Protecciones de redes Electricas

7/25/2019 Protecciones de redes Electricas

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Protecciones de redes elctricas - 1 - Ctedra: Transmisin y Distribucin de la Energa

Protecciones de Redes Elctricas.

1. Generalidades.Todos los equipos componentes de un sistema elctrico estn sujetos a fallas que en generalafectan el servicio y al mismo tiempo comprometen la integridad del equipo afectado e inclusive lade los equipos instalados entre el punto de la falla y el generador los cuales no son responsablesdel defecto!

El sistema de proteccin tiene por objeto la deteccin locali"acin y descone#in en formaautomtica del equipo afectado a fin de minimi"ar los efectos que el funcionamiento prolongado enestado de falla tendra sobre la instalacin! $ara cumplir con estas funciones el sistema deproteccin debe cumplir las siguientes condiciones fundamentales: selectividad % estabilidad %confiabilidad!

&a selectividad es la cualidad de los sistemas de proteccin elctrica por la cual su accionamientodebe sacar de servicio solo la porcin de la red afectada por la falla o en su defecto la menorporcin posible!

&a estabilidad es la que asegura que el sistema de proteccin no operar para fallas que seencuentran fuera del tramo o equipo al que se le 'a asignado proteger (la proteccin permaneceestable)!

&a confiabilidad es otro de los requisitos que debe poseer el sistema de proteccin mediante el cualse determina la seguridad de que cada dispositivo opera en todas las ocasiones en que seanecesario de manera de no afectar la selectividad del conjunto!

Considerando que la confiabilidad no es total la misma se asegura mediante la proteccin derespaldo o reserva! Esta act*a solo en caso de falla por falta de la magnitud medida falta detensin continua de comando falla en el rel propiamente dic'o o bien en el circuito de comandodel interruptor!

Es conveniente que la proteccin de respaldo est dispuesta de forma tal que la causa de la falla dela proteccin principal no afecta su funcionamiento o sea que no empleen o controlen elementoscomunes a la proteccin principal! En el caso de lneas de transmisin la proteccin de respaldosuele ubicarse en otra estacin transformadora!

$ara prevenir fallas en el rel o en el circuito de descone#in del interruptor en lneas de granimportancia se usan sistemas de protecciones duplicadas la cual consiste en conectar dos sistemasde proteccin para una misma lnea y actuando sobre el mismo interruptor pero sobre bobinas deaperturas independientes!

El sistema de proteccin debe permitir m#ima fle#ibilidad y operabilidad pudindose conformartodas las configuraciones operativas posibles sin necesidad de modificar la regulacin de los rels!

2. Tipos de sistemas de proteccin.

En el estudio de los sistemas de proteccin ms usuales surge una diferencia fundamental entre

dos grupos definidos y diferenciados entre si! Dic'os grupos se designan como:

a) $rotecciones no limitadasb) $rotecciones limitadas o de "ona

&as protecciones no limitadas son aquellas cuyo radio de accin se e#tiende a lo largo del sistemaprotegido sin lmites perfectamente definidos prolongando su alcance 'asta "onas adyacentes conproteccin propia actuando en ese caso como proteccin de reserva! En realidad el radio de accinqueda de alguna manera definido con la particularidad que el alcance puede modificarse avoluntad variando el ajuste respectivo!


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&as protecciones de "ona son aquellas cuyo radio de accin se encuentra perfectamente definidoen forma fsica por el circuito mismo! El ajuste de las protecciones de "ona es independiente delajuste de las protecciones de tramos adyacentes teniendo en cuenta *nicamente necesidadesimpuestas por el propio equipo a proteger!

Dentro de ambos grupos se encuentran la generalidad de los equipos utili"ados para proteccin desistemas de +T y ,T utili"ados en nuestro pas y en la generalidad de las redes y equipos!

Protecciones no limitadas.

Dentro de este grupo se encuentran las siguientes protecciones:

a) $roteccin de sobre corriente o sobre intensidad

Es de aplicacin en instalaciones de -T y ,T contra cortocircuitos fundamentalmente siendoutili"ada para la proteccin de generadores transformadores lneas cables motores etc!

