Protecciones Electricas MT Schneider

Centro de Formacin Schneider

Protecciones elctricas en MT

Publicacin Tcnica Schneider: PT-071

Edicin: Mayo 2003

La Biblioteca Tcnica constituye una coleccin de ttulos que recogen las novedades en automatismosindustriales y electrotcnica. Tienen origen en el Centro de Formacin para cubrir un amplio abanico denecesidades pedagogicas y estn destinados a Ingenieros y Tcnicos que precisen una informacinespecfica, que complemente la de los catlogos, guas de producto o noticias tcnicas.

Estos documentos ayudan a conocer mejor los fenmenos que se presentan en las instalaciones, lossistemas y equipos elctricos. Cada Publicacin Tcnica recopila conocimientos sobre un tema concretodel campo de las redes elctricas, protecciones, control y mando y de los automatismos industriales.

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PT-071Protecciones elctricas en MT

Publicacin Tcnica Schneider Electric PT 071. Edicin: mayo 2003

Robert Capella

Ingeniero Tcnico Elctrico con actividad simultnea en los mbitosindustrial y docente. Profesor de mquinas elctricas y de teora de circuitospara Ingenieros Tcnicos (1950-81). Profesor de laboratorio para IngenierosIndustriales (1958-90).

En el mbito industrial, se ha ocupado en etapas sucesivas de: hornos de arco(acero), motores y accionamientos, transformadores y estaciones detransformacin, aparamenta de MT y AT y equipos blindados en SF-6,turboalternadores industriales, transformadores de medida y rels deproteccin. Con especial dedicacin al proyecto y construccin de equiposprefabricados (cabinas) de MT hasta 36 kV (1970-92).

En la actualidad, colaborador en laboratorio de Ingeniera Elctrica de laEscuela Superior de Ingeniera Elctrica de Barcelona y en el Centro deFormacin de Schneider Electric.

Protecciones elctricas MT / p. 4

ndice general

1 Introduccin p. 72 Esquemas de conexin a tierra o regmenes de neutro p. 363 Clculo de corrientes de cortocircuito p. 564 Protecciones p. 915 Selectividad p. 1376 Aplicaciones de los sistemas digitales de proteccin p. 148ANEXO Regulacin de curvas a tiempo dependiente. Sepam 2000, Sepam 1000 p. 192


1 Introduccin

1.1 Campo de aplicacin de las protecciones en MT p. 61.2 Tipologas tipificadas de las redes en MT p. 71.3 Simbologas tpicas. Funciones de los dispositivos / Cdigos ANSI p. 11

1.3.1 Simbologas tpicas p. 111.3.2 Funciones de los dispositivos para sistemas elctricos de potencia segn ANSI p. 11

estndar1.3.3 Letras y sufijos de las funciones descritas p. 17

1.4 Datos necesarios para realizar un pre-estudio o estudio de selectividad p. 201.5 Captadores utilizados en MT. TI y TT p. 201.6 Transformadores de intensidad p. 21

1.6.1 Caractersticas de los transformadores de intensidad de MT (en adelante TI) p. 221.6.2 Caractersticas de los TIs segn tipo p. 251.6.3 Eleccin de los TI de MT para proteccin p. 26

Algunos ejemplos prcticos reales p. 27Anexo: Comportamiento de los TI en rgimen transitorio p. 29

1.7 Transformadores de tensin p. 311.7.1 Caractersticas que nos determinan la seleccin de Trafos de tensin en MT p. 32


1.1 Campo de aplicacin de las protecciones en MT

Los dispositivos de proteccin controlanpermanentemente el estado elctrico de loselementos que componen un circuito (red)MT-BT, y provocan la excitacin de undispositivo de apertura (p.ej. bobina dedisparo de un disyuntor), cuando detectan unaperturbacin (cortocircuito, defecto deaislamiento, etc.).

Fig. 1: Esquema bsico de una cadena deproteccin elctrica.

Los factores clave para un buenfuncionamiento del sistema, es decir,conseguir aislar el defecto, son la fiabilidadde la medida (captador - rel), del aparato deconexin - desconexin (disyuntor) y del rel,as como el reglaje ptimo de la funcin deproteccin (figura 1).Los objetivos principales de todo sistema deproteccin son:

contribuir a la proteccin de las personascontra los efectos de los defectos elctricos,

evitar el deterioro de los materiales delcircuito elctrico debido a estos defectos,

limitar los esfuerzos trmicos, dielctricos ymecnicos en los equipos,

preservar la estabilidad y la continuidad deservicio de la red,

proteger las instalaciones adyacentes (p.ej.reducir las tensiones inducidas en los circuitosadyacentes).

Por lo tanto siempre debe:

actuar antes de que sea demasiado tarde, estar siempre al acecho y a punto(disponibilidad) para actuar.

Para conseguir estos objetivos, un sistema deproteccin debe atender las siguientesprioridades:

rapidez, selectividad, fiabilidad.La eleccin de un dispositivo de proteccin nopuede ser fruto de una reflexin aislada, sinoque debe se una de las etapas previas en laconcepcin de toda una red elctrica.

Desde el punto de vista comercial, un sistemade proteccin elctrica debe:

discriminar y aislar los defectos y susposibles consecuencias,

mantener la credibilidad: fiable, anlisis de riesgos, vender un sistema de proteccin = venderun seguro.

Compromisos proteccin servicio al cliente(usuario):

1.- Nivel de seguridad. 2.- Normativas - Reglamentaciones. 3.- Hbitos - costumbres (viciosadquiridos, etc.).

4.- Coste. 5.- Dimensiones - Volumen. 6.- Continuidad en el servicio. 7.- Nivel de confort. 8.- Integracin arquitectura sistema compatibilidad comunicativa.

.

Captador

Medida

Accin Lmite = umbral

Sistema de proteccin = rel

Comp.


1.2 Tipologas tipificadas de las redes en MT

Fig. 2: Distribucin pblica.

Subestacin

AT/MT

E.T.MT/BT

Distribucin pblica (figura 2) Distribucin radial o en antena (distribucinpblica o privada) (figura 3) Distribucin doble radial (distribucinpblica o privada)(figura 4) Bucle abierto / bucle cerrado (figura 5).


Fig. 3: Radial o en antena (distribucin pblica o privada).

M

M

M


Fig. 4: Doble Radial (distribucin pblica o privada).

M

M M

M


Esquema Ventajas Inconvenientes

Radial (antena) Simplicidad Vulnerabilidad: Un defecto en un Economicidad punto deja fuera de servicio toda la red

aguas abajo, por tanto:mala calidad de servicio

Doble radial Continuidad de servicio Costes elevados comparado con elradial simple

Bucle abierto Restablecimiento relativamente Coste intermediorpido del servicio despus de la Complejidad de los sistemas deeliminacin manual del defecto, proteccin del bucle para minimizarquedando aislado tramo en defecto las consecuencias de un posible

defecto.

Bucle cerrado Mxima continuidad de Coste elevadoservicio: alta calidad de servicio Complejidad de la instalacin Eliminacin selectiva del defecto Sistemas de proteccin complejossin afectar al resto de la instalacin (protecciones direccionales)

Fig. 6: Tabla Resumen comparativo entre los distintos esquemas posibles.

Fig. 5: Bucle abierto / bucle cerrado.


1.3 Simbologas tpicas. Funciones de los dispositivos / Cdigos ANSI

I > Proteccin de mximo de corriente (50 / 51)

I Proteccin direccional de corriente (67)

Io > Proteccin de mximo de corriente homopolar (50N / 51N)

Io Proteccin direccional de tierra (67N)

Ii Proteccin de mximo de componente inversa / desequilibrio (46)

I Proteccin de imagen trmica (49)

I Proteccin diferencial (87)Io> Proteccin diferencial de tierra (87G)U < Proteccin de mnimo de tensin (27)

> f > Proteccin de mxima y mnima frecuencia (81)

U > Proteccin de mxima tensin (59)

P Proteccin contra retorno de potencia activa (32P)

Q Proteccin contra retorno de potencia reactiva o desexcitacin (32Q / 40)

Uo > Proteccin de mxima tensin homopolar (59N)

Rel Buchholz (63/71)

1.3.1 Simbologas tpicas

N Funcin y Descripcin

1 Elemento principal es el dispositivode iniciacin, tal como el interruptor decontrol, rel de tensin, interruptor deflotador, etc., que sirve para poner elaparato en operacin o fuera deservicio, bien directamente o a travsde dispositivos, tales como rels deproteccin retardados

2 Rel de cierre o arranque condemora de tiempo es el que da lademora de tiempo deseado entreoperaciones de una secuenciaautomtica o de un sistema deproteccin, excepto cuando esproporcionado especficamente por losdispositivos 48, 62 y 79 descritos msadelante.

1.3.2 Funciones de los dispositivos para sistemas elctricos de potenciasegn ANSI estndar C.37.2

3 Rel de comprobacin o de bloqueoes el que opera en respuesta a laposicin de un nmero de otrosdispositivos, o un nmero decondiciones predeterminadas, en unequipo para permitir que contine suoperacin, para que se pare, o paraproporcionar una prueba de la posicinde estos dispositivos o de estascondiciones para cualquier fin.

4 Contactor principal es un dispositivogeneralmente mandado por eldispositivo n 1 o su equivalente y losdispositivos de permiso y proteccinnecesarios, y que sirve para abrir ycerrar los circuitos de control necesariospara reponer un equipo en marcha, bajolas condiciones deseadas o bajo otrascondiciones o anormales.


5 Dispositivo de parada es aquel cuyafuncin primaria es quitar y mantenerun equipo fuera deservicio.

6 Interruptor de arranque es undispositivo cuya funcin principal esconectar la mquina a su fuente detensin de arranque.

7 Interruptor de nodo es el utilizadoen los circuitos del nodo de unrectificador de potencia, principalmentepara interrumpir el circuito delrectificador por retorno del encendidode arco.

8 Dispositivo de desconexin deenerga de control es un dispositivode desconexin (conmutador decuchilla, interruptor de bloque o fusiblesextraibles) que se utiliza con el fin deconectar y desconectar,respectivamente, la fuente de energade control hacia y desde la barra oequipo de control.

Se considera que la energa de controlincluye a la energa auxiliar quealimenta aparatos pequeos comomotores y calefactores.

9 Dispositivo de inversin es el que seutiliza para invertir las conexiones decampo de una mquina o bien paraotras funciones especiales de inversin.

10 Conmutador de secuencia es el quese utiliza para cambiar la secuencia deconectar o desconectar unidades en unequipo de unidades mltiples.

11 Reservado para futurasaplicaciones.

12 Dispositivo de exceso de velocidades normalmente un conmutador develocidad de conexin directa queacta cuando la mquina se embala.

13 Dispositivo de velocidad sncrona esel que funciona con aproximadamentela velocidad sncrona normal de unamquina, tal como un conmutador develocidad centrifuga, rels defrecuencia de deslizamiento, rel detensin, rel de intensidad mnima ocualquier tipo de dispositivo queaccione con aproximadamente lavelocidad normal de la mquina.

14 Dispositivo de falta de velocidad esel que funciona cuando la velocidad dela mquina desciende por debajo de unvalor predeterminado.

