Protecciones Electricas en Sistemas de Distribucion

8/12/2019 Protecciones Electricas en Sistemas de Distribucion

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PROTECCIONES ELECTRICAS

EN REDES DE DISTRIBUCION

Autores: Carlo A.Ramos MAlis J.MaldonadoFidel GonzalezRafael Figueredo

Prof.Facilitador: Ing.Argenis Maldonado

Valencia, Febrero de 2012

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION SUPERIOR

INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA VALENCIAPROGRAMA NACIONAL DE FORMACION DE ELECTRIDAD

SECCION 03AN


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INDICE GENERAL

Pag

INTRODUCCION.. 3CONTENIDO. 4

Objetivos de la Proteccin.. 4- Funcion principal..... 4- Tipos de Fallas 4

Consideraciones Bsicas de un Sistemas de Protecciones.. 5- Causas de Fallas...... 5- Clases de Fallas... 6- Funciones de un sistema de proteccin... 6

Filosofa del espeje de Fallas... 7- Disparo indeseado 7- Omisin de disparo.. 7- Operacin incorrecta 7

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Confiabilidad fiabilidad y seguridad........... 7Criterios de Diseo. 8Red de Distribucin Elctrica...... 8Proteccin Contra Sobrecorrientes.. 9

Coordinacin del Sistema de Proteccin contra Sobrecorrientes..... 10- Principios de coordinacin..... 10- Coordinacin Fusible-Fusible..... 12- Coordinacin Interruptor (rel)-Fusible.. 18- Coordinacin Interruptor (rel)- recloser......... 20

Proteccin contra Sobre Voltajes..... 26- Causas de sobrevoltajes....... 26

-

Caractersticas de las descargas elctricas... 26- Swicheo de capacitores........ 29

Equipos de Proteccin asociados a las redes de distribucin... 31- Fusibles de Proteccin..... 31- Reconectador..... 41- Seccionalizador 47- Pararrayos 49

CONCLUSIONES.. 56BIBLIOGRAFIA............. 57ANEXOS................. 58


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INTRODUCCION

Las fallas en los sistemas de distribucin se clasifican, de acuerdo con su naturaleza,

en temporales o permanentes. Una falla temporal se define como aquella que puede serdespejada antes de que ocurra algn dao serio al equipo o a las instalaciones. Unejemplo de fallas temporales o transitorias son los arqueos que se producen en losaisladores debido a sobretensiones por descargas atmosfricas, "galopeo" de losconductores (debido a fuertes vientos o sismos) o a contactos temporales de ramas derbol con los conductores.

Una falla que en un inicio puede ser de naturaleza temporal puede convertirse enpermanente si no se despeja rpidamente. Una falla permanente es aquella que persiste apesar de la rapidez con la que el circuito se des-energiza. Si dos o ms conductoresdesnudos en un sistema areo de distribucin se juntan debido a rotura de postes,

crucetas o conductores, la falla ser permanente. Un arqueo entre fases de un circuitocon conductor aislado puede ser inicialmente temporal, pero si la falla no se despejarpidamente los conductores pueden romperse y la falla se volvera permanente.

Casi todas las fallas en los sistemas de distribucin subterrneos son de naturalezapermanente. Fallas de aislamiento del cable debido a sobre-voltajes y roturas mecnicasdel cable son ejemplos de fallas permanentes en cables subterrneos.

Si un circuito de distribucin fuera instalado sin el equipo de proteccin desobrecorriente, las fallas podran causar una falta de suministro de energa a todos losconsumidores servidos desde el alimentador. Esto trae como consecuencia una

reduccin en los niveles de confiabilidad (continuidad del servicio) que soninaceptables. Para incrementar el nivel de confiabilidad en el suministro de energaelctrica existen dos opciones:

Disear, construir y operar un sistema de tal forma que el nmero de fallas seminimice.

Instalar equipo de proteccin contra sobrecorriente de tal forma que reduzca el efectode las fallas.

Se deben analizar las dos alternativas para que el servicio al consumidor tenga unnivel de confiabilidad aceptable al ms bajo costo.

En el siguiente estudio, se revisaran las condiciones y equipos requeridos para eldiseo del sistema de proteccin en las redes de distribucin.

Se hace una amplia discusin sobre las Protecciones de Sistemas de Distribucindonde se destaca la aplicacin de los diferentes tipos de fusibles. Tambin se describenlos interruptores, los restauradores y los seccionadores.


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OBJETIVOS DE LAS PROTECCIONES

Los objetivos generales de un sistema de proteccin se resumen as:

Proteger efectivamente a las personas y los equipos.

Reducir la influencia de las fallas sobre las lneas y los equipos.

Cubrir de manera ininterrumpida el Sistema de Potencia (SP), estableciendovigilancia el 100% del tiempo.

Detectar condiciones de falla monitoreando continuamente las variables del SP (I, V,P, f, Z).

La figura 1, muestra el proceso que sigue la seal de falla desde que es detectada porlos transformadores de medida hasta que se produce el aislamiento de la falla y losequipos que intervienen.

FIGURA 1. Proceso de la seal de falla y los equipos que intervienen.

FUNCIN PRINCIPAL

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

TIPOS DE FALLAS

Se define el trmino falla como cualquier cambio no planeado en las variables deoperacin de un sistema de potencia, tambin es llamada perturbacin y es causada por:Falla en el sistema de potencia (Cortocircuito), Falla extraa al sistema de potencia (Enequipo de proteccin), Falla de la red (Sobrecarga, fluctuacin de carga, rayos,contaminacin, sabotajes, daos).

Las tasas de fallas en sistemas de baja tensin son mayores que las que se presentan

en sistemas de alta tensin por la cantidad de elementos y equipos involucrados.


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CONSECUENCIAS DE LAS FALLAS

Al cambiar las condiciones de operacin de un sistema elctrico se presentanconsecuencias no deseadas que alteran el equilibrio esperado, ellas son:

Las corrientes de cortocircuito causan sobrecalentamiento y la quema de conductoresy equipos asociados, aumento en las flechas de conductores (Efectos trmicos),movimientos en conductores, cadenas de aisladores y equipos (Efectos dinmicos).

Fluctuaciones severas de voltaje.

Desbalances que ocasionan operacin indebida de equipos.

Fluctuaciones de Potencia.

Inestabilidad del sistema de potencia.

Fallas tipo derivacin: Flameos El 72% de las fallas son monofsicas.El 22% de las fallas involucran dos fases.El 6% de las fallas son trifsicas.

Prolongados cortes de energa que causan desde simples incomodidades hastagrandes prdidas econmicas a los usuarios, dependiendo de si este es residencial,comercial o industrial.

Daos graves a equipos y personas.

Aparicin de tensiones peligrosas en diferentes puntos del sistema.

CONSIDERACIONES BSICAS PARA UN SISTEMA DE PROTECCIN

Si fuese posible disear y construir un sistema elctrico y el equipo usado en l de talmanera que no ocurran fallas y prevenir las condiciones de sobrecarga, virtualmente nose necesitara equipo de proteccin. Para la mayora de las causas de las fallas, esevidente que un sistema libre de fallas no puede ser construido econmicamente.

CAUSAS DE LA FALLAS

1. Sobrevoltajes debido a las descargas atmosfricas.

2. Sobrevoltajes debido al suicheo y a la ferrorresonancia.

3. Rompimiento de conductores, aisladores y estructuras de soporte debido a vientos,sismos, hielo, rboles, automviles, equipos de excavacin, vandalismo, etc.

4. Dao de aislamientos causado por roedores, aves, serpientes, etc.

5. Incendio.

6. Fallas de equipos y errores de cableado.


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CLASES DE FALLAS

Fallas temporales

Son las fallas que pueden ser despejadas antes de que ocurran serios daos, o porque

se autodespejan o por la operacin de dispositivos de despeje de falla que operan losuficientemente rpido para prevenir los daos. Algunos ejemplos son: arqueos en lasuperficie de los aisladores iniciados por las descargas atmosfricas, balanceo deconductores y contactos momentneos de ramas de rboles con los conductores. Lamayora de las fallas en lneas areas son de carcter temporal pero pueden convertirseen permanentes si no se despejan rpidamente, o porque se autodespejan o porqueactan las protecciones de sobrecorriente.

Fallas permanenetes

Son aquellas que persisten a pesar de la velocidad a la cual el circuito es des-

energizado o el nmero de veces que el circuito es des-energizado. Algunos ejemplos:cuando dos o ms conductores desnudos en un sistema areo entran en contacto debidoa rotura de conductores, crucetas o postes; los arcos entre fases pueden originar fallas

permanentes, ramas de rboles sobre la lnea, etc.

En sistemas subterrneos la mayora de las fallas son de naturaleza permanente yaque la desconexin, a pesar de la velocidad de desenergizacin, no restaurar lafortaleza del aislamiento del equipo fallado (cable, equipo de interrupcin,transformadores, etc.) al nivel al cual resista la re-aplicacin del voltaje normal a 60 Hz.

El aislamiento del cable falla debido a sobrevoltajes y roturas mecnicas, los cualesson ejemplos de fallas permanentes en sistemas subterrneos.

Funciones de un sistema de proteccin

1. Aislar las fallas permanentes.

2. Minimizar el nmero de salidas y de fallas permanentes.

3. Minimizar el tiempo de localizacin de las fallas.

4.

Prevenir daos a los equipos.5. Minimizar la probabilidad de rotura de conductores.

6. Minimizar la probabilidad de falla disruptiva.

7. Minimizar los riesgos.

PRINCIPIOS GENERALES

La proteccin de sistemas elctricos es considerada como un arte y una ciencia, bienfundamentada por principios cientficos y de ingeniera que son seguidos cuando se


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calculan las corrientes de falla, se determinan las caractersticas nominales requeridas delos equipos y luego se determina si los sistemas de proteccin se coordinanadecuadamente.

Se consideran adems otras tcnicas que no estn muy bien definidas como las reglas

para especificar las zonas de proteccin, ubicacin de los equipos de proteccin y tiposde equipos de proteccin de acuerdo a su ubicacin. Otras consideraciones que soncaractersticas de cada sistema de potencia tales como la localizacin y naturaleza de lascargas y las condiciones ambientales del circuito a proteger deben ser tenidas en cuentaen el diseo de sistemas de proteccin.