Es importante diferenciar cortocircuito de sobrecarga dado que si bien ambos casos se manifiestanpor una elevacin de la corriente que circula por el equipo los efectos que producen sobre losmismos son distintos debiendo actuar las protecciones en forma distinta seg*n se trate de un casou otro!

&os cortocircuitos se caracteri"an por valores de corrientes m*ltiples de la .n grandes cadas detensin y desfasaje importante entre la tensin y la corriente! Este tipo de falla debe ser eliminadaen el menor tiempo posible debido a los perjuicios del tipo trmico fundamentalmente queproducen sobre los equipos!

En cambio las sobrecargas se caracteri"an por valores de corrientes fracciones de veces superior ala nominal de los equipos por los que circula mientras que la tensin y diferencia de fase entre latensin y corriente no sufren variaciones de importancia! &a capacidad de los equipos para admitirsobrecargas depende del tipo de equipo de que se trata y del estado de carga anterior al de lasobrecarga ya que el efecto de esta *ltima se limita a producir un calentamiento del equipodise/ado para disipar las prdidas que se producen con corrientes inferiores o iguales a la nominal!&a proteccin contra sobrecargas es fundamentalmente una proteccin contra sobre temperaturadebiendo ser la temperatura del equipo y no la corriente que por l circula la magnitud de medidade la proteccin!

En presencia de una sobrecarga 'abitualmente no es necesario sacar el equipo de servicio ya que'ay tiempo suficiente antes que se afecte el mismo posibilitando al personal de operacin tomarmedidas a efectos de normali"ar las cargas!

&a forma ms elemental de proteccin contra sobre corriente es el fusible en sus diversos tipos0utili"ndose donde los rels de proteccin y los interruptores no son justificables econmicamente!Cuando se requiere mayor e#actitud para la discriminacin de la falla se utili"an rels de sobrecorriente que pueden ser primarios o secundarios!

&os rels primarios son aquellos que se encuentran instalados en el circuito primario y operan conla corriente real del sistema no requiriendo por ello T. ni fuentes au#iliares para comando deinterruptor! El principal inconveniente de estos rels es la imposibilidad de mantenimiento sininterrupcin del servicio! 1n esquema bsico se muestra en la 2igura 3!

4o poseen precisin a causa de la robuste" que tienen para soportar los esfuer"oselectrodinmicos de las corrientes de cortocircuito!


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Figura 1

5e utili"an para redes de -T y ,T en Centros de Distribucin que alimentan lneas radiales!$ueden ser instantneos o tempori"ados!

&os rels secundarios son aquellos accionados por las corrientes secundarias de los T. por cuyosprimarios circulan las corrientes reales de carga y falla del sistema! Este tipo de rels se utili"an ensistemas de transmisin y distribucin prestando mayor sensibilidad precisin y menor consumoque los anteriores!

Dentro de los rels secundarios e#isten tres tipos fundamentales seg*n su principio defuncionamiento:

6els de atraccin electromagntica: son instantneos y funcionan en virtud de un elemento

mvil de material ferromagntico que es atrado por un solenoide! 5on aptos para CC o C+!

5i bien se consideran instantneos responden a una caracterstica de tiempo inverso!

5i es necesario pueden tempori"arse mediante dispositivos adicionales de retardo!

6els de induccin: se basan en el principio 2erraris y funcionan debido a la interaccin de

dos flujos magnticos de C+! 5e utili"an normalmente para rels de tiempo inverso!

6els de bobina mvil: tienen gran similitud con los instrumentos de bobina mvil e imn

permanente siendo aptos para CC! 5u uso se logra mediante puentes rectificadores sonpolari"ados!

&as protecciones de sobre corriente se pueden clasificar en rels de tiempo independiente es los

cuales el tiempo de operacin es fijo e independiente de la corriente de cortocircuito y en rels detiempo inverso aquellos en los que el tiempo de operacin disminuye con el aumento de lacorriente de falla!

b) $roteccin de impedancia

En redes complejas y con corrientes de cortocircuitos variables una mejor discriminacin ycoordinacin con menores tiempos de operacin puede lograrse mediante rels cuyo tiempo dedescone#in depende de la distancia entre rel y punto de falla! Es decir una ve" ajustadoconvenientemente el rel el tiempo de operacin depende e#clusivamente de la distancia al puntode falla e independientemente del valor de la corriente de cortocircuito! Esta proteccin se

denomina proteccin de distancia o de impedancia!