15 Dispositivo regulador de velocidado frecuencia es el que funciona paramantener la velocidad o frecuencia deuna mquina o sistema a un ciertovalor, o bien entre ciertos lmites.


17 Conmutador para puentear el camposerie sirve para abrir y cerrar uncircuito en shunt entre los extremos decualquier pieza o aparato (excepto unaresistencia) tal como el campo de unamquina, un condensador o unareactancia.

Esto excluye los dispositivos querealizan las funciones de shuntnecesarias para arrancar una mquinapor los dispositivos 6 42, o suequivalente, y tambin excluye lafuncin del dispositivo 73 que sirvepara la operacin de las resistencias.

18 Dispositivo de acelerar o decelerares el que se utiliza para cerrar o hacercerrar los circuitos que sirven paraaumentar o disminuir la velocidad deuna mquina.

19 Contactos de transicin de arranquea marcha normal. Su funcin es hacerla transferencia de las conexiones dealimentacin de arranque a las demarcha normal de la mquina.

20 Vlvula maniobrada elctricamentees una vlvula accionada por solenoideo motor, que se utiliza en circuitos devaco, aire, gas, aceite, agua osimilares.

21 Rels de distancia es el que funcionacuando la admitancia, impedancia oreactancia del circuito disminuyen aunos lmites anteriormente fijados.

22 Interruptor igualador sirve paraconectar y desconectar las conexionesigualadoras o de equilibrio deintensidad para los reguladores delcampo de la mquina o de tensin dela mquina, en una instalacin deunidades mltiples.


23 Dispositivo regulador detemperatura es el que funciona paramantener la temperatura de la mquinau otros aparatos dentro de ciertoslmites.

Un ejemplo es un termostato queenciende un calentador en un elementode aparellaje, cuando la temperaturadesciende a un valor deseado que esdistinto de un dispositivo usado paraproporcionar regulacin de temperaturaautomtica entre limites prximos, yque sera designado como 90T.


25 Dispositivo de sincronizacin opuesta en paralelo es el que funcionacuando dos circuitos de alterna estndentro de los lmites deseados detensin, frecuencia o ngulo de fase, locul permite o causa la puesta enparalelo de estos circuitos.

26 Dispositivo trmico es el quefunciona cuando la temperatura delcampo en shunt, o el bobinadoamortiguador de una mquina o el deuna resistencia de limitacin o cambiode carga o de un liquido u otro medio,excede de un valor determinado. Si latemperatura del aparato protegido, talcomo un rectificador de energa, o decualquier otro medio, est mas abajode un valor prefijado.

27 Rels de mnima tensin es el quefunciona al descender la tensin de unvalor prerreglado.

28 Detector de llama. Su funcin esdetectar la existencia de llama en elpiloto o quemador principal, porejemplo de una caldera o una turbinade gas.

29 Contactos de aislamiento es el quese utiliza con el propsito especial dedesconectar un circuito de otro, porrazones de maniobra de emergencia,conservacin o prueba.

30 Rel anunciador es un dispositivo dereposicin no automtica que da unnumero de indicaciones visualesindependientes al accionar eldispositivo de proteccin y ademstambin puede estar dispuesto paraefectuar una funcin de enclavamiento.

31 Dispositivo de excitacin separadaes el que conecta un circuito, tal comoel campo shunt de una conmutatriz, ala fuente de excitacin separadadurante el proceso de arranque, o biense utiliza para energizar la excitacin yel circuito de encendido de unrectificador.

32 Rel direccional de potencia es elque funciona sobre un valor deseadode potencia en una direccin dada, osobre la potencia invertida resultantedel retroceso del arco en los circuitosde nodo o ctodo de un rectificador depotencia.

33 Conmutador de posicin es el quehace o abre contacto cuando eldispositivo principal o parte del aparato,que no tiene un nmero funcional dedispositivo, alcanza una posicin dada.

34 Conmutador de secuencia movido amotor es un conmutador de contactosmltiples el cual fija la secuencia deoperacin de los dispositivosprincipales durante el arranque y laparada, o durante otras operacionesque requieran una secuencia.

35 Dispositivo de cortocircuitar lasescobillas o anillos rozantes. Es paraelevar, bajar o desviar las escobillas deuna mquina, o para cortocircuitar losanillos rozantes.

36 Dispositivo de polaridad es el queacciona o permite accionar a otrosdispositivos con una polaridad dadasolamente.

37 Rel de mnima intensidad o bajapotencia es el que funciona cuando laintensidad o la potencia caen pordebajo de un valor predeterminado.

38 Dispositivo trmico de cojinetes esel que funciona con una temperaturaexcesiva de los cojinetes.

39 Detector de condiciones mecnicas.Su cometido es funcionar ensituaciones mecnicas anormales(excepto las que suceden a loscojinetes de una mquina, funcin 38),tales como vibracin excesiva,excentricidad, expansin choque, etc.


40 Rel de campo/prdida deexcitacin es el que funciona a unvalor anormalmente bajo de laintensidad de campo de una mquina,o por el valor excesivo de lacomponente reactiva de la corriente dearmadura en una mquina de ca, queindica excitacin de campoanormalmente baja.

41 Interruptor de campo es un disposi-tivo que funciona para aplicar o quitarla excitacin de campo de la mquina.

42 Interruptor de marcha es un dispo-sitivo cuya funcin principal es la deconectar la mquina a su fuente detensin de funcionamiento en marcha,despus de haber sido llevada hasta lavelocidad deseada de la conexin dearranque.

43 Dispositivo de transferencia es undispositivo, accionado a mano, queefecta la transferencia de los circuitosde control para modificar el proceso deoperacin del equipo de conexin delos circuitos o de algunos de losdispositivos.

44 Rel de secuencia de arranque delgrupo es el que funciona para arrancarla unidad prxima disponible en unequipo de unidades mltiples cuandofalla o no est disponible la unidad quenormalmente le precede.

45 Detector de condicionesatmosfricas. Funciona antecondiciones atmosfricas anormalescomo humos peligrosos, gasesexplosivos, fuego, etc.

46 Rel de intensidad para equilibrio oinversin de fases. Es un rel quefunciona cuando las intensidadespolifsicas estn en secuencia inversao desequilibrada o contienencomponentes de secuencia negativa.

47 Rel de tensin para secuencia defase es el que funciona con un valordado de tensin polifsica de lasecuencia de fase deseada.

48 Rel de secuencia incompleta es elque vuelve el equipo a la posicinnormal o desconectado y lo enclavasi la secuencia normal de arranque,funcionamiento o parada no secompleta debidamente dentro de unintervalo predeterminado.

49 Rel trmico para mquina, aparatoo transformador es el que funcionacuando la temperatura una mquina,aparato o transformador excede de unvalor fijado.

50 Rel instantneo de sobreintensidady velocidad de aumento deintensidad es el que funcionainstantneamente con un valorexcesivo de la intensidad o con unvalor excesivo de velocidad deaumento de la intensidad, indicandoavera en el aparato o circuito queprotege.

51 Rel temporizado desobreintensidad de ca es un rel concaracterstica de tiempo inversa odefinida, que funciona cuando laintensidad de un circuito de casobrepasa un valor dado.

52 Interruptor de ca es el que se usapara cerrar e interrumpir un circuito depotencia de ca bajo condicionesnormales o de falta o emergencia.

53 Rel de la excitatriz o del generadorde cc es el que fuerza el campo de lamquina de cc durante el arranque ofunciona cuando la tensin de lamquina ha llegado a un valordado.


55 Rel de factor de potencia es el quefunciona cuando el factor de potenciaen un circuito de ca no llega osobrepasa un valor dado.

56 Rel de aplicacin del campo es elque se utiliza para controlarautomticamente la aplicacin de laexcitacin de campo de un motor de caen un punto predeterminado en el ciclode deslizamiento.

57 Dispositivo de cortocircuito o depuesta a tierra es el que opera porpotencia o por energa almacenada yque funciona para cortocircuitar o ponera tierra un circuito, en respuesta amedios automticos o manuales.

58 Rel de fallo de rectificador depotencia es el que funciona debido alfallo de uno o ms nodos delrectificador de potencia, o por el fallode un diodo a conducir o bloquearpropiamente.


59 Rel de sobretensin es el quefunciona con un valor dado desobretensin.

60 Rel de equilibrio de tensin es elque opera con una diferencia detensin entre dos circuitos.


62 Rel de parada o apertura condemora de tiempo es el que se utilizaen unin con el dispositivo que inicia laparada total o la indicacin de parada oapertura en una secuencia automtica.

63 Rel de presin de gas, lquido ovaco es el que funciona con un valordado de presin de lquido o gas, parauna determinada velocidad devariacin de la presin.

64 Rel de proteccin de tierra es el quefunciona con el fallo a tierra delaislamiento de una mquina,transformador u otros aparatos, o porcontorneamiento de arco a tierra deuna mquina de cc.

Esta funcin se aplica solo a un relque detecte el paso de corriente desdeel armazn de una mquina, cajaprotectora o estructura de una pieza deaparatos, a tierra, o detecta una tierraen un bobinado o circuito normalmenteno puesto a tierra. No se aplica a undispositivo conectado en el circuitosecundario o en el neutro secundariode un transformador o trafos deintensidad, conectados en el circuito depotencia de un sistema puestonormalmente a tierra.

65 Regulador mecnico es el equipo quecontrola la apertura de la compuerta ovlvula de la mquina motora, paraarrancarla, mantener su velocidad odetenerla.

66 Rel de pasos es el que funciona parapermitir un nmero especificado deoperaciones de un dispositivo dado oequipo, o bien un nmero especificadode operaciones sucesivas con unintervalo dado de tiempo entre cadauna de ellas. Tambin se utiliza parapermitir el energizado peridico de uncircuito, y la aceleracin gradual de unamquina.

67 Rel direccional de sobreintensidadde ca es el que funciona con un valordeseado de circulacin desobreintensidad de ca en una direccindada.

68 Rel de bloqueo es el que inicia unaseal piloto para bloquear o disparar enfaltas externas en una lnea detransmisin o en otros aparatos bajocondiciones dadas, coopera con otrosdispositivos a bloquear el disparo o abloquear el reenganche en unacondicin de prdida de sincronismo oen oscilaciones de potencia.

69 Dispositivo de supervisin y controles generalmente un interruptor auxiliarde dos posiciones accionado a mano, elcual permite una posicin de cierre deun interruptor o la puesta en servicio deun equipo y en la otra posicin impideel accionamiento del interruptor o delequipo.

70 Reostato es el que se utiliza paravariar la resistencia de un circuito enrespuesta a algn mtodo de controlelctrico, que, o bien es accionadoelctricamente, o tiene otros accesorioselctricos, como contactos auxiliares deposicin o limitacin.

71 Rel de nivel de liquido o gaseoso.Este rel funciona para valores dadosde nivel de lquidos o gases, o paradeterminadas velocidades de variacinde estos parmetros.

72 Interruptor de cc es el que se utilizapara cerrar o interrumpir el circuito dealimentacin de cc bajo condicionesnormales o para interrumpir estecircuito bajo condiciones deemergencia

73 Contactor de resistencia en carga esel que se utiliza para puentear o meteren circuito un punto de la resistencialimitadora, de cambio o indicadora, obien para activar un calentador, unaluz, o una resistencia de carga de unrectificador de potencia u otra mquina.

