República bolivariana de Venezuela Ministerio del poder popular para la educación universitaria Instituto politécnico territorial del norte del estado Monagas ``Ludovico Silva´´ Caripito E! Monagas
"ro#esor$
Integrantes$
Ing% Eduardo &i'énez
&osé Marcano C%I$()%*+,%()Cat.erine /onz0lez C%I$((%121%,3( Sección +2
Caripito4 Ma5o de ()21
Introducción
Consid Consideran erando do 6ue cual6u cual6uier ier ele'ent ele'ento o puede puede #altar #altar44 es ini'ag ini'agina inable ble poner poner en #unciona'iento un siste'a de potencia4 sin 6ue tenga una protección adecuada% Las condic condicion iones es anor'a anor'ales les origin originan4 an4 ca'bio ca'bios s en las 'agnit 'agnitude udes s de volta7 volta7e4 e4 corriente 5 #recuencia4 respecto a los valores per'isibles% 8s94 los cortocircuitos encierran un considerable au'ento de la corriente4 al igual4 6ue una gran ca9da de tensión% 8si'is'o las altas corrientes4 se asocian con dos proble'as en las l9neas 5 aparatos 6ue deben soportarlas$ el pri'ero corresponde a los es#uerzos din0'icos por las #uerzas #uerzas 'agnéticas 5 el otro4 a los sobrecalenta'ie sobrecalenta'ientos ntos producidos por la disipación de energ9a% Las ca9das de volta7e4 a#ectan la operación en paralelo tanto de los generadores co'o del siste'a co'pleto% "or lo tanto la protección protección es un seguro de vida 6ue se co'pra para el siste'a siste'a de potencia a un costo e:tre'ada'ente ba7o% Sin e'bargo4 uno de los #enó'enos '0s co'unes 6ue se presentan durante las anor anor'a 'ali lida dade des s en un sist siste' e'a a eléc eléctr tric ico o de pote potenc ncia ia 5 en espe especi cial al en los los cortocircuitos4 es el au'ento de la corriente por sobre los valores nor'ales de operación% Este au'ento se utiliza para discri'inar la ocurrencia de #allas4 5a sea co'o protección principal o de respaldo 5 el relé se deno'ina de sobrecorriente% Es deci decirr4 es uno uno de los los sist siste' e'as as '0s '0s si'p si'ple les s 5 se usa usa a'pli 'plia' a'en entte4 especial'ente en ali'entadores radiales de distribución ;2+43 a +-4< =V>% e igual 'anera4 co'o protección protección de respaldo se usa en e6uipos e6uipos '0s i'portantes i'portantes dentro del SE"4 tales co'o$ generadores4 trans#or'adores de 'a5or potencia4 l9neas de 'edia tensión4 etc% El #unciona'iento de un relé de sobrecorriente es si'ple 5a 6ue su operación depende de dos variables b0sicas$ ? El nivel de corriente '9ni'a de operación ;o corriente de pic=up>4 6ue es a6uel valor 6ue produce el ca'bio de estado del relé%
Introducción
Consid Consideran erando do 6ue cual6u cual6uier ier ele'ent ele'ento o puede puede #altar #altar44 es ini'ag ini'agina inable ble poner poner en #unciona'iento un siste'a de potencia4 sin 6ue tenga una protección adecuada% Las condic condicion iones es anor'a anor'ales les origin originan4 an4 ca'bio ca'bios s en las 'agnit 'agnitude udes s de volta7 volta7e4 e4 corriente 5 #recuencia4 respecto a los valores per'isibles% 8s94 los cortocircuitos encierran un considerable au'ento de la corriente4 al igual4 6ue una gran ca9da de tensión% 8si'is'o las altas corrientes4 se asocian con dos proble'as en las l9neas 5 aparatos 6ue deben soportarlas$ el pri'ero corresponde a los es#uerzos din0'icos por las #uerzas #uerzas 'agnéticas 5 el otro4 a los sobrecalenta'ie sobrecalenta'ientos ntos