En la 2igura 7 se muestra la caracterstica tiempo % distancia de un rel de este tipo!


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Figura 2

Protecciones de zona.

&a aptitud de una proteccin de "ona puede medirse mediante dos magnitudes a saber:

Corriente mnima de operacin (C,8): es el porcentaje de la corriente nominal del equipo protegidoque arranca el rel! $or ejemplo 39 .n!

6elacin de estabilidad (6E): es el cociente entre la corriente m#ima que puede entrar y salir de la"ona protegida sin provocar desenganc'es y la corriente nominal del equipo protegido!

E#isten dos formas fundamentales de protecciones de "ona siendo ellos los sistemas de corrientecirculante y los de tensin balanceada! Dic'os sistemas se observan en la 2igura ;!a y ;!brespectivamente!

En los sistemas de corriente circulante los T. se conectan en serie por lo que aparecida una fallainterior a la "ona protegida la corriente .3 < .7y por la rama central aparecer una corrientediferencial

Figura 3

i= > i3 % i7(2igura ;!a) que en caso de resultar superior al valor ajustado en el rel produce laactuacin del mismo abriendo los interruptores a ambos lados del equipo! Este sistema se utili"apara proteccin degeneradotes transformadores y reactores!

5u aplicacin como proteccin de cables no se utili"a dado que es un gran inconveniente el valorde corriente que circula por los 'ilos pilotos el cual es proporcional a la corriente primaria y puedealcan"ar en casos de falla e#terior a la "ona protegida valores elevados! Ello provoca grandescadas de tensin y consecuentemente son necesarios T. de elevada prestacin!

En los sistemas de tensin balanceada los T. se conectan en oposicin tal que en servicio normallas tensiones en los secundarios de los T. se oponen balancendose de tal modo que la corriente


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por los 'ilos pilotos es nula (2igura ;!b)! 5i la falla es interna aparece un desequilibrio de tensionesdando origen a una corriente de operacin que ordenar por intermedio del rel la apertura de losinterruptores (2igura ?)!

Figura 4

1n sistema como este presenta el inconveniente que para cables muy largos durante fallase#teriores a la "ona protegida la tensin de balanceo resulta aplicada entre los 'ilos pilotos dandoorigen a corrientes capacitivas que pueden 'acer operar uno o ambos rels!

3. Proteccin de lneas.

&as protecciones de redes deben permitir la m#ima libertad de maniobras en la red sinnecesidad de modificar las regulaciones establecidas! &as protecciones deben intervenir paraeliminar:

Cortocircuitos trifsicos con o sin puesta a tierra

Cortocircuitos bifsicos con o sin puesta a tierra

Cortocircuitos monofsicos

Doble puesta a tierra (simultaneidad de puesta a tierra de dos fases diferentes en distintos

lugares)

El principio a aplicar para la proteccin de redes contra cortocircuitos depende de laconfiguracin de la red del tiempo de desenganc'e m#imo admisible y de la importanciaeconmica de la lnea! &os sistemas usados actualmente son los siguientes:

3) $roteccin con rels de m#ima intensidad y rels direccionales!7) $roteccin con rels de distancia o de impedancia;) $roteccin con rels diferenciales

Proteccin de mxima intensidad (sistemas no limitados)

&a proteccin de m#ima intensidad basa la selectividad en la tempori"acin y son por lo tantousuales para los rels las caractersticas denominadas @tiempo % corrienteA! Estas caractersticasdeterminan el tiempo que demoran en operar los rels a los cuales pertenecen en funcin de lacorriente que los alimenta!

Desde el punto de vista de la forma los rels se clasifican de acuerdo a dic'as caractersticasen:

3) Caracterstica de tiempo independiente o tiempo definido7) Caracterstica de tiempo inverso

;!3!3! $roteccin de sobre corriente de tiempo definido

&a proteccin de sobre corriente de tiempo definido es aquella en la cual el tiempo de operacines independiente del valor de la corriente de cortocircuito! Es decir que cualquiera sea lacorriente de falla siempre que sta supere el valor de la corriente de arranque . a la operacin


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del rel se producir en el tiempo ajustado (2igura B)!

