CUADERNO TECNICO Protección de las máquinas y de las redes industriales de AT

8/7/2019 CUADERNO TECNICO Proteccin de las mquinas y de las redes industriales de AT

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Cuaderno Tcnico n 113

Proteccin de las mquinas y delas redes industriales de AT

Por: P. Roccia

http://fiee.zoomblog.co


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La Biblioteca Tcnica constituye una coleccin de ttulos que recogen las novedadeselectrotcnicas y electrnicas. Estn destinados a Ingenieros y Tcnicos que precisen unainformacin especfica o ms amplia, que complemente la de los catlogos, guas de producto onoticias tcnicas.

Estos documentos ayudan a conocer mejor los fenmenos que se presentan en las instalaciones,los sistemas y equipos elctricos. Cada uno trata en profundidad un tema concreto del campo delas redes elctricas, protecciones, control y mando y de los automatismos industriales.

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Los autores declinan toda responsabilidad derivada de la incorrecta utilizacin de las informaciones y esquemasreproducidos en la presente obra y no sern responsables de eventuales errores u omisiones, ni de las consecuenciasde la aplicacin de las informaciones o esquemas contenidas en la presente edicin.

La reproduccin total o parcial de este Cuaderno Tcnico est autorizada haciendo la mencin obligatoria:Reproduccin del Cuaderno Tcnico n 113 de Schneider Electric.



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CuadernoTcnico no 113

Proteccin de lasmquinas y de lasredes industrialesde AT

Por: P. Roccia

Trad.: Dr. M. Cortes, J.M. Gir

Edicin francesa: junio 1985

Versin espaola: abril 1991

Pierre ROCCIA

Diplomado en 1969 como IngenieroElctrico por el Institut NationalPolytechnique de Grenoble. Despusde haber ocupado un puesto deresponsabilidad en el sector delequipamiento industrial y de ladistribucin pblica AT, pas aencargarse de ampliar la gama de

rels de proteccin Merlin Gerin y deconcretar una filosofa tcnica sobrela proteccin de redes industrialesAT gracias a los dispositivosasociados a los interruptoresautomticos. Este Cuaderno Tcnicoes un reflejo de esta actividad.

Pas a encargarse despus deFormacin. Actualmente esIngeniero de Estudios al servicio deldiseo de equipos y conjuntos.



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Cuaderno Tcnico Schneider n 113 / p. 4

ndice

Proteccin de las mquinas y de las redes industriales de AT

La limitacin de las consecuencias

de un defecto en las redes dedistribucin y en las mquinas(costes de la reposicin del servicioy prdidas en la explotacin) seobtiene por la utilizacin dedispositivos de vigilancia,denominados protecciones.

El objeto de este Cuaderno Tcnicoes el de definir los defectos y suscaractersticas, exponer sus causasy consecuencias y los medios deproteccin. Los diferentes rels deproteccin empleados se presentansucesivamente. Se dan los criterios

de ajuste, en funcin de losparmetros elctricos de la red y delas mquinas y de la selectividadque se pretende conseguir.

Asimismo, se estudian los problemasde la proteccin de las mquinas yde las redes industriales, incluyendolos relativos a las redes detransporte y de distribucin pblica,que exigen equipos de proteccinespecficos (rels de distancia, deimpedancia, etc.).

1 Defectos principales que se que pueden presentar p. 5en las redes y mquinas

2 Rels de proteccin p. 14

3 Selectividad p. 27

4 Protecciones tpicas p. 29

5 Conclusin p. 33

6 Bibliografa p. 33



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1 Defectos principales que se pueden presentaren las redes y las mquinas

Antes de estudiar las causas, lasconsecuencias y los medios deproteccin relativos a los principalesdefectos, juzgamos de intersrecordar que stos son muy variadosy pueden determinar el corte de laalimentacin elctrica o el disparo deuna alarma.

Los defectos pueden caracterizarse:

nnnnn Por sus orgenes

Los defectos que afectan al

funcionamiento correcto de una red ode una mquina se deben a causas:

ooooo de origen elctrico,

ooooo de origen mecnico, modificandolos parmetros elctricos(impedancias),

ooooo de origen humano, errores deexplotacin.

nnnnn Por su localizacin

Al considerar un componente de lared de potencia (lnea o mquina),es necesario distinguir:

ooooo

los defectos internos,caracterizados generalmente por losdeterioros del aislamiento,

ooooo los defectos externos, en los quelas consecuencias se limitan a unasperturbaciones que pueden llevar, enmayor o menor medida, adesperfectos en el elementoafectado y pueden conducir a undefecto permanente.

nnnnn Por su duracin

ooooo si el defecto desaparece por smismo se le denomina auto-extintor,

ooooo si el defecto desaparece por laaccin de la proteccin, sin dejardeterioros que afecten alfuncionamiento de la red, el defectoes denominado fugitivo.

El diseo de la red y las proteccionestienden a limitar los errores deexplotacin a defectos fugitivos.

ooooo si el defecto entraa deteriorosque impliquen reparaciones esdenominado permanente.

En la redes de cables y en lasmquinas los defectos de origenelctrico son, generalmente,

permanentes. Salvo casosparticulares, exigen la desconexinde la tensin.

Las protecciones son funcin del tipode defecto. La selectividad en ladesconexin est directamenteligada a la localizacin del defecto.El carcter permanente de undefecto obliga a utilizar rels conenclavamiento (con retencin).

Cortocircuito entre fasesCausas

nnnnn La degradacin de los aislantes:

ooooo degradacin de la calidad de lassuperficies (polucin),

ooooo degradacin trmica(temperaturas excesivas),

ooooo descargas parciales en losintersticios (microcavidades) en lamasa de los aislantes.

nnnnn Disminucin accidental de lasdistancias de aislamiento, (presencia

de animales, herramientas dejadaspor inadvertencia en los juegos debarras, contactos entre conductoresareos).

nnnnn Roturas por causas externas(pedradas, golpes de pico, etc.).

nnnnn Sobretensiones.

Consecuencias

nnnnn Adems de los esfuerzoselectrodinmicos, se producen efectostrmicos: incendios en los puntos delarco de defecto, calentamientos en las

partes que recorren las corrientes decortocircuito.

La ruptura rpida limita los efectostrmicos.

nnnnn El defecto modifica las magnitudeselctricas de la red: origen de cerosde tensin, desequilibrios,intercambios de energa reactiva, etc.

Estas magnitudes al seraccidentalmente modificadasperturban el funcionamiento de lasmquinas de la red (inestabilidad) yconstituyen un peligro(sobretensiones).

nnnnn Las corrientes de defectodeterminan fenmenos de induccinelectromagntica en los circuitosauxiliares prximos.

Medios de proteccin

Empleo de rels de mxima corriente(mximo de I) a tiempo independienteo a tiempo dependiente. El rel limita:

nnnnn los efectos trmicos,

nnnnn los riesgos de inestabilidad de

la red.La coordinacin entre los diversosrels a mxima corriente de una redse realiza limitndose a dejar sintensin, nicamente, la parte condefecto (selectividad).

Estos rels no pueden mantener laselectividad en las redes en anillo ode estructura mallada. En stas seemplean rels:

nnnnn direccionales,

nnnnn diferenciales longitudinales.

Defecto fase-tierraCausas

Son las mismas que determinan loscortocircuitos fase-fase.

Los contactos accidentales tienenlugar entre fase y tierra o entre fasey masa, estando las masas unidasa tierra.

Los defectos permanentes producenla desconexin, excepto bajo ciertascondiciones, en rgimen de neutroaislado (o fuertemente impedante).

Consecuencias

Las corrientes de defecto fase-tierrason moderadas y no excedengeneralmente de 1/10 la corriente decortocircuito entre fases.

Las consecuencias se reducengeneralmente a:

nnnnn elevacin del potencial de lasmasas, poniendo en juego laseguridad de las personas. Latensin de contacto no deberexceder de 50 V permanentes,



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nnnnn coccin de las tomas de tierra,puntos calientes en las masas,quemaduras,

nnnnn calentamiento de los circuitosmagnticos. La corriente de defectofase-tierra en una mquina deberlimitarse a unos veinte amperios, loque evitar daos en los circuitosmagnticos,

nnnnn calentamiento del apantallado delos cables,

nnnnn sobretensiones en la red.

Medios de proteccin

nnnnn Rgimen de neutro dbilmenteimpedante (TT, con factor dedefecto a tierra 1,4) es el ms

empleado.La corriente de defecto, aunquelimitada, permite la utilizacin derels de mxima corrientehomopolar. La coordinacin deestos rels se realiza de manera quedejen slo sin tensin la parte condefecto (selectividad cronomtrica).Los mismos no pueden guardar laselectividad en las redes en anillo ode estructura mallada. En estoscasos se emplean:

ooooo rels diferenciales longitudinalesde corriente homopolar,

ooooo rels direccionales de corrientehomopolar, que al ser regulados,tienen tambin la ventaja de poderser insensibilizados a las corrientescapacitativas de los cables.

La utilizacin de rels voltimtricoshomopolares puede ser til paradetectar, a partir de un puntovoluntariamente elegido en elconjunto de la red, los defectos fase-tierra, o fase-masa, que se originanen un punto cualquiera de la red.

nnnnn Rgimen de neutro aislado, o

fuertemente impedante (IT, factorde defecto a tierra > 1,4) con el cuales posible continuar la explotacincon un primer defecto.

Por lo general, la deteccin delprimer defecto no es selectiva.

Esta deteccin es entoncesasegurada, bien sea por:

ooooo un rel voltimtrico homopolarconectado entre el borne neutro delgenerador y tierra y regulado enfuncin del aumento del potencialdel neutro,

ooooo un controlador permanente deaislamiento, el cual tiene la ventajade medir el aislamiento de la red yfuncionar incluso sin tensin en

la red.El defecto doble es eliminado por lasprotecciones de mxima corriente dela instalacin.

En las salidas no preferentes que sedesconectan al primer defecto,despus de un cuidadoso estudiotcnico se pueden emplear relsdireccionales de la corriente fase-tierra o fase-masa. Generalmente elempleo de rels de mxima corrientehomopolar, que funcionen por lascorrientes capacitivas de la red es

difcil, sino imposible.

