PROTECCIONES ELÉCTRICAS
REL RE LE S DE PRO PROT T E CCI ON
TECNOLOGIA
•Relés electromecánicos
Estos fueron las formas iniciales de relés de protección protección que se utilizaron en los sistemas de potencia. Funcionan con el principio de la fuerza mecánica que causa la operación de un contacto en respuesta a un estímulo. La fuerza mecánica se genera a través del flujo de corriente en uno o más devanados de una o varias bobinas, de ahí el nombre electromecánico.
TECNOLOGIA
•Relés electromecánicos
TECNOLOGIA
•Relés electromecánicos
TECNOLOGIA Relés
estáticos
Su
diseño está basado en el uso de elementos electrónicos análogos en vez de bobinas e imanes para crear la característica del relé. Las primeras versiones utilizaron elementos discretos como transistores y diodos en conjunto con resistencias, condensadores, inductores, etc., pero los avances de la electrónica permitieron el uso de circuitos integrados lineales y digitales en las versiones posteriores para el procesamiento de las señales e implementación de funciones lógicas.
El
término estático se refiere a que el relé no tiene partes móviles. No es estrictamente el caso para un relé estático ya que los contactos de salida son generalmente relés mecánicos.
TECNOLOGIA
Relés digitales y relés numéricos Los
relés digitales introdujeron un cambio importante de tecnología. Los circuitos análogos utilizados en los relés estáticos, fueron remplazados por microprocesadores y microcontroladores, para implementar las funciones de los relés.
Comparados
con los relés estáticos, los relés digitales utilizan conversión análoga/digital (A/D) de todas las variables análogas medidas.
Los
relés numéricos son desarrollos de los relés digitales como resultado del avance de la tecnología. Típicamente utilizan un procesador de señal digital (DSP), acompañado de un software asociado.
La continua reducción en el costo de los microprocesadores y de los elementos digitales asociados, lleva naturalmente a que un solo equipo es utilizado para proveer un rango de funciones que anteriormente eran implementadas por equipos separados.
TECNOLOGIA
Relés digitales y relés numéricos
TECNOLOGIA
Relés digitales y relés numéricos
TECNOLOGIA
Relés digitales y relés numéricos
PROTECCIÓN DE SOBRECORRIENTE 50/51
Su funcionamiento es simple ya que su operación depende de dos variables básicas:
El nivel de corriente mínima de operación (o corriente de pick-up), que es aquel valor que produce el cambio de estado del relé (arranque). La característica de tiempo de operación, es decir la forma en que el relé responde en cuanto al tiempo.
Fuente de potencia
CLASIFICACIÓN DE LOS RELÉS
Principios fundamentales de los principales tipos de relés:
Relés de Magnitudes, estos responden a medidas: Relés de Sobr ecor r i ente.
Relés Direccionales: estos responden al ángulo de fase entre dos parámetros: V y I o I1 e I2. Relés de Distancia: Responden a un número complejo o dos fasores : Rele de Impedancia. Relés Diferenciales: Responden a una suma algebraica de corrientes entrando a una zona de protección: Por ejemplo Transformadores. Relés de Teleprotección: Utiliza información de comunicación remota entre subestaciones.
CONEXIÓN TÍPICA DE UN RELÉ DE SOBRECORRIENTE
TIPOS DE RELÉS DE SOBRECORRIENTE
Los relés de sobrecorriente son diseñados para operar, cuando la corriente que circula en el circuito protegido excede un valor determinado, sin importar en qué dirección fluya, es decir cuándo: Ir > Ip. Ir= Corriente que circula en el relé Ip=Corriente preestablecida (pickup)
RELÉ DE SOBRECORRIENTE
RELÉS INSTANTANEOS
Simbología: ANSI / IEEE y IEC
Los relés instantáneos son aquellos que operan sin un tiempo de retardo intencional, su protección debe hacerse inherentemente selectiva por ajuste, esto quiere decir que un relé instantáneo debe ser escalizado, en tal forma que no opere al presentarse una falla en un elemento de su sistema adjunto, este tipo de protección es de alta velocidad.
