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EQUIPO PARA PRUEBAS DE' ELEMENTOS DE PROTECCTON LUIS ALVARO BUSTAMANTE C. tl CARLOS AUGUSTO VANEGAS B. Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar aI tftulo de Ingeniero Electricista. Director : HENRY N{AYA S. I. E. 10562 CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOTV{A DE OCCIDENTE DIVISION DE INGENIERIAS PROGRAil{A DE INGEI{IERIA ELECTRICA cALr, re88 l8f , ",SiY#',o"o lllll[|ulul[!lululu|ul ulil
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EQUIPO PARA PRUEBAS DE' ELEMENTOS DE PROTECCTON
LUIS ALVARO BUSTAMANTE C.tl
CARLOS AUGUSTO VANEGAS B.
Trabajo de grado presentado comorequisito parcial para optar aI tftulode Ingeniero Electricista.
Director : HENRY N{AYA S. I. E.
10562
CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOTV{A DE OCCIDENTE
DIVISION DE INGENIERIAS
PROGRAil{A DE INGEI{IERIA ELECTRICA
cALr, re88 l8f , ",SiY#',o"o
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Aprobado por el Cornité de Trabajode Grado en curnpllrniento de los requisitos exigidos por la GorporaciónUnivers itaria Autónorna de Occiden-te para optar al tltulo de IngenieroElectr ic ista.
Presidente del jurado
Jurado
Cali, Agoeto de I988
tt
A nuestros padres, herrnanos, esposas e
hijoe, quienes con €¡u cornprensión y esqfrnulos hicieron posible la dedicación y eltiernpo necesarios para el logro de los o!jeüivos; nos satisface brindar este proyegto gue st bien ha irnplicado para noeotrosalgunos sacrif icios, están cornpeneadospor sus fines y aplicac ión, cuyos resultgdos galardonan nuestras aspiraclones yeI desinteresado propósito de brindar unpequeño aporte aI conoclrniento del vastoe lncoLrnable carnpo de la Electricldad.
tlt
A GRA DECIMIE'NTOS
Al hacer entrega
res reconocen el
dec irn ientos :
de este proyecto a la cornunidad acadérnlca, Los autg
signif lcativo aporte profesional y expresan sus agra-
A HENRY MAYA SALAMANCA, Ingeniero Electricieta EMCALI, coo¿dinador de proyectos de grado de la Corporación Universitarla Au-tónoma de Occldente y director del presente trabajo.
A GONZAI€ YEPEZ ME'JTA, Ingeniero Electriclsta CVC, profeeor deAnálisis de Potencla, Jefe del Area de Potencia de la CorporaciónUniversltaria Autónorna de Occidente y asesor del proyecto.
A RUBEN ALBERTO UCHIIvÍA .A., Ingeniero Electricista CVC, profe-sor de Centrales Hidroeléctricas y Dieeño de Subeetacionee de laCorporación Unlvers itaria Autónorna de Occidente y asesor del prgyecto.
A JUAN fvfANUEL GERS, Ingeniero Electricista MSC, profesor de Sisternas de Potencia y Protecciones de la Universidad del VaLle, ge-rente propietario de la f irrna GERS LTDA. y asesor del proyecto.
A I'REYDER POSSO, Ingeniero Electricista CVC, profesor de Conve¿sión de Energla de Ia Corporación Universltaria Autónorna de Occ_!dente y asesor del proyecto.
A LA CORPORACION UNIVERSI.TARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE,en especial al Doctor ROBERTO NAVARRO, Jefe del Prograrna deIngenlerla Eléctrica, Cornité de Tesis y cuerpo docente del área deIngenierla Eléctrica.
A todas aquellas personas, inetituciones y empresas qlue con e[ aporte
Iv
inforrnativo y contribución de su experienciatecciones, lo mismo que su colaboración conquipos patrones Para corrrprobación, hicierondel presente proyecto.
en eL á,rea de las pro-el préstarno de Los e-posible la ejecución
TA BLA DE CONTENIDO
INTRO DUCC ION
I. PROTECCION DE LINEAS CON RELES DE DISTANCIA
1. I PROTECCION DE DISTANCIA
I.Z AI{ALISIS DE LAS SEÑALESA COMPARAR PARA
OBTENER LAS CARACTERISTICAS DE OPERACION
EN I.OS RELES DE DISTANCIA
1.3 PRINCTPALES TIPOS DE RELES DE DISTANCIA
l. 3. I R elé tipo irnpedanc ia
I.3.2 ReLé direccional
I.3.3 Relé tlpo reactancia
I .3 . 4 R elé tlpo Mho
1. 3. 5 R eté tipo Mho autopolar izado o con off set
1.3.6 ReLé tipo Mho cornpletarnente polarizado
I.3.7 ReLé con caracterlstica poligonal
1.3. ?. I Elernento de rnedida de reactancia
I .3 . 7.2 Elernento de rnedida de res istencia
1.3. ?.3 Elernento direccional
I.3.8 Relés con otras caracterlsticas
vi
Páe.
I
4
4
5
ll
L2
L7
t8
zz
?3
25
3t
33
35
37
37
1.4 CRITERIOS GE'NERA LES DE CA LIBRA CION PA RA RELES
DE DISTANCIA
I.4.I Exactitud en rnedida de alcances
L.4.2 Tiernpo de operación
I. 5 RECOMENDACIONES GENERA LES DE CA LIBRACION
PARA RELES DE DISTANCIA DE TRES ZONAS
38
38
40
1.5.1
r.5.2
1.5.3
r.5.4
I.5.5
I.6
1.ó.1
1.6.2
r.7
Zona I
Zona Z
Zona 3
Ajuste de los tiernpos
Power Swing
FACTORES QUE AFECTAN LOS ALCANCES DE T-OS
RELES DE DISTANCIA
Llneas con rnás de doe terrninales
Llneas paralelas
INFLUENCIA DE LAS INDUCTANCIAS MUTUAS PARA
EL AJUSTE DE LOS ALCANCES DE ZONAS 2 Y 3
4Z
4Z
42
44
49
50
51
51
5l
I. ?. I Fallas a tierra en [a Llnea protegida
I.7.2 Fallas a tierra en llnea paraleLa
I.7.3 Operación en circuito sencillo
I.8 CRITERIOS DE CALIBRACION EN LOS ESQUEMAS MAS
UTILIZA DOS
l. B. I Disparo transferido
I.8.2 Aceleración
5?
54
54
55
s6
56
58
vtt
I.8.3 Bloqueo
I. 9 CRITERIOS PARTICULARES DE ACUE'RDO AL ESQUE-
MA UTILIZADO Y COORDINACION CON LOS RELES
PRINCIPALES Y DE RESPALDO
6?
1.9. I
r.g.t.
1.9.r.
1.9. t.
r.g.z
I.9.3
Caso I : Protección principal con relé de distancla
de 3 zonas. Power Swing y esguerna de aceleración
por onda portadora. Offset para La zona 3
I Ajuste de La protección de respaldo
2 Consideraciones generales Para eI ajuste
3 Ajuste de las corrientes de arranque
Caso 2 t Protecclón principaL con relé de distancia
de una sola zona con sistema de teLeprotección, en
el esquerna de disparo permisivo en sobrea'lcance
Caso 3 : Protección princlpal con reIé de distancia
de tres zortas, power swing y aceleración por por -
tadora. Zona 3 no posee trasLapo hacia attás
6s
66
69
7Z
73
88
89
78
8?.
.9.4 Caso 4 : Protecclón principal con relé de dlstancia
tlpo reactancia con cuatro zonas ( I hacia adelante,
1 reversa ), esquema de bloqueo con portadora,dl¿
paro transferido para falla en reactores. Bloqueo
contra Power swing
I. IO COORDINACION DEL SISTE'MA E IMPLEMENÍACION
DE AJUSTES
1. tO. I Elernentos que cornPonen [a red de potencia
83
vtlt
1. 10. 2 Datos báe lcos esenc iales Para La coordinación del
s isterna
I.I1 EQUIPOS Y HERRAMIENTAS PARA CALIBRACION
DE RELES
T.I2 AJUSTE DE LOS RELES DE DISTANCIÁ
I. 13 CRITERIOS PARA EL A JUSTE DE ]-AS TRES ZONAS
I.14 EFECTO DE LA RESISTENCIA DE ARCO EN LA
PROTECCION DE DISTANCIA
I.15 EFECTO INFEED EN RELES DE DISTANCIA
1' I6 IMPEDANcIAs VISTAS PoR I,AS UNIDADES DE I,oS
RELES DE DISTANCIA
1. I ? OSCILACIONES DEL SISTEMA DE POTENCIA
2. PROTECCION DE SOBRECORRIENTE
Z.I RELES DE SOBRECORRIENTE
?.2 TIPOS DE RELES DE SOBRECORRIENTE
Z.Z.L Relés de corriente def inida
Z.Z.Z ReLés de corriente y tiempo definido o de tiernpo
def inido
?.2.3 Relés de tiernPo inverso
2.3 CALIBRACION DE UN RELE DE SOBRECORRIENTE
?.3.! Operación instantánea
2.3.2 Coordinación de unidades ternporizadas en los relés
de sobrecorr iente
?.3.2.1 Crlter[os de ajuste y pasos a seguir
90
9l
93
94
97
r03
I05
108
lt5
rr5
r16
rr6
IT7
rt8
It9
T?,L
IZ3
LZ3
2.3.2.2 Chequeo para niveLes mlnirnos de corto circuito
2.3.3 Ajuste de las unidades instantáneas
2.3.3.1 Criterios de ajuste
2.3.3.2 Cubrirniento de las unidades inetantáneas
3. PRO TEC CION DE VOLTA JE
3. 1 RFLES DE VOLTAJE
3.2 DESCRIPCION Y FUNCIONAMIENTO
3.2.I Cornponentes del elernento de inducción
3.2.2 Func ionarniento del relé de inducclón
3. 3 DETA LLES CONSTR UCT TVOS DE UN R ELE .DE
TENSION TIPO IAV DE LA GENERAL ELECTRIC
3.4 AJUSTE FARA UN RELE DE TENSION TIPO IAV
GENERAL ELECTRIC
3.4.1 Elemento de inducción
3.4.2 Dispositlvo de sellado y señalización
3.4.3 Dispositivo ternPor lzador
3.4.4 Contactos del disco
3.4.5 Inspección Perl6dica
3.5 ESQUEMAS DE CONEXION
3.6 RELES INSTANTANEOS DE VOLTAJE
3.6. I Descripci6n
3. 6. Z A plicac lón
3.6.3 Relés de sobrevoltaje
3.6.4 ReLés de bajo voLtaje
rz7
L27
tz8
130
L3Z
L3Z
133
r33
135
L37
138
138
139
140
r4z
T4?,
I43
143
t43
r45
r45
145
4. RELES DIRECCIONALES DE POTENCIA DLFERENCIALES
Y BREAKERS DE PEQUEÑA POTENCIA I48
4.L A SPECTOS GENERA LES I48
4.2 RELES DIRECCIONALES DE POTENCIA 148
4.2.L DescriPc ión 148
4.2.2 Funcionarniento y aplicaclón I49
4.2.3 La zona rnuerta de los relés direccionales de potencia 15I
4.2.4 Ajustes 156
4.3 PROTECCION DIFERENCIA L I57
4.3.I Clasificación de La protección dlferencial 16r
4.3.2 Conexión de la protecc ión diferencial 164
4.3.3 Conexiones de un transformador con proteccl6n
d if erenc ta I
4.3.4 A juste y conexión de Los relés diferenciales
4.3.5 Ajuste y calibración de un relé diferencial
4.3.6 Prueba del relé diferencial
4.4 INTERRUPTORES DE PEQUEÑA POTENCIA PARA
BA JA TENSION
4.4.I Mecanismo de dlsParo
4.4.2 Caracter lsticas
4.4.3 Condiciones del dlsParo
5. CONSTRUCCION DEL EQUIPO PARA CALIBRACION Y
PRUEBA DE RELES Y ELEMENTOS DE PROTECCTON
5. I INTRODUCCION
t66
r66
r67
168
r68
r69
r69
r69
173
L73
xl
5.2 FUNCIONAMIENTO DE' IAS UNIDADES DE MEDIDA
5.3 DESCRIPCION DE I¡S CIRCUIÍOS DEL EQUIPO DE
PRUEBAS Y COMPONENTES. DISE-ÁÍO
5.4 UNIDADES DE RES¡STENCIA
5.5 UNIDADES INDUCTIVAS Y CONMUTADOR DEL
CIRCUITO DE CORRIENTE
5.6 TRANST'ORMADOR DE INTENSIDAD TR I
5.7 TRANSFORMADORES DE TENSION
5. 8 CONMUTADORES DE AJUSTE Y OTROS ELEMENTOS
DE CONTROL
6. AJUSTE Y PRUEBA DE LOS RELES DE PROTECCION
6. I PRUEBAS DE FABRTCA
6.2 PRUEBAS DE PUESTA EN SERVICIO
6.3 PRUEBAS RUTINARIAS DE IvfANTE'NIMIENTO
6.4 PRUEBAS DE RELES DE DISTANCIA
6.4.I Prueba estática
6.4.2 Prueba dinárnica
6.5 INSTAI-ACION DEL EQUIPO
6.5. I Pasos generales
6.5.2 Medida de tiernPos
6.5.3 Conexiones prevlas Para teaLizar pruebas a un relé
de distancia ( Prueba L fi )
6.5.4 Chequeo de las unidades de rnedida. Monofásicas
6.5.5 Ghequeo de las unidades de rnedida. Bifásicas
L75
178
r80
183
r88
19r
192
r97
L97
t99
z0L
202
zoz
2,04
?04
204
205
206
?08
zto
xtt
6.6 PRUEBA DE RELES DE SOBRECORRIENTE
6.6.I Chequeo de la posición cero y reposición del disco
6.6.2 Prueba de arranque ( pick uP )
6.6.3 Caracterlstica de tiernpo
6,6.4 A juste de la unidad instantánea
6.7 PRUEBA DE RELES DE TENSION
6.7.1 Chequeo de cero y reposición deI disco
6.7.2 Prueba de arranque ( pick uP )
6.7.3 Caracterlstica de tiernpo
6. 8 PRUEBA DE RELES DIRECCIONALES DE POTENCIA
7. CONCLUSIONES
GI,OSARIO
BIBLIOGRAr'IA
ztL
ZTL
zrr
zL2.
ztz
2L5
2L5
zL6
zL6
2L9
zZZ
z24
?,25
x[[t
LISTA DE FIGURAS
FIGURA I Fallaa ocurrtdas en diferentes partes delsisterna de Potencla
FIGURA 2 ReIé de irnpedancia sirnple basado en un
comParador de arnPlitud
FIGURA 3 Cornparación de fase en eI plano cornplejoC=Slg
FIGURA 4 Caracterlstica de operación de un relé deirnpedancia obtenida a partir de un compgrador de fase
FIGURA 5 trnpedanc ia Z dentro de La zona de opera -ción de un relé de irnPedancia t5
FIGIJRA 6 lrnpedancia Z fuera de la lzor.a de opera -clón de un relé de irnPedancia 15
I'IGURA 7 Caracterlstica de un relé de irnpedanciaen el plano cornPlejo 16
FIGIIRA 8 Zona de operación de un relé direccional 19
FIGURA 9 Zona de operación de un relé de reactancia ZI
FLGURA l0 Voltaje visto por un relé de reactancia enpresencia de fallas con resistencia de arcoy doble alimentaclón Zl
FIGIJRA f l Caracterletica de operación de un relé tlpoMHO 24
I'IGURA I2 Caracterlstica de operación de un relé tipo
8
10
l0
xl,v
MHO con Otr'FSE'T
FIGURA t3 Caracterlstica de operactón de un relé tipoMHO cornpletarneñte Polarizado
FIGURA 14. I Diagrarna unifilar con punto de falla en F
FIGURA 14.2 Conexiones de las redes de secuencla parauna falla entre Las fases b y c en F
FIGURA 15 Garacterlstica de un relé,cornpletament" PgLarizado para una falla fase -fase
FIGIIRA f 6 Caracterlstlca de oporación poligonal
FIGIJRA 1? Dlagrarna vectorlal del elernento de reactagcia de un relé con caracterlstlca poligonal 34
FIGURA I8 Dlagrama vectorial del elernento de reeistenciade un relé con caracterlstica poligonal
FIGURA I9 Diagrarna vectorial del elernento direccionalde un relé con caracterlstica poligonal 36
FIGIIRA 20 Caracterlsticas especiales : lenticular, tornate 39
I'IGURA 21 Caracterfstica de alcance voltaje irnpedanclapara fallas trifáeicas
I'IGURA 22 Posición de la falla % de ajuste del relé
FIGURA 23 Coordinación de tiernpos de zona 2 con La zonaI del relé adyacente
FIGÜRA 24 Diagrarna de tlernPos y alcances para análisisde coordinac i.ón 45
FIGURA 25 Prueba gráfica para chequear alcances de zona 46
FIGURA 26 Ajustes de zona 3 chequeo operativo 48
FIGURA 2? Caracterlstica del Power Swing con aprecia -cl6n de La caracterlstica de carga 48
FIGURA 28 AnáLisis de alcances en caso de llneas parale-Ias
z6
30
z8
28
3Z
34
36
39
4L
45
53
FIGURA 29 Efecto de Las inductanclas rnutuas Por fallas atierra
FIGURA 30 Esquerna convencional del circuito de disparo( arregl,o del canal de señalización ) SZ
FIGURA 3I Dlsparo perrnisivo con subalcance 59
FIGURA 32 Disparo perrnisivo con sobrealcance 60
FIGURA 33 Disparo con aceleraclón 6L
FIGURA 34 Esquerna de bloqueo 63
FIGURA 35 Esquerna de bloqueo en llneas de 3 terrninales 64
FIGURA 36 Diagrama general de conexiones para TC y TPen protecclón de llneas 67
FIGURA 3? Curvas caracterlsticas para relé de tiernpoinver so 7 L
FIGURA 38 Reté de sobrecorriente direccional 7I
FIGURA 39 Respaldo para la protección de barras 79
FIGURA 40 Utilización de la zorra 2 acelerada, corno res -paldo rernoto a falla en barras no acelerada 79
FIGURA 41 Conexión de Los TG y TP para La protecciónprinclpaL y de respaldo 8l
FIGURA 42 AnáLisls de tiempos de:operación de la protegción principal y de respaldo 84
FIGURA 43 Arreglo del sisterna de teleprotecclón conbloqueo en Ia protección principal 85
FIGURA 44 Re[é de reactancia de 4 zonas 87
FIGIIRA 45 Esquerna duplicado en reLés de dietanc ia deuna sola zorta
FIGURA 46 Zonas de protección de un relé de distanciapara un s isterna radial
FIGURA 47 Caracterlstlcas de operaclón de la protección
53
87
xvI
96
de distancia en A
I'IGURA 48 Tiempos de operación de la protección dedistancta en A
FIGURA 49 Subalcance de un relé de irnpedancia debidoa La resistencia de arco 100
FIGURA 50 Ajuste de r:n relé tipo MHO para fallas conarco loo
FIGURA 51 Influencia de La resistencia de arco en diferentes tipos de relé LOz
FIGURA 52 Efecto del INFEED en la protección de distanc ia 104
FIGITRA 53 Circuito equivalente de un sisterna de potenc ia 110
I'IGURA 54 Diagrarna vectorial del sisterna en condicignes de osc ilac ión I l0
FIGURA 55 Diagrama de irnpedanciae del eisterna d" pgtenc ia IIZ
FIGIJRA 56 lrnpedancia vista por e[ relé durante oecilaclones del sisterna ll2
FIGURA 57 Caracterlstica de bloqueo contra oscilacio-nes del sistema de potencia 114
FIGURA 58 Caracterlstlca de los relés de sobrecorriente de tlernpo inverso IZZ
FIGURA 59 Relé de sobrecorriente con unidad de operac lón instantánea LZ4
I'IGURA 60 Preservación de selectividad rnedi;ante uni-dades instantáneas lZ9
FIGURA 61 Cubrirniento de unidades instantáneas 131
I'IGURA 62 Disposiclón esquernática de las divereas pagtes del elernento de inducción I34
FIGURA 63 Principio de funcionarniento de los relés deinducc lón 136
xvii
96
98
FIGURA 64
FIGURA 65
FIGURA 66
FIGIJRA 67
FIGURA 68
FTGURA 69
FIGURA 70
T.TGURA 7I
T.IGURA 72
FIGURA 73
F'IGURA 74
FIGURA 75
FIGURA 76
FIGURA 77
Diagrarna de curvas de retardo para relésIAV de rnlnirna tensión
Gonexiones exteriores de un relé IAV paraprotección de rnlnirna tensión
Conexiones exteriores de un relé IAV-sfApara protección de rnáxirna tensión
Dlagrarna de curvas de retardo para reléetipos IAV-5lA e IAV-524
Diagrarna de curvas de retardo para reléstipos IAV-5ID e IAV-5ZD
Mlnirna teneión necesaria para el funclona-rniento del relé direccional de potenqia condif erentes valores de corriente v Q"" -3f - 90o. La zona sornbread" ."'l"üdi";"" -sión entre relée para distintae tensiones yf recuenc ias
Zona rnuerta en rnfi en función de la potegcia de cortocirculto y de la tensión del sistgma; con tensión de funclonamiento de 0,L5%de la Un
ArregLo diferencial de equilibrio de corriente
Relé diferencial con porcentaje de reetricclón
Caracterlstica de funcionarniento de un relécon porcerúaje de restricclón
Protección dlferenclal de un elernento con 3
terrninales
Conexiones de la protección diferenciaI deun transforrnador
Caracterlstica de disparo L para breakerede a.c. de 6 a 10 arnperios
Caracterlstica de dieparo K para breakersde a.c. de 0, 5 a l0 arnperlos
14t
t44
L44
146
146
153
155
158
160
160
t62
165
t72
r7z
xVi[i
FIGIIRA 78 Caracterlstica de disparo K para breakersde d.c. d€ 0, 5 a l0 arnperios IZZ
FIGURA 79 Dlagrarna de bloques del equipo para cali -bración de relés 177
FIGURA 80 Relación entre corrientes y tensiones de b¿se y en fallas rnonofásicas y bifásicas 179
FIGURA 81 Aspecto de las dos cajas cornponentes del gquipo para prueba de relés l8l
L82FIGURA 82 Unidad de resistencias
FIGURA 83 Valores de resistenc[a para las diferentesposiciones de R IU
FIGURA 84 Perrnutación del ángulo de faee del circuitode corriente en las 6 posiciones del switchePl 187
FIGURA 85 Ublcación de los vectoree de corriente paralas posicionee de 600 y Z4Oo 189
I'IGURA 86 Relaciones de transforrnaci6n y conexionesde los taps para el transforrnador TRI f90
FIGURA 8? Pl.ano general del equipo para prueba de re-lés
FIGURA 88 Montaje del equipo para la prueba de un re -lé de distancia con rnedición de tlernpos 2-O7
FIGURA 89 lvfont¿je del equipo para la prueba de un re-lé de sobrecorriente con rnedición de tiernpo s ZI4
FIGURA 90 Montaje del equipo para la prueba de un reléde voltaje con rnedición de tiempos. Zl8
FIGURA 9I Montaje del equipo para la prueba de un relédireccional de potencia con rnedición de tlernpos ?20
xlx
LISTA DE TA BLAS
TABI,A I Valores de reeisteñcia de Rl y R2 para elajuste de la corriente de prueba I85
TABIJ 2 Yalores de irnpedancia en eL transforrnadorTRI con cada posición de R 191
RESUMEN
Teniendo en cuenta La gran lrnportancia que reviste el mantener los di
veraos equlpos y elementos destlnadoe a proteger los sietemas eléc -
tricos de potencla, regulados para su operaclón con los ajuetes y caLi
braciones que perrnitan el funcionarniento de sus cornponentes y ciñén
dose a los parámetroe e instrucciones señalados por lae casas fabri -
cantes, nos planteamos la inqutetud de construir un equipo destinado
a la realizacLín de [as pruebas y calibraciones pertinentes a los relés
de distanc la.
Siendo realizables tarnbién : el ajuste y verificación de loe valores ca
racterlstlco6 para La operac lón de los relés de corriente, voltaje, di
reccionales de potencia, dlferenciaLes e interruptores de arnperaje
pequeño.
Corno elernento báslco para la operación del equipo, se ha construido
tarnbién una fuente de aLirnentación trifásica a I10 voltioa con una ca-
pacidad de 500 VA la cual surninistra la potencia necesaria para su
func i¡¡narnlento.
)(]t I
E[ equipo está dlseñado para perrnitir al usuario simular los tlpos rnás
comunes de fallas al probar Los relés de protección, creando un rnodg
Lo del sistema de Potencia en el que las corrlenteg y tensiones se ob -
tienen utilizando conrnutaciones del ángulo de fase o efectuando deeplg
zarnientos en las fases naturales del slstema trifásico a través de [os
elernentos gue goblernan los circuitos de corriente y tensión.
El circuito de tensión consta de : dos transforrnadores TR2 y TR3 ),
los cuales funcLonan princlpalrnente en La sirnulación de fallas bifási-
cas; un transforrnador variable ( v ) que regula la arnplitud del volta-
je; dos terrninales (Urn ) prevlstos para tornar rnedlda del voltaje;teg
rnlnales de los switches (SWI, SWZ y SW3 ) para eeleccionar las fa -
ses y e[ tipo de falla que se desea sirnular.
El circuito de corriente se compone de un transformador de corriente
( fnt ¡, un grupo de resistencias y reostato (Rl y R2 ) que junto con
el switche ( R ), sirnulan la irnpedancia necesaria para la prueba; un
transforrnador variables (P, ) y un switche ( pt ) qo" conrnutan La a-
lirnentaci6n trifásica logrando la variación deL ánguLo en pasos de 600
con reBpecto al circuito de tensión; un switche ( SWI ) qo" selecciona
Las faees de fatla; un switche (SW2 )para seleccionar fa[La monofási
ca o bifásica y dos terrninales ( Itt ) previstos para tornar rnedldas de
arnperaje, ó tarnbién para alimentar eI circulto de corriente del rne-
didor de ángulos, junto con los terrnlnales ( Uttt ) qo. alirnentan el
xxiii
circuito de tensión.
Todos Los cornponentes anteriores, así como la fuente trtfáeica de al!
rnentación, se encuentran alojados en dos cajas portátiles, en cuyos
frentes se aprecian todoe los controles de oPeración, fueibles de pro-
tección y bornes terrninales Para su práctica utilización.