Error de acoplamiento

Causas

Este defecto se presenta cuando, alconectar en paralelo dos redes defases diferentes (con diferentesndices horarios), un generador seconecta en oposicin de fase.

Consecuencias

En el peor de los casos, lasconsecuencias son las mismas quelas de un cortocircuito entre fases.Los daos debidos a los defectostrmicos son generalmentelimitados, la energa del defecto esesencialmente liberada en la cmarade ruptura del interruptor automtico.

Se pueden observar deteriorosmecnicos en los generadores.

Medios de proteccin

Las medidas de proteccin previas ylos enclavamientos tienen queimposibilitar los errores deacoplamiento. No obstante, si seproduce el error de acoplamiento, losmedios de proteccin empleadoscontra cortocircuitos han de sersuficientemente eficaces.

Sobrecarga

Causas

Se deben esencialmente al aumentode la demanda de energa.

Tienen un origen:

nnnnn mecnico: aumento del parexigido (machacadoras),

nnnnn elctrico: aumento anormal delnmero de consumidores.

Las sobrecargas se deben tambin auna disminucin del factor depotencia, o a una disminucin oaumento de la tensin de la red.

Consecuencias

Las sobrecargas son sinnimo desobreintensidades.

Las sobrecargas provocan unaumento exagerado delcalentamiento de los cables, lostransformadores y los motores.Disminuyen la vida de los aislantes.

Medios de proteccin

Control de la intensidad mediante unrel de imagen trmica o un rel demxima corriente de tiempoconstante para limitar en el tiemposobrecargas constantes y conocidas.

Se trata, por ejemplo de unasobrecarga, cuya duracin yfrecuencia de repeticin estn biendeterminadas (apretado detirafondos de laminacin).

Inversin del sentido decirculacin de la energaen ausencia de defectoelctrico

Causas

El buen funcionamiento de la red secaracteriza por la transferencia deenerga de las fuentes a losconsumidores, respetando laspotencias nominales y lasintensidades admisibles.

Esta transferencia normal de energa

puede alterarse por ejemplo por:nnnnn una bajada de la tensin de lared de distribucin, que ocasiona elsuministro de energa a esta red porun abonado que disponga de unacentral de produccin autnoma,

nnnnn un ciclo rpido de reenganche:la energa cintica almacenada pormotores de gran potencia provoca laalimentacin por retorno de losreceptores.

La deteccin de este retorno deenerga permite el desacoplamiento



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rpido de estos potentes motores.La reconexin de estos motorespodr hacerse inmediatamente encondiciones ptimas (ausencia de

acoplamiento en oposicin al flujoremanente).

Los abonados 1 y 2 (figura 1) sonalimentados por el abonado 3, porejemplo, por causa de unadesconexin, con reenganche rpidoa nivel del Centro de Transformacin.Se pueden constatar las dificultadesde la reanudacin del servicio de losmotores (recuperacin de lavelocidad) al retorno de la tensin dealimentacin,

nnnnn del funcionamiento de un motor

como alternador (prdida depotencia del motor defuncionamiento).

Consecuencias

Son numerosas y se pueden citar:

nnnnn sobrecarga de una fuenteautnoma,

nnnnn desequilibrio del balanceenergtico de la red,

nnnnn fallos de selectividad en la tcnicaselectiva cronomtrica si a unainversin del sentido de la energa lesigue un defecto elctrico,

nnnnn que el alternador pase a arrastrara la turbina o diesel depauperados.

Medios de proteccin

Empleo de un rel a retorno decorriente activa, o de un rel depotencia activa direccional. En elcaso de la que la red estequilibrada en tensin y enintensidad, el rel puede sermonofsico.

El rel amperimtrico controla elvalor algebraico de:

Iact = I cos ,lo que da, a tensin constante:

IW NP U 3 cos

Variacin de tensin

Causas

nnnnn bajadas de tensin

Las bajadas de tensin se deben auna sobrecarga de la red o a un malfuncionamiento del regulador detensin en carga del transformador o

de un regulador.nnnnn sobretensiones

Las sobretensiones pueden debersea un mal funcionamiento en carga deun regulador, de un regulador develocidad, o de la disminucinbrusca de la potencia demandada.

Consecuencias

nnnnn las bajadas de tensin disminuyenel par de los motores. En efecto:

Cm = kU2, para una velocidad dada(), en donde:

Cm: par motor,U: tensin de la red.

La disminucin del par de un motorasncrono conlleva:

ooooo un aumento del tiempo dearranque:

m rd

C C Jdt

J = mr2: momento de inercia delgrupo,

Cr: momento resistente.

Si en la puesta en marcha Cm = C r,el motor no acelera, ronca y susprdidas son importantes.

ooooo una reduccin de la velocidad enmarcha normal, lo que generalmentehace aumentar la intensidadabsorbida, las prdidas por efectoJoule en el estator y, especialmente,las prdidas rotricas.

nnnnn las elevaciones de tensinprovocan un calentamiento de loscircuitos magnticos por aumento delas prdidas en el hierro. Estecalentamiento es independiente delestado de carga de la mquina y noes por tanto controlado por los relsde sobrecarga.

Medios de proteccinSe utilizar un rel de proteccincontra las bajadas de tensin:

nnnnn controlar el funcionamiento de losreguladores de tensin,

nnnnn descargar la red de los consumosno prioritarios,

nnnnn cortar la alimentacin de losmotores si la tensin de alimentacines demasiado baja. Se emplear unrel de tensin mxima paracontrolar los reguladores y loscompensadores en carga.

Presencia de unacomponente inversa enmarcha monofsica

Causas

En el conjunto de una red, se originauna componente inversa de tensincuando se corta un conductor defase de la lnea, o a causa de ungran consumo monofsicoconectado entre fases. La influencia

de un defecto externo provoca laaparicin de una componenteinversa de la intensidad en losarrollamientos de la mquina de redque alimenta a la red con defecto.

Si el corte de la fase se encuentraen la canalizacin de la mquina,sta sufre un desequilibrio completo.

Tambin aparece un desequilibrio porcorriente inversa cuando se produceun corte en el devanado de unamquina, o un cortocircuito entreespiras de un mismo arrollamiento.Fig. 1.

M M

Centro de transformacin

reengancherpido

Abonado 1

Abonado 2

Abonado 3



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Consecuencias

Los elementos de la red quepresentan una impedancia inversa

Zi, distinta de la impedancia directaZd, son sensibles a la componenteinversa de la tensin. Son lasmquinas rotativas las que msacusan esta componente, puesreaccionan de forma diversa segnque su sentido de giro coincida conel del campo inductor o sea opuestoal mismo. Se observa en estasmquinas un calentamiento peligrosode la jaula rotrica o de la jaula deamortiguamiento (mquinassncronas), una reduccin del parmotor y del rendimiento:

imposibilidad de arrancar si falta unafase, ralentizacin de los motoresasncronos.

El fenmeno no es necesariamentedetectado por simples rels trmicos.

Medios de proteccin

Son:

nnnnn preventivos: evitar que el cortede la fase externa se traduzca con eltiempo en un defecto interno,

nnnnn curativos: por deteccin de unaanomala en el devanado de unamquina, aparte del cortocircuitoentre fases, o de un defecto deaislamiento.

A este propsito se emplea un relde desequilibrio inverso de mximacomponente inversa.

Todo sistema trifsico desequilibradode tensiones, o de intensidades, sedescompone en una suma, fase afase, de dos sistemas equilibrados:

trifsico directo (sucesin 1, 2, 3),

trifsico inverso (sucesin 1, 3, 2)

y un sistema trifsico homopolar,

(1, 2, 3, en fase) (figura 2) y portanto un sistema que relaciona lasintensidades a sus componentessimtricas. El mismo razonamientoes vlido aplicado a las tensiones.

Vectorialmente, o en nmeroscomplejos podemos escribir:

I I I I

I I I I

I I I I

1 1 1 1hd i

2 2d 2i 2h

3 3d 3i 3h

Tomando la fase 1 como referencia:

I I

I I

I I

1d d

1i i

1h h

Con la ayuda del operador:

j2

3 31e j

2 2

podemos expresar I1, I2, I3, enfuncin de:

II I

I I I I

I I I I

I I I I

d i h

1 d i h

22 d i h

22 d i h

, , ,

a a

a a

Las componentes de tensin y decorriente estn relacionadas por:

la impedancia directa:

I

dd

d

VZ

la impedancia inversa:

Iiii

VZ

la impedancia homopolar:

I

hh

h

VZ

En todo cuanto sigue tomaremos

Ih hV 0, hiptesis que se verificaen ausencia de un defecto fase tierra,en el sistema trifsico a 3 hilos.

Fig. 2.

Para una lnea:

d iZ Z

Para un transformador:

I I

d id i

d i

V VZ Z

Para un motor girando:

d i i dZ Z Z Z

Tracemos, a tensin constante, eldiagrama del circuito simplificadoI (g), de un motor de induccin(figura 3).

Con el motor en marcha, se tomanlos siguientes valores:

nnnnn la relacin:

d

i

Z impedancia directa

Z impedancia inversa

nnnnn la relacin entre el deslizamientodirecto gd y el deslizamiento inversogi. Se demuestra seguidamente quela energa de frenado (debida a lacomponente inversa) se disipa en elrotor.

Supongamos que el motor esarrastrado por la carga, a velocidad en sentido inverso al campo

giratoriop

, el deslizamiento

g 1

p

es mayor que 1. Este tipo

de funcionamiento corresponde a unfrenado contra corriente, o a lacomponente inversa de la intensidaddebida, por ejemplo, a la ruptura de

t t t

t

3

22d

3i

1

3d 2i

1i1d

1i

2i

3i

directo inverso homopolar



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sncrona

0

N

N g = 1,96

g < 1

( = 0, g = 1)

a = arranque

Potencia

absorbida

de la red

Potencia

cedida

a la red

iconUn

Fig. 3:Diagrama de crculo (g).

una fase, lo que provoca un campogiratorio parsito de sentido inversoal de rotacin del eje. A tensinconstante, si g > 1, la intensidadabsorbida es mayor que laintensidad de arranque ID, y stamayor que la intensidad nominal:

IN(gn) < Ia < I(g>1).En general, en las condicionesnominales de funcionamiento eldeslizamiento gn es del orden

de 0,04.Un ensayo a contra corrienterealizado a la velocidad nominal = - n (g = 1,96) y extrapolado a latensin nominal permite escribir:

I

I

d

N n i

(g 1,96) Z

(g 0,04) Z

en funcionamiento normal,

y como Ia (g = 1) < I (g= 1,96)

se tieneI

I

D d

N i

Z

Z

segn el diagrama I (g) de la figura 3.

