PROTECCIONES EN SISTEMAS DE DISTRIBUCION. INDICEI Introducción
Pág. 2-3
Dispositivos
Pág. 4-14
Coordinación dispositivos
Pág. 15-38
Protección Clientes en M.T.
Pág. 39-44
Protección Transformadores
Pág.45 – 55
Bibliografía : IEEE “recommended practice for protection and coordination of industrial and commercial system. Material de cátedra Rivera
Instalaciones Eléctricas Universidad de Morón Morón – Ing.
Material Universidad de San Juan sistemas – Ing. J.C.Gomez
/ Curso de de postgrado en protección de
Manual de equipamiento eléctrico / Joao Mamede Filho
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1. Introducción. La función primordial de la protección es retirar del sistema eléctrico, tan rápido como sea posible, a cualquier elemento en el cual se ha desarrollado una falla. Si esto no ocurre el sistema en general queda en riesgo, y no solamente las partes involucradas en el desperfecto. Teniendo en consideración que el objetivo del sistema eléctrico es proveer energía a los clientes, manteniendo la calidad de los parámetros, con la mayor continuidad posible. De acuerdo con lo descrito, la tarea de los especialistas en la operación de los sistemas es compatibilizar las funciones de protección con las necesidades del sistema. Existen algunos criterios que deben siempre ser considerados en el análisis de sistemas de protecciones, estos son: •
•
Selectividad: Capacidad del sistema de protecciones de, ante una falla, sacar de operación la menor cantidad de instalaciones posible, garantizando la aislamiento de la falla. Confiabilidad: Capacidad de un sistema de dar continuidad al servicio.
Los sistemas de distribución requieren de protecciones para su normal operación. Al igual que en las restantes instalaciones de un sistema (generación y transmisión), el costo de los sistemas de protecciones, comparados con los costos de las instalaciones son bajos, aproximadamente un 3 %. El costo del sistema de protección, sin duda duda es función del nivel de protección que se desea tener, en cada caso debe ser considerado: • • • • • •
Riegos Humanos Costo de equipamiento protegido. Tiempo de reparación de los elementos involucrados. Costo de la energía no suministrada. Costo de las multas asociadas a las l as desconexiones. Factores políticos y sociales.
Los sistemas de protecciones utilizados de manera general en las instalaciones de distribución son del tipo “amperométricos”, basando su operación en la detección de corrientes, que indican el desvío de las condiciones de operación. Tomando en consideración lo anterior, los dispositivos utilizados para el diseño del sistema de protecciones de redes de distribución, poseen la capacidad de responder de manera prevista ante variaciones en los valores de corriente. En los sistemas de distribución, a diferencia de los de transmisión y/o generación de porte, el diseño de los sistemas de protecciones en la mayoría de los casos, nno son considerados ni en los diseños originales de los sistemas ni en las ampliaciones de estos. Teniendo en cuenta esto, en la explotación de los sistemas de protecciones de distribución es de gran importancia tener conocimiento de las características de los distintos dispositivos disponibles Titulo
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para realizar soluciones, posiblemente particulares en muchos casos. Lo anterior es la manera de actuar como consecuencia a lo que normalmente acontece, no despreciando ni minimizando la importancia que tiene el considerar el sistema de protecciones en las instancias de diseño, ya que de esta manera muchas veces no solo es posible encontrar la mejor solución técnica, sino también la mas económica.
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2. Dispositivos. a. Reles de sobrecorriente : Estos son dispositivos de medición, requiriendo de ser utilizados conjuntamente con algún otro dispositivo responsable por la interrupción de las corrientes, y consecuente aislado de la falla. En la mayoría de las aplicaciones, estos reles trabajan asociados a transformadores de medición, responsables de la generación de variables analógicas con valores compatibles con las tecnologías disponibles en los dispositivos. Estos dispositivos pueden tener las siguientes características en su respuesta: ¾ ¾
Direccional y/o no direccional, requiriendo en el primer caso la medición de las tensiones. Tiempo independiente y/o dependiente del valor de corriente.
Estos dispositivos, son utilizados para muchas aplicaciones especiales donde se requiere la medición de corriente, tal como protecciones diferenciales, protecciones de cuba, etc. La tecnología micro-procesada en los reles de sobrecorriente, permitió resolver de mejor forma algunos inconvenientes en la ingeniería de protecciones de sistemas de distribución, a través de funciones específicas que las protecciones modernas poseen, tales como:
•
Función de carga fría:
En función del tipo de carga de los circuitos alimentados, en la energización de estos pude generarse una “sobrecarga” temporaria (iluminación, motores, etc) de algunos segundos de duración (cercano a los 10 seg). El tener en cuenta estas sobrecargas en los ajustes de las protecciones de sobrecorriente, podría generar la necesidad de colocar temporizaciones mayores de las necesarias para el régimen nominal de los circuitos, llegando en el extremo a la posible sub-protección de las instalaciones. Para optimizar el sistema de protecciones en estas situaciones, los reles microprocesador poseen la función de carga fría, mediante esta los ajustes del rele pueden ser modificados durante un periodo de tempo, permitiendo permitiendo de esta manera mantener los ajustes ideales para la operación nominal, “adaptando” los ajustes para el transitorio de conexión. Normalmente esta función es activada con contactos auxiliares del interruptor asociado. Titulo
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Función Función Carga Fría 1000 Ajuste para energización
100
o p m e i T
10 1 0,1 0,01 10
1 00
1 00 0
10 0 0 0
1 0 00 00
Corriente
•
Función conductor roto:
Esta función esta diseñada internamente para discriminar la presencia de carga en dos de las tres fases, tomando esta como hipótesis de rotura de conductor. Una lógica general / simplificada del diseño de esta función es : I<
& & & I >>>
&
t >>> t >>> t >>>
2/3
Como es destacado en el diagrama de bloques, esta función requiere que os niveles de corriente sean superiores a un determinado valor (superior a I<) para habilitar la operación de la función.
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•
Función “T reset”
: Esta función esta diseñada para facilitar la detección de fallas intermitentes en el sistema. Si el rele posee un tiempo teórico de reset de 0, cualquier falla intermitente provocaría que el rele re inicie su conteo, siendo la falla despejada solo después que la misma tenga una duración superior al temporizado del rele. Posiblemente la protección será capaz de despejar la falla, en ese caso, solo cuando esta se transforme en permanente. Normalmente los procesos de “intermitencia” de fallas generan en cada repetición una duración mayor y los intervalos entre fallas son menores. Gráficamente la “integración” de tiempos de operación es:
2000 A 0A
0,1 s
0,3 s
0,6 s
NIVEL DE DISPARO
Las curvas en azul describen la operación de una protección con tiempo de reset = 0, ante una falla intermitente, y las rojas la respuesta ante la misma falas de una protección cuyo t reset > que los intervalos de repetición de la falla. La utilización de esta función debe ser cuidadosamente estudiada cuando los sistemas posean sistemas de recierres habilitados, ya que cuando los tiempos muertos sean cortos (rápida) el no reseteo de los temporizadores en el tiempo muerto, generará que en el segundo ciclo las protecciones puedan responder integrando timepos de fallas, con posibles descoordinaciones, en caso esto no sea considerado.
•
Capacidad de generar lógicas entre reles.
Las protecciones micro procesadas, normalmente son del tipo “multifunción”, lo que implica que en un mismo dispositivo se posee de varias funciones de protección, así como de disponibilidad de lógicas (compuertas and, or, etc). Además de las características descriptas, estos dispositivos disponen de contactos de salida, asi Titulo
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como de entradas digitales que facilitan la generación de lógicas “particulares” para las aplicaciones. Alguna de las aplicaciones conocidas son, protección de sistemas con alimentadores paralelo (será descripto en detalle mas adelante), protecciones de barras, etc. El siguiente esquema ilustra la aplicación de estas lógicas para la protección de barras.
Atras
Adelante
1
A
2
Atras
3
4
Adelante
5
B
Desde el punto de vista eléctrico para el dispositivo 1, la falla en A o en B poseerá las mismas características, ahora desde la coordinación de las protecciones, la falla en B debe ser despejada por el dispositivo 3 y la falla en A despejada por el dispositivo 1. Realizando una ingeniería de protecciones sin comunicación entre los dispositivos de protección, la falla en A seria despejada por el dispositivo 1 en el mismo tiempo que la falla en B, siendo en esta ultima la operación como respaldo ante la falla del dispositivo 3. Disponiendo de reles microprocesados con funciones direccionales de corriente, es posible realizar un esquema de protecciones que permita despeja la falla en barras en tiempos menores, es decir realizando la coordinación de las protecciones a través de lógicas y no a través de tiempo. Para implantar la ingeniería anterior, es posible colocar un nivel de sobre corriente del dispositivo 1, en dirección adelante, con una temporización baja (para evitar operaciones intempestivas en transitorios) , con su disparo bloqueado por el arranque de cualquiera de los alimentadores en dirección adelante. Tomando como hipótesis que todos los alimentadores tienen el mismo ajuste, gráficamente los ajustes serian:
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Coordinación lógica 1000 Ajuste dispositivo 1
100
10 o p m e i T
1
Ajuste dispositivos 2,3,4,5
0,1 Ajuste dispositivo 1, com bloqueo lo ico
0,01
0,001 100
1000
10000
100000
Corriente
Las conexiones entre los reles para esta lógica deben ser: + I2>
I3>
I4>
I5> DISPOSITIVO 1
Block I>>> t>>> Donde el nivel >>> corresponde a la cura de tiempo independiente de 0,150 ms del grafico anterior. b. Fusibles: Fusibles son los los mas antiguos e simples dispositivos de protección amperométrica. Los fusibles, a diferencia de los reles de sobre corriente, son tanto el elemento de medición como el de interrupción . Los fusibles son conectados en serie con el circuito a proteger, respondiendo a través de la fusión del elemento fusible, de manera proporcional a la energía generada por la corriente que por ellos circula. Titulo
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Estos dispositivos tienen las siguientes características en su respuesta: ¾
¾ ¾ ¾ ¾
Tiempo dependiente del valor de corriente, basado en su principio fisico de funcionamiento, responden de manera inversa al valor de corriente. Operación no direccional. El elemento fusible es destruido en la operación. Poseen capacidad de interrumpir corrientes, siempre que estas sean superiores a las nominales. Pueden tener capacidad de limitar la corriente de cortocircuito, interrumpiendo esta antes que alcance el pico máximo.