producidos por la disipación de energ9a% Las ca9das de volta7e4 a#ectan la operación en paralelo tanto de los generadores co'o del siste'a co'pleto% "or lo tanto la protección protección es un seguro de vida 6ue se co'pra para el siste'a siste'a de potencia a un costo e:tre'ada'ente ba7o% Sin e'bargo4 uno de los #enó'enos '0s co'unes 6ue se presentan durante las anor anor'a 'ali lida dade des s en un sist siste' e'a a eléc eléctr tric ico o de pote potenc ncia ia 5 en espe especi cial al en los los cortocircuitos4 es el au'ento de la corriente por sobre los valores nor'ales de operación% Este au'ento se utiliza para discri'inar la ocurrencia de #allas4 5a sea co'o protección principal o de respaldo 5 el relé se deno'ina de sobrecorriente% Es deci decirr4 es uno uno de los los sist siste' e'as as '0s '0s si'p si'ple les s 5 se usa usa a'pli 'plia' a'en entte4 especial'ente en ali'entadores radiales de distribución ;2+43 a +-4< =V>% e igual 'anera4 co'o protección protección de respaldo se usa en e6uipos e6uipos '0s i'portantes i'portantes dentro del SE"4 tales co'o$ generadores4 trans#or'adores de 'a5or potencia4 l9neas de 'edia tensión4 etc% El #unciona'iento de un relé de sobrecorriente es si'ple 5a 6ue su operación depende de dos variables b0sicas$ ? El nivel de corriente '9ni'a de operación ;o corriente de pic=up>4 6ue es a6uel valor 6ue produce el ca'bio de estado del relé%
? La caracter9stica de tie'po de operación4 es decir4 la #or'a en 6ue el relé responde en cuanto al tie'po%
Relés
ispositivo electro'agnético 6ue4 esti'ulado por una corriente eléctrica 'u5 débil4 abre o cierra un circuito en el cual se disipa una potencia 'a5or 6ue en el circuito esti'ulador% Relés de sobrecorriente:
@or'al'ente las #allas en los siste'as de potencia eléctricos causan niveles 'u5 elevados de corrientes% Estas corrientes pueden usarse para deter'inar la presencia de las 'is'as 5 operar dispositivos de protección4 6ue pueden variar en el diseAo dependiendo de la co'ple7idad 5 la e:actitud re6uerida% Entre los tipos '0s co'unes de protección encontra'os la llave ter'o'agnética4 el interruptor de circuito4 #usibles4 reconectadores4 seccionalizadores 5 relés de sobrecorriente% Los pri'eros dos tipos tienen si'ple operación 5 son principal'ente usados en la protección de e6uipo de ba7a tensión% Ba'bién se usan a 'enudo #usibles en ba7a tensión4 sobre todo para proteger l9neas 5 trans#or'adores de distribución% Tipos de relés según su característica de tiempo de operación
Estas caracter9sticas 6uedan de#inidas en #or'a apro:i'ada por las siguientes e:presiones$ Instant0neos$ t )
para I D Iop
Bie'po de#inido t
para I D Iop
Bie'po inverso t F I Bie'po 'u5 inverso t F I (
Bie'po e:tre'ada'ente inverso t F I + Lo anterior es en la realidad una apro:i'ación4 5a 6ueG para el caso de los relés electro'ec0nicos4 por e7e'plo4 en la #or'a de las curvas tienen 'uc.a in#luencia ele'entos tales co'o$ el resorte de reposición4 la inercia de las partes 'óviles4 i'anes per'anentes de #reno4 etc%4 de 'anera 6ue en la pr0ctica se obtienen curvas co'o las indicadas en la Higura 2 "ara los relés de estado sólido4 es posible conseguir una variedad '0s a'plia de curvas4 las 6ue ade'0s pueden ser e:presadas 'ate'0tica'ente4 co'o se ver0 '0s adelante%
Higura 2$ Curva de tie'po de corriente de relé$ a> Instant0neo% b> tie'po de#inido% c> Bie'po inverso Aspectos constructivos y de funcionamiento