FILOSOFA DEL DESPEJE DE FALLAS.

Disparo Indeseado

Este es ms severo en una lnea adyacente a la lnea fallada (Disparo no selectivo),

un buen SP debe ser capaz de soportarlo. No obedece a una falla real y ms bien puedeser el resultado de un sistema de proteccin mal ajustado o a problemas en serviciosauxiliares.

En condiciones de alta carga, la prdida de dos lneas puede hacer perder estabilidad.Se entiende por seguridad de la proteccin la probabilidad de no tener un disparoindeseado.

Omisin de disparo durante cortocircuito

Es la peor de las operaciones incorrectas, puede ser ocasionada por fallas del sistemade proteccin o del interruptor, conlleva a problemas de estabilidad y apagones. Seentiende por fiabilidad de la proteccin la probabilidad de no tener una omisin dedisparo. "Es preferible el disparo indeseado a una omisin de disparo"

Operacin incorrecta.

Es la combinacin de disparo indeseado con la omisin de disparo durantecortocircuito. Se entiende por confiabilidad de la proteccin la posibilidad de no teneruna operacin incorrecta.

Confiabilidad, fiabilidad y seguridad.El sistema de proteccin de lneas se disea con alta fiabilidad y el sistema de

proteccin de barras es diseado con alta seguridad.

Alta Fiabilidad + Alta Seguridad = Confiabilidad.

CRITERIO DE DISEO

CONFIABILIDAD: Capacidad del sistema de proteccin de realizar su funcincorrectamente cuando se le requiera y evitar operacin innecesaria o incorrecta durante

las fallas.


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VELOCIDAD: Tiempo mnimo de falla y dao mnimo del equipo. Rapidez paradespejar las fallas a fin de evitar daos al equipo.

SELECTIVIDAD: Manteniendo la continuidad del suministro desconectando unaseccin mnima del circuito para aislar la falla.

SEGURIDAD: Para que no cause desenergizacin del circuito debido a desbalanceode carga, corrientes inrush, puesta en marcha de carga en frio, armnicos y otrascondiciones de estado estable y transitorio.

SENSITIVIDAD: El sistema de proteccin debe detectar fallas temporales ypermanentes y diferenciarlas as estn en puntos muy alejados del interruptor principaldel circuito.

ECONOMA: Mxima proteccin a costo mnimo.

SIMPLICIDAD: Equipo y circuitera mnima para garantizar la certeza de operacincorrecta del sistema de proteccin.

RED DE DISTRIBUCION ELECTRICA

Un sistema de distribucin consiste de un alimentador trifsico principal (troncal)protegido por un interruptor de potencia tri-polar el cual se encuentra en la barra desalidas de lnea de la subestacin de distribucin, un disyuntor principal y circuitoslaterales monofsicos o trifsicos conectados al alimentador principal a travs deseccionadores o fusibles (figura 2). Se utilizan cuchillas operadas manual oremotamente para seccionar y conectar por emergencia con alimentadores adyacentes.

A lo largo de la lnea de distribucin es probable encontrar interruptoresreconectadores o recloser. Para derivar o separar circuitos y dispositivos cortacorrientes

para alimentar los bancos de transformacin.

FIGURA 2.- Diagrama unifilar simplificado de un alimentador de distribucin con los diferentes tiposde proteccin contra sobrecorrientes.


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PROTECCION DE REDES DE DISTRIBUCION CONTRASOBRECORRIENTES.

La primera de las funciones del sistema de proteccin contra sobrecorriente es aislarfallas permanentes de secciones no falladas del sistema de distribucin.

En el sistema de la figura 2, una falla permanente en un circuito lateral puede seraislada por la fusin de un elemento fusible lateral, o por la operacin de unseccionador. Sin embargo, si se omite el restaurador central, los seccionadores yfusibles, una falla en un lateral deber ser despejada por la operacin del interruptor de

potencia o del restaurador en la subestacin. Esto podra causar un "apagn" de tipopermanente a todos los consumidores.

El reconectador central utilizado en el alimentador tiene como funcin aislar laseccin no fallada cuando ocurra una falla permanente. En este caso el nmero deconsumidores afectados es grande y, por tanto, se deben tomar medidas que lleven a

minimizar las fallas en el alimentador cuando sean de naturaleza permanente.

La segunda funcin del sistema de proteccin contra sobrecorriente es des-energizarrpidamente fallas transitorias antes de que se presente algn dao serio que puedacausar una falla permanente. Cuando la funcin se realiza exitosamente, losconsumidores experimentan slo una falta de energa transitoria si el dispositivo quedes-energiza la falla, ya sea un reconectador o un interruptor de potencia, esautomticamente restaurado para re-energizar el circuito. Sin embargo, no es posible

prevenir que la totalidad de las fallas transitorias no se vuelvan permanentes o causen"apagones" permanentes debido al tiempo limitado requerido para des-energizar elcircuito fallado. La velocidad a la cual el circuito fallado se des-energiza en un "factorcrtico" que determina cuando una falla transitoria se vuelve permanente o causa unafalla permanente. Indistintamente, la aplicacin de dispositivos de operacin rpidos yde restauracin automtica reduce el nmero de fallas permanentes y minimizan elnmero de interrupciones.

Otra funcin es prevenir contra dao al equipo no fallado (barras conductoras,cables, transformadores, etc.). Todos los elementos del sistema de distribucin tienenuna curva de dao, de tal forma que si se excede sta, la vida til de los elementos se veconsiderablemente reducida. El tiempo que dure la falla y la corriente que lleva consigo,combinadas, definen la curva de dao. Estas curvas deben ser tomadas en cuenta en la

aplicacin y coordinacin de los dispositivos de proteccin contra sobrecorriente.La quinta funcin es minimizar la posibilidad de que el conductor se queme y caiga a

tierra debido al arqueo en el punto de falla. Es muy difcil establecer valores decorriente contra tiempo para limitar el dao en los conductores durante fallas de arqueodebido a las mltiples condiciones variables que afectan este hecho. Esto incluyevalores de corriente de falla, velocidad y direccin del viento, calibre de conductores ytiempo de despeje de los dispositivos de proteccin.

Para fallas de arqueo en conductores cubiertos donde las terminales que definen elarco no se mueven o lo hacen slo en una corta distancia, el conductor puede resultar

quemado.


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CONDICIONES QUE DEBE CUMPLIR EL SISTEMA DE PROTECCIN DESOBRECORRIENTE.

Los sistemas de proteccin contra sobrecorrientes debern ofrecer las funcionesdefinidas como seguridad, sensibilidad y selectividad.

Seguridad

El sistema debe ser seguro contra operaciones falsas, de tal forma que reenergice elcircuito cuando se tenga carga desbalanceada, corrientes de arranque de carga en fro,armnicos, y otros transitorios o condiciones de estado estable que no sean peligrosos

para los componentes o causen daos mortales a personas.

Sensibilidad

El sistema debe tener suficiente sensibilidad, de manera que pueda realizar sus

funciones. Por ejemplo, el interruptor de potencia o el restaurador en la subestacindebe detectar fallas transitorias o permanentes al final del alimentador principal y

prevenir la fusin de los fusibles instalados en los ms remotos ramales debido a fallastransitorias en los mismos.

Sin embargo, cuando el circuito alimentador principal es largo y cargado de talforma que requiera un alto punto de disparo para el interruptor de potencia de lasubestacin, su sensibilidad no ser lo suficientemente buena para los puntos remotos;luego, ser necesario instalar un restaurador o restauradores en la troncal para cubrir elfin del alimentador. Por consiguiente, deben ser establecidas nuevas zonas de

proteccin.

Selectividad

El sistema debe estar selectivamente coordinado, de manera que el dispositivo deproteccin ms cercano a una falla permanente debe ser el que la despeje. Si dos o msdispositivos de proteccin se encuentran en serie, slo el dispositivo que se encuentrems cercano a la falla debe operar en una falla permanente.

Observando la figura 2, se dira que una falla permanente enx debe quemar el fusibleA y no el fusible B y mucho menos hacer operar R o I. El propsito es sacar del servicio

el menor nmero de usuarios posible.Efecto de la distancia sobre la corriente de falla

Como se observa en la figura 3, la corriente de falla disminuye a medida que ladistancia a la subestacin se incrementa por el efecto de la impedancia de la lnea. Lafigura 3, se refiere a un ejemplo especfico y solo se aplica a l (no es general).

COORDINACION DE PROTECCIONES EN LA RED DE DISTRIBUCION

PRINCIPIOS DE COORDINACIN.


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En los sistemas de distribucin actuales, la coordinacin de los dispositivos deproteccin debe hacerse en serie; tambin se le conoce como "cascada", debido a la quela mayora de estos operan en forma radial. Cuando dos o ms dispositivos de

proteccin son aplicados en un sistema, el dispositivo ms cercano a la falla del lado dealimentacin es el dispositivo protector, y el siguiente ms cercano del lado de la

alimentacin es el dispositivo "respaldo" o protegido.

El requerimiento indispensable para una adecuada coordinacin consiste en que eldispositivo protector debe operar y despejar la sobrecorriente antes que el dispositivo derespaldo se funda (fusible) u opere al bloqueo (restaurador). Un ejemplo simplecoordinacin se muestra en la figura 4.

Cuando hay una falla en el punto 1, el fusible H es el dispositivo protector y eldispositivo C el de respaldo. Con respecto al dispositivo A, el dispositivo C es eldispositivo protector y debe interrumpir corrientes de falla permanente en el punto 2antes que el dispositivo A opere a bloqueo. El dispositivo B es tambin un dispositivo

protector para dispositivo A y opera en forma similar al dispositivo C para una falla enel punto 3. El dispositivo A opera a bloqueo solamente con fallas permanentes antes quelos dispositivos B y C, como en el punto 4. Para una falla en el punto 6, el dispositivo Edebe operar antes que el dispositivo D, previniendo con esto que el transformador salgade servicio, y con l el suministro de energa a las otras cargas en el secundariotransformador; igualmente, para una falla en el punto 5 el fusible D es el protector.

Los cortes de energa causados por fallas permanentes se deben restringir a seccionespequeas del sistema por tiempo ms corto.

FIGURA 3.- Corrientes de cortocircuito en funcin de la distancia a la subestacin.