Las características nominales de los fusibles son suministradas de manera explicita, en cambio la respuesta de estos frente a las sobrecorrientes son representadas en forma grafica. Las denominadas características nominales son: ¾
Tensión Nominal:
Es la máxima tensión de operación del fusible, con la cual tien capacidad de interrupción sin riesgos de re encendidos peligrosos. En un primer análisis, pareciera posible utilizar fusibles de tensión nominal mayor a la de la instalación, lo cual no puede ser exagerado para el caso de los fusibles limitadores, ya que de acuerdo con sus características operativas estos generan sobre tensiones, siendo magnificado este fenómeno en caso de tener tensiones nominales mayores a las de la aplicación. Como regla general en el caso de fusibles limitadores la tensión del fusible no debe superar en más de un 30 % a la de operación. Para fusibles de expulsión o abiertos la mencionada limitación no existe. ¾
Corriente Nominal
Es la máxima intensidad de corriente de trabajo, sin que se superen las temperaturas ni valores de perdidas limites. Un fusible puede trabajar con sobrecargas temporales, siempre y cuando estas no superen el 15 %, mas allá de este valor comienzan algunos procesos que generan el envejecimiento del fusible, pudiendo desviar las características de respuesta de este. ¾
Capacidad de Ruptura
Es la maxima corriente de falla que pueden interrumpir a tensión, factor de potencia y ángulo de conexión especificado. Usualmente se expresa en kA para los NH e D y en MVA para los HH, siendo los valores usuales 100 kA y 300 MVA. Titulo
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Para los de expulsión estos valores van desde los 1,2 kA hasta los 12 kA. Para los de baja tensión estos valores van desde 2kA hasta 10 kA. ¾
Frecuencia de trabajo
Los diseños actuales permiten trabajar en 50 o 60 Hz de manera indistinta. Es importante destacar que la regla general de utilizar fusibles en continua, con el doble de la tensión nominal que la del sistema no es valida, debiendo consultarse expresamente sobre la aplicación al fabricante. ¾
Clase
Es la aplicación para la cual fue diseñado el fusible, que se indica mediante letras, a continuación serán detalladas algunas de estas. En lo que respecta a las curvas características estas son:
¾
Corriente / Tiempo
Siempre son representadas en forma grafica en coordenadas doble logarítmicas. Dentro de estas curvas es interesante destacar 2: o
Máximo tiempo de despeje.
En estas es posible verificar el máximo tiempo de despeje que para cada corriente debe ser considerado para un determinado fusible. o
Mínimo tiempo de “marcado”
En estas son indicados los tiempos a partir de los cuales, los fusibles, sin llegar a un proceso de interrupción, quedan con sus características “alteradas”, pudiendo generar una descoordinación en posteriores fallas en el sistema..
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Es de grande importancia la correcta utilización de cada una de estas curvas en los estudios de selectividad, para garantizar que la respuesta sea la esperada.
F1
F2
F3
A
F4
F5
F6
M B
Para la falla en A, en el estudio de selectividad se debe verificar la coordinación de las curvas de Tiempo de despeje del F2, con las curvas de Tiempo de marcado del F1. Para la falla en B, análogamente debe coordinarse con la curva de Tiempo de despeje de F6, con las curvas de Tiempo de marcado del F3 y del F1.
Para el caso de fusibles no limitadores, es importante destacar que la necesidad de paso por cero para la interrupción genera que Lara altas corrientes la curva responda a una linea horizontal con tiempos de 13,33 o 16 ms, según sean 60 o 50 Hz. Para el caso de fusibles limitadores e poseen también, gráficos de limitación de la corriente de pico, así como gráficos de energías específicas.
•
Alta tensión /alta capacidad de ruptura:
Comúnmente conocidos como HH (Alta tensión / 2,3 kV – 36 kV / 0,5A a 400 A), denominación que surge de las iniciales en Alemán de estos dispositivos. Por sus características constructivas normales, los mismos son aptos para uso interior. Básicamente constan de un cuerpo cilíndrico cerámico, relleno de arena de cuarzote alta pureza y contando con varios elementos fusibles de plata con reducciones de sección. Estos dispositivos poseen un percutor, que además de ser Titulo
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un elemento de señalización de la actuación, tiene la capacidad mecánica de iniciar el comando de una llave seccionadora asociada. Sus principales características operativas son: 9 9 9
Alta velocidad Control de la corriente de pico Generación de sobre tensión (generan alta dI/dt)
•
Alta tensión /Expulsión:
Están formados por un tubo de papel, dentro del cual se coloca la lamina o hilo fusible, normalmente de plata. El elemento fusible es tensionado a través de un resorte, por lo que para bajas corrientes nominales es requerido de algún otro elemento en paralelo para brindar resistencia mecánica. Normalmente son del tipo de caída, por lo que al operar se sueltan de su contacto superior pivoteando sobre el inferior, brindando una fácil identificación de la ubicación de la falla. La capacidad de ruptura de estos dispositivos, esta influenciada por la calidad del tubo portafusible, que en función de su relleno tiene capacidad de generar gases que colaboran en la extinción del arco. Sus principales características operativas son: 9
Capacidad de ruptura función del tubo portafusibles : o o o
9
1,2 kA tipo ballesta ( sin tubo) 2 kA normal 12 kA porta fusible impregnado
Tiempo de operación dependiente de la corriente : o o
Tipo K (rápidos) Tipo T (lentos)
Existen, de acuerdo al fabricante categorías intermedias, así como los denominados “Slow – Fast”, con características lentas para bajas corrientes y rápidas para altas corriente, especialmente diseñados para proteger transformadores de distribución. •
Baja tensión /alta capacidad de ruptura:
Comúnmente conocidos como NH (0.5 kV / 6 A a 1600 A), denominación que surge de las iniciales en Alemán de estos dispositivos. Las características de estos fusibles, requieren de personal idóneo para su manipuleo, existe una categoría de menor potencia y corriente, tipo D, que pueden ser utilizados por personal inexperto, sin colocarse en riesgo. Titulo
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Sus principales características operativas son: 9
Alta variedad en función de las aplicaciones :
Básicamente, las características de respuesta estan definidas por un par de letra, siendo las primeras la “a” o “g”, y las segundas R,L,Tr,B, M. La primer letra indica la capacidad mínima de interrupción ,y la segunda la segunda esta directamente relacionada con la aplicación ( se detallan las mas comunes) : o
o
o
o o
o
•
“a” : son mas veloces que los “g”, solo interrumpen corriente mayores a 4 a 6 veces la nominal “g” : Capaces de interrumpir cualquier corriente superior a 1,25 a 1,3 In “gL” Aplicaciones en general contra sobrecargas y corto circuito “gTr” : Protección de transformadores “aM”: Protección de motores asincrónicos de inducción, solo interrumpen corrientes mayores a 7 In. “gB”: Aplicaciones mineras (mínimo riesgo de explosión)
Baja tensión /baja capacidad de ruptura:
Comúnmente conocidos como fusibles abiertos o semi cerrados, la tension de operacioin es de 400 V, con corrientes de 10 a 400 A y capacidades de interrupcion de 2,5 a 5 kA. Por las caractreristicas constructivas, asi como por la facilidad con la que un operador puede “repararlos”, presentan serios inconvenientes : 9 9
Operación violenta en caso de fallas importantes con expulsión de material fundido. Curvas características “inexistente” por el fácil reemplazo del elemento fusible.
c. Interruptores: Los interruptores son elementos de interrupción, estando siempre conjuntamente con algún dispositivo de medición, para satisfacer la función completa de protección. Para el caso de interruptores de media tensión (1 a 72,5 kV), poseen el dispositivo de medición separado completamente del interruptor, para tensiones menores existen dispositivos de interrupción (caja moldeada) con el dispositivo de medición incluido en este. Para el caso de los interruptores de Titulo
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media tensión, la clasificación de los mismos es realizada, principalmente, en función del medio de extinción de arco dispuesto: • • • •
Pequeño volumen de aceite Gran volumen de aceite SF6 Vacio.
d. Reconectadores: Los reconectadotes son equipos de interrupción, que poseen un elemento de medición y control asociado. Estos dispositivos son utilizados para proteger instalaciones donde existe una alta probabilidad de fallas transitorias (aquellas que son despejadas por la aislamiento temporaria de la instalación, no requiriendo de ninguna acción correctiva). Estos dispositivos tienen las siguientes características en su respuesta : • •
Operan de manera coordinada con seccionalizadores y fusibles. Poseen características de interrupción similares a las de los interruptores.
e. Seccionalizadores: Los seccionalizadores son dispositivos de protección, que aíslan la zona afectada, no teniendo capacidad de interrupción de las corrientes de falla, quedando esta función delegada en interruptores o reconectadotes asociados al seccionalizador. Dentro de las caracteristicas generales pueden dividirse dos tipos de sistema de cuenta : • •
Pasaje de corriente de falla Ausencia de tensión.
Estos dispositivos tienen las siguientes características en su respuesta: • •
Poseen capacidad de “contar” pasajes de corriente por encima de un valor predeterminado. Tienen capacidad de maniobra en función de expirar el ciclado previsto.
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3. Coordinación de dispositivos •
Fusible vs Fusible.
La circulación de corriente en el fusible genera calor, lo que incrementa la temperatura hasta llegar a la de fusión del elemento fusible, momento a partir del cual las características del fusible son alteradas. A continuación el elemento fusible se vaporiza, finalizando el periodo de prearco y dando inicio al de arco, continuando la circulación de corriente hasta que la resistencia del metal vaporizado alcanza un valor tal que la tensión aplicada en sus bornes no es capaz de mantener la circulación de corriente, extinguiéndose. El análisis anterior, puede ser realizado desde el punto de vista de la selectividad. Suponemos tener dos fusibles, de diferente corriente nominal, por los cuales circula la misma corriente de falla, la elevación de temperatura de ellos serán distintas, y como la resistencia es función de la temperatura, también serán diferentes sus dr / dt. La variación de resistencia del fusible menor será mayor. En el periodo de prearco, la variación de resistencia es menos brusco que en el de arco. En función de este analisis, es posible observar, que la selectividad se ve enrtre fusibles no se ve afectada por las resistencias de estos, sino por la velocidad de cambio de estas. El calor generado puede expresarse como : Q = I2 x t El siguiente análisis de selectividad tiene valides para tiempos cortos, donde los procesos desde el punto de vista termodinámico pueden ser considerados adiabáticos (no existe intercambio de calor entre el elemento en estudio y el medio). Bajo estas hipótesis la energia necesaria para fundir el elemento fusible es constante considerando la no disipación de calor. DE aquí se deduce que dos fusibles seran selectivos cuando I2 x t de prearco del fusible mayor sea mayor que el I2 x t total (pera arco + arco ) del fusible menor. Lo anterior implica que el fusible menor interrumpirá la corriente antes que el fusible mayor alcance el punto de irreversibilidad., siendo este aquel en que algún punto del elemento fusible alcanza la temperatura de fusión. La energía de arco no es constante, por lo que normalmente los fabricantes suministre este valor para la denominada corriente critica ( aquella para la cual la energía de arco es máxima), por ende verificada la selectividad con esta, cualquier otra energía mantendrá la selectividad.
