan de forma ordenada los datos obtenidos en el estudio en funcin de las preguntas e hiptesis de la investigacin, con el apoyo de los cuadros y grficos, de ser el caso, y se discuten con base en la fundamentacin terica.Segn Hernndez M, la investigacin de campo es el anlisis sistemtico de problemas de la realidad, con el propsito bien sea de describirlos, interpretarlos, entender su naturaleza y factores constituyentes, explicar sus causas y efectos adems predecir su ocurrencia, haciendo uso de mtodos caractersticos de cualquiera de los paradigmas de investigacin conocidos.Por ltimo, una investigacin ser factible si la naturaleza y alcance del proyecto, el esquema adoptado para la organizacin del texto, y, los aspectos que se desarrollan en los captulos que preceden a la organizacin de resultados, permiten la presentacin sistemtica del diagnstico de la situacin, el planteamiento y la fundamentacin terica de la propuesta, el procesamiento metodolgico, las actividades y recursos necesarios para su ejecucin y anlisis de su vialidad y posibilidad de realizacin.Hernndez M., explica que un proyecto factible consiste en la investigacin, elaboracin y desarrollo de una propuesta de un modelo operativo variable para solucionar problemas, requerimientos o necesidades o grupos sociales; puede referirse la formulacin de polticas, programas, tecnologas, mtodos o procesos.

Diseo de la Investigacin

Al momento de disear la forma y estructura de la investigacin, se debe tomar en cuenta principalmente los objetivos que se busquen alcanzar con la realizacin del proyecto.En consecuencia, el diseo depender directamente de la finalidad que se quiera alcanzar con dicha investigacin, y de la manera de reunir la informacin o datos necesarios para con ellos responder las preguntas de investigacin de manera prctica y concreta; es por ello que el diseo de la investigacin es lo que seala al investigador lo que debe hacer, desde luego siguiendo un diseo, que ser aplicado al contexto particular del estudio.La presente investigacin, es de diseo Descriptiva, ya que comprende la descripcin, registro, anlisis e interpretacin de la naturaleza actual, la composicin o proceso de los fenmenos, recoleccin de datos y por ltimo la interpretacin de datos.Se dice que esta investigacin de enfatiza en un contexto descriptivo debido a que los estudios estn basados en la observacin, donde los datos de inters se adquieren a travs de la supervisin de los comportamientos y hechos ocurridos, la investigacin descriptiva va ms all de la toma y tabulacin de datos, pues adems busca especificar la propiedades, caractersticas y los perfiles ms resaltantes e importantes de personas, grupos, entes o cualquier otro fenmeno que se someta al anlisis.

Poblacin y Muestra

Poblacin

Se define a la poblacin como la totalidad de un fenmeno de estudio, incluye la totalidad de unidades de anlisis o entidades de poblacin que integran dicho fenmeno y que debe cuantificarse para un determinado estudio integrando conjunto N de entidades que participan de una determinada caracterstica Un. Se le denomina poblacin por constituir la totalidad del fenmeno adscrito un estudio o investigacin. En general la poblacin es un conjunto finito o infinito de elementos con caractersticas comunes.Al respecto Arias, (2004) dice que: la poblacin es la totalidad de un conjunto de elementos, seres u objetos que se desea investigar (p.179).Esta investigacin tiene como poblacin de estudio, el sistema de protecciones de barra empleados en las sub estaciones nodales 230 T, de la empresa Corpoelec.

Muestra

A partir de la poblacin cuantificada para una investigacin se determina la muestra, cuando no es posible medir cada una de las entidades de poblacin; esta muestra, se considera, es representativa de la poblacin.Para Sampieri (2006), definen la muestra como: la muestra es esencia de un subgrupo de la poblacin. Digamos que es un subconjunto de elementos que pertenecen a ese conjunto definido en sus caractersticas al que llamamos poblacin (p.240). La muestra es un subconjunto representativo y finito que se extrae de la poblacin accesible.En lo que concierne a este proyecto de investigacin la muestra obtenida es la proteccin diferencial de barra 230 kV de la sub estacin San Diego, que por tratarse de una sub estacin troncal tan importante para el estado Carabobo requiere de una intervencin prioritaria para solventar la necesidad de un nuevo esquema de proteccin diferencial.

Tcnicas e Instrumentos de Recoleccin de Datos

Las tcnicas de recoleccin de datos son las distintas formas o maneras de obtener informacin. Los instrumentos son los medios materiales que se emplean para recoger y almacenar la informacin.En este punto se comienza la puesta en marcha de la investigacin propiamente, el comienzo de la ejecucin, pues las anteriores eran etapas preparatorias. Antes de realizar el levantamiento de informacin para el proyecto, se obtienen fundamentos tericos de consultas en libros especializados, tesis e grado e Internet, con relacin al tema a desarrollar. Tambin ser necesario recaudar toda la informacin que se encontrar en fuentes segundarias como lo sern monografas, boletines estadsticos, histricos de operaciones, entre otros existentes en Corpoelec, para luego aplicar el plan elaborado en el diseo metodolgico para su