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FIGURA 4.- Coordinacin de protecciones.

COORDINACIN FUSIBLE DE EXPULSIN-FUSIBLE DE EXPULSIN

Mtodo 1: Usando curvas tiempo-corriente

Es un mtodo muy prctico para coordinacin de fusibles tipo H, N, T o K. Unestudio tpico se muestra de la figura 5, para parte de un sistema de distribucin. Seusarn fusibles de estao tipo T en todos los dispositivos de proteccin.

La figura 6, muestra las curvas de tiempo de fusin mnima y tiempo de despejemximo para posibles fusibles que pueden ser usados en los puntos A, B y C delsistema.

El fusible 15T tratado para 23 A (Tabla 1) har frente a una corriente de carga de 21A y provee un tiempo despeje mximo de 0.021 s para 1550 en el punto C (figura 6). Eltiempo de fusin mnimo no es un factor crtico si otros dispositivos no necesitan sercoordinados con el ltimo fusible de la rama.

FIGURA 5.- Ejemplo de coordinacin Fusible - Fusible (de expulsin)


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Aparece ahora con un nuevo fusible que llevar 36 A continuos de carga,interrumpiendo 1630 A en el punto B y coordinado con el fusible 15T.

El fusible 20T no sirve puesto que puede transportar slo 30 A (Ver Tabla 1). Elsiguiente fusible a seleccionar el 25T que puede llevar 38 A continuamente, pero para el

fusible 25T el tiempo mnimo de fusin es de 0.016 s a 1550 A.

Puesto que el fusible 25T se quema antes de que el fusible 15T despeje la falla, lacombinacin no sirve para coordinacin.

El tiempo mnimo de fusin del fusible 30T a 1550 A es de 0.031 s.

Para obtener buena coordinacin se de cumplir que la relacin:

Que resulta ser menor al 75% que es el mximo para coordinacin (no cumple).

Un fusible 80T interrumpir satisfactoriamente 1800 A, transportando 105 Acontinuamente y coordinado con el fusible 30T en el punto B (vea Tabla 1), por lotanto:

Este valor resulta ser menor del 75% y la coordinacin es satisfactoria. Los

resultados de este estudio se presentan en la tabla 1.

FIGURA 6.- Curvas t-I para coordinacin del circuito dado en la figura 5.


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TABLA 1. Resultados del estudio de coordinacin.

* No hay coordinacin para la combinacin 25T - 15T.

Mtodo 2: Usando tablas de coordinacin

El uso de tablas de coordinacin requiere que los fusibles sean operados dentro de sucapacidad continua de corriente. Las Tablas 2 a 6 listan los fusibles de proteccin, losfusibles protegidos y la corriente mxima de falla a la cual la proteccin es asegurada.

Repitiendo el ejemplo anterior de coordinacin usando la Tabla 3: Para el fusible deproteccin 15T el fusible protegido 25T slo coordina por encima de 730 A (no sirve).

La Tabla 3, muestra que fusible 15T coordinar bien con fusible 30T por encima de1700 A (mayor a 1630 A) con una corriente de transporte de 45 A segn tabla 4, (mayora 36 A de corriente de carga).

La Tabla 3, tambin muestra que el fusible 30T (como fusible de proteccin) secoordina con el fusible 80T (como fusible protegido) por encima de 5000 A (mayor a1800 A) y una corriente de transporte continua de 110 A. mayor a 105 A. de corrientede carga.

Obsrvese en la Tabla 2, que el fusible 65T no se coordina con 30T puesto que lacorriente de transporte continua es de 95 A menor a 105 A de corriente de carga.

Las Tablas 2 a 6 muestran los valores mximos de las corrientes de falla a las cualeslos fusibles EEI, NEMA se coordinan (K con K, T con T, K con H, T con H y N con N).

Estas tablas estn basadas en las curvas de tiempo de despeje mximo para losfusiles de proteccin y el 75% de las curvas de tiempo fusin mnima para los fusibles

protegidos.


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TABLA 2. Coordinacin entre fusibles tipo K (EEI-NEMA).

TABLA 3. Coordinacin de fusibles tipo T (EEI-NEMA).

TABLA 4. Coordinacin entre fusiles tipo K y tipo H de alta descarga (EEI-NEMA).


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TABLA 5. Coordinacin entre fusibles tipo T y tipo H de alta descarga (EEI-NEMA).

TABLA 6. Coordinacin entre fusibles tipo N (EEI-NEMA).

Mtodo 3: Reglas prcticas o empricas.

Se han formulado las siguientes reglas prcticas para coordinacin de fusibles EEI-NEMA del mismo tipo y categora. Por ejemplo usando T preferido con T preferido o Kpreferido con K no preferido.

1. Los fusibles K pueden satisfactoriamente coordinarse entre valores nominalesadyacentes de la misma serie por encima de valores de corriente 13 veces el valornominal del fusible proteccin.

2. Los fusibles T pueden coordinarse satisfactoriamente entre valores nominalesadyacentes de la misma serie por encima de valores de corriente 24 veces el valornominal del fusible de proteccin.

Repitiendo el ejemplo anterior pero aplicando la regla:


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El fusible 15T puede coordinarse con un fusible X por encima de A. El fusible Xtendr que ser ms grande que 25T. En este caso es 30T pues la corriente de falla 1630A es menor a 1700 A que es la mxima corriente falla que puede despejar el fusible 30TSimilares resultados se encuentran cuando se chequea el acomodamiento del fusible30T el cual puede coordinarse con un fusible Y por encima de 30x24 = 720A, que es la

corriente mxima de coordinacin.

Pero observando la tabla se ve que la coordinacin slo puede darse por encima de1500 A, adems la corriente de falla es de 1800 A esto indica que:

50T no sirve pues 1800 A es mayor que 1500 A.

65T que no sirve pues Inominal = 95 A es menor que 105 A la cual es la corriente decarga.

80T si sirve pues 5000 A es mayor que 1800 A y la corriente nominal = 120 A que es

mayor que 105 A la cual es la corriente carga.

Donde las reglas empricas pueden probar uso extremo son los sistemas donde lacorriente de carga y la corriente de falla decrecen proporcionalmente a una ratarazonablemente lineal, a medida que los puntos de coordinacin se mueven haciaafuera de la subestacin.

Una coordinacin confiable puede alcanzarse cuando las reglas empricas se aplican acircuitos como los de la figura 7.

FIGURA 7.- Porcin de circuito para la aplicacin de las reglas empricas.

La corriente de carga de 12 A en el punto C sugiere un fusible 10K que segn latabla 4 es de 15A de corriente nominal continua el cual se coordina con el siguientefusible de la serie 15K por encima de 15x13 = 195A y tienen corriente nominal de 23Amayor que 20A puesto que la corriente de falla en el punto B es de 130A, los fusibles

10K y 15K se coordinarn satisfactoriamente.


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Un fusible 25K se coordinar con un fusible 15K por encima de A y la coordinacines alcanzada puesto que la corriente de falla en el punto A es de 190A menor que 195A.

COORDINACIN INTERRUPTOR (RELEVADOR) - FUSIBLE.

(FEEDER SELETIVE RELAYING FSR).

La filosofa ms comn de proteccin de alimentador establece es el uso del FSR, elcual significa que el interruptor del alimentador y el fusible de una derivacin lateralson coordinados de tal manera que el fusible de la derivacin solamente opere parafallas permanentes en la derivacin. Para llevar a cabo esto, el interruptor delalimentador debe operar antes de que el fusible sea daado, como se muestran en lafigura 9.

Puesto que el fusible es muy rpido a niveles relativamente altos de corriente decortocircuito, algunas veces es imposible para el interruptor vencer el fusible y

consecuentemente ambos dispositivos operan. Por ejemplo, los lmites de coordinacinpara varios tipos de fusible (i.e. La corriente ms alta a la cual la coordinacin puede seresperada), asumiendo una respuesta de 6 ciclos del relevador e interruptor, es como semuestra en la Tabla 7.

TABLA 7. Corriente mxima a la cual la coordinacin es posible

FIGURA 8. Coordinacin relevador (interruptor) - fusible.


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Para fallas permanentes se espera que fusible opere antes de que el disco delrelevador complete su recorrido como se muestra en la figura 9.

El error ms comn cuando se emplea este tipo de coordinacin es que se olvidaconsiderar el sobre recorrido del disco del relevador (cuando se usa el relevador

electromecnico).

Mientras que la teora del FDR suena bien, es difcil implementarla puesto que laverdadera coordinacin est limitada a un rango muy estrecho de corrientes de falla. Lafigura 10, muestra una ilustracin muy simplificada que explica el porqu de esto.

Como puede verse, para muchos niveles bajos de corriente el fusible puede no operaras como se supuso que lo haca para fallas permanentes. De otro lado, el fusible estambin rpido para altas corrientes y siempre operar. Esto es un problema paracondiciones de falla temporal.

FIGURA 9. FIGURA 10.Coordinacin durante fallas permanentes Rango de coordinacin del FDR.

En un alimentador de distribucin, es concebible que las tres condiciones puedanexistir, i.e. Existen reas donde el fusible: siempre opera, nunca opera y operaadecuadamente. Esta situacin se muestra en la figura 11.13. Ms exactamente, lacondicin donde el interruptor o restaurador es siempre ms rpido que el fusibleraramente ocurre.


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Figura 11. Ubicacin de fusibles con su grado de operacin

COORDINACIN RELEVADOR-RESTAURADOR.

Si una falla permanente ocurre en cualquier parte del sistema alimentador ms alldel interruptor, el dispositivo de recierre operar 1, 2 o 3 veces instantneamente(dependiendo del ajuste) en un intento por despejar la falla.

Sin embargo, como una falla permanente estar an en la lnea al final de esasoperaciones instantneas, debe ser despejada por algn otro medio. Por esta razn, elrestaurador estar provisto con 1, 2 o 3 operaciones diferidas (dependiendo del ajuste).

Estas operaciones adicionalmente, son a propsito ms lentas para proporcionarcoordinacin con fusibles o permitir que las fallas se autodespejen. Despus de la cuartaoperacin, si la falla persiste en la lnea, el restaurador abre y se bloquear. La figura 12,representa las caractersticas instantneas y de tiempo diferido de un restauradorautomtico convencional.