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En caso que la corriente detalla genere la operación de los fusibles en tiempos mayores a los 10 ms, no es correcto considerar el proceso como adiabático, motivo por el cual la energía de pre arco deja de ser constante (esta aumenta a medida que la corriente disminuye). En estos casos la selectividad debe ser analizada con las curvas I vs t de los fusibles. En este ultimo caso la selectividad será verificada analizando la ausencia de cruzamientos entre las curvas y/o franjas de tolerancia de los fusibles analizados. Por lo expuesto el análisis de selectividad debe ser realizado considerando los dos aspectos anteriores: •
Energía especifica (I2 x t)
I2 x t (prearco) fus mayor > I2 x t(total) fus menor •
Curvas I vs t
Verificar la inexistencia de cruzamientos. Cuando el análisis de selectividad entre fusibles, es para dispositivos del mismo fabricante, muchas veces estos proveen de tablas de selectividad par sus productos entre ellos. Cabe destacar que las tablas estan basadas en los conceptos anteriores, siendo simplemente una simplificación para los análisis. Las tablas de los fabricantes pueden estar basadas en : •
Tensión de trabajo
10
FUSIBLE MENOR 16 20
25
35
16 FUSIBLE 20 MAYOR 25 35 50
No selectivos Selectivos hasta 380 v Selectivos hasta 600 v
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•
Corrientes de cortocircuito FUSIBLE MAYOR
10
3 5 7 10 15
FUSIBLE MENOR
980 980
15 1300 1300 980
20 1630 1630 1600 780
25
30
2100 2100 2100 1650 1000
2600 2600 2600 2600 1900
En esta se encuentran las máximas corrientes hasta las cuales los fusibles presentan una respuesta selectiva. Se debe considerar que para el caso de fusibles de expulsión siempre se esta analizando para los tiempos de operación de mas de 16 ms, ya que como analizado para corrientes que implican tiempos menores la selectividad es imposible por las características de estos dispositivos.
•
Fusible expulsión vs Fusible expulsión.
Considerando las características de operación de estos dispositivos, los mismos poseen buenas alternativas de selectividad para corrientes bajas, o mas específicamente para tiempos de operación superiores a los 20 ms. Teniendo en cuanta que los dispositivos requieren del apso natural por cero de la corriente para el corte de la misma, para tiempos de operación menores a los 10 ms, es imposible que los fusibles presenten características de coordinación, ya que ambos fusibles abriran en el mimo paso natural de la corriente por cero. •
Fusible limitador vs Fusible limitador.
En este caso el análisis de coordinación debe ser realizado con las curvas I vs t para tiempos superiores a los 10 ms, y mediante cálculos de energías especificas para tiempos menores. •
Fusible expulsión vs Fusible Limitador. o
Fusible expulsión lado carga
Esta topologia es solo valida para instalaciones donde las corrientes esperables de falla generen la operación del fusible de expulsión en tiempos mayores a los 10 ms, ya que en caso de prever corrientes de fallas superiores a aquellas, el limitador mantendrá su energía especifica constante, en cambio el de expulsión permitirá cada ves mayores energias especificas generando la descoordinación de los dispositivos.
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o
Fusible expulsión lado fuente
Para este caso es suficiente comparar las vurvas I vs t, ya que si la corriente es mayor a la que genera la operación del de expulsión en 10 ms, siempre responderá antes el limitador.
•
Fusible vs Reconectador.
Recordando la función del reconectador, siendo este un dispositivo diseñado para mejorar las condiciones de selectividad en un sistema, permitiendo en primera instancia la auto extinción de una falla (para aquellas fallas transitorias), o dando el tiempo para la operación del dispositivo mas próximo a la falla. Un ciclo típico de trabajo es tal como el graficado, con dos operaciones denominadas “rápidas” y dos operaciones denominadas “lentas”. Luego de la última operación, el reconectador queda abierto.
Los reconectadotes trabajan de manera asociada con fusibles y con seccionalizadores, en el caso específico de los fusibles, estos deben ser analizados teniendo en cuenta que estarán sometidos a cargas repetitivas, que implica en un stress térmico que de no considerarse, puede alterar las características de operación del fusible. Deben ser consideradas las siguientes premisas, en función de la ubicación relativa fusible – reconectador: o
Fusible lado fuente:
El fusible debe permanecer inalterado para el ciclo completo de operaciones del reconectador, entendiéndose que no fueron afectadas las características para futuras operaciones Titulo
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o
Fusible lado carga:
El fusible debe permanecer inalterado para el ciclo incompleto de operaciones del reconectador, entendiéndose que no fueron afectadas las características para futuras operaciones. En el periodo lento previsto este debe despejar al falla antes que el reconectador abra definitivamente. Basado en lo descripto, el punto a analizar es la respuesta del fusible ante los ciclos de carga a los que podrá verse sometido. Teniendo en cuenta los periodos de tiempo involucrados, el proceso térmicamente no puede considerarse como adiabático, por lo que deberán ser analizados los procesos de calentamiento y enfriamiento. Los fusibles son cuerpos, cuyo calentamiento y enfriamiento responden a las siguientes expresiones exponenciales: Calentamiento: T = Tf (1-e –t/ θ) Enfriamiento : T = Tf (e –t/ θ) Donde θ es la constante de tiempo del cuerpo, en este caso el fusible. El calculo de esta constante, es realizado mediante la siguiente expresión : θ
= 0,1 S2
Donde S es la relación de velocidades dada por la relación de las corrientes para la fusión en 0,1seg y la corriente de fusión para 300, 600 o 1000 seg, de acuerdo a tipo de fusible elegido. Las normas NEMA establecen: Calibres < 100 Mayores de 100 Tipo C
300 seg 600 seg 1000 seg.
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Gráficamente : Cargas ciclicas 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
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Método Simplificado: El método consiste en “modificar” las curvas de los reconectadores, em función de la cantidad de ciclos, asi como de los tiempos de reconexión. Con estas curvas, conjuntamente com las de los fusibles se podra verificar la máxima y mínima corriente para las cuales existe coordinación de los dispositivos. •
Seccionalizador medicion de corriente vs Reconectador.
En este caso los principios generales a considerar para la coordinación son : ¾
La corriente mínima de actuación del seccionalizador debe ser del 80 % de la corriente mínima de operación del dispositivo lado fuente. Este valor esta estrechamente ligado con la tecnología aplicada, pudiendo ser mas ajustadas las diferencias.
¾
La coordinación debe realizarse con parámetros compatibles, es decir que en caso que el seccionalizador no posea disparo por tierra, el mismo debe ser coordinado mediante sus ajustes de fase.
¾
El seccionalizador debe estar ajustado para quedar abierto con una operación menos que el reconectador de respaldo. En caso de tener varios seccionadores en serie, deben disponerse con una, dos o tres operaciones menos que el reconectador.
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¾
Los tiempos de operación y muertos del reconectador se deben coordinar con el tiempo de retención del seccionalizador. La suma de estos tiempos, excepto el primer tiempo de operación, debe ser mas corta que el tiempo de memoria del reconectador. Si esto no ocurre, ambos dispositivos pueden quedar abiertos.
¾
Los seccionalizadores trifásicos solo podrán ser aplicados con reconectadores trifásicos. La utilización de seccionalizadores trifásicos con reconectadores monofásicos, coloca el riesgo de que el seccionalizador abra corrientes de falla.
Para el caso de seccionalizadores hidráulicos: Teniendo presente que el “temporizador” de estos dispositivos tiene una influencia directa con el fluido, la temperatura de este impactara en la viscosidad, modificando las características de respuesta. La temperatura del aceite será función de la temperatura ambiente y de la carga del equipamiento. Para tener en cuenta estas correcciones se cuenta con tablas con los siguientes datos :
TEMPERATURA ACEITE
. .
0 10 20 30 40 50
. . .
Corriente de Carga (% In) . . .
TIEMPO DE MEMORIA (seg)
25 50 75
132 75 45 32 25 20
Elevación de la temperatura . . .
2 7 15
Con el objetivo de clarificar estos conceptos, consideremos un reconectador con 4 operaciones, respaldando seccionalizadores, que deberán tener menos operaciones que 4 como limite.
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Gráficamente los ajustes del reconectador serán:
Tf1
Tf2 Tm1
Tf3 Tm2
Tf4 Tm3
Se denomina tiempo acumulado total al tiempo transcurrido desde la primer interrupción, hasta el momento en el cual el seccionalizador debe abrir. Considerando un seccionalizador con ajuste para abertura después de contar 3, el tiempo acumulado será: Tm1+Tf2+Tm2+Tf3 Considerando un seccionalizador con ajuste para abertura después de contar 2, el tiempo acumulado será: Tm1+Tf2 Para garantizar la coordinación debe considerarse : ¾
El tiempo con corriente de falla no debe superar el 70 % del tiempo acumulado. Para el caso de 3 conteos debe cumplirse
0,7 x (Tf2+Tf3) < Tm1+Tf2+Tm2+Tf3 Para el caso de 2 conteos debe cumplirse 0,7 x Tf2 < Tm1+Tf2 ¾
El tiempo acumulado no debe superar el valor de memoria del seccionalizador, debidamente corregido con la temperatura ambiente y carga del sistema.
Accesorios: ¾
Restablecimiento Rápido: Disminuye el tiempo del de restablecimiento a 60 segundos, valor compatible con los homólogos de los reconectadores.