En una primera aproximacin di

Z

Z

oscila entre 6 y 7.

En general la intensidad de arranqueID es funcin de:

= pulsacin 2 f

p = nmero de pares de polos

/p = velocidad del campo giratorio(velocidad de sincronismo)

= velocidad de giro del eje

Se demuestra que si un motor esalimentado con un porcentaje, t, decomponente inversa de la tensin:

t= id

V

Vla tasa de componente

inversa de la intensidad ser:

I I

I I

i D

d N

t

lo que explica que se alcancen

rpidamente valores elevados de lacomponente inversa de la intensidad.

Energa perdida en el rotor de unamquina asncrona

El deslizamiento viene expresado

por la relacin:p

g 1

p p

Se pueden apreciar dos puntossingulares:

g = 0 para = /p (mquinasncrona), y

g = 1, para = 0 (mquina contensin y parada).

Las corrientes inducidas en el rotortienen la pulsacin = g .

La posibilidad de una alimentacinque presente una componente inversapermite definir dos deslizamientos:

un deslizamiento directo:

dg 1

p

,

y un deslizamiento inverso:

ig 1

p

de donde se deduce que

gd + g i = 2.

En una mquina asncrona, con undbil porcentaje de componenteinversa se tiene

gd = 0,04 y gi = 1,96.

En una mquina sncrona:

gd = 0 y g i = 2.

Las corrientes inducidas en elamortiguador de una mquina

sncrona por la componente inversatienen la pulsacin 2.

En general se tiene:

0 gd1

1 gi 2.

En la figura 4 se indica el anlisisenergtico de un motor asncronodespreciando las prdidasestatricas por efecto Joule y lasprdidas mecnicas.

Esquema energtico de un motorasncrono despreciando lasprdidas estatricas y las prdidasmecnicas

Sistema directo: alimentacinnormal, trifsica equilibrada(figura 5).

Sistema inverso: contribucin de lacomponente inversa de la tensin,en una alimentacin trifsicadesequilibrada (figura 6).

La potencia til en el eje esdisminuida por la presencia de unacomponente inversa.

Las prdidas rotricas debidas a lacomponente inversa vienen dadaspor la suma de dos energas:n la que se absorbe de la red,

n y la que se toma del eje (frenado).

En el supuesto de una componenteinversa de la tensin de

i

d

V0,025

V , que da una

componente inversa de la intensidad

deI

I

i

d

0,15 , se demuestra que



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las prdidas rotricas seincrementarn entre un 5 y un 6%,con relacin a las mismas prdidasen rgimen equilibrado.

Los datos de los clculos numricosdan los siguientes valores:

d

i

Z6

Z

cos i 0,25

cos d 0,85

gi = 1,96

gd = 0,04

En marcha monofsicaI

I

i

d

1

las prdidas rotricas puedentriplicarse.

Con todo rigor, se debern tener encuenta:

n las prdidas estatricas,

n la reduccin de la velocidad aconsecuencia de la disminucin delpar resultante.

Vemos con esto todo el inters quetiene el rel sensible a la componenteinversa de la intensidad, rel deproteccin rotrica por excelencia.

Frecuencia de arranquedemasiado elevada

Causas

n mal funcionamiento delautomatismo de mando,

n accionamiento manual demasiadofrecuente,

n o, mucho peor, una serie dereconexiones con defecto.

Consecuencias

Adems de un exageradocalentamiento del estator yparticularmente del rotor, se produceuna sucesin de choques mecnicosen los acoplamientos y en lascabezas de bobina perjudiciales paralos materiales, en particular para losaislantes.

Anotemos que un defecto fase-masa,a menudo, es la consecuencia de larotura de los aislantes de las cabezasde bobina en el extremo de lasranuras.

Sistema directo Sistema inverso

Potencia elctrica global

=Prdidas rotricas

+Potencia disponible en el eje

Fig. 4.

Potencia absorbida

directa

Pr = Prdidas

rotticasPu en el eje

Motor

Fig. 5.

Fig. 6.

Pr = Prdidas

rotticasPu en el eje

Motor

Medios de proteccin

Se emplear un rel de proteccin,que cuente el nmero de arranquesdurante un tiempo determinado.

Si el nmero de arranquesefectuados durante un tiempodeterminado excede del nmero de

arranques permitido, el relbloquear las ordenes de conexindurante un intervalo de tiempopredeterminado. El rel permitelimitar la frecuencia de los arranquesa un valor fijado por el constructordel motor.

mdCp

miCp

md dC gp

mi iC gp

m ddC (1 g )p

iCm (1 gi)p

Id d d d dPa U 3 cos Cmp

d dCm gp

u r aP P P

Ii i i i iPa U 3 cos Cmp

i iCm gp

i iCm 1 g 0p

d dCm 1 g 0p



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Agarrotamiento en marchade un motor asncrono yarranque demasiado largo

Causas

Los bloqueos mecnicos de unmotor en marcha son debidos:

n sea a un defecto mecnico:agarrotamiento,

n sea a una explotacin que tieneriesgos especiales deagarrotamiento, como por ejemplo,el motor de una quebrantadora.

Los bloqueos se producen cada vezque el par resistente es mayor que elpar motor mximo.

Los arranques demasiado largos seproducen cuando el motor estcargado en exceso, o estalimentado con una tensinreducida.

Consecuencias

El agarrotamiento del motor originaun choque mecnico sobre losacoplamientos, cojinetes,bobinados, etc.

El calentamiento es muy rpido, puesla intensidad alcanza el valor de la

corriente del arranque ID y la energaabsorbida de la red se disipaprincipalmente en el rotor. La falta deventilacin aumenta la temperatura.

El arranque demasiado largoprovoca esfuerzos trmicosperjudiciales para la esperanza devida de los aislantes.

Medios de proteccin

Se utilizar un rel de mximaintensidad, inhibido durante elperiodo de arranque.

Se presentan dos casos:

n al final del periodo normal dearranque la intensidad sigue siendosuperior al valor nominal:

se tratar de un arranque muy largodebido a un par acelerador muy bajo,

n en marcha normal, la intensidadalcanza rpidamente el valor de lacorriente de arranque:

el motor se ha agarrotado.

El rel corta rpidamente laalimentacin del motor para limitarlas consecuencias del defecto.

Si, a la puesta en marcha del motor,existe el riesgo de que el rotor quedeagarrotado, ste deber soportar elcalentamiento correspondiente

durante un tiempo superior al tiempode arranque.

Un estudio de la evolucin de laintensidad y si es posible, del factorde potencia, durante el tiempo dearranque: I = f1(t); cos = f2(t),permitir determinar si es posiblela utilizacin de un rel de mximaintensidad, o de un rel deimpedancia (figura 7).

Descebado de las bombasEs una proteccin especfica de lasbombas aspirantes.

Causas

La ausencia de lquido en la bomba,su no cebado o el descebado de lamisma, el funcionamiento con lasvlvulas cerradas, son las causasque pueden llevar al deterioro de labomba por calentamiento.

Consecuencias

El sntoma de que la bomba estdescebada, o no eleva lquido, lo dala corriente absorbida por el motorelctrico de accionamiento.

Medios de proteccin

Se utilizar un rel de corrientemnima enclavado en el arranque y

regulado entre:n la corriente de vaco, o con lasvlvulas cerradas,

n la corriente absorbida en rgimennormal de funcionamiento de labomba.

Si las condiciones de explotacinindican que la diferencia entre losvalores anteriores es demasiadopequea, diferencia en la queintervienen los diferentes errores deprecisin, se podrn tener en cuentalas variaciones del factor depotencia y utilizar un rel de mnimapotencia activa.

Prdida de la excitacinde las mquinassncronas

Causas

Pueden ser una reduccin notablede la corriente de excitacin o unaruptura del devanado inductor.

Consecuencias

Con objeto de compensar la prdidade la energa magnetizante del

Fig. 7.

D

Umbral del rel amperimtricotemporizado al arranque

Umbral del relde impedanciao de admitancia,temporizadoal arranque

g = 1= 0

N

V



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inductor, la mquina la absorbe de lared bajo la forma de energareactiva. El efecto se traduce poruna reduccin del factor de potencia.

Si el defecto viene seguido de unaprdida del sincronismo, el rotor y lajaula de amortiguamiento soportarncorrientes inducidas que puedenproducir fuertes calentamientos enlos mismos.

Medidas de proteccin

Se puede emplear un rel de mnimade corriente continua en el circuitode excitacin, si ste es accesible.

De no ser posible, la proteccindeber detectar el aumento deenerga reactiva absorbida. Seutilizar a tal efecto, un reldireccional de corriente reactiva o deenerga reactiva.

Aplicados a la proteccin de unmotor sncrono estos rels deberninhibirse durante el arranqueasncrono del motor.

Variacin de la frecuencia

Causas

Se pueden citar entre las causas devariacin de la frecuencia:

n las sobrecargas de una red,alimentada por fuentes de potencialimitada (redes autnomas),

n la ausencia de control desincronismo de un alternador o de unmotor sncrono bajo micro-rupturasde la red (reenganche rpido). Es el

caso de las microcentralesconectadas a una red,

n corte de la alimentacin de unaestacin equipada de grandesmotores asncronos,

n mal funcionamiento del reguladorde velocidad de un grupo motoralternador.

Consecuencias

Las variaciones de frecuenciaenclavan los pilotajes y harnnecesarias las operaciones de

acoplamiento al reiniciar laexplotacin normal.

n las variaciones de frecuenciaperjudican el funcionamiento de losreceptores sncronos (registradores,relojes, etc.),

n las variaciones de frecuenciamodifican las prdidas en el hierrode los circuitos magnticos.