74 Rel de alarma es cualquier otro reldiferente al anunciador comprendidobajo el dispositivo 30 que se utilizapara accionar u operar en unin de unaalarma visible o audible.


75 Mecanismo de cambio de posicinse utiliza para cambiar un interruptordesconectable en unidad entre lasposiciones de conectado, desconec-tado y prueba.

76 Rel de sobreintensidad de cc es elque funciona cuando la intensidad enun circuito de cc sobrepasa un valordeterminado.

77 Transmisor de impulsos es el que seutiliza para generar o transmitirimpulsos, a travs de un circuito detelemedida o hilos piloto, a undispositivo de indicacin o recepcin dedistancia.

78 Rel de salto de vector o medidordel ngulo de desfase (proteccin desalida de paralelo) es el que funcionacon un valor determinado de ngulo dedesfase entre dos tensiones o dosintensidades, o entre tensin eintensidad.

79 Rel de reenganche de ca es el quecontrola el reenganche y enclavamientode un interruptor de ca.

80 Rel de flujo lquido o gaseosoacta para valores dados de lamagnitud del flujo o para determinadasvalocidades de variacin de ste.

81 Rel de frecuencia es el que funcionacon una variacin de la frecuencia opor la velocidad de variacin de lafrecuencia.

82 Rel de reenganche de cc es el quecontrola el cierre y reenganche de uninterruptor de c.c. generalmenterespondiendo a las condiciones de lacarga del circuito.

83 Rel de seleccin o transferencia delcontrol automtico es el que funcionapara elegir automticamente entreciertas fuentes de alimentacin ocondiciones de un equipo, o efectaautomticamente una operacin detransferencia.

84 Mecanismo de accionamiento es elmecanismo elctrico completo, oservomecanismo, incluyendo el motorde operacin, solenoides, auxiliares deposicin, etc., para un cambiador detomas, regulador de induccin ocualquier pieza de un aparato que notenga nmero de funcin.

85 Rel receptor de ondas portadoras ohilo piloto es el que es accionado ofrenado por una seal y se usa encombinacin con una proteccindireccional que funciona con equiposde transmisin de onda portadora ohilos piloto de cc.

86 Rel de enclavamiento es un relaccionado elctricamente conreposicin a mano o elctrica, quefunciona para parar y mantener unequipo un equipo fuera de serviciocuando concurren condicionesanormales.

87 Rel de proteccin diferencial es elque funciona sobre un porcentaje ongulo de fase u otra diferenciacuantitativa de dos intensidades oalgunas otras cantidades elctricas.

88 Motor o grupo motor generadorauxiliar es el que se utiliza paraacccionar equipos auxiliares, talescomo bombas, ventiladores,excitatrices, etc.

89 Desconectador de lnea es el que seutiliza como un desconectador dedesconexin o aislamiento en uncircuito de potencia de ca o cc cuandoeste dispositivo se accionaelctricamente o bien tiene accesorioselctricos, tales como interruptoresauxiliares, enclavamientoelectromagntico, etc.

90 Dispositivo de regulacin es el quefunciona para regular una cantidad, talcomo tensin, intensidad, potencia,velocidad, frecuencia, temperatura ycarga a un valor dado, o bien ciertoslmites para las mquinas, lneas deunin u otros aparatos.

91 Rel direccional de tensin es el quefunciona cuando la tensin entre losextremos de un interruptor o contactorabierto sobrepasa un valor dado en unadireccin dada.

92 Rel direccional de tensin ypotencia es un rel que permite uocasiona la conexin de dos circuitoscuando la diferencia de tensin entreellos excede de un valor dado en unadireccin predeterminada y da lugar aque estos dos circuitos seandesconectados uno de otro cuando la


potencia circulante entre ellos excedede un valor dado en la direccinopuesta.

93 Contactor de cambio de campo es elque funciona para cambiar el valor dela excitacin de la mquina.

94 Rel de disparo o disparo libre es elque funciona para disparar o permitirdisparar un interruptor, contactor oequipo, o evitar un reengancheinmediato de un interruptor en el caso

1.3.3 Letras y sufijos de las funciones descritas

Letras que denotan dispositivos auxiliaresseparados

C Rel o contactor de cierreCL Auxiliar, cerrado (energizado cuando

el dispositivo principal est enposicin de cierre)

CS Conmutador de controlD Posicin baja del rel conmutadorL Rel de descensoO Rel de apertura o contactor de

aperturaOP Rel auxiliar, abierto (energizado

cuando el dispositivo principal esten posicin abierta)

PB PulsadorR Rel de subidaU Posicin arriba del rel

conmutadorXY Rel auxiliarZ

Nota: El control de un interruptor con elllamado esquema de control del relX-Y, el rel de X es el dispositivocuyos contactos principales sonusados para energizar la bobina decierre o el dispositivo que, de algunamanera, como la liberacin de laenerga acumulada, causa el cierredel interruptor.Los contactos del rel Yproporcionan una funcinantibombeo al interruptor.

}

que abra por sobrecarga, aunque elcircuito inicial de mando de cierre seamantenido.

95(*)96(*)97(*)98(*)99(*) (*) Reservado para aplicaciones

especiales.

Letras que indican la condicin o magnitudelctrica a la que corresponde eldispositivo o el medio al que estunido, tales como:

A Aire y AmperiosC CorrienteE ElectrolitoF Frecuencia o circuito de faltaL Nivel o lquidoP Potencia o presinPF Factor de potenciaQ AceiteS VelocidadT TemperaturaV Tensin o volts en vacoVAR Potencia reactivaVB VibracinW Agua o Vatios

Letras que denotan el lugar del dispositivoprincipal en el circuito o el tipo decircuito en el que se utiliza eldispositivo o el tipo de circuito oaparato con el que est asociado,cuando este es necesario:

A Alarma o potencia auxiliarAC Corriente alternaAN AndoB Batera o ventilador o barraBK FrenoBP BypassC Condensador o compensador o

carrier o corriente


CA CtodoD DescargaDC Corriente continuaE ExcitatrizF Alimentador o campo de filamentoG Generador o tierra (1)H Calentador o albergueL lnea o lgicaM Motor o contadorN Red de Neutro (1)P Bombeo o comparacin de faseR Reactancia o rectificadorS Sincronizacin o secundarioT Transformador o tiratrnTH Transformador (lado de AT)TI Transformador (lado de BT)TM TelemetroU Unidad

Nota (1) El sufijo N se usa preferentementeal G para dispositivos conectadosen el neutro del secundario detransformadores de corriente o en elsecundario del transformador decorriente, el cual, el devanadoprimario est localizado en el neutrode una mquina o transformador depotencia, excepto en los casos de losrels de lnea de transporte donde elsufijo G es ms comnmenteusado para aquellos rels queoperen en faltas a tierra.

Letras que denotan las partes de losdispositivos principales, divididas endos categoras:

Todas las partes, tales como las que seindican, excepto los contactosauxiliares, conmutadores deposicin, fines de carrera yconmutadores de posicin, los culesse tratarn por separado.

BK FrenoC Bobina o condensadorCC Bobina de cierreHC Bobina de retencinM Motor de operacinML Motor lmite de cargaMS Motor de sincronizacin o de ajuste

de velocidadS SolenoideSI SelladoTC Bobina de disparoV Vlvula

Todos los contactos auxiliares y losconmutadores de posicin y de fin decarrera para aquellos dispositivos yequipos como interruptores,contactores, vlvulas y reostatos ycontactos de rels.

a Los contactos que estn abiertoscuando el dispositivo principal esten la posicin de referenciaestndar, comnmente denominadocomo posicin de no operaci nodesenergizado y que cierra cuando eldispositivo asume la posicinopuesta.

b Los contactos que estn cerradoscuando el dispositivo principal esten la posicin de referenciaestndar, denominado posicin de nooperacin o desenergizado, y queabre cuando el dispositivo asume laposicin opuesta.

Nota La designacin simple a o b esutilizada en todos los casos donde nose necesitan ajustar los contactospara cambiar de posicin a cualquierpunto en particular en el recorrido deldispositivo principal o donde la partedel recorrido donde los contactoscambian la posicin no tieneimportancia en el control o en elesquema de operacin. Lasdesignaciones a y b sonsuficientes para los conmutadoresauxiliares del interruptor.

Conmutadores auxiliares de losmecanismos de operacin delinterruptor para el mecanismo delibre disparo accionadomecnicamente, del interruptor:

aa El contacto que est abierto, cuandoel mecanismo de operacin deldispositivo principal est en posicinde no operacin y que se cierracuando el mecanismo de operacinasume la posicin opuesta.

bb El contacto que est cerrado cuandoel mecanismo operante deldispositivo principal est en posicinno operante, y abre cuando elmecanismo operante asume laposicin opuesta.

Nota La parte de recorrido en la que elconmutador auxiliar cambia deposicin debera, si se necesita,especificarse en la descripcin.


LC Se utiliza para designar elconmutador de comprobacin debloques de tal mecanismo, el cualest cerrado cuando los puentes delmecanismo estn bloqueadosdespus de la operacin de aperturadel interruptor.

LS Designa un conmutador de fin decarrera. Este es un conmutador deposicin que se acta por undispositivo principal, tal como unreostato o la vlvula cerca delextremo final de su recorrido. sufuncin normal es abrir el circuito delmotor operante al final del recorridodel dispositivo principal, alcanzandouna posicin extrema del recorrido.

El conmutador de lmite de par se utilizapara abrir un circuito de motor deoperacin hasta un lmite de pardeseado al extremo final delrecorrido de un dispositivo principal,tal como una vlvula. Deberadesignarse como:

tqc Conmutador de lmite de par, abiertopor un mecanismo para parar elcierre de la vlvula.

tqo Conmutador de lmite de par, abiertopor un mecanismo que responde alpar, para parar la apertura.Si varios conmutadores auxiliares deposicin de fin de carrera estnpresentes en el mismo dispositivoprincipal, debern ser designadoscon sufijos numricossuplementarios con 1, 2, 3, etc. sinecesario.

Letras que cubren todas las otrasfunciones distintivas o condiciones,no especficamente descritaspreviamente, que sirven paradescribir el uso de los dispositivos osus contactos en el equipo, talescomo:

A Aceleracin o automticaB Bloque o apoyoC Cerrado o froD Decelerado o detonado o abajo o

libreE Emergencia o conectadoF Cada o adelanteH Caliente o altaHR Reposicin manualHS Alta velocidadL Izquierdo o local o abajo o reductorM ManualO AbiertoOFF Desconectado o paradoON Conectado o en marchaP PolarizanteR Derecho o elevar o reenganche o

receptor o remoto o inversoS Transmisin o balanceoT Prueba o disparoTDC Cierre retardadoTDO Apertura retardadaU Arriba

Nmero de sufijos:Si dos o ms dispositivos con elmismo numero de funcin y sufijoestn presentes, estos puedendistinguirse por sufijos numerados,como por ejemplo, 4X-1, 4X-2 y4X-3, cuando sea necesario.

Dispositivos realizando ms de unafuncinSi un dispositivo realiza dos funcionesrelativamente importantes en unequipo en el que se desean identificarambas funciones, puede usarse unafuncin de doble numero y nombre,tal como rel instantneo desobreintensidad y temporizado 50/51.