Se inclu5e a6u9 una breve descripción de los diversos tipos de relé de sobrecorriente4 '0s e'pleados% •
"rotecciones de sobrecorriente instant0neas
Estos relés4 co'o unidades aisladas4 se usan poco en los siste'as eléctricos de potencia% /eneral'ente se utilizan en con7unto con otras protecciones4 con el #in de co'binar sus caracter9sticas% Se constru5en del tipo de ar'adura succionada4 ar'adura atra9da 5 copa de inducción% El tor6ue de estos ele'entos responde a una e:presión del tipo I ( % Los tie'pos de operación son del orden de los 2) a los
1) 'ilisegundos% La caracter9stica de operación4 especial'ente en los ele'entos tipo copa de inducción4 corresponde a la curva 'ostrada en la Higura 2 a>% •
"rotecciones de sobrecorriente de tie'po de#inido
na protección si'ple de tie'po de#inido podr9a obtenerse usando un relé instant0neo en con7unto con un ele'ento te'porizador ;B> 6ue produzca el retardo necesario4 ;Higura (>% Sin e'bargo4 en la pr0ctica se utiliza 'u5 poco una solución en base a ele'entos independientes4 sino 6ue se usa un relé del tipo disco de inducción cu5a curva sea 'u5 poco inversa4 de 'odo 6ue pueda lla'arse de tie'po de#inido% e todas 'aneras4 en este tipo de relé el tie'po se de#ine para 2) veces la corriente de operación4 en adelante% Esta caracter9stica de operación se consigue utilizando una unidad de 'edida cu5o núcleo se satura r0pida'ente% En los relés de estado sólido se utiliza un ele'ento co'parador 6ue actúa a través de un te'porizador% El relé opera sólo si la sobrecorriente se 'antiene durante el tie'po necesario% En caso contrario4 el relé se repone% •
"rotecciones de sobrecorriente de tie'po inverso
La principal caracter9sticas de este tipo de relés es 6ue 'ientras 'a5or sea la corriente aplicada4 'enor es su tie'po de operación% Este principio da origen a una variedad de relés con diversas caracter9sticas de tie'po de operación 5 pe6ueAas di#erencias de diseAo eléctricas 5 'ec0nicas% En el caso de los de tipo electro'ec0nico4 el relé est0 basado en una unidad de 'edida de disco de inducción4 5a sea del tipo de espira en cortocircuito o Jatt'étrica% a) Relé tipo disco de inducción
El relé I8C<2K de /eneral Electric 6ue se 'uestra en la Higura + es de tipo disco de inducción con espiras en cortocircuito% El disco del relé est0 'ontado sobre un e7e 6ue es retenido por un resorte espiral cu5a tensión puede regularse4 per'itiendo el a7uste de corriente '9ni'a de operación% El contacto 'óvil est0 su7eto al disco de 'odo 6ue gira 7unto con éste 5 cierra su circuito a través del espiral% El contacto #i7o est0 'ontado sobre la ar'azón 'et0lica del reléG el tor6ue
de operación es producido por la unidad
electro'agnética 5 en #rente de ésta se
encuentra ubicado un i'0n per'anente 6ue actúa co'o #reno para el disco4 una vez 6ue éste se encuentra en 'ovi'iento4 sustitu5endo en cierta #or'a al resorte espiral4 6ue en estas condiciones pr0ctica'ente no tiene ningún e#ecto% La posición de reposo del disco est0 de#inida por un tope 'ovible 6ue per'ite variar la separación inicial entre los contactos #i7o 5 'óvil4 los cuales deter'inan un 0ngulo entre s9% El a7uste de la separación de los contactos4 es decir del 0ngulo ;Higura ->4 se acostu'bra deno'inarlo LEVERN% Las distintas posiciones dan origen a una #a'ilia de curvas de tie'pos de operación del relé 6ue pueden ser seleccionadas por 'edio de una rueda nu'erada o dial de tie'po ;ti'e dial> 6ue va desde 2 ó )4< a 2) en los relés 8'ericanos 5 desde )42 ;)4)<> a 2 en los Europeos% La corriente de operación del relé se a7usta utilizando la to'a o tap adecuado de la unidad electro'agnética% La posición del i'0n per'anente ta'bién es posible de a7ustar e in#lu5e sobre la curva de operación%