Forrna parte del siguiente trabajo la descripción y eL funcfonarniento
de las diferentes clasee de relée más utitizadoa en la protección de
los circuitos que conforrnan un sistema eléctrico, corno tarnbién los
factores y criterios más irnportantes para su eBcogencia y aplicaclón
según el servlcio que de ellos se requiera.
Igua¡nente presentarnos de una rnanera sencilla la forrna como 8e prq
cede para reaLizar cada una de las pruebas descritas, haciendo de su
rnanejo y utilización una herrarnienta práctica y didáctica para la en-
señ.artza, buecando con eLLo curnplir con [as f inalidades de utilidad gg
neral que nos rnovieron Para su conetrucción.
x)rlil.
INTRODUCCION
Concientes corno estudiantes de [a natural obligación que tenernoe en
aportar loe conocirnientos adquiridoe, la realización de este proyecto
tuvo corno f in entregar a nuestra Universidad un rnaterial didáctico
que sirva a guienes realizan sus eetudios de lngenierla E[éctrica, arg
pliando las posibilidades del conocirniento en las diferentes áreas que
ésta comprende.
La preparación del contenido presentado irnpticd una Eerie de tareas
coÍro la consulta blbliog ráf.íca de varioe tratados concernientes a las
protecciones eléctricae y los elernentos utilizados para su control y
supervisión, aslcorno eL estudio y Las observaciones hechas en Las
prácticas de callbración y ajuste de los relés de protecc[ón, realiza-
das en diferentes elnpresas colno : CVC, Ernpresas Municipales de
Cali y CHIDRAL; entidades perteneclentes al sector eléctrico nacio-
nal.
Inlciarnos eL estudio d.e los dlferentes aspectos a conslderar para la
realización de nuestro objetivo y reuniendo las caracterlsticas básl -
cas aplicables a éste, se ha elaborado el diseño y la construcción de
un equipo que realice [a cornprobación de los ajustes y va[ores correg
pondlentes a los parámetros de funcionarniento para los relés de dis -
tancia destinados a Proteger las llneas de alta teneión y de rnayor im -
portancia, donde La protección de sobrecorriente serla dernasiado Len
ta.
La proyecci6n eocial de éste será arnplia, teniendo en cuenta que el
surninistro de energla eléctrica dentro de el rnedio social e industrlal,
se ha convertido en eje principat deL progreso y la econornla; en gene-
ral es claro entonces que la salida irnprevista de una llnea o de un sig
terna, cau6a un sinnúrnero de problernas que afectan la producc ión de
una errrpresa o entidad, reflejándose finalrnente en grandes pérdidas
que deterioran la economla industrial y en casos rnás graves, la de g
na nac lón.
Por Lo tanb, el conocirniento y rnanejo de las protecciones de un sis-
terna eléctrico, viene a llenar esa exigencia de rnantener un servicio
contlnuo y conf lable para los usuartos.
Dada la irnportancia del proyecto y la necesidad de su conoclrniento
por parte de Loe estudiantes de Ingenierfa Eléctrica, creernos sincera
rnente haber curnplido con esta f inalidad y deseando que el lector ateg
to o eI observador que aspire a sacar de él provecho y beneficio, he-
rrros procurado realizar este trabajo de rnanera que en su
se encuentre todo aquello referente a la rnanera de actuar
sión y claridad para cada una de las prácticas expuestas.
consuLta
con preci-
I. PROTECGION DE LINEAS CON RELES DE DISTANCIA
1. I PROTECCION DE DISTANCIA
Se util iza La protección de distancia en llneas de mayor irnportancia
donde Ia protección de sobrecorriente es lrluy lenta. En Ios sisternas
complejos la protecci6n de sobrecorriente no puede garantizar una
total selectivldad ya que depende de la rnagnitud de !a corrlente,rnieq
tras que Ia protecci6n de dlstancia es casi inrnune a los cambios de
capacidad de generación del sieterna y a su configuraclón'
Las fallas presentadas por Ias llneas de transrnisi6n de un sisterna
de potencia son frecuentes y al no ser clarif icadas rápidarnente, pue-
den cauear desconexiones lnnecesarias, pérdlda de estabilidad y aún
daños en los equipos. La protección de distancia es arnpliarnente uti
Lizada ya que responde rnuy bien a los requerirnientos de conflabiti -
dad y rapidez exigidos Para la protección de estas lúreas. Esta pro-
tección es del tipo no unitarüa y tiene ta habilidad de discrirninar el
tiempo de clariflcación, dependlendo deL punto de ubicación de La f¿
tla. Et principio báslco de rnedición consiste en La cornparación de
la corriente de La faLLa vista por el relé, con eL voLtaje en e[ punto
de su localización; haciendo la relaclón de eeas dos cantidadea es
pos ible deterrninar la irnpedancia de la llnea hasta el punto de La
faLIa.
Para el sisterna rnostrado en la Figura l, un relé localizado en A uq!
Liza La corrfente de l[nea y el voltaje de llnea Para evaluar Z = Y/Í.
EL valor de la irnpedancia Z para la falla en F1 eerá Ze¡.t y para una
falla en F2 será Zen* ZgfZ.
La mayor ventaja del reLé de distancia es que su zona de operación
depende básicamente de la impedancia de [a llnea protegida, la cual
es una constante relativarnente independiente de las rnagnitudee de
voltaje y corriente. Aslel reLé de distancia tiene un alcance definido
en oposición a las unidadee de sobrecorriente, Para las cuales e[ al
cance varla con las condLciones del sisterna.
I.Z ANALISIS DE LAS STÑELES A COMPARAR PARA OBTENER
LAS CARACTERISTICAS DE OPERACION EN LOS RELES DE
DISTANCT¿
I-os relés de dlstancia son cLasificados de acuerdo a sua caracterlstir
caa en eL plano R -X y al rnétodo por el cual efectúan la compara -
ctón de las señales de entrada, en cuanto a rnagnltud o faee para
FlG. I follos ocurridos en diferentes porles delcistemo de polencio.
obtener las caracterlstlcas de operaclón, que son llneas rectas o cír-
culos cuando son dibujadas en un plano R - X.
Los circuitos en los cuales se cornparan dos cantidades aon esencial-
mente comparadores de amplitud o de fase. Cualquier tipo de caractg
rlstica obtenible con un corrrparador deterrninado, puede lograrse tarn
bién con otro, aunque la combinación de Las cantidades comparadas
sea diferente en cada caso.
Si ZR es la irnpedanc ia de ajuste de
que éste opere cuando ZB,Z V/L, o
Esta condición puede ser conseguida
tal corno se rnuestra en la Figura 2,
rios -vuelta del circuito de corriente
c irculto voltaje .
un reLé de distancia, se requiere
lo que es lo misrno, IZp ) V.
en un cornparador de arnplitud
eL cual opera cuando Los arnpe
superan los amperios- vuelta del
Sin ernbargo, es diflcil hacer un corrrparador de arnplitud que funcione
en forrna preciea bajo condic iones de falla, cuando el desplazarniento
de fase entre V e I tiende a ser 90o y se presentan transitorios que
hacen irnpreciso asurnir valores RMs para v e r con los cuales se
pueda evaluar fzpz-v.
Por las razones rnencionadae, la aplicación de los cornparadores de
arnplitud es reducida; es rnás conveniente cornparar dos eeñales por
7
f-----t
Bobim dc Rrstriccicín Bot¡im & Opcrocidn
FlG. 2 rele de impedoncio simple bosodo en un comporodorde omplitud.
su diferencia de fase que por sus arnplitudes. EL si.guiente anáLisis
rnuestra que para dos señales cualquiera Sg y S", las cuales son co4g
paradas en rnagnitud, existen dos señales 51 y 52 lae cuales son colTr -
paradas enfaee. La relación entre Las señales es la siguiente:
+so
sr
s"
sr
S1
st
s2
sz(r)
De lae ecuac lones ( t ) "e obtiene :
SI (so+sr)/z
(so - sr)/z(z )
sz
La comparación en arnPlitud es :
Def inlendo Sy/52 =
guiente rnodo :
(3)_ s2
I
C,[arelación(3)puede ser expresada del si
so
sl
\ll
+ s2 l>
c + tl c - rl ---{ 4 )
Dibujando C en e[ plano R-X corno se-rnuestra en la Figura 3 se ob -
tnr¡inorb
Zono dondr rrof i¡locr ( !.¡l)
FIGURA 3. comporocion de fose en et plono. compte¡o a= €f
Limite dc lolono _tl oprrocion
tl
FIGURA 4. corocterist¡co de operoción de un rele de impedoncio obtenidoportir de un comporodor de fose
i0
serva que [a condición ( a ) se satisface en el sernLplano derecho. Este
serniplano está def inido prr tcdos los puntos C lB tales gue -90c = e <
+ 900
Puesto que C ¡g-= Sr [¿-sz ú--
Luego la relactón ( )te satisface cr:ando:
I r ,\-9oo< (t-h )s+ 9oo (5)
Las anteriores relaclones dernuestran que, dos señales obtenidas para
ser usadas coa un cornparador de arnplitud pueden ser convertidas pa
ra ser usadae por un cornparador de ángulo de fase.
Para el estudlo de estas señales enurnerarnos a continuación los dife-
rentes tipos de reLés de distancia más utilizados en los s'tstemas eléc
tr icos :
I.3 PRINCIPALES TIPOS DE RELES DE DISTANCIA
Relé tipo impedandla
Relé ttpo direccional
Relé tipo reactancla
l1
Relé tlpo Mho
Relé tipo Mho autopolarizado o con off set
ReLé tipo Mho cornpletarnente polarizado
Reté con caracterlstica poligonal
Relé con otras caracterlsticas
l. 3. I ReLé tipo impedanc ia
Et relé de irnpedanc[a no toma en cuenta el ángulo de fase entre el voJ
taje y la corriente gue se aplican y Por esta raz6n, su caracterlstica
de operación en el plano R-X es un clrculo con centro en el origen de
coordenadas y de radio igual al ajuste en ohmlos. EL relé opera para
LOs valores de lmpedancia rnenores llue el ajuste; es decir, para to
dos los puntos dentro del círculo
Si ZR es La irnpedancia de ajuste, se requiere que eL relé oPere cuag
do Z¡ ZV/|, o sea cuando IZp PV. l,a caracterlstica de un relé de
irnpedancia para lograr un cornparador de rnagnitud se obtiene hacien
do la siguiente asignación :
(6)so
sr
rza
KV
que torna
IZ
Donde K es una constante en cuenta las relaciones de trans-
forrnaclón de los TI's Y TPrs.
cornparador de fases son :
KV + IZR
-KV+IZR
Dlvidiendo las ecuadiones ( ? ) por KI se obtiene:
z + zR/K
-z+zR/K
Las correspondientes señales para un
(7)
(8)
SI
sz
sl
s2
Dond.e Z = V/I. La rnagnitud de las señales S1 y Srfué alterada al
efectuarse La dlv[sión por KI, [o cual no tiene irnportancia, puesto
que lo fundamental es mantener la diferencia de fase entre ellas. Por
lo tanto al dlbujar SI y S, en una u otra escala, no se afecta Ia fase
relativa entre las dos señales.
Dibujando ZR/K y las ecuacircnes ( 8 ) en e[ plano R-X, la caracterle
tlca de operaci6n deL relé está deterrninada por el lugar geornétrico
de Los puntos Z, para los cuales 8e cumple que 0, eI ángulo de fase
entre S1 y 52, pertenece aI intervalo -90o < g < 90o; La construcción
ee muestra en ta Figura 4. Las ecuaciones ( S ) aan origen al rornbo
OABC el cual tiene por dlagonales a 51 y 52. Por las propiedades del
rornbo, el ángulo entre 51 y $2 es 90o si se curnple que Z = ZR/K,
13
por lo tanto el Punto C
toria del Punto C Para
aio zp/K.
es el llrnlte de Ia zona de operación y la trayeg
los dijerentes valores de Z es el clrculo de ra-
SiZ< ZR/K se tiene Ia eltuaciónrnostrada en la Figura 5; en este
caso el ángulo 0 es menor que 90o y coñIo consecuencia el valor de Z
está dentro de La zolta de operaclón del relé. Si por el contrario
Z >ZR/K ( figura 6 ), eL ángulo 0es mayor que 90o y el valor de Z
no producirá La operación del relé.
La caracterlstica del relé de irnpedancia no es direccional y Por lo
tanto operará para todas Las fatLas a Lo largo del vector AB (Flgura
? ) y para todas las fallas detrás del barraje o sea a lo largo del veg
tor AC. El vector AB representa la irnpedancia en frente del relé eg
tre eL punto de eu localización A y elfinal de la llnea AB. El vector
AC repreeenta la irnpedancia de la llnea detrás del sitlo deL reLé.
NOTA : Para hacer que el relé no responda a fallas detrás del barra
je, es esencial un controL direccional. Esto se puede obte -
ner adicionando un relé direccional separado que bLoquee eL
dlsparo del reLé de distancia cuando ocurra r¡na falla y la pg
tencla fluya desde La zona protegida.
Et reté de irnpedancia tiene tres desventajas importantes :
T4
Zono drogrrocion
FfG. 5 impedoncio Z denlro de lo zonode operocicin de un rele de inpedoncio
Ff G. 6 impedoncio Ttuero de lo zono deoperocion de r¡r rele de impedoncio.
I5
FlG.7 corocfer¡sl¡co deúr?b de inpedoncio tn elpfono comple¡o.
I¡
- No es direcclonal z Yerá fatlas delante y detrás del sltio de ubica-
ción y por Lo tanto requiere de un elernento dlreccional Para Lograr cg
rrecta dlscr irninac ión.
- Es afectado por [a resistencüa de arco.
- Es altarnente sensitivo a Ias oscilaciones del slsterna de potencia,
deoido a la gran área cubierta Por su caracterlstlca circular.
1.3.2 ReLé dlreccional
Los relés direcclonales son untdades que producen disparo cuando [a
irnpedancia rnedida se encuentra en Ia rnitad del plano R-X. Cornún -
rnente se usan junto con los relés tipo irnpedancla para lirnitar su zq-
na de operaclón a un semicfrculo.
La caracterlstica de operación se obtlene de la cornparación de fase
de las siguientes señales :
SI=KV
SZ = ZRI(g)
Dividiendo por KI y def iniendo Z = Y/I se obtiene :
T7
st=z52 = ZEI/K
(r0)
La zona de operación del relé direccional está def inida por los valores
de Z que hacen que la diferencia de fase SI y 52, sea rnenor que 90o.
La obtención de la caracterfstlca se rnuestra en la Figura 8 en la cual
se han dibujado convenientemente Sf y SZ.
I . 3. 3 R elé tipo reactanc ia
EI reté de reactancia está diseñado para medir solarnente La cornponeg
te reactiva de la impedancia de la llnea; corno consecuencia su ajuste
se efectrla para un valor deterrninado de reactancia Xp.
El par de aeuaciones Para Sf y SZ en este caso es eI siguiente :
SI = -(v+xRI( II )
S? = XRI
Luego de dividir por KI se tiene :
sr = -z+xRlKSz = XnlK
l8
(rz)
Z ono drOprrocidn
FlG.8 zono de op€roc¡on de ur rele direccionol .
I9
La caracterlstica de operación se obtiene dibujando lae ecuaciones
( I2 ) en e[ plano complejo y deterrninando los valores de Z para los
cuales 0 ee rnenor que tOo. La construcción se muestra en [a Flgura
9; et Ilrnite de Ia zotla de operación lo constltuye una llnea recta para
lela al eje de reslstencLa, trazada por La reactancia de ajuste Xn/X.
Como la irnpedancia de falta es casi slernpre resi.stiva, se asurne que
los relés de reactancia son indiferentes a La resistencia de falla, en
un sisterna radial, lo cual generaknente es cierto. Sin ernbargo, si
La fatta es alirnentada de dos o rnás puntos, eso no necesariarnente se
curnple. Ta calda de voltaje en la resistencia de falla se suma a La
calda en Ia línea y afecta eL voltaje en el relé. A rnenos que La corrieg
te en el relé esté exactarnente en fase con [a corriente de falla, la ca-[
da en la resistencia de falla tendrá una cornponente desfasada re'spec-
to a [a corrlente de relé, produciendo un efecto similar a la reactan -
cia de la llnea. Esta reactancla aparente puede ser positlva o negativa
y aurnenta o disrninuye La irnpedancia rnedida por el relé, afectando su
operación. Si la reeistencia de falla llega a aer grande en colrlPara
ción con la reactancia de [a llnea, este efecto puede ser cornprornetg
dor y no debe utilizarse este tipo de relé.
La Figura l0 rnuestra el voltaje visto por eI relé en presencia de fa -
llas con reslstencia de arco y doble alirnentación. De la flgura se cog
cluye que e[ relé rnedirá una reactancia rnenor que La real entre el
z0
Zunthofrción
r. '+
F IGUR A 9 . zono de opcrocidn de un nle de rcoctoncio
Rrh rl t tt +Jxl
It+t2 -I
tí2 > R¡¡ifrrcio doFollo
A) ESOUEMA DEL CIRCUITO
(tr+t2) ¡FError d¡bido o locsicl¡ricio d.lollo
virto porrl Rrld
tt+ il
B) DIAGRAHA VECTORIAL
FIGURA IOA Y IOB. volto¡e vi3lo por un rele de reoctoncio en presenc¡ofollos con resistencio de orco y doble olimeniocion.
?.1
punto del reté y la fal[a, es decLr presentará sobre-alcance, dado que
la corriente que vé el reLé está adelantada con respecto a Ia corrien-
te de falla; esto se debe a [a cornponente gue aPorta la fuente de all
mentacl6n intermedia.
Si ocurre lo contrarlo, es declr que la corriente de falla adelante la
que vé eL reIé, éste podrá presentar sub-alcance.
| .3 .4 R e[é tipo Mho
El reté tipo Mho cornbina las propiedades de los relés de trnpedancia
y direccional. Su caracterlstica al ser dibujada en eL plano R-X es un
clrculo cuya circunferencia pasa a través deL origen de coordenadas.
La caracterlstica de operación se obtiene asignando a Las señales S1
y 52 los s iguientes valores :
-KV + ZnI
KV( 13 )
Dividiendo por KI se obtiene :
S1
s2
-Z
z
sr
sz
2?,
+ zR/K(14)
Dibujando ZR/K y las ecu¿clones (t¿ ) en e[ plano R-X, la caracterlg
tica del relé está deterrninada por el lugar geornétrico de los valores
d,e Z, para los cuales se ctunple que 0 es rnenor de 90o. En este caso
el l[mite de Ia zona de operación ( e = 90o ), corno se rnuestra en La
Figura 1I, se trata de una circunferencia. que pasa por el origen de
coordenadas y cuyo diárnetro es Z,-lK. Para valores de Z ubicados
dentro de la circunferencia e[ ángulo 0 eerá rnenor que 90o y se prodg
clrá la operación del relé.
La caracterlstica del relé Mho es inherente direccional y soLarnente
opera para fallas deLante del,eitio de ubicación del reIé; adernás tiene
la ventaja de que eL aLcance del relé varfa con el ángulo de falla.
f .3.5 Relé tipo Mho autopolarizado o con offset
En este relé la caracterlstica de operación se obtiene con los siguieg
tes valores de 51 f S, :
-Kv + ZnlI
KV + ZazT( 15 )
Dividiendo por KI las ecuaciones anteriores se deduce que
Sr
S2
z3
Limlt¡ d¡ lotono da ogrroclon
C¡OOo
FlG.ll corocter¡stico de operocion de unrele tho MHO
2.4
sl
sz
_z + I^,K
z+zRZ-r( 16 )
Dibujando sobre un plano R-X eetas ecuaciones se Iogra una caracte-
rlstica sirnilar a la del tipo Mho, tal corno se ilustra en [a Flgura 12.
En este caso el clrculo pasa a una distancía Zp?/K del origen y está
deterrninado corno en los casos anteriores por el lugar geornétrico
de los valores de Z, poré los que ee curnple que 0es rnenor de 90o.
I 3.6 Relé tipo Mho cornpletarnente polarizado
Una de las desventajas del relé tipo Mho autopolarizado es gue cuag
do es aplicado en. fneas de transrnisión largas, no alcanza a cubrir
la secci6n suficiente a lo Largo del eje de resistencia y corno resul-
tado es incapaz de detectar fallas con elevadas reeistencias de arco
o de falla.
El problerna se agrava en el caso de llneas cortas, puesto que su a-
juste es bajo y la cantidad de eje R cubierto por el clrculo Mho es
pequeña en relación con los valores de resistencia de arco espera -
dos.
Una soluc lón práctlca a este problema es usar on "Lté
tipo Mho corn-
z5
xLlnifc dr lo zonodr oqtrocitín
,/ zeLa-
StC.gOP
=/\
V o
FlG. l2 corocleris|¡co de operocion de unrefe MHO con offs€t.
¿,o
pletarnente polarLzado que 6e construye de rnanera tal que abre. su
caracterlstica circular a lo largo del eje R, corno se llustra en Ia Fi-
gura l3 para todas las fallas desbalanceadas. Esta caracterfstica pug
de ser obtenida rnediante un comparador de faee, al cual se surnlnis-
tran las siguientes señales :
sr
sz
= vPoI
= J,r - IZn( 17 )
Slendo
V
vpot
I
zn
voltaje en el sitio de ubicación del re[é; sobre la fase o
fases en falla
voltaje de polarizacl,6n tornado de la fase o fases no invo-
lucradas en Ia falla
corriente de falla
= ajuste del relé de distancia
Como ilustración de la apertura del clrculo Mho durante una falla des
balanceada podernos ver eI slguiente ejernplo : considerarnos una fa-
Ila en el pr:nto F entre las fases B{, del sisterna rnostrado en la Fi-
gura 14.I, cuando eI reLé eetá polar'tzado con el voltaje entre las fa-
ses A-B y 8e encuentra ubicado en la subestación A. En este caso las
señales a cornparar serlan :
?7
Circub IHO
Corochr¡tf ico d¡ ogrrocidnporo follor dt¡boloncrodo¡
F lG.13 coroclerislico de operocion de un rcle fipo MHOcomdetomente polorizodo .
FlG.l4.l diogronn unifilor con punto de follo cn F
z¿
S1
sz
Kt vab
Vb" - lb" ZnL$ re )
Donde hacernos ZR = ZnL = Ajuste óhrnlco del relé-
Mediante la construcci6n de las redes de secuencia del sleterna de Ia
Figura 14.I y conectándolas en paralelo para representar adecuada-
mente la falla, se pueden calcular las expres ionee Para V.b, Vb" u
Ib. y posteriorrnente obtener gráficarnente Ia caracterlstica de operg
ción ( Figura I4.2 ).
Las expresiones para V"O, Vb..IO. se obtienen a partir de la Figu-
ra L4.2 y por el tratarniento con cornponentes sirnétricos, obtenernos:
(^z - a) zyti vab = El (t - ^z )
zyt + r.5 zsrvb. = Et(zst+ zyl)
r -úr (a2-a)-bc--rG;ñ;)
(zst+ zyt)
Reemplazando estas cantidades en las ecuacionee ( l8 ) se detérrni-
nan las expreslones para 51 f 52. Para obtener 100% de polarizaciín
se acoetumbra tornar K = I 16Oo. Por lo tar¡to :
(^ - ^z ) (zut +
[iiñii¿oolutonomt¡ da otddcnh
Degm übttotern
V3? (re)
?,9
sl=Et (rsr+zyy)Zst l- goo
Ztt
I r, Ltz
14.2 conex'ron de los redes de sccuenciopon¡ uno follo cnlre losfoses'tiyb'en F
i0
sz. = Et (," - "2 ) (zot- zu )- ( zst* z.-;-)
Multiplicando arnbas señales St y SZ por el valor (ZSt + Z7-¡ ) /
Et I . - ^Z )
no se afecta la fase relativa entre ellas :
sI' = zLL + ---3- zst I -¡oo2
SI'=Zyy*Zn2
SZ'=ZnL-ZLl
(zo)
Donde :
znz= E- zst | -:oo.z
Los vectores S1r y SZt están representados en la Figura 15, siendo
27.1 La irnpedancia entre el punto de ubicación del relé y La falla. La
zorta de operaclón del relé para una faLla desbalanceada, está confor
rnada por todos los puntot ZLI para los cuales el ángulo de fase 0 eg
tre 51 t y SZt sea -9Oo <g 4900; esta zotaa de operaci$n se encueg
tra delirnitada por una circunferencia y es lnostrada en la Figura 15.
L.3.7 Relé con caracterlstica pollgonal
Los relés con caracterlsticas de operación poligonal proporcionan
3I
Circulo
¡'e fLl +Z)12Ccoclrri¡lico
ro follordr¡bolonce odo¡
FlG.l5 corocterist¡co de un rele completomenlepolorizodo poro uno follo fose-fose
un elevado alcance para cubrir la resistencia de fa[a principalrnente
para llneas cortas, puesto que la posictón de La llnea de resistencia
puede ser ajustada en la caracterlstica de disparo. La caracterlsti-
ca de operación poligonal tlpica es rnostrada en la Figura 1ó.
La caracterlstica de disparo poligonal la conforrnan tres elernentos
de rnedida independientes que son :
- Elernento de rnedida de resistencia, para def lnir la Knea ? de La
Figura I 6.
- Elernento de rnedida de reactancla, para definir la Knea I de ta
Figura 16.
- Elernento direcclonal, para deflnir las llneas 3 de la Flgura 16.
I.3.7.1 Elernento de rnedida de reactancia
Determina eL aLcance de La caracterlstica en la dirección reactiva.
Para ello, efectúa una coñrparación de fase entre las siguientes se-
ñales :
sl = wLI
SZ = \'r-xLI( zr )
33
Orrccisrl
Zono J¡Oprrocidn
Roocloncio
FIGURA 16. corocterislico de operoción pol¡gonol
FIGURA 17. diogromo vectoriol del elemento de reoctoncio de un rele concorocteristico poligonol.
'1/:.
Siendo wL un valor caracterlstico deI reLé. El elemento de reactan-
cia opera cuando el ángulo de fase entre St y SZ excede 90o. En el
diagrarna vectorial de la Flgura l? se rnuestran las re[aclones para
una falla dentro de la zor.a de operación ( e > 90o ) y.l lfrnite de es-
ta zona es una lfnea recta o sea cuando 0 tiene la magnitud 90o exac-
tarnente.