1.4 Datos necesarios para realizar un pre-estudio o estudio de selectividad

RED Esquema unifilar. Rgimen de neutro (si p.a.t. disposicin - puntos de p.a.t.). Configuraciones de explotacin. Tensiones / frecuencia. Potencia de cortocircuito en punto de suministro. Cables y lneas (longitudes y tipos). Nmero de cables en paralelo. Calibre de los TI's. Calibre de los fusibles. Reglajes de las protecciones existentes aguas arriba y/o aguas abajo (BT)

TRANSFORMADORES Potencia nominal. Relacin de transformacin. Tensin de cortocircuito (Ucc %). Prdidas en el cobre. ndices de conexin (Dyn, neutro p.a.t., etc.). Regulacin en carga (valores mn. y mx. en %).

MOTORES Potencia nominal. Tensin nominal. Tipo de arranque. Corriente de arranque. Tiempo de arranque. Riesgo de bloqueos del rotor. Nmero de arranques autorizados e intervalos (en fro, en caliente). Constante de tiempo de calentamiento (T1) y de enfriamiento (T2).

ALTERNADORES Turbo alternador o mquina de polos salientes. Potencia nominal. Tensin nominal. Factor de potencia nominal. Reactancias subtransitorias. Corriente de cortocircuito permanente

oTensin de excitacin mx./ nominalReactancia sncrona saturada.

1.5 Captadores utilizados en MT. TI y TT

Todo circuito de MT y de AT (U > 1 KV)requiere de elementos reductores de medida,tambin denominados captadores otransformadores, entre el circuito principal ylos elementos de control (bsicamente rels yaparatos de medida), cuyas funciones son:

Reducir los valores de las magnitudeselctricas (intensidad y tensin) presentes enla instalacin a unos valores compatibles conla aparamenta de medida y proteccin,tipicamente:

1 - 5 A en los circuitos de intensidad, 100 - 120 V en los circuitos de tensin. Separacin galvnica entre la aparamentade medida y proteccin (accesible al operario)y el resto de la instalacin, para garantizar laseguridad de las personas.

Los captadores pueden ser: transformadores de intensidad, transformadores de tensin


1.6 Transformadores de intensidad

En Media y Alta Tensin, los transformadoresde intensidad (en adelante TI) cumplen ladoble funcin de reducir la corriente a mediry/o controlar, a un valor suficientementepequeo para poder ser aplicado a losaparatos de medida o de proteccin, y con unpotencial a masa de valor no peligroso para elaislamiento de los aparatos y para laspersonas (Figura 7).Por tanto, reducen la corriente y a la vezestablecen una separacin galvnica entre lacorriente de MT o AT a controlar y la corrienteaplicada a los aparatos de medida o deproteccin.

En consecuencia, en MT y AT, siempre sonnecesarios los TI, sea cual sea el valor de lacorriente de MT o AT a medir o controlar.

En caso de un transformador de intensidadideal, se cumplira:

I I1 1 2 2N . N .=JG JJG

donde:

N1: nmero de espiras del bobinado primario,

I1: intensidad primaria, de MT,

N2: nmero de espiras del bobinadosecundario,

I2: intensidad secundario,

siendo:

I1 1N .JG

: amperrios-vuelta primarios,

I2 2N .JJG

: amperios-vuelta secundarios.

Fig. 7: Transformador de intensidad.


As pues

II

1 2

2 1

NKN

= = ,

siendo

K la relacin de transformacin del TI.

Pero un TI real nunca es ideal, debido a laintensidad magnetizante, que a su vezdepende de las caractersticas constructivasdel circuito magntico del TI.

Entonces tendremos que:

I I I1 1 1 0 2 2N . N . N . =JG JJG JJG

siendo

I0 la intensidad magnetizante,

I1 0N .JJG

: amperios-vuelta magnetizantes.

En la figura 8 se refleja la ecuacin del TIreal sobre un diagrama vectorial.

1.6.1 Caractersticas de los transformadores de intensidad de MT (en adelante TI)

1.6.1.1.- Caractersticas primarias Nivel de aislamiento asignado(kV nominales)

7,2 - 12 - 17,5 - 24 - 36 tensin soportada a frecuencia industrial,durante 1 minuto: 20 - 28 - 38 - 50 - 70

tensin soportada a onda de choque1,2 / 50 s: 60 - 75 - 95 - 125 - 170. Estos valores son normalizados paraservicio interior.

No olvidar el factor de correccin poraltitud de la instalacin a partir de 1000 m.

Frecuencia asignada: 50 - 60 Hz Intensidad trmica (Iter) y de cortocircuitoasignadas (kA)

I trmica en kA, tiempo (duracin) en segundos, I dinmica en kA cresta (Idin = 2,5 Iter),

I cccc.mx SU 3=

I Itrmica1s cc.mxima . t , siendo t el tiempode duracin del cortocircuito en segundos.

Intensidades primarias nominalesasignadas: Ipn, en amperios:

10 12,5 15 20 2530 40 50 60 75

y sus mltiplos y submltiplos decimales. Losvalores subrayados son los preferentes.

Factor (o coeficiente) de sobreintensidad (Ksi)

II

ter

pn

1sKsi = :

Ksi < 100 : estndar

100 < Ksi < 300 : bastante difcil bajo ciertascondiciones secundarias

300 < Ksi < 400 : difcil de realizar

Fig. 8

III2 1

1x

K.(%) 100=Error de amplitud:


400 < Ksi < 500 : muy limitado a ciertascaractersticas secundarias

Ksi > 500 : casi imposible

Ksi >1000:imposible de realizar

Un Ksi elevado implica un sobredimensiona-miento de la seccin del bobinado primario, locul limita el nmero de espiras primarias,limitando as la f.e.m. inducida, y por tantodificultando la realizacin del TI.

Existen 3 soluciones para intentar reducir elKsi, por tanto facilitar la realizacin del TI:

1.- sobrecalibrar la intensidad nominalprimaria si es posible y entra en los rangos demedida previstos,

2.- limitar la incidencia de la I terreduciendo el tiempo de duracin delcortocircuito (< 1s),

3.- reducir al mximo las caractersticassecundarias (potencia de precisin requerida).

1.6.1.2.- Caractersticas secundarias Intensidad nominal secundaria:I2n = 1 5 A

I2n = 1 A, para distancias de cable largasdesde el TI al receptor. Por ejemplo, cuadrocentralizacin, medida y proteccin.

I2n = 5 A, para distancias cortas. Receptormontado sobre la cabina MT que equipa losTI's. Es el caso ms frecuente.

I1/I2 = relacin de transformacin del TI. Clases de precisin (% y ):Las clases de precisin normalizadas msestandarizadas son las siguientes:

cl 0,2 - 0,5 - 1: para la medida y contaje cl 5P - 10P: para la proteccin. Recomen-dada la clase 5P, puesto que es vlida paratodas las aplicaciones (amperimtrica,diferencial, etc.)

Las fuertes sobrecargas y, en especial loscortocircuitos que pueden producirse en lalnea donde est conectado el TI hacen quepor su primario circulen en estos casoscorrientes muy superiores a su nominal.

Aunque el primario est construido para podersoportarlas (Iter y KSI asignados) convienelimitar el valor de las sobreintensidades quepor este motivo se producen en el secundarioen virtud de la relacin de transformacin del

TI, pues podran ser peligrosas para losaparatos conectados a dicho secundario.

Esta limitacin se consigue haciendo que aapartir de cierto valor de la corriente primaria,la induccin magntica en el ncleo del TIalcance el codo de saturacin con lo cual, elsecundario desembraga magnticamentedel primario. En este aspecto, hay quedistinguir entre:

TI para medida y/o contajeSiendo ILP la corriente primaria a partir de lacual el ncleo magntico alcanza lasaturacin, y por tanto la corriente secundariaya no aumenta ms, se denomina factor deseguridad FS a la relacin entre estaintensidad ILP y la nominal primaria, o seaFS = ILP / IPN.

Este factor de seguridad FS garantizapues, que cualquiera que sea la corriente porel primario, la intensidad secundaria no seren ningn caso superior a un determinadovalor, no peligroso para los aparatosalimentados por el TI.

Normalmente: 2,5 < FS < 10. Paraalimentacin de contacores es muyfrecuentew 3 < FS < 5.

TI para proteccin (alimentacin de rels)Se denomina intensidad lmite de precisinILP a la intensidad primaria, superior a lanominal IPN, para la cual el TI mantiene anuna determinada precisin, o sea nosobrepasa an cierto margen de error.

Se denomina factor lmite de precisin (enadelante FLP) a la relacin entre estacorriente lmite de precisin y la nominalprimaria, o sea FLP = ILP / IPN.

Los valores normalizados de FLP son:

5 - 10 - 15 - 20 - 30

Este FLP garantiza pues que el TI no sesaturar antes de un valor determinado decorriente primaria, y por tanto, que lacorriente secundaria que circula por el rel deproteccin, seguir reflejando con suficienteprecisin el valor de la corriente primaria.

Si la corriente primaria aumenta por encimade la intensidad lmite de precisin ILP del TI,el error de medida va siendo cada vez mayor,hasta llegar el ncleo del TI a la saturacin, ycon ello limitar el valor de la corrientesecundaria.


En todo TI, existe siempre una relacinconstructiva entre la potencia nominal deprecisin Sn y el factor lmite de precisinFLP, la cual se expresa en la siguientefrmula:

( )x 2TI SnFLP Sn R cons tan te+ =donde:

FLP: factor lmite de precisin,

Sn : potencia nominal de precisin (VA),

Isn : intensidad nominal secundaria (A),

RTI : resistencia del arrollamiento secundario.En TI de secundario 5 A, 0,2 a 0,4 tpicamente en TI de proteccin. En TI desecundario 1 A, del orden de 1,5 a 3,5 , enTI de proteccin.

Por tanto, para cualquier otro consumo S enVA diferente (mayor o menor) de la potencianominal Sn, se cumple:

( ) ( )x x2 2TI Sn TI SnFLP Sn R FLP' S R+ = +

donde FLP es el factor lmite de precisincorrespondiente al consumo real S de losaparatos y conductores alimentados por el TI.

En la tabla de la figura 9, se especifican loserrores admisibles en los TI en funcin de laclase de precisin asignada.

Notas:

A) La clase de precisin y el FLP seexpresan conjuntamente. Por ejemplo 5P15se lee: precisi0n clase 5P (ver tabla) FLP15.Indica que, como mnimo con 15 veces lacorriente nominal el TI mantiene su clase deprecisin 5P.

B) Habitualmente, los TI deben poderfuncionar en permanencia con intensidadhasta 20% superior a su nominal primaria ysecundaria, o sea hasta 1,2In, sin calentarsepor encima de su lmite admisible, y en los TIpara medida manteniendo su clase deprecisin, segn se desprende de la tabla deerrores admisibles (Figura 9).

Fig. 9: Lmites de errores para trasnformadores de intensidad de medida y de proteccin.