"rotección de sobrecorriente de tie'po de#inido4 utilizando un relé instant0neo en con7unto con un te'porizador$ a> cone:ión de los relés de las #asesG b> circuito de desenganc.e
Relé de sobrecorriente I8C<2K del /eneral Electric "ara obtener la ecuación de tie'po versus corriente4 se considerar0 la Higura +%6ue 'uestra la disposición del disco 'óvil 5 los di#erentes ele'entos 6ue contribu5en al tor6ue del relé% "or otra parte4 en la Higura < se 'uestra el es6ue'a de la estructura 'agnética con la bobina principal 5 la espira en cortocircuito4 as9 co'o el diagra'a #asorial 6ue 'uestra los #lu7os 6ue producen el tor6ue de operación o tor6ue 'otriz%
Higura -$ es6ue'a del ele'ento co'parador de un rele tipo espiral en cortocircuito
El tor6ue de operación o 'otriz BM es de la #or'a$ BM O2 O( sin P onde O2 5 O( ;valores '0:i'os de los #lu7os>4 dependen del nú'ero de espiras @ 5 de la corriente I% 8de'0s4 tal co'o se 'uestra en la Higura <4 el 0ngulo de des#ase P entre los #lu7os es constante 5 por lo tanto se puede escribir$ BM M ;@I>( M @( I( a I( onde a M @( es constante para un nú'ero deter'inado de espiras de la bobina El i'0n per'anente proporciona un tor6ue de retención BH 6ue se supone proporcional a la velocidad Q del disco4 a través de una constante b4 6ue considera la densidad de #lu7o K del i'0n4 6ue es constante El i'0n per'anente proporciona un tor6ue de retención BH 6ue se supone proporcional a la velocidad Q del disco4 a través de una constante b4 6ue considera la densidad de #lu7o K del i'0n4 6ue es constante BH b Q
Higura <$ relé de inducción de espiras en cortocircuito$ a> Estructura 'agnéticaG b> iagra'a #asorial
El resorte antagónico su'inistra un tor6ue de retención BR 6ue se puede suponer constante4 o sea$ B R c Luego4 el Bor6ue B 6ue opera sobre el disco4 es$
onde & es el 'o'ento de inercia de las partes 'óviles% La solución de la ecuación di#erencial es de la #or'a$
Si4 co'o ocurre nor'al'ente & es pe6ueAo co'parado con b ;por diseAo>4 se puede despreciar el segundo tér'ino del paréntesis de la ecuación ;anterior> ;el transiente es 'u5 r0pido>4 por lo 6ue se puede escribir$
Cu5a solución4 suponiendo 6ue en t)4 ) es$
ue4 considerando 6ue cFb es 'u5 pe6ueAo4 6ueda$
Co'o el 0ngulo de operación es un par0'etro 6ue se var9a con el dial ;LEVER>4 entonces4 para cada LEVER se tiene$
Con b Fa 5 donde aN inclu5e a @ 5 bN inclu5e a K4 6ue es la densidad de #lu7o producida por el i'0n per'anente%
Higura 1$ curvas de tie'po versus corriente para relés tipo disco de inducción Ca'biando algunos de los par0'etros del ele'ento4 se pueden obtener las di#erentes curvas caracter9sticas 6ue se 'uestran en la Higura ,4 las 6ue se deno'inan$ Inversa4 Mu5 inversa 5 E:tre'ada'ente inversa%