L.3.7.2 Elernento de rnedida de resistencia
Def ine el 1[rnite del pollgono en
guirlo efecttla una cornparación
la dirección resistlva. Para conse -
de fase entre las siguientes señales :
sr wLI
AV - KIwLI(zz )
donde :
Kl
A
sz
operador equivalente a I
factor de arnplif lcación
l-+s
Se produce operaci6n del elernento de resistenc[a cuando eI ángulo
0 entre St y SZ es rnenor que 180o. EL diagrarna vectorlal de la Fi-
gura 18 rnuestra las relaciones para una falla dentro de la zona de
operactón. El llmite de la zona de operación es una lúrea recta, a
la derecha de la cual 0 torna valores rnayores que I80o. El relé dis-
pone de ajustes para alterar [a magnitud de Sr y Sz y por lo tanto es
35
Zoao d¡Oprrocidn
FIGURA 18. diogromo vecfor¡ol del elemento de resistencio deun rele con corocferisticopoligonol.
FIGURA f 9. diogromo yectoriol del elemento direccionol de un rele concoraterislicopoligono l.
3l ¡ 12ULI
3c
posible variar el'alcance en Ia dirección resistlva.
I.3."7.3 Elemento direccional
Efectúa una cornparación de fase entre las slguientes señales :
SI = l(2 wLl
s2 - v (23)
K2 - I l-¿oot¿
El comparador direcc ional opera cuando la rnagnitud del ángulo 0 es
menor que 75o. En el diagrarna vectorial de la Figura l9 se rnuestra
las relaciones para una falla dentro de la zorta de operación.
I.3.8 Relés con otras caracterlsticas
Existen otra serie de caracterlsticas de reLés de distancia que se ob
tienen al introducir rnodif icaciones adicionales a las caracterlsticas
ya mencionadas, o al cornbinar dos o rnás tipos. De hecho un ejern-
plo de ésto son los relés Mho rnodificado y poligonal.
De esta rnanera pueden obtenerse forrnas tales colno la de lente y tn-
rnate cuyas aplicaciones se hacen principalmente en las unidades de
zon'a 3 para evitar el traslape con Las irnpedancias de carga, en Ilneas
37
largas ( Ver Figura ZO ).
1.4 CRITERIOS GENERALES DE
DISTA NCIA
CALIBRACION PARA RELES DE
El cornportarniento de los relés de distancla se puede calificar en base
a dos parárnetros principalee :
1.4. I Exactitud en rnedida de alcances
Debernos recordar que las irnpedancias de las llneae de transrnisión
son proporcionales a su longitud yque se utiliza esta propiedad para
determinar la irnpedancia de la Llnea eh un punto dado, a partir de un
punto de medlda o rBelavlng Po,iFtrt. Sin ernbargo esta rnedida se hace
en base a lss corrientes y los voltajes del sisterna, tornados desde los
transforrnadores de rnedida. I¡, cofirparaci6n de estos dos valorea eE
al f inal la cantidad actuante o rrtorquett de salida del relé. La exacti-
tud en la medida se vé afectada entonces por la relación entre torques
de salida y cantldades de entrada. Bajo ciertos valores de voLtajes
de entrada la exactitud en la rnedida varla sobre lo especificado. Nor-
rnalrnente los fabricantes dan las curvas tlpicas para esta relación co
mo se muestra en Ia Figura 21.
38
zL,z2
LENTICULAR
FlG.20 corocte rislicos
TOMAT E
cspecioles
aa
aat!t
-oaa- aatt(,9O-(ta
ro0
loo
c0Yollio¡
F lG. 2I co rocter isf ico. defrifosicos.
olcorrce volto.¡e impedoncio poro follos
F!E-- -1 1
I lil'iwrutüc, tr . í!' 'r'tí+!'r ti1 .,{I l.i ,. t i'"tt"' . . -:,{
?c,
L.4.2 Tlernpo de operación
Este parárnetro se vé afectado por la posición de Ia falla y La rnagnitud
de la corriente de entrada, pues grandes corrientes cerca al punto de
rnedida ( ReLavine P_oint ) producen tiernpos cortos; pero corrientes pe-
quefias en los llrnites del alcance, producen tiernpos largos. En La Fi-
gura 22 se muestra una curva tlpica que relaciona los tiempos de ope-
rac[ón con La posición de ta fatla.
Esta incertidurnbre en la exactitud de trae rnedidas y los tlernpos de opg
ración, obliga a utillzar sisternas redundantes y esguernas un poco rnás
cornplejos, que comprenden la utilización de vari¿s Itzonastt de proteg
ci6n y La ayuda de los sisternas de cornunicación con canales de alta ve
Ioc idad.
Adlcionalrnente hernos supuesto que la resietencia óhrnica en el pgnto
de fálla es nula, lo cual no es cierto, pues siernpre existirá la resis-
tencia del arco que sumada a la posible resistencla de tierra para aL-
gunos tipos de falla, introducen errores que hacen neceaarla su corn-
pensac ión.
40
2s 17
-: -Zut
o70o€C)rloao'E co
zI
co'- ¡loooo3¡ooao 20CIE.:FIO
FlG.22 posicion de lo follo ./o dc o¡uste del rele
o
4I
I. 5 RECOMENDACIONES GENERALES DE CALIBRACION PARA
RELES DE DISTANCIA DE TRES ZONAS
I. 5. I Zona I
Se aconeeja calibrar con un alcance rnáxirno de La llnea evitando sobre
alcances, es decir, que en ningún caso esta' zona opere Para fallas ocg
rridas fuera de Ia llnea a proteger. Ncrmalmente se escogen valores
entre el 80% y eL gOTo de la irnpedancia de la LÚ:ea protegida, para rnl-
nirnizar los errores introducldos por :
- Trans itor ios de corr ientes
- [:exactitudes de Los transformadores de rnedida
- Valores poco exactos de irnpedancias de llnea.
En cuanto al tiernpo de operación, escogelnos el rnfnirno posible, Pueg
to que desearnos un deepeje ultrarápldo Para evitar daños al equipo,
por lo tanto se ajusta con tiernpo cero' es decir, sln retardo intencig
nal. De todas forrnas el relé tendrá su tiernpo de operac ión propio, el
cr:al f luctrla en los rnodeLos exlstentes entre 20 y 40 rnil'isegundos.
I.5.2 Zona 2
Se consldera que esta zorta debe garantizar el despeje de fallas ocurr[-
4Z
das entre eL t0% y eL 20lo del trarno de llnea no protegida lnr la zona L,
sin perder [a selectividad con respecto a las llneas adyacentes.
Por esto se aconseja darle a La zona 2 un cubrirniento sobre [a totalidad
de la llnea a proteger, más un 50% de la llnea slguiente rnás cort". Se
escoge ael para mantener La discrlrninación necesar[a con los relés
propios de la sigulente Ilnea. Además se debe revisar que Los subalcag
ces producidos por lae contribuciones de otras llneas durante una falla,
no irnpldan a[ reIé rrverrt por lo menos la totalidad de la Llnea.
El tiernpo de operaci6n para esta zona 2 se calcula teniendo en cuenta
criter ios de selectividad.
Esto s ignif ica gue una fal.la en llneas adyacentes debe ser aclarada por
las protecciones propias de esas lfneas y no Por La zona 2 de La llnea
que estarnos protegiendo. Entonces considerarnos los siguientes pará-
rnetro s :
de
de
A
B
tiempo
tiempo
te
operación deL interruPtor
dlscrirnlnación con La zona I de la llnea adyacen-
La surna de A * B nos dará el tiernpo rnúrimo al cual debernos calibrar
teniendo en cuenta un factor de eeguridad adicional. EL tiernpo rnáxirno
43
Lo dará el eetudio de estabilidad del ststerna, el cual nos proporciona
lnformación eobre ta habitidad del eistema Para soportar fallas sin
pérdida d.e sincronisrno ni daño a Los equipos. Va[ores tlpicos para eg
tos ajustes serlan entre 300 y 500 rnilisegundos (Ver Figuras n y ZA).
Es irnportante aclarar que tanto Ia zona I corno
ción principal de la llnea en este esquema y que
ción de respaldo para Las llneas adyacentes.
la
Ia
zorta 2 son Ia proteg
zor:a 3 es protec -
terrninal
l. 5. 3 Zona 3
Esta sirve corno respaldo a las protecciones de lae lfneas adyacentes.
Norrnalrnente se [e llama unidad de arranque y es la que tiene eL al -
cance rnás arnplio, en casi todos Los esquernas de este tipo.
Et rnlnirno alcance recornendado para esta zona es la surrra de las irn-
pedancias de llnea, as( z
ZB -C = irnpedancia de la lÍnea Proteglda con eL relé
26 - G = irnpedancia de la lÚrea adyacente rnás larga
26 - J = irnpedancLa de La Llnea que eale de La subestaclón
de llnea Zb (Yer Figura 25 )
Alcance 23 = Zn-C * ZCC + 0. 25 ZG-J
44
(24 )
l¡l¡
Tl¡nto -l InlrrruptcrTlrngo t|r li¡crl¡ln¡cloa on rúo I l¡ lln¡o ¡dlocof ¡
?.r
I
l2 r A*8* Foctor rtguridodA¡urfr le tirmpor dc zono 2
FlG.23 coordinoción deticmpos dezono 2 ccrlo zono ldel rcle odyocente
FlG.24 diogromo de tiempos y olcoric€s poro onolisis de coord¡nocicin
It
/t \,
zt
z2
FlG.25 pruebo grofico poro chequeor olconces de zono
Para este cálculo se debe garantizar que La zona 3 no rtveail fallas o-
curridas en las subestaciones de baja tensión conectadas a través de
transforrnadores, pues se perderá selectividad. Aqu[ entra a jugar el
criterio de alcance rnáximo, el cual aconseja que se proteja en respal
do rernoto a la subestaclón adyacente, en caao de no operación de las
protecciones o del interruptor, de la llnea rnás larga que parta de esa
subestación. Respecto a la Flgura 25 que hernos tornado corno ejernpLo,
dirlamos que la llnea CG debe ser protegida remotarnente desde la sub
estación B. Corno es posible que en algunos sisternas qlue poseen llneas
rnuy cortas seguidas de lfneas rnuy largas, este criterio sea inaplica-
ble, se pasará a discrirninar utillzando [os ajustes en tiernpos de ope-
rac ión.
Otra lirnltante muy irnportante para el ajuste de La zona 3, especialrnen
te para llneas rnuy largas, es la cercan[a del punto de carga norrnal de
la LÍnea en los Llrnltes del alcance deseado, puesto que una situaci6n
de carga norrnal podrla hacer que el relé arrancara. Adicionaknente
esto lrnpedirá ajustar el relé dertPower S¡¿iqgtt que poseen casi todos
estos esqluenras, dando una situación rnás peligrosa que serla la inhi-
bición perrrranente del relé por un acercarniento de la caracterlstica
del t'PswEr_Egi4err aI punto de carga norrnal ( Ver Figuras ?6 y ?7 ).
En concLusión, cualquier ajuste de zona 3 debe tener en cuenta todas
estas lirnitantes y aplicar el criterio rnás convenlente a cada caeo en
47
22Iztl
FlG. 26 o¡ustes de zono 3 chequeo operofivo
8?'$t?iqt'"
Unidd ó orronqut
Crcfcri¡lico ó lo ccgo
Corocleri¡ticoül rdr dr Uoquopor ccibcioncs depof cncio
FlG.27 corocterisilco del power swing cm oprecbcion de lo caocteristicode corgo
Follo C
tit
partic ula r.
1.5.4 A juste de Ios tiernpos
Para el ajuste de los tlempos debemos dlsponer ante todo del estudio
de estabilldad y de los lfrnites térrnicos de los equipos principales de
la subeetacl6n. El criterio de estabilidad nos lirnitará el tiernpo rnlni-
rno si querernos proteger el sisterna contra pérdidas de sincronisrno.
si es más irnportante proteger el equipo que el sieterna, se escogerá eL
tiernpo de acuerdo al llrnite térrnico de los equipoe más crlticos.
En la práctica, la segunda condición rnuy pocas veces se tiene en cuen
ta, pues se supone que los equipos vienen diseñados para soportar las
corrientes de falla rnáxirnas sin verse afectados gravernente. Por [o
tanto se utiliza más el criterio de la estabilidad det slsterna.
usualrnente la zorr'a 3 es del tipo o,ffset_Mtlgr , lo cual perrnite un ajus-
te hacia ttatráerren sentido contrarlo a la dirección de la lfnea. Estos
ajustes son un porcentaje del alcance hacia adelante y Ios valores tlpj
cos son entre 0% y 20%.
Esta caracterlstica perrnite utilizar La zor.a 3 como respaldo a la pro-
tección de barras en la subestación. Se aconseja en este caso un ajus-
te del 10% en alcance y el rnismo tiempo que corno reepaldo rernoto.
49
Otra utilización que se le dá a La zona 3 es como arrancadora de seña-
les de telecornunicación en esquemas de bloqueo.
- I.5.5 Powef ,Swjne
Los ajustes para este re[é serán siernpre rnayores qlue los ueados en
La zona 3. Sus llrnites serán asl:
Alcance rnúrirno : rnayor que alcance zona 3
Alcance rnázirno : rnenor que la zona de carga norrnal de [a llnea.
Algunos fabricantes dan un valor fijo aI ajuste del po¡¿g+;Srving inheren
te al ajuste de la zor:,a 3. Es decir : al ajustar La zona 3 inrnediatarnen-
te queda definido el de la caracterlstica de osciLaci6n de potencia. Nor-
rnalrnente se calibra entre ro% y 20{o superior a zona 3, pues el equipo
dá libertad para hacer los ajustes.
EI tiernpo de enganche de estos relés es instantáneo teóricarnente, ya
que su función está lntlrnamente ligada a La zona 3, para inhibir La opg
raci6n en caso de oscilaciones de potencia. Es neceɡario aclarar que
es diferente el tiernpo de enganche que el de discrirninación. Eete úl.q!
mo es el ernpleado por la caracterlstica de una oecilación en viajar
desde el power swlns hasta La zona 3 y es inherente aL slsterna escoqi
do signif icando que no se puede ajustar. Viene prevLarnente definido
50
( Ver Figuras 26 y 27 ).
I.6 T'ACTORES QUE AF'ECTAN LOS ALCANCES DE I.OS RELES DE
DISTA NCIA
También es importante considerar dos factores qlue afectan loe alcan -
ces de los relés de distancia, producidos por la configuración de [a red,
siendo estos :
I.6. I Llneas con rnás de dos terrninales
El problenra principal es el subalcance, producido por las alirnentacig
nes interrnedlias, Io cual obliga el uso de sisternas de cornunicación de
alta velocidad para garantLzar la seguridad. Esto irnplica el uso de ca-
nales PLC, que tarnbién signif ican altos costos y problernas en la dis-
trlbuci6n de frecuencias. Además la conexión en T, introduce un efec-
to de atenuación para la señal de cornunicación que compllca la solu -
ción para sisternae perrnisiyos. En estos casos se aconseja utilizar
esquerrras de bloqueo siendo su lóglca rnás sencilla.
1.6.2 Llneas paralelas
El problerna del subalcance pers iste, pero únicarnente para Las zonas
2 y 3, pudiéndose calcular e[ porcentaje de subalcance con [a fórmula
5l
s iguiente :
Subalcance =
( Ver Figura
Corr lente de falla en llnea paralela x frnpedanc i¡a de laKnea ad ente, inclulda en la zor:'a de protecc ión
Gorriente total de falla(2s )
z8)
Corno en la tnayorla de loe casos Ia irnpedancia de las llneas paralelas
es igual z ZA= Z,^referldo a ta Figura 28Lae corrientes que alirnentan
fallas externas a la llnea son lguales Por cada c ircuito paralelo, IA =
Ir. Podernos obtener de la fórrnula anterior el ¡rorcentaje de subalcan-
ce, asl:
Porcentaje de subalcance = @Alcance calibrado
(26 )
Este fenórneno introduce un factor adicional cuando se ajustan Ios alcag
ces de Las zonas 2 y 3, que debe ser tenido en cuenta corno criterlo res
tr ictlvo.
1.7 INT'LUENCIA DE LAS INDUCTANCIAS MUTUTAS PARA EL
AJUSTE DE I€S ALCANCES DE ZONAS 2 Y 3
Para llneas paralelas se tiene otro fenórneno que induce al relé a sobrg
alcances o a subalcancea y es el producido por lae inductancias mutuas.
Las irnpedancias de secuencias positiva y negativa son desprecLables
5?.
A(,
Punfo&
onolis¡s
L¡'Io A
x
L ocoli zoc i o ndcl Rele.
ef ectos de los inductoncios mutuos por follos o tierro
Mcdido
de olconces en coso de linos
Aluslc drl Rclc = ZA*7CAlconcc rcol rl¡bido o lo lincoporolclo = ZA+XZC
porolelosFIGURA 28.
FIGURA 29
*)
:3
en los cálculos pero las de secuenc ia cero tienen un efecto irnportag
te en el caso de circuitos con acople magnético rnutuo.
Estos fenórnenos han sido analizados por las casas fabricantes de re
lés, para tres condiciones diferentes :
1.7. I Fallas a tierra en [a llnea protegida
En este caso el cornportarnlento del relé en r¡n extrerno ee tender al
subalcance y en el extrerno opueeto es tender al sobrealcance ( Ver
Figura 29 ). Algunos fabricantes comPensan este efecto inyectando
al relé un porcentaje de la corriente de secuencia cero extralda del
circuito paralelo. Sin ernbargo, en sentldo práctico esto no es necg
sario, puesto que eL objetivo perseguido es la aclaración rápida de
la falla en arnbos extrernos, lográndose ésto con el ueo de esquernas
de aceleración y con el trabajo efectuado entre las zonas I de los dos
extrernog.
1.7.2 Fallas a tlerra en llnea paralela
Puede ocurrir que haya sobrealcances de Ia zor:.a I del reIé deI circui-
to B, para fallas en el circuito A, cuando eI relé posee cornpensaci6n
mutua. En este caso no se recornienda utilizar esta facilidad.
54
I.7.3 Operación en circuito sencillo
Los relés del circuito que perrnanece en servlcio func[onan correcta -
mente a menos que el circuito adyacente sea puesto a tlerra en ambos
extrernos. En estos casos los relés tienden al soorealcance especial -
rnente cuando el sisterna está aterrizado detrás deI relé y no hay genE
ración en este extrerno. Por tanto se debe tener especial cuidado aL ha
cer Los ajustes de zona I utllizando el criterio de reduci.r su alcance
cuando esta sltuación tienda al rnáximo. Si hay generaclón en arnbos ex
trernos el problerna se reduce aI rnlnirno. Se aconseja utllizar las fó¿
rnulas de éálculo proporcionadas en [a literatura de los fabricantes, al
hac er los correspond ientes ajustes.
Cornplernentando lo anterior, el uso de l,os rnodernos sisternas de co-
rnunicación con canales independientes y veloces para cada llnea de
transrnis ión, s irnplif ica eL problema de la coordlnación tanto en tier¡r
pos como en alcances. Graci¿s a esto podemos utilizar Los esqluernas
llamados de aceleraci.ón y de bl,,oqueo, asociándoLos a los relés de dis
tanc i¿. Esto nos perrnite :
- Evitar sLtuaciones de inestaoilidad para fallas ocurrldas con tiem -
po de zona 2.
- Utiltzar rec ierres autornáticos de alta velocldad pues se consigue
55
apertura sirnultánea en los extremos, f.ac i.lltando [a extlnción del arco.
Podernos visualizar entonces que eL mejor esquema serla el que cornbi
ne Las ventajas de La protecci6n distanc'ra por zonas y la rapidez de Ios
canales de cornun icac ión.
r.8 CRITERIOS DE CA LIBRACION
UTILIZADOS
E'N LOS ESQUEMAS MAS
t. 8. I Dlsparo transfer ldo
En esta rnodalidad un contacto
clones, eL cual envla una señal
zor.a I opera el equlpo de cornunica
extrerno rernoto.
de
aL
Referidos a [a Figura 30, vernos que en el circuito de disparo un con-
tacto del relé que recibe [a señal de Ia zona I rernota, actúa directa -
rnente soDre el relé de disparo, producLendo apertura deL lnterruptor.
Su desventaja consiste en que cualquier trruidorro desperfecto en eI sig
terna de comunicac'rones opera el interruptor sin que exieta falla. Pa-
ra evitarlo, se puede adicionar en el circuito de control una supervi -
sión de La zona 3 por rnedio de un contacto que dá rrperrnisorra los die
paros ordenados por el extrerno rernoto. Este arreglo se denornina
rrd lsparo perrnis ivo en subalcancerr.
5b
ÉcoEosE;.
oJoüoE5r, ¡a!taa¡€G
C'o(,oL
EICrtaa€ocot
¡oo-os.oLcl-J'
CIt
o!t
ooa.2oa€Ito.:(J
(\,N
6N
oIG,¡¡llt(tqcFoÉdo6
o
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5setgsÉsCir
loftsooa,¡.:co
aco¡a
rt€
ao
-tÉ.!GO
aa
tox
t¡a
57
Si. el ststerna de comunicaci6n falla, sirnplernente actúa corno un sis
terna convenclonal de dLstancla ( Ver Figura 31 )'
otra pos ibl[idad serla la denominada rrdisparo Permis ivo en sobrealcan
cetr, mostrada en la Flgura 32 donde La zona I no existe y la zona 2 se
utlliza para envlar [a señar al extrerno rernoto acelerando el dleparo'
Los criterlos de ajuste tanto en
arreglo particular; sin embargo
rnente para relés de distanc i;a
tiempo como en alcance dependen deI
son válidos los aconsejados anterlor -
1.8.2 Acelenación
Utllizado en la rrrayorla de las llneas actuales La zona I de un extre-
mo envla señal al extremo opuesto con el f in de I'aceLerarrrel disparo
de la zorra z evltando asl la ternPor izaci'n intencional. Para disparar
el interruptor con el alcance de zona ?, pero con tlernpo rebajado, se
necesitan las dce condiciones previstas en la Lógica : que Ia falla eeté
en el alcance de la zo::ra 2 y que se'rec lba [a señal del extrerno rerno-
to ( Ver Figura 33 )
Aunque no es tan rápido como eL anterLor puesto que incluye los tierg
pos del canal y los del propio relé para ampllar su rango a zona 2, se
consldera un sisterna seguro Por su redundancla, Pues aunque falle en
58
Rrlc dcdir poro
Colocto rc¡c dC rcepcbn
Trmpori zodorr r
Rclc ü olorgucdc zono
FlG. 31. d itporo pcrmi 3¡vo con sub olconce
ffimo d? lkrjdc'\n
fhom irhl't'rxo
?'2t
-x+x-x+x¡
X+Xc
X+X-72t
ZltCARACTERISTICAS - DISTANCIA POR ZONAS
, Confoclo) ¡tla
/' ¡tqcióa
CIRCUITO DE DISPARO
Relc dcdirporo
Al lcrminol remofo
ARREE¡ tEL C[{AL D€ SEÑALIZACIOI.¡
FlG.32 disporo permis¡vo con sobreolconce.
c!
Tcmporizodor r r
l!¡l,2t
_X-X
Zl'CARACTERISTICAS TIETPO-DTSTANCIA FOR ZONAS
z3T
Iz3
z2t
CIRCUITO D€ DISPARO
ARREGLO DEL CANAL
FIG-33.disporo
oclo rrlc rrccpción
DE SENALIZACION
con ocelerocion
Rrlr ó¡dirgoro
Relc dc olorguede zono
-1-I
RR
Trnporizodorrr
-lUI
A I I crmi no I rc molo
aceleración, la apertura se Logtart en tiemPo de zona 2. Su principal
desventaja es la dependencia deL canal de comunicación para los disp¿
ros veloces.
1.8.3 Bloqueo
Contrario a los dos anteriores, en este esquerna la señal de cornunica-
clón no acelera sino que bloquea. De acuerdo a Las Flguras 34 y 35 los
relés de cada extrerno Poseen unldades de arranqué separadas, gue rnl
ran hacia atrás y manejan el equipo de comunicaciones : sl una falla o-
curre en la llnea protegida, las zonaa I dan orden de dleparo lnstantá-
neo. Para fallas fuera del alcance de zor,a I opera ta lóglca de bloqueo
que dispone un contacto norrnaknente cerrado en el carnino de disparo
de las unidades de arranque instantáneo por zona 3 haciia adelante. Al
no recibir señal de bloqueo, la orden de apertura Pasa al relé de dlspa
ro. Es decir que fallas internas a la lfnea son clarificadas instantáne¿
rnente y sirnultáneamente en arnbos extrernos, sin introducir las U"ttl
ras inherentes al canal. Fallae externas deberán esperar el tiernpo de
zona 2 6 3 pues la zoraa reversa dará orden a[ relé que rec ibe la señal
para abrir el contacto que dá carnino a disparos instantáneos.
Los criterlos generales sobre calibración de alcances y tiernpos de zg
nas 1, 2 y 3 haci;a adelante son los rnisrnos enunciadoe anteriorrnente.
I-o único nuevo para añadi.r es el ciiterio de ajuste de La zona reversa
6Z
Zl¡
Zl'CARAC TERIST]CAS TIEI'PO-D]STANCIA POR ZONAS
zrlz2
CIRCUITO D€ DISPARO
Z2t
R ¡ lr deDitporo
rrlt rtcrpcio n
Trmporizodorr¡
oI .t f*-----,,--ffil
Al lcrminol r.rnol o
ARREGLO D€L CANAL
FlG.34 esque
D€ SENALIZACION
mo de bloqueo
'o3
l--
FlG.35 csquemo de bloqueo en lineos dc 3 terminoles
5t'
Esta debe caLibraree con un valor Inayor al de La zona 3 del extremo
rernoto con elf in de evitar disparos veloces a fallas vietas por la zo-
na 3 y no detectadas por La zoraa reversa y por lo tanto no bloqueadae.
Para comparar los esquernas enunciados ante9, suPOnernos que siern-
pre desearnoa recierres autornáticos de alta velocidad, adernás del a-
nálisis dependerá de ta red en particular, puesto que las condiciones
varlan arnpliarnente de un caao a otro.
T.g CRITERIOS PARTICULARES DE ACUERDO AL ESQUEMA
VTT.LLZADO Y COORDINACION CON LOS RELES
PRINCIPALES Y DE RESPALDO
tricialrnente, Los consultores aconsejaban que se discrirninara La prg
tección de Ias llneas entre principal y respaldo. EL pensamiento bási
co consideraba que La principal debía aclarar las fallag en eI rrrenor
tlempo y de r:na forrna selectiva. El respaldo deberla garantizar La
I'Llrnpiezartdel sisterna en caso de rnala operación del reLé principal,
pero con un tiernpo mayor, tratando de conservar [a selectivldad. En
este crlterlo se buecaba rnás la protección aL equlpo contra daños cag
sados por Los efectos térrnicos de las corrientes que la rnisrna esta -
bilidad deI sisterna. Con eL correr del tiernpo y el desarrollo de nue-
vas tecnologlas rnás conf lab[es y veloces, fué obligatorio eL carnblo
de criterio. Es rnás lrnportante rnantener el sisterna estable para cua-!