Lmites de error

Clase de Error de intensidad Desfase para la intensidad Error compuesto paraprecisin para la intensidad primaria asignada la intensidad primaria

primaria asignada lmite de precisinen (%) minutos centirradianes en (%)

5 P 1 60 1,8 510 p 3 10

Transformadores de intensidad para proteccin

Lmites de error

Clase de Error de intensidad en tanto por ciento , Desfase (error de fase) , para lospresicin para los valores de intensidad valores de intensidad expresados en tanto

expresados en tanto por ciento por ciento de la intensidad asignadade la intensidad asignada

minutos

5 20 100 120 5 20 100 120

0,1 0,4 0,2 0,1 0,1 15 8 5 50,2 0,75 0,35 0,2 0,2 30 15 10 100,5 1,5 0,75 0,5 0,5 90 45 30 301.0 3,0 1,5 1,0 1,0 180 90 60 60

Transformadores de intensidad para medida


1.6.1.3.- Potencias de precisin del TI (VA)Es la potencia que debe suministrar el TI enVA que se consume en los cables de unindel TI con el aparato de medida y/oproteccin y en el propio aparato.

Consumo en los cables[VA] = K . L / s, siendo:

K = 0,5 para TI's x/5 A (secundario 5 A),

K = 0,02 para TI's x/1 A (secundario 1 A),

L (m) = longitud total de cable desde el TIhasta el aparato (ida y vuelta),

s (mm2) = seccin de los cables de conexinde cobre.

Consumo propio de los equipos conectadosal TI

Los rels digitales tipo Sepam carganpoqusimo a los TI's (impedancia de entradaprcticamente nula) slo 0,25 VA y losconvertidores de medida (caso de sernecesarios) cargan aproximadamente 1 VA.

Valores de potencia de precisinnormalizados (VA):

1 - 2,5 - 5 - 10 - 15 - 30

En MT, los ms frecuentes son 5 - 15 - 30 VA.

Nivel deaislamientoasignado

Frecuencia nominal

Intensidad nominal secundaria

Intensidad nominal primaria

segn tipover a continuacin

Intensidad trmicade corta duracin

Intensidad dinmica

UNkV

24

F

Hz

50

I1N

A

I2N

A

100 5

Ksi

Iter / I1N

200 2,5

IdinIter

Fig. 10: Tabla resumen de las caractersticas de placa de los transformadores de intensidad.

1.6.2 Caractersticas de los TIs segn tipo

1.6.2.1.- Medida - Contaje (segn CEI)S2N: Potencia de precisin =

= (Rhilos + Raparato ) . (I2N)2

: Clase de precisin = error en % a I2N y S2NFs Factor de seguridad = I1s /I1N (lmite desaturacin de los TI's para medida y contaje)

Ejemplo:

S2N (VA) % Fs

5 0,5 5

1.6.2.2.- Proteccin (segn CEI)S2N: Potencia de precisin =

= (Rhilos + Raparato ) . (I2N)2

P: Clase de precisin = error en % a FLP

FLP: Factor lmite de precisin

Ejemplo:

S2N (VA) % FLP

5 5P 20


1.6.2.3.- Proteccin (segn normaBS clase X)Vk: Tensin de codo nominal: Es la tensinsecundaria cuando en la caractersticamagntica I0f ( ) = se alcanza el codo desaturacin:

Vk > Icc-mx (sec.TI) . (RTI + Rhilos ++ Raparato)

RTI: Resistencia mxima del bobinadosecundario del TI a 75 C (o superior)

o: Intensidad magnetizante mxima a Vko < 5% 2N, si 2N = 5A; o 0,05 A

RTI e o son datos que nos debe facilitar elfabricante del TI en funcin de lascaractersticas constructivas del TI.

Ejemplo:

Vk (VA) RTI () o (A)

2500 2 0,05

Para la eleccin de la potencia nominal deprecisin Sn, y del factor lmite de precisinFLP de los TI para alimentar relselectrnicos o digitales, por ejemplo tipoSEPAM debe tenerse en cuenta las siguientescondiciones:

La intensidad que puede llegar a circular porel rel no debe ser en ningn caso superior a80 veces la corriente nominal secundaria ISNdel TI,o sea Imx 80 ISN. As por ejemplo,en TI de secundario 5 A, la intensidad por elrel no debe ser nunca superior a 80 x 5 =400 A. Esta condicin viene impuesta por lanorma CEI-255, la cual fija como corrientetrmica lmite para los rels Iter = 80 ISN,durante un segundo. (Para otros tiempos t,rige la frmula x2 2ter t1 x t= ). En consecuen-cia, debe cumplirse que FLP < 80.

Para la intensidad de reglaje Ir del rel, debecumplirse que FLP 2 Ir / ISN, siendo FLPel factor lmite de precisin real, o sea, elcorrespondiente a la carga real S del TI, eISN la corriente nominal secundaria.

1.6.3 Eleccin de los TI de MT para proteccin

En el anexo al final de este captulo, seexpone la posibilidad de que en caso decortocircuito asimtrico, el TI se sature(sobrepase el cado de saturacin) con unaintensidad inferior a su corriente lmite deprecisin ILP asignada. En este caso, y hastaque la induccin magntica en su ncleo nodisminuya por debajo del codo de saturacin,la corriente secundaria deja de ser senoidal.

Por tanto, hay que saber si el rel deproteccin a ser alimentado por este TI,actuar o no correctamente en estascondiciones.

Concretamente, los rels SEPAM funcionancorrectamente an en estas circunstancias deTI saturado, ya que miden no slo el valoreficaz de la corriente, sino tambin el valor decresta (valor de pico).

No obstante, en los ejemplos prcticos realesque se desarrollan a continuacin, se incluyeuno en el cual el rel no actuaracorrectamente, y por tanto, hay que tenerloen cuenta como una condicin ms en laeleccin del TI.


Ejemplo 1Determinar la potencia nominal de precisinSN y el FLP de un TI para alimentar un relSEPAM y un convertidor de intensidad4-20 mA.

Intensidad secundaria: 5 A

Resistencia secundaria: 0,3 ,

Consumo del rel: 0,25 VA,

Consumo del convertidor de intensidad: 1 VA.

Conexin entre el TI y el rel ms elconvertidor ubicados ambos en el depto. deBT de la cabina de MT con los TI: lnea de 4m con conductor de 2,5 mm2 cobre.

Consumo de lnea:

0,5 (2 x 4)/2,5 = 1,6 VA.

Consumo total:

S = 0,25 + 1 + 1,6 = 2,85 VA.

En base a la frmula y la condicin antesindicadas:

FLP (SN + 0,3 x 52) = 80 (2,85 + 0,3 x 52)

FLP (SN + 7,5) = 828

Si se elige para Sn el valor normalizado de15 VA:

828FLP 36,815 7,5

= =

+

Se toma pues el valor normalizado inmediatoinferior de 30, con lo cual el FLPcorrespondiente a la carga real S ser:

30 (15 7,5)FLP ' 65 802,85 7,5

+= =

I0 >I0I0

IdC C C = 0

Ic = 0


2.3 Neutro rgido puesto a tierra (directamente) (Figura 35)

Fig. 35: Neutro rgido puesto a tierradirectamente.

IN >>> ICOT la intensidad de defectocircular por el camino ms fcil, es decir, atravs de la conexin a tierra del puntoneutro, con lo cul las corrientes capacitivassern despreciables para este rgimen deneutro Id IN.

Requiere interconectar todas las masas yefectuar tomas de tierra mltiples para laproteccin de las personas.

Posibilidad de daos importantes en elpunto de defecto.

Nula influencia de las corrientescapacitivas.

Sobretensiones limitadas. Facilidad de deteccin debido a que elvalor de intensidad de defecto a detectar eselevado, por tanto una deteccin basada en lasuma de las 3 intensidades de fase sersuficiente.

N

3

2

1

IN

IdIC01

IC0T

IC02

IC02

IC03

IC03

2.4 Neutro puesto a tierra mediante resistencia (Figuras 36 y 37)

La resistencia limita el valor de laintensidad de defecto a tierra, y por tantopermite limitar los daos. Se escoge R talque: IR > 2 Ic totall.

Las eventuales sobretensiones quedanlimitadas por la resistencia de p.a.t.

Permite una deteccin simple del ramal dela red en defecto.

Fig. 36: Neutro puesto a tierra medianteresistencia.

Fig. 37

IC03

IC02

IC03

IC02

IR

Id

V1

V2

V3

C1 C2 C3

R

Id = IR + (IC02 + IC03)

3

2

1

IC03IC02

IC0T

Id

IRV0 V1

V2

V03

V02

V3tierra


2.4.1 Posibilidades de deteccin de las corrientes de fuga en este rgimen de neutro.Captadores (Figura 38)

c Medida por TI (x / 5 A) o por toroidal tipoCSH (MG) directamente sobre cable deconexin del neutro a tierra (a travs de laresistencia).

Es un buen sistema que suele emplearse encaso de trafos con el neutro puesto a tierra.

La nica precaucin a tener presente es que elreglaje de la proteccin homopolar (mx. Io)debe ser inferior al lmite trmico de laresistencia de puesta a tierra.

d Medida por suma de las 3 intensidades defase ( 3 TI's). Es muy empleado, pero:

Reglaje de la proteccin de ser > 10 a 12 %intensidad nominal primaria del TI (debido ala suma de errores de los 3 TI), pudiendo serincompatible esta limitacin cuandotengamos que la intensidadlimitada mediante

la R de p.a.t. sea pequea, y la intensidadnominal del TI sea grande.

Cuando suceda esto, procederemos medianteel 3er sistema de captacin.

e Medida por toroide homopolar. Tipo CSH(MG) o TI de ventana estndar (x / 1 o 5 A).

Es el sistema ideal, puesto que no requiereninguna precaucin en especial (salvo el casode tener que englobar muchos conductoresde dimetro grande), y el reglaje puede llegara ser de hasta 500 mA si utilizamos el CSHde MG conectado a un equipo Sepam.

Es muy simple realizar el escalonado deselectividades en caso de defecto homopolarcon este sistema.

Para ms detalles, referirse al captulo 2.7(medidas de la intensidad residual).

1

2

3

I0 >

I0 >

I0 >

R

Fig. 38


2.4.2 Protecciones asociadas para redes con rgimen de neutro puesto a tierramediante resistencia (Figura 39)

Fig. 39

Reglaje para asegurar una correctadeteccin

Iso

I0 > I0 > I0 >

IRIC

I0 >

IR

Corriente capacitiva (Ic)

Intensidad resistiva (IR) limitada por la resistencia de p.a.t.

A

B

R

Reglaje para tener en cuenta el lmitetrmico de la resistencia de puesta a tierra.

Debemos tener presente adems de laIntensidad de limitacin, la intensidadpermanente que es capaz de soportar laresistencia de p.a.t.

Por ejemplo:

si IR permanente mx. = 3 A Iso 2,5 A.


2.4.3 Neutro puesto a tierra por resistencia a travs de un transformador de p.a.t.o generador homopolar o bobina zig-zag (Figura 40)

Permite la puesta a tierra del neutro paracasos donde:

la conexin de la fuente (generador otransformador) es en tringulo o en estrellasin neutro accesible,

varias fuentes en paraleloindependientemente del numero (ver ejemplosiguiente).