¾
Supresión de voltaje: Evita el conteo cuando la falta es aguas abajo, ya que la presencia de tensión evita el conteo.
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¾
Supresión de corriente de conexión: Eleva el múltiplo de la corriente de carga para no contar a 2,4,6 o 8, o bloquea la cuenta cuando existe tensión aplicada.
¾
Medición de corriente de tierra.
•
Seccionalizador medicion de tension vs Reconectador.
El seccionalizador con medición de tensión es un equipo cuyas características eléctricas corresponden con un seccionador bajo carga, o sea tiene bajo poder de apertura, e importante capacidad de cierre, lo que permite que el mismo cierre sobre falla. Su operación se basa en la medición de tensión de alimentación mediante un TV de medición / alimentación cuya relación es de 13.2 Kv / 240 Vca, detectando de esta manera la posición del equipo de reconexión asociado. Al producirse una falla en el alimentador, el equipo de reconexión abre, lo cual es detectado en el seccionalizador por ausencia de tensión, luego de un tiempo ajustable TA (tiempo de apertura), donde se confirma que la ausencia de tensión es debida a la apertura del equipo de reconexión, se provoca la apertura del seccionalizador el cual permanecerá así hasta que retorne la tensión de alimentación y permanezca durante en tiempo ajustable TC (tiempo de cierre), lo que confirmaría el cierre del equipo de reconexión, y la ausencia de falla en otra parte del alimentador. Dadas estas condiciones de presencia de tensión durante un tiempo TC, el seccionalizador cerrará provocando en caso que la falla esté aguas debajo de él, la actuación del equipo de reconexión, lo que se detectará por una ausencia de tensión luego del cierre. Esta situación provoca la apertura inmediata y bloqueo definitivo del seccionalizador. Por el principio de funcionamiento, es importante analizar la identificación de las fallas en la red, donde sean utilizados estos dispositivos.Para ejemplificar el funcionamiento del seccionalizador TVS27 se da el esquema simplificado de la figura siguiente, en donde tenemos un reconectador o equipo con recierre a la salida de SE, y el seccionalizador colocado en una derivación de la troncal.
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Cuando una falla ocurra aguas abajo del seccionalizador, el equipo de reconexión abre dejando sin tensión la troncal, esto hace que el seccionalizador TVS abra luego del tiempo ajustado en TA, pasado el tiempo de la pausa, el equipo de reconexión cierra, energizando la troncal, y después de un tiempo ajustado en TC el seccionalizador cierra, esto hace aparecer la falla nuevamente, provocando la apertura de la protección, dejando nuevamente sin tensión la troncal, el seccionalizador abre instantáneamente y queda bloqueado dado que al producir su cierre la tensión de medición se interrumpió. Esto es lo que determina el bloqueo del seccionalizador. Luego del tiempo de la siguiente pausa el equipo de recierre cierra el interruptor, energizando nuevamente la troncal quedando la falla perfectamente aislada e indicada aguas abajo del seccionalizador dado que este queda abierto.
Para el caso de una falla que ocurra aguas arriba del seccionalizador el equipo de reconexión abre dejando sin tensión la troncal, esto hace que el seccionalizador TVS abra, luego de una pausa el equipo de reconexión cierra, energizando la troncal, tantas veces como cantidad de recierres tenga programado, terminando abierto en la SE, la troncal sin tensión y el seccionalizador TVS abierto también.
Como se ve en este caso si bien el seccionalizador quedo abierto la falla no esta aguas abajo de él, determinando de esta manera que cuando la troncal Titulo
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no tenga tensión y el seccionalizador quede abierto la falla no esta aguas abajo del seccionalizador. Este ejemplo se aplica también para el caso de tener más de un seccionalizador de este tipo en el alimentador. A continuación según se ilustra en la figura se dan una serie de condiciones de fallas identificadas como A; B; C; D y E, además se colocaron cuatro seccionalizadores identificados como 1; 2; 3 y 4, en la tabla adjunta se indican el estado que quedan cada elemento luego de localizada la falla. La coordinación entre distintos seccionalizadores se logra escalonando los tiempos de cierre de los mismos en forma secuencial, haciendo que el próximo seccionalizador cierre luego que el anterior haya cerrado y superado el tiempo de reset ajustado en TR.
EQUIPO
Falla en A
Falla en B
Falla en C
Falla en D
Falla en E
Cerrado
Cerrado
Cerrado
Cerrado
Abierto
TVS 1
Abierto y Bloqueado
Cerrado
Cerrado
Cerrado
Abierto
TVS 2
Cerrado
Cerrado
Cerrado
Abierto y Bloqueado
Abierto
TVS 3
Cerrado
Abierto y Bloqueado
Cerrado
Cerrado
Abierto
TVS 4
Cerrado
Abierto
Abierto y Bloqueado
Cerrado
Abierto
Reconectador
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Según puede verse para el caso de la falla en el punto E, hace que el equipo de reconexión de la SE complete su ciclado y termine abierto, y como consecuencia los seccionalizadores quedan todos abiertos. La diferencia entre posición ABIERTO y ABIERTO Y BLOQUEADO es que en ésta última condición No Cierra al detectar tensión de alimentación, en cambio en la condición ABIERTO cerrará luego de un tiempo TC de haber detectado tensión de alimentación.
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4. Esquemas típicos de redes de distribución. Red aérea: Ramal derivado S > 500KVA
4 13,2 KV 132 KV
7
1
TramoCASMT
7
5
Línea Troncal
4
3
7
Cierre con otra SE
2
AT/MT 40MVA
Ramal derivado S 500KVA 6 AT/MT
Cierre con la otra Sección 40MVA
REFERENCIAS: 1 INTERRUPTOR DE SALIDA DES.E. CON RECIERRE 2 SECCIONALIZADOR TRIPOLAR 3 DETECTORDE CORTOCIRCUITO 4 AUTODESCONECTADOR FUSIBLE 5 SECCIONADORDECUCHILLAS 6 SECCIONADORBAJOCARGA 7 JUEGO DE SECCIONALIZADORES UNIPOLARES
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Ubicación de los elementos de protección: 1. Equipo de recierre: Siempre que sea posible el equipamiento de recierre estara ubicado en el alimentador de salida de la estación, deberán ser estudiados los siguientes casos particulares: •
Trechos de salida de CASMT de longitudes superiores a los 2,5 kM.
•
Cuando existan clientes conectados en el tramo subterráneo de salida, independientemente de la longitud del cable.
Como regla general no se colocaran equipos de recierre en serie, siendo estudiados los casos en los que por las longitudes de las líneas, las corrientes de c.c. en el final no puedan ser detectadas por la protección de la cabecera, en cuyo caso se podrán estudiar soluciones con dos equipos de recierre en serie. 2. Fusibles de expulsión: Teniendo en cuenta las características de estos dispositivos, los mismos poseen descoordinación, independientemente de los calibres, a partir de determinadas corrientes de falla, por lo anterior la utilización de estos deberá ser siempre analizada con esta limitación. Los mismos son utilizados en los incios de ramales, teniendo que ser consideradas detalladamente las limitaciones enunciadas. COORDINACIÓN FUSIBLES DE EXPULSIÓN 10 0 0 . 0 0 0
100.000
10.000 Curva de M e t a l i za c i ó n F u s i b l e K 10 0 A
1.000
0.100
0.010
Curva de Fusión Fusible K 6 A
0.001 10
10 0
10 0 0
10 0 0 0
10 0 0 0 0
I n te n s i d a d ( A m p e r )
Como surge del grafico, para corrientes superiores a los 4200 A, estos fusibles descordinan, independientemente de los calibres elegidos. Teniendo en cuenta que estos fusibles son muchas veces utilizados para Titulo
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proteger transformadores, esta descoordinación esta latente, por lo que para su aplicación se deben analizar: •
Potencia de c.c. en el punto a ser instalado:
En puntos de alta c.c., en general se encontrará el problema de descoordinación para altas corrientes. •
Potencia instalada en el ramal:
Para potencias elevadas es posible que se requiera de un fusible en el inicio de calibre alto, que obliga a temporizaciones que pueden llevar a la cabecera a niveles inadmisibles. •
Ciclados de recierre :
La utilización de fusibles de bajo calibre, debe ser cuidadosamente analizada, ya que los mismos pueden tener una zona de descoordinación con el ciclado rapido de reconexión, aumentando la probabilidad de quemado de fusibles para fallas transitorias. 3.
Seccionalizadores:
Estan siempre asociados a esquemas de recierre, siendo principalmente utilizados en los siguientes casos : •
En el nacimiento de ramales cuando : o
o
o
o
Las potencias de C.C. impiden la coordinación de fusibles. En las instalaciones del ramal se poseen cargas protegidas con calibres altos de fusibles, que generarían la necesidad de tener un fusible en el inicio con tiempo s que no podrían coordinarse con la cabecera. Cuando exista un cliente de alta penalidad, puede colocarse un seccionalizador aguas debajo de este para minimizar los cortes en el cliente por fallas en las derivaciones. En el caso de los seccionalizadores con detección por tensión, considerando que estos cierran bajo falla, y de manera secuencial, la instalación de más de 3 en un alimentador pueden generar la energización de una falla luego de algunos minutos de ocurrida. Esto no es recomendable desde el punto de vista de seguridad.
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Criterios de protección y ajuste: En función de las instalaciones deberán ser definidos los limites térmicos de los equipos a proteger, a través del I2 x t de cada uno, como regla general siempre que posible serán utilizadas curvas inversas intentando satisfacer la protección, permitiendo la máxima explotación del sistema. En este tipo de instalación, el esquema de recierre es fundamental para mejorar la calidad de servicio en lo referente a continuidad. Los ajustes posibles para este pueden ser : •
Alimentadores con seccionalizadores ajustados con 3 ciclos.
En este caso el esquema de recierre propuesto es Rápida + Lenta + Semi Rápida + Semi Rápida.
•
Alimentadores con seccionalizadores ajustados con 2 ciclos o sin seccionalizadores.
En este caso el esquema de recierre propuesto es Rápida + Lenta + Semi Rápida •
Alimentadores con centros de distribución o transformación aguas abajo.