65
quier contlngencia, que las consideraciones especiales sobre cualquler
equipo. I-ógicarnente se exige rnás de loe sisternas de protección en
cuanto a velocidad, discrirninación, sEnsitividad y selectividad. Afor-
tunadarnente loe fabricantes ofrecen una arnplia variedad en slsternas
que garantizan los requerirnientos bás lcos.
Según la filosof Ía particular de cada esquema a rrranera de ejernplo va-
rnog a considerar cuatro casos :
1.9.1 Caso I : Protección princlpal con relé de distancia de 3 zonas.
Pow-er.9wir?g y esquelna de aceleración por onda portadora.
Offset para La zona 3
Teniendo protección de respaldo con relés de sobrecorriente no dLrec-
cionales, p€rfá faLlas entre fases y direccional de sobrecorrlente con
polarizaciín en voltaje, para fallas a tierra ( Ver Figura 36 ).
Los criterios expuestos anteriorrnente para el relé de distancla son
váIidos en este ejernplo. Corno Las zonae I y 2 asociadas con los cang
Les de cornunlcación forrnan la protección principal, a estas les otor-
gan'ros la rnáxirna velocidad y la mayor selectividad. Ios ajustes se g
fectúan asl ¡
Zona I : Alcance 80% sin retardo intencücnal en tiernpo.
66
F'Prol¡ ccion borro¡
AN. 8N. C N
AB-BC-CA3 Zono¡
FIG.S diogromo generol de coneriones poro TC y T.Pen protccciones de lineo.
21
l"l Tr-+fffrnm TSTJ
XEOIDA
5r 3 Fo¡r¡
NSTRLnrENTOS
N67
¿7
Zona 2 z Alcance det 100% de la llnea protegida rnás el 50% de la si
guiente más corta.
La zo¡1a 2 act(u¡a en el esquerrra de aceleración, lo que hace que fallae ig
ternas a la lfnea sean clarificadas casi sirnuLtánearnente en arnbos ex -
temos. El retardo producido por el equipo de cornunicaciones es del or
den de 25 mllisegundos.
Para escoger el tiernpo de zona 2 se siguen los criterios generales el!
puestos anteriorrnente. Se surnan todos Los retardos debidos al equipo.
Dando en general :
T2 =TalT¡*T"*Ta*Tu*T¡
Siendo :
Ta = tiernPo relé PrinciPal
Tg = Tiempo relés auxiliares ( extrerno rernoto )
Tc - tiernpo lnterruptor ( extrerno rernoto )
T¿ = tiernPo canal de cornunicac ión
Te = tiernpo relés auxiliares ( locat )
T¡ = tiempo interruPtor ( local )
(27 )
Para el ajuste del ternporizador de zona 2 Los Pasos a seguir se enuncia
ron en el párrafo anterior, con referencia a las Figuras 23 y 24. Ac -
tualrnente se usan 400 rnilisegundos.
68
Zona 3 : I-os relée de respaldo en este
direccionales deben operar cuando por
cipal. No se considera en este ejernplo
disparo ni del interruptor.
Para calibrar los relés
paldo del sietema antes
sisterna ( sobrecorriente ) no
alguna raz6n falle el relé prin-
La posible falla del circuito de
En la rnayorla de nuestras subestaciones se utiliza el respaldo remoto
para fal&as en interruptores. Estos últimos pueden fallar debido a :
Pérdida del sisterna de corriente contlnua.
Bobina de disparo abierta.
Boblna de disparo en corto circuito.
Falla rnecánica u oleoneurnátlca del engranaje de disparo.
Falla en [os contactos princlpales del interruptor.
Corno la primera causa podrla ser cornún a toda la subeetación, se des
peja rernotarnente en las subestaciones adyacentes. Eeta función se lo-
gra con las zonas 3 de los relés de distanci;a. Debido a esto se aconse-
ja cubrir con las zonas 3las lfneas rnás largas saliendo de la subesta-
c ión rernota.
I.9.1.1 Ajuste de la protección de reapaldo
de sobrecorriente de faees y tierra corno res-
expuesto se usan criterios un poco diferentes
69
de los utll'rzados en redes de baja teneión, estos son:
- Seguridad en respaldo
- Coordinación con protección principal
- Selectividad con llneas adyacentes
- Conocer loe lfrnites de operacLún perrnitidos por el sistema ( sobre-
cargas o capacidad térrnica de equipos ).
- Corrientes de corto circuito rnáxirnas y rnlnirnas
- Lfrnites de estabilidad para conocer loe tiernpos deseados de opera-
c ión
- Condiciones del despacho de carga
- Topologla de la red
La caracterlstica de operación de los relés de sobrecorriente utiliza-
dos en nuestro sisterna para respaldo, es la [amada rttiernpo inversorl
y rnostrada en la Figura 37.
Los direcclonales utilizan una señal de.voltaje obtenida en los trans -
formadores de tensión, con-ro parárnetro para la polarización. Aslob
tlenen la caracterlstica direccional que se adiciona a la unidad de so-
brecorriente, siendo esta tarnblén de tiernpo inverso. En la Figura 38
se rnuestran Ios diversos dlagramas de conexión.
Es de anotar que la conexidn tipo delta abierta no debe producir voltaje
70
rotaIa
I1
¡
aoI3tOttCo
-6(,eto€I.zF
tt.c
I
o.t
I
2
r.3
I
o.a
F tG. 37
uaoaTacrotttet!|.toCorrirnf. d. oprrocidn
(Xultiplor ótt oJu!f. .¡cogido poro lo clovi¡o )
curvos corocterisl¡cos poro rcle de tiempo inverso.
T ronformodordc cor,.itnlc
T ronrf orrmd o rdr vollo¡e
Contoctos ó dirps¡e
Diogromo .¡quG -molico óc corpxionporo rclos dc¡cfcpolorizodos conYoltoJG. I
II]|
Co ncxion d cl I o
ob¡Grlo.FlG.38. refe de sobrecorriente direccionol
AJUSTES D€LI'',LTIPLICADOf,D€ TIETFO.
7i
en sus terrninales para sisternas balanceados. La señal aparece espe-
c'talrnente en desbalances prodrrcidos por fallas
7.9 .I. Z Cons blerac iones generales para el ajuste
La mayor[a de loe aná[isis de coordinación en relée de sobrecorriente
se lirnitan aL ca6o de llneas radiales con uno o dos puntos de generaclón
solarnente. E[ anállsls para sistemas enrnallados en los cuales hay a-
portes de generación en casi todos los barrajes, se hace rnás cornpli-
cado, obligando al uso del cornputador para obtener un abanico de posj
bilidades en ajustes, escogiendo para cada re[é analizado el rnás convg
niente.
En un sisterna hidrotérrnico donde loe despachos de generac[ón varlan
estacionaLrnente, ocurre a rnenudo que Ia generación básica se concen
tra en dos áreas, sornetiendo algunas de las lúleae a cargas m¿*irr.l
y arfn a sobrecargas por cortos perlodoe de tiernpo. Estoe cambios eg
tacionales arrleritan en rnuchos casos un carnblo de ajustes en los re -
lés de sobrecorriente para adecuarlos a las condic iones operatlvas del
sistema. También el contlnuo crecirniento y desarrollo de La red nos
introduce carnbios en la topologla de ésta, que hacen variar los nive -
les de corto circuito y por consigulente los ajustes de los relés. En
conclusión, una calibración para re[és de sobrecorriente no debe ser
72
estática sino dinámlca, siendo responsabilidad del ingeniero de rnante
nirn iento preveer perrrlanenternente estae rnodif icac iones .
La selectividad cornpleta en este caso es rnuy diflcil de conseguir, sln
ernbargo el criterlo que prevalece es el de la seguridad. Es más irnpot
tante estar seguros que eL relé opere, por lo que la eelectividad es se-
cundaria.
Afortunadarnente en Ia práctica
gados por lae llneas a una falla
corno el nuestro segrln se vé en
dos hasta el rnomento.
[os aportes rnisrnos de corriente entre-
dada, son selectivos para un s isterna
los estudios de corto circuito efectua-
I.9.1.3 Ajuste de las corrientes de arranque
La red del sisterna a prot€ger debe estar puesta a tierra sóI[darnente
a través de los neutros en los autotransforrnadores de potencia, para
gatantizar un buen nivel de corrientes de corto circuito aún en condi-
ciones de generación rn[nirna, aurque de todas rnaneras se aconseja
cornParar la corriente rnlnima de falla contra la corriente de rnáxirna
carga, para ser selectivos en los ajustes de corrlentes de arranque.
En térrninos generales se calibrarár. lag corrientes de arranque en fun
ción de las corrientes de corto circuito o falla, sin pensar en los valo-
73
res norninales de los equipos
tendrán en cuenta únicarnente
asoc iados Estos
con propósitoe de
valores norninales se
chequeo.
Para deterrninar el ajuste deseado en tiern¡ros, nos rernitirnos a la cur
va caracterletica deL relé, donde notarnos que eI tiernpo rnlnlrno se ob-
tiene eon corrientes altas. Corno el ajuste de corriente de arranque ya
se ha def inido, Ias curvas tiernpo/corriente se dán corro rnrlltiplos de
esa corriente.
lniciarnos los cálculos para def inll el ajuste de lros tiernpos inveetlgan-
do prirnero qué tiernpo puede soportar el sistema una falla sin causar
pérdida de establlidad. Recurrirnos entonces al estudio de estabilldad,
el cual nos debe proporclonar lnforrnación completa para cualquier cla
se de contingencia en un sector caaLqulera del sistema.
Se asurnen pref eriblernente las condlciones rnás crfticas, 
En llneas radiales se utiliza la expresión siguiente :
Tx
Donde :
Tx
T1
T2
Fi
FS
= TI * Tz + F i + FS (?s)
tiempo deseado o buscado
tiernpo de operación del relé adyacente
tiernpo de operación del interruptor adyacente
factor inerciaI deI relé, producido por el !rsobreglrot' en
relés electrornecániios
factor de seguridad
I-os factores T t y TZ en slsternas enmalladoe no orientan rnucho, pueg
to que en [a subestación adyacente siernpre existirá rnás de una Ilnea,
con aportes al corto. Esta eituación hace inaplicable la fórrnula corn -
pleta, la cual sóIo eervirá corno chequeo posterior al ajuste. EI factor
inercial slernpre se debe tetrer en cuenta y generaknente es surninis -
trado por el fabricante.
NOTA : A los relés de estado sólido no se les considera este factor
pues no existe, desde el punto de vista práctico.
Concluyendo, el tiernpo deseado de operación se obtiene del estudio de
estabilidad o en su defecto de los [[mites térrnicos de los equipos prin-
cipales y su habilidad para soportar altas corrientes sin deteri,orarse.
75
Establecido este tiernpo, se obtiene del estudio de corto [a corriente
máxirna de falla.
Utilizando las siguientes expresiones, se pueden calcular los ajustee
requeridos en corrlentes y tiernpo.
PsM =- b-. (ze )I4¡¡¡¡gTC
Siendo :
PSM = rnrlltiplo de Ia corriente ajustada ( Ptug setting rnultiplier )
Ip = corriente prirnaria en arnperios
I¿n = ajuste escogido para eI tap ( en corriente ) para corrientes
de arranque
NTC = relación del transformador de corriente
Con este valor obtenido para eI PSM, se busca en la curva caracterls
tica del relé dada por eL fabricante. Usualrnente ae torna La curva de
MT = I ( rnultiplicador de tiernpo ). Atlf obtenernos un tiernpo To du g.
peración para esa cuvva. Finalrnente el ajuste de tiernpo [o dará [a e¿
pres ión :
Mr=TdTo
(go )
Siendo :
tó
T¿
To
MT
tiempo deseado
tiernpo obtenido de la curva
rnultipLicador de tiernpo
Normalrnente después de hacer los cálculos se chequean los valores pe,
ra asegurar [a correcta operación.
Este rnétodo es válido para lcs relés de fase y de tierra, con la exceP-
ción del cálculo de la corriente de arrangue ( pick - up ) uo los relés
de tierra. En este caso los valores de falla rnlnlrna se multlplican por
elfactor 0.5, puesto que en condiciones norrnales el sisterna es balan-
ceado y las tres fases tienen corrientes iguales desplazadas I20o entre
slt Por lo tanto la corriente de tierra es cero. Esto nos permite rrafi-
narrrel ajuste de los relés de falla a tierra. I-a, parte correspondiente
a Ia direccionalidad no necesita ajustes. Unicarnente se debe hacer Ia
prueba de direccionalidad bajo carga.
Independiente de Io anterior, se aconseja que los tiernpoe de aclaración
de fallasr por rnedio de los relés de sobrecorriente, nunca sean mayo-
res a los tiernpos de zorta 3 de las subestaclones adyacentes. Esto con
eI f in de garantizar el despeje de las fallas con los interruptores pro-
pios de la lfnea y no con los de las lfneas adyacentee. En eL estado ac-
tual, se desean tiempos de operación entre 400 y 800 rnillsegundos pa-
ra los relés de respaldo.
77
La zona 3 reversa se usa tarnbién corno reepaldo a La protección de ba-
rras de la subestación donde esté situado el relé. Esto garantiza un tle4g
po de aclaración rnáxirno igr:al al de La zona 3. Adernás se podrla, rne -
diante canales de cornunlcación, acelerar La zona 2 de todas las lúreas
de lLegada en 6u extrerno rernoto. (Ver Figura 39 ). Aelse conetituye un
sistema de respal.do para daños en interruptores ( Ver Figura 40 ).
I.9.2 Caso 2 z Protección princlpal con relé de distancia de una sola
zot:ra con sistema de teLeprotección, en el esquerrra de disparo
perrn is ivo en sobrealcance
Teniendo coñro protección de respaldo relé de distancia de dos zonas y
canal de comunicación ( Ver Figura 46 ).
Es el caso tlplco de protecctón duplicada que proporciona tiernpos rápi-
dos de despeje ya sea en princlpal o en respaldo. El principal tiene Ia
grave desventaja que poseen todos los esquemas perrnieivoe de sobreal
cance: dependencia del canal de comunicación. Cualquier falla en el ca-
nal de cornunicación inhibe los disparos. Aslrnisrno, fallas cercanas
sobre llneae adyacentes y que afecten el canal de cornunicación, pueden
producir dieparos indeseados. La práctica cornún es ajustar La zona a
un valor de irnpedancia gue cubra La totalidad de la lfnea rnás un valor
entre 20To y 50Tode la siguiente llnea rnás corta. Debe chequearse que
no haya subalcances si hay lú:eas paralelas.
78
DIAGR ATTA NRA TRANSFORMADORE S
FlG.39 respoldo poro lo prolcccion
zPtA, __.,
A
fx
I-'JF
F lG 40 utilizocion de lofollo en borros
DqGRATiA PARA LINEAS
de bo rro s
IZZ (c ) r
zono 2 ocelerodo, como respoldo rernoto ono o cloro do .
()
La proteccidn de respaldo con relé de distancia nos proporciona altas
velocidades de aclaración y selecti.vidad sirnilar a La protección prin-
c ipal.
Sin ernbargo requiere de instalac lones rnás cornplejas que evidente
rnente aurnentan Los costos y los problernas de rnantenirniento. Es a-
consejable que las eeñales de corriente y voltaje aean tornadas para
este relé, de diferentes transforrnadores de rnedlda que los usados
para el principal. Corno esta solución no es óptirna desde el punto de
vista económico, en la práctica se usan diferentes núcLeoe de los rnis
rnos transforrnadores (Ver Figura 41 ).
Sin ernbargo se lograrlan rnejores resultados si se utilizaran relés de
respaldos con princlpio de operación diferente al del relé prtncipal
puesto que las contingencias que afectan al uno eo rnenos probable que
afecten al otro.
Para calibración de Ios alcances deI respaldo el criterio es :
Zona I : al 80% de la llnea protegida
Zona 2 z IOOTo de la llnea * valor entre 200/o y 50% de La siguiente rnás
corta
80
Para tiernpos :
TRAÑSFORTADORE 3 D€ CORRIENTEoE a ¡tucLEos
/l' tUülJ TRANSF'RMAD.R
DE VOLTAJE(2 NUCLEOS)
FfG.4l. conexaon de tostronsformodores de corrienle y potenciol poro loprofeccion principol y de rcspoldo.
R ELES DE
RESPALDO
5¡TERRU PTORDE
POTEN C I A
8t
Zona I z sin retardo intencional
Zona 2 z con eI rnisrno criterio de Los relés de tres zonas, tenlendo
la precaución de comprobar selectividad con relés de distancia en sub
estaciones adyacentes. I-,a, zolaa 2 aceLetada nos ayuda en este caso pa
ra rnejorar La velocidad y la selectividad.
Eeta clase de esquerna favorece la utilización del recierre automático
de alta velocidad. Ninguno de los reIés en este caso tiene traslapo ha-
cia atrí,s para respaldo a la barra.
1.9.E Caso 3 : Protecclón principal con relé de distancla de tres
zonal, Prygr-Srgla.e, y aceleración por portadora. Zona 3 no
posee traslapo hacia atrás
Teniendo como protección de respaldo, relé de distancüa de una sola
zona, con traslapo hacia atráa.
Los criterios de ajuste, tanb en alcance corno en tiernpo, son los rn[s
rnos qlue para el ejernplo t ya expuestos. El respaldo cumple su fun -
ción totalrnente ternporizado sin ayuda de canales de cornunicación. Si
se desea utillzarlo corno respaldo unicarnente para Ia llnea, se acon -
seja caLibrarlo corno La zona 2 del principal, con un retardo sirnilar
o superior para conservar la selectividad con [ae líneas adyacentes.
Si el. propósito es respaldar rernotarnente otras subestacionee, sug
82
ajustes en tiempo y alcances deben ser corno zor.a 3 del principal.
sin embargo esto últirno no es aconeejable, pues se perderla corno
respaldo local en caso de no operación del reIé principal. Si ee ajue-
tara corno La zona 2 se deben chequear [os tlernpos de operaci6n de la
zorta reversa, para garantizar la seLectividad con las llneas que salen
de la rnisrna subeetación ( Ver Figura 4? ).
De todas forrnas se debe dar un retardo adicional para que funclone
selectivarnente como respaLdo a [a barra.
r.9.4 caso 4: Protección principal con relé de distancia tipo
reactancia con cuatro zonas ( 3 hacia adelante, I reversa ),
esquema de bloqueo con portadora, disparo transferido para
falla en reactoreg. Bloqueo contra Po*"1fujlg-
Teniendo corno protección de respaldo relés direccionales de sobreco
rriente para fases y relé direccional de sobrecorriente para fallas a
tierra, con telecornando en el esquerna de bloqueo.
Este es un caso tlpico que puede presentaree para una llnea que en u-
no de sue trarnos tenga tres terrninales. Este arreglo utiliza eI eeque
ma de bloqueo en la protección prlnclpal (Ver Figura 43 ).
Laa zonas I se ajustan diferentes desde cada subeetación, eiguiendo
83
TR< T3Ti>T2
SUBESTACION A
SI.APO D€ LA ZOI¡A
SUBESTACION B
TRA
\
T¡
_LSt,EESTACION D
T_
I
I
TI
I
-LI
ESOUEMA DUPLICADO DE RELESOE DISTANCIA,
F,G.4? orftlisis de tiempos de operocion de lo proteccion principol y respoldo
-rTaI TTr
t_
8,1t
SIJBESTT|O{ C
IX
tl{+{X
t.l(cx )
3U¡. ¡
ZI SUB.EZI SUB.D
lzl
zz suB-D
z4 suB- p /IEsouEMA oe auoouoJ
FlG. 43 . orreglo del sisf e moprincipol.
Z2 SUB.E
DOBLE CAA¡AL DECOMUNI CACTO N
de teleproteccion ccr bloqueo en lo proteccion
65
24 SUB.E
CO{RELE OE REACTANCIADE 4ZO|¡AS
DrsmRosTRANSFERDOSPOR FALLAEN REACTORES
496396
496396
el criterio de cubrir eI 80% de llnea hasta la subestación rnás cerca
na. Esto hace que exista un trarno de lÍnea que no está cubierto por
La zona I de dos extrernos.
como se requiere alta velocidad, las zonae z trabajan en el esqluerna
de bloqueo, ayudadas por Ia zona 4 y eL canal de teleprotección. co -
rrro se vió en la Figura 34 La zona 4 que es reversa, cornanda el en-
vlo de señal de bloqueo para evitar disparos instantáneos de zona z,
en caso de fallas externas a la llnea protegida. En caso de fail.as in-
ternas no hay bloqueo y La zona z actúa lnstantánearnente . La zona 3
se ajusta con los criterioe expuestos antes para relés tipo Mho, en
respaldo rernoto ( Ver Figura 44 )
Corno ee llnea de interconexión que posee reactoreB, tarnbién utiliza
el sisterna de disparo transferido sin condic lones. Este disparo trans
ferido es comandado por relés de eobrevoltaje y por el sistema de
protección de los reactores, abriendo los tres extremos de la l[nea
en caso de enganche de alguno de ellos.
Para respaldo local se utilizan relés de eobrecorriente direcc ionales
con caracterlstica de tiernpo inverso, que se ajusta con Ios rnisrnos
criterios expuestos anteriorrnente. Difiere un poco en este caso el a
juste del relé dlreccional de falla a tierra, el cual es sobrecorriente
estático de tiempo def inldo y rnás rápido que ra znna l del relé de
86
Corocfrri ¡f ico dr loo.
FlG. 44 rcle de reocloncio dc 4 zonos
Zono 2 (R )
Zono t (p)sin off!.r /
principo r (roo+ zor o/o
tz = ¡lOO m¡g
FlG.45 Gsquemo duplicodo enreles dedistoncio de
Retpoldo ZLz2
(EOo/o)( roo+2o) o/o
t7
uno solo zono
distancia. Trabaja en asocio de los relés del mismo tipo ubicados en
los otros dos extrernos, medlante un canal de teleprotección y de a-
cuerdo a La Lígica de bloqueo. st hayfa[a interna, todos los relés en
ganchan y ven [a falla hacia adelante, por lo tanto, no reciben señal
de bloqueo y su disparo es inrnediato. Si la falla es externa a [a llnea,
recibirá señal de bloqueo por parte del re[é que vea falLa hacia atrás.
Esto [os inhibe para operar lnstantáneamente pero les perrnite.dar
orden de disparo, después de cumplir el tiernpo definido que se les
haya ajustado. Esto garantiza una doble seguridad para respaldo re -
rnoto.
La coordinación de tiernpos exige para este esquema un-estudio deta
llado para garantizar La selectividad. Todos los relés en los tres ex
trernos deben probarse con el rnismo equipo de prueba, para asegu -
rar la homogeneidad en [a medida de Los tiempos y en los alcances.
se obtienen en este arreglo tiernpos de despeje casi igr:ales entre
principal y respaldo en caso de fallas a tierra.
I. 10 COORDINACION DEL SISTEMA E TMPLEMENTACION DE
A JUSTES
Es claro que una coordinación total en un sisterna no es definltiva si-
no gue carnbia constanternente. Sin ernbargo ee partirá eiernpre d.e un
88
estudio inicial, sobre eI cual se harán las rnodificaciones pertlnentes,
a rnedida que las condiciones de operaclón o expanslón aslto justifi-
quen.
Es lndispensable tener una buena baee de datos sobre todos los ele
mentos conetitutivos del sisterna. La cobertura de r:na coordinación
total irnplica el conocirniento de todos los aparatos que componen la
red de potencla aslcorno Los elementos básieos necesarioe en el estu
dio de coordinación; ps¡ lo tanto debernos tener en cuenta:
I.10. I Elernentos que cornponen La red de potencia
frnpedanciias de secuencia positiva, negativa y cero de todos los cone-
titutivos de la red:
- Llneas de transrnisión: En este caso aon necesariae lae impedan -
cias rnutu¿s, donde existan y las longitudes.
- Traneforrnadores y autotransforrnadores de potencia, indicando
variaciones debldas a los carnbiadores de tornas.
Generadoree
Cables
- Reactores, condensadores slncronos, transforrradores de puesta
89
a tierra.
I.I0.2 Datos báslcos esenciales para Ia coordir¡ación del sisterna
- Diagrama unifilar cornpleto, donde se esquernaticen Las conexio -
nes usadas por los transformadores y generadores y su rnétodo de
puesta a tierra.
- Estudio cornpleto de corto circuito que incluya los casos de rnlnl
rna y máxirna generación.
- Relación de transforrnaci6n y esquerna de conexlón de los transfor
rnadores de corrlente y vottaje, aslcorrro eu localización.
- rnforrnación de los relés y eisternas de protección exietentes, gue
incluya calibres rnáxirnos y mlnirnos aelcorrro las recornendaciones
del fabricante sobre su calibración.
- Definir eI grado de protección requerido por el sisterna.
- Lfrnites operativos perrnisibles, exigenciae térrnicas y rnecánicas.
Adernás, si se desea utilizar el sisterna de recierres autornáticos,
conocer !
90
- Estudio de estabilidad.
- Tiernpos de operación de interruptores con su equipo awriliar y re
lés con su equipo ar:xiliar, incluido el sisterna de cornunicaciones.
Corno se puede deduclr, esta es una tarea stunarnente cornpleja, que
presenta rnuchas alternativas de solución, por Lo cual es conveniente
utilizar el cornputador. Sin embargo eI análisis y la decieiónf inal se
rán tornados siernpre por el ingeniero de protecciones en base a su
experlencia y los resultados de los estudios.
Ia. irnplernentaclón de Los resultados que produzca eI estudio de coog
dinación es una tarea ardua que requiere un conocirniento profundo
en todas lae subestaciones y centrales constituyentes del sisterna. Es
to iinplica que eea todo un grupo de trabajo el encargado de llevar a
la práctica el estudio.
1.II EQUIPOS Y HERRAMIENTAS PARA CALTBRACION DE RELES
Es indispensable contar con el equipo de prueba para relés recorrren-
dado por los fabricantes o adaptar otros equipos sirnilares para obte-
ner las rnagnitudes de prueba requeridas. Es necesar'to tarnbién un
rnlnirno de herrarnlentas y equipo aconsejados para la prueba de re -
lés corno :
9l
Medldor de tiempo y frecuencia
Medldor de ángulos
Fuente trifásica de A. C. en varias tenslones
tr'uente D. C. con varias salidae de tensión
Multlrnetros análogos y digitales
Equipo de inyección prirnarla
Herramientas varias
En general, se ejecutan pruebae de inyección secundaria para consta
tar el funcionamiento de los reIég, en lo6 valores prevlarnente detea
minados.