Fig. 40

I0 = 0 I0 = IR

IR

R

alternador otransformador

generador homopolar

Dimensionado de la resistencia, dem quepara el caso anterior (resistencia en el puntoneutro del transformador):

intensidad limitada mxima, tiempo mximo de duracin del defecto (aImx),

intensidad permanente soportable por laresistencia de p.a.t. (lmite trmico).


2.5 Neutro puesto a tierra mediante reactancia. Bobina Petersen (Figuras 41 y 42)

Se basa en el principio de que IL y ICOT seencuentran en oposicin de fase

Si IL >> ICOT se sigue el mismo criterio deproteccin que en el caso de R limitadora.

La reactancia es preferida a la resistencia,si U > 20 kV, o si IC es grande.

Si el neutro no es accesible, se puedeutilizar una bobina de puesta a tierra, de lamisma forma que un transformador de p.a.t.con resistencia.

Fig. 42

Fig. 41: Neutro puesto a tierra mediantereactancia. Bobina Petersen.

Si queremos que I I IL COT d 0= JJG JJJJJG

,

debemos recurrir al uso de la bobina dereactancia acordada o bobina Petersen(figura 49). Necesita adaptar el valor de la bobina a lacapacitancia de la red, en funcin del nmerode salidas en servicio es utilizable en redesestables y requiere de bobinas deinductancia variable.

Se utiliza para eliminar automticamentelos defectos autoextinguibles, mejorando lacontinuidad del servicio.

Requiere de protecciones direccionales depotencia activa residual (complejas) paradetectar el ramal en defecto.

IC03

IC02

IC03

IC02

IX

Id

V1

V2

V3

C1 C2 C3X

Id = IX + (IC02 + IC03)

3

2

1

V3

V2

V0V1

V03

V02

Id

IC02

IX

IC03

IC0T

tierra

V1

V2

V3

C1 C2 C3

X

R

Id = IX + (IC02 + IC03)

32

1

IX

Id = 0

IC0T

IC03

IC03

IC02

IC02

Fig. 43

I I Id x COT 0Pr incipio de funcionamientode la bobina de Petersen

= + = JJG JJG JJJJJG


2.6 Comparacin entre los distintos sistemas de gestin del neutro (Figuras 44)

Fig. 44

Aislado posibilidad de no disparo al primer defecto continuidad de servicio,

no se producen daos materiales en elpunto de defecto

sobretensiones, selectividad muy compleja, as como losmedios de captacin del defecto.

operarios cualificados. Resistencia no sobretensiones daos limitados disparo al primer defecto selectividad y deteccin defectos simples.

Reactancia sobretensiones limitadas disparo al primer defecto daos limitados selectividad simple Directo ausencia de sobretensiones disparo imperativo al primer defecto posibilidad de daos importantes si no seelimina rpidamente el defecto

selectividad simple. Bobina Petersen sobretensiones limitadas posible no disparo al primer defecto continuidad de servicio,

daos inexistentes, sistema de proteccin muy complejo, yrequiere de operarios cualificados

Aislado Resistencia Reactancia Reactancia Directosintonizada(Petersen)

Amortiguamiento de las + + + ++sobretensiones transitorias

Limitacin de sobretensiones + + +a frecuencia industrial (50Hz)

Limitacin de corrientes + + + ++ de defecto

Posible no disparo al primer + + defecto

Proteccin selectiva simple ++ + +

Requiere de personal cualificado + + +


Fig. 45: Utilizacin de los distintos regmenes de neutro en el mundo. Costumbres locales.

Pais

R.d.n. p.a.t. rgido resistencia bobina de aisladoy distribuido a tierra Petersen

Australia Canada USA G.Bretaa Espaa Francia Italia Alemania Japn

2.7 Mtodos de medida de la intensidad residual en los Sepam

2.7.1 Distintas soluciones posibles

Fig. 46

R L

415263

2B

2A

415263

2B

2A

415263

2B

2A

CSH30

toroidalCSH120 o CSH200sobre cables


2.7.2 Caractersticas de las medidas de corriente residual

Io = I1 + I2 + I3 Io = 0 en ausencia dedefecto a tierra.

Dificultades de la medida de la intensidadresidual (figura 47)

Fig. 47

2.7.3 Caractersticas de las medidas de corriente I1 , I2 , I3

I1 + I2 + I3 = 0 en ausencia de defecto atierra.

Componente continua en el momento delestablecimiento de la corriente:

es funcin del instante en el que seestablece la corriente en relacin a laamplitud de la onda alterna,

puede alcanzar el valor de la componentealterna decrece en funcin de la constante detiempo del circuito.

2.7.4 Efecto de la componente continua en el comportamiento de los TI's

En alternaCada ciclo magnetiza el ncleo en un sentidoy despus en el otro, y la magnetizacin esproporcional al area de cada semionda.

Saturacin : simtrica si el area de unasemionda es demasiado grande.

En continua:La magnetizacin se hace permanentementeen el mismo sentido, y es proporcional al reade la componente continua.

Saturacin: si la amplitud y la duracin sonelevadas.

Asimetra (corriente de vaco):Puede existir saturacin aunque la amplitudde la corriente sea inferior al factor lmite deprecisin.

Ver anexo al final del apartado 1.6.3:Eleccin de los TI de MT para proteccin).

Este problema de saturacin no es unproblema especfico de los rels SEPAM, sinode los TI que los alimentan. Depende de lascaractersticas de la red. Los rels deproteccin homopolar resultan afectados poreste fenmeno.

I0 = medida de I0 I0 = I1 + I2 + I3

Captador adaptado a la medida de Io Captador adaptado a la medida de I1, I2, I3


2.7.5 Seleccin de la solucin adecuada

2.7.6 Soluciones especficas del Sepam 2000

Un defecto a tierra provoca una intensidadresidual, y en consecuencia por lo tanto, unatensin residual, as pues podemos optar porla proteccin contra defectos a tierramediante la proteccin a mximo de tensinresidual (59N), ya que

La medida de una corriente residual sintensin residual no corresponde a unverdadero defecto a tierra sino al efecto deuna mala medida debida al efecto de lasaturacin enunciado.

El uso de esta funcin de proteccinrequiere de 3 TT's para dar seal al Sepam2000 que vaya a realizar dicha funcin deproteccin. Adems deberemos de tenerpresente adaptar la cadena de selectividad detoda la instalacin a estas circunstancias(posibilidad de protecciones a max. de Io ymx.de Uo combinadas).

Otra posibilidad consiste en el uso de laproteccin direccional de tierra (67N).

415263

2B

2A

415263

2B

2A

415263

2B

2A

CSH30

Iso < 10% InTI Iso > 30% InTI 10% InTI < Iso < 30% InTI

No siempre se puede realizarSiempre es un buen sistema

Solucin A Solucin B Solucin C

Fcil de realizarReglajes elevados

Solucin de compromiso(medida con 3 TI's y CSH30:

es de compromiso!)

Fig. 48: Seleccin de la solucin adecuada.


2.7.7 Como insensibilizar la proteccin en caso de saturacin

Utilizar una resistencia de estabilizacin: Solucin no aplicable al Sepam 1000.

Fig. 49

2.7.8 Parametraje del Sepam 2000

2B

2A

415263

RsCSH30

mS c TI

so

S

C

TI

m

so

IR (R R ) .I

R r esistencia estabilizacionR c arga total circuito int ensidadR r esistencia int erna TII valor ef. mx. corriente simtrica conex.I umbral de reglaje proteccin homopolar

+

= = = = =

2B

2A

4

15263

CSH30

2B

2A

415263

CSH30Rs

Status: Captador Io, calibre TI's fase

Microinterruptores SW1:

Status: Captador Io, calibre TI's fase

Microinterruptores SW1:

Fig. 50


2.7.9 Caso particular

Fig. 51

TI toroidal200/1A

TI toroidal200/1A

CSH30 CSH30

5 espiras en elinterior del CSH30

50 espiras en elinterior del CSH30

TI toroidal existente, p. ejemplo: 200 / 1. Requerimos regular la proteccinhomopolar a Iso = 2 A.

1 Posibilidad: status, captador Iso : 200 A

reglaje mn. : 5% Ino = 10 A

no cumplimos con lo requerido 2 Posibilidad: status, captador Iso : 200 A

reglaje mn. : 5% Ino = 1 A

cumplimos con lo requerido


3 Clculo de corrientes de cortocircuito

3.1 Anlisis de redes por el mtodo de las componentes simtricas p. 573.1.1 Previos de estudio p. 573.1.2 Clasificacin de los defectos segn su localizacin p. 58

(teorema de Fortescue-Stockvis)3.1.3 Esquema monofsico equivalente. Sistema equilibrado p. 583.1.4 Esquema monofsico equivalente. Sistema desequilibrado p. 593.1.5 Componentes simtricas para una red trifsica. p. 59

3.2 Tipologas de los defectos. Causas y efectos p. 603.2.1 Clasificacin de los defectos segn su duracin p. 603.2.2 Clasificacin de los defectos segn su localizacin p. 603.2.3 Causas de los defectos p. 603.2.4 Efectos que causan los defectos en las instalaciones MT p. 603.2.5 Datos estadsticos p. 613.2.6 Localizacin y eliminacin de los defectos p. 61

3.3 Cortocircuitos fase-tierra y entre fases. Influencia de los regmenes de neutro p. 623.3.1 Defecto fase - tierra (Icc 1pt Icco ) p. 623.3.2 Defecto trifsico o tripolar (Icc 3p) p. 623.3.3 Defecto bifsico o bipolar (Icc 2p) p. 633.3.4 Defecto entre 2 fases y tierra o bipolar a tierra bifsico (Icc 2pt) p. 643.3.5 Defecto impedante entre 2 fases y tierra (Icc 2pt) p. 65

3.4 Impedancias de los circuitos elctricos p. 663.4.1 Impedancias cable, generador, transformador p. 663.4.2 Impendancia de un transformador p. 663.4.3 Transformacin de las impedancias en un transformador p. 673.4.4 Esquema homopolar de los transformadores: mtodo p. 683.4.5 Ejemplos de esquemas homopolares de transformadores (los ms usuales) p. 693.4.6 Resumen p. 703.4.7 Corrientes de cortocircuito. Definiciones p. 713.4.8 Impedancias tpicas de un transformador p. 713.4.9 Impedacias tpicas de un turbo-alternador p. 723.4.10 Impedacias tpicas de una lnea (area cable noaislado) p. 723.4.11 Impedacias tpicas de los cables (aislados) p. 723.4.12 Grficas de fabricantes p. 72

3.5 Resolucin de ejemplos prcticos. Clculos e interpretacin de resultados p. 763.5.1 Caso n 1: Neutro puesto a tierra por resistencia en punto neutro del p. 76

transformador. Reglaje de una proteccin homopolar/salida transformador3.5.2 Caso n 2: Reglaje de una proteccin homopolar / llegada transformador y p. 78

resistencia de p.a.t. 3 TI's o toroidal?3.5.3 Caso n 3: Generador homopolar. Dimensionamiento - proteccin p. 803.5.4 Caso n 4: Clculo de Icc Trifsica o tripolar. Clculo manual. Influencia de p. 82

la resistencia frente a la reactancia. Clculo simplificado3.5.5 Caso n 5: Clculo de Icc tripolar y bipolar. Clculo manual. p. 87

Influencia de los cables MT3.5.6 Caso n 6: Clculo de Icc monofsica. Determinacin de la R limitadora. p. 89

Influencia de Scc de la red aguas arriba


3.1 Anlisis de redes por el mtodo de las componentes simtricas

La corriente es la proyeccin del vector sobreel eje de las X:

( )( )

I II I

I I

1

2

3

= sen t= sen t 2 / 3

= sen t 4 / 3

Los clculos se basarn por tanto sobre lafase 1.