FIGURA 12.- Caractersticas del restaurador automtico.

Un factor importante en la obtencin de esta selectividad es el tiempo derestablecimiento de los relevadores de sobrecorriente. Si habiendo empezado a operarcuando ocurre una falla ms all del restaurador, un relevador de sobrecorriente no tienetiempo para restablecerse completamente despus de los disparos del restaurador y antesde que este recierre (un intervalo de aproximadamente 1 s), el relevador puede continuaravanzando hacia el disparo durante operaciones secuenciales de recierre. As, se puedever que no es suficiente hacer que el tiempo del relevador sea ligeramente ms grandeque el tiempo del restaurador.


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Es una buena regla de oro considerar que existir una posible falta de selectividad siel tiempo de operacin del relevador en cualquier corriente es menor de dos veces lacaracterstica de tiempo diferido del restaurador.

Primero, se debe conocer cules son los datos disponibles para calcular la respuestadel rel bajo condiciones de posible restablecimiento incompleto. La velocidad angular

del rotor de un rel de tiempo inverso para un mltiplo dado de corriente de puesta enmarcha es sustancialmente constante a travs del recorrido desde la posicin derestablecimiento (completamente abierto) hasta la posicin de cerrado donde loscontactos cierran. Por lo tanto, si se conoce (de las curvas t-I) cunto tiempo toma unrelevador para cerrar sus contactos a un mltiplo dado de corriente de puesta en marchay con un ajuste dado del dial de tiempo, se puede estimar que porcin de recorrido totalhacia la porcin de contacto cerrado el rotor se mover en cualquier tiempo dado.

Similarmente, la velocidad de restablecimiento del rotor de un relevador essustancialmente constante a travs de su recorrido. Si el tiempo de restablecimientodesde la posicin de contacto cerrado conocida para cualquier ajuste de tiempo dado, el

tiempo restablecimiento para cualquier porcin del recorrido total (cuando se usa ajustede tiempo diferido ms grande) es generalmente dado para cada tipo de relevador.

El tiempo de restablecimiento para un dial de tiempo ajustado en 10 es de 6 saproximadamente en el caso de un relevador de sobrecorriente de tiempo inverso yaproximadamente 60 s para un relevador de sobrecorriente de tipo muy inverso oextremadamente inverso.

Ejemplo:

Considerese el circuito de la figura 13. Chequear la selectividad para una falla de500A, asumiendo que la falla persistir a travs de todos los recierres. El relevador IACno debe disparar el interruptor para una falla ms all del restaurador.Curva A: Caracterstica t-I instantnea de un restaurador de 35A.Curva B: Caracterstica t-I de tiempo diferido de un restaurador de 35A.Curva C: Caracterstica t-I del relevador muy inverso IAC que ajustado en el 1.0 del dialde tiempo y en el tap de 4A (primario de 160A con TC de 200/5).

FIGURA 13.- Ejemplo de coordinacin relevador-restaurador


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Tiempo de reposicin del relevador de 60 s en el dial 10 de ajuste de tiempo. Lostiempos de operacin del relevador y del restaurador para este ejemplo son: (ver figura13).

Para el restaurador:

Para el rel:

El porcentaje de recorrido total del relevador IAC durante varias operaciones disparoque es como sigue, donde el signo (+) significa que el recorrido est en la direccin decierre del contacto (direccin de disparo) y el signo (-) significa que el recorrido es en ladireccin de reposicin:

Durante el primer disparo instantneo del restaurador (curva A):

Asumiendo que el restaurador se abre por 1 segundo

Puede observarse que:

Y por lo tanto, el relevador se repondr completamente durante el tiempo que elrestaurador est abierto despus de cada apertura instantnea.

Similarmente los porcentajes de recorrido durante las operaciones de disparo diferidose pueden calcular de la siguiente manera:

Durante la primera operacin de disparo diferido (curva B) del recloser:


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Asumiendo ahora que el restaurador abre por 1 segundo.

Durante el segundo disparo de tiempo diferido del restaurador:

El recorrido neto del relevador es

El recorrido neto del relevador es = 60.3% del total hacia la posicin de contactocerrado.

De acuerdo a lo anterior, se ve que al recorrido del relevador le falta

aproximadamente el 40% ( 0.4 0.65 = 0.24s)del necesario para que el relevador

cierre sus contactos y dispare su interruptor; y por lo tanto, el relevador IAC serselectivo. Se considera deseable un margen de 0.15 a 0.20 segundos adecuado contravariaciones de caractersticas, errores en la lectura de curvas, etc. El rel desobrecorriente esttico tipo SFC previene algunos de estos problemas ya que susobrerecorrido es aproximadamente 0.01s y el tiempo de restablecimiento es de 0.1s omenos.

Si el restaurador automtico es usado como interruptor de un alimentador, paraseleccionar su tamao es necesario reunir las siguientes condiciones:

a)La capacidad interrupcin del restaurador debe ser ms grande que la corriente de

falla mxima calculada sobre la barra.

b)La corriente de carga nominal (I bobina) del restaurador debe ser ms grande que lacorriente carga pico del circuito. Se recomienda que la corriente nominal de la

bobina del restaurador sea de tamao suficiente que permita el crecimiento normal dela carga y est relativamente libre de disparos innecesarios debido a corrientes inrushque siguen a una salida prolongada. El mrgen entre la carga pico en el circuito y lacorriente nominal del restaurador es aproximadamente 30%.

c)La corriente de puesta en marcha mnima del restaurador es dos veces su corrientenominal de bobina. Esto determina la zona de proteccin como establecida por lacorriente de falla mnima calculada en el circuito. La corriente nominal mnima de


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puesta en marcha debe alcanzar ms all del punto de seccionalizacin delrestaurador de primera lnea; i.e, la sobreposicin de la proteccin debe estar

proporcionada entre el restaurador de la subestacin y el restaurador de primeralnea. Si la sobreposicin de la proteccin no puede obtenerse cuando se satisfacen lacondicin a), ser necesario relocalizar el restaurador de primera lnea para hacer que

caiga dentro de la zona de proteccin del restaurador de la subestacin.

Mtodo prctico de coordinacin relevador-restaurador

Si el tiempo de operacin del relevador a cualquier valor de corriente de falla dado esmenor que dos veces el tiempo diferido de disparo del restaurador, asumiendo unasecuencia de operacin del restaurador que incluye 2 disparos diferidos, existir una

posible falta de coordinacin. Cuando falta la coordinacin el ajuste del dial de tiempo oel ajuste de puesta en marcha del relevador debe aumentarse o el restaurador deberelocalizarse para que la coordinacin sea obtenida. En general los restauradores sonlocalizados al final del alcance el relevador.

Los valores nominales de cada restaurador deben ser tales que llevarn la corrientede carga, tener suficiente capacidad de interrupcin para esa ubicacin, y coordinarseambos con el relevador y los dispositivos del lado de carga. Si existe una falta decoordinacin con los dispositivos del lado de carga, los valores nominales delrestaurador tienen que ser aumentados. Despus de que son determinados los valoresnominales adecuados, cada restaurador tiene que ser chequeado por alcance. Si elalcance es insuficiente se deben instalar restaurador adicionales serie en el primario

principal.

Ejemplo

Un mtodo usado para representar el calentamiento del fusible es desplazar la curvadisparo instantneo hacia la derecha. Si la calibracin del restaurador es para 2 disparosinstantneos seguida de dos disparos diferidos y el tiempo muerto entre recierres fuinstantneo, luego la curva A simplemente ser duplicada.

Puesto que usualmente hay aproximadamente de 2 a 5s entre recierres, el fusiblelogra enfriarse. Para tener en cuenta esto, se usa un factor menor a 2. Si se asume elsistema la figura 14, dando al restaurador 2s de tiempo muerto se debe desplazar lacurva instantnea por un factor de 1.35 y tener el dibujo de coordinacin de la figura 15.

FIGURA 14.- Coordinacin restaurador-fusible en un ejemplo prctico.


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El lmite de coordinacin ser ahora de aproximadamente 1000A para fallas ms alldel fusible 30T y sobre 5000A para fallas ms cercanas. Si el sistema ms all delfusible 30T est dentro de esto lmites, existe coordinacin total. (Ver figura 15).

FIGURA 15.- Coordinacin resultante restaurador-fusible (ejemplo).

Existen tablas de coordinacin desarrollados por los fabricantes que para coordinarrestaurador con elementos fusible de una manera muy sencilla, tales valores se muestranen la tabla 8.

TABLA 8 y 9. Coordinacin de restaurador con fusibles.

* Secuencia restaurador: 2 operaciones instantneas + 2 operaciones diferidas.


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PROTECCION DE REDES DE DISTRIBUCION CONTRA SOBLEVOLTAJES

CAUSAS DE SOBREVOLTAJE

Descargas atmosfricas.

Desplazamientos de neutro durante fallas lnea-tierra.

Operacin de fusibles limitadores de corriente.

Ferrorresonancia (FR).

CARACTERSTICAS DE LA DESCARGA ATMOSFRICA

Con el fin de entender los efectos del rayo, es mejor obtener algn conocimientosobre lo que es el rayo, como se causa y donde es ms probable que ocurra. Lostrminos ms usados para describir este fenmeno son los siguientes:

Conductos de descarga (predescarga).Bajo condiciones normales se ha credo generalmente que las nubes contienen cargas

positivas y negativas que se combinan y se combinan entre si resultando una carganeutra, con diferencia de voltaje cero dentro de la nube.

Una explicacin del rayo es la siguiente: Cuando el aire hmedo es calentado, seeleva rpidamente y cuando logra alturas ms grandes comienzan a enfriarse. A muygrandes alturas (tan altas como 60.000 ft) se forman partculas de precipitacin ycomienzan a caer; el aire va ascendiendo y las partculas van hacia abajo (a unavelocidad de 100 MPH) y crean un mecanismo de transferencia de carga paralizando la

nube.


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Cuando el gradiente de potencial entre nubes o entre la nube y la tierra alcanza ellmite para el aire est en la regin de alto esfuerzo, se ioniza y se rompe. El conductode descarga que es imperceptible para el ojo arranca en la nube como una perforacinelctrica. Esta a su vez establece la trayectoria descendente de la descarga entre la nubey la tierra; el conducto usualmente sigue la direccin de la ms alta concentracin de

gradiente de voltaje en pasos sucesivos, estos pasos en zig-zag son de aproximadamente60 yardas en un tiempo de 30 a 90 s vacilantes entre pasos.