En este caso se mantendrán los criterios anteriores, reemplazando los disparos rápidos por lentos, para permitir la coordinación de las protecciones del centro de distribución o transformación con las del alimentador en cabecera. NOTA : En los casos en que no sea posible el ajuste de características “semi rápidas”, estas deberán ser reemplazadas pro características lentas. Características de los Disparos
Dentro de las características de disparo de una protección con sistema de reconexión se pueden distinguir las siguientes: Disparo rápido: El objetivo de esta acción es despejar fallas del tipo transitorias sin provocar un corte definitivo en ningún punto del alimentador, por lo tanto se busca darle a la protección la máxima velocidad posible, lo cual se logra ajustando los tiempos de disparo al -
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valor mas bajo posible, pero evitando su operación por fenómenos transitorios de la red. Disparos Lentos: Este criterio de operación busca lograr la coordinación con los elementos de protección ubicados en el alimentador y no someter a la instalación a esfuerzos térmicos intolerables. Dado que los tiempos de actuación de los elementos de protección existentes en el alimentador (Fusibles) y los esfuerzos térmicos en la instalación son proporcionales al cuadrado de la corriente de falla es que se utilizan para este tipo de disparo las características de tiempo inverso dadas por las normas ANSI y/o IEC. -
Disparos Instantáneos: El criterio de este nivel de operación, sin perder coordinación con las protecciones del alimentados, es el de suspender el ciclado de la falla, o sea bloquear la acción de recierre. Esto se provoca cuando los valores de las corrientes de falla indican que esta se localiza en el CASMT de salida de S.E. o son tan elevados que la repetición de la falla (Ciclado) pueda dañar la vaina del CASMT. -
Disparo Rápido:
Curvas de Operación Rápida 1000.000
HH100Amper
Disparo Rápido de Neutro
100.000
Disparo Rápido de Fase
10.000
K65Amper
1.000
HH63Amper
0.100
0.010
Corriente máxima de coordinación
0.001 10
100
1000
10000
100000
Corriente [A]
Como se observa en el gráfico indicativo, de aparecer una corriente residual de neutro superior a la mínima regulación se produce el disparo instantáneo de la protección tratando de evitar que si hubiese un fusible en serie con la falla éste opere. Dado que el tiempo total de corte de los interruptores de S.E. está en el Titulo
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orden de los 50 a 90 mSeg, sólo se puede evitar la operación del fusible para corrientes de falla menores a la indicada como máxima de coordinación. De aquí la recomendación de no colocar fusibles de calibres pequeños como protección de los ramales. En el caso de fallas sin contacto a tierra, el valor de la mínima corriente de operación está definido por la corriente necesaria de coordinación y la carga máxima esperada. Para evitar que transitorios de inserción, (producto de maniobras realizadas en el alimentador tanto sean propias como de clientes de M.T., o fallas del lado B.T. de los transformadores), provoquen la operación del disparo rápido, se ajusta para corrientes entre la mínima de operación y la máxima corriente reflejada en 13,2 KV para fallas en BT con una temporización al disparo de 0.15 Seg.
Disparo lento En el gráfico siguiente se muestra un ejemplo para red de 13,2 KV Curvas de operación Lentas 1000.000
Disparo Lento de Fase
HH100Amper
100.000
Disparo Fase Trafo AT/MT lado MT
10.000
K65Amper Lím.Termico Vaina CASMT
Disparo Lento de Neutro
1.000
K100 Amper Icc en Final CASMT
0.100
HH63Amper Icc Final Alimentador
0.010
Icc en Barras de S.E: 0.001 10
100
1000
10000
100000
Corriente [A]
Límite superior del ajuste de fase Este límite está fijado a partir de la necesidad de coordinación con ajuste de la protección de sobrecorriente secundaria del transformador AT/MT. Los ajustes de las protecciones secundarias del transformador, pueden estar limitadas estrictamente por las posibilidades de sobrecargas de la maquina, o puede estar limitado también por alguna característica particular de protección que las Titulo
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instalaciones requiera. Este último caso puede ser la decisión de proteger las vainas de los cables ante falla en la apertura de un interruptor de cable. En el ejemplo anterior, se establece como limite la proteccion de la vaina hasta una corriente de 10 000 A. Los límites establecidos en el caso de relés del tipo micro procesados respecto del ajuste de la protección de sobrecorriente secundaria del transformador AT/MT son de 1,2 veces la Intensidad nominal y 200 mSeg, (es decir que para el caso de un transformador de 40MVA en 13,2KV, si a la característica de disparo de la protección de un cable saliente, le sumamos 2000 A y un tiempo de 200 mSeg no alcanzamos la característica de disparo de la protección de sobrecorriente secundaria del transformador AT/MT). Lo expresado hace que para el caso de 13,2KV debajo de un alimentador de media tensión solo sea posible coordinar con fusibles de calibres no mayores de 100 A (tanto del tipo HH como del tipo K), y tolerar una protección mas en serie que puede ser la protección de salida a un Cliente de M.T. o un reconectador.
Ajuste del nivel de actuación instantáneo Este nivel de actuación deberá provocar la interrupción del ciclo de recierre. El criterio de ajuste está dado por el cálculo de las corrientes de falla esperadas al final del CASMT de salida. Independientemente de la longitud del cable pueden adoptarse límites dados por las potencias de CC involucradas en las fallas, o cuando los limites térmicos sean superados por el ciclado completo. En lo que respecta al tiempo de operación, solo se podrá ajustar en tiempo 0 (Cero) en los casos que el algoritmo de la protección no responda a la componente unidireccional transitoria que se presenta ante una falla asimétrica. En el caso contrario, que el algoritmo contemple el valor RMS, el tiempo de actuación del nivel instantáneo se deberá fijar en forma tal de no bloquear el recierre por este fenómeno
Ajuste del nivel bajo de actuación de neutro Se ajusta al mínimo valor de corriente posible, previendo una resistencia de falla de al menos 100 Ω (siempre que el alimentador cuente con todas sus cargas en conexión triángulo). El objetivo de este escalón de ajuste es tratar de detectar la corriente homopolar resultante de un cable a tierra. Para corrientes de neutro mayores detectables por fusibles o seccionalizadores, el tiempo de operación estará definido por la coordinación necesaria.
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Disparo Semi rápido El objetivo de esta característica de disparo es continuar con la cuenta de los seccionalizadores bajando las solicitaciones térmicas de los conductores durante el ciclado de la falla. Si se realiza la característica de disparo lenta, implica que no hay fusibles interpuestos con el punto falla, por lo tanto los ciclados restantes se realizan para hacer actuar los seccionalizadores ( generar la cuenta de estos), esto hace que se pueden realizar disparos más rápidos. La única precaución que se debe tener, es que la corriente de inserción no provoque la operación de la protección (motivo por lo que no es recomendable que estos disparos sean rapidos), por lo que se temporiza su actuación para corrientes por debajo de las esperadas de inserción. En el gráfico siguiente se muestra un ejemplo para red de 13,2 KV Curvas de operación Semi rápidas 1000.000
Disparo Semi Rápido de Fase
100.000
10.000
Disparo Lento de Neutro
1.000
Icc en Final CASMT
0.100
Icc Final Alimentador
0.010
Icc en Barras de S.E: 0.001 10
100
1000
10000
100000
Corriente [A]
Condiciones para interrumpir el ciclado de recierre: El ciclo de recierre se interrumpirá automáticamente cuando la protección detecte cualquiera de las siguientes situaciones: −
Altas corrientes de falla:
−
Baja corriente de neutro: Titulo
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En alimentadores cuyas cargas se encuentren conectadas en triángulo, para corrientes de falla muy bajas no detectables por fusibles y/o seccionalizadores, por razones de seguridad, se provocará la apertura definitiva del alimentador interrumpiendo el ciclado de recierre luego de efectuar el disparo rápido. Para esta configuración es necesario que la protección presente la función T RESET en los ajustes de primer nivel de corriente.
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Red subterránea: 13,2 KV 132 KV
AT/MT
3 40MVA
AT/MT 40MVA
3 1
2
5 4
Referencias 1 2 3 4 5
Cámara protegida con fusibles tipo HH Salida a Cliente en M.T. protegida con interruptor y protección Interruptor con protección Plataforma con fusible tipo expulsión División red
Ubicación de los elementos de protección: Para este tipo de topología, los criterios de protección son estrictamente basados en capacidad de sobrecargas (de corta o larga duración), considerándose que no existen fallas transitorias, tal como en las redes aéreas. En función de las características de la red (equipamiento de protección en los ramales), así como de las potencias de las maquinas que alimentan la instalación, es posible “seccionar” el alimentador , colocando un interruptor con protección en este. Con esto se intenta lograr una mayor confiabilidad en parte del alimentador.(aguas arriba del interruptor mencionado)
Criterios de protección y ajuste: Básicamente las protecciones en este tipo de red poseen dos zonas, las de bajas corrientes de falla, y las de alto valor de falla. El criterio para los ajustes es el de coordinar con las protecciones instaladas (fusibles y protecciones ) para el caso de las fallas de bajo valor de corriente, y estudiar los puntos de quiebre para la operación con bajo valor de tiempo para las altas corriente. En general este tipo de ajustes, responde a los criterios enunciados para la respuesta lenta de las protecciones en las redes aéreas. Titulo
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El siguiente grafico muestra un ejemplo apra una res de 13,2 kV, alimentada por un transformador de 40 MVA.
Curvas de operación Red Subterránea 1000.000
HH100Amper Disparo Lento de Neutro
Disparo Lento de Fase
100.000
Disparo Fase Trafo AT/MT lado MT
10.000
K65Amper Lím.Termico Vaina CASMT 1.000
0.100
HH63Amper Icc Final Alimentador
0.010
Icc en Barras de S.E: 0.001 10
100
1000
10000
100000
Corriente [A]
Para los ajustes de bajo valor de corriente de falla, las protecciones en los alimentadores poseen como limite superior al ajuste de la protección secundaria del transformador, que tal como mencionado en las redes aereas puede tener como limitación no solo la capacidad de sobrecarga de la maquina, sino alguna función de protección adicional (vaina del cable). Respecto de la operación instantánea los criterios de ajuste varían según los casos: −
En el alimentador sólo existen fusibles tipo HH Estos fusibles son del tipo limitador, es decir que a partir de un cierto valor de corriente, el cual depende del calibre del fusible, este interrumpe la corriente de falla en un tiempo menor a 10 mSeg., esto hace que la protección ubicada aguas arriba mida un valor menor que el real de falla, hecho que se utiliza para definir el valor a partir del cual se provoca la actuación instantánea de la protección, adoptando 50 mSeg como el tiempo mínimo de actuación de la protección para permitir la correcta operación de los indicadores de corto circuito.