Definicin del operador j

j

90o

3

2

1

+

a

1

120o

240o

a2

1

Definicin del operador a

j 1,2

=

Fig. 52

Sistema trifsico equilibrado

2o o

1 1a 1, a3 120 240

2 = = =

3.1.1 Previos de estudio


I1

I2

I3

E2

E3

E1Z1 V1

V2

V3

Z2

Z2

cargaequilibrada

EI Z

Icc V

3

2

1 I1 2 3 ccZ = Z = Z V = EZ. , V = 0 ( )Icc 3PE UZ 3 . Z

= =

Los clculos se basarn en 3 sistemasequilibrados:

el sistema directo Id el sistema inverso Ii el sistema homopolar Io

I

I I

I I

I I I II I I I I I II I I I I I I

1 1d 1 102

2 2d 2 20 1d 1 102

3 3d 3 30 1d 1 10

a . a.

a. a .

= + +

= + + = + +

= + + = + +

3.1.2 Clasificacin de los defectos segn su localizacin (teorema de Fortescue-Stockvis)

Fig. 53

3.1.3 Esquema monofsico equivalente. Sistema equilibrado

I3+ +

++I1 I1d

I1i

I10I20I30

I2

I2dI3i

I3d I2i

= + +

Fig. 54


La tensin de la fuente es equilibrada. Los equipos elctricos sonsimtricos(equilibrados)

lneas transformadores motores condensadores. Los defectos son simtricos

defecto trifsico (tripolar):Icc3p

defecto trifsico a tierra (tripolar a tierra):Icc3pt

defectos asimtricos: defecto entre 2 fases (bipolar):

ICC 2p defecto entre 2 fases y tierra (bipolar a

tierra):Icc2pt

defecto fase-tierra (unipolar a tierra):Icc1pt Icco.

Fig. 56: Componentes simtricas para una redtrifsica.

f.e.m. desequilibrada 2 3E E E

red desequilibrada 1 2 3Z Z Z

carga equilibrada figura 55

3.1.4 Esquema monofsico equivalente. Sistema desequilibrado

3.1.5 Componentes simtricas para una red trifsica.

Ed

Id Zd

Vd = Ed - Zd . IdEsquema directo

Ei

Ii Zi

Vi = Ei - Zi . IiEsquema inverso

Eo

Io Zo

Vo = Eo - Zo . IoEsquema homopolar

Fig. 55

E3

E2

E1

+

Ed = E1Ei = 0

E0 = 0


3.2 Tipologas de los defectos. Causas y efectos

Autoextinguibles 10 a 20 ms Transitorios 100 ms < t < 1 s Semipermanentes t > 1 a 30 s Permanentes t > 30 s

Monofsico a tierra. Polifsico. Polifsico a tierra.

3.2.1 Clasificacin de los defectos segn su duracin

3.2.2 Clasificacin de los defectos segn su localizacin

3.2.3 Causas de los defectos

Redes areas Redes subterrneas(lneas) (cables)

Fallo de aislamiento x xContacto accidental de conductores x xSobretensiones atmosfricas x xSobretensiones de maniobra x xRotura mecnica x (42 %) xTrabajos en los alrededores de lnea en servicio x x (30 %)

Sobreintensidades Calientamientos anmalos de los conductores y mquinas Reduccin de la vida de la mquina y / o instalacin por

envejecimiento prematuro de los aislantes

Cortocircuitos Calentamiento brusco e intenso Esfuerzos electrodinmicos deformacin de los

conductores activos o embarrados

Sobretensiones Solicitacin anmala del material aislante Reduccin de la vida de la aparamenta y equipos del circuito Evoluciona siempre hacia un defecto polifsico

3.2.4 Efectos que causan los defectos en las instalaciones MT

Fig. 55


3.2.5 Datos estadsticos

Monofsico Polifsico Polifsicoa tierra a tierra

Transitorios 84 % 13 % 3 %91%

Semipermanentes 54 % 38 % 8 %6%

Permanentes 44 % 50 % 6 %3%

3.2.6 Localizacin y eliminacin de los defectos

Monitorizar y analizar en permanencia las magnitudes elctricas de la instalacin Comparar estas magnitudes con los valores nominales de dimensionamiento de la instalacin

(umbrales de actuacin de las protecciones)

Ordenar la maniobra de apertura del aparato de interrupcin Reconfigurar la instalacinonofsico a tierra.

Fig. 58


3.3 Cortocircuitos fase-tierra y entre fases. Influencia de los regmenes de neutro

3.3.1 Defecto fase - tierra (Icc 1pt Icco )

( )( )

I I I

I I I I I

I I

I I

d 11

i d i 0d i 0 f

0

11 CCO d i 0

d i 0 f2

2 di

23 di

EE0

Z Z Z 3Z0

3EZ Z Z 3Z

1 a a 0

0

1 a a 0

EEE

= = = = = + + + = = = + + =

+ + + + + + = = + + + =

I 1CCO

d i 0 f d i 0 f

U333E

Z Z Z 3Z Z Z Z 3Z

= =

+ + + + + +

321

I1

Zf

Icco

E1

Zd Zi Zo 3ZfId Ii Io

Fig. 59

3

2

1

E1Z1d

Z2d

Z3d

E2

E3

I1

I2

I3

Zd

Icc

EId

V

3.3.2 Defecto trifsico o tripolar (Icc 3p)

( )Icc 3Pd d

E U=Z 3 .Z

=I1 2 3 d d dZ = Z = Z = Z V = E - Z . , V = 0

Fig. 60


3.3.3 Defecto bifsico o bipolar (Icc 2p)

Tambin se le denomina a este valor comoIcc mn, cuando es referido a la potencia decortocircuito mnima, por lo que veremos acontinuacin (figura 65).

Fig. 61

( )( )

+

I I I I

I I I I I

I I I I I

1 d i 02 2

2 d i d d

2 23 d i d d

= = 0

= a a = a - a j 3 .

= a a = a - a j 3 .

+

+ = + = +

ICC2pd i

UZ Z

=

+I 1cc2p

d i d i

U33 E 3

Z Z Z Z = =

+ +

( )Si Zd Zitpicamente en lneas de distribucin

tendremos que :

=

I I I ICC2p CC3p CC2p CC3pd

3U . 86% .2.Z 2

= =

3

2

1

I3

I2

I2

IccE1

Zd

Zi

Zo

Id

Ii

Io

I

I I

I

1d

d i

i d

o

E=Z Z

=

= 0

+

Tambin se le denomina a este valor comoIcc mn, cuando es referido a la potencia decortocircuito mnima, por lo que veremos acontinuacin (figura 65).Esto se debe tener muy presente a la hora dedimensionar los fusibles (intensidad mnima defusin) o para regular los umbrales deactuacin mnimos de las protecciones aMximo de corriente de fase, dado quedebemos tomar este valor de Icc min para elpunto mas alejado del elemento de proteccin(tanto si es fusible como rel).


3.3.4 Defecto entre 2 fases y tierra o bipolar a tierra bifsico (Icc 2pt)

( )

( )( ) ( ) ( )

( )( ) ( ) ( )

I

I

I

11 i o o i

d i i o o d2 2

o i21 o i2 i o o i 1 1

d i i o o d d i i o o d d i i o o d2 2o i21 o i

3 i o o i 1d i i o o d d i i o o d d i

E Z Z Z Z 0Z Z Z Z Z Z

Z a a Z a 1E Z a Za Z Z a Z Z E j 3 EZ Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z

Z a a Z a 1E Z a Za Z Z a Z Z E j 3Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z

= + =+ +

+

= + = = + + + + + +

+

= + = = ++ + + + +

1i o o d

EZ Z Z

+

3

2

1

I3

I2

I1

E1

Id

Ii

Io

Zd

Zi

Zo

Fig. 62

( )I

I I

I I

1 i o1d

i o d i i o o dd

i o

o 1 oi d

d d d i i o o d

i 1 io d

1 o d i i o o d

E Z ZEZ .Z Z Z Z Z Z ZZZ Z

Z E ZZ Z Z Z Z Z Z Z

Z E ZZ Z Z Z Z Z Z Z

+= =

+ +++

= = =

+ + +

= = =

+ + +


3.3.5 Defecto impedante entre 2 fases y tierra (Icc 2pt)

( )( ) ( )

( ) ( )( )( )( )

( )( ) ( )( )( )

( )( )( )

( ) ( )( )( )( )

I

I

I

11 i o f o i f

d i d i o f

2 2 21 i o f o f i o f i

2 1d i d i o f d i d i o f

o f i1

d i d i o f

21 i o f o f i o

3d i d i o f

E Z Z 3Z Z Z 3Z 0Z Z Z Z Z 3Z

E a Z Z 3Z a Z 3Z Z Z 3Z a a Z a 1E

Z Z Z Z Z 3Z Z Z Z Z Z 3Z

Z 3Z aZj 3 E

Z Z Z Z Z 3Z

E a Z Z 3Z a Z 3Z Z Z

Z Z Z Z Z 3Z

= + + =+ + +

+ + + + + = = =

+ + + + + +

+ =

+ + +

+ + + = =

+ + +

( )( ) ( )( )( )

( )( )( )

2f i

1d i d i o f

2o f i

1d i d i o f

3Z a a Z a 1E

Z Z Z Z Z 3Z

Z 3Z a Zj 3 E

Z Z Z Z Z 3Z

+ +

= + + + + = + + + +

321

I3I2I1

E1Zd

Zi

Zo

Id

Ii

Io3 Zf

( )( )( ) ( )

( )( ) ( )

( ) ( )

I

I I

I I

1 i o f1d

i o f d i d i o fd

i o f

1 o fo fi d

1 o f d i d i o f

i 1 io d

1 o f d i d i o f

E Z Z 3ZEZ Z 3Z Z Z Z Z Z 3ZZZ Z 3Z

E Z 3ZZ 3ZZ Z 3Z Z Z Z Z Z 3Z

Z E ZZ Z 3Z Z Z Z Z Z 3Z

+ += =

+ + + + ++

+ +

++= = =

+ + + + +

= =

+ + + + +

Fig. 63


Fig. 64: Impedancia cable, generador, transformador.

td ti t

2

t ccn

Z Z Z

UZ U .S

= =

=

Zo depende del ndicede conexin y del

rgimen de neutro

Zt

gd gi gZ Z Z= =

ggo g

ZZ Z aprox.

2

<

Zg

G

cd ci co c

2 2c c c c c

Z Z Z Z

Z R j X R X

= = =

= + = +

Zc

3.4.2 Impendancia de un transformador

La Ucc es la tensin que aplicada al primariodel transformador con el secundario encortocircuito, hace circular la Intensidadnominal en el secundario del transformador Ucc (5 a 10 %) Un (Figura 65).

