Ingeniera Electromecnica. Subestaciones Elctricas.Bello Bernab Jorge Armando. Control: 11320987Proteccin por Relevadores.La funcin de la proteccin por relevadores es originar el retiro rpido del servicio de cualquier elemento de un sistema de potencia cuando este sufre un cortocircuito o cuando empieza a funcionar en cualquier forma anormal que pueda originar dao e interfiera de otra manera con el funcionamiento eficaz del resto del sistema. El equipo de proteccin esta ayudado, en esta tarea, por interruptores que son capaces de desconectar el elemento defectuoso cuando el equipo de proteccin se los manda. Estos interruptores estn localizados de tal manera que cada generador, transformador, barra colectora, lnea de transmisin, etc. pueda desconectarse por completo del resto del sistema. Estos interruptores deben tener la capacidad suficiente para que puedan conducir momentneamente la corriente mxima de cortocircuito que puede fluir a travs de ellos, e interrumpir entonces esta corriente; deben soportar tambin el cierre de un cortocircuito semejante e interrumpirlo de acuerdo con ciertas normas prescritas. Los fusibles se emplean donde los relevadores de proteccin y los interruptores no son justificables econmicamente.Aunque la funcin principal de la proteccin por relevadores es reducir los efectos de los cortocircuitos, surgen otras condiciones anormales de funcionamiento que tambin necesitan esta proteccin. Esto es ms cierto cuando se trata de generadores y de motores. Una funcin secundaria de la proteccin por relevadores es indicar el sitio y el tipo de la falla.Dichos datos no solo ayudan en la reparacin oportuna, sino que tambin por comparacin con las observaciones humanas y con los registros automticos, proporcionan medios para el anlisis de la eficacia de la prevencin de las fallas y las caractersticas de atenuacin que incluye la proteccin por relevadores.Un equipo de proteccin no es solamente la proteccin o rel, propiamente dicho, sino que incluye a todos aquellos componentes que permiten detectar, analizar y despejar la falla. Los principales elementos que componen un equipo de proteccin son: Batera de alimentacin. Transformadores de instrumento. Rel de proteccin. Interruptor automtico.

Batera de alimentacinLa batera de alimentacin es el elemento que garantiza la continuidad del suministro de la energa necesaria para el funcionamiento del equipo de proteccin. La alimentacin del equipo de proteccin no puede realizarse directamente desde la lnea. Si as se hiciese, una falla que dejase sin alimentacin una subestacin, o provocase una defectuosa alimentacin de la misma, dejara tambin fuera de servicio a todos los equipos de proteccin ubicados en ella. Ello implicara graves consecuencias debido a que es precisamente en condiciones de falla cuando un equipo de proteccin debe actuar. Por tanto, un equipo de proteccin debe contar con una fuente de alimentacin propia que le permita operar en isla, sin depender de fuentes externas, durante un tiempo suficiente. Generalmente, la batera de corriente continua esta permanente conectada a travs de un cargador a la lnea de corriente alterna de los servicios auxiliares de la subestacin y, en caso de fallo en la lnea de c.a., tiene una autonoma del orden de 10 o 12 horas.