−
En el alimentador existen interruptores con protección El nivel de operación instantánea se regulará para corrientes de falla mayores que las correspondientes a la ubicación del interruptor con protección más próximo. En caso que el interruptor esté ubicado muy Titulo
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cercano a la S.E. y la potencia de corto circuito en la cámara supere los 220 MVA la coordinación se realizará temporizando la actuación instantánea hasta 0.2 Seg. −
En el alimentador existen fusibles tipo explosivo Como en estos casos el fusible no limita la corriente de falla, la coordinación se realizará observando los tiempos dados por las curvas de operación Red mixta:
Este tipo de alimentador se refiere a los casos donde se tiene un cable subterráneo, que alimenta a varios centros, con una longitud mayor a los 3 KM., que luego pasa a ser LAMT, continuando con la distribución. 13,2 KV 132 KV
Protección sin reconexión
AT/MT
Reconectador
40 MVA
El criterio de protección surge de una combinación de los casos descriptos anteriormente, o sea, en S.E. se contará con una protección de sobrecorriente con las características descriptas en el caso de red subterránea, instalando en el inicio de la red aérea un reconectador, o un interruptor con protección electrónica autoalimentada, los cuales serán calibrado con los criterios enunciados para red aérea de M.T.
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Protección de Clientes en M.T.:
En función de las potencias contratadas, así como de las posibles características de cada cliente estos podrán tener alimentaciones exclusivas o formar parte de un alimentador “compartido” con otros clientes de iguales o diferentes características. En función de la exclusividad o no del alimentador, la ingeniería de protecciones debe ser adaptada, como regla general pueden tratarse clientes sin o con alimentador exclusivo, y en este ultimo caso con o sin alternativas.
•
Clientes con alimentador no exclusivo
En función de sus características, siempre que sea posible es recomendable la instalación de fusibles limitadores en la entrada de alimentación al cliente, de esta manera se aprovecha la característica de limitación de estos, además de facilitar los ajustes de las cabeceras para el cambio de curva inversa a de tiempo definido (instantáneo de ser posible). Esta solución presenta los siguientes casos que deben ser analizados de manera particular:
o
o
o
Cuando la potencia o protecciones del cliente requieran de la instalación de fusibles HH de mayor calibre que el tolerado por los ajustes del alimentador para una correcta coordinación.
Cuando el cliente posea en su entrada un interruptor con protección. En este caso es prácticamente imposible conseguir una adecuada coordinación con un fusible.
Cuando el cliente posee en su entrada un fusible del tipo expulsión. En este caso se deberá hacer un estudio particular para el caso.
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•
Clientes con alimentador exclusivo
Las características que posee un cliente para que sea atendido con un alimentador exclusivo, son definidas por cada empresa. Normalmente el principal punto a considerar es la potencia contratada.
13,2 KV 132 KV
AT/MT 40MVA
AT/MT
Alimentador exclusivo
Alimentador Reserva
4 3
40 MVA
1
5 2
Salida a Cliente
Referencias 1 2 3 4 5
Indicador de corto circuito Medición Interruptor con protección División red Seccionador bajo carga
Normalmente este tipo de cliente posee, además de la alimentación exclusiva, uma alimentación alternativa, que es un alimentador con capacidad de carga para tomarlo. Por razones geográficas es probable que el alimentador alternativo sea tomado de la misma E.T., de otra barra que el principal. Como regla general los clientes que poseen características para alimentación exclusiva, poseen una pequeña distribución en M.T., esto implica que existan más protecciones en serie con las del alimentador, impidiendo una coordinación de tiempos acorde con las necesidades, fundamentalmente para altos valores de corriente. Basado en lo anterior una arquitectura posible para estos casos es la indicada en la figura anterior, donde en la salida al cliente se instala un equipo de maniobra sin protección, con indicación de pasaje de corriente de cortocircuito, instalando un interruptor con protección en la entrada del alimentador reserva. De este modo, cuando el Cliente se esté llevando en forma normal, las protecciones del alimentador en S.E. se ajustarán coordinando con las internas del Cliente, y ante su actuación, el indicador de corto circuito ubicado en la salida a cliente permitirá discriminar si la falla se encuentra en el alimentador o en el cliente. Titulo
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En el caso, que el Cliente se encuentre temporalmente alimentado por la reserva, y ocurra una falla en el operará la protección ubicada en la entrada de la reserva, cuyo criterio de ajuste será la selectividad con las protecciones del alimentador de S.E. y no con las protecciones internas del Cliente. De igual modo cuando se esté llevando el alimentador de reserva desde la alimentación principal del cliente y en el alimentador de reserva ocurra una falla, operará la protección instalada en la cámara, quedando el Cliente alimentado. Especial atención debe ser tomada para el caso de tener en el cliente conmutación automática del alimentador principal al reserva, colocando algún dispositivo de bloqueo de esta conmutación para el caso de detección de falta de tensión posterior a detección de corriente de c.c., evitando una conmutación sobre falla.
Clientes con doble alimentador exclusivo
•
En caso que sea requerido, ya sea por la potencia contratada, así como por la necesidad de extrema seguridad en la continuidad del servicio, pueden existir clientes con alimentaciones dobles exclusivas, de acuerdo al siguiente esquema: 13,2 KV 132 KV
AT/ MT 40
2 Alimentadores Reserva AT/M T
40
4
1
2
1
2
Salida a Cliente
Alimentadores exclusivos Referencias 1
Protecciones en S.E. 2 Protecciones de entrada a Cra 3 Protección Salida a Cliente 4 Protección Acoplador
Criterios adoptados: Protección de salida Cliente “Referencia 3 de la figura” En este caso el criterio de ajuste de esta protección será el de coordinar con la protecciones internas del Cliente, la protección ante cortos circuitos del cable de salida a Cliente y permitiendo para altas corrientes de falla, la coordinación con un solo interruptor de entrada a Cliente, esto implica que, si la instalación Titulo
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eléctrica interna del Cliente tiene en serie mas de un interruptor con protección, y desea mantener selectividad entre ellos, deberá lograrlo sin escalonar tiempos, por ejemplo utilizando esquema de selectividad lógica entre ellos. Proteccion de acoplador “Referencia 4 de la figura” La protección correspondiente al interruptor de acoplamiento llevará un ajuste superpuesto a de la protección de salida a Cliente y se utilizará un esquema de selectividad lógica con esta. Cabe destacar que este acoplador solo estará cerrado cuando los alimentadores principales esten fuera de operación, por lo que estas logicas puden ser activadas con la posición de este interruptor de acoplamiento. ] Proteccion de interruptores de entrada “Referencia 2 de la figura” Estas protecciones deben tener función direccional, o sea, responderá a ajustes diferentes en función si la falla ocurre en el alimentador “falla a espaldas” u ocurre en la salida a Cliente o en barras “falla adelante”. 13,2 KV 132 KV
AT/ MT 40
2 Alimentadores Reserva AT/ MT
40
1A 1
4
A
2A Iap
Salida a Cliente
2 B
Alimentadores exclusivos Referencias 1
Protecciones en S.E. 2 Protecciones de entrada a Cra 3 Protección Salida a Cliente 4 Protección Acoplador
Con el objeto de bajar los tiempos de actuación de protecciones para fallas en barras de cámara, se utilizará un esquema de selectividad lógico con la protección de salida a cliente, es decir que el arranque de esta ultima inhibirá algún nivel de instantáneo de las protecciones, cuando esta ultima no arranque y las protecciones de entrada cliente no deberán coordinar en tiempo, ya que la falla es en barras.