Como la predescarga se dirige a tierra los iones negativos progresan hacia abajo a lolargo de la trayectoria conductora y los iones positivos comienzan a ascender (descargade retorno) y cuando la carga y la descarga de retorno se encuentran se establece laconexin nube-tierra y la energa de la nube es liberada en la tierra; esta liberacin deenerga es la descarga visible llamada rayo.

Duracin de la descarga

La duracin de la descarga es usualmente menor de 200 s. Se ha considerado que laonda de corriente es del tipo 8 x 20 s. Que es una aceptable aproximacin de ladescarga. Algunas descargas tienen relativamente alta corriente de descarga en cortos

periodos de tiempo; estas descargas producen efectos explosivos. De otro lado otrasdescargas duran pocos cientos de s. Con corrientes de descarga < 1000 A.

Este tipo de descarga comnmente llamado rayo caliente produce quemasconsiderables, incendios, etc.

La energa de un rayo no es tan grande como la gente piensa ya que la duracin de laonda es muy corta, por ejemplo una onda de 43 s dura solo el 0.26% de la duracin deun solo ciclo de AC a 60 Hz.

En circuitos trifsicos, el suicheo monofsico, la quema de un fusible, o la rotura deun conductor puede ocasionar sobrevoltaje cuando ocurre resonancia entre laimpedancia de magnetizacin del transformador y la capacitancia del sistema de la faseo fases aisladas (ver figura 16).

Gran cantidad de situaciones prcticas en circuitos pueden ocurrir y pueden resultaren el fenmeno de ferrorresonancia. Bsicamente, las condiciones necesarias pueden

darse cuando una o dos fases abiertas resultan en una capacitancia que est siendoenergizada en serie con la impedancia de magnetizacin no lineal del transformador,donde los suiches pueden ser cortacircuitos fusible montados en un poste. Lacapacitancia puede ser dada por la longitud del cable que conecta el devanado a tierracon el transformador Pad Mounted.

La ferrorresonancia no puede ser totalmente evitada. Las condiciones queprobablemente producen ferrorresonancia son las siguientes:

Transformadores de pequea capacidad: A ms pequea capacidad la susceptibilidades ms grande. Los bancos con capacidad mayor a 300 kVA son raramente sensibles.

Vaco: Una carga tan pequea como 4% resultara en cercana inmunidad.


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Cualquier conexin 3 es sensible: Un transformador 1 conectado a fase-fase en unsistema primario aterrizado es sensible.

Suministro primario por cables subterrneos: El blindaje aumenta la capacidad ysusceptibilidad.

Los cables primarios areos generalmente proporcionan inmunidad a menos que elvoltaje sea mayor a 15 kV. A 34.5 kV la ferrorresonancia es definitivamente una

posibilidad con suministro areo puesto que la capacitancia interna del transformadores suficiente para resonancia.

Voltaje primario superior a 5 kV: Voltajes superiores a 5 kV proporcionan sustancialinmunidad. Por encima de 15 kV la ferrorresonancia es bastante probable. Lasopiniones difieren sobre susceptibilidad (sensibilidad) en el rango de 5 a 15 kV.

Banco de capacitores secundario con neutro flotante: Incluso en una conexin Y

aterrizada. Y si una fase del primario es desenergizada puede energizar la reactanciade magnetizacin de la fase desenergizada a travs de la capacitancia y as causarresonancia.

FIGURA 16.- Suicheo 1 en un circuito 3 .

En la actualidad, el mtodo ms prctico para evitar la ferrorresonancia es por mediode la instalacin de transformadores conectados en Y-Y con los neutros primario ysecundario del transformador aterrizado y conectado al neutro del sistema primario. El

primario en Y con neutro aterrizado elimina por cortocircuito la conexin serie de lareactancia del transformador y la capacitancia del cable previniendo de ese modo elestablecimiento del circuito resonante. Otras tcnicas de mitigacin son las siguientes:

Los transformadores 1 deberan ser conectados a lnea-neutro.

Instalando suiches tripolares y dispositivos de proteccin que evitan que el faseo 1pueda ocurrir.


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Esto puede no ser posible en muchos casos y puede no ser completamente efectivopero es la mejor y ms simple prevencin.

La ferrorresonancia puede ser prevenida si los cables y transformadores nunca sonsuicheados al mismo tiempo. Para llevar a cabo esto los suiches del transformador

deben estar localizados en los terminales del transformador justo en la parte elevadadel poste y es deseable un enclavamiento para asegurar que al energizar, primero soncerradas las fases de los suiches de la parte superior del poste y luego cierra lossuiches del primario del transformador. Al desenergizar, deben abrirse primero lasfases del suiche del transformador y luego las del poste elevado (ver figura 17)

FIGURA 17.- Secuencia de accionamiento de suiches para evitar ferrorresonancia.

El requerimiento para nunca suichear el cable de suministro y transformadoressimultneamente tambin se aplica a fusibles y a otros dispositivos de proteccin. Estorequiere que los fusibles, restauradores y o seccinalizadores en la parte elevada del poste

y sobre el alimentador de distribucin sean coordinados para controlar una falla deltransformador y as la proteccin primaria del transformador se disparar primero. Porsupuesto que, una falla del cable primario quemara un fusible en la parte superior del

primer poste, pero una falla de estas es ms probable que elimine por cortocircuito lacapacitancia de la seccin del cable fallado conectado al transformador y as prevenir laresonancia.

Si una conexin susceptible debe ser usada, y si el cable primario corre a lo largo ydebe ser suicheado con el transformador, y el suicheo trifsico y la proteccin no es

posible, arreglar luego el sistema para tener todo el suicheo dado con al menos 5% decarga en el transformador.

Los bancos de capacitores secundarios deben ser conectados con neutro a tierra.

Suicheo de capacitores

El suicheo de bancos de capacitores puede causar un sobrevoltaje al energizar o aldesenergizar. Considrese la energizacin del banco de capacitores con neutroaterrizado de la figura 18. Si las condiciones iniciales (precierre) son tales que el bancode capacitores no tiene carga (sin voltaje) y el voltaje del sistema cierra en un mximo,el voltaje se exceder como se muestra en la figura 19.


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FIGURA 18. Energizacin de un banco de capacitores.

FIGURA 19. Sobrevoltaje debido a la energizacin de bancos de capacitores

La desenergizacin de un banco de capacitores (figura 20) es un aspecto quepreocupa. Al abrir el suiche se crean las condiciones de sobrevoltaje que se muestran enla figura 21.

Asmase que R y XL son muy pequeos comparados con la reactancia capacitiva talque el voltaje de estado estable del capacitor es esencialmente el mismo de la fuente devoltaje. Si se asume que el suiche se ha abierto en algn tiempo breve antes del tiempo

cero, la interrupcin de corriente se llevar a cabo en un tiempo normal cero de lacorriente tal como el tiempo a de la figura 20.

FIGURA 20.- Desenergizacin de un banco de capacitores.


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FIGURA 21.- Sobrevoltaje debido a la desenergizacin de bancos de capacitores.

EQUIPOS DE PROTECCION ASOCIADOS A LAS REDES DEDISTRIBUCION

FUSIBLES DE PROTECCION

Los cortacircuitos fusibles o cortacorrientes, son el medio ms antiguo de proteccinde los circuitos elctricos y se basan en la fusin por efecto de Joule de un hilo o lminaintercalada en la lnea como punto dbil.

Los cortacircuitos fusibles o simplemente fusibles son de formas y tamaos muydiferentes segn sea la intensidad para la que deben fundirse, la tensin de los circuitosdonde se empleen y el lugar donde se coloquen.

El conductor fusible tiene seccin circular cuando la corriente que controla espequea, o est formado por lminas si la corriente es grande. En ambos casos elmaterial de que estn formados es siempre un metal o aleacin de bajo punto de fusin a

base de plomo, estao, zinc, etc.

Fundamentalmente encontraremos dos tipos de fusibles en las instalaciones de bajatensin:

Tipo K(gL) (fusible de empleo general)

Tipo T(aM) (fusible de acompaamiento de Motor)


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Los fusibles de tipo K (gl) se utilizan en la proteccin de lneas, estando diseada sucurva de fusin "intensidad-tiempo" para una respuesta lenta en las sobrecargas, yrpida frente a los cortocircuitos.

Los fusibles de tipo T, especialmente diseados para la proteccin de motores, tienen

una respuesta extremadamente lenta frente a las sobrecargas, y rpida frente a loscortocircuitos. Las intensidades de hasta diez veces la nominal (10 In) deben serdesconectadas por los aparatos de proteccin propios del motor, mientras que lasintensidades superiores debern ser interrumpidas por los fusibles T.

La intensidad nominal de un fusible, as como su poder de corte, son las doscaractersticas que definen a un fusible.

La intensidad nominal es la intensidad normal de funcionamiento para la cual elfusible ha sido proyectado, y el poder de corte es la intensidad mxima de cortocircuitocapaz de poder ser interrumpida por el fusible. Para una misma intensidad nominal, el

tamao de un fusible depende del poder de corte para el que ha sido diseado,normalmente comprendido entre 6.000 y 100.000 A.

Un gran inconveniente de los fusibles es la imprecisin que tiene su curvacaracterstica de fusin frente a otros dispositivos que cumplen el mismo fin, tales comolos interruptores automticos. Esto equivale a decir que la banda de dispersin de losfusibles es mayor que la de los interruptores automticos, pese a que el fabricantesolamente facilita la curva media de los fusibles.

Otro inconveniente de los fusibles es la facilidad que tienen de poder ser usados conuna misma disposicin de base, hilos o lminas no adecuadas.

FIGURA 22.- Curvas caractersticas corriente tiempo en fusibles tipo K (gL) y tipo T(aM).


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TABLA 10. Datos caractersticos de eslabones tipo K y T

Los fusibles T y K del mismo valor nominal tienen diferentes puntos 300 segundos600 segundos, pero como lo muestra la figura 10.13 tiene diferentes curvas ti. A altascorrientes el fusible T es ms lento que el fusible k del mismo tamao.