Medios de proteccin

A partir del control de la frecuenciapor un rel de regulacin (mini-maxio los dos):

n se realiza una desconexinselectiva suprimiendo losconsumidores no prioritarios en casode sobrecarga,

n se fracciona la red en redeselementales si aparece unaperturbacin en la frecuencia,perturbaciones a menudo debidas a

una fuerte sobrecarga o a un defectoelctrico.

La perturbacin de frecuencia sermucho ms importante, si el defectono se elimina rpidamente. En estascondiciones, se pondr a prueba laestabilidad de las mquinassncronas de la red. Los motoressern adecuadamentedesconectados de la red.

n se aislan las microcentrales queno tienen un sistema de controlsncrono,

n desconexin de una estacin congrandes motores asncronos bajomicrocortes de la red (reengancherpido y lento).

En la tabla de la figura 8 se puedever un resumen de los principalesdefectos descritos.



13/33


Defecto Origen del defecto Duracin del defecto Particularidad delrel recomendado

Cortocircuito entre elctrico permanente con enclavamientofases

Defecto fase-tierra elctrico permanente con enclavamiento

Error de elctrico fugitivo con enclavamientoacoplamiento error de explotacin

Sobrecarga mecnico fugitivo con enclavamientoerror de explotacin (bajo precaucin, sin

enclavamiento)

Inversin del sentido mecnico o fugitivo con enclavamientode circulacin de la error de explotacin si es mecnicoenerga, en ausenciade defecto elctrico

Variacin de la elctrico o permanente o con o sintensin error de explotacin fugitivo si es debido enclavamiento

a una sobrecarga

Fallo de una fase elctrico permanente con enclavamiento

Presencia de una elctrico permanente o con enclavamientocomponente inversa fugitivo (bajo condiciones,

sin enclavamiento)

Frecuencia de azares del mando fugitivo sin enclavamientoarranques muy elevada

Agarrotamiento del rotor mecnico permanente con enclavamiento

Descebado de la mecnico permanente con enclavamiento

bomba hidrulicaPrdida de la excitacin elctrico permanente con enclavamiento

Variacin de la mecnico o permanente o con enclavamientofrecuencia sobrecarga fugitivo (sin enclavamiento)

Fig. 8:Principales defectos que se encuentran en las redes.

El enclavamiento es un mecanismo de cerrojo que deja al operador un tiempo de reflexin antes de reanudar el servicio.El enclavamiento de los rels es imperativo en el caso de defectos permanentes.El enclavamiento es aconsejable en caso de errores de explotacin.



14/33


DefinicinLos rels de proteccin sondispositivos, ms o menoscomplejos, que deciden una accin,generalmente la apertura de uninterruptor automtico, si aparece undefecto en la red, en la alimentacino en la mquina controlada.

Estos dispositivos se denominanrels, porque son unosintermediarios entre una magnitudfsica controlada y un disparador.En AT son del tipo indirecto, porcuanto toman la informacin a travsde captadores (TC, TT, toroides).

La utilizacin de rels directos en ATva disminuyendo porque sonrudimentarios, imprecisos y de difcilinstalacin debido a las distanciasde aislamiento que hay que respetar.

Ante un defecto, los rels dan laorden de apertura a los interruptoresautomticos (figura 9).

Un rel puede ser:

n de alimentacin propia (oautnomo): toma la energa de lared a travs de captadores,

n de alimentacin auxiliar: toma laenerga necesaria para sufuncionamiento de una fuente auxiliarde tensin (continua o alterna).

Rels de corriente mximapara la deteccin decortocircuitos entre fasesEste rel tiene (figura 10):

n un ajuste de intensidad,

n una temporizacin, en la que elinstante inicial corresponde al derebase del umbral y el final a laorden de apertura del interruptorautomtico,

o la temporizacin puede ser fija,para cualquier exceso del umbral:rel a tiempo constante o a tiempoindependiente.

El usuario puede ajustar el margende intensidad y la temporizacin:

o la temporizacin puede dependerdel desvo entre la corriente de

sobrecarga y el umbral del rel:es el caso del rel a tiempodependiente o a tiempo inverso.

La temporizacin est especificadapara un valor de corriente (10 Ir)y es regulada por el usuario. Eltransformador de corriente dealimentacin no debe saturarse

2 Rels de proteccin

Fig. 9.

TC

Rel

Bobina

de disparo

Fig. 10.

t1

t

Iri = k n umbral10 r cc

Rel de tiempoindependiente

Rel de tiempodependiente

duracin mxima del defectosin que haya habido desconexin

histresis

valor delumbral

de retorno

tiempode

memoria

valor delumbral

T1: temporizacin del rel T1

t

Fig. 11.

dentro del campo de la curva tildel rel.

El rel es generalmente bipolar, siest asociado a un relamperimtrico homopolar (contra losdefectos fase-masa).

Otras caractersticas (figura 11)

n tiempo de memoria despus de ladesaparicin de un defecto:

es la diferencia de tiempo entre eldefecto de ms larga duracin que



15/33


no produce el disparo y latemporizacin del rel. Este tiempodebe ser lo ms limitado posiblepara facilitar la selectividad

cronomtrica.n el umbral de retorno es el valor dela magnitud controlada (o magnitudregulada) que provoca el retorno deldetector del rel al estado de espera(o de reposo),

n el tiempo de retorno es ladiferencia de tiempo entre el pasodel umbral de retorno y el momentoen que el rel electromagntico desalida vuelve a alcanzar el reposo.Es igual al tiempo de memoria,incrementado en el tiempo de puesta

a cero de la temporizacin y eltiempo de vuelta al reposo del relelectromagntico de salida. Eltiempo de retorno de un rel conenclavamiento no es determinante.

Rel de corriente mximapara la proteccin demquinas contracortocircuitos internosEs un rel tripolar que mide laintensidad diferencial longitudinalde fase.

El rel es sensible nicamente a losdefectos internos que se sitan entrelos dos transformadores de corrienteque delimitan la zona protegida(figura 12).

Para el par de transformadores demedida, iA e iB son imgenes deIA e IB.

I

I

A A

B B

i k

i k

I Ique atraviesa elrel A B A Bi i i k

En ausencia de defecto interno en lazona comprendida entre los doscaptadores, la intensidad de entradaen una fase IA es igual a laintensidad de salida IB. La ventajadel rel diferencial es que permiteuna regulacin por debajo de lacorriente nominal iN.

El rel slo es sensible a losdefectos internos que suponen una:

I IA B 0

El rel puede ser:

n

a porcentaje

A B

i

i i

2

o

n a valor real, pero graduado en

s

N

is%

i

En este caso, cada elemento demedida del rel se pone en serie conuna resistencia de estabilizacin R.

Esta resistencia R aumentaartificialmente la impedancia delrel. De esta forma si uno de los dostransformadores de corriente, porcausa de un defecto externo, sesatura, la corriente de medida

i = iA - iB no alcanzar el valor deumbral.

El valor de la resistencia R seelegir para que:

o IN 2 1 AR. s% R R i

o IN 2 1 A UcR. s% R R i2

R: resistencia de estabilizacin,

s% x IN: corriente de umbral,

R2: resistencia del secundario del

transformador de corriente,R1: el mayor valor de las dosresistencias del bucle A o B del rela los transformadores de medida,

iA: el mayor valor de la corriente decortocircuito terica para un defectoexterno; el ejemplo supone que sesatura el transformador A,

Uc: tensin de codo de lostransformadores de corriente (TC).

Esto implica transformadores clasePS, o sea 30 VA 5P 15.

La regulacin del rel ser del 15 al

20% de IN.n este rel puede proteger losjuegos de barras en los casos mssimples,

n en el marco de la proteccin deun transformador, es necesariocompensar la relacin detransformacin de ste:

o en magnitud: compensacin delnmero de espiras,

o en fase: compensacin del ndicehorario, la rapidez de intervencin, ladistincin entre la punta de conexin

y el disparo bajo un cortocircuito,hacen que este rel sea complejo.

Fig. 12.

AA B B

Rel

R

IN

Ni

IN

Ni



16/33


17/33


18/33


1 2 3 lejos de la

saturacin. 1 2 3, , son

proporcionales a las corrientes defase I1,I2, I3 y , al igual que laseal de salida del toro, sonproporcionales a 3 Ih.

Es conveniente respetar el montajede la figura 16 si los cables sonblindados.

El rel es insensible a los tercerosarmnicos de la corriente generadospor los terceros armnicos de latensin y las capacidades de loscables (figura 17).

Veamos por qu es necesaria esta

insensibilidad a los tercerosarmnicos.

Fig. 17.

suma de las 3 corrientes de fase

Se pueden presentar dos casos:

n la presencia de los tercerosarmnicos en los secundarios de lostres transformadores de corrientesaturados cuando aparece unacorriente importante,

n la presencia de tercerosarmnicos de la tensin. En estecaso y en ausencia de defecto, comose demuestra a continuacin, setiene una falsa corriente homopolardebida a las capacidades parsitas.

Despreciando la resistencia deaislamiento, la impedancia fase-tierra de un cable viene definida por:

1Z

j C

: pulsacin en rad/seg,

C: capacidad alma-pantalla, oconductor-tierra, en faradios.

Si aplicamos en el origen de laconexin, a cada uno de los cablesde fase, una tensin respecto atierra del mismo valor y de la misma

fase, 1 2 3V V V V y se hace la

conexin en vaco:

la corriente vista por el toro (o porlos 3 transformadores TC) ser:

Ic = (3 V) C.

Esta corriente se identifica con unacorriente de defecto fase-tierra

Idefecto = 3 VC

oI Idefecto h h3 3 j V C ; V se

identifica entonces con hV , y VCcon la corriente homopolar Ih.

El oscilograma de la figura 18 ponede manifiesto que el tercer armnicogenera 3.V.

En el oscilograma se destaca quelas tensiones armnicas estn enfase, teniendo V una tasa decomponente armnica de 3: .

(t )V V 2 sen t V 2 sen3 t

la suma de las tensiones V de cada

fase es igual a 3 V 2 sen3 t que

corresponde a una tensinhomopolar de 150 Hz, lo quedemuestra que la tensin armnicaes equivalente a una tensinhomopolar.