Transformadores de instrumento. Los datos de entrada a la proteccin, o rel, deben reflejar el estado en que se encuentra el Sistema Elctrico de Potencia. Aunque existen excepciones, los datos que se utilizan habitualmente son los correspondientes a las magnitudes de tensin e intensidad. Lgicamente, debido a su elevado valor, las tensiones e intensidades existentes en la red no pueden ser utilizadas directamente como seales de entrada al rel, por lo que deben emplearse elementos que las reduzcan a un nivel adecuado. Estos elementos son los transformadores de instrumento.Los transformadores reproducen a escala reducida en su secundario la magnitud de elevado valor que alimenta su primario. Para que la informacin llegue correctamente a la proteccin es necesario que, adems, las conexiones secundarias se realicen respetando los sentidos marcados por los terminales correspondientes de primario y secundario, mxime si se tiene en cuenta que algunos tipos de protecciones son sensibles a la polaridad de la seal que les llega. El dato proporcionado por los transformadores de medida est afectado por un determinado error. La clase de precisin es un dato caracterstico de cada transformador de medida que hace referencia al mximo error que puede incorporar la informacin proporcionada por el transformador cuando funciona dentro de las condiciones para las que se disea. Cuanto menor sea el valor de la clase de precisin, menor ser el error mximo y mayor ser la exactitud de los datos obtenidos mediante el transformador.Los transformadores proporcionan informacin fiable cuando trabajan en el rango de valores correspondientes a la operacin normal del sistema. Sin embargo, es en condiciones de falla cuando es ms necesario que las protecciones reciban datos fiables. Por esta razn, los datos de la red deben ser suministrados a las protecciones mediante transformadores de instrumentos, que son proyectados y construidos para garantizar precisin en las condiciones extremas que se producen cuando ocurre una falla.En funcin de la magnitud que transforman, los transformadores de instrumentos para proteccin pueden ser: Transformadores de potencial (TP). Transformadores de corriente (TC).

Los transformadores de potencial tienen el mismo principio de funcionamiento que los transformadores de potencia. Habitualmente, su tensin nominal secundaria es de 110 V en los pases europeos y de 120 V en Amrica. Pueden ser del tipo fase-fase, utilizados solamente para tensiones inferiores a 72.5 kV, o del tipo fase-tierra. En los sistemas de transmisin es muy comn la utilizacin de transformadores de tensin capacitivos que, bsicamente, consisten en un divisor capacitivo que sirve para reducir la tensin aplicada al primario de un transformador de tensin inductivo convencional. En funcin de la tensin que se quiera medir, los transformadores de tensin pueden ser conectados segn diversos esquemas de conexin. Los transformadores de corriente se conectan en serie con el conductor por el que circula la corriente que quiere ser medida. Su intensidad nominal secundaria es usualmente de 5 A, aunque tambin suele ser utilizada la de 1 A. El mayor peligro para su precisin es que las grandes corrientes que se producen como consecuencia de una falla provoquen su entrada en saturacin.Es muy habitual que los transformadores de corriente dispongan de varios secundarios con diferentes caractersticas, ya que cada secundario tiene su propio ncleo y es independiente de los otros. Un transformador de corriente que disponga, por ejemplo, de dos secundarios es normal que tenga uno destinado a medida y otro a proteccin. En funcin de la intensidad que se quiera medir, los transformadores de corriente se conectan segn diversos esquemas de conexin.

Rel de proteccinEl rel de proteccin, que usualmente es denominado simplemente rel o proteccin, es el elemento ms importante del equipo de proteccin. En sentido figurado puede decirse que desempea la misin de cerebro, ya que es el que recibe la informacin, la procesa, toma las decisiones y ordena la actuacin en uno u otro sentido. Para realizar todo ello, con independencia de la tecnologa empleada para su construccin, una proteccin desarrolla internamente tres etapas fundamentales:1. Acondicionamiento de seales. 2. Aplicacin de funciones de proteccin.3. Lgica de disparo. Las protecciones necesitan datos que, generalmente, no pueden ser proporcionados directamente por los transformadores de medida que las alimentan. Por esta razn, la primera etapa consiste en acondicionar las seales de entrada al formato que el rel necesita para su funcionamiento.Normalmente los datos de entrada son los valores instantneos de las magnitudes de fase (tensin y/o corriente). A partir de ellos se determinan, en funcin de las necesidades especficas de cada rel, valores eficaces, valores mximos, componentes de secuencia, armnicos fundamentales o de orden superior, etc.Una vez que la proteccin dispone de los datos que necesita procede a aplicar los criterios de decisin que le hayan sido implementados. Los criterios de decisin se construyen mediante funciones bsicas de proteccin que sern explicadas ms adelante. El elemento en el que se realiza cada funcin bsica se denomina unidad de medida. El adecuado funcionamiento de una proteccin, debido a la complejidad y variedad de factores que es necesario tener en cuenta, exige generalmente la incorporacin de varias funciones bsicas. Por tanto, una proteccin est compuesta normalmente por varias unidades de medida.Los resultados proporcionados por las distintas funciones que integran la proteccin se analizan conjuntamente mediante la lgica de disparo, que es la responsable de tomar la decisin de cmo debe actuar la proteccin. Esta actuacin se lleva a cabo mediante los circuitos auxiliares de control de los interruptores asociados al funcionamiento de la proteccin. La orden se transmite a travs de los contactos que energizan los circuitos de disparo de los interruptores que hayan sido definidos por la lgica de disparo como aquellos que son necesario abrir para aislar la falla.Asimismo, la proteccin gobierna otra serie de circuitos auxiliares de control que sirven, por ejemplo, para activar alarmas, enviar informacin al despacho central de maniobras, etctera.