Figura 5

&os rels constan de dos partes fundamentales:

a) Elemento de arranque el cual es un rel de sobre corriente instantneo 'abitualmente deatraccin electromagntica!

b) Dispositivo de retardo es cual es un tempori"ador!

1n tipo simple de estos rels es el esquemati"ado en la 2igura !

Figura 6

+: elemento de arranque! 5e regula la tensin de r

T5: transformador saturable que a partir de un determinado valor de corriente se saturaproporcionando una tensin secundaria constante

5: motor sincrnico que mediante un dispositivo de relojera cierra el contacto C al cabo del


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tiempo ajustado

El ajuste de la corriente de arranque se logra variando la tensin del resorte antagnico r el cualtiene una escala graduada para ello!

E#isten otros dispositivos posibles y adems otros sistemas de retardo! 1no muy difundido esaquel en que la bobina de arranque carga el resorte de un mecanismo de relojera que medianteun sistema corriente de escape cuntale tiempo de retardo preajustado!

El rel representado en la 2igura es monofsico es decir que la aplicacin a sistemastrifsicos implica el uso de tres elementos como los indicados! 5in embargo e#isten relstrifsicos en el que se suman las tres fases y la resultante acciona un mecanismo *nico deretardo (2igura )!

Figura 7

1na ventaja de estos rels es una caracterstica de tiempo independiente que desconecta en untiempo establecido tanto en caso de sobrecargas como de cortocircuito! Esto mismo es unadesventaja en el caso de tener que proteger varios tramos de la lnea consecutivos ya que porra"ones de seguridad no es conveniente emplear tiempos inferiores a =t > 9BA entre dos relsconsecutivos lo cual lleva a una acumulacin de tiempos importante a medida que nosapro#imamos al generador (2igura )!

Figura 8

1n inconveniente de estos rels es la diferencia importante entre sus valores de puesta entrabajo y reposicin dado que al e#citarse se acorta su entre'ierro por lo que se requiere unacorriente menor para mantenerlo retenido que para e#citarlo! Con dise/os especiales puede'acerse que la reposicin sea del F9 de la corriente de e#citacin!

Estos rels no son adecuados para funcionamiento continuo con C+ salvo que se los dote deuna espira de sombra para dividir el flujo en el entre'ierro en dos componentes fuera de fasedebido a la vibracin y ruido que producen!

Estos rels traen incorporado un elemento instantneo que act*a para valores elevados decorriente de cortocircuito (? a .a)! 5e debe considerar la posibilidad de una e#citacin


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intempestiva debido al fenmeno de sobrealcance producido por la asimetra inicial de lascorrientes de cortocircuito! En general es suficiente regular los rels instantneos con unacorriente de arranque un 7B superior al valor m#imo de la corriente de falla simtrica para lacual el rel no deba funcionar!

&a aplicacin de estos rels es la siguiente:

a) $roteccin principal de lneas de ,T y -T de transformadores de 'asta 3 ,G+ motoresreactancias etc!

b) $roteccin de reserva de grandes transformadores lneas de +T y de redes con sistemasdiferenciales!

;!3!7! $roteccin de sobre corriente de tiempo inverso

&as protecciones de sobre corriente de tiempo inverso son aquellos en que el tiempo de operacindisminuye a medida que aumenta la corriente que circula por el rel! De la caracterstica se observa

que la dependencia es muy pronunciada para peque/os valores de corriente y luego vadesapareciendo a medida que el circuito magntico del rel se va saturando! &a caracterstica semuestra en la 2igura F!

Figura 9

El sistema adoptado es el de induccin basado en el principio 2erraris! En la 2igura 39 se muestraun rel de disco de induccin de construccin tpica representndose en la 2igura 39!a el esquemabsico de principio de funcionamiento en la 2igura 39!b el diagrama vectorial correspondiente y enla 2igura 39!c la disposicin constructiva del rel!

&a cupla matri" sobre el disco resulta:

senkC iIM =

5iendo el ngulo de desfasaje entre ambos flujos y H la constante de proporcionalidad!