RELÉS TEMPORIZADOS
Simbología: ANSI/IEEE y IEC
Los relés temporizados tienen tiempo de operación definidos o tiempos que son inversamente proporcionales a la magnitud de la corriente, se usan principalmente en alimentadores simples y su aplicación satisfactoria en otros campos es muy laboriosa ya que operan en fallas en toda dirección, por lo cual deben ser coordinados con todos los relés de sobrecorriente en las líneas adyacentes.
Se dividen según su característica de tiempo en: Tiempo definido o constante Tiempo Inverso Tiempo muy inverso extremadamente Tiempo inverso
Los relés de característica inversa y muy inversa se aplican en circuitos alimentadores de potencia, es más satisfactorio para protección de líneas largas que para líneas cortas, debido que en una línea larga hay diferencia sustancial en la corriente de cortocircuito según el sitio y así el tiempo de operación depende de la proximidad de la falla a la fuente. Esto facilita obtener el tiempo propio de coordinación. Los relés de característica extremadamente inversa se usan en circuitos de distribución y donde el servicio representa una muy fuerte acumulación de cargas con fuentes de control automático tales como Acerías, empresas de agua potable, etc. Las acumulaciones de carga producen a menudo picos de corriente considerables y luego de un corto tiempo se reenergiza el alimentador. La característica extremadamente inversa del relé permite un arranque eficiente con estas cargas y al mismo tiempo permite una protección adecuada para las fallas.
PROCEDIMIENTOS DE COORDINACIÓN Coordinación por tiempo En este método se utiliza un intervalo de tiempo (independiente del nivel de corriente de falla) entre cada uno de los relés que controlan los interruptores del sistema, para asegurar que opere primero el que está más cerca de la falla.
Este método se usa preferentemente en líneas radiales o en líneas en anillo, donde la corriente de falla entre las diversas secciones no difiere mucho. Esta forma de dar selectividad se consigue con relés de tiempo definido.
Tiene la desventaja que el tiempo de despeje de las fallas es cada vez mayor hacia las proximidades de la fuente, justamente donde el nivel de falla es mayor y donde se debería actuar con más rapidez.
Coordinación por corriente Se basa en el hecho que la corriente de falla varía con la ubicación de ésta debido a la variación de la impedancia entre la fuente y el punto de falla. Por lo tanto las protecciones se ajustan a valores apropiados de corriente de tal forma que opere solamente el relé más cercano a la falla.
El tiempo de operación de las protecciones se ajusta en forma instantánea para obtener menores tiempos de despeje de falla.
Este método no es muy práctico en casos donde pueden variar las condiciones de generación, por lo que se podría dar la situación en que las protecciones operen incorrectamente.
La corriente de arranque para el relé A se ajustaría al valor mínimo de falla Fa en el elemento protegido (7kA), pero con este ajuste, para una falla Fb en condiciones de generación máxima, podría operar el relé A simultáneamente y en forma no selectiva con el relé B.
DEFINICIONES
Es conveniente definir algunos términos que son de uso común en protecciones y que es necesario conocer claramente:
Cor r i ente de arr anque o pick-up (I> para fases, Ie> par a tierra)
Es la corriente que produce el cambio de estado del relé. En relación a este término existe una diferencia entre los fabricantes norteamericanos y los europeos.
En los relés americanos, el valor de la corriente mínima de operación o pick-up es igual al valor del tap. En los relés de procedencia europea, estos valores pueden ser diferentes. La corriente de pick-up es del orden de 1,3 veces el valor del tap.
Tap
Es el dispositivo que permite seleccionar la corriente de operación del relé dentro de un rango de tomas o derivaciones dispuestas para este efecto. Normalmente el valor del tap se designa en amperios y representa el valor de corriente que haría operar al relé en un tiempo indeterminado (muy largo).
Di al de ti empo
Es el ajuste que permite variar las curvas de tiempo de operación del relé. En los relés americanos (norma ANSI) va de 0.5 a 10.0 y en los relés europeos (norma IEC) va de 0.05 a 1.0.
