Protecciones eléctricas Apuntes del curso Profesor Carlos Latorre Latorre
Protecciones eléctricas Apuntes del curso Profesor Carlos Latorre Latorre
Universidad de Santiago de Chile Departamento de Ingeniería Eléctrica
Profesor Carlos A. Latorre Valladares Protecciones Eléctricas
PROTECCIONES DE SISTEMAS ELÉCTRICOS CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN 1.1.- IMPORTANCIA Y OBJETIVOS DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIONES Para comprender la importancia de un Sistema de Protecciones Eléctricas, es necesario referirse a dos aspectos fundamentales a tener en cuenta en el desarrollo de un proyecto para un Sistema Eléctrico de Potencia (SEP), siendo éstos las condiciones normales y anormales de operación, según lo que se expresa a continuación:
Operación bajo Condiciones Normales: El sistema cumple con los requisitos necesarios para servir la “demanda” del consumo de acuerdo a una cierta “calidad” prefijada de suministro del servicio, cumpliendo con aspectos tales como: • Capacidad de reserva necesaria para abastecer el aumento de la demanda. • Niveles de voltaje adecuado. Regulación de voltaje. • Frecuencia constante. • Repartición de la carga entre las centrales generadoras de acuerdo a criterios económicos. • Continuidad de servicio. Confiabilidad de la operación. Operación bajo Condiciones Anormales: Esta condición se produce por: • Ocurrencia de fallas en el equipo del SEP. • Ocurrencia de fenómenos incontrolables: Tormenta, descargas atmosféricas, inundaciones, terremotos, etc. • Errores cometidos por operadores. Frente a la operación anormal, el proyectista de un SEP puede adoptar dos puntos de vista: 1) Incorporar ciertas características al diseño que eliminen las posibilidades de fallas. 2) Permitir la ocurrencia de fallas incluyendo en el proyecto características y elementos que reduzcan el daño causado por las fallas. El aspecto 1) es prácticamente imposible y no es justificable económicamente; razón por la cual el aspecto 2) es el criterio utilizado. En tal caso se permite la ocurrencia de fallas pero se debe aminorar sus efectos, tanto en el equipo que constituye el SEP como en la calidad del servicio suministrado.
Conclusión: Para la operación de los SEP que cumplan con las condiciones de operación con el grado de “calidad” aceptable y frente a condiciones de ocurrencia de perturbaciones y/o fallas que no comprometan la integridad de los equipos, la seguridad de las personas y la calidad de suministro, se incorpora al proyecto “ciertos” elementos, equipos, dispositivos y/o sistemas que
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corresponden al denominado “Sistema de Protecciones Eléctricas”, el que constituyen uno de los equipo mas importante que se incluye en el SEP. Definición: Sistema de Protecciones Eléctricas, es el conjunto de equipos y elementos de un sistema de energía eléctrica que realizan operación automática frente a la ocurrencia de condiciones anormales de operación con el objeto de salvaguardar la integridad de los equipos y de las personas así como de mantener las condiciones de operación del Sistema de Energía de modo de cumplir con el “grado de calidad de servicio” aceptable.
Objetivo de un sistema de protecciones: De acuerdo a la definición anterior, el objetivo es: “Aminorar o eliminar los efectos de las fallas sobre el equipo protegido y las personas, desenergizándolo rápidamente, así como mantener la calidad de servicio al eliminar la condición de operación anormal o de falla y aislar aquellos elementos que por su operación defectuosa pueden producir perturbaciones”. Del objetivo enunciado, la función de un sistema de protección se puede definir como: “La detección y rápido aislamiento de la falla o condición anormal de operación que pueda producir daño a la parte afectada y/o a la carga que alimenta”.
1.2.- CACARCTERÍSTICAS GENERALES DE UN SISTEMA DE PROTECCIONES a) Selectividad: Permite discriminar la ubicación del equipo o elemento del Sistema de Energía Eléctrica afectado y, por consiguiente actuar de modo de aislarlo del resto del sistema, el que deberá seguir en operación normal. b) Rapidez: Operación en el tiempo mínimo posible luego de la ocurrencia de una falla o condición anormal de operación. El tiempo de operación es ajustable y depende de la selectividad (temporización de las protecciones). Razones de la alta velocidad de operación: - Se disminuye el daño causado al equipo protegido y/o a las personas. - Se evita la inestabilidad del sistema. - Se acorta el tiempo durante el cual el voltaje disminuye. - Se aumenta la efectividad de la reconexión automática. c) Sensibilidad: El Sistema de protección debe operar frente a una falla por mínima que ésta sea. Una desviación de las condiciones de operación de un Sistema de Energía Eléctrica, respecto de las condiciones normales, implica que el sistema de protección debe operar. d) Seguridad: El sistema de protección debe garantizar la operación en todos los casos que sea requerido.
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e) Respaldo: Es la condición de un sistema de protección que permite la operación de una protección secundaria si la que debió operar, por condición de selectividad, no lo hizo. f) Coordinación: Es la selección y/o ajuste de los dispositivos de protección para despejar una falla y/o aislar la parte afectada del sistema. Es la característica de los equipos de protección de modo que operen selectivamente y otorguen respaldo. 1.3.- COMPONENTES DE UN SISTEMA DE PROTECCIONES ELÉCTRICAS La operación completa de un Sistema de Protecciones implica la realización de ciertas funciones básicas que permiten diferenciar en forma clara a sus componentes constitutivos fundamentales. Estas funciones en el diagrama de bloques de la figura 1.1. MEDICIÓN DE VARIABLES ELÉCTRICAS
DISCRIMINACIÓN DE LAS CONDICIONES DE OP. ANORMALES
ACCIÓN DE ELIMI NACIÓN DE LA CAUSA DE OP. DEFECTUOSA
Figura 1.1 Diagrama de bloques de un sistema de protecciones En el caso más frecuente de un SEP, un sistema de protecciones eléctricas, según el esquema anterior, está constituido por: TRANSFORMADORES DE MEDIDA DE CORRIENTE Y DE POTENCIAL
Variables eléctricas I, V de las condiciones de operación del Sistema de Ener ía Eléctrica
RELÉ
Orden de desconexión del e ui o rote ido
INTERRUPTOR
CIRCUITOS DE CONTROL Elementos y dispositivos que interconectan los anteriores
Figura 1.2 Elementos constitutivos de un sistema de protecciones y diagrama funcional