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i

E

( a ) ( b )

i

I

I

Io

IC&

im

CI: contacto movilC2: contacto fijo

C,

C2

( c )

I

I

d

i

i

Figura 10

El recorrido m#imo del disco es en general de 39J a F9J seg*n los fabricantes y sobre l estmontado el contacto mvil que al final de su carrera tocar al contacto fijo dando el impulso de

desenganc'e!

Durante su accionamiento el disco se despla"a tensando el resorte antagnico encargado derestituirlo a su posicin inicial una ve" pasada la perturbacin0 como esta tensin es proporcional alngulo de despla"amiento si se pretende una velocidad uniforme del disco la cupla motora deberir aumentando su valor en igual proporcin! Esto puede lograrse ranurando el disco de mayor amenor en la direccin contraria a la del despla"amiento! +l comien"o de la carrera las ranuras quequedan entre ambos electroimanes son grandes e interrumpen las corrientes parsitas inducidasen el disco disminuyendo la cupla motora a medida que el disco se mueve en la direccin dedesenganc'e las ranuras van siendo menores por lo tanto menor este efecto de debilitamiento! Elimn permanente imejerce un efecto de frenado que permite calibrar el rel en el laboratorio!


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El ajuste de corriente se logra modificando la posicin de C& y el tiempo variando la posicin inicialdel disco!

8tra variedad de rel es aquel cuyo disco est permanentemente girando por accin de la . ny alpresentarse la sobrecarga el disco es automticamente acoplado a un dispositivo mecnico deretardo!

8tro tipo constructivo de estos rels es el de polo sombreado de acuerdo al esquema de la 2igura33!

Figura 11

6egulacin de los rels!

El rel debe ajustarse de forma tal que el rel debe funcionar para todos los tipos de cortocircuitoen su propia lnea y debe proporcionar proteccin de respaldo para los cortocircuitos en el sistemainmediatamente adyacente!

$ara los rel de fase se supone fallas trifsicas! Deben regularse de forma tal que accione para lamenor corriente de cortocircuito que puede darse pero no debe ser tan sensible como para operarcon la m#ima carga de la lnea operando en emergencia!

$ara los rel de tierra se supondr una falla monofsica a tierra no interesando la corriente decarga ya que esta es simtrica!

5on dos las magnitudes que pueden ajustarse en los rels la corriente y tiempo! &a corriente seajusta variando el n*mero de espiras de la bobina del electroimn! El rango de regulacin dependede que se trate de rels de proteccin de fase (B9 a 799 .n) o rels de tierra (79 a 9 .n) siendola .n igual a 3 o B +! El tiempo se ajusta variando el tiempo del disco 'asta cerrar los contactos! &aescala viene marcada sobre un disco graduado y proporciona el factor por el cual debenmultiplicarse los tiempos de la curva de ajuste para determinar el tiempo real de operacin! En otroscasos suele venir indicado en el disco la curva que corresponde de la familia de curvas quesuministra el fabricante! Dic'as curvas se representan en ejes coordenados apareciendo enordenadas el tiempo t y en abscisas el m*ltiplo de la corriente de ajuste ,C+!

ajustadaarranquedecorrienteasobrecderealcorrienteMCAdefinicinPor arg=

Con este valor de ,C+ calculado entro en la curva y obtengo el tiempo en forma directa o bien atravs de un valor que multiplicado por el factor indicado en el disco de ajuste de tiempo se obtieneel tiempo real de descone#in (2igura 37)!


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tKsegL

,C+,C+

C+&C1&+D8

Figura 12

En los rels para los cuales el fabricante suministra en el mismo grfico t % ,C+ una familia decurvas correspondiendo una a cada posicin del tambor de ajuste de tiempos se entra con el ,C+y en la interseccin con la curva correspondiente da el tiempo real de descone#in!

Meneralmente para valores de ,C+ mayores de 79 la caracterstica inversa desaparece debido ala saturacin del circuito magntico y el rel se comporta como si fuera de tiempo definido! + estetiempo se lo denomina tiempo de saturacin!

&a regulacin de las protecciones consiste en la coordinacin de dos factores:

Corriente de operacin Tiempo de descone#in

De manera de lograr que se cumpla el requisito de selectividad desconectando *nicamente eltramo afectado! +dems cada rel debe tener uno anterior que le sirva de reserva!