La corriente armnica es equivalentea una corriente homopolar y (ancuando no se tenga defecto fase-tierra, o sea, an cuando en la onda

fundamental I I I1 2 3 0 ) el torove una suma de 3 corrientesFig. 16.

RelToro

Trazo de

puestaa tierra

M

receptor

Origen de laconexin



19/33


armnicas en fase, de lo que sederiva una alteracin de lasensibilidad del rel, o incluso unadesconexin intempestiva si no se

han tomado las precaucionesrequeridas para insensibilizar el relal 3er armnico y a los armnicosmltiples de 3.

Rel de corriente mximapara la deteccindireccional (o de retornode corriente) de losdefectos fase-masa, ofase-tierra

El rel es casi idntico al rel decorriente mxima para la deteccindireccional de las corrientes decortocircuito fase-fase.

Se diferencian de este ltimo en:

n la medida de la intensidad a partirde un toro que mide la corrientehomopolar,

n la presencia de un filtro del3er armnico en las entradas,

n la tensin de referencia del ejecaracterstico es la tensinhomopolar, o tensin elctrica

tierra-neutro.La utilizacin de un dispositivoauxiliar compuesto de 3 pequeostransformadores monofsicos, cuyossecundarios estn conectados enserie, permite la elaboracin de latensin homopolar cuando laresistencia de limitacin est muyalejada. El dispositivoimperativamente debe ser montadosobre 3 transformadores de tensinconectados en estrella (primarios ysecundarios), con los neutros a tierra(es necesario realizar un estudio

especial en el rgimen IT supervisadopor un medidor permanente delaislamiento).

Salvaguardando la continuidad deservicio, el rel es capaz de:

los 3os armnicos estn en fase y dan V en fase

V1

V2

V3

t

t

t

Fig. 18.



20/33


n desacoplar 2 lneas en paralelo, sise produce un defecto interno en lalnea protegida,

n ser sensible a las corrientescapacitativas, lo cual permite encanalizaciones largas, una buenaproteccin contra defectos internosen los motores.

Es suficiente un rel unipolar porcanalizacin.

Utilizacin en el caso de 2 lneasen paralelo (figuras 19y20)

Utilizacin en el caso de una lnealarga, insensibilidad a la corrientecapacitiva (figuras 21y22)

I

r= (1 - ) I

L,

IL: corriente limitada por laresistencia de tierra R, o lmitesuperior de la corriente IR,

: porcentaje de cobertura delbobinado motor,

Ir: regulacin del rel,

Ic: corriente capacitiva de la salida.

Incompatibilidad Ir < 1,3 Ic queimplica disparo por un defectoexterior.

Posicin de los vectores de lasmagnitudes aplicadas al rel

(figura 22).

Rel de tensin mximahomopolar para ladeteccin del defectofase-masa o fase-tierraEs un rel de tensin mxima

regulado a una fraccin de nU

3,

que vigila la subida de la tensin delneutro respecto a tierra

neutro hV V , fenmeno motivado

por un defecto fase-tierra en la red.

Difiere de los rels de tensinmxima por:

n su campo de ajuste de la tensin(inferior a Un /V3),n la presencia de un filtro de3er armnico.

La tensin homopolar se lee en losbornes de la resistencia de limitacinde la corriente de tierra, o bien,cuando la resistencia est muy

Fig. 19.

Fig. 20.

Fig. 22.Fig. 21.

TTauxiliar

TT

Vh RVneutro

torohRCH RCHBA

extremidad del vector d con defectomotor o interno de la canalizacin

cc dela red

cc condefecto externo

no dispara dispara

dmx

ejecaracterstico

VhO

TTauxiliar

3 TT

r

longitudde lnea

M

Vh

c

d

I IL r IL

defecto aguas abajo:no hay disparo

defecto aguas arriba:hay disparo

disparo no disparo

c red

c red

R

R

Vh

d

r0

r: regulacin,R: corriente limitada por la resistencia del neutro

o por el generador homopolar

d



21/33


alejada, en los bornes de lossecundarios en serie de trespequeos transformadoresmonofsicos, los cuales constituyen

el dispositivo auxiliar utilizado,tambin, en la aplicacin del rel demxima corriente para la deteccindireccional de los defectos fase-masa. Como su informacin no esselectiva permite detectar el defectoa tierra de la red a la que estconectado el rel, cualquiera quesea su localizacin.

Bajo defecto permite:

n seccionar inmediatamente en sub-redes, una red de fuentes mltiplespermitiendo con ello el

funcionamiento selectivo de los relsde mxima corriente homopolar parala deteccin de los defectosfase-tierra,

n detectar el primer defecto en elrgimen IT, aunque no ofrece elservicio de un controladorpermanente de aislamiento,

n proteger un alternador excitado,no acoplado en paralelo, contra losdefectos de aislamiento fase-masaalimentando normalmente una red enrgimen TT (dbilmente impedante).En este caso su temporizacin debe

ser ms elevada que la de los relsde corriente homopolar mximade la red.

Rel de corriente mximaa imagen trmica, para laproteccin contrasobrecargas en lasmquinasEl rel empleado tiene en cuenta lasobrecarga y el rgimen de marchaprecedente a la sobrecarga.

El rel emite una orden cuando sealcanza el valor presumido delcalentamiento mximo.

Calentamiento: - a,

: temperatura del punto deliberacin de la energa trmica,

a: temperatura ambiente.La energa trmica es generada porefecto Joule.

I es la intensidad controlada.

En primera aproximacin el relverifica en todo instante la ecuacinde equilibrio trmico:

I2

ath th

d 1 1C k t

dt R R

en la que:

C: calor especfico del mediohomogneo considerado,

Fig. 23.

Fig. 24.

Rth: resistencia trmica: incluyeconduccin, conveccin, ventilacin,la cual se considera constante,

C Rth

: constante de tiempo .

El rel se regula a la intensidadnominal de la mquina protegida,(IN mquina) a partir de la intensidadnominal de los transformadores decorriente (captadores) INTC(figura 23).

La imagen de la evolucin de loscalentamientos en funcin de la

carga y/o de la sobrecargaI I

I IR N

viene dada por las curvas de lafigura 24.

I

t2

thR K N 1 e

I

t

2thR k N 1 e

regulacin ( R) del rel

N (TT)

margen de regulacin del rel

N mquina

marchainicialcon N

curva en

caliente

curva en frio

accin accin

O

t

mx

n

a

calentamiento

I

t2

thR k 1 e n.e



22/33


A partir de estas curvas se puedentrazar los puntos de disparo que setraducen por dos curvas lmitestrazadas para mx (figura 25).

n una en fro: la mquina est a latemperatura ambiente, consobrecarga desde la puesta entensin,

n otra en caliente: inicialmente (ent0), la mquina funciona en elrgimen nominal establecido yalcanzado el equilibrio trmico.

Un rgimen de funcionamientoinferior a IN establecido antes de lasobrecarga dara una curva dedisparo comprendida entre las doscurvas anteriores:

IN

m x. amb.A

a rgimen amb.

Los calentamientos mximos y loscalentamientos en marcha normalcon IN, definidos por las distintasclases de aislamiento, muestran quesi se toma arbitrariamente

A 1,07 , la proteccin queda

establecida cualquiera que sea laclase de aislamiento.

Despus de la parada, la curva encaliente vuelve lentamente a la curvaen fro.Las curvas pueden ser deformadaspara salvar, por ejemplo, las puntasde arranque.

Rel de deteccin deretorno de energa activaEste rel es sensible a la proyeccinde un vector, representativo de laintensidad de lnea, sobre unacombinacin de vectoresrepresentativos de las tensiones

entre fases.Regulando el rel de tal forma que lacombinacin de los vectores tensinsea proporcional y colineal con elvector de la tensin simple, seobtiene la medida de I cos (figura 26).

El vector tensin OA es regulable enmagnitud y en fase accionando elpotencimetro.

El potencial de A respecto a Opuede tomar todos los valores

comprendidos entre VA 'y VA '' . Fig. 26.

S =R

R

tdisparo

disparo seguro

no disparo

Fig. 25.

I

I

22

N

2

oS

t log

S A

2

2

Sen fro : t log

S A

2

2

S 1e n c alie nte : t lo g

S A

Io es la intensidad

antes de la sobrecarga

A,

A

V1

A,,,

A,,

kV3.2

V2

V3.2

V3

O

-k,V3.2

1

A

A,,

A,

+ kV3.2

O

-k V3.2

|V1| = |V2| = |V3|

El rel daruna orden siel extremo de 1 se encuentraen esta zona

A puede tomartodas las posicionesentre A' y A'' y enparticular A''' en elque OA''' = kV1k cota real



23/33


En particular VA''' El vector 0A'''(que es igual a VA''') es entoncesproporcional al vector V1:

VA''' = 1CV ; C = constante real.

Se utiliza el ngulo de fase de VA'''para elaborar I cos .

En rgimen equilibrado de tensiones

e intensidades IW nP U 3 cos .

El funcionamiento del rel estasegurado en el dominio:-1 cos < 0, retorno de corriente

y para I Is cos .

s viene generalmente dada bajo laforma de s = umbral % x N.

Rel de deteccin de lasvariaciones de tensin

Contra las bajadas de la tensin,(subtensin)

Se trata de un rel de tensinmnima de tiempo constante.

Es un rel bipolar.

Generalmente controla dostensiones en valor eficaz, unidas porun potencial comn.

Se transforma en rel unipolar por laalimentacin en paralelo de 2captores.

Conectado entre fases, como indicala figura 27 la falta de tensin de lafase 2 es detectada si el rel estregulado por debajo del 50% delvalor nominal de la tensincontrolada (UN). Para obtener elfuncionamiento con valoresdecrecientes, es suficiente que unade las dos tensiones que se midenbaje del umbral. Regulado al 20% deUN e instantneo, el rel permite

desenclavar la conexin cuando,despus de un corte en la red, latensin residual de una mquinaasncrona desciende lo suficientecomo para permitir la reconexin dela explotacin.

Contra las sobretensiones

Se trata de un rel de tensinmxima a tiempo constante.