La diferencia entre los 2 fusibles la da la relacin de velocidad as:

Los fusibles lentos T tiene relacin de velocidad entre 10 y 13 (Vase figuras 24 y25).

Los fusibles rpidos K tiene relacin de velocidad entre 6 y 8.1 (Vase figuras 26 y27).

Los fusibles de alta descarga de 1, 2, 3, 5, 8 A para la proteccin de pequeostransformadores, son tipo H y sus curvas caractersticas se muestran en las figura 28 y29. Protegen contra sobrecarga y evitan operacin durante descargas de corrientetransitoria de corto tiempo asociadas con arranques de motores y descargasatmosfricas.


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FIGURA 23.- Curvas de fusin mnima de fusibles 15K y 15T


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FIGURA 24.- Curvas caractersticas t-I de fusin mnima para fusibles tipo T (de la Kerney)instalados en cortacircuitos ABB.


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FIGURA 24.- Curvas caractersticas t-I de despejes mximos para fusibles tipo T (de la Kerney)instalados en cortacircuitos ABB.


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FIGURA 25. Curvas caractersticas t-I de fusin mnima para fusibles tipo K (de la Kerney)instalados en cortacircuitos ABB.


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FIGURA 26.- Curvas caractersticas t-I de despeje mximo para fusibles tipo K (de la Kerney)instalados en cortacircuitos ABB.


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FIGURA 27.- Curvas caractersticas t-I de fusin mnima para fusibles tipo H (de la Kerney)instalados en cortacircuitos ABB.


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FIGURA 28.- Curvas caractersticas t-I de despeje mximo para fusibles tipo H (de la Kerney)instalados en cortacircuitos ABB.


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RECONECTADOR

El reconectador es un interruptor con reconexin automtica, instaladopreferentemente en lneas de distribucin. Es un dispositivo de proteccin capaz dedetectar una sobrecorriente, interrumpirla y reconectar automticamente para

reenergizar la lnea. Est dotado de un control que le permite realizar variasreconexiones sucesivas, pudiendo adems, variar el intervalo y la secuencia de estasreconexiones. De esta manera, si la falla es de carcter permanente el reconectador abreen forma definitiva despus de cierto nmero programado de operaciones (generalmentetres o cuatro), de modo que asla la seccin fallada de la parte principal del sistema.

La tarea principal de un reconectador entonces es discriminar entre una fallatemporal y una de carcter permanente, dndole a la primera tiempo para que se aclaresola a travs de sucesivas reconexiones; o bien, sea despejada por el elemento de

proteccin correspondiente instalado aguas abajo de la posicin del reconectador, si estafalla es de carcter permanente.

Por lo general, las fallas en los sistemas de distribucin tienden a ser temporales.Con la operacin del reconectador la falla temporal puede ser interrumpida antes de quese convierta en una falla permanente.

El Reconectador coordina con fusibles cercanos al lugar de falla y dejarlos operarprimero si la falla es permanente de esta manera permite que se restablezca el servicio alresto del sistema.

Deben ubicarse en los principales circuitos de salida.

Figura 29. Reconectador automticoHawker Siddeley Switchgear 15.5 38 kV

Secuencia de Operacin

Los reconectadores pueden ser programados para un mximo de cuatro aperturas y tresreconexiones. Los tiempos de apertura pueden determinarse de curvas caractersticas tiempo-corriente, como las que se muestran en la Figura 30 . Cada punto de la curva caractersticarepresenta el tiempo de aclaramiento del reconectador para un determinado valor de corriente defalla. Es importante destacar que este dispositivo consta de dos tipos de curvas, una de

operacin rpida y una segunda de operacin retardada.


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Figura 30. Curva de operacin de un Reconectador

Nmero total de operaciones o aperturas

Los reconectadores permitenprogramar desde una apertura hasta un mximo decuatro, lo que depende delestudio de coordinacin con otros elementosde proteccin yque resulte ms favorablepara cada caso en particular.

Disparos

2 rpidos- 2 lentos 1 rpidos3 lentos 3 rpidos- 1 lento

0 rpidos- 4 lentos


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Tiempo de reconexin: Son los intervalos de tiempo en que los contactos delreconectador permanecen abiertos entre una apertura y una orden de cierre o dereconexin.

Tiempo de reposicin: Es el tiempo despus del cual el reconectador repone suprogramacin, cuando su secuencia de operacin se ha cumplido parcialmente, debido aque la falla era de carcter temporal o fue aclarada por otro elemento de proteccin.

Corriente mnima de operacin: Es el valor mnimo de corriente para el cual elreconectador comienza a ejecutar su secuencia de operacin programada.

La secuencia de operacin tpica de un reconectador para abrir en caso de una fallapermanente se muestra en la figura 31, donde se ha supuesto que la programacin es C22, es decir, dos aperturas rpidas y dos aperturas lentas, con tiempos obtenidosrespectivamente, de la curva A y de la curva C de la Figura 30, para la magnitud de

corriente de falla correspondiente.

Figura 31. Secuencia de operacin de un Reconectador

De acuerdo a la Figura 31, en condiciones normales de servicio, por la lnea protegidacircula la corriente de carga normal. Si ocurre una falla aguas abajo de la instalacin del

reconectador y la corriente del cortocircuito es mayor a la corriente mnima deoperacin preestablecida, el reconectador opera por primera vez segn la curva rpida Aen un tiempo . Permanece abierto durante un cierto tiempo, usualmente 1 segundo, alcabo del cual reconecta la lnea fallada. Si la falla ha desaparecido el reconectador

permanece cerrado y se restablece el servicio. Si por el contrario, la falla permanece, elreconectador opera por segunda vez en curva rpida A y despus de segundos abrenuevamente sus contactos. Luego de cumplirse el segundo tiempo de reconexin elreconectador cierra sus contactos y si an la falla persiste, abre por tercera vez pero deacuerdo al tiempo de aclaramiento correspondiente a la curva lenta tipo C. Una vezque se cumple el tiempo de la tercera y ltima reconexin, reconecta por ltima vezcerrando sus contactos. Si an la falla est presente, el reconectador al cabo de

segundos abre definitivamente.


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En caso que el reconectador no haya completado su secuencia de operacin, despusde transcurrido el tiempo de reposicin, repone su programacin que tena antes queocurriera la falla, quedando en condiciones de ejecutar completamente su secuencia deoperacin en caso de presentarse una nueva condicin de falla en la lnea.

Clasificacin de los Reconectadores

Los reconectadores automticos pueden ser clasificados de diferentes formas, asaber: Monofsicos o trifsicos; con control hidrulico o electrnico o conmicroprocesador; con interrupcin en aceite o en vaco, con aislacin de aire o aceite.

a)Reconectadores monofsico y trifsicos

Los reconectadores monofsico se utilizan para la proteccin de lneas monofsicas,tales como ramales o arranques de un alimentador trifsico. Pueden ser usados encircuitos trifsicos cuando la carga es predominantemente monofsica. De esta forma,

cuando ocurre una falla monofsica permanente, la fase fallada puede ser aislada ymantenida fuera de servicio mientras el sistema sigue funcionando con las otras dosfases.

Los reconectadores trifsicos (figura 29) son usados cuando se requiere aislar(bloquear) las tres fases para cualquier falla permanente, con el fin de evitar elfuncionamiento monofsico de cargas trifsicas tales como grandes motores trifsicos.

Tienen dos modos de operacin:

Apertura monofsica-bloqueo trifsico

Consta de tres reconectadores monofsicos montados en un solo tanque conmecanismo de acoplamiento para el bloqueo solamente. Cada fase operaindependientemente para las aperturas por sobrecorriente y las reconexiones. Sicualquier fase opera hasta la condicin de bloqueo (debido a una falla permanente), elmecanismo de acoplamiento de aperturas, abre las otras dos fases y las deja abiertas y

bloqueadas. Se previene de esta forma la energizacin monofsica de cargas trifsicas.Este tipo de operacin se provee para reconectadores pequeos, tales como los tipo, 3H,6H, V6H [5], [14].

Apertura trifsica-bloqueo trifsicoPara cualquier tipo de falla (monofsica a tierra, bifsica o trifsica) todos los

contactos abren simultneamente para cada operacin de apertura. Las tres fases, estnmecnicamente acopladas para la apertura y la reconexin y son operadas por unmecanismo comn. Los reconectadores de mayor tamao operan de este modo.

b)Control de los reconectadores

Control hidrulico

El control hidrulico es usado en la mayora de los reconectadores monofsicos y enalgunos reconectadores trifsicos. Est construido como parte integral del reconectador.


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Con este tipo de control, la sobrecorriente es sensada por una bobina (de trip) que seconecta en serie con la lnea. Cuando la sobrecorriente fluye a travs de la bobina, unmbolo es introducido en la bobina de apertura para abrir los contactos delreconectador. La temporizacin y la secuencia son logradas por el bombeo de aceite atravs de compartimientos o de conductos hidrulicos separados. En los reconectadores

pequeos, la energa necesaria para la reconexin se obtiene de resortes que soncargados por la bobina serie durante la operacin de apertura. En los de tamao mayor,el cierre se realiza mediante un solenoide distinto, que es energizado por voltaje del ladofuente del reconectador. La corriente mnima de operacin en estos reconectadores es deun 200% la nominal de la bobina de disparo.

Control Electrnico

El mtodo de control electrnico de los reconectadores es ms flexible, de ms fcilcalibracin y programacin que el control hidrulico. Se entrega en un gabineteseparado y permite cambiar la caracterstica tiempo-corriente, los niveles de corriente

mnima de operacin y la secuencia de operacin, sin desenergizar o retirar elreconectador del sistema. Dispone de un amplio rango de accesorios para modificar suoperacin bsica y resolver muchos problemas de aplicacin. La Figura 31 muestra undiagrama simplificado de la operacin de un reconectador con control electrnico. Lacorriente de lnea es sensada por tres TT/CC tipo bushing. Las corrientes secundarias deestos transformadores son llevadas al control por un cable multiconductor que llevatambin las seales de apertura y cierre de vuelta al reconectador. Cuando la corrientesecundaria que pasa a travs de los circuitos sensores en el control, excede el nivelmnimo de la corriente de apertura programada, los circuitos detectores de nivel y detiempo se activan. Despus de un retardo de tiempo, determinado por la caractersticatiempo-corriente programada, el circuito de apertura es energizado y se enva una sealde apertura al reconectador. Opera entonces un rel de secuencia que ordena lareconexin y reajusta los circuitos para comenzar a medir el tiempo y el programa decontrol avanza a su siguiente secuencia preestablecida.