.ntervalo selectivo

5e denomina intervalo selectivo =t a la menor diferencia de tiempo que se puede tolerar deacuerdo a curvas en la operacin de dos rels que deben coordinarse entre s para todas lascorrientes de cortocircuito que pueden llegar a circular por ellos! $ara determinar el intervalo

selectivo se tienen en cuenta los siguientes factores:

Errores propios en los tiempos de accionamiento del rel

Tiempo de apertura de los interruptores

.nercia o sobregiro

&os errores de los rels son de tiempo de accionamiento en ms y menos por lo que se considerapara cada curva una franja de tolerancia y de corriente de accionamiento! &os errores de los relsse muestran en la 2igura 3; alcan"ando un valor de N39 % 37!

El =t se puede considerar como valor promedio en 93B9 seg!


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t

,C+

Figura 13

El tiempo de apertura de los interruptores se adopta en 9799 seg! y representa la demora entre

que el rel emite la orden y el interruptor act*a!

.nercia o sobregiro representa el giro adicional una ve" eliminada la corriente de falla! 5e adoptacomo valor promedio en 99B9 seg!

2inalmente el intervalo selectivo se adoptar igual a =t > 9B99 seg! el cual se utili"ar en laprctica respectiva!

Ejemplo:

6egular los rels para que se tenga selectividad en el esquema de la 2igura 3?!

+-

C500/s

300/s

100/s

Im =450 A1

Im =300 A2

Im =90 A3Icc =5000 A

Icc =3000 A

Icc =2400 A

Figura 14

+ % - % C: rels de induccin de .n > B+

&a corriente de arranque se ajusta de 399 al 3?9 de la nominal del circuito a protegerdependiendo si se trata de lneas transformadores etc!

El intervalo selectivo =t > 9BA

Caractersticas del rel a utili"ar:

.n > B+

6ango de ajuste de corriente: ; % ? % % % 39 % 37 +

6ango del multiplicador de tiempo: ?A a 79A en forma continua!

5e adjunta 2igura con familia de curvas t % ,C+!

Tomando estas consideraciones como base se procede al clculo de ajuste comen"ando por el


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e#tremo ms alejado!

+juste del rel C

AiAII ana 4,5

510010810890*2,12,1 =====

Como esta corriente no es ajustable en el rel se adopta la inmediata superior o sea:

20120

2400

1205

1006'6'

==

===

MCA

AIaiaa

$or tratarse de un e#tremo de lnea se adopta el tiempo mnimo o sea la curva ? (C % ?) por lotanto entrando con ,C+ > 79 y eligiendo la C % ? se tiene un tiempo de actuacin t > 933A!

+juste del rel -

&a condicin de correcta selectividad es que para la misma corriente de cortocircuito (7?99+) eltiempo del rel - debe ser por lo menos 9BA superior al del rel C!

"61,0"5,0"11,0"5,033

=+=+CB

tt

&a corriente de arranque se fija en 37 .n!

67,6360

2400

6

5300

360360300*2,1

==

====

MCA

AiAIaa

Con ,C+ > y "61,03

Bt de la familia de curvas se adopta C % !

El rel - quedara ajustado en + O C % y "7,03=

Bt !

Iay que verificar el tiempo de operacin del rel - para fallas en su propio tramo es decir2B

t !

3,8360

3000==MCA

Elijo C % "6,02

=B

t

+juste del rel +

&a condicin de selectividad es que el tiempo del rel + para fallas en el tramo 7 debe ser 9BAmayor que el rel -!

"11,1"5,0"61,0"5,022

=+=+=BA

tt

5e adopta la corriente de arranque .a> 3;9 .n


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85,5

5500

585585150*3,1 ==== aa iAI

Dado que el rel no puede regular ia> BB+ se ajusta al valor inmediato superior o sea:

5600

3000

6006

==

==

MCA

AIAiaa

Con ,C+ > B y "11,12A

t adopto C % obteniendo "4,12=

At

5e debe verificar la coordinacin entre el rel C y el +

"5,1846002400

3=== AtCyMCA

2inalmente se verifica el tiempo del rel + para falla en su propio tramo!

"1,183,8600

50001===

AtCMCA

1na ve" calculado los ajuste de rels es posible construir el grfico de la 2igura 3B!a y la tabla dela 2igura 3B!b!

t t

T3 T7 T;+ - C

t

( a )

Rel Cura ia !"