Es un rel unipolar.

El umbral y la temporizacin sonregulables.

Fig. 27.

captador 1

V3,2 y V1,2tensiones entre fases

V1 y V2 tensiones simples

captador 2

tensin 2tensin 1

Sea:Sea:

V1

V1

V3

V2V2

V3.2 V1.2

Rel amperimtrico dedeteccin dedesequilibrios y prdida

de faseA partir de dos intensidades de fase,este rel elabora la componenteinversa con la ayuda de undesfasador.

A partir del sistema de lascomponentes simtricas de lasintensidades de lnea (teorema deStokvis).

I I I I

I I I I

I I I I

1 d i h 2j

2 32 d i h

23 d i h

a a a e

a a

Se obtiene el sistema inverso:

I I I I

I I I I

I I I I

2d 1 2 3

2i 1 2 3

h 1 2 3

3 a a

3 a a

3

De la ecuacin:

I I I I2

i 1 2 33 a a

y considerando el hecho de que enausencia de un defecto a tierra

I I I3 3 2 , se deduce la

funcin de I I1 2e :

II I

i1 2

3

1

que en valores absolutos ser

I I Ii 1 23

( se obtiene por el desfasadordel rel).

Este rel est destinado a laproteccin de los rotores de las

mquinas giratorias.Montado principalmente sobre laalimentacin directa de lasmquinas, puede, no obstante,encontrarse sobre las lneas, dondedetecta el corte de una fase.

La importancia de la accinpreventiva de este rel es evidente.Limita las perturbaciones peligrosasen las mquinas, subsiguientes a undefecto externo (corte de fase)alejado.



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El rel est graduado enI

I

i

n cT, tasa

de componente inversa respecto a lacorriente nominal del transformadorde corriente colocado sobre lacanalizacin de la mquina. Unmotor asncrono puede funcionarindefinidamente con una tasa de 2%de componente inversa de tensin, ocon un 10% en corriente.

En efecto:

n alimentacin en monofsico enel arranque a partir de una redtrifsica equilibrada de tensinsimple V.

Iid i

VZ Z

En el arranque Zd = Z i = Z(impedancia de arranque)

II Di

Z

V

2 2

y tambin

II Dd

Z

V

2 2

La componente inversa de la

intensidad representa el 50% de lacorriente de arranque y el 100% dela componente directa.

Este valor de la componente inversaes superior a la regulacin mximadel rel.

n alimentacin monofsica enmarcha normal: la red est siempreequilibrada en tensin, la impedanciadirecta Zd es mayor que laimpedancia de arranque ZA.

I

I

d D

i N

Z

Z

con

di

ZZ

6

I Ii Nd i d

V 6 V 6

Z Z 7 Z 7

La componente inversa de laintensidad toma entonces un valordel orden del 85% de IN, tasa muysuperior a todas las regulaciones.

Causas de error

Las desconexiones intempestivasson debidas, esencialmente, a ladispersin de los captores decorriente (TC) en el momento delarranque.

n elegir captores (TC) de 10 a15 VA 10 P 10,

n cargar los dos captadores (TC)simtricamente.

Nota:

n el rel detecta la apertura,siempre peligrosa, de los circuitos

secundarios en carga,n al ser el rel amperimtrico, nodetecta la prdida de las fases enausencia de carga.

Rel de proteccin contralos arranques demasiadofrecuentesSe trata de un contador (figura 28).

A partir del estado en el que laintensidad es nula (reposo), el relcuenta un arranque cada vez que la

intensidad excede del umbral deregulacin.

Este umbral es de tal cuanta que elrel no toma en consideracin laspuntas de intensidad debidas a losdispositivos de arranque(resistencias rotricas, auto-transformadores, etc.) ni las puestasen carga a partir de unfuncionamiento en vaco.

El contador es puestoautomticamente a cero al final decada periodo T1.

Si la lectura del contador excede enuna unidad a un valor prefijado, elrel funciona y bloquea durante T2todo nuevo arranque.

Al final del tiempo T2, el rel vuelveal estado inicial.

La regulacin del rel se obtiene apartir de los datos facilitados por elconstructor del motor.

Rel de deteccin delagarrotamiento del rotoren marcha de los motoresasncronosEs un rel de mxima intensidad.

Puede ser monofsico, ya que lascorrientes estatricas con un rotoragarrotado, estn equilibradas(ausencia de defecto elctricointerno).

Para poder tener una temporizacinregulable, el usuario inhibe laactuacin del rel durante el periodode arranque normal. Ms all el relse activa con cualquiersobreintensidad que rebase suumbral.

La inhibicin durante el arranque seconsigue permitiendo sobrepasar el

umbral amperimtrico bajo, lo quesignifica que se ha sustituido elestado de reposo por el estadoen tensin.

El rel se ajustar en un margen queir de las mximas intensidadesadmisibles a la de arranque.

Si se desea obtener una proteccincontra los arranques excesivamentelargos, se regular el rel a un valorinmediatamente por encima de lacorriente absorbida al final de unarranque normal (figura 29).

Fig. 28.

Fig. 29.

marcha posible

n + 1 arranquesefectuados

si se paraimposiblerearrancardurante T2

bloqueoconexindurante T2

t

T1

umbrala teneren cuenta

N

d

tiempo de arranque t

rel



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Rel de deteccin deldescebado de las bombashidrulicasEs un rel de intensidad mnima, sufuncionamiento viene definido por elpaso del umbral para un valor

decreciente de la corriente (figura 30).El rel no tiene en cuenta lasintensidades nulas (reposo).

El reposo es unipolar.

El umbral del rel ser reguladoentre:

n la corriente en vaco del grupomotor-bomba con las vlvulascerradas,

n la corriente normalmenteabsorbida en carga.

Rel de deteccin de lasprdidas en la excitacinde las mquinassncronasEste rel puede ser el mismo que elque se utiliza para detectar elretorno de la energa activa, con unaconexin y una regulacin diferentes,de forma que pueda detectar laenerga reactiva absorbida de la red.

La regulacin del rel se basa enllevar la combinacin de vectorestensin, ortogonalmente al vector

tensin simple.Como indica el diagrama de la figura

31, el vector VA''' es de la forma

VA''' + jCV1, siendo C una

constante real y j el complejoimaginario de valor 1 y fase /2.

De VA''' slo interesa su ngulo defase (/2) para obtener

I Icos sen2

.

Fig. 31.

Fig. 32.

V3

A,,,

A,,

-k V2.1

A,k V2.1

1

V1

V2.1

V2

O

2

actuacin del rel

para todo 1 cuyo

extremo est dentro

de este rea

zona B

zona A

C

V

j L

HB

E

O

j L mn

lugar de E

que da

inestabilidad

de la mquina

En rgimen equilibrado, de tensin e

intensidad, IVAR N 3P U sen .

I sen generalmente viene dadobajo la forma Is = (umbral %) x IN.En la zona A el motor sncronoabsorbe energa reactiva lo queindica un funcionamiento anormal(prdida de la excitacin).

Atencin: el rel debe estarenclavado durante el arranqueasncrono.

Como consecuencia de unaregulacin continua para determinarA''' y por la combinacin de lastensiones de entrada, son posiblesotras funciones, en particular el rel

a retorno de corriente aparente I:

IVA NP U 3

Fig. 30.

tiempo rel

actuacin

t

umbral

Determinacin del umbral de unrel de retorno de corrientereactiva, empleado en laproteccin de la prdida de

excitacin de un motor sncrono.Empleado con una carga bajo la cualel par es slo funcin de lavelocidad, el motor sincronofunciona a potencia til constante.

Despreciando las prdidas estatricasel motor trabaja con una potenciaabsorbida:

Iw v APa U 3 cos cons tan te.

El diagrama simplificado (figura 32)

verifica que: V = E + jL j I en cadafase.

V, tensin simple, viene dada porla red.



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rea OBC = k1.|V|..L.|I|.cos = k2 P elctrica.

Al ser constante la potencia elctrica,el punto B, extremidad del vectorfuerza contraelectromotriz E debidaal inductor se desplaza sobre la recta, cuando se vara la excitacin.

Sea mn la intensidad absorbida concos = 1.

El tringulo BCH da:

II

mn.

cos

sen = mn. tg .

Si hacemosI

I

NTC

mn.

A = constante,

para una carga dada, se obtiene:

I

I

INTC

umbral del rel

a retorno de corriente

reactiva, con respecto

a .NTC

sen 1tg

A

INTC es la intensidad nominalprimaria de los transformadores decorriente.

Rel de deteccin de lasvariaciones de frecuenciaSe compara la frecuencia de la red Fcon una frecuencia patrn FOgenerada por el rel.

n para los rels a mnima frecuencia

si: F - FO < 0 el rel funciona,

n para los rels a mximafrecuencia si: F - FO > 0 el relfunciona.

El rel es unipolar y toma lainformacin por medio de la tensinde la red, con un TT.

Ventajas de los relsestticos respecto a loselectromagnticosPara detectar la magnitud controlada,los rels electrnicos, slo necesitanuna potencia despreciable, que secifra en mVA e incluso en VA, locual les da unas caractersticas delinealidad, de tiempo de puesta enmarcha, mucho mejores que los delos rels electromagnticos.

Estas caractersticas aportan a losrels estticos las propiedades:

n de funcionar en el caso de uncortocircuito fase-fase, aunque sesaturen los transformadores de

corriente,n de hacer que los captadoresfuncionen en las condicionesideales, a saber:

o en vaco los transformadores detensin (TT),

o en cortocircuito los transformadoresde corriente (TC), lo que tiene laventaja de remontar el punto desaturacin C, muy por encima delfactor lmite de precisin (FLP).

En efecto, la igualdadCP = Cn Pn (1)

siendo:Cn: factor lmite de precisincorrespondiente a Pn, con laintensidad nominal,

Pn: potencia nominal con la corrientenominal,

C: coeficiente lmite de precisinpara una potencia P, con la corrientenominal, que indica que elcoeficiente lmite de precisin esinversamente proporcional a lapotencia suministrada a la carga.

La fuerza electromotriz en el

secundario es de la forma

2

t

d(n )e

d

donde:

n2 es el flujo concatenado total porel secundario.