Despus que el tiempo programado para la reconexin expira, una seal de cierre esenviada al reconectador y la deteccin de corriente comienza otra vez. Cuando el tiempode ajuste expira, el rel de secuencia ajusta el programa de control a su posicin de

partida. El control se cerrar (inmediatamente despus de una seal de apertura) si elnmero de operaciones de apertura programado ocurre antes que el tiempo de reajusteexpire. Cuando est abierto-enclavado, el control no se reajusta ni enva una seal de

cierre hasta que el reconectador sea cerrado manualmente desde el panel de control.Los reconectadores con control electrnico emplean un solenoide de cierre o un

mecanismo motor para el cierre de potencia. La apertura de los contactos se consiguemediante los resortes de apertura, con el comando de apertura del control. Los resortesde apertura son cargados cuando se produce el cierre. En cuanto a la corriente mnimade operacin, en estos reconectadores electrnicos es de un 100% de la corrientenominal de la bobina de disparo o ajuste.

Los reconectadores ms modernos utilizan control basado en microprocesadores. Tales el caso, por ejemplo, de los reconectadores Kyle de Cooper Power Systems de la

Forma 4C o 3A [14].


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Figura 31.Diagrama de bloques de un reconectador con control electrnico

c)Medio de interrupcin y aislacin

Los reconectadores utilizan aceite o el vaco como medio de interrupcin. En elprimer caso, el mismo aceite es usado tanto para la interrupcin del arco como elaislamiento bsico. Algunos reconectadores con control hidrulico tambin utilizan elmismo aceite para las funciones de temporizacin y conteo.

El vaco como medio de interrupcin, proporciona las ventajas de reducir lamantencin y minimizar la reaccin externa durante el proceso de interrupcin. Algunos

tipos de reconectadores estn disponibles ya sea con interruptor en aceite o vaco. Losreconectadores de vaco pueden utilizar aceite o aire como medio bsico de aislamiento.

Aplicaciones

Los reconectadores pueden ser usados en cualquier punto de un sistema dedistribucin donde el rango del reconectador es adecuado para los requerimientos delsistema. Las localizaciones lgicas para reconectadores se muestran en la Figura 32 ycorresponden a las indicadas por las respectivas letras:

En subestaciones, como el dispositivo de proteccin del alimentador primario que

permite aislar el alimentador en caso de falla permanente

En lneas de distribucin a una distancia de la subestacin, para seccionalizaralimentadores largos y as prevenir salidas del alimentador entero cuando una falla

permanente ocurre cerca del final del alimentador

En ramales importantes desde el alimentador principal para proteger el alimentadorprincipal de interrupciones y salidas debido a fallas en el ramal.

En pequeos ramales monofsicos.


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Figura 32. Diagrama unilineal de un sistema de distribucin mostrando aplicaciones de losreconectadores

Criterios tcnicos de aplicacin

Para la correcta aplicacin de los reconectadores, se deben considerar los siguientesfactores:

La tensin nominal del sistema debe ser igual o menor a la tensin de diseo delreconectador.

La corriente mxima permanente de carga en el punto del sistema donde se ubicar,debe ser menor o igual a la corriente nominal de reconectador.

Debe tener una capacidad de ruptura mayor o igual, a la corriente mxima de falla enel punto de aplicacin.

La corriente mnima de operacin debe escogerse de modo que detecte todas lasfallas que ocurran dentro de la zona que se ha encomendado proteger (sensibilidad)

Las curvas tiempo-corriente y la secuencia de operacin deben seleccionarseadecuadamente, de modo que sea posible coordinar su operacin con otros elementosde proteccin instalados en el mismo sistema.

SECCIONALIZADORES

El seccionalizador figura 33 es un dispositivo de proteccin que aslaautomticamente las fallas en las lneas de distribucin. Se instala necesariamente aguasabajo de un equipo con reconexin automtica. Para fallas ocurridas dentro de su zonade proteccin, el seccionalizador cuenta las aperturas y cierres efectuadas por el equipodotado de reconexin automtica instalado aguas arriba y de acuerdo a un ajuste previo,abre en el


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momento en que el reconectador est abierto; es decir, el seccionalizador cuenta losimpulsos de corriente de falla que fluyen en el sistema, ajustndose para que abradespus de un determinado nmero de pulsos que

pueden ser uno, dos o tres como mximo. Siempre debe ajustarse para un pulso menosque el nmero de operaciones del reconectador asociado. Se usan a menudo en lugar de

desconectadores fusibles en arranques donde es necesario reponer el serviciorpidamente y donde no se justifica el uso de otro reconectador en serie. No tienencurvas caractersticas de operacin tiempo-corriente y se coordinan con losreconectadores, como se ver ms adelante, simplemente por sus corrientes nominales ysus secuencias de operacin.

Figura 33. Seccionalizador

CARACTERISTICAS

Dispositivo de proteccin para redes areas de distribucin.

Posee un censor electrnico incorporado.

Discrimina una falla temporal de una falla permanente.

Mejora el sistema de coordinacin con recloser.

Es montado en un seccionador estndar.

Abre como un tubo porta fusible para dar una indicacin visual de una falla

permanente. Despus de reparar la falla simplemente se reestablece.

APLICACION

Los requisitos bsicos que se deben considerar para la adecuada aplicacin son lossiguientes:

El dispositivo de proteccin con reconexin automtica, ubicado aguas arriba delseccionalizador, debe tener la sensibilidad suficiente para detectar la corriente

mnima de falla en toda la zona asignada para ser protegida por l.


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La corriente mnima de falla del sector de la lnea que debe ser aislada por elseccionalizador debe exceder a su corriente mnima de operacin.}

El seccionalizador debe ajustarse como mximo para que abra en una operacinmenos que el dispositivo con reconexin automtica ubicado aguas arriba.

No debe excederse los valores de corrientes mximas de corta duracin delseccionalizador.

Puede ser usado en serie con otros dispositivos de proteccin, pero no entre dosreconectadores.

Las ventajas de usar seccionalizadores en lneas radiales de distribucin son:

Cuando se emplean en lugar de un reconectador, resultan de un costo de inversininicial y de mantencin menor.

Cuando se emplean sustituyendo un desconectador fusible, no presentan dificultadesde coordinacin como se presentara, al ser reemplazado por otro desconectadorfusible de tamao diferente.

Pueden ser utilizados para desconectar o conectar lneas de carga, siempre que stas estndentro de su rango admisible.

PARARRAYOS

Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizando el airepara llamar y conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daos aconstrucciones o personas.

Los pararrayos consisten en un mstil metlico (acero inoxidable, aluminio, cobre oacero), con un cabezal captador. El cabezal puede tener muchas formas en funcin de su

principio de funcionamiento: puede ser en punta, multipuntas, semiesfrico o esfrico ydebe sobresalir por encima de las partes ms altas del edificio al que protegen. Elcabezal est unido a tierra, mediante un cable de cobre conductor. La toma de tierra sehace mediante picas hincadas en el terreno, mediante placas conductoras tambinenterradas, o bien con un tubo sumergido en el agua de un pozo).

En principio, un pararrayos protege una zona terica de forma cnica con el vrticeen el cabezal; el radio de la zona de proteccin depende del ngulo de apertura de conoy a su vez ste depende de cada tipo de proteccin.

El objetivo principal de estos sistemas es reducir los daos que puede provocar lacada de un rayo sobre otros elementos, como edificios, rboles o personas incluyendoel propio edificio que se protege.


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CLASIFICACION DE LOS PARARRAYOS

Existen tres clases de pararrayos: distribucin ( 3 a 37 kV), intermedio (de lnea) (de3 a 120 kV) y subestacin ( de 3 a 678 kV). Para la mayora, las principales diferenciasde estos tipos de pararrayos es el tamao del bloque. Un bloque ms grande reduce el

voltaje de descarga IR e incrementa bastantemente la capacidad de energa y suconfiabilidad.

Todas las tres clases de pararrayos estn disponibles para distribucin como semuestra en la tabla 11.

Los pararrayos de tipo de distribucin son usadas en los alimentadores mientras queel intermedio y el tipo estacin son usadas en las Subestaciones.

Tabla 11.Voltajes nominales para las clases de pararrayos

.

Pararrayos tipo distribucin

Estos dispositivos (ver figura 34) son de menor peso y de menor tamao que los detipo intermedio. Su tensin nominal se extiende desde 3 a 37 kV, hallndose la mayora

entre los 9 a los 12 kV. Su aplicacin abarca el amplio campo de proteccin frente adescargas atmosfricas de transformadores individuales de distribucin y de lneas ensustitucin de un cable a tierra. Se intalan, generalmente, en las lneas de distribucin ya menudo se montan directamente sobre los transformadores de distribucin que

protegen. Las caractersticas de tipo de distribucin son suficiente para proporcionarproteccin frente a descargas de origen atmosfrico en la cabecera de una lnea, peroprobablemente se consideran de capacidad limitada en caso de producirsesobretensiones sostenidas en el sistema.

Figura 34. Pararrayos de distribucion


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Pararrayos de carburo de silicio vs mov

El sector elctrico ha visto cambios en el diseo de los pararrayos en los ltimosaos. Mientras muchos diseos ms viejos pueden aun encontrarse en sistemas dedistribucin, la gran mayora de los pararrayos de ahora son de:

Carburo de silicio con explosores.

Varistores de xido metlico MOV

La mayora de los pararrayos en sistemas de distribucin son del tiempo ms viejo(Carburo de Silicio con explosores), la introduccin del pararrayos de xido metlico alfinal de los 70s es uno de los avancesms significativos en el sector elctrico y fuetotalmente aceptado en el mundo en la dcada de los 80s.

Un pararrayos de Carburo de Silicio (figura 35) tiene elementos valvulares de

Carburo de Silicio que estn protegidos de los voltajes continuos a frecuencia industrialpor una serie de explosores que actan como aisladores durante condiciones de voltajenormal e interrumpe la corriente de 60 Hz que sigue a cualquier corriente descargada

por el pararrayos.