Luego se anallzan los resultados y si son correctos se dejan y se se-
lla el relé. En algunos casoa se ejecutatán Itensayos fr¡nclonaleert que
consisten en revisar los clrcuitos dd control, los enclavarnientos y
alarrnas, disparando los interruptores por accionarniento de los relés.
La única forma de evaluar el cornportarniento de un s isterna es en la
operación. Por esta raz6n, se debe Llevar un control eetadlstlco de
las fallas ocurridas para calificar la actuación del slsterna de pro -
tecciones y hacer las observaciones o correcciones a que hara lugar.
Es recornendable contar con los equipos Fara registrar y localizar
lae fallas, 
operaron los equipos de protección.
Toda [a inforrnación obtenida en los registradores y localizadores de
fallas, aslcorrro la surnlnistrada por los operadores de subestaciones
y los despachadores en el centro de control, servirán para evaluar
loe alcances de una falla deterrninada y hacer los carnbios o relxrra -
cücnee a que haya lugar.
I.LZ AJUSTE DE I.OS RELES DE DISTANCIA
I-oe relés de distancia se ajuetan con base en la irnpedanci;a de secuen
cia positiva entre el punto de ubicación del relé y el punto hasta el
cual se desea proteger La llnea de transrnlsión.
Como lae irnpedancias de las Ilneas son proporcionales a su longitud,
se utiliza esa propiedad para deterrninar Ia ubicación de La falla a pa¿
tir de la irnpedancia vista por el relé. Sin ernbargo esta rnedida se h¿
ce utilizando las corrientes y los vo'ltajee del eisterna, tornados deede
los transforrnadores de rnedida; por Io tanto para convertir la irnpe -
dancia prirnaria en un val¡cr secundario, siendo este el utilizado para
el ajuste del relé de dietanci¡a, ge usa en la siguiente expreslón:
93
Vorirn - z vprin = 'secxRTP_ (31 )
Ip"i* Isec x RTIarqosec = opr irn x BTI
RTP
Siendo RTI y RTP las relaciones de transforrnaci¡5n de los transfor -
rnadores de corriente y potencial respectivarnente.
Norrnalmente se utilizan tres zonae de protección en la dirección de
Ia falla para cubrir una sección de la Ilnea y proveer protección de
respaldo a erecciones rernotas ( l'igura 45 ). Algunos relés tienen una
o doe zolaaa ¡rrás en la dirección de la falla y otra en sentido contra -
rio, esta úItirna con el objeto princlpal de proteger los barrajes.
I.I3 CRITERIOS PARA EL AJUSTE DE I,AS TRES ZONAS
El alcance de Ias tree zonas principales de protecciones se hace en
la rnayorfa de los casos de acuerdo con los siguiertes criterlos :
- zona I : se ajusta para cubrir eI 80% de Ia longitud de Ia llnea pro-
tegida.
- Zona 2 : se ajusta para cubrir toda la lúrea protegida rnás eL so%
de la Ilnea s iguiente rnás corta.
94
de
Zona 3 : se ajusta para cubrir toda la Llnea protegida rnás eI r00%
la Hnea rnás Larga, más eL 25% de La sigulente llnea rnás corta.
corno eL disparo producldo por La zona I es caei instantáneo, eu al -
cance no debe Llegar al barraje rernoto ( Figura 46 ), de ahlqlue se a
juste para cubrir solarnente el 80% de [a llnea protegida. EL zo% res_
tante prevée un factor de seguridad, para minimizar los errores in -
troducidos por los transitorios de corriente, irnprecistón de Los trans
formadores de rnedida y valores poco exactoe de las irnpedancias de
llnea.
Er 20% aI final de la llnea es protegido por La zona z, la cual opera
a un tiernpo T?, ( segs ). Ia, zona 3 es de respaldo y opera con un re
tardo de tiernpo T3 ( segs ).
Puesto que eL alcance y el tiempo
cia son f ijos, su coordinación se
de sobrecorr iente.
de operaclón de los relés de distan
hace rnás f.ácil que la de los relés
Para ilustrar los conceptos anterlores, nos rernitimos al sisterna re
presentado en la Figura 47, en el cual se desea proteger las Ilneas
AB- BC. Deducirnos que se debe disponer de tres relés en A, para
el ajuste de las zonas L, 2 y 3.
95
I
II-T*.
f,.I
A
FlG. .16
s70 ¡e AB * 5Oo/o BC AB* 8C*25olo CD¡
zoos dc proteccicín de un rele de distoncio poro un sistemo rodiol
de ¿ono 3
Unidod dr zono 2
Unidod dc zqro I
FlG.47 coroclerisf icos de operocion de lo proteccióndistoncio en A.
)6
de
Para una falla dentro de Ia caracterlstica de la zot:.a I, todas las
tres unidades deben operar. Para una falla en la llnea BC pero den -
tro del cubrirniento de la unidad de zona 2 en Ai tanto la unidad de zg
naZ y zolra 3 deben operar. Pu esto que la subestación B tarnbién dig
pone de protecc ión, el relé en A debe dar oportunidad a que los inte-
rruptores en B clarifiquen la falla; es por esto que las untdades de zo
na 2 y zoraa 3 operan con los retardoe apropiados para consegulr dis-
crlrninación entre las fallas en las llneas AB y BC. El dlagrarna de
tiernpos se rnuestra en [a Figura 48.
I.I4 EEECTO DE LA RESISTENCIA DE ARCO EN ]-A PROTECCION
DE DISTAN CIA
Cuando se produce una falla s6lida, es decir por contacto dlrecto, la
irnpedancia rnedida por el relé es igual a la irnpedancia de la llnea
desde el relé hasta el punto de falla. Sin ernbargo, ei la falla no es
sóLlda, es decir que se produce a través de r¡n arco eléctrico o de u-
na resistencia, Ia impedancia rnedida por el relé ee igual a la irnpe -
dancia de las llneas rnás Ia resistencia de Ia falla. Se ha cornprobado
que la calda de tensión en Ia falla y la corriente que la produce están
en tase, de lo cual se concluye que la irnpedancia de la falla es pura-
rnente reeistiva. Cuando se trata de fallas ei tierra, la resistencia de
falla está constitulda por una resistencia de arco y por una resisten
cia de tierra.
97
Zonol(A)
Zono 2 (A
Zono 3 (A IT ¡.m po
dcOpcrocidn
FlG.48 tiempos de operocion de lo protecc¡on de distoncio cn A
,¿,
Las fallas con reeistencia de arco son crlticas cuando se localizan
cerca de los llmites de Ia zona de protección del relé, puesto que aun
que la impedancia de La llnea esté dentro de la caracterlstica de opg
ración la resistencia de arco puede hacer que la irnpedancia total viata por eL relé eeté fuera de dicha caracterlstica y corro consecuencia
de ésto el relé no detectará La presencia de [a far.La; entonces se dice
que el arco produce sub-alcance de relé. r-a situación se presenta en
Ia Figura 49 con un relé tlpo irnped.ancia, para el cual este efecto es
particularrnente cr lt ico.
EL relé Mho autopolarizado se puede acornodar para cubrir una buena
porción de la resistencia de falla. podernos apreciar en la Figura 50
que si el ánguto f, característico del reté ha sido ajustado igr:aI al án-
gulo 0 caracterlstico de Ia línea, bajo condlciones de falla con arco,
el relé presentará subalcance. por esta raz6n es práctica cornún de-
jar el. ángulo fi aet relé un poco atrasado respecto al ángulo 0 de la Inea (apcoximadarnente loo ), con el objetivo de aceptar una pequeña
cantidad de reslstencia de arco sin producir subalcance .
Observando la Figura 50 y teniendo en cuenta
dentro de un serniclrculo es un ángulo recto,
que un ángulo inscrito
se obtiene gue :
z = zR,
Kcos(e-l) (32)
99 6iw"*" i!r^'iri r' 1 it k;iü:rrtr'tI
1,,', _1'-:-_ll -"**;
lmgrdoncio vi¡to por rl irli Aporo trro.ldlo ¡n F
FlG.49. subolconce de un rele de impedonciodebido o lo resislencio de orco.
FlG. 50 oJuste de un rele tipo MHO porofollos con orco.
1CC
Por Lo tanto, si el ánguto de la Llnea protegida es igual al del relé,
los ajustes son exactos; sin ernbargo sl el ángulo de La Ilnea excede
en l0o al del relé, La caracterfstica cubrirá el 98.5% de su alcance,
Lo cual es rrruy aceptable si se tiene en cuenta el rnayor cubrirniento
en eL eje horizontaL.
En ta Figura 51 podernos apreciar córno la resistencla de arco afecta
con mayor o menor grado los diferentes tipos de relés.
En la I'igura 51 se observa que la reslstencia de arco afecta rnás al
reté tipo Mho rnientras que no afecta en absoluto al relé de reactan-
c ia.
Cada tipo tiene sus ventajas y desventajas pero en térrnlnos generales
se puede dar la siguiente recornendación :
- Para llneas cortas eB aconsejable usar unidades de reactancia ya
que la Rp es signiftcativa respecto a Zypero no la afecta.
- Para Llneas largas es preferible eI tipo Mho ya que la R¡ serla pe-
queña cornparada con Zt y su efecto serla ineitnif icante. Tiene la ven
taja de poseer caracterlstica dLreccional y por lo tanto es eI tipo pre-
f er ido.
I01
rilPEoAilClA
RELE TIPO THO
+x
F lG. 5l . inf luenciot ipos d€
RELE TPO REACTANCIA
delo resistencio deorco en dif erentesrele.
to?
- Para lfneas interrnedias se puede usar el tipo impedancia pero
siernpre que se pueda es preferible utilizar eL tipo Mho.
r. }5 ET'ECTO LNELED EN RELES DE DISTANCIA
Este 6e presenta donde hay una o rnás fuentes de generación interrng
dia dentro de la zonz de protección de un relé de distancia que puedan
contribuir con Ia corriente de falla, sin que sea vista por el relé de
d is tanc ia.
Analizando el caso ilustrado en la Figura 52 puede apreciarse que la
irnpedancla vlsta por el relé de dietancia para una falla después del
barraje B es rnayor gue la rea[. En efecto, si se presenta una falla
sólida a tlerra en F, el voltaje del relé en A será :
vA =l,.Z¿ * ( Ie + ln) zs (33)
Por lo tanto, [a irnpedancla aparente en A es :
vA = zA + (r + Ie-) znI¿ IA
(34 )
Puede notarse que el relé vé una irnpedancla adicionalde KZr, sien-
do K = Tg/Í¿, lo cual irnplica que su alcance se reduce.
103
A+Z^- B--Za. -
FlG. 52 cfecto del infeed cn lo proteccion de distoncio
I'Jta
Por Lo tanto el ajuste de las zorraa
la forrna I iguiente :
2 y 3 del relé en A debe hacerse de
(35)Z reLé =ZA+(l+K)Zs
Donde K viene dada por :
TK = ^inf eed TO TA L
-
reIé
Hay que tener en cuenta que el ddsconectar Las fuentes gue represen-
tan e[ infeed, el relé de distancia puede presentar sobre-alcance y por
ello debe chequearse que en estas condiclones no se produzca trasla-
pe con La zona 2 de relés adyacentes.
1. l6 IMPEDANCIAS VISTAS PoR I-AS UNIDADES DE LOS RELES
DE DISTANCIA
r,os relés de distancia son diseñados para proteger los cu¿tro tipos
básicos de falla a que están sornetidos lcs sisternas de potencia; esto
es, fallas trifásica, doble fase, doble fase a tierra y rnonofáelca.
Por lo tanto para detectar cualquiera de las fallas rnencionadas, cada
una de las zonas de los relés de dlstancia debe diponer de seie unida-
des asf:
105
R
Unidades para
-S;S-T;T
detectar fallas entre fases o
-R
unidades de fase
R
Unldades para detectar faI[as fase a tierra o unidades de tierra :
-N;S-N;T-N
Si el relé es llarnado de switcheo, una rnisrna unidad puede servir
para dos o más zonas.
El ajuste de los relés de distancia se hace siernpre., con la irnpedag
clia de secuencia positiva. Dada la irnposibiLidad de escoger voltajes
y corrientes rlnicas para todos [os tipos de fallas, la alirnentación
de cada unidad se hace en forrna independiente con eI f in de lograr
la operación deseada del relé.
Las unidades de fase se conectan en deLta y por consiguiente reclben
los voltajes llnea a llnea y [a diferencia de Las corrientes de lÍnea.
Las irnpedanclas que rniden son una relación de los voltajes y corrieg
tes de la siguiente forrna :
ZRs = YF,s_ _-t z*rR-rs
= vsT i z.t p. = vTRrs - Ir
'rt( Ir - IR
(36)
Las unidades de tierra reciben voltajee llnea a tierra y una cornbina-
ción de corrientes de f ase y corrlentes residuales que dependen de
106
la relac l6n entre lae impedanc ias de
llnea.
Si se produce una falla de la fase R a
se conectan en serie y por Io tanto el
oeeuenc la pos itiva y cero de la
tierra, Las redes de secuencia
voltaje aplicado al relé será :
vR = vnt + vnz + vRo = rnr( zr,r + zLz + zro¡=
rnt( zzlt + z ro ) (37 )
Como la falla es llnea a tierra entonces Ipl = IRZ = IRg y por lo tan-
b In = 3[p1.
La relación de V¡ sobre [* es entonces :
tB.IR
_ ZZrt + zJ,g3
(ge )
Este valor es diferente de la irnpedancia de secuencla positlva Zft
La cantidad de corriente resldual a ser inyectada se calcula de forrna
tal que el reLé que es ajustado con [a irnpedancia de secuencia positi-
va de Ia Llnea, trabaje correctarnente.
Por lo tanto al relé se le aplican las corrientes de llnea y residual.
r07
T'R+3KI*o=h(l+K)
lB - ---,- =zLLrR(1+K)
Reernplazando VR/IR de la ecuación ( 38 ) se obtiene :
zzLt + zLo = zLL ( r + x )3
de donde :
.77K = "Lo -'LL
t"- -LI
rR (l r "_g=- "J)
rn + zo - zt h3Zt "L
rs (l *zo- zt) rg+z_o- zt ro
32L
Por Lo anterior, Ias irnpedancias rnedldas por los relés de distancia
de tierra para las tres fases son :
zn = ,-J¡-. - = vR
(3e)
(40 )
zl
zr= -.lr = --5 .-- rT(r+zo-zL) rr+zo-zr. ro
-
32,I
I.17 OSCILACIONES DEL SISTEMA DE POTENCIA
Después de haber elirninado un corto circuito o de efectuar operacio-
zt
108
nes de switcheo que irnpliquen la conexión o desconexión de grandes
cantidades de carga, aparecen las oscilacü¡nes en el sisterna de po -
tencia; la tensión y la corriente que alirnentan aI relé adquieren valo
res variables con el tiempo y corno resultado el relé verá una irnpe -
dancia tarnbién variable con el tiempo.
Para ilustrar la eituación que se Le presenta a un relé de distancia du
rante oscilaciones, considérese el circuito equivalente del sisterna de
potencia que se rnuestra en la Figura 53. Supóngase adernás que exis-
te transferencia de potencia deede el extrerno de surninistro S hacla
el extrerno de recibo R.
La corrlente Ir gue fluye desde S hacla R, dá origen a caldas de ten -
si6n en los elernentos del sieterna, de acuerdo con el diagrarna vectg
rial que se rnuestra en la Figura 54. EL ángulo Os es la diferencia de
fase entre las fuentes equivalentes E" y ER, y por lo tanto su valor
se incrernenta con La carga transfer ida.
La irnpedancia rnedida por un relé de distancia ubicado en
/t"; t expresión para esta irnpedancLa puede ser obtenida
voltaje al cuaI eetá conectado el relé VA t
A
a
es Z = YA
partir del
Ve = ISZL + ISZR"} En
vA - z- + z^ + ER
-
L, .E\
's rs
Unirsirhd tülonorm d! Oflírffi Erbhotrro
r09
(¿t )
A!
s^
FlG.53 circuito cguivolenle de un sistemopoiencio.
FlG.54 diogrcm vecforiol del sisterno en condiciorpsde oscilocidn.
ZS2tZt
Il0
La ecuación ( 41 ) puede ser dibujada fácilmente dividiendo los vecto
res de la Figura 54 por la rnagnitud de la corriente de oscil.ación Ir.
De esta rnanera se obtlene el dlagrarna de irnpedancias del eisterna
que se rnuestra en Ia Figura 55, en e[ cr¡al tgdos los parárnetros ae
pueden asrunir constantes excepto las rnagnitudes de Is y % qlue son
variables y dependen de la traneferencia de potencia.
El incrernento de la carga transferida trae consigo un aurnento de I,
y 0" corno se puede apreciar en la Figura 55, esto se traduce en una
disminrrción de la magnitud del vector va/\ y si er incrernento de
carga es lo suf icienternente grande, la irnpedancia vlsta por eL relé
1vo/tt ) puede entrar en las zona6 de operación, como se rnuestra
en la Figura 55.
La Figura 56 se obtiene construyendo sobre el punto de localización
del relé A un plano R-X y dibujando sobre él Ia caracterlstica de opg
ración del relé y el diagrama de irnpedancLa del. sisterna. El relé en
A rnedirá e[ valor de Ia irnpedancia Zy para una falla sóLida a tierra
en B; en eI caso de oscilaciones, el relé medirá la irnpedanc[a repre
sentada por Ao. Si la oscilación es rnás severa, el ángulo de carga
0" aumentará, y la irnpedanci¿ rnedida por el rel.é decrecerla al valor
AQ el cual puede estar dentro dela caracterfstica de operación del re
lé.
rtl
FlG.55. diogromo de impedoncios del sistemode potencio.
A¡me nlo dr e¡
\{ E¡: Er
Inprdoncio virtopor ol Rcld
FfG.56 impedoncio visto por el rele duronte oscilocionesdel sistemo.
ITZ
EI lugar geométrico de la irnpedancia vista Por el relé durante osclla
ciones es una línea recta cuando ES = ER tal corno se aPrecia en Ia
Flgura 56. Sl ES* E*, eL Lugar geornétrico es una farnilia de clr-
culos con centro en eI eje SR.
Una trayectoria tfpica gue describe la irnpedancia en el plano R-X du-
rante una oscitación de potencia se muestra en la Figura 57. El hecho
de que eeta trayectorla pase dentro de la caracterfstica de operación
del relé, indica que éste tendrá una tendencia a disparar el interrup-
tor asociado en presencia de oscilaciones del sisterna.
Para evitar la operación del relé durante oscilaclones' se usa una
caracterlstica de bloqueo ( Figura 57 ). La trayectoria de la irnpedag
cla cruza las caracterfsticas de las unldades de rnedida y de [a uni -
dad de bloqueo. Si tas unidades de rnedida operan dentro de clerto
tiernpo después de que lo hace La unidad de bloqueo, el disparo del
interruptor es perrnitido. De otro Lado, sl después de un tiernpo de
retardo predeterrninado las unidades de rnedida no han operado, no
tiene lugar el disparo del interruptor. Asl, bajo condiciones de falla
cr:ando las unidades de bloqueo y medlda operan prácticarnente en for
rna sirnuttánea, se produce el disparo. Pero bajo condlciones de os-
cilación, cuando Ias unidades de rnedida operan algún tiernpo después
de que Io hace la unidad de btoqueo, et dts¡nro es Prevenido.
Ir3
Otcibdó (¡PoLnc¡o conE¡) E¡
Unidod dr Mcdido
(--
FlG.57 corocleristico de blogueo conlro oscibciones del sistenn de polencio
Corclri¡ticode ,lo corgo
I).4
Z. PROTECCION DE SOBRECORRIENTE
Z.T RELES DE SOBRECORRIENTE
La detección de altos niveles de corrlente en sisternas eléctrlcos es
una de [as técnicas rnás utillzadas para deterrninar la existencia de
fa[ae y por Io tanto para oPerar dlspositivos de protecclón. Estos pug
den ser de rnuchos tipos de acuerdo a su grado de complejidad y Pre-
c is ión.
I-os re[és de sobrecorriente constituyen los d[spositivos de protección
rnás cornunes, para operar ante sobrecorrientes en sisternas de poten
cia y sobre ellos se tratará lo concerniente con los crlterios de ajus-
te.
La protección de sobrecorriente no debe ser utillzada cofiro protección
contra sobrecarga; esta úttirna es asociada a La capacidad térrnica de
Ias máquinas o llneas, tt ierrt"as que la protección de sobrecorriente
actrla en condiciones de falla. Sln ernbargo, con frecuencia los ajus -
tes adoptados establecen algrln compromiso para prevenir arnbas ano
115
rnallas.
Los relés de corr lente pueden ser construidos con elernentos electrg
rnagnéticos o de estado sólldo. En el prirner caso, el relé consiste
básicarnente de una bobina en la cr¡al La corriente induce un flujo rnag
nético que actúa sobre un dieco o sobre una arlnadura eolidarla con
Ios contactos de operaci6n.
I-os relés de sobrecorriente de estado sólido vienen provistos gene-
ralrnente de los slguientes elementos para operar los contattos : fil
tro de arrnónicos, convertldor AC/DC, detector de nivel, ternporiz4
dor e integrador.
2.2 TIPOS DE RELES DE' SOBRECORRIE'NTE
Teniendo en cuenta la caracterfstica de operación, los relés de sobre
corriente se pueden clasificar en tres tipos :
2.2.I Relés de corriente def inida
Presentan una operaclón instantánea cuando la corriente alcanza un
valor prefijado. El ajuste de estos relée se hace de talforrna que eI
extrerno más alejado de la fuente opere con el valor rnáe bajo de co-
rriente y se irán ef ectuando ajustes cada vez rnás altos en las subes -
rr6
taciones, a rnedida que se vayan acercado a La fuente. Por lo tanto,
el dispositivo con menor ajuste opera prirnero y desconecta la carga
en el pr:nto rnás cercano a la falla. Este tipo de protección tiene la
desventaja de que puede ser poco selectlva para altos valores de cor-
tocircuito, esto se debe a la dificultad para dletinguir la corriente de
falla entre un punto y otro, cuando la irnpedancia entre ellos es Pequg
ña en corrrparación con la irnpedancla de. La fuente. I¡s relés de sobre
corriente def inida son poco utilizados como rinica protección de sobre-
corriente, por dif icuLtarse la selectividad de la operaci6n, ya que si
las protecciones se ajustan tenlendo en cuenta condiciones de rnáxirno
nivel de falla, no hay protección adecuada cuando el nivel de falla dis
rninuye. Pero si se torna eL rnenor nivel de falla para e[ ajuste, se
pueden disparar varios interruptores, cuando éste aurnentai su uso es
común corno unidad lnstantánea, cuando hay otro tipo de protección.
2.2.2 Relés de corriente y tiempo definido o de tiempn def inldo
Este tipo de re[és perrrlte ajustar La operación para diferentes nlve -
les de corrlente con diferentes tlempos de operación. Por lo tanto los
ajustes se hacen en forrna tal que el interruptor gue alirnenta la carga
ee dispare en eI tiernpo rnás corto y después sucesivarnente los dernás
interruptores hacia la fuente en tiernpos cada vez mayores. La dife-
rencia entre Ios tlempos de dlsparo para la misrna corriente se deno-
rnina rrrargen de graduac i6n.
tl7
Corno en este relé el tiernpo de operación es lndependiente de la rnag
nitud de La cJrrlente de falla, no se presentan los inconvenlentes del
relé de corri.ente def inida y por lo tanto, la protecci.Sn es rnás selec-
tiva.
Sin ernbargo La gran desventaja con este rnétodo de discrirninación es
que fallas cerca de La fuente que ocasionan Las rnayores corrientes,
son clarif i.cadas en un tlernpo relati.vamente largo.
E[ ajuste de este tipo de reLés se hace con el di.al de tlempo que deteg
rnlna el tlempo exacto de operación y con un selector de corriente, pa
ra e6coger a partir de qué valor debe ernpezar a trabajar eL ternpcri-
zador.
Estos relés s)n rnuy utiLizadcs cuando la irnpedancia fuente es grande
con respecto a la del elernento a proteger.
2.2.3 Relés de tiernpo inverso
La propiedad fundarnental de estos reLée es clue operan en un tlernpo
lnversarnente proporcional a la corriente de falla, de acuerdc a un
grupo disponlble de curvas caracter lstlcas
P¡r [o tanto, la ventaja sobre los relés de tiernpo def inido es gue ante
I t8
muy altas corr lentes pueden
tos sin tener que sacrificar
o bteneree tiernpos
la selectiv ldad .
de dlsparo rnuy cor-
En Ia Figura 37 se aprecian las curvas de
de tlernpo inverso, rnostrando los tlernpos
magnitudes de corr lente.
IrnaxN
relé de sobrecorriente
o perac lón a d if erentes
un
de
I¡s relés de tiernpo inverso generalrnente se clasif ican de acuerdo a
[a curva caracterlstica que determina la rapidez de operaclón subdi-
v[diéndose en relés de tlpo inverso, rrruy inverso o extrernadarnente
inverso.
El ajuste de tiernpo inverso se efectúa con un diaL de tiernpo gue per-
rnite escoger la curva rnás conveniente de trabajo, y con un tap de cg
rriente que se escoge con base en [a corrlente norninal. EL eje hori-
zontal de las curvas Eue es e[ correspondiente a la corriente, se sub
divide en unidades rnúltiplos del valor de tap seleccionado
2.3 CALIBRACION DE UN RELE DE SOBRECORRIENTE
La corriente de arranque del relé es una funclSn de la corriente rnáxi
rna llue clrcula por la Lfnea en condiclones normales.
U¡irrni*É Autonono dc 0td¡f¡0$to túlntno
arr
1r9
(42)
Donde N es la relación de transformación deI transforrnador de co -
r r iente .
Generaknente se torna corno corriente rnáxkna la corriente norninal
del sistema, sin ernbargo hay sitr¡aciones de sobrecarga perfectarneg
te toleradas por el sisterna y son Las que deterrninan la corriente de
arranque.