En los dos casos que siguenconsideramos el mismo valor paran2, para el lmite de linealidad.

n el transformador tiene su carganominal Z2n y, con esta carga, cedeuna corriente I2:

Pn = Z2n I2n2

I II

n2n 2 2n n 2n n

2n

Pe Z Z C C (2)

n el transformador tiene una cargacualquiera Z2 y, con esta carga,cede una corriente I2:

I II

2 2 2 2n2n

Pe Z Z C C (3)

(2) y (3) demuestran la igualdadanterior:

CP = Cn . Pn (1)

En rigor debera considerarse lapotencia elctrica P = e I2; Z incluyela resistencia interna del secundariodel transformador, la cual no puedeser despreciada cuando laimpedancia de carga es muypequea.

La ausencia de engrase y decorrosiones en los pivotes y laausencia de resortes antagonistas,son otros tantos factores quefavorecen una fiabilidad y unaprecisin superiores.

Por otra parte, los choquesmecnicos (no destructivos) noprovocan funcionamientosintempestivos (por ejemplo:insensibilidad al cierre de laspuertas).

Por ltimo, el rel esttico es, por logeneral, econmico, pues utilizacomponentes no especficoscontrariamente a las piezasmecnicas de los relselectromagnticos.



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Una red de AT alimenta muchsimosconsumidores para los que unainterrupcin de la alimentacinpuede ser grave. Una buenacoordinacin de las proteccionescontra los cortocircuitos fase-fase,las sobrecargas, los defectos fase-tierra, permite una continuidad de laexplotacin ptima.

La coordinacin de las proteccionespuede requerir un estudio bastante

complejo. En los casos muy simples,redes en antena, la selectividad aldisparo, se limita a verificar cundose tienen sobreintensidades.

Se consigue la selectividad si, paratodas las corrientes superiores a lasde regulacin de los distintos relsque detectan el defecto, el tiempomas all del cual el proceso dedisparo del interruptor de rupturaaguas arriba es ya irrevisible, essuperior al tiempo total de rupturadel interruptor aguas abajo.

Esta condicin se verifica fcilmente

por yuxtaposicin de las curvascaractersticas de funcionamiento delos rels (figura 33).

La coordinacin del conjunto de lasprotecciones debe tomar enconsideracin la presencia eventualde mquinas giratorias y sucomportamiento en el momento deldefecto.

Elementos de regulacinen la selectividadcronomtrica(figura 34)

El margen t incluye:

n el error de temporizacin de losrels A y B,

n el tiempo de memoria del rel B,

n el tiempo de funcionamiento delinterruptor automtico A,

n un margen de seguridad.

Prcticamente se considerat 0,3s (figura 35).

3 Selectividad

Fig. 33.

Fig. 34.

Fig. 35.

t

aparato aguas arriba

aparato aguas abajo

t

rel A

rel B

cc presunta

A

(aguas arriba)

B

(aguas arriba)

a

fuente

t

margen deseguridad

tiempo de funcionamientodel interruptor automtico A

tiempo dememoria de B

t1A t1B

t 0,3 s

valor terico de latemporizacin T1del rel A, aguas abajo

: error de la temporizacin en el rel A

: error de la temporizacin en el rel B

valor terico de latemporizacin T1

del rel B, aguas arriba



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Una buena precisin y una buenafidelidad de las regulaciones de losumbrales y de las temporizacionespermiten admitir mrgenes de

regulacin ms reducidos.En resumen, las regulaciones de lasredes a mxima intensidad, utilizadasen las protecciones contra loscortocircuitos fase-fase y los defectosfase-tierra deben tener en cuenta:

A nivel del umbral

n la menor corriente posible decortocircuito que puede provocaraguas abajo la toma de informacin.La regulacin ser inferior a 0,5veces el valor de esta corriente,

o

inmediatamente superior a lasms elevadas corrientes desobrecarga,

o superior al umbral del rel aguasabajo (aproximadamente en 30%),

n la corriente capacitativa. Laregulacin ser superior al 30% de lamayor corriente capacitiva queatraviesa el rel. Esta regla esaplicable, esencialmente a los relsde tierra.

A nivel de la temporizacin

n 0,3 segundos ms que el rel

aguas abajo en la selectividadcronomtrica,

n el paso necesario de las puntasde intensidad debidas a la conexinde transformadores en vaco, yeventualmente las debidas a lareconexin de motores, fija loslmites inferiores de la temporizacin(captulo 4 protecciones tpicas).

Aspecto prctico

El clculo de las regulaciones, tantodel umbral como de la temporizacin,as como la verificacin de laselectividad por un grfico, constituyeel estudio de la selectividad. A estepropsito se usa un papel doblelogartmico. Por dcada se utiliza unalongitud doble en abscisas (IA) y unalongitud simple en ordenadas(tiempo), lo que permitir representarlas capacidades trmicasadiabticas, I2t = constante, para unarecta diagonal de un cuadrado(optimizacin de los errores).

El grfico permite verificar, si esnecesario:

n la selectividad entre interruptoresautomticos y cortocircuitos,

n la capacidad trmica de loscables, transformadores, etc. a lascorrientes de cortocircuito.

A este propsito deber calcularse lacorriente de cortocircuito en el puntoconsiderado.

Sistema de selectividadlgicaEste sistema desarrollado ypatentado por Merlin Gerin, serefiere a una tcnica de selectividad

fundamentada en el enclavamientotemporal de los rels situados aguasarriba.

En base a este principio, se puedenobtener mrgenes de regulacinnulas, o negativas.

nicamente las puntas de conexinimpiden anular las temporizaciones.

En particular, cuando la regulacinde la temporizacin de lasprotecciones situadas en losorgenes de la instalacin es corta yviene impuesta, la selectividad lgica

permite obtener la selectividad totalal disparo, cualquiera que sea elnmero de escalones del nivel detensin de cada escaln.

El disparo amperimtrico de losalternadores auxiliares tiene lugardurante el transitorio de lascorrientes de cortocircuito.

Los choques trmicos sondisminuidos en los defectosprximos al origen de la instalacin.

n se mejora la estabilidad de la red;se limitan las perturbaciones queprovoca un defecto al funcionamientode las mquinas rotativas, (mquinassncronas, rearranque en marcha demotores asncronos),

n la ampliacin de la red es siempreposible sin retoques de lasregulaciones de los rels existentes,en particular a nivel de la proteccingeneral emplazada en el origen de lainstalacin.

Principio del sistema deselectividad lgica

A continuacin se recuerda

brevemente el principio defuncionamiento (figura 36).

El rel aguas abajo enva una ordende espera lgica al relinmediatamente superior a travs deuna lnea piloto bifilar.

nicamente el rel directamenteaguas arriba del defecto estdisponible y provoca la desconexindel interruptor automtico asociado.

Inmediatamente despus, los relsaguas arriba quedan liberados. Laespera lgica es regulada, por elusuario, a la duracin presumida deeliminacin del defecto.La selectividad lgica se utiliza en laproteccin contra cortocircuitos entrefases y contra defectos fase-tierra(rgimen neutro impedante).

Proteccin de zona pormedidas amperimtricasdiferencialesLa insensibilidad de la proteccin alos defectos exteriores a la mquina,o a la zona cubierta, hace que este

tipo de proteccin no se tome encuenta en los estudios deselectividad cronomtrica o lgica.

nivel 2aguasarriba

nivel 1aguasabajo

rel

rel

fuente

Fig. 36.



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El objetivo de esta ltima parte esestablecer la lista de proteccionesespecficas a cada funcin de ladistribucin de MT, el trminofuncin corresponde, muyfrecuentemente, a cada una de lasceldas que constituyen un cuadro MT.

Proteccin de las entradaso de las salidas dealimentaciones ofeeders

En rgimen neutro impedante

n un rel de intensidad mxima atiempo independiente bipolar, contralos cortocircuitos fase-fase,

n un rel de intensidad mxima atiempo independiente, unipolar,insensible a los terceros armnicos,contra los defectos fase-tierra,

n dos rels de intensidad mximadireccionales sobre cada entrada enparalelo.

En rgimen de neutro aislado

Un rel de mxima intensidad atiempo independiente tripolar contralos defectos fase-fase.

Bajo determinadas condiciones:

empleo de un rel de corrientemxima a tiempo independienteunipolar, insensible al 3er armnicocontra los defectos fase-tierra, oempleo de un rel direccionalhomopolar.

Se recuerda que la deteccin del

primer defecto es obligatoria.Notas (figura 37)

Si la celda de llegada alimenta unasalida correspondiente a untransformador de gran potencia, seaadir un rel de intensidad mximaa tiempo independiente bipolar otripolar de umbral bajo.

El objetivo de este rel es el deasegurar una proteccincomplementaria contra loscortocircuitos que se producen en losbornes del secundario deltransformador. Esto slo es posible si:

In < In < 0,5 I12CCsiendo:

In: corriente nominal de lostransformadores de corriente,

In: sobrecarga admisible temporal,

Is: umbral del rel,

I12cc: corriente de cortocircuitotrifsico equilibrado en elsecundario, vista desde el primariodel transformador.

La proteccin de sobrecarga de lared, aguas abajo, es otra aplicacinde este rel. Otras protecciones,tales como: rel de frecuencia, relde tensin, rel a retorno decorriente, equipan a menudo estasceldas.

Proteccin degeneradores(alternadores) auxiliares

Contra los defectos externoselctricos

n Un rel de mxima intensidad,bipolar (neutro impedante), tripolar(neutro aislado) de tiempo constantecontra los cortocircuitos fase-fase.

La regulacin del rel deber teneren cuenta:

o la necesidad de dispararrpidamente bajo la impedanciatransitoria del alternador,

o la exigencia de la selectividad,

n un rel de mxima para lacorriente homopolar (si el neutro esimpedante), a tiempo constante si elgenerador de la corriente homopolar(resistencia de tierra) est conectadoal neutro del alternador,

4 Protecciones tpicas

Fig. 37.

n transformador

n

rel de corriente mxima de umbral alto

rel de corriente mxima de umbral bajo

ver proteccin de los transformadores



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n un rel sensible a la componenteinversa de la corriente contra losdefectos desequilibrados.