Figura 35. Pararrayos de carburo se silicio y MOV.

El hace esto por el no reencendido en los subsecuentes medios ciclos de voltaje de

frecuencia industrial despus de que la siguiente corriente cero ha ocurrido. El voltaje yla corriente cero ocurren simultaneamente, permitiendo que el explosor despeje elcircuito establecido a travs del pararrayos.

En el pararrayos MOV (figura 35), los discos de xido metlico aisla electricamenteel pararrayos de tierra. El disco esta compuesto de una variedad de materiales enconcentraciones variables que determinan las caractersticas del varistor. Partculasaltamente conductivas (usualmente ZnO) estn suspendidas en un verdaderosemiconductor en caractersticas ajustadas a las de un diodo zener (back to back).

El procesamiento de los discos de varistor de xido metlico es extremadamentecrtico. La pureza de los materiales y su dispersin uniforme por todo el disco debe ser


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cuidadosamente monitoreado. Para demostrar cuan critico es el monitoreo, unexperimento realizado en el cual la concentracin de uno de los materiales en un discofue incrementando en 50 partes por milln ms all de las partes especificadas en laconcentracin de partes por milln. El varistor que result de ese incremento demostrun mejoramiento del 15% en las caractersticas de proteccin, pero al tiempo de vida

esperado total del varistor baj al 90%. Un disco de xido metlico empieza suconduccin bruscamente a un nivel preciso del voltaje y cesa su conduccin cuando elvoltaje cae por debajo de ese nivel. Un explosor serie no es requerido para aislar el

pararrayos de tierra o interrumpir el flujo de corriente (la cual no existe mientras elvoltaje aplicado a 60 Hz est por debajo del nivel del voltaje de conduccin). Unacomparacin de las caractersticas no lineales se muestran en la figura 36dramticamente ilustra el extremo no lineal del MOV.

Figura 36. Comparacin de las caractersticas no lineales del pararrayos MOV con las de losparrarrayos de carburo de silicio.

SELECCIN DE PARARRAYOS

La seleccin de voltaje nominal de un pararrayos para un sistema de distribucin estabasada en el voltaje lnea-tierra del sistema y en la forma como esta aterrizado dichosistema. La condicin limitante para un pararrayos usualmente no tiene nada que vercon la magnitud de la descarga (de suicheo o de rayo) que puede ser contrastante con laseleccin de pararrayos para transmisin.

En distribucin, el voltaje nominal del pararrayos esta basada en el voltaje mximolnea-tierra de estado estable que el pararrayos puede ver. Esta condicin limitante esnormalmente causado cuando existe una falla lnea a tierra en una de las otras fases.

De acuerdo con la norma ANSI C 62.22, la aplicacin de pararrayos en sistemas dedistribucin requiere del conocimiento de:

- El voltaje mximo de operacin normal del sistema de potencia.

- La magnitud y duracin de los sobrevoltajes temporales TOV, durante condicionesanormales de operacin.

Esta informacin debe ser comparada con el MCOV nominal y la capacidad TOV

del pararrayos.


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MCOV: Voltaje mximo de operacin continuo

Este termino suena bastante simple pero ha sido difcil de determinar para muchasempresas de energa. En un sistema de distribucin donde el voltaje es siemprecambiante debido a la variacin de las demandas de las cargas, y donde el voltaje en una

parte del sistema puede ser diferente al de otras partes (por ejemplo cerca de la SE y alfinal del alimentador), es algunas veces imposible definir solo un MCOV.

El MCOV de un pararrayos sin embargo, fcil de definir y es aproximadamente el84% del voltaje nominal del pararrayos de ciclo de trabajo nominal como se muestra enla tabla 12.

Tabla 12. Pararrayos y su MCOV

Lo que esto significa es que un pararrayos de ciclo pesado de 10 kV, tpicamente

usado para un sistema de 13.2 kV seria operado continuamente con un voltaje mximocontinuo lnea-tierra de 8.4 kV o menos.

La tabla 13 extractada de la norma ANSI C62.22, muestra los voltajes nominalescomnmente aplicados de pararrayos de xido metlico para sistemas de distribucin.Todos estos voltajes nominales de ciclo pesado son de distribucin y son los mismosvalores nominales para pararrayos de carburo de silicio ms viejos excepto en el nivel13.8 kV, tpicamente, un sistema multiaterrizado de 4 hilos de 13.8 kV ha empleado

pararrayos con explosores de 10 kV. Hoy, la mayora de esas mismas compaas aunusan pararrayos MOV de 10 kV. Algunas compaas electrificadoras sin embargo, hanreconocido que el pararrayos de 10 kV es muy marginal y debera posiblemente ser

reemplazado por uno de 12 kV para estar en un lado ms conservativo.TOV: Sobrevoltaje temporal

La cantidad de voltaje que aparecer es una funcin del tipo de puesta a tierra delsistema. Por ejemplo, en un sistema una falla lnea-tierra causar una compensacintotal. Por ejemplo el voltaje lnea-lnea. La figura 36 ilustra esta situacin.

Como puede observarse, cuando una fase tiene una falla a tierra no hay corrientepuesto que el transformador est conectado en . La fase A qued puesta a tierra y lospararrayos conectados desde la fase B y la fase C a tierra, ahora har que quedeconectada la fase B a la fase A y la fase C a la fase A o sea, una conexin lnea-tierra.

Esto significa que el voltaje a travs de esos pararrayos se incrementa a 1.73 pu.

Figura 36. Falla lnea-tierra en un sistema.


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Tabla 13. Voltajes nominales de pararrayos de xido-metlico comnmente aplicados ensistemas de distribucin

Este es el voltaje que define el voltaje nominal del pararrayos si el de Carburo deSilicio o MOV.

La mayora de los sistemas de distribucin estn clasificados como sistemas de 4hilos multiaterrizados. El cuarto hilo es por supuesto, el hilo neutro el cual es

peridicamente aterrizado en los postes. La figura 38 ilustra este tipo de sistema bajouna condicin de falla simple lnea-tierra.

Figura 38. Falla lnea-tierra en un sistema Y aterrizado.

Como puede verse, para este sistema slidamente puesto a tierra, fluir una corrientede falla considerable. Si el sistema de puesta a tierra fue perfecto no debe existirdiferencia de potencial entre la tierra de la subestacin y el punto de la falla. Si este

fuera el caso, el voltaje en el punto de la falla debera permanecer a potencial cero y enlos pararrayos conectados a las otras dos fases no debe haber cambio en el voltaje. La


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tierra, sin embargo, no es perfecta y alguna elevacin va a ocurrir. Para este tipo desistema, la elevacin asociada con una falla simple lnea tierra es considerada como deun 25%. En consecuencia, los pararrayos en las fases B y C varan aproximadamente1.25 pu a travs de sus terminales para esta condicin.

Los voltajes nominales de pararrayos con descargadores seleccionados para unsistema con neutro multiaterrizado y con conductores desnudos es igual o mayor alvoltaje nominal lnea tierra multiplicado por el producto del factor de regulacin (1.05)y el factor de elevacin de voltaje (1.2).

Esto es equivalente a 1.25 veces el voltaje nominal lnea-tierra del sistema.

Para un pararrayos tipo MOV este voltaje es comparado con el TOV nominal del

MOV. Puesto que el pararrayos MOV es ms sensible a tierras pobres, a la regulacinmala y a la reducida saturacin algunas redes encontradas en los nuevostransformadores, se recomienda generalmente un factor de 1.35 para MOVS.


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CONCLUSIONES

El desarrollo de los sistemas de proteccin en las redes de distribucin ha permitidomejorar las condiciones de continuidad y confiabilidad del servicio elctrico las todas

partes del mundo.

El servicio elctrico es prestado como se sabe por las compaas generadoras, en elcaso de Venezuela, se cuenta con una gran corporacin elctrica que abastece laenerga a todos los rincones del pas. Pero por lo amplio o extenso de nuestro sistema,uno de los sectores que se ha visto afectado por el crecimiento desproporcionado delsistema han sido los sectores rurales en los cuales las redes de distribucin tienen unaedad elctrica que sobrepasa los cuarenta aos.

El crecimiento demogrfico ocurrido en los ltimos aos en nuestro pas, haocasionado una sobrecarga en el sistema nacional, desencadenando una serie de fallasen los sistemas de produccin y ms que todo en las redes de distribucin, de all la

importancia de trabajos como el desarrollado en esta oportunidad, ya que nos muestralas caractersticas del sistema de distribucin y los elementos que conforman lossistemas de proteccin as como las consideraciones de diseo y coordinacin.

Los fusibles y cortacorrientes de expulsin, son sin lugar a dudas los protagonistasprincipales de este estudio, ya que son los mayoritariamente expuestos a lascontingencias de fallas por sobrecargas o cortocircuitos en las redes de distribucin.

El sistema de proteccin de la red, se iniciara entonces con las informacin queenvan los transformadores de medida TCS y TPs conectados directamente a la salidade lnea de distribucin, esta informacin llega constantemente a los rels de protecciny son ellos quienes, al momento de una condicin anormal de falla por cortocircuito osobrecarga, enviaran la orden de apertura a los interruptor principal de la lnea.

Aguas abajo, la red de distribucin cuenta con otros elementos de despeje automticode fallas como son los reconectadores o recloser, los cuales pueden abrir el circuito anteuna condicin de falla y cerrarlo nuevamente en un tiempo determinado. Los recloser

pueden abrir y cerrar hasta 5 veces si son programados para ello y dependiendo de lacondicin de la falla, si es temporizado (falla lenta) y instantneo (falla rpida o franca),este podr dejar fuera de servicio el tramo afectado hasta una revisin por parte del

personal de mantenimiento.

Pero la proteccin particular y mayoritaria en los sistemas de distribucin, son loscortacircuitos con fusibles de expulsin, estos elementos han sido suficientementeexplicados en el texto, tanto su modelo constructivo pasando por sus clasificaciones K,H o T, de acuerdo a sus velocidades de actuacin o ruptura.

Se ha complementado la informacin con una serie de tablas caractersticas de cadatipo de fusible para permitir una coordinacin perfecta entre los diferentes componentesdel sistema de proteccin en las redes de distribucin.


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BIBLIOGRAFIA

Protecciones Electricas en Sistemas de Distribucion

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