(b)+ B99OB

- ;99OB

C ? 399OB

Figura 15

Caractersticas de rels

Es importante construir la curva @tiempo de descone#inA en funcin de la @corriente decortocircuitoA cuando no se emplean rels de igual marca y tipo o sea cuando las caractersticas t %. pueden ser distintas! $ara calcular ello se supone el circuito de la 2igura 3 y se grafican lascaractersticas t % . de los rels + y -!


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+ -

T1 T2

t

I

+

-

Figura 16

5e observa que el rel + es ms aplanado que el -!

5i el ajuste 'a sido efectuado tal que el tiempo del rel + sea 9BA superior al del rel - para lam#ima corriente de cortocircuito del tramo 7 puede suceder que para fallas ms alejadas o encaso de mnima generacin la corriente adopta un valor inferior al empleado para el clculo y lostiempos del rel + son inferiores a los del rel - por lo que pierde selectividad! $ara que esto noocurra se deben disponer los rels de caractersticas ms aplanada en los tramos ms alejados delgenerador! De esta forma se logra coordinar las caractersticas de los rels de acuerdo a loindicado en la 2igura 3!

- +

T1 T2

t

I

-+

Figura 17

Caractersticas de los rels de tiempo muy inverso y e#tremadamente inverso

&as curvas de los rels de tiempo muy inverso responden a la ecuacin:

a

a

a

IIsit

IIsiII

kt

=

>

=

H: cte! relacionada con la regulacin de tiempo

$or otro lado las curvas de rels e#tremadamente inverso responden a la ecuacin:

a

a

a

IIsit

IIsiII

kt

>

=22

E#isten otros dispositivos cuya ecuacin de la curva t % . tiene coeficientes mayores que 7 llegandoen casos e#tremos a coeficientes !


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;!3!;! Esquemas de cone#iones de rels de m#ima corriente

&a cone#in de rels de m#ima corriente y la cantidad necesaria de ellos para la proteccin delneas o mquinas difiere seg*n se trate de un sistema de neutro aislado (o aislado con bobina de$etersen) o de un sistema con neutro a tierra (directo o a travs de impedancia)!

En la 2igura 3 se presentan distintos casos para un sistema con neutro a tierra! Ellos son:

2igura 3!a: se utili"an ; rels de fase

2igura 3!b: se utili"an 7 rels de fase y uno de tierra

2igura 3!c: combinacin de los 7 casos anteriores se logra mayor respaldo frente a fallas decualquiera de ellos!

T

S

R

R

S

T

T

N

R

R

S

T

T

S

R

R

S

T

N

( a ) ( b ) ( c )

Figura 18

En la 2igura 3F se presentan distintos casos para sistemas aislados de tierra! Ellos son:

2igura 3F!a: es la cone#in ms conveniente

2igura 3F!b: cuando se adopta esta configuracin los rels se deben colocar siempre en lasmismas fases en todo el sistema ya que de otro modo fallas simultneas a tierra en diferentes fases

y lugares pueden no ser protegidas!

TSR

R

S

T

( a ) ( b )

TR

R

S

T

Figura 19

;!3!?! Elemento instantneo

El uso de los elementos instantneos incorporados en los rels de sobre corriente permitedisminuir el tiempo de despeje de gran n*mero de fallas!

Cada unidad instantnea debe ser regulada para que accione con las m#imas corrientes de fallaen el primer 9 de la lnea protegida manteniendo el ;9 restante como margen de seguridad


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prctico! &a regulacin se muestra en la 2igura 79 para rels de tiempo definido y en la 2igura 73para rels de tiempo inverso!

5i se tienen corrientes de cortocircuito similares en ambos e#tremos de la lnea caso de lneascortas la regulacin del elemento instantneo es prcticamente imposible!

+ -T1 C

t1

t2t1

t2

D

t3

t3t4

T2 T3 T4

t2it1i

Figura 20

CP: curva inicial de coordinacin necesaria sin uso del elemento instantneo

C: regulacin definitiva utili"ando el elemento instantneo

+ - C DT1 T2 T3 T4

T1

C1

C2

C '1

C '2C'3

C3

C'4C4

Figura 21

Es importante tener en cuenta el sobre alcance del rel instantneo para asegurar que *nicamenteact*e para fallas QQQQQQQQQQQQQQQQQ! &a unidad instantnea se ajusta de ? a 39 veces la . ndelrel!