Algunos criterios, generalrnente europeos, utillzan un factor de segu
ridad para evitar operaciones incorrectas por error de los transfor -
rnadores de corrlente o de Los relés y tornan :
_KI["""= sCex.qaxN
(43 )
Para los re[és de fabrlcación nortearnericana no es neceaarlo usar es
te factor ya gue sus caracterlsticas están def inldas a partir de 1.5
Iarr
La corriente de arranque del relé se calibra sobre una reglilla donde
están indicados los valores disponibles, norrnalrnente por rnedio de u-
na clavija, que se enchufa en el valor deseado ( TAP ).
El tiernpo de operaclón se deterrnina por rnedio de un dial que gira so
bre una eecala graduada, generalrnente de 0.5 a 11.
r20
2.3 . I Operac ión instantánea
A cada posi.ción del dial corresponde una caracterlstica de tiernpo de
operación; para hacer estas caracterlsticas universalee es decir, de
f inidas para cualquier corriente de arrangue, se construyen en p. u.
de la corriente de arranque.
Si Iarr = 1.0 p.u. cualquier corriente a través del relé será en p.u.
Para poder ubicar el dial es necesario conocer :
- La corrlente a través del relé lr
- La corriente de arrango. I"r,
- Et tlernpo de operación deseado t"
SecalculaM-=I/I arr (44 )
La intersecclón de t, con M deterrnina La posición del dlal ( flgura
58 ). Cuando el relé tiene una unidad de operaci6n instantá.nea, a par-
tir de cierto valor de Mi eI tiernpo de operación es rnuy pequeao ( 3 cj
clos ) e independiente del valor de la corrlente.
Por rnedio de un dial o de una gula se indlca el valor de M, a partir
del cual se desea operaclón inetantánea. La escala generaknente viene
Lzl
Po¡icion drl diol
FlG. 58. corocteristico de los relés de sobrecorriente def iempo inverso .
LZL
-:
graduada a partir de M' = I0 hasta / que corresponde al bloqueo de
la unidad lnstantánea ( Figura 59 ). D" esta rnaner'a gueda calibrado
un relé de sobrecorriente.
- Corriente de arranque ( TAP )
- Tiernpo de operación ( DIAL )
- Operación instantánea ( Mi )
2.3.2 Coordlnación de unidadee ternporizadas en los relés de
sobrecorr iente
Las unidades ternporlzadas se ajustan básicarnente teniendo en cuen-
ta que ante una falla la operación sea rápida y selectiva, esto es que
no actúe una protecci6n antes que otra situada rnás cerca de la carga.
Z.3.Z.I Criterios de ajuste y pasos a segulr
I-os criterios de ajuste y procedirnientos qlue se recorniendan Para
calcular Los valores de ajuste de Los relés de sobrecorriente deben
ser tales que brinden [a adecuada coordinación en eL sisterna.
Estos criterioe son aplicables realrnente a los relée de tiernpo inver-
so, aungue la rnisrna rnetodologla es válida para los de tiernpo def ini-
do.
LZ3
lr(¡ rg.l
FlG.59 rele de sobrecorriente con unidod & operocióninstontonco.
124
Los pasos a seguir son los sigulentes :
- Selecc ionar eI TAP
rninaL gue el re[é vaya
de todos [os relés de acuerdo a la corriente
a soportar incluyendo La sobrecarga.
no
TAP = IprirnariaxRTlx I.50
Siendo :
(45 )
(46 )
RTI = ReLación de transformación del TI
1.50 = factor que involucra la eobrecatga y un firargen de error
- Deterrninar el tiernpo de operación t, del. relé rnás próxirno a la
carga, utilizando el rnenor dial y considerando [a fa[a rnás eevera.
- Deterrninar el tiernpo para el cual debe operar el interruptor de
la subestación siguiente hacia la fuente z tZa, igual tl * trrr.rg.rr, pa-
ra una falla en el ríltirno interruptor.
tz^
Siendo
tzu
trrr..tgurt
t, + tr Erargen
tiernpo de respaLdo del interruptor 2 sobre el lnterruptor I
= aproxirnadarnente 0,3 - a - 0, 5 segundos
- conociendo tz^ y el TAP, seleccionar el DIAL para ese interrup-
tor, tomando la curva inmediatarnente superior. Esto impllca que se
r25
dá prioridad a [a selectividad sobre La confiabilidad.
- Deterrninar el tiernpo de operación ( tZA) de este interruptor pa -
ra la fa[a rnás eevera. Con este tiernpo se calcula el tiernpo de res-
paldo del lnterruptor siguiente.
Se continúa La secuencia a partir deL tercer paso.
Este procedirniento es eL indicado para relés que presentan las cur -
vas caracterfsticas en segundos. Por Lo tanto, para aquellos reLés
clue posean un ajuste de tiernpo con base aI porcentaje de la curva de
operaclón para I segundo, se determina el dial de ajuste a partir deL
tlernpo de operación para DIAL I y del tiernpo de operación encontr¿
do en el paso 3.
EL tiernpo de rnárgen o de decalaje ee def ine entre 0.3 y 0.5 segundos.
Eete valor evita la pérdida de seLectividad por una o varias de las ra
zortes siguientes :
Tiempo de apertura del interruptor.
- Tiernpo de sobrecarrera del relé después de que la falla ha sido
interrurnpida.
rz6
Margen de seguridad por desviaciones en los niveles de fala, varia
ciones en las curvas caracterlsticas de los relés y errores en los
transformadores de corriente.
2.3.2.2 chequeo para niveles rnlnirnos de corto circuito
AI terrninar el ajuste de las unldades ternporizadas, el cual se hace
considerando [os niveles rnáxirnoe de falla, es necesario verif icar
que en Los rnlnirnos niveles de falla se produzca tarnbién operación
de los re[és y en [a secuencia correcta. Para estos basta verificar
que el rnúltiplo del TAP en estas condici¡¡nes sea n-rayor de 1.5
2.3.3 Ajuste de Las unidades instantáneas
Las unidades instantáneas aon necesarias sobre todo cuando las irn-
pedancias de los elernentos a proteger son grandes, en cornparación
con las irnpedancias fuente.
Las unidades lnstantáneas ofrecen dos ventajas fundamentales :
- . Reducen el tiernpo de operac ión de los relée para severas fallas
en el sietema.
- Evitan la pérdida de selectlvidad en un sisterna de protección conp
t27
tituido por re[és de caracterfsticas diferentes; ésto se logra ajuetan-
do Los lnstantáneos para que operen antes de que las caracterlsticas
se crucen corno se rnuestra en la Figura 60.
2.3.3.I Criterloe de ajuste
El ajuste de Las unidades instantáneas en lfneas que unen subestacio -
nes se recornienda hacer, tomando el I25To deL valor de corriente pa-
ra rnáxirno nivel de falla que existe en La subestación siguiente hacia
la carga.
Este ajuste debe lnlclarse desde la carga hacia La fuente, corno se h¿
ce aL ajustar las unidades ternporizadas.
EL ajuste del instantáneo en las Llneas de distrlbución es diferente a
las del caso anterior, ya que estas llneas constituyen los extrernos
del sisterna y por lo tanto, no presentan las condiciones de coordina -
clón de las llneas entre subestaciones. Para este caso, puede tornar-
se uno de los dos valores slguientes :
EI 50% del nivel de corriente rnáxirno de corto clrcuito que presen
ta el punto de ubicación del relé.
- Entre 5 y l0 veces e[ valor de carga rnáxirna del clrcuito.
tz8
FlG.60 preservoc¡on de selecf ividod mcdiontc unidodesinstontoneo s .
rzg
Z. 3.3.2 Cubr irniento de Las unidadee inetantáneas
Iniciamos def iniendo los parámetros siguientes :
Ki = Iarranque; Ks = Z juenlg (47')I extrerno Z elemento
A partir de un sistema corrro eI mostrado en la tr'lgura 61 podernos
deterrninar el porcentaje de cubrirniento x de una protección instan-
tánea.
I arranque = VZs t Zab
V = voltaje en e[ punto del relé
Zs = knpedanc ia fuente
Zab = irnpedancia del elernento a proteger
x = porcentaje de llnea protegida
I extrerno = _-__JL_Z" * *Z^b
VqZZZK.' K¡ = og * Lab x = s f aD - S tl-
-
Z, * xZab z^b Ki
StendoK^ =7" x=Ke (t-Ki)-+t (48)"_ -ab Ki
Por ejernplo : Si Ki = I.25 )r Ke = I x = 0.6. Entonces se cubrirá
eL 6OTo de la llnea a proteger.
130
FlG. 61. cubrimianto de unidodes instontoncos
131
3. PROTECCION DE VOLTAJE
3. I RELES DE' VOLTAJE
I-os relés de rnlnirna y rnáxirna te_nsión son relés monofásicos del tj
po de dlsco de inducción y por tanto de acción ternporizada con ca
racterlstica de tlernpo de retardo inverso. Para este análisie hernoe
tomado el modelo IAV de la General Electrlc para relés de máxima
y rnlni¡na tensión, los cuales se utilizaln en los sisternas de corrien
te alterna rnonofásicos o trifásicos, para la protección de generadg
res, rnotores, condensadores slncronos, baterlas de condensadores
y cualquier cLase de circuito y equipoe autornáticoe, disparando un
interruptor o haciendo funcionar un circuito de alarrna, cuando la
tensión aplicada a su bobina operadora.se anula o deeciende de un va
lor prevlarnente fijado. Su caracterlstica de retardo inverso [os ha-
ce apropiados para una protecclón selectiva, escalonada, con retar
dos de tiernpo ajustable dentro de un amplio campo.
Estoe relés egtán constituldos por un elernento ternporizado de induc
ci6n, o elernento inverso, con uno o dos contactos de cierre y un dig
13?.
positivo de sellado y señalizaci6n.
3.2 DESCRIPCION Y FUNCIONAMIENTO
3.?.1 Cornponentes del elernento de inducción
Se corn¡nne esenciahnente de :
- El- disco de induccidn ( D ) montado sobre un eje y dispuesto para
girar en el entrehlerro de :
- Un núcleo magnético ( N ) en forrna de U en los extrernos de cuyos
polos se sittlan asirnétricarnente varias espiras (Ut )en corto circr¿!
to.
- La bobina operadora ( b ) rnontada en este nrf.cleo, que se conecta
en derivación del circulto a proteger a través de un traneforrnador
de tens ión.
- Un irnán perrnanente (P ) qo. abraza e[ disco de lnducción (Ver
Figura 62 ).
r33
FlG.62 disposiiion esguernotico de los diversosportes del elemento de induccion.
!.34
3.2.? Funcionarniento del relé de inducción
Los relée de inducción utitizan los efectos rnutuoa de carnpos magn!
ticos y corrlentes eléctricas lnducidas por ellos. Eequematizando
loe fenórnenos d.lrernos gue cuando dos flujoe magnéticos Ó y 0'
paralelos y defaeados entre sl ( suponemos que el adelantado ." Q ¡
inciden norrnaknente sobre un disco de metal no rnagnétlco, se desa
rrolla en el disco una fuerz" "E1¿irigida
del flujo adelantado a[ re -
traeado. Esta fuerza hace girar el disco, deterrninando eI funciona
miento del relé.
1El flujo Q creado por la bobina b induce en las espiras bruna corrieg
te y por tanto un flujo é' retrasado casi 90o respecto del prirnero.
Estos dos f lujos, paralelos entre sl y perpendiculares al disco, €r-
gendran en la rnaaa del rnisrno corrientes de Foucault. La acclón
rnutua entre estas corrientes y [os flujos rrrencionados desarrolla un
par rnotor cuya rnagnitud, para unas condiciones mecánicas f ljae
del relé, dependen del valor de la intensidad de la corriente que cir
cula por la bobina operadora, o sea, del valor de la tensión apllca-
da a sus bornes. Bajo la accidn de este par, el disco gira, equili.
brado por un rnuelle antagonista cuya tens ión deterrnina el puhto de
funcionarnlento ( Ver Figura 63 ).
El disco después de girar un deterrninado ángulo, cierra un contacto
r35
,e, €{
FlG. 63 principiorcles de
de funcionomiento de bsinduccidn .
i35
y queda aLirnentado el circuito de dlsparo del interruptor. Algunos rg
lés vienen dotados con un segundo contacto de cierre, totalmente in -
dependiente del anterior, para la a[irnentación de un circuito atrxiliar
de alarrna, señalización, etc.
I-oe relés de tensión actrlan bajo este principio y la construcción rne-
cánica y ajuste de todas sus partes garantizalr eL funclonarniento segg
ro y de gran precisión que hace de eetos a¡raratos,eficacee auxiliares
para la protecci6n y conservaclón de las lnstalaciones eléctricas.
3.3 DE'TALLES CONSTRUCTTVOS DE UN RELE DE TENSION TIPO
IAV DE LA GENERAL ELECTRIC
Et par antagonista [o proporciona un rnuelle espiral alojado en un anj
llo situado a rnedia altura det eje del disco y sirve aL propio tiernpo de
conexlón entre eL contacto rnóvil y el terrninal del re[é. En esta rnie-
rna zona se halla el contacto rnóvil, convenienternente aislado, gue a-
rrastrado por el giro det disco se desplaza hasta unlrse al contacto
f ijo, cerrando el circuito.
EI disco de inducción es de cobre, con r:n perfil eepeclalrnente dlseñg
do para corrrpensar eI incrernento de par antagonista produc ido por la
torsión del rnuelle espiral, con lo que se consigue mantener un par de
giro constante, para un valor dado de la tensión, durante todo el ángulo
137
girado por el disco desde su posición de reposo.
Et eje del digco va soportado por un pivote que descansa sobre un cen
tro de rublcon suspensión elástica, siendo gulado en su parte superior
por una aguja de acero, consiguiéndose que loe efectos de rozarniento
a ean prácticarnente desprec iables.
EL irnán perrrranente ( e ) en cuyo entrehierro gira el disco, desarro-
lla un par registente proporcional a ra velocldad de giro y produce un
fuerte amortiguarniento, con Lo qlue se evita eI rebote del contacto mó
vll contra el fijo.
La bobina operadora va provista de varias tomas que perrni.ten variar
el número de espiras y corno consecuencla regular la tensión de arran
que; o sea, e[ valor rnáxirno de la tensión para el cr:al e[ relé se pone
en f unc io narniento.
3.4 AJUSTE PARA UN RELE DE TENSION TIPO IAV GENERAL
ELECTRIC
3.4.L Elemento de inducción
El valor de la tensión de arranque del elernento de inducción puede eer
rnodif icado variando [a toma de entrada de la bobina operadora.
138
Las distintas tornas de tensión están rnarcadas de acuerdo a las ins-
trucciones del fabricante indlcando la tensión norninal por debajo de
Ia cual debe operar el relé.
La teneión de arranque del relé puede alterarse varlando ta posición
del anillo soporte del rnuelle espiral.
Este anillo se puede girar en uno u otro sentido, aumentando o disq!
nuyendo la tensión del rnuelle espiral, con lo cuaL se rnodifica e[ par
antagonista y var(a también La tensión de arranque. Mirando el relé
desde su parte superlor, si se gira el anillo en el sentido de las agr¡
jas del reloj, Ia tensión de arranqlue aurnenta; si se gira en sentido
opuesto, [a tensión de arranqlue disrninuye. Esto perrnite ajustar eL
relé a los valores norninales de la torna, si por alguna causa hubiera
sido alterado su ajuste. Tarnbién perrnite obtener valores de voLtaje
interrnedios entre dos tornas consecutivas si fuera necesario.
3.4.2 Dispositivo de sellado y señalizac lón
El carnbio de sensibilidad de la bobLna de t'sellado'ge verifica rne
diante un pequeño tornillo gue se introduce en una torna rnarcada con
el número que indica la sensibilidad deseada. Se procede del sLguien
te rnodo s supongamos que está tornada la sensibilidad ZA y quererrroE
paear a La O,2A t
ünlru¡tlrd Aulcnffi ¡ 0ü139
- Se saca el tornillo repuesto o reaerva situado en la parte superior
izquierda de I d ispo s itivo.
- Se coloca este tornillo en [a parte inferior derecha, rnarcada con
eL 0, ?.
- Se quita el tornillo de la parte superior derecha, rnarcada con 2.
- Se coloca este últirno tornillo en [a parte superior izquierda, que-
dando as I cornpletada la operación.
Si se procediera en otro orden, quitando por ejernplo el tornillo situg
do en Ia torna ? para pasarlo a la lsrna 0,2, precisarla un ajuste en
su rnontaje a fin de asegurar que los contactos cierren correctamente.
3.4.3 Dispoe itivo tempor izador
El dispositlvo ternporizador lleva rnarcado6 unos núrneros del I al 10
con rnediae divls[ones para obtener ajustes rnás f inos. La poslción
del anlllo graduado o Itindice de tiernpostrcon respecto a Ia rnuesca
grabada en Ia parte fija, indlca la curva de retardo sobre La cual está
funcionando eI reIé y deterrnina por tanto el tiernpo que üardan en ce-
rrarse loe contactoe para una tensión dada. Las curvas de referencia
(Ver Figura 64 ) eetí,n tarnbién rnarcadas del I at I0 en correspondeg
t40
aooCJoa.¡ce:oEEotIE20a¡:
a0oEa
a!talfEa!,aaE(,oocao .vwo(,aolo20lo
curvos de retordo poro reles IAV de minimo tensicínFlG.64 diogromo de
1", I
ci¡a con el lndice. En la posiclón cero del lndice, los contaitos del re
lé quedan justarnente cerrados.
El imán de frenado puede ser desplazado sobre el soporte en que se
encuentra atornillado, con lo cual se altera el efecto de frenado y por
tanto el retardo de tiernpo. Sirve para hacer coincidlr la efectiva del
relé con La curva teórica, si por cualquier circunstancia se hubiera
desajustado.
Deslizando el irnán hacia el eje del disco, dlsrninuye el tiempo de re-
tardo y aLejándolo del rnlsrno, aurnenta.
3.4 .4 Contactos del disco
Gon elrrindicetrde tiempos en la poslción cero, los contactos deberán
cerrarse justarnente. Este ajuste puede Lograrse rnediante un tornillo
de regulación que actrla sobre el contacto f ijo.
Poniendo el lndlce en La posición cero se gira el tornillo hasta que el
contacto f ijo toque justarnente al rnóvil.
3.4.5 Inspección periódica
Se recornienda proceder cada 6 rneses aproximadamente a una inspec
l4z
ción general y a la ver'tf lcaclón de su correcto funcionarniento median
te un ensayo.
3.5 ESQUEMAS DE CONEXION
En las Flguras 65 y 66 se mueetran los diagramas de conexiones para
los reLés de múrirna y rnáxlrna tensión respectivarnente, correspon-
dientes a los tipos IAV de la General Electric.
27 = relé de rnlnirna tensión IAV
52 = interruptor de potencia
SI = dispositivo de sellado y seíaLización
TC = boblna de disparo
a = contacto ar¡xiliar, cerrado cuando el interruptor está cerra
do
59 = relé de rnáxirna tensión IAV
3.6 R ELES INSTANTA NEOS DE VOLTA JE
Tipo PJV de la General Electric. Catálogo 7637 Agosto 28-78.
3.6. I Descripci6n
Constan de una o rnás unidades rnontadae en conjunto sobre una varilla
143
lo¡ro¡ do chCfrcultold l¡oor o (+)
(-)
conexiones rxler io r e s de un rele IAVporo proteccion de minimo lension.
Circuito dcdirporo
(+)
3r3l
I2I
FtG.65
I
23
Tron¡fqmodo rdc t¡n¡ion.
5
€]o'
'+ t?; ;5e2-t;Tt-TEÉT'
-É-(-)
FlG.66 conexiones Gxteriores de un rele fAV 5lAporo proieccion & moximo tensión.
1AÁ!"¡ a
rnóvil que sirve para varLar el voltaje de arrangue con el contacto rnó
vil directarnente ensarnblado en la arrnadura a cada Lado del eje de cg
libración.
3.6.2 Aplicación
Estos relés son de alta velocidad y son usados cuando se requieren o-
perac iones instantáneas ; existen con caracter lsticas de eobrevoltaje
de AC y bajo voltaje de DC.
3.6.3 Relés de sobrevoltaje
Operan cuando se presenta un incrernento de noltaje (que alcanza eL
punto de calibración para el cual ha sido ajustado. En Las Figuras 67
y 68 se rnuestran las curvas de operación correEpondientes al relé
de sobrevoltaje.
3.6.4 Re[ée de bajo voltaje
Su operación es contraria al descrito anteriorrnente aLcanzando su pun
to operativo cuando el voltaje decrece hasta el nivel de calibración es
c og ido.
Su utilización está destlnada a superviear fallas causadas por sobre-
t45
Tlupo ?r¡ctca
Nt
,3^5-l(¡¡
2
f ." rfuñdor
Tirmpo operocionol tn rgundorat¡ara
¡F
t
átEo.tI3!dat9.o3.taoatOt
oo
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oo¡Ner,e33oEÉocGaQt{oo-g!tooEgo
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aloaE3geo
Ég s
3Tñir?;áinEisdoqgo8"8E,38(D
FEI¡No..lara{a.
6Posicbncs dd indrcc ó ti-rnpos
carga, falla de baterlas, falla de fusibl.es u operaclón incorrecta de
un sisterna para rnaniobra secuencial, aislando el circuito sobre el
cual se presenta la anornalfa.
Ios relés Para bajo voltaje de AC contienen en su estructura interna
un puente rectificador de onda cornpleta que convierte la señal para e,
llrnentar los cornponentes propios de la protección.
t47
4. RELES DIRECCIONALES DE POTENCIA DIT'E'RENCIALES Y
BREAKERS DE PEQUEÑA POTENCIA
4.L ASPECTOS GENERALES
Este capltulo contiene Las caracterlsticas principales de los elernen -
tos arriba rnencionados, asÍcorno los parárnetros inherentes a cada
uno de ellos, los cuales son básicos para su anáIlsis y calibración.
4.2 RELES DIRECCIONALES DE POTENCIA
4.2.I Descripc ión
Estos relés funcionan con un ángulo de fase y una rnagnitud de corrieg
te y voltaje aplicados, operando cuando eL flujo de potencla es de una
rnagnitud suf iciente y con una dirección especIica; algunos poseen una
caracterlstica de potencia contra tiernpo inverso y otros pueden ope -
rar en forrna instantánea.
Corno los re[és de potencia rniden el producto de la corriente y la ten
148
slón, Ia corriente en un sentldo deterrninado para [a que funclona el
relé depende directarnente del valor de la tensión.
Para disminulr la dependencia de [a corriente en función de la tensión
en las proteccionee de fallas a tierra se utilizan a veces relés de po -
tencLa con poLarizaciín doble, o sea, con polarizaciín tanto de La co -
rriente corro de la tensión.
4.2.2 Func ionarniento y apllcación
Cuando loe valores lnetantáneos de La corriente y la tenelón entrantes
tienen diferente polaridad, eL relé inicia su operación. Esta se currr -
ple cuando el relé tiene un ángulo rnáxirno. Cuanto mayores son el án
gulo de fase o el ajuste, tanto rrayor es La corriente de funcionarnien
to, lo que signiflca que tamblén La corriente de control debe ser rna -
yor. Por consiguiente la tensión necesaria para el funcionarniento ag
rnenta al aurnentar el ángulo de fase y eI ajuste.
Este relé puede ernplearse corrlo protecclón direccional en redes equi
libradas con o sin neutro, para rnedir la Potencia activa y reactlva y
corrro protección dlreccional de fallas a tierra en redee que tengan u-
na reslstencia o reactancia de puesta a tierra del neutro, Para rnedir
la cornponente activa de La corriente de falla a tierra. Tarnbién se u-
tLLiza en el caso de fallas interrnitentes a tierra en las redes de trang
r49
rnis lón y corno protección contra la
tores sincrdnlcoe o en protecciones
radores.
pérdida de slncronisrno para rno-
de excitación rnlnirna para gene-
en térrninos de arnperios de llPara deterrninar
nea ae utiliza la
el arranque del relé
s iguiente fórrnula :
(4e )Eccoge
Si se produce un corto clrcuito trifáslco, Ia calda total de tensión en
la irnpedancia del Lugar de la fulla y en [a irnpedancüa entre e[ lugar
de la falla y los transformadores de tensión, debe ser 1o suficiente -
rnente grande para que los transforrnadoree de tensión puedan surni-
nistrar la tenstón requerida por el relé direccional.
Por eso debe tenerse en cuenta La zona rnuerta de un relé direccional,
la cr¡aL se deflne corno la rnlnirna impedancia total reguerida para que
eI relé reciba la tens [ón de funcionarniento necesarla.
En eI caso de fallas trifásicas, debidas, por ejernplo a haberse olvi-
dado quitar las puestas a tierra de protección, puede despreciarse la
irnpedanclia en el lugar de la falla. Entonces, Ia impedancla necesaria
consta únicarnente de la irnpedancia entre el lugar de [a falla y el pug
to de conexlón de los transforrnadores de tensión. EL valor reguerido
150
para la irnpedancia depende de la tensión del sietema y de la poten -
cla de corto clrcuito que atravieea la irnpedancia de una falla.
Para coneeguir que las condiciones de funcionarniento de los relés dl-
reccionales 6ean Lo rnás favorables que se puedan, es irnportante que
Los transformadores de tensión estén situados en el punto que tenga
rnáximo potencial en los corto clrcuitos y no en eL punto flnal de La
barra ornnibús.
4.2.3 La zona rnuerta de los relés dlreccionales de potencia*
Dicho relé tiene un ángulo caracter(stico, J de -30o. En Las protec -
ciones trlfásicas direccionales de eobreintensidad, eI relé está conec
tado con eu circuito de corriente en una de las fases y con su circuito
de tensión entre las otras dos fases. De esta forma el relé presenta
rnáxlrna eeneibllidad a la corriente prr^.f = 600, eue es un ángulo
de fase norrnal en los cortos c ircuitos.
El relé rnide : I Cos (f - ¿), lo que signlf lca que percibe tanto la
rnagnitud como La dirección de la corrlente, o sea el ángulo de fase.
para un relé RXPE 42 de ASEA.Anál ls is váIldo
l5l
Aslpues, no se trata de un relé de producto. Su valor de funclona
rnlento Is, puede ajustarse sin discontinuldades en una escala, entre
una y cuatro vecea el valor de una constante de la escala.
El relé RXPE42 con las escalas 0.3-I.ZA, I-4A, 3- I?A y 5-Z0A
requiere una tenslón rnuy baja, con elf in de que Ia zona rnuerta sea
[o rnenor posible cuando ee ernplea eI relé en protecciones direccionq
les de sobreintensidad. Con I = l0XIs, por ejemplo, el relé funciona
aungue la tensión sea de sólo 0,15% del valor norninal Urr.