Higura ,$ curvas caracter9sticas tie'pocorriente de relés inversos$ a> InversoG b> 'u5 inversoG c> e:tre'ada'ente inverso% En la pr0ctica4 las curvas caracter9sticas de estos relés se dibu7an considerando el tie'po en #unción de veces la corriente '9ni'a de operación ;corriente de pic=up>4 en vez de la corriente en a'peres% Esto se debe a 6ue4 de acuerdo con la e:presión ; TM = K M (NI)2 = K M N2 I2 = a I2>4 el tor6ue de operación depende4 de los a'peresvueltas @I del relé 5 por lo tanto4 si el nú'ero de espiras del relé se ca'bia4 lo 6ue es posible4 5a 6ue el relé tiene tap4 entonces ca'bia el valor de la corriente '9ni'a de operación 54 por lo tanto4 basta con dibu7ar una #a'ilia de
curvas 6ue represente todas las caracter9sticas de operación del relé para los distintos LEVER% La Higura 3 'uestra una #a'ilia de curvas del relé de tie'po inverso I8C de /eneral Electric% b) Protecciones de sobrecorriente de tiempo inverso con desengance alterno
Este tipo de es6ue'a4 la 'is'a corriente de #alla en tér'inos secundarios4 6ue .ace operar el relé4 energiza la bobina de desenganc.e del interruptor de poder%
Higura 3$ caracter9sticas tie'pocorriente de relés de tie'po inverso I8C
c) Relés est!ticos
Son relés e:tre'ada'ente r0pidos en su operación por no tener partes 'óviles4 5 sus tie'pos de repuesta pueden ser tan ba7os co'o un cuarto de ciclo% Los circuitos se diseAan para su'inistrar #unciones tales co'o$ detección del nivel4 'edida de 8ngulo de #ase4 a'pli#icación4 generación de pulsos4 generación de ondas cuadradas4 te'porización 5 otras% Los circuitos est0ticos reaccionan instant0nea'ente a las entradas de
corriente 5 volta7e4 dando la respuesta
re6uerida% "ueden obtenerse caracter9sticas tie'po T corriente% Si'ilares a la de los relés de sobrecorriente de inducción 5 caracter9sticas de tie'po de#inido a di#erentes diales% c"# Relé $iemens %$&''
Es una protección de sobrecorriente 'ono#0sica4 con caracter9sticas de tie'po inverso4 aun6ue otros 'odelos del relé disponen de curvas tie'pocorriente de tipo 'u5 inverso 5 e:tre'ada'ente inverso4 co'o las 6ue se 'uestran en la Higura *% Ba'bién es posible agregarle un ele'ento de tipo instant0neo%
Higura *$ curvas tie'pocorriente$ a> Inversa4 b> 'u5 inversa4 c> e:tre'ada'ente inversa
Higura 2)$ vista #rontal del relé sie'ens ,S33 La Higura 2) corresponde a la parte #rontal del relé4 6ue cuenta con los siguientes ele'entos$ • •
• •
Bar7eta para indicar la operación del relé Selector para el a7uste de la corriente '9ni'a de operación ;Higura 22 a>4 6ue va de )4< a ( 8'peres en , pasos Selector de curva tie'pocorriente BM ;Bi'e ial>4 de )42 a 2 ;Higura 22 b>% n par de bornes para 'edir el tie'po de respuesta del relé
Higura 22$ a> Selector de corriente4 b> ial de Bie'po
En el diagra'a de blo6ues de la Higura 2( se pueden distinguir4 a partir de los bornes de entrada de corriente ;+->4 el acondicionador de la seAal de entrada4 el recti#icador4 el conversor de corriente a volta7e4 el co'parador con .istéresis4 el selector de corriente de pic=up I4 el selector de tie'po BM4 el indicador de operación IU 5 el relé 8 6ue controla los contactos de salida ;2< 5 (1>% Se aprecia ade'0s la #uente de poder 6ue se ali'enta a través de los ter'inales 3 5 * ;-3 Volt C> o , 5 3 ;(() Volt C>%
Higura 2($ diagra'a de blo6ue del relé ,S33 c#(# Relé ultifunción *# +# %,-