Ti empo de coor di naci ón
Es el intervalo de tiempo que se debe mantener entre las curvas de los relés con el objeto de obtener una operación secuencial correcta de los interruptores. Su valor depende de factores como: Tiempo de apertura de los interruptores, error de las curvas de operación de los relés, exactitud de los TC’s y su posible saturación. Habitualmente se usan valores aceptables de tiempos de coordinación entre 0.2 y 0.3 segundos. Normalmente se utiliza un tiempo de coordinación de 0.2 segundos cuando se reúnen las mejores condiciones, es decir, interruptores rápidos, relés de tipo numérico, TC’s de buena calidad y una comprobación de los resultados en terreno.
Coordinación por corriente/tiempo Cada uno de los métodos descritos anteriormente, tiene una desventaja fundamental. Debido a esto, es que los relés de sobrecorriente con característica de tiempo inverso han evolucionado. Con esta característica el tiempo de operación es inversamente proporcional al nivel de corriente de falla, y es una función tanto del ajuste de tiempo como el de corriente.
Se definen varias curvas de operación dependiendo de la proporcionalidad con la corriente así: Curva Normal Inversa Curva Muy Inversa
Curva Extremadamente Inversa.
La norma IEC 60255 define las características inversas de la siguiente manera: Curva Normal Inversa
Curva Muy Inversa
Curva Extremadamente Inversa
TMS=Ajuste multiplicador de tiempo o dial y va de 0.05 a 1.0 I/Ipu=Corriente de falla sobre corriente de pick-up.
La norma ANSI define las características inversas de la siguiente manera: Curva Normal Inversa
Curva Muy Inversa
Curva Extremadamente Inversa
TMS=Ajuste multiplicador de tiempo o dial y va de 0.5 a 10.0
Para el caso de relés de sobrecorriente electromecánicos, es usual que el fabricante suministre las curvas de operación para cada uno de los ajustes de tiempo, teniendo en cuenta que estas curvas no se ajustan exactamente a las ecuaciones IEC o ANSI.
Las curvas de los relés vienen con el valor de corriente expresado en veces el tap y no en amperios, de modo que sirvan para cualquier rango de corrientes primarias. También es habitual que las curvas no comiencen en 1 por tap sino en 1,5 veces en el caso de los americanos o 1,3 veces en el caso de los relés ingleses. En los relés de estado sólido es frecuente que el pick-up sea 1,1 veces el tap y que la curvas comiencen también desde este punto. La razón para esto es que resulta difícil precisar las curvas para valores de corriente muy cercanos al valor de la toma (tap), de modo que el fabricante se deja un margen donde no asegura la exactitud delas curvas.
SELECTIVIDAD CON PROTECCIÓN DE TIEMPO INVERSO
Para un sistema en alimentación radial, se puede coordinar de acuerdo con las curvas representadas en el gráfico siguiente:
Con estas curvas de coordinación y para el sistema anterior: Cuando ocurre una falla en 3 (700 Amperios), el relé3 opera en 0.552 seg, el relé2 opera en 0.828 seg y el relé1 opera en 1.379 seg. Cuando ocurre una falla en 2 (1000 Amperios), el relé2 opera en 0.642 seg y el relé1 opera en 1.070 seg. Cuando ocurre una falla en 1 (2000 Amperios), el relé1 opera en 0.743 seg.
La diferencia de tiempo debe existir entre los tiempos de operación de dos relés consecutivos para lograr la correcta selectividad
El tiempo de sobregiro o sobre carrera solo es aplicable para los relés de tipo electromecánico. En los catálogos de los fabricantes se incluye el tiempo de sobregiro de los relés. En general se puede asumir un tiempo de 0.1 seg. El termino TI 2 + SG1 + FS se denomina Factor de Coordinación F.C. el cual se determina como:
Comúnmente se utiliza el factor de 0,30 s para relés electromecánicos y 0.20 s para estado solido para efectuar la coordinación.
EJEMPLO Para el sistema mostrado en la figura, ajustar los Reles de corriente temporizado de acuerdo a la curva de operación característica mostrada a continuación, de tal modo que haya coordinación entre las protecciones para el circuito mostrado.
RTC1=RTC2=1000/5 Seleccionar un Time Dial TD = 0.5 para el Relé 2.