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En el caso de una falla en el punto A de la figura, lo necesario es que terminen abiertos los interruptores asociados a las protecciones 1A y 2 A, para que esto ocurra la función direccional de la protección 2 A debería tener su corriente de mínima operación ajustada a un valor suficientemente bajo como para detectar la corriente de aporte “Iap”, cuyo valor depende de la impedancia de los cable y sobre todo de la distancia del punto de falla A de barras de la S.E. y un tiempo de operación rápido para evitar que opere la protección “2” del alimentador sin falla. Un ajuste de corriente mínima de operación de la función direccional muy bajo, puede traer aparejados disparos intempestivos por aporte de la carga ante fallas en cualquier alimentador de la red perteneciente a la misma barra de la S.E. Por lo expuesto, la solución a implementar es ajustar la corriente mínima de operación direccional levemente inferior a la mínima corriente de operación de la función no direccional, asegurando de este modo que si la Iap es detectada por la protección 2 la 2 A también la detecte. Con este criterio de ajuste, en caso de una falla en A, si la corriente Iap no es detectada, en primer instancia operará la protección 1A en S.E., esto hará que la Iap tome valoras suficientes para que sea detectada por las protecciones de la cámara operando la protección 2 A y quedando librada la falla de ambos lados. Para el caso de fallas hacia delante (Falla en punto B), las protecciones de entrada a cámara (2) se ajustarán selectivamente con la protección de salida a Cliente utilizando la función de bloqueo por selectividad lógica, teniendo en cuenta, que al estar los dos alimentadores operando en paralelo, la corriente de falla vista por cada uno de ellos es la mitad de la corriente de falla vista por la protección de salida a Cliente. Este criterio de ajuste haría que, en el caso de estar uno de los dos alimentadores principales transitoriamente fuera de servicio, la protección del otro pasará a ver, en caso de falla, la misma corriente que protección de salida a Cliente lo que provocaría una descoordinación. Para evitar esta situación es necesario que las protecciones de entrada a cámara, al igual que las protecciones de subestación deban contar con dos grupos de ajuste, de manera tal de contemplar en un grupo de ajustes la situación de paralelo y en el otro la de alimentador individual. El cambio de ajustes de un grupo a otro se deberá realizar en forma automática con la presencia o no del otro alimentador en servicio, siendo la manera mas segura contando tanto en la cámara como en subestación con la información de la posición de ambos interruptores, lo que obliga a realizar un vínculo de comunicación entre ambas. Si por razones de costos y/o técnicas no se pudiera contar con esta comunicación, se podría suplir esto contando con la función I< (mínima corriente de fase) tanto en las protecciones de entrada a cámara como salida de subestación. De esta manera, cuando uno de los alimentadores se saque de servicio, se activará la función I<, la cual luego de una pequeña temporización, cerrará un contacto de salida provocando en la otra protección el cambio de grupo de ajuste, el cual contemplará la nueva situación quedando coordinado con la protección de salida a Cliente también en este nuevo estado. El inconveniente de utilizar la función I< en lugar de la posición de los interruptores, ocurriría en el caso que el Cliente tomara una carga baja, de Titulo
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forma tal que se activen en las protecciones la función I<, pasando los ajustes los valores correspondientes a alimentadores únicos. Si en esta situación ocurriera una falla en barras de la cámara el tiempo de despeja de la misma será mas alto del necesario. Una manera de evitar este inconveniente es estableciendo una pequenha logica interna en las protecciones de tal manera que solo cambiaran el grupo de ajustes si detectan I< y no reciben de la proteccion del otro alimentador que tambien detectó I<. Esta logica permite suplir la comunicación entre extremos. Protección de salida de E.T.. “Referencia 1 de la figura” Al igual que las protecciones de entrada a cámara, estas deberán contar, tal con dos grupos de ajuste y la función I< (mínima corriente de fase) para poder construir el mismo esquema que el descripto para evitar descoordinaciones ante la operación con un solo cable. Los niveles de corriente de actuación temporizada deberán, en lo posible, coordinar con las protecciones de entrada de la cámara. Si debido a los escalonamientos de tiempo necesarios, el ajuste para lograr coordinación es incompatible con el ajuste secundario de transformador en la S.E., se podrá superponer los niveles de actuación temporizada con los correspondientes a las protecciones de entrada a cámara, asegurando la efectiva actuación de éstos últimos, evitando de esta manera el accionar del automatismo de conmutación, si lo hubiera ante una falla en “B”. Con referencia al nivel de ajuste correspondiente a altas corrientes “nivel instantáneo” se deberá ajustar con los siguientes criterios: Para el grupo de ajustes correspondiente a la operación de los cables en paralelo, se ajustará el nivel de corriente de operación instantánea al valor de corriente de corto circuito resultante del cálculo para una falla ubicada en barras de la cámara estando esta alimentada con un solo cable. De esta manera, se garantiza que la operación en nivel de instantáneo de la protección en S.E. sólo se podrá dar cuando la falla en el alimentador ocurra muy cerca de S.E. o luego de la operación de la función direccional de la protección de entrada a cámara para cualquier otra ubicación de la falla. Para el grupo de ajustes correspondiente a la operación de un solo cable, este nivel se ajustará al valor de corriente de corto circuito resultante del cálculo para una falla ubicada en 80 % de la longitud del cable para el caso de alimentación con un solo conductor. Al igual que el caso anterior, se debe tener seguridad que no opere la protección de salida de S.E. antes que la protección de entrada a cámara para el caso de falla en la barra de la cámara.
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Protección de Transformadores de distribución: El transformador de distribución es uno de los equipos mas robustos dentro de un sistema eléctrico en lo que se refiere a capacidad de sobrecarga y habilidad para soportar cortocircuitos. La explotación de estas características es de interés para el operador del sistema, pero no debe olvidarse que existen límites para estas solicitaciones. El régimen general de operación de estas maquinas es de carga variable en función de la hora y los días, pasando por momentos de sub. cargas y sobrecargas, estas últimas deben ser controladas para que las temperaturas no superen los límites especificados para evitar el consumo de vida útil. La evaluación del consumo de vida útil de un equipo, generado por las sobrecargas, es siempre empírico y existen diversos métodos para esto, un ejemplo es el método de Montsinger, que considera que la vida útil se disminuye a la mitad por cada 6 grados de aumento de temperatura, respecto de la máxima, y se duplica con la disminución en el mismo valor. Los diseños actuales de todos los equipos eléctricos generan que estos temas sean de gran importancia a la hora de diseñar la explotación del sistema, ya que las maquinas actuales no soportan las exigencias que permitían los antiguos diseños. En este sentido es importante entender que las maquinas modernas no son “peores” que las antiguas, sino que se ajustan estrechamente a las especificaciones, obligando a que la explotación de los sistemas también lo haga. Las maquinas pueden ser sometidas a esfuerzos generados por fallas internas o externas, siendo las ultimas denominadas comúnmente sobrecargas severas o no dependiendo de su valor. La falla externa puede tener sus orígenes muy variados, siendo el objetivo del sistema de protecciones evitar que estas generen consecuencias en el transformador. En el límite una sobrecarga puede ser considerada como una falla externa, sin que necesariamente tenga elevado valor de corriente, lo que no implica que tenga capacidad para dañar la maquina. Las fallas internas pueden tener sus orígenes en, procesos de envejecimiento, defectos de material no detectados, defectos en la mano de obra, falta de mantenimiento, sobrecargas no controladas, o una combinación de cualquiera de estas. En el caso de fallas internas, debe ser adicionalmente considerado que la aparición de arco en la maquina genera importantes disipaciones de energía en el aceite, descomponiendo a este ultimo en gases, algunos combustible que pueden llevar a la explosión de la maquina, con emisión de aceite encendido. Para evitar estas consecuencias las cubas de las maquinas deben ser diseñadas con esta hipótesis, y además se debe reducir la energía puesta en juego ante una falla interna, para esto debemos minimizar la corriente de C.C.. posible en la maquina. En principio existen dos maneras de limitar la C.C. en una instalación: •
Colocar equipamiento que limite la potencia de C.C (ej: reactancias).:
Esta solución no es recomendable ya que trae aparejadas caídas de tensión con el aumento de la carga, además de aumentar las perdidas en el sistema. Titulo
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•
Conectar algún dispositivo interruptor que limite la corriente de C.C.
El fusible de alta capacidad de ruptura reúne las condiciones para limitar la energía puesta en juego en estas fallas, además de minimizar los efectos electrodinámicos, al reducir el valor de pico de la corriente de falla. Requisitos para el esquema de protección. ¾
Capacidad de interrupción de la máxima corriente de falla que pueda aparecer en el punto de conexión.
¾
Capacidad para soportar, características inalteradas, las propias de la maquina:
permaneciendo sus corrientes transitorias
Inserción. Sobrecarga pos energización. Falla de alta corriente próxima a la maquina Descarga atmosférica próxima a la maquina
¾
Capacidad de evitar consecuencias ante una falla severa en la maquina (descarga de aceite, explosiones, etc.).
¾
Protección ante sobrecargas
¾
Selectividad y coordinación con el sistema de protecciones.
¾
Permitir la operación emergenciales.
en
regimenes
de
sobrecarga
Dispositivos de protección más utilizados. De acuerdo con lo detallado, las protecciones del transformador son del tipo amperométrico, siendo las alternativas fusibles o interruptores con relés asociados. Esta ultima posibilidad posee una serie de ventajas tales como posibilidad de adicionar protecciones intrínsecas de maquina (válvula de sobre presión, rele Bz ), utilización de protecciones diferenciales o relés de cuba, pero requieren de una complejidad en al instalación y de costos asociados que en para maquinas de pequeño porte no son justificados. En la mayoría de los casos la protección de las máquinas en distribución es realizada con fusibles, y como se vera para realizar un esquema completo se deben tener fusibles en M.T. y en B.T.
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¾
Elección de los parámetros para el fusible primario.
Tensión Nominal: Para la elección de la tensión nominal del fusible se debe estudiar el tipo de puesta a tierra del sistema, en caso de un sistema rígido, la tensión máxima que podrá ser aplicada corresponderá a la tensión de fase. Para el caso de sistemas con puesta a tierra a través de impedancias, debe ser estudiada la tensión que podría aparecer en el fusible ante la caída de un conductor a tierra (en el extremo podría ser la de línea). Lo anterior corresponde a los análisis respecto a la mínima tensión nominal que debe tener el fusible para determinada aplicación, además de lo anterior, en el caso de utilización de fusibles de alta capacidad de ruptura debe ser considerada la sobre tensión asociada al corte sin necesidad del paso por cero. Esta sobre tensión es estimada entre 2 y 3 veces la tensión nominal del fusible, por lo que la tensión nominal del fusible pude generar en el momento de la interrupción sobre tensiones no soportadas por el resto de la instalación. Capacidad de interrupción: Es la máxima corriente de falla que es capaz de interrumpir exitosamente. Esta siempre relacionada con parámetros tales como: ¾ ¾ ¾
Tensión aplicada Grado de asimetría Factor de potencia.
Muchas veces la capacidad de ruptura es expresada en MVA, en este caso debe ser considerado que no es posible aumentar la corriente de ruptura disminuyendo la tensión de aplicación, es decir los fusibles no poseen capacidad de ruptura basada en la potencia. En este punto es de gran importancia comenzar a realizar una separación en fusibles de alto poder de ruptura y fusibles de expulsión. Las principales diferencias son que los primeros tienen la capacidad de interrumpir la corriente sin necesidad del paso por cero de esta, limitando de esta manera el pico de la misma. En la actualidad las potencias de c.c. de las instalaciones suelen ser de gran valor, generando consecuentes corrientes de falla. En este punto es importante analizar las consecuencias que tiene esta alta corriente, y consecuente alta energía liberada en una falla. Básicamente ya no se esta discutiendo la protección de un equipo, sino las consecuencias que para el resto de las instalaciones, o parte del equipo tiene la alta energía puesta en juego en las fallas. Teniendo en cuenta que la energía puesta en juego es proporcional a I2 x t, vemos que el único dispositivo capaz de limitar esto es el fusible de alta capacidad de ruptura, ya que a diferencia de fusibles de expulsión e interruptores no requiere del paso por cero de la corriente para su interrupción. En este punto debe ser considerado que el fusible de alta capacidad de ruptura no posee buenas características para sobrecargas de bajo valor, por lo que su utilización Titulo
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resuelve uno de los aspectos, necesitando de otros dispositivos para la protección completa de la maquina. Corriente Nominal: En función de las características propias de la maquina, las curvas de carga prevista, y las protecciones con las cuales se debe coordinar, es definida la corriente nominal del fusible para una determinada aplicación. ¾
Corriente de conexión:
Al conectarse un transformador, o en general al aplicarle un brusco cambio de tensión, el transformador reacciona absorbiendo una importante corriente transitoria, cuya amplitud y duración depende de varios factores, entre lo cuales los más destacados son :
características contractivas de la maquina Curva de saturación del núcleo Flujo residual de la maquina Instante de la onda de tensión.