La Figura 69 rnueetra la tens[ón requerlda por e[ relé. I-a. zona soq
breada indlca la dispersión entre relés para dlstlntas teneiones y frg
cuencias. La tensión de funcionarniento es lndependiente de la corrieg
te ajustada en la escala del relé. Para corrientes.rnuy grandee ("rrpg
riores a 50XI" ), el relé puede funcionar aurque [a tenslón sea próx!
rna a 0.
Tarnbién con estas grandes corrientes se consigue funcionarniento di
reccional sl la función excede de la reguerida por el relé. Et relé
RXPE42 con eacaLa 10, l-0,44 requiere para funclonar una tensión
rnlnirna de 0.6T0 deI valor norninal con el ajuste de corriente rnás
bajo. Si la corriente está ajustada a un valor rnás a[to, la tensión ne
cesaria aurnenta proporci¡¡naknente a ella, o asea que si ee aurnenta
el ajuste al valor rnás alto de la escala, que es cuatro veces mayor,
L5Z
o.E
o.6
t.2
r.o
o.2
U¡ o/oUnr.4 t-
:|
'1
\,\
\ \\
O.5 t 2 3 ¡t 5 lO 20 lO ¡lOS EOrl¡
FlG. 69 minino tcnsidn rpccsorio poro el funcionomientodelrele direccionol de potench csr diferentesvolores de corrienie y E sc = 30- 9O".( bzono rombrcodo cs b dispersión cntre rcÉs
poro distinfos hnsiones y frecucncios)
I5r
se requiere 4 X 0,6 = 2,40/o de Ia tensión norninal.
Para relés direccionales RXPE4? con escalas < 0,3- I,2 arnperios
se ha calculado la zona muerta enrnl-ohrn[os para una tensión de fun
cionarniento de O,L51o de Ur, ( figura ?0 ). De egtas curvas se deduce
que con una tensión del slsterna de lOKV, por ejernPlo y con S". =
I00 MVA, La zor:ra muerta es de 1.5 rnl-Ohrntos.Con Ssc = 200 MVA
y 30 KV, se obtiene 6, 8 rnL -ohrnios. Estos valores corresponden a
la reactancia de una barra entre unos 3, 8 - y unoa I7 rn de longltud.
Por consiguiente, en el caao de los cortoclrcuitos cornpletos del tipo
que se produce cuando rlo se ha quitado, por equivocación, una tierra
de protección, el re[é funciona correctarnente si entre eI Lugar de la
falla y los transforrnadores de intensidad hay, por ejernplo, una ba
rra de 10 KV con una L,ongitud de 3,8 rn para Sec = 100 MVA, o 8i hay
una barra de 30 KV con una longitud de 17 m para Ssc = 200 MVA, a
través de la cual pasa La potencia de cortocircuito.
St se produce una descarga de contorno entre Los polos por ejernplo
un seccionador de l0 KV la calda de tensión en el arco será de unos
400 V, lo que corresponde a +% y en consecuencLa el relé funcionará
s iernpre cor rectarne nte.
Cuando se producen cortocircuitos en cajae de cables y en cable pró-
xirnos a cajas de cables, puede contarse con una calda d.e teneión en
L54
F lG 70 zom muerlo en m fL cn f urrim de lo polencio decorlocircuito y lofcnsion del sistemo, poro el reÉdireccionolRXPE 42 con um fension de funciom -mianto de O.l5"h e b lension nomiml Un.
155
eI arco de unos 35 V, Lo que corresponde a O,35lo para un cable de
I0 KV; este valor excede considerablemente de la tens[ón necesaria
que es del 0 ,I5% para el RXPE 4? con escala
€ecuencia, el relé funclona, cualqubra que sean las dernás reactan -
clae y cuaLquiera que sea eI punto de conexión de los transforrnado -
res de tens ión.
En todos los cortocircuitos bifás icos, eL relé recibe suf ic iente ten -
sión, ya que su circuito de corrlente está conectado a una fase y su
circuito de tensión a las otras dos.
Eete relé se conecta para que funcione en La dirección de la falla y el
valor de funcionarn[ento se ajusta directarnente en [a escala de co -
rriente del relé.
4.2.4 A justes
Para calibrar un relé direccional de potencia se deterrnina eI valor
de arranque en watlos y se ajusta este con el disposittvo destlnado
para taL fin y ubicado dentro de la cubierta del relé con sus respecti
vas posiciones de tap indicadas; sobre r:na de Las cuales debe guedar
f ija la calibración escogida y una vez efectr¡¿do este ajuste se proce-
de a verif icar el correcto funcionarniento del relé, utillzando el eqr¿!
po de pruebas.
156
4.3 PROTE'CCtON DIFERENCIA L
I-a. protección diferencial es la gue funciona cuando el vector diferen-
cla de dos o rnás rnagnitudes eléctricas similares excede una cantidad
predeterrninada. Casi cualquier tipo de relé, cuando se conecta en es
ta forma, puede funcionar corno una protección diferencial, es decir,
no es tanto La construcción del relé Lo que cuenta sino suforma de co
nexi6n en el circuito.
La rnayorla de las aplicaciones del relé diferencial son del tipo rrdi -
ferencial de corrlente¡r pero pueden ser del tipo ttdiferencLaI de volt¿
jerr, los cuales operan con e[ rnisrno principio que los de corriente;
su diferencta estriba en que la señaL a manejar es el voltaje existente
en una resistencia shunt.
El ejernplo rnás eirnpLe de un arreglo diferenciaL del tipo de corrien-
te se muestra en [a Figura 71. Los secundarfos de Los transforrnado-
res de corrlente ( TI ) se lnterconectan y entre ellos se conecta la bg
bina de un rel.é de sobrecorriente. Aunque las corrlentes 11 e t2.pue-
den ser diferentes, si los dos TIte tienen las relaciones de transfor-
rnaclón y las conexiones adecuadas, bajo condicionee norn:ales de
carga o cuando se presente una falla externa al elernento prote
gido, las corrienteB secundarias circularán casi entre los dos TIr s
y no fluirá corriente por el relé de sobrecorriente. Pero si se pre-
157
El ¡mrnl oprolrgid o
FlG.7l orreglo diferenciol dc equilibrio de corrienle
r5t
senta una falla en cualquier parte entre los dos TIrs, la corrlente
fluye hacia el corto circuito de ambos lados y La surna de lae corrieg
tes secundarias fluirá por el diferencial. En todos los casos, la co-
rriente del relé diferencial será proporcional al vector diferencia
entre las corrLentes que entran y salen del elemento Protegido; si
la corriente original excede al valor ajustado, el relé operará.
Un arreglo más utilizado es el reté del tipo diferencial con porcenta
je de restricción que se rnuestra en La Figvra'z2, el cual consta de
una bobina de retenclón y una bobina de operación.
La corriente de la bobina de operación es proporcional afl - 12Y
la corriente equivalente en la bobtna de retención es ProPorcional a
( If + IZ ) / 2 pueeto que Ia boblna de operac ión está conectada en el
punto rnedlo de La bobi.na de retención; en otras palabrae, sL se hace
N lgual al núrnero de espiras de las bobinas de retención, los arn-
perios vuelta totales son I, (N/2)+ t, (N/Z ) q.rr" es [o mlsrno que si
( It + IZ)/Z fluyeran por toda ta bobina. La caracterlstica de funcig
narniento deI relé con porcentaje de restricción se muestra en la Fi-
gura 73.
La ventaja que presenta el relé diferencial con porcentaje de restric
ción es que ante corrlentes de falla fuera de la zor.a protegida, se
aumenta eL torque de restricción evitando rnaLas oPeraciones. Bajo
rs9
lobino ó¡ rrltnclón
!obino d¡opr ro clo n
FlG.72. rcle diferenciol con porcentoJe de resl riocion
I'¡-IaOperocidn
(\ r Lzl/2
FlG.73 corocleristico de funcionomiento de unrele con porccnto¡e de restr iccion
Re
I
t¡lriccidn
160
estas condiciones de falla, los TIrs supuestamente [déntlcos no tienen
corrientes secundarlas lguales debido a ligerae diferencias en sua ca
racterfsticas de rnagnetizaciír,. Ya que eI relé diferencial de porcen -
taje tlene una caracterlstica de puesta en funcionarniento que aurnenta
con la rnagnitud de 11 e 12, ésta evita dlsparos innecegarios a cauaa
de errores en los TIrs.
I-os relés dlferenciales de porcentaje pueden aplicarae a eLernentos
del. sisterna de potencia que tengan más de doe termlnales, corno el
rnostrado en La Figura 74. Cada una de las tres bobinae de retención
tiene el rnisrno núrnero de esplras y cada boblna produce par de reteg
ción independienternente de las otras, loe cuales ae surnan aritmétic¿
rnente. La pendiente de la caracterlstica de operaclón para este relé
varla con la dlstribución de corriente en [as tres bobinas de reten
c lón.
Existen adernás otros tipos de relés diferencialee que utllizan relée
direcc ionales o reLée de sobretenslón en lugar de relés de sobreco-
rriente. Sin ernbargo todos los tipos se basan en [a apllcaclón de los
principürs fundarnentales para un reLé diferencial.
4 . 3 . I C Las if icac ión de La protecc ión d if erenc ial
La protección diferenciaI se puede clasificar según el tipo de elernento
rór
Bobim dc oprrción
tlL---r----iElrmrnlo dr lr¡¡ fermipl¡¡
F !G.74. proleccion d iferenciolcon tre s torminole s
de un clemenlo
1/4IOL
a proteger, la señal de operaci6n, su forrna de operación y su tipo de
construcc ión.
- Según el tipo de elernento a proteger :
+ Protecc i6n d iferenc ial de transforrnadores
+ Protecci6n diferencial de generadores y máquinas glratorias
+ Protecci.ón diferenc iat de lfneas
+ Protecclón dlferencial de barras
- Según la eeñal de operación :
+ Por co rr lente
+ Por vottaje
- Según su forrna de operación :
+ Con restr icc i6n
+ Con operacl5n directa
- Según su tipo de construcción :
+ ELectromagnéticos
+ De estado sóLido
+ Con rnicroprocesador
De Los cuatro grupos mencionados, el rnás utillzado es el prirnero
porque perrnite clasiflcar e identiflcar mejor el tipo de relé.
r63
4.3 .2 Conexión de la protección diferencial
Un sisterna de protección diferenclal se puede arreglar para proteger
conf iablernente : un transformador. un generador, líneas y barras.
En forma general se deben considerar básicamente las conexiones de
Los elernentos que involucre La zona protegida asl por ejgmplo, para
proteger un transforrnador Los TIts en los lados prirnario y secunda-
rio se conectan de tal manera que forrnen un sisterna de corrlente cir
culante. La Figura 75 ilustra e[ esguerna .
Las fallas en los terrninales v en los devanados son internas a la zona
de protecci6n del transforrnador y por lo tanto reguleren que sean cla
rificadas lo rnás pronto posible para evitar esfuerzos internos y eI pg
ligro de incendlo .
La protección diferenctal es el tipo de protecclón rnás cornúnrnente
usado contra fallae de aislarnlento en Los devanados de un transforrna
dor. Esta forrna de protección no sólo responde ante fallas L[nea L[-
nea y Lfnea-tlerra, slno gue tarnbién responde en algún grado a las fg
Llas entre espiras.
t64
Rde difrrtnciol
Ir2
FlG. 75 . conexione s de lo proteccíon diferenciolde un lronsf ormodo r.
r65
4.3.3 Conexiones de un transforrnador con protecc[ón diferencial
Cuando un transformador eetá en estreLLa/delta, la corriente sufre un
desplazarniento de fase de 30o. Este desplazarniento debe ser corre-
gido en el secundario rnediante Las conexlonee de los TIts, Aoemás,
la corrlente de secuencia cero que fluye en eL lado eetrella del trans
formador no produclrá salida de corriente de La delta en el otro lado.
La secuenc[a cero debe por Lo tanto 6er ellrninada del Lado estrella
conectando Los TI's en delta; por La rnisrna raz6n los TI'e del lado
delta deben estar conectados en estrella
Cuando los TIt s están conectados en delta, sus valores norninalea se-
cundarlos deben ser reduci.dos a l/ \E rru"u" el valor norninal de
Los TIt s conectados en estrella, para que las corrientes fuera de la
delta puedan balancearse con las corrlentes secundarias de los TI's
conectados en estrella .
4.3.4 Ajuste y conexión de Los relée dlferenciales
Las siguientes indicaciones deben tenerse en cuenta para la irnplemen
tación adecuada del sisterna de protección diferencial ¡
- En general, los TI's en el lado Y de un transforrnador U/deLa, deben
166
ser conectados en delta. y Los TIrs en el lado delta conectados en Y.
Este arreglo cornpensa los 30o de desfasaje introducido por el trans-
forrnador y bloquea la corriente de secuencia cero en caao de faLlas
de tlerra externas.
- Los relés deben ser conectados para recibir la corriente de carga
entrando en un lado del transforrnador y saLlendo del otro lado.
Donde se haL[an rnás de dos devanadoe, se deben considerar todas lae
combinacLcnes tornando dos a La vez .
- La relación de los TI's debe ser escogida para que produzca eL
rnáxirno balance posible entre Las corrientes secundarias de ambos
lados deL transforrnador para una condi.ción de rnáxirna carga. Donde
se halla rnás de dos devanadoe, deben considerarse todas las cornbi-
naciones, tornando dos devanados a la vez y basándose en la potencla
del prirnario.
4.3.5 Ajuste y callbración de un relé diferencial
Para ajustar los valores de operación de un relé diferencial se debe
tener en cuenta [a relación de transforrnaclón y las conexlonee de Ios
transforrnadores de corriente qlue se uti[izaron para alirnentar los te¿
rninales del relé; asegurándose que las corrientBs enfrentadas en Ia
r67
estructura interna del relé tengan la rnisrna fase y rnagnltudes apro-
xirnadamente iguales en los terminales de entrada, de m¿rnera que
Lae dlferencias presentadas sea posible corregir[as con el ajuste de
los taps que normalrnente poseen los relée dlferenci;ales.
4 3.6 Prueba del relé dif erencial
Para cornprobar los parárnetros de operación deL re[é, se utiliza un
equipo que debe contener dos fuentes independientes de corriente o
tensión, para alirnentar arnbog lados del relé y variando una de las
fr-entes Iograr que la diferencia de corriente fluya por eL diferencial,
haciéndolo operar. Una vez se logre que el valor de corriente diferen
cial exceda eI valor ajustado.
En nuestro caso esta prueba no es realizable de rnanera cornpleta ya
que el equipo construfdo solarnente posee una fuente de corrlente o
tensión siendo verLf icables únicarnente los valores de operación para
cada una de las bobinas del relé en forrna independiente.
4.4 INTERRUPTORES DE PEQUEÑA POTENCIA PARA BAJA
TENSION
Los breakere pequeñoe pueden ser rnonofáeicos, bifásicos o trifásicos
y en algunos casos pueden estar provietos de un bloque de contados
r68
auxiliares cornbinados NC y NO para
rrrag .
suminietrar señalizx.lón y alar-
4 . 4. I Mecan ismo de d isparo
Estos breakers poseen un dispositivo llberador rnagnético de sobreco-
rriente y un dispositlvo Iiberador térmlco de sobrecarga.
4.4 .2 Caracter fsticas
EL modelo de rninlbreakers Brown Bovery tlpo SlO2, SZ0Z y 5302
sus sirnilares en esta llnea, poseen dos caracterlsticae de disparo dg
norninadas : K y L. La caracterlstica K es utilizada para protección
de circuitos con equipo yrnotores. La caracterlstica L se utiliza para
la protección de cables. Estas doe caracterlsticas son ernpleadas
por lo" breakers instalados en los circuitos de corr iente alter -
na mientras clue para los c lrcuitoe de corr iente directa eólo se
utillza Ia caracterletica K. Estos breakers corresponden de forrna
estandarizada con las norrnas CEE-I9, SEMKO-?7, VDE-0660 y
vDE'- 064r.
4.4.3 Condiciones de disparo
Para eL disparo térrnlco de un
r69
breaker con caracterletica K y una
corriente norninal de l0 arnperios, ee obtienen Los siguientes valores
de operac ión :
Corriente Tlempode disparo
1,05 h Mayor que 2 horas desde [a energización
L,¿ h Menor que 2 horas en servicio
I,5 h Menor que 2 rninutoe en servici¡)
6 h Mayor que 2 segundos desde La energizaclón
Para el dieparo térrnico de un breaker con caracterletica L y una co-
rriente norninal de l0 arnperioe ee obtienen los stguientes valores de
operac ión :
Corriente Tiernpo de disparo
1,5 L Mayor que I hora
I,9 L Menor que l hora
Para el disparo electrornagnétlco con caracterlstica K ee cumplen las
siguientes condicionee : para ac y DC el disparo se presenta cuando
exiete una corriente rnayor de 8 Ir'
Para ac solarnente, el disparo se presenta cuando existe una corrien-
te rnayor de 12 [o.
I70
Para DC solarnente, el disparo se presenta cuando existe una co -
rriente n-rayor de l6 lrr.
Para el dlsparo electromagnético con caracterlstlca L , en ac el
disparo se presenta cuando existe una corriente rnayor de 5ltr.
Estas caracterlsticas se pueden apreciar sobre las curvas corrien-
te vs tiernpo rnostrado en las tr'iguras 76, 77 y 78.
171
I i! lleI lis
E E i !8s
I!
?otE.a,aNooñ
oooc)oac'o
eo!tIor
or9oQ!=O
;TTF;i,.
Pc)CIa
atb,gaaaNot
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={xt=rJO:a:.33P'c,
CLa
{a3po3gataNoo
(-)
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8Eoo<g\,, óoO-!tr5.!Era(tl. o-o|Ogro'i)
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g 9P ggl, ala a a- É e|a aao r rsg
E gt t3- r¡ s¡ ¡16 ts trtS
3 Ei !3eto
EtFEEe eEF!ee
r77,
5. CONSTRUCCION DE'L E'QUTPO PARA CALIBRACTON Y PRUEBA
DE RE'LES Y ELEMENTOS DE PROTECCTON
5.I INTRODUCCION
Habiendo estudiado en [os capltulos anteriores los diferentes elernen-
tos utillzadoe para la protección de los circuitos eléctricos en un sig
terna de potencia, en eete capltulo aplicarernos eaos conceptos y to
rnando corrro base las caracterfsticas de los relés y de loe clrcuitos ¿
sociados a eIlos, procedemos a diseñar el conjunto de elernentos qlue
conforrnan el equipo de pruebae y calibración para Ioe relés de proteg
c ión.
Tratarernoe de explicar paso a paso loe parárnetros utilizados en el
diseffo, corno tarnbién [os tipos de inetrrrrrentos o cornponentee adicio
nales corno 3 switches, bornes de conexión y pruebas, resistencias,
transforrnadores, etc.
Para una rrrayor claridad, Los circuitos serán divididos de acuerdo a
[a función que curnplen, siendo posteriorrnente acopladoe hasta obtener
r73
corrro resultado final e[ objetivo buecado, procurarernos rnostrar al
estudiante la eecuenc ia en el funcionarniento del equipo, perrnitiendo
un conocirniento claro para aquelloe gue deseen cornplernentar o rne
jorar esta tesis, ya sea con tecnologla rnáe avanzada o la adición de
cualguier elernento que se crea neceaario para dar una mejor funclo
nalidad y rnayor aplicación al equipo en rnención.
El equipo para calibrar los reIés de protecc[ón está diseñado para
pruebas secundarias durante la puesta en servicio y para La prueba
rutinari," ptincipaLmente de protecciones de distancia y relés de me-
dida de impedancia; puede tarnbién utilizaree para pruebae secunda-
rias de otros tipos de relés, tales corno : relée direccionales, relés
de tenslón y relés de intensidad.
Este equipo está previsto para perrnttir al usuarüc sirnular loe tipos
rnáe cornunee de fallas aI probar loe relée de protecc ión en forrna
rnonofásica y bifásica. Las rnagnitudes de rnedida inyectadas al objg
to probado se crean rnediante una irnpedancia real en el equipo de
pruebas, en la rnisrna forrna que ocurre durante condiciones norrna-
les de servicio para los relés de rnedida de irnpedancia.
La prueba de los relés de protección de rnedida de cociente, ¡ror ejerrl
plo: protecciones de distancia, preclsan de tensiones e intenstdades
que reflejen eI estado real del sisterna de ¡rotencia. En lae pruebas
L74
estátlcas, estas rnagnitudes pueden obtenerse bien en una forma eintg
tizada, o blen creando un rnodelo del sisterna de ¡rotencia. Un rnétodo
de prueba sintetizada eignifica que las corrientes y las tenslonee se
obüienen utiHzando conrnutacioneg del ángulo de faee o a través de la
utllización de desplazarnientos de fase naturales del sisterna trifásico.
Durante la prueba de relés de rnedlda de cociente, puede ser necesa -
rio crear rnapitudes de rnedlda eintéticarnente, con el objeto de rna¡1
tener el volurnen de una prueba a nivel t-jo, cuando se desea una gran
salida de potenci¿. Esto se precisa, por ejernplo, cuando se prueban
protecciones de relés electromecánicos.
El equlpo está construldo de forrna tal que evita la distoreión en las
formas de onda de una o de varias rnagnitudes de rnedida gue no co -
rrespondan a [os harrnónicos existentes en un eisterna de potencia, y
por consiguiente puedan producir un cierto error de La rnedida reaLiza
da.
5.2 FUNCIONAMIE'NTO DE I,AS UNIDADES DE ME'DIDA
El equipo de pruebas ae cornpone de dos circuitos que pueden operar
independientemente el uno del otro : un circuito de corriente y un ci4
cuito de tensión y operan conjuntarnente cuando ee prueban relés de
dlstancLa u otras protecciones.
175
El circuito de corriente consta de : un transforrnador de corriente
( tnf ), un grupo de resistencias (Rl y R2 ), un autotransforrnador
variable (FZ,), un swltchu (Ff ) qrr. conrnuta La alirnentación trifásj
ca a éste para lograr una variación del ángulo de fase en pasos de 600
con respecto al circuito de tensión, un switche ( SWI ) que selecciona
las fases entre lae cuales se airnula ta falla, un switche ( SWZ ) que e
fectrla [a selección de fallas rnonofásicas o bifáeicas y dos terrninales
(IM ), prevlstos para allrnentar eI circulto de corriente deI medidor
de ángulos.
Para obtener Los diferentes valores en el ángulo de fase se aprovecha
la conrnutaci6n realizada en el switche (Ff ), el cual efecttla una rota
ción de [a secuencia de fases y un carnbfo en el sentido de la corrr."]
te que alirnenta eL transforrnador ( tnt ) y.l autotransforrnador (PZ)
( Véase eI esquerna de principio rnostrado en La Figura ?9 ).
El circuito de tensión consta de un transforrnador ( tnZ ) con el punto
rnedLc deL devanado prirnario accesible, eL cual funciona principalrneg
te en la slrnulación de fallas bifásicas ; un transforrnador estabiliza -
dor ( TR3 ) con eL punto rnedio accesible; un transformador variable..
(V ) que regula la arnplitud det voltaje; dos terrnlnales ( UM ) previs-
tos para alirnent¿r eL circuito de tensión del rnedidor de-ángulos; ter-
rnlnales del switche ( S\ilI ) para la selección de fases sobre Las cua -
les se sirnula [a fa[La; terrninales del switche ( SWz ) q,o" discrirninan
176
DtaD2aTC B
TRz ¡TR3 A,1,
=
SWJ' a
SWZ rSW3 =AaV-
IOTEI{CLATURACOI.IMUTAMR D€ ANqJLos DE FASEAJI.'STE FINO DE ANGULO DE FASETRANSFOR I'ADOR DE COR RIENTETRANSFORMAMR DE TEI{S IONTRA¡üSFORM ADOR ESTAE IL I Z ADO RAUTOTRANSFORMADOR MRA AJUSTE D€ TENSIONCO{MUTADOR SELECTOR OE FASESCOTITTUTADOR SELECTOR DEL TtpO DE FALL¡COITN'TADOR PARA VARTAR IHPE DANCIAAMPERIMETROVOLT I TE TRO
FlG.79. diogromo de Hoques del equipo poro colibrocion de reles
177
sl la prueba a realízar ea rnonofásica o bifáeica y el switche ( SWI )
que puede influenciar bajo ciertae clrcunstanctae la caracterletic¡ de
irnpedancia del reIé sornetido a prueba, cuando ee realice la sirnula -
ción de fallas rnonofásicas.
La fuente de alirnentación de corriente para flnee de rnedida, La pro -
porciona el transformador de intensidad ( TRI ). Mediante reconexio-
nea en el lado secundario, se pueden alterar las relaclones del trans-
forrnador de intensidad para obtener adaptación a La intensidad nornl -
nal o a otro nivel de intensidad deseado dentro de [a gar,na de posibill
dades del equipo de pruebas.
Para sirnular fallas monofásicae, ee obtiene solarnente una corriente
de fase y para fallas blfáslcas una corriente de Llnea a llnea. La direg
ción de la corrlente puede alterarse tarnbién l80o rnediante la apropig
da cornbinaci6n de los elernentos del circuito de corriente.
La Figura 80 ilustra la relación entre corrientes y tensiones para dl-
ferentes clases de fallas conforrne a Los princlpioe antes rnenc ionados.
5.3 DESCRIPCION DE I.OS CIRCUITOS DEL EQUIPO DE PRUEBAS
Y COMPONENTES. DISE'ÑO
Los cornponentes deL equipo de pruebae eetán alojados en dos cajae
r78
A) tirrARtt
I) SECUNDARIO
C) FALLAtlFAsrcA
D) FALLArcNGASICA
Ur¡T¡n¡ion pri mor I o
U¿r\
\ )---/ utr
/uÚT¡n¡ion ¡¡cundorio
. Urr\\\
)+-+/ u¿R
/ ur"Ten!ion ¡rcundorb
lrr
Corrirnl¡ grlmorio
&i
¡ttCorrienl¡ ¡¡cundorio
Itit
Corri¡nle ¡ccundori o
+ Ili
Corrirnl¡ ¡¡cundorio
de boseycn follos monofosicos y
\
\rf/
T¡n¡ion ltcundorio
FlG.80 rcfocion cntre corrientes y lensionesbifosicos.
Unirnidos At¡iüi,{.;¡il ús iktidrfitü
li,rf,tr [;i'¡ n*¡r,r179
portátiles con las eiguientes dirnensiones : caja No. I : altura 0,4g rn,
ancho 0,60 m, profundidad 0,28 m. caja No.2 : altura o,zs rn, ancho
0, l5 m, profundidad 0,40 rn.