I2

2 ncu t np t cu 2

n

2n

cc ccn

UP 3 . R . R P .S

UZ U .S

= =

=

Rt

Un

Ucc

Xt Sn

Zcc

Rt

Xt

Inp

Ins

Transformador encondicionesnormales

Transformador encortocircuito

Fig. 65: Impedancia de un transformador.

2 2 2 2cc t cct t t

t t t cc

2n

t ccn

Z R X X Z RSi R . X X Z

UX U .S

= + =


3.4.3 Transformacin de las impedancias en un transformador(referidas a la tensin de primario o secundario)

Zp = impedancia del transformadorreferida al primario (V1)

Zs = impendancia del transformadorreferida al secundario (V2)

n1 = nmero espiras del bobinado primario,

n2 = nmero espiras del bobinado secundario.

III

I

I I I

11 2p

p2 1

1 1 2s

2 s

21 1 1 1 2

p 2p 2 2 s 2 2

22

s p1

Vn Zn

V n VZV n2

V n n 1 n VZ V xn n n

nZ Z .n

==

= =

= = =

=

Fig. 66

V1

V2

Zp

Ip

Is Is

Ip

n1

n2

V2

V1

n1

n2


3.4.4 Esquema homopolar de los transformadores: mtodo

El esquema homopolar depende de laconexin (acoplamiento entre devanados)(figura 67):

Existe un camino para hacer circular lascorrientes homoplares entre la red y eltransformador? (conexin entre losdevanados y tierra) (figura 68)?

Existe un camino para hacer circular lascorrientes homoplares en el interior de losdevanados del transformador sin que circulenpor la red? (conexin tringulo) (figura 69)

Fig. 67

? ?

? ?Zot

?

?

?

?

Zot

Zot

Fig. 68

?

?

?

?

Zot

Zot

Fig. 69


3.4.5 Ejemplos de esquemas homopolares de transformadores (los ms usuales)

Acoplamiento de los devanados Xo primario Xo secundario

Continuidadcircuito tierra

Xd

Separacin decircuito tierra

10 a 15 Xd

No continuidadcircuito tierra

G

E1

Zg

Zgd

Zgi

Zgo Zco Zto ZLo 3Zf

Zci Zti ZLi

Zcd Ztd ZLd

Zc ZL

Zf

Zt

Sist. directo

Sist. inverso

Homopolar

Fig. 70: Acoplamientos.

Fig. 71: Ejemplos.


3.4.6 Resumen

( )I

I

I I

nn nTrafo

CCTrafocc

ccCC3p

CCprim CCtrafoCCsec

CCprim CCtrafoCC2p cc3p

S SS3 .U U % /100

S3 .U para 1 solo transformador :

S * SS3 S S.

2

= =

= =

+ =

Corriente capacitiva de una red:Ic = 3.C..V

Corriente limitada en punto neutro deltransformador:

IN > 2 Ic total red Intensidad de reglaje de la proteccin

sobre punto neutro:

Is = 10 a 20% IN

Fig. 72

Zf

Zd Zd

Zi

Zd

Zi

Zo Zo

Zd

Zi

Zo

Zi

3ZfZo

Zf

I I I II I I II I I I

1 d i o2

2 d i o2

3 d i o

a . a .

a . a .

= + + = + + = + +

( )( )( )

.

.

.

I I I I

I I I I

I I I I

2d 1 2 3

2i 1 2 3

o 1 2 3

1 a . a .31 a . a .313

= + + = + + = + +


3.4.7 Corrientes de cortocircuito. Definiciones

( )IR tL

e E . 2 sen t

i . 2 sen t sen e

=

= +

I

cc

p

cc

Para redes MT :

Lcos 0,1 40 . msR

i2,5

=

Visto del lado BT R Xd Xi Xo

Sin neutro &

Yyn o Zyn (flujo libre) & banco trifsico de 3transformadores monofsicos(centrales)

Yyn o Zyn (flujo forzado) 10 a 15 Xd

Dyn o YNyn Xd

- - zn (zig-zag) 0,1 a 0,2 Xd

3.4.8 Impedancias tpicas de un transformador

I2cuP .3

2 2CCCCZ R Z

2

CC CCn

UZ US

=

CC4% U 20%< 2 IC total 2) ir > 1,3 IC (corrientes capacitivas de cada ramal) 3) ir > 12% In TI (por suma 3 TI) 4) ir < 10 a 20% IR (proteccin de los devanados del transformador y de la R de p.a.t.)

Fig. 79: Caso 1.

3.5.1 Caso n 1: Neutro puesto a tierra por resistencia en punto neutro deltransformador. Reglaje de una proteccin homopolar/salida transformador

3.5 Resolucin de ejemplos prcticos. Clculos e interpretacin de resultados

R

6 KV

3 TI 1

2 km50 mm2 AlPRC

630 kVA 630 kVA

5 km240 mm2 AlPRC

2


Capacidad de las lneas de cable segn curvas para cables 6/10 kV.

Lnea 1: 50 mm2 0,313 x 2 = 0,626 FLnea 2: 240 mm2 0,574 x 5 = 2,87 FCorriente de fuga capacitiva caso de puesta a tierra de una de las fases (ver diagrama vectorialpg. 45, apartado 2.4) COT 3 xUxC= (U: tensin compuesta entre fases)

Lnea 1: 50 mm2 3COT 3 x 6,3x0,626 x314 x10 2,14 A= =

Lnea 2: 240 mm2 3COT 3 x 6,3x0,287 x314 x10 9,83A= =

Total corriente capacitiva: 2,14 + 9,83 = 11,97 A

Condiciones establecidas:

Condicin 1) Ir > 2 x 11,97; Ir > 24 A

Corriente de reglaje IR:

Condicin 2: Ir > 1,3 ICOTLnea 1: 50 mm2 Ir1 > 1,3 x 2,14; Ir1 > 2,78 A

Lnea 2: 240 mm2 Ir1 > 1,3 x 9,83; Ir2 > 12,78 A

Condicin 3: Ir > 0,12 InLneas 1 y 2: n 630 3 x 6,3 57,73A= = por tanto, TI de 60/5 A relacin K = 12:

r57,730,12x 0,58A

12= =

Condicin 4: Ir < 0,1 a 0,2 IRIr1 e Ir2 < 0,15 x 24 (3,6 A)Las condiciones 1, 2 y 3 dan valores mnimos admisibles. La condicin 4 da valormximo admisible.

Por tanto:

Lnea 1: 50 mm2: Ir1 mnimo (cond. 2) 2,78 A, mximo (cond. 4): 3,6 A

Lnea 2: 240 mm2: Ir2 mnimo (cond. 2): 12,78 A mximo (con 4): 3,6 A

Es necesario aumentar el valor IR como mnmo hasta R12,78 128 A.

0,1> Significa dimensionar

ms la resistencia R de puesta a tierra del neutro.

En consecuencia se eligen:

- Resistencia de puesta a tierra del punto neutro IR = 300 A- Reglaje de las protecciones homopolares

Lnea 1: 50 mm2: Ir1 = 3,5 A

Lnea 2: 240 mm2: Ir2 = 15 A

RESOLUCIN DEL CASO 1


Hallar reglaje de las protecciones homopolares 3 y 4. Observaciones: 1) el reglaje de las protecciones 1 y 2 son los determinados en el caso n 1. 2) en caso de que el neutro del transformador no sea accesible, deberemos crear un neutroartificial Generador homopolar. Proponer solucin.

Fig. 80: Caso 2.

3.5.2 Caso n 2: Reglaje de una proteccin homopolar / llegada transformador yresistencia de p.a.t. 3 TI's o toroidal?

10 MVA63/6,3 kV

3 TI

3 TI 3 TI1 2

2 km50 mm2 AlPRC

5 km240 mm2 AlPRC

630 kVA 630 kVA

3

4

R


Es continuacin del anterior caso n 1, con el aadido de las protecciones homopolaresn 3 y n 4.

Proteccin n 3: TI 120/5A, K = 24

Condicin de selectividad Ir3 > Ir2, Ir3 > Ir1.

Reglage elegido Ir3 = 18 A.Proteccin n 4

Es proteccin trmica para el paso de corriente permanente por la resistencia R.

Condicin Ir4 inferior al lmite trmico de la resistencia R.Habitualmente las resistencias de puesta a tierra del neutro en MT, se construyen para podersoportar el paso de una corriente permanente del orden del 8 a 10% de la intensidad mxima decortocircuito unipolar a tierra, limitada por el propio valor de dicha resistencia. Ejemplo: tensinde servicio 26400 V intensidad mxima de cortocircuito unipolar a tierra: 600 A.

Valor de la resistencia 26400R 25,43 x 600

= = .

Intensidad permanente admisible por la resistencia 600 x 0,08 = 50 A. Por tanto, en esteejemplo Ir < 50 A.

Aplicando este criterio constructivo al valor IR = 300 A elegido en el anterior caso n 1, lascondiciones son:

Condicin trmica: Ir4 < 0,1 x 300 (30 A)

Condicin de selectividad: Ir4 > Ir2; Ir4 > 15 A.

Se elige pues Ir4 = 22 A.



Hallar reglaje de las protecciones homopolares 3 y 4. Observaciones1) el reglaje de las protecciones 1 y 2 son los determinados en el caso n 1.

2) para determinar el generador homopolar:

Ipermanente: normalmente es Id/ 10

Id (tiempo): intensidad de defecto

Tensin (V)

( )Ipg gP 3 U 1,65 10 P 100KVA3

= <


Es continuacin de los casos antriores n 1 y n 2 por congenerador homopolar habitualmente denominado tambinbobina de formacin de neutro, o compensador de neutro.

En Espaa, la bobina de formacin de neutro ms utilizadaes la denominada autozigzag, segn el esquema de lafigura adjunta.

La resistencia ohmica R entre el punto estrella de la bobinay tierra, es optativa.

Para la corriente mxima de cortocircuito unipolar a tierraelegida en los casos anteriores Id = 300 A, la impedanciadel conjunto bobina autozigzag con o sin resistencia R, es

o6300Z 123 x300

= = .

En el caso de no haber la resistencia R entre punto estrellay tierra, la impedancia homopolar por fase de la bobinavale 3 x 12 = 36 que constructivamente es casi todareactancia. Se considera pues Zo Xo.


Si se prev la resistencia R entre punto estrella y tierra, se tiene 2

2 oo

XZ R3

+ siendo Xo la

reactancia hompolar por fase de la bobina. Eligiendo un valor para R, se obtiene el de Xo yviceversa.

En el presente caso n 3, se elige Xo = 27 .

La resistencia R ser pues 2

2 2712 8 .3

=

Estas bobinas de formacin de neutro, respectivamente, si la hay, la resistencia hmica entrepunto estrella y tierra, deben poder soportar el paso de la corriente mxima de cortocircuito atierra durante un tiempo determinado, habitualmente de entre 10 y 20 seg. o sea ampliamentesuperior al de interrupcin por actuacin de las protecciones, normalmente 1 seg.

Asimismo, aptas para una corriente permanente del 8 al 10% de la mxima de cortocircuito.

Si en el presente caso es de 30A (300 x 0,1), el reglaje de la proteccin 4 debe ser Ir4 < 30A porejemplo 22 A como en el caso

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