Como puede verse, las características de una maquina frente a estos transitorios, si bien pueden ser estudiadas, requieren de muchos datos que no siempre están disponible para quienes explotan los sistemas. Para el diseño del sistema de protecciones, estas corrientes son importantes, ya que generan efectos térmicos en los fusibles que pueden generar la operación de estos, o el “marcado”, impactando en las futuras operaciones del fusible. En el caso de relés, la forma de onda de estas corrientes, con alto contenido de segunda armónica, facilita su identificación y bloqueo si corresponde. Para el caso de los fusibles, estas corrientes son consideradas térmicamente equivalentes a: 20 In – 0,01 seg. 10 In – 0,1 seg.
¾
Sobrecarga por energización:
Este fenómeno es conocido también como “Carga fría” y es la sobrecorriente que toma una carga luego de haber estado desenergizada un cierto tiempo. Esto puede ser consecuencia, entre otras cosas, de arranque simultáneo de motores, encendido simultáneo de las luminarias, etc. y se caracteriza por ser corrientes de menor valor y mayor duración que las de inserción. Se pueden estimar entre 2 y 3 Ic durante 10 seg. y entre 4 y 6 Ic durante 1 seg., donde Ic es la corriente de carga nominal.
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¾
Corriente de descarga atmosférica:
Cuando incide una descarga atmosférica en la zona del transformador, protegido con descargadores adecuados, estos se ceban controlando la elevación del potencial del sistema pero manteniendo en bornes del transformador una tensión en el orden de 3 a 4 veces la tensión nominal. Esto provoca una saturación del núcleo magnético, produciéndose un fenómeno similar al de la corriente de inserción. El efecto térmico que esta corriente produce sobre los fusibles fue evaluado en forma semiempírica por J. Zaborszky, obteniendo una corriente térmica equivalente cuya duración es de 20 mSeg según la siguiente expresión:
I0.02 = 7 x E x In
En
Donde
E
Tensión de impulso del transformador (BIL)
In
Corriente nominal del transformador
En Tensión nominal del transformador El fusible seleccionado para la protección del transformador no debe ser afectado por la circulación de las corrientes transitorias enumeradas.
•
Capacidad del fusible para detectar sobrecargas:
Las sobrecargas de baja intensidad, son una región de mala respuesta par los fusibles de alta capacidad de ruptura, necesarios para minimizar los impactos de las corrientes de falla. Los análisis realizados hasta acá, permiten elegir un fusible primario que sea capaz de soportar las características de operación de las maquinas, evitando la operación o “envejecimiento” del elemento fusible. Normalmente satisfacer estas cuestiones lleva a un fusible de alta capacidad de ruptura que será prácticamente insensible para sobrecargas de 3 a 4 veces la corriente nominal de la maquina. Este inconveniente, no es tan grave si se considera que estas sobrecargas difícilmente sean generadas en la zona comprendida entre las protecciones primarias y secundarias, por lo que previendo una buena protección de sobrecargas a través del dispositivo secundario es posible resolver el inconveniente. Este inconveniente, también en algunos casos puede ser resuelto con la utilización de fusibles específicamente diseñados para esta Titulo
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función, denominados “show-fast”, los cuales tienen características rápidas para altas corrientes y lentas para bajas corrientes. •
Capacidad del cortocircuitos:
transformador
para
soportar
sobrecargas
y
Para lograr una protección efectiva contra cortos circuitos de un transformador la protección a instalar deberá actuar por debajo de los puntos indicados por la Norma ANSI/IEEE C 57.109-1985 quien define la duración máxima recomendada de la corriente de falla en un transformador dependiendo del tipo de aislamiento, de su potencia y la corriente máxima posible de falla. Para esto la Norma define 4 categorías a saber: Categoría I II III IV
Máquinas monofásica 5 a 500 KVA 501 a 1667 KVA 1668 a 10.000 KVA mas de 10.000 KVA
Máquinas Trifásicas 15 a 500 KVA 501 a 5000 KVA 5001 a 30.000 KVA mas de 30.000 KVA
Para cada categoría se definen curvas corriente – tiempo que contemplan los esfuerzos térmicos y mecánicos (dinámicos) a los que se ve sometida una máquina durante una falla. Para las categorías II a IV también se tiene en cuenta la cantidad de fallas esperadas en su vida útil. Categoría I
Categoría I 10000 g e S o p m e i T
1000 100 10 1 1
10 Corriente I/In
100
Categoría II Para esta categoría la norma define dos tipos de curvas en función de la cantidad de falla que ocurrirán a lo largo de su vida útil, (mas de 10 o menos de Titulo
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10 fallas), definiendo como falla aquella corriente que supere el 70 % del valor máximo. En función de lo planteado la característica de corriente resistida será
Categoría II 10000 g e S o p m e i T
1000 100 10 1 1
2
3
5
20 10 Corriente I/In
100
En funcion de lo analizado, es importante destacar las diferencias entre las sobrecargas de bajas corrientes y aquellas severas, ya que en la mayotnn la mayoria de los casos seran protegidas por dispositivos diferentes. Las sobrecargas mas severas serán protegidas por los dispositivos primarios, y las leves por los secundarios. Teniendo en cuenta que la mayoria de las maquinas en distribución poseen un grupo de conexión DY, es importante tener en cuenta como son vistas las corrientes por los dispositivos primarios en relacion con las corrientes que circulan por las bobinas. Este punto es de gran importancia apra corregir las curvas de acuerdo a este fenómeno. A continuación el analisis para la distribución de corrientes para transformadores DY.
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0.58
1
1
0.58
Falla monofásica lado B.T. 1
1 0.58
0.58
1 0.58
1 1
1
Falla Trifásica lado B.T.
0.5 0.5 0.5
0.865
0.5 0.865
1
Falla Bifásica lado B.T.
De acuerdo con los graficos anteriores tendremos los siguientes tres casos : Falla Trifásica: La corriente en el dispositivo primario es equivalente a la que circula en los bobinados. No es necesaria ninguna corrección. Falla Bifásica: La corriente en el dispositivo primario es proporcionalmente mayor a la que circula en los bobinados, la relación es 1,15 . Falla Monofásica: La corriente en el dispositivo primario es proporcionalmente menor a la que circula en los bobinados, la relación es 0,58 . Este punto debe ser estrictamente analizado, para verificar que los tiempos de operación del Titulo
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fusible de M.T. con esta corriente sean compatibles con las necesidades de protección de la maquina. ¾
Elección de los parámetros para el fusible secundario.
Tensión Nominal: Los criterios son los mismos que los indicados para este ítem en la selección de fusibles primarios. Capacidad de interrupción: Los criterios son los mismos que los indicados para este ítem en la selección de fusibles primarios. En este punto es interesante tener en cuenta que la presencia del transformador, implica un conocimiento preciso de la máxima corriente de c.c. que podría aparecer en ese punto, a través de considerar una barra infinita en M.T. y con la Zcc de la maquina. Corriente Nominal: Este dispositivo deberá satisfacer las siguientes necesidades: •
Proteger a la maquina frente a sobrecargas leves.
Esta solicitación es normalmente de fácil cumplimiento, ya que los interruptores o fusibles específicos para transformadores, normalmente poseen sus curvas compatibles perfectamente para esta demanda. •
Ser selectivo con el sistema de protecciones
Para hacer este estudio se debe tener especial cuidado al analizar la selectividad con las protecciones primarias. Normalmente este estudio es realizado a través de gráficos, comparando curvas. El tema es que las curvas de los fusibles de M.T. y B.T. corresponden a niveles de tensión diferentes, normalmente las curvas de B.T. son afectadas por la relación de transformación y trasladadas al grafico de M.T, en este proceso debe ser verificada la posibilidad de cambio de relación de la maquina, en cuyo caso la curva secundaria, pasará a ser en el primario una banda. •
Permitir la operación con sobrecargas.
Para este caso son definidos dos tipos de sobrecarga, denominadas corrientes de arranque en caliente y de arranque en frió. Si el sistema sufre una interrupción de corta duración (por ejemplo un recierre exitoso en el alimentador de M.T.), al Titulo
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reconectarse la maquina, esta sufrirá fenómenos transitorios superpuestos con los generados por el cambio brusco de la tensión, que tienen impacto térmico en los fusibles, ara estimar este impacto suelen considerarse 12 In – 0,1seg. y 6 In 1 seg. Cuando la desconexión es del orden de los minutos, la corriente de energización es denominada corriente de energización en frió, siendo la solicitación térmicamente diferente, en este caso se suele considerar 3In – 10 seg. y 2In – 600 seg.
En el estudio de sistemas de protecciones de transformadores suele definirse un parámetro, denominado I.P.T. (índice de protección del transformador), siendo este el punto de intersección entre la característica de tiempo final de operación del fusible y la característica de límite térmico del transformador expresándose en porcentaje de la corriente nominal del transformador. El fusible mas adecuado para la protección del transformador, es aquel que tenga un IPT bajo y su curva característica pase por encima y a la derecha de los puntos de inserción, carga fría y punto de Zaborszky, y por debajo y a la izquierda de límite térmico de la máquina tanto para fallas monofásicas como para trifásicas, a continuación un ejemplo con las curvas de diferentes fusibles : 500 KVA
Transformador de 10000 Fusible tipo HH
1000
Límite Térmico Transf ormador fa llas t rifás icas Fusible tipo T
100 g e S o p m e i T
IPT
Límite Térmico Transf ormador fa llas monofás icas
10
Fusible tipo SLOFAST
Carga frí a
1
Fusible tipo K
0.1
Inserción
Corriente de cortociercuito monofásica lado B.T.
0.01
Punto Zaborsky
Corriente de cortociercuito monofásica lado B.T.
0.001 10
100
Corriente A Refer ida a 13.2 KV
1000
10000
Del gráfico se desprende la siguiente tabla:
Característica del fusible
Calibre
IPT
Punto de Zaborszky
STD K T QR SLOFAST
30 A 30 A 25 A 40 A 21 A
295 % 350 % 300 % 305 % 639 %
NO NO SI NO SI
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