En elfrente de las cajas están todos los controles de operación, con_
rnutadores, terrnlnales, lárnparae de indlcación y fueibles para la cog
veniente protecci6n del rnisrno, corno se aprecia en [a Figura gl.
Una de Las cajas contlene los transforrnadores gue conforrnan [a fuen
te de alirnentación con sus terrninales para conexión tanto a la red co
mo aL equipo de pruebas, asícomo sus respectivoe fusiblee de proteg
ción. La segrurda caja aloja todos los circuitos adiclonales componeg
tes, controles de ajuste, grupos de res istenc las, swltches, eelecto -
res, terrninales, etc.
Estas cajas deben trabajar acopladas al efectuar pruebae de relés de
dietancia, corriente. tensión, etc., o para una cornprobaclón rápida,
slmple, de los relée de protección, a base de rnedir un número Lirni-
tado de puntos de las caracterlsticas de operación ( Figura gz ).
5.4 UNIDADES DE RESISTE'NCIA
La resistencia del
ro de res istencias
circuito de corriente se deriva de un cierto núrne-
de valor fijo conectadae en serie segrfn puede ver-
180
FIGURA 81. Aspecto de las dos cajas cornponentes del equipo paraprueba de relés
181
o Ir lz l¡ 14 l¡ le Lt l¡ le lro
FlG.82 unidod de rcsistcncio s
r8Z
se en [a f igura 82.
La resistenc'ra total de la cadena ee de 336 ohrnios. A diferentes posj
ciones a lo Largo de La cadena de reeistencias utilizamos un conrnuta-
dor de reconexión (R ) para obtener los diferentes valores de resis -
tencia, corno puede verse tarnbién en La Figura 83. E'l conmutador R
que tiene dtez poslciones, se usa para ajuete grueso de corrlente.Lae
Figuras 8? y 83 rnuestran tarnbién que eL ajuste f ino Lo proporciona
R2 que ea un reostato de precielón de 50 ohrnloer coo una eacala gra
duada de -0- a -I00 dlvisioneg de escala.
El conrnutador R y eL reostato RZ utilizados para el ajuete grueso y
f ino respectivarnente, están d[epuestos de tal forma clue es posible
conseguir una regulación en la magnitud de resietencia para obtener
la corriente deseada en todae y cada una de las pruebae a realizar,
previa seLección de La posicL5n apropiada para eI conrnutador R, ae -
gún se rnuestra en La Tabla I.
5.5 UNIDADES INDUCTIVAS Y CONMUTADOR DE'L CTRCUITO DE
CORRIENTE'
Para obtener la variaclón en la rnagnitud del ángulo de fase deL circq!
to de corriente secundario con respecto aI circuito de tensión, utili-
zamos : un transformador de corriente TRI, eL cual noa proporciona
183
¡lI_rl2rPTR I |
|JLr20lL 216n
t a
t t
t t
a t
24JL 312JL 50n
.EJL zEE JI 50n
TZtl- 234n 50 JT
96 Jr e40 tt 50 JL
FlG. 83 volores de r es¡sterrcio poro
ra4n r92n SOJL
192 JL l.l¡t n 5OJL
240
2t8J! ¡]E n SOJL
336 n
los difcrentes posiciones dc R
50n
r84
TABLA I. Valores de reslstencia de Rl y R2 para el ajuste de la
corriente de prueba
Pos ición
R2 (5'ofu )
RIR 2 Max.Rr (rr )
R 2 Min.Rr(rL )
l0
9
8
7
6
5
4
3
z
I
0
336
288
240
r9z
r44
L20
96
72
48
24
0
386
338
290
242
r9+
170
r46
T?,2
98
74
50
336
288
240
t92,
r44
I20
96
7¿
48
24
0
r85
La separación galvánica deseab[e entre el circulto primario y eecun
dario; un autotransformadot p2 por rnedio del cual el ángulo de fase
det circuito de corriente puede aer variado contÚruarnente en un rango
de rnás o rnenos 30o; un conrnutadot Pt alirnentado en forma trifásica
que efectrla [a perrnutación de fases y la invereión del sentido en el
fLujo de la corriente, logrando aslla variación deL ángulo de faee en
pasos de 600.
El conmutador Ff ." un swltche de cuatro poloe con un punto corntln
cada uno para seis posiclones diferentes; dispuestoe de tal forrna que
dos de e6os poLos establecen un clrculto serie entre el prirnarto del
transforrnador TRI y [os gruPos de resistenciae Rl y R2, finalizando
éste en el punto móvil deL autotraneforrnador pZ, cuyos terrnlna[es
eetán alirnentados a través de Los dos polos restantes del conmutador
fr.
MedLante esta disposici6n ae conaigue eI ajuete grueso y fino para [a
variación det ángulo de fase segtln se llustra en la Figura 84 que rrtuea
tra La perrnutación de fases y sentido de corriente, para una variación
del ánguLo de fase cada 60o en una secuencla de seis posiciones.
IJo anterior se reswrre en el análisis vectorial realizado a partir de
La Ftgura 84, donde se aprecia La rnanera en que e[ swltche E}1 posi-
ci¡cna las entradas de corrlente al circuito prlrnaria del transforrna-
r86
rt tl
POSTC tON DE r2ooI
POSTCI
tcrot¡
fPOSI
--7--eI
T
oN 6df
D€ OO
?tl
tTPOStCtOT DE z¿too POSICTON DE 3000
FlG.84. permulocion delorqulo de fo* del circuito de corrienle cn los 6posicionesde I switc hc .DI
r87
dor TRI; reflejándose en su circuito secundarlo, la surna vectorlal de
Las corrientes I¡, IS - IT, sirnétricas y de igualrnagnitud cuando pz
se ubica en la pos iclón interrnedia, o desplazadas tanto en rnagnitud
como en ángulo, cuando pZ efectCa su recorrido hacia alguno de los e¿
trernos. La Figura 85 indica el análisis válido para Las poslciones de
los 60o y ?4Oo.
5.6 TRANSFORN4ADOR DE INTE'NSIDAD TRT
EL traneforrnador de intensidad tiene seie arrollarnientos secundarloe
de los cuales cuatro eetán incluldog en el clrcuito oo"tr"l del equipo y
dos fueron eongtruidos con terminales separados y mayor eurninistro
de corriente, para efectuar pruebas en los relée de eobrecorriente.
I-os devanados eecundarios, pueden ser conectadoe en serie o en Parg
lelo de forrna tal que se puedan seleccionar fáclknente diferentes rela
ciones de transforrnaciónr pérr? adaptar la intensidad eecundaria a la
intensidad norninal, o a cualquter otro valor requerido de intensidad,
según la prueba a realizar.
En la Figura 86 se consignan las cornbinacionee de tape, p?ra obtener
las diferentes ealidas de corriente del equipo, y La Tabla 2 contiene
los datos de voltaje y corriente con loe cuales ee deterrninó e[ valor
de Ia impedancia de cortocircuito para e[ transforrnador TRI ( fuente
188
UrUT
2400
FlG.85 ubhaion de fos vectores de corrienteposiciones de 60'y 24O".
t8g
poro los
Solido Concxion Rclocion
roov-2Att 17 tt tl"//f
"2a taú 12
t:l
50v - ¡]A W'Fd@ta ta ¡o ¡:¡
l:2
25V - !At! t? t¡ tlEEED
FIFFAl:1
ltv rtA tf tr ^2 faocDo ¡:0
5.5V - 36Alr ¡r
^e ¡t
ED ED t:¡t
FlG.86. rolociones de tronsf ormocbn yccnxbnesdelc Tops poro d tronlorrndor TRI
19C
de corrlente ) para cada una de lae posicionee de R.
Valoree de lrnpedancia en el transforrnador TRI con cada
posición de R
TABI-A 2.
Pos i-c i¡5n RrsIpV1 vz ztn
t0
9
8
7
6
5
4
3
2
TI - 2I
I, 00
L,20
I, 60
1, g0
2,30
2,70
3,35
4,30
ó, 00
0, 33
0,38
o,46
0,58
0,75
0, 89
1,10
r,42
z, oo
0, 15
0, z0
0, 3o
0,40
0, 60
0, 80
r, z0
r,40
z, oo
rl - rg
1I0
tt0
Il0
rr0
r08
r06
r05
L0z
100
3, 03
3, l0
3,45
3, l0
3, 06
3,04
3,04
3, 03
3, 00
336
288
270
L92
L44
LZ0
96
7Z
50
5.7 TRANSF'ORMADORES DE TENSION
El circuito de tensión eetá
taje deseado de acuerdo a
dlseñado para obtener [a
la falla eeleccionada para
regulación del voI
el objeto a probar.
contiene 3 un transforrnador TR2 el cual ¡roeeeE[ sisterna de voltaje
l9r
su rnáxtrna utilización cuando se efecfilan pruebas blfásicas; un trane
forrnador estabiLizador TR3 con el punto rnedio acceaible. Un auto
transforrnador con eL cual se regula La arnplitud del voLtaje deede 0
hasta I40V con wra escala graduada en 100 divisiones de eecaLa.
Los terrninales extrernos del cLrcuito de tensión, se conrnutan
dio de los selectores SWI y SWz, eeleccionando el tipo de falla
tensión de alirnentación al objeto probado.
Por rng
yla
Si se sirnula una faLla rnonofásica, por ejemplo R-N, .eI
autotransfor-
rnador variable se conecta a [a tensión de fase V¡-N y La arnplitud deI
voltaje puede ser variada desde 0 haeta 64Y. Las doe tensionee de fa-
se restantes, no son influenciadas durante La prueba.
Para faLLas b'rfásicas, por ejernp[o R-S, el autotraneforrnador se co -
necta a la tensi6n de llnea Vn-S a través del transforrnador TR2 y ta
arnplitud del voLtaje puede aer variada desde 0 haeta 140V. La fase
restante no recibe ninguna influencia durante la prueba. Eete cornpo!
tarniento ae conserva tdéntico para cada una de Las fases eelecciona -
dae.
5.8 CONMUTADORES DE AJUSTE Y OTROS E'LEMENTOS DE GONTROL
La ¡rarte frontaI del equipo de pruebas contiene los elernentos de con-
L9Z
troI que sirven para la operación del rnisrno. Las distintae funcionee
de estos elernentos son como se enruneran a continuaci6n, apreciándo
se cada uno de ellos en la Figura 87.
* H : lnterruptor general que controla la aLimentación de voLtaje aL
equipo ( conexión y desconexión ). Este se acompaña de una lárnpara
de lndicación, la cual enciende cuando existe teneión en el equipo y se
apaga en caso contrario.
El switche contiene cuatro contactos doblee norrnalmente abiertoe, con
loe cuales se Logra una alirnentación trifáeica a ll0V, 6OHZ, con hilo
neutro.
B1 : Switche conrnutador que efectrla los desplazarnlentos de Los ángg
Los de fase sobre el circuito de corriente en un recorrido de eeie posi
cionee que abarcan todos los cuadrantes del plano de irnpedanciae. E[
conrnutador lo constituyen 24 contactoe distribufdos en cuatro polos,
con l¡ce cualee se efechla la perrnutación de fases, y La invereión eo -
bre eL sentido del ftujo de corriente, lográrrdose el carnbio del ángulo
en pasos de 600 de La siguiente lnanera :
- Prirner cuadrante : Con e[ conmutador en La posición l, obtene -
rnos un ángulo de 0o. Gon el conrnutador en [a posición 2, obtenernos
un ángulo de 600.
193
- Segundo cr:adrante 3 Con eL conrnutador en [a posición 3, obtene-
rrlos un ángulo de 120o. Con el conrnutador en la posicL6n 4, obtene -
ñros un ángulo de I80o.
- Tercer cuadrante : Con el conrnutador en la poeición 5, obtenemos
un ángulo de 24Oo.
- Cuarto cuadrante : Con e[ conrrutador en La poeición 6, obtenemos
un ángulo de 3000.
- I32: Autotraneformador que sirve para regtrlar el ajuete flno en
el ángulo de fase preseleccionado, realizando éste sln escalonarnien-
tos en un valor de * 30o, con una escala de 0 a 100 divieiones.
- R : Conrnutador selector de dlez posiciones, gu€ efectrla eL ajuete
grueso sobre la corriente secundaria base, utilizada para la prueba.
- RI : Conjunto de 16 reeistencias de 48 ft . 250W - llOV acopla-
das para Lograr las variaciones de corriente.
- RZ t Reoetato 50 ohrnios 300W, con e[ cual se reaLlza eL ajuete fj
no de la corriente secundaria baee, para la prueba sln eecalonarnien-
to.
L94
- SWI : Conrnutador eelector de las fasee sobre las cuales se airnu-
la lafall'a. Está compuesto de 20 contactos distrlbuldos en cinco blo
ques, de loe cuales dos eoportan eI clrcuito de corriente y Los tres res
tantes el circuito de tens ión; la escala del conmutador eetá rnarcada
con Los tipos defalla según la ¡neición asl: (R (S ), S (T ), T (R ).
- SWZ : Conrnutador selector del tipo de falla a sirnular, con eI cual
es Posible ublcar : fallas rnonofásicas o bifásica, sobre el relé aorne -
tido a prueba. I-o constituyen I2 contactos distribuldos en eeis polos,
uno de los cuales interf iere el circuito de corriente y los cinco reetag
tes interfieren el cLrcuito de tensión. La escala de1 conmutador viene
rnarcada con La falla seleccionada asl: I - rnonofásica, 2 - bifáslca.
- SW3 : Switche selector de dos contactoe, dos poeiciones, con e[
cual podernos afect"" q impedancia del relé probado, cua¡rdo ee reaLi
za Ia sirnulación de fallas rnonofáeicas. Su carátula viene rnarcada con
Ias poeiciones I - Zó a - b.
- sw4 : switche auxiliar de seis contactos, dos posiciones, eI cual
dispone en terrninales exteriores deL equipo, la alirnentación requeri-
da para un crondrnetro, al efectuar pruebas que exijan Ia rnedición del
tiernpo. Su carátula viene marcada con las poeicLcnes On - Of'F.
Transforrnador auxiliar : Ernpotrado en caja separada que contie -
r95a
ne tres transforrnadoree rnonofáeicos, acoplados en conexión Dyo cu-
yo dLagrarna ae aprecia en la Figura 87 y posee una potencia de 500V.t{
por fase. I-os terrninales del prirnario pueden 8er conectados 3 en ae-
rie para 380-460v-; en paralelo para 190-230v. A travée de perrnuta -
ciones externas del Tap.
El secundario posee terrninales para obtener vottajes de lI0V t I0%
y eetí protegido en el prirnario con fuelbles de dos arnperlos.
196
6. AJUSTE Y PRUEBA DE' I.oS RELES DE PROTECCION
Todo engranaje de protección para los sisternas de potencia debe oblj
gatorlarnente ser probado y ajustado antee de colocarlo en servlclo.
Ianego, durante eu vlda rltil, deberá ser periódlcarnente revieado y
mantentdo para su óptima operación. Deeafortunadamente no siernpre
es posible obtener rnétodoe artificlales de prueba clue perrnitan si.rnu-
lar con un ciento por clento de exactitud las condlclonee que se preseg
tan durante la operación norrnal de un sisterna de potenci.a. Egta situa
ción se agrava arln rnás, debido a la creclente cornplejidad tanto de los
sieternae corno de los esquemas de protección utilizadoe.
Usualrnente se practican tres. clases de pruebae que son : pruebae de
fábrica, pruebas de puesta en servicür y pruebas rutlnarlas de rnante
nim iento.
6. I PRUEBAS DE FABRICA
Estas pruebas son responsab[idad deL fabricante y deben eer de aLt(-
r97
sirna calidad y de una gran eficiencia para asegurar que [os aparatog
y equlpos se encuentren en óptirnas condiciones para ser lnetalados en
su destino f inal.
Es indispensabLe probar el comportarniento de loe relés desde el pun-
to de vista de sus parárnetros de operación; es decir, que lae pruebas
deben simular Lae condfciones eléctricas con las cualee debe operar.
Adiclonalrnente, debe ser capaz de soportar todae lae condicionee del
rnedü¡ arnblente que lo rodeará durante su vida útil. Dependiendo de
La clase de relé, cada fábrica tendrá rnuchos rnétodos para sirnular
Las condiciones eléctricas, las cuales suponen una supervisión por pa¿
te de Los lngenieros que en el futuro rnantendrán eL equipo.
Las pruebas referenciadas aL rnedio arnbiente suponen que deben cu4l
plir norrnas lnternacionales y en algrfn caso las condiciones especia-
les previstas en el diseño entre Las cualee podrlarnos pensar en las
siguientes : vibraciones, clirnas carnbiantes, deecargas atrrosféricas
interferenclas debidas a radio frecuencias y golpee.
Todo [o anterior debe estar debidarnente certiflcado para La ernpreea
que cornpra e[ equipo antes de aceptar su despacho al deetino flnaL.
r98
6.2 PRUEBAS DE PUESTA EN SERVTCTO
Para cqalquier instalación, especialrnente lae subestaclonea y centra-
les eléctricas, estas pruebas eon de surna irnportancia porque garanl!
zan que alf inal de La construcción, todo el equlpo queda operando co -
rrecta y coordinadarnente.
Para nuestro caso, estas pruebas 8e reducen a lo stguiente :
- Verificación de [os cableados contra los planos de rnontaje y dise
ño. Puede ser gue durante la construcción ocurran carnbios, loe cua
les deben aer consignados y verificados en esta etapa.
- Inspecclón general de todo eI equipo, revisando conexiones, alarn-
bree, terrninales de relés, rótuloe indicativoE en terminaLes y todo g
quello que vieuaknente pueda cheguearse y controlaree.
Medida de resistencia de aislarniento en todos [os circultoe.
Estas pruebas varlan de acuerdo a[ sitio y al aislamiento y requieren
una cuidadoea planeación Para evltar daños a [oe equlpos que conten-
ga.n elementos de estado sótido o gue puedan ser afectadoe por los aI-
tos voltajes de Las pruebas.
t99
Prueba a traneforrnadores de corriente y de voltaje, buscando espe -
cialrnente garantizar La poLaridad, relación de transformación, curvaE¡
de magnetización y rotación de ángulo de fases.
- Inspección y prueba de relés por rnedio de lnyección secundaria,
preferiblernente desde borneras terrninalee de tableros.
- Inyección prirnaria que garant'wa La
nas, identif lcando los posibles errorea
Los ajustes correctos en algunoe relés,
c Lales.
eetabilidad para fallae exter -
en e[ cableado e tdentificando
espec'ralrnente en los diferen-
- Chequeo operativo y efectivo de los circuitos de alarrna y disparo.
Deben eer tan arnplios que garanticen cobertura totaL de todo eL equi-
Po.
Todas estas pruebae deben quedar consignadas en un libro de protoco-
los de pruebas, donde [os datoe obtcnidoe sean conɡiderados la baee y
punto de partida para eI rnantenirniento del equipo y fuente de inforrna-
ción tanto para el pereonal de rnantenirniento cofiro para el de opera -
c ión.
200
6.3 PRUEBAS RUTINARIAS DE il{ANTENIMIENTO
I-a, experiencia ha dernostrado que el equipo de protecciones y control
al cual le han sido practicadas [as pruebas anteriorrnente descritae,
tiene una altleirna confiabilidad y su comportarniento durante la opera-
ción es magnflco, slempre y cuando se apoye en buenos sisternas de
mantenirniento. Desde eI punto de vista de las protecciones, los análi-
sis indicarán si una falLa fué aclarada correctarnente. Eeto significa
que se curnplieron Las tres condiciones ldeales básicae corno son: ra-
pidez, seLectividad y seguridad.
Lae pollticas de rnantenirniento gue actualmente se utilizan eon el re -
sultado de la experiencia por los grupos de rnantenirniento; Log fabri -
cantes tienen la tendencia a sobreprotegerse aconeejando que lae prug
bae se realicen en;tlernpos dernaeiado cortos, caBi siernpre entre 6 y
12 rneses. Ar:nque esto serla lo ideal debido a que el equipo de proteq_
ciones casi nunca opera, se ha cornprobado que el punto.óptirno se ha-
lla con base en las estadleticas de operación, surnado a las recomen -
dacbnee del fabricante y a [os rnétodos de rnantenirniento predictivo
disponibles en [a actualidad.
Todo lo anterior debe enmarcarse en [a neceeidad perrnanente que se
tiene de utitización del equipo asociado de alta tensión, lo cr¡al irnpide
sacar de eervicio contfnuarnente partee del sistema.
zol
Lae pruebae de rnantenimiento gue norrnalrnente se deben ejecutar eon
Las pruebas de inyección secundarla; ein ernbargo, a diferencia de las
pruebas de puesta en servic[o las cuales deben haceree para todae las
condiciones de operaclón del re[é, sóLo se ejecutarán pruebae de los g
juetee sobre loe cualee debe trabajar.
Estas pruebas deben realizaree de forrna que incluyan el equipo de cog
trol de potencia asociado, garantizando el correcto funcionarniento de
todo eI eaquerrra.
6.4 PRUEBAS DE RELES DE DISTANCÍA
6.4. L Prueba estática
La prueba eetátLca supone la variación contínr:a y lenta de loe parárng
troe de operación del relé ya eea corriente o voltaje. Esta parte de la
prueba es realizada con el equipo dlseñado y construldo en el proyecto
que presentarnos, el cual surninletra tension trifáslca y tura corriente
(rnonofásica ) cuyo águlo ee¡ variable con resPecto a Lae tensiones'
En este caso el equipo contlene varias impedanclae ajr:stables, que 8e
utllizan corno línea de transrnisión para la sirnulaclón y las tensloneg
y corrientes de Ia fuente son aplicadae a eeta irnpedancia eubitamenb.
Estae tensiones y corrientee tarnbién son [evadas al relé en La rnisrna
z0z
forrna. El equipo utiliza un selector por rned[o del cual se escoge e[
tipo de fa[[a slrnulada, evitando hacer carnbloa en los alarnbrados. Eg
ta parte de la prueba certifica que La caracterlstica deI relé es correg
ta'referenciada aL plano R-X y a los ajuetes deeeados
La operación real de los contactos de salida se superviea a través de
Iuces ind lcadoras, amperftnetrc, voltlrnetro, rnedidor de ángulo y un
reLoj que rnide [os tiempos de operación.
En la Flgura 87 se esquernatiza eL princlpio de funcionarniento deL equj
po.
La,s.aonexiones extericres no deben aer carnbiadas durante el transcur
so de [a prueba, con excepción de los ajustes en e[ grupo de impedan-
c ias.
Generalrnente se escogen valores de irnpedancia lo máe exactos posi-
ble en cuanbo a ángulo sirnilar aL de La Lúrea y un valcr de La magnitud
eL más cercano por encirna. Con eI interruptor eelector SWI se esco-
ge el tlpo de falla deseada .
Sl el. relé no opera, se reduce poco a poco en e[ selector de vottaje.
hasta que el reLé opere. De esta forrna Ee prueba e[ relé en condicio-
nes estáticae, para veriflcar eI alcance de las unidades de arranque
z03
zona3yzona2.
6.4.2 Prueba dinámlca
Para hacer La prueba dinámlca ee escoge un valor de irnpedancia que
calga dentro de la zor.a I y se hace La slrnulación operando el swltche
4. De esta forma, eL vottaje y [a corrlente son eúbitamente aplicados
al relé.
Toda prueba debe ser verif icada en la hoja de cálculo, para rect[ficar
poslbLes errorea y corrrparar los resultados esperadoa contra los obtg
nidoe en las pruebas. Despuée de ejecutar la prueba y asegnrar el
buen funcionarniento del relé, éste puede aer pueeto en servicio, te -
nlendo en cuenta todas las precauciones aconsejadas por la eeguridad.
6 . 5 INSTA I-A C ION DEL EQUTPO
6. 5. I Pasos generalee
Para La inetalación del equipo a fin de reaIizar las diferentee pruebas
posibles de efectuar, deben seguirse [oe pasoe descritos a continua -
ción; el rnedidor de ángulo debe Q-ar lnstalado ei la prueba a efectuar
lo reguiere.
2M
- Conecte el transforrnador (fuente auxiliar ) trifásico a una red tri-
fás ica de 220 voltios 60 HZ con secuencia de faees conocida.
- Con La ayuda de un voltlrnetro eeleccione el tap de conexión en el r
traneforrnador para obtener Il0V entre fases a [a ealida de [a fuente.
- Gonecte la ealtda deI transformador fuente a Los terrnlnales R, S,
T, N del equipo, teniendo el switche H en posición apagado.
- Conecte loe inetrurnentos de voltaje, corriente y el rnedldor de án-
gulos a Los termtnalee rnarcadoe Urn e [m respectivamente.
- De acuerdo a [a corriente nominal lndicada en e[ relé eornetido a
prueba, seleccione el tap del traneformador de corrlente siguiendo las
instrucciones referentes a este e indicadas en eI plano general del e-
quipo, representado en la Figura 86.
NOTA : Antes de iniciar [a cornprobación de los parámetros Para
cualquier relé que se desee sorneter a prueba, provéaee del
catálogo de instrucciones propio de cada reLé.
6.5.2 Medida de tiernpos
La rnedición del tiernpo para cada una de las pruebas reallzadas con
?05
el equipo, puede verificarse con la ayuda de un reLoj cronórnetro el
cual se conecta separadarnente.
La inetalación del rnedidor de tiempo se efectúa conectando el switche
SW4 aL circuito de corriente para el arranque eirnultáneo del rnedidor
a travée de contactos liores y el pulso deL dieparo al terrninal de para
da propio del cronórnetro de acuerdo a la Figura 88.
Conecte uno de loe contactos del ewltche auxiliar SW4 a Loe terrnrna -
tee 16 y 17 del equipo y retire La platlna que une estos terrninales.
Gonecte el otro contacto al circuito de arranque del retoj; el circuito
de parada del reloj puede conectarse directamente a los terminales de
prueba en el clrcuito de disparo del re[é, sI el cronórnetro es del tipo
de parada por aplicación de voltaje directo; el no es de este tipo, e[
circuito de parada del cronórnetro debe ser alirnentado a través de un
contacto Iibre de potencial en Los relés de dieparo.
6.5.3 Conexlones previae para reaLizar pruebae a un relé de dietan-
cla (Prueba Iq)
Conecte Loe terrninales RI, S[, TI, NI y loe terrninales RU, SU, TU,
NU del equipo a loe correapondlentes puntoe de alimentación del relé
en prueba
206