Interruptor automticoEl interruptor automtico es el elemento que permite abrir o cerrar un circuito en tensin, interrumpiendo o estableciendo una circulacin de intensidad. Opera bajo el control de la proteccin y su apertura, coordinada con la de otros interruptores, permite aislar el punto en que se ha producido la falla. Bsicamente consta de: Circuito de control; que es gobernado por la proteccin correspondiente.

Contactos principales; que al separarse o juntarse implican, respectivamente, la apertura o cierre del interruptor.

Contactos auxiliares; que reflejan el estado en que se encuentra el interruptor. Mediante ellos se realimenta a la proteccin y a otros equipos con la informacin de si el interruptor esta abierto o cerrado y, por tanto, permiten conocer si el interruptor ha operado correctamente siguiendo la orden dada por la proteccin.

Cmara de extincin, en la que se crea un ambiente de alta rigidez dielctrica que favorece la extincin del arco que se produce como consecuencia de la separacin de los contactos del interruptor que se encuentran inmersos en ella. Como medios dielctricos ms empleados actualmente cabe citar el aceite y el hexafluoruro de azufre.

Relevadores de sobrecorriente.Las protecciones de sobrecorriente son las ms sencillas de todas las existentes. Su operacin se basa en la funcin de sobrecorriente que consiste en la comparacin del valor de la intensidad utilizada como dato de entrada a la proteccin con un valor de referencia. Este valor de referencia se establece en funcin de las condiciones que concurren en el punto en que se instala el rel, por lo que debe ser reajustado convenientemente si la configuracin del sistema cambia. La proteccin opera cuando la intensidad de entrada supera el valor de la intensidad de referencia. Por esta razn, las protecciones de sobrecorriente solamente pueden ser utilizadas cuando la corriente que circula por el punto en que se instalan cumple la condicin de que la mxima intensidad de carga, correspondiente a condiciones normales de operacin del sistema, es menor que la mnima intensidad de falla. En funcin del tiempo de operacin, las protecciones de sobrecorriente se clasifican en: 1. Protecciones de sobrecorriente instantneas.2. Protecciones de sobrecorriente de tiempo diferido: De tiempo fijo. De tiempo inverso. Las protecciones de sobrecorriente instantneas son aquellas que operan de manera inmediata, es decir, no introducen ningn tiempo intencionado de retraso en su operacin desde el instante en que la intensidad de entrada sobrepasa el valor de referencia. Las protecciones de sobrecorriente de tiempo diferido son aquellas que introducen un tiempo intencionado de retraso en su operacin. Cuando este tiempo es independiente del valor de la intensidad de entrada recibe el nombre de proteccin de sobrecorriente de tiempo fijo.Cuando el tiempo de retraso es funcin del valor de la intensidad de entrada se denominan protecciones de tiempo inverso. En estos casos cuanto mayor es el valor de la intensidad menor es el tiempo de retraso introducido y, por tanto, menor el tiempo que la proteccin tarda en operar.