Contra los defectos internoselctricos

n un rel de mxima corrientetripolar, de medida diferenciallongitudinal contra los defectosfase-fase,

n un rel de mxima corrientehomopolar si el generador homopolarest conectado al juego de barras,

o

un rel de mxima corrientehomopolar cuyo toroide (captador)est en la conexin de puesta a tierra

del neutro del alternador,o

un rel de corriente homopolar demedida diferencial longitudinal,

n un rel de mxima tensinhomopolar delante del acoplamientosi el generador de corrientehomopolar est en el juego de barras.La regulacin de tiempo de este reldebe superar todas las regulacionesde los rels de la red, o un controlpermanente de aislamiento antes delacoplamiento.

Contra los errores de explotacinn un rel a imagen trmica contralas sobrecargas,

n un rel sensible a la componenteinversa de la corriente contra losconsumos desequilibrados.

Atencin: los desequilibriosinversos se transmiten a travs delos transformadores cuyosdevanados estn acoplados en Yd;Dy; Yy.

Contra los defectos de lasmquinas motrices

n un rel de retorno de corriente

activa, para detectar la marcha comomotor sncrono.

Prcticamente se utilizar este relen los grupos diesel, simultnea-mente con un control de la tensin,

n un rel contra las variaciones defrecuencia. Este rel de mnimafrecuencia, es obligatorio si elalternador est acoplado a una redde distribucin sujeta a reenganchesrpidos.

Contra los defectos en el circuitode excitacin

n un rel de tensin mnima ymxima: control del regulador,

n un rel de retorno de corrientereactiva; absorcin de energareactiva por la mquina desexcitada.

Si el arrollamiento de excitacin esaccesible:

o utilizar un rel amperimtricocontra los cortes y los cortocircuitos,

o empleo de un controladorpermanente de aislamiento (defectosmasa-rotor).

Proteccin de lostransformadores

Contra los defectos elctricosexternos e internos

El rel Buchholz o presostato detectalos defectos elctricos internos de lostransformadores en bao de aceite.

El empleo de rels indirectos es, noobstante, frecuente, teniendo encuenta su corto tiempo de respuesta.Se utilizar:

n un rel de mxima corrientebipolar (neutro impedante) o tripolar(neutro aislado), con:

o un umbral alto instantneo(50 ms) contra los defectos fase-faseen el primario,

o un umbral bajo, a tiempoindependiente, contra los defectosfase-fase en el secundario, vistosdesde el primario. La temporizacinpermite el funcionamiento selectivode las protecciones de la red aguasabajo del transformador.

La regulacin del umbral alto estarinmediatamente por encima de I12cc,corriente de cortocircuito trifsico enel secundario, vista desde el primario.

La regulacin del umbral bajo sehar a partir de 2In; se puedeconsiderar, salvo casos particulares,que las sobrecargas no puedenexceder de 2IN,siendo:

I I

I I

N Ncc

12cc 11cc

U

IN: Intensidad nominal del transfor-mador del primario, con la tensinprimaria Un.

I11cc: corriente de cortocircuito

trifsico en el primario,I12cc: corriente de cortocircuitotrifsico en el secundario, vistadesde el primario,

Ucc: tensin de cortocircuito deltransformador en valor decimal(ej. 0,1).

Con selectividad lgica, es suficienteel rel con un solo umbral. ste tieneen cuenta I12cc con un tiempocompatible con la conexin deltransformador en vaco.



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Deber verificarse que el paso de lapunta de conexin en vaco deltransformador no dispare el rel.

El umbral nr

suficiente de los relsde nivel alto, nivel bajo, o lgico,deber ser tal que:

I

I

r

e

t

tN transfo.r e

NTC

1n n e

2

siendo:

nr: umbral del rel =I

I

umbral

NTC

tr: temporizacin del rel (deducidoel tiempo de memoria),

te: constante de tiempo de la

componente aperidica de lacorriente de conexin, (es un datodel transformador),

IN transfo.: intensidad nominal deltransformador con la tensinprimaria Un,

INTC: intensidad nominal de lostransformadores de corriente

I

I

crestaconexine

N eficaz

n

es un dato del transformador

(figura 38),n un rel de mxima corrientehomopolar en redes con neutroimpedante, o bajo ciertas condiciones,en redes con neutro aislado.

Nota: la proteccin fase-masasecundaria se realiza por un rel demxima corriente homopolar, en elque el toro captador est emplazado

en la conexin de puesta a tierra delneutro. Si el rgimen secundario escon neutro impedante, este relactuar sobre el interruptorautomtico primario,

n la proteccin diferencial deltransformador ser necesaria cuandola energa pueda circular en los dossentidos, lo que normalmente excluyelas unidades de potencia limitada.

Como todas las proteccionesdiferenciales, ser regulada pordebajo de la corriente nominal y es

independiente de la temporizacinde los otros rels de la red.

La proteccin es slo sensible a losdefectos internos del transformador.

Esta proteccin no exime de lanecesidad de rels de mximacorriente contra cortocircuitos pordefectos externos.

El rel es complejo, pues esnecesario:

n distinguir la punta de conexin deuna maniobra de cierre encortocircuito,

n compensar el nmero de espiras,el acoplamiento y el ndice horario,sin dejar de tener en cuenta lacorriente magnetizante.

Se regula, alrededor del 25% de IN.

Contra los errores de explotacin

Empleo de un rel de imagentrmica bipolar si no existenreceptores monofsicos. Casocontrario se utilizar un rel tripolaro un rel bipolar asociado a un relde desequilibrio. El rel de imagentrmica es necesario en los

transformadores secos. Se utilizarconjuntamente con el termostato enlas grandes unidades.

Proteccin de los motoresasncronos

Contra los defectos externos

Se emplea:

n un rel de retorno de energa quedesacople las grandes unidades, si aldesconectar la red, es posible la

realimentacin de otras cargas. Enalgunos casos, se asocia a este relun rel de mnima tensinremanente, verificando, despus de

la desmagnetizacin y reduccin dela velocidad suficientes, laposibilidad de una reconexin ala red,

n un rel de mnima tensin

Si los rels de mnima son, engeneral, comunes a varios motores,se monta una proteccin individual,

n un rel amperimtrico contra lapresencia de una componente inversa,o de ruptura de fase en la red.

Contra los defectos elctricosinternos

La zona protegida comprende lalnea de alimentacin del motor y elpropio motor.

Se emplea:

n un rel de mxima corriente,bipolar (neutro impedante), tripolar(neutro aislado) contra loscortocircuitos fase-fase. El rel esregulado por encima de la corrientede arranque.

O un rel de mxima corrientetripolar diferencial longitudinal

entrada-salida. Este rel es reguladopor debajo de la corriente nominaldel motor. (Se encuentra sobre todoen las grandes unidades).

n un rel de mxima corrientehomopolar con un captador toroidal,contra los defectos fase-masa(neutro impedante), o un rel decorriente para la deteccindireccional. Si la lnea es larga, hayinfluencia de la corriente capacitiva.

n un rel amperimtrico de mximapara la corriente inversa contra:

o los cortes de fase,

o los desequilibrios de fase quesiguen al cortocircuito entre espirasde un arrollamiento.

El rel realiza igualmente laproteccin contra un defecto externo.

Contra los defectos de explotacin

n un rel de imagen trmica contralas sobrecargas,

n un rel limitador de los arranques,si lo requieren las condiciones de laexplotacin.

Potencia deltransformador ne teen kVA

50 15 0,10

100 14 0,15

160 12 0,20

400 12 0,25

630 11 0,30

800 10 0,30

1000 10 0,35

1250 9 0,35

1600 9 0,40

2000 8 0,45

Fig. 38.



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Contra los defectos mecnicos

n un rel contra el agarrotamientoen marcha del motor,

n en un grupo moto-bomba un relpar las bajadas de intensidad.

Proteccin de los motoressncronos

Contra los defectos externos

n un rel a mnima tensin,

n un rel amperimtrico contra lapresencia de una componenteinversa, o de fallo de fase en la red,

n un rel de retorno de corriente

activa para evitar la marcha comogenerador,

n un rel que detecte las bajadas defrecuencia, lo que evitar, cuandovuelva la tensin, despus de unmicrocorte, el acoplamiento enoposicin de fase,

n un rel amperimtrico dedesconexin bajo un cortocircuitoexterno.

Contra los defectos internos

Se utilizan las proteccionessiguientes (ver proteccin de

generadores):n un rel de mxima corrientetripolar diferencial longitudinal,entrada-salida, contra los defectosfase,

n un rel de mxima corrientecontra los defectos fase-tierra,

n un rel de desequilibrio inversocontra las variaciones de impedanciainterna (ruptura del bobinado,cortocircuito entre espiras),

n un rel de retorno de corrientereactiva (absorcin de energa

reactiva por la mquinadesexicitada). Se inhibir este reldurante el periodo de arranque.

Si el arrollamiento inductor esaccesible, se pueden tambin utilizardos rels de corriente continuacontra los cortes de devanado y loscortocircuitos, as como uncontrolador permanente deaislamiento (defectos masa-rotor),

n un rel contra el agarrotamientodel rotor en marcha y los arranquesdemasiado largos,

n un rel de sobrecarga de imagentrmica contra los incrementosde par,

n un rel de limitacin de lafrecuencia de los arranques.

Proteccin de las baterasde condensadoresSe limita a la proteccin contra losdefectos internos, cortocircuitosfase-fase y defectos fase-tierra(segn el rgimen de neutro).

n un rel de mxima corriente

bipolar (neutro impedante) o tripolar(neutro aislado), de tiempo definido yconstante contra los defectosfase-fase,

n un rel de mxima corrienteunipolar, homopolar (neutroimpedante) contra los defectosfase-masa.

Con frecuencia se instalan relsespecficos en las bateras decondensadores, como por ejemplo:rels de desequilibrio, etc.



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La continuidad de la explotacin y lalimitacin al mnimo estricto de lasconsecuencias de todos los tipos dedefectos, se consiguen con unaeleccin adecuada de lo

CUADERNO TECNICO Protección de las máquinas y de las redes industriales de AT

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