;!3!B! $rotecciones de sobre corriente direccionales ()

En todos los casos al 'ablar de protecciones de m#ima corriente nos 'emos referido a sistemasradiales o sea cuando la energa circula 'acia la falla desde un *nico lugar! De ese modo selograba la regulacin sin inconvenientes a partir del rel ms alejado del punto de generacin!

$ara el caso de sistemas anillados yOo con alimentaciones m*ltiples la energa 'acia la falla puedereali"arse de ambos sentidos complicando ello la regulacin de los mismos (2igura 77)!

2

( a )

alimentaciones multiples

2

( b )

generacin a ambos lados


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Figura 22

5e observa que para la falla 2 debe ser eliminado *nicamente el tramo afectado!

&a solucin consiste en adicionar a cada rel de m#ima corriente una unidad direccional la cual esla encargada de determinar 'acia donde se encuentra la falla! Dada la condicin de direccionalidadel procedimiento para el escalonamiento de los rels de m#ima corriente sigue iguales principiosque los vistos anteriormente (2igura 7;)!

+ -

tA

C

tB

tC

ta

tb

tc

a

bc

t'c

t'C

Figura 23

El elemento direccional es un rel vatimtrico siendo alimentado con tensin y corriente similar a un

medidor de energa y capa" de actuar con tensiones de 'asta el 7 de la nominal! 1narepresentacin tpica se muestra en la 2igura 7?!

I

#

I

G

Figura 24

&a cupla motora ejercida sobre el disco ser: coskVICM =

5iendo R el desfasaje entre la tensin y la corriente! $or lo tanto se observa que para lograr la cuplam#ima debe elegirse una tensin que se encuentre en atraso en un ngulo igual al decortocircuito!

1n ngulo conveniente y fcil de obtener es el de ;9J o sea se obtiene la cone#in de ;9J la cual seindica en la 2igura 7B!


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IR IS IT

Vr Vs Vt

R

S

T

R

S

T

R S T

I

V =V - Vt T S

V =V - Vs S R

V =V - Vr R T

VT

IT

I S

I R

VS

VR

30

30

30

Figura 25

5e deben conectar las bobinas de corriente en estrella y las de tensin en tringulo!

Cuando se trata de grupos transformador % lnea area cuyo ngulo de cortocircuito es mayor seemplea la cone#in de ?BJ de acuerdo a lo mostrado en la 2igura 7!


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IR IS IT

R

S

T

R

S

T

R S T

I

Vr Vs Vt

V =V - Vr' S T

Vr

VSVT

VR Vr

Vr

i rI S

IT

I R45

Figura 26

5e logra el R > ?BJ tomando las tensiones compuestas decaladas F9J con respecto a la corrienteelegida y colocando en serie con la bobina voltimtrica una resistencia cuyo valor sea tal que lacada de tensin en ella resulte atrasada con respecto a la .6en los ?BJ descalados! En el diagramavectorial de la 2igura 7 la corriente ires la corriente por el circuito de tensin y resultar tambinatrasada ?BJ con respecto a la tensin compuesta 5 % T que atrasa F9J con respecto a .r!

Tanto la cone#in de ;9J y ?BJ no absorbe el inconveniente de C ,> 9 por falta de tensin sinembargo una falla en el funcionamiento por cada de tensin es poco factible dada a sensibilidadque se considera (7 Gn)!


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;!3!! 6els de sobre corriente con retencin de tensin!

Es un sistema muy utili"ado por americanos e ingleses como proteccin de reserva degeneradores! Es un rel de sobre corriente del tipo de induccin pero con cupla antagnicaproporcional a la tensin o sea que opera en tiempos cortos para fallas pr#imas al generador y semantendr estable para sobrecargas en el generador ubicados en puertos alejados!

En este caso el fabricante suministra una familia de curvas del tipo ,C+ % t para cada valor detensin! Meneralmente el rel direccional se proporciona separado del rel de m#ima corriente!

Protecciones de redes Electricas

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