Relevadores Diferenciales.Las protecciones diferenciales, en general, son en realidad sistemas de proteccin selectivos o cerrados, en los que la operacin de la proteccin y la selectividad de la misma dependen de la comparacin de las intensidades de cada uno de los extremos de la zona protegida.Estas protecciones estn basadas en la primera ley de Kirchhoff, por lo que la actuacin de la misma depender de que la suma de las corrientes que llegan al nudo, o zona protegida, no sea cero. A nivel constructivo puede considerarse como un rel de sobreintensidad cuya bobina es alimentada por los arrollamientos secundarios (todos ellos en paralelo) de tantos transformadores de intensidad como entradas tenga la zona protegida. En condiciones normales, la suma (o diferencia si se consideran los valores absolutos de las corrientes) de las corrientes que circulen por la bobina del rel (rama diferencial) ser cero, no producindose en tal caso la actuacin del mismo. Pero cuando se produzca una anomala en la zona protegida y dicha diferencia de corrientes tenga un valor distinto a cero por la bobina del rel, ste actuar en el circuito de mando del disyuntor correspondiente.La forma mas extensamente utilizada de un relevador diferenciales del tipo diferencial del tanto por ciento tambin llamadas protecciones diferenciales compensadas. La ventaja de este relevador es que es menos probable que funcione con menor correccin que un relevador de sobrecorriente conectado diferencialmente, cuando ocurre un cortocircuito externo a la zona protegida.Los relevadores diferenciales de tanto por ciento pueden aplicarse a elementos de sistema que tienen ms de 2 terminales, en donde cada bobina de retencin tiene el mismo nmero de espiras y cada bobina de funcionamiento produce un par de retencin diferente. Los relevadores diferenciales de tanto por ciento son en general instantneo o de alta velocidad.Existen varios tipos de arreglos de relevadores diferenciales, uno de estos utiliza un relevador direccional, otro tiene retencin adicional obtenida de armnicas y de la componente de CD de la corriente diferencial, otro tipo utiliza un relevador de sobretensin en lugar de un relevador de sobrecorriente en el circuito diferencial. Ha habido gran actividad en el desarrollo de relevadores diferenciales porque esta forma de relevador es la ms selectiva de todos los tipos de relevadores convencionales.

Relevador de distancia.Cuando se quiere aplicar una proteccin selectiva en grandes redes no siempre resulta conveniente recurrir a la proteccin de mxima intensidad con tiempos escalonados, ya que los tiempos de ajuste de los rels de los escalones ms altos podran ser demasiado elevados. Esta situacin no resultara nada deseable cuando se presentara un cortocircuito en las proximidades de dichos rels.Este problema se resuelve con los rels de distancia, los cuales tienen un tiempo de actuacin directamente proporcional a la distancia del defecto. El principio de accionamiento de estos rels est basado en la utilizacin de una bobina amperimtrica y otra voltimtrica. Cuando ocurre un cortocircuito sucede que la tensin es nula en el punto de defecto, mientras que conforme se aleja el observador de dicho punto, la tensin aumenta. Es fcil intuir, pues, que para la proteccin a distancia se aprovecha esta caracterstica de la tensin ante un cortocircuito, es decir, la bobina voltimtrica del rel crear un par antagonista al creado por la bobina amperimtrica de tal forma que cuanto ms alejado est el rel del punto de defecto, mayor ser el par antagonista y mayor ser el tiempo invertido para conmutar los contactos del rel. Conviene recalcar que ante un cortocircuito, la corriente se mantiene prcticamente constante en el recorrido de la lnea, por lo que el par motor generado por la bobina amperimtrica es independiente de la distancia a la que se encuentre, del punto de defecto, el rel de distancia.Generalmente, los rels de distancia se montan en combinacin con elementos de desbloqueo de mxima intensidad, o mnima impedancia, y con rganos direccionales. La proteccin de distancia se utiliza principalmente para lneas y tambin puede aplicarse para redes, permitiendo una gran libertad de explotacin en las mismas.

Rel Buchholz.13/07/2015