El Relé Multi#unción ,1) ;Higura 2+> es un e6uipo digital4 es decir4 e'plea una conversión 8F directa'ente sobre los valores de entrada obtenidos desde los BBFMM ;BBFCC 5 BBF""> conectados al e6uipo 5 procesa las seAales digitales resultantes usando e:clusiva'ente 'icroprocesadores% Est0 diseAado para la gestión 5 protección pri'aria de sobrecorriente de ali'entadores de distribución4 as9 co'o ta'bién para la gestión 5 protección de respaldo para barras4 trans#or'adores4 5 l9neas de trans'isión%
Higura 2+$ vista #rontal del relé 'ulti#unción /%E ,1) El Relé ,1) incorpora todos los ele'entos de protección4 control4 5 'onitoreo4 as9 co'o inter#ases de usuario local 5 re'oto en un solo con7unto ;'ulti#unción>% 8de'0s4 posee la #unción de recone:ión auto'0tica4 6ue puede ser iniciada e:terna'ente ;recone:ión 'anual> o desde la protección de sobrecorriente ;con intentos>% Los a7ustes de las protecciones se pueden con#igurar con pasos 'u5 pe6ueAos ;por e7e'plo pasos de )4)2>4 debido al procesa'iento en #or'ato digital de la in#or'ación4 caracter9stica 6ue no se puede obtener de los Relés electro'ec0nicos% •
Hunciones de protección 5 control con 6ue cuenta el Relé o
os ele'entos te'porizados para sobrecorriente de #ase$ Cada ele'ento e6uivale a un Relé tri#0sico de sobrecorriente4 dispositivo 8@SI <2p% "ueden ser supervisados 5 controlados por el ele'ento direccional
o
de #ase4 si as9 se re6uiere% os ele'entos instant0neos para sobrecorriente de #ase$ Cada ele'ento e6uivale a un Relé tri#0sico4 bi#0sico o 'ono#0sico de sobrecorriente4 8@SI <)p% Estos ele'entos pueden ser supervisados 5 controlados por el ele'ento direccional de #ase4 si as9 se re6uiere%
o
os ele'entos te'porizados de sobrecorriente del neutro$ Cada uno e6uivale a un Relé te'porizado de sobrecorriente de neutro4 8@SI <2@% Este ele'ento es supervisado por una unidad direccional%
o
os ele'entos instant0neos de sobrecorriente del neutro$ Cada uno e6uivale a un Relé 'ono#0sico de sobrecorriente del neutro4 8@SI <)@% "ueden ser supervisados 5 controlados por el ele'ento direccional4 si as9 se re6uiere%
o
Ele'entos de sobrecorriente de tierra te'porizado$ E6uivalentes al Relé de sobrecorriente te'porizado de tierra4 8@SI <2/4 con ele'ento direccional
o
Ele'entos de sobrecorriente instant0neo de tierra$ E6uivalentes al Relé de sobrecorriente instant0neo de tierra4 8@SI <)/4 con ele'ento direccional%
o
Ele'entos
de
sobrecorriente
de
tierra
sensitiva
te'porizada$
E6uivalentes al Relé de sobrecorriente te'porizado de tierra sensitiva4 8@SI <2S/4 con ele'ento direccional% o
Ele'entos
de
sobrecorriente
de
tierra
sensitiva
instant0nea$
E6uivalentes al Relé de sobrecorriente instant0neo de tierra sensitiva4 8@SI <)S/4 con ele'ento direccional% o
Ele'entos de sobrecorriente de secuencia negativa te'porizada$ E6uivalentes al Relé de sobrecorriente te'porizado de secuencia
o
negativa4 8@SI -14 con ele'ento direccional% Ele'entos de sobrecorriente de secuencia negativa instant0neo$ E6uivalente al Relé de sobrecorriente instant0neo de secuencia negativa4 8@SI -1% con ele'ento direccional
o
Ele'entos de volta7e de secuencia negativa con tie'po a7ustable$ "rotegen contra la ca9da de una o dos #ases4 o contra la inversión de la secuencia de #ases de volta7e% "ueden generar una apertura o una
alar'a cuando el volta7e de secuencia negativa e:cede el u'bral especi#icado4 durante un tie'po deter'inado% o
Ele'entos de Ka7o Volta7e$ "ara proteger cargas 5 circuitos sensibles al volta7e cuando éste ba7a de un nivel '9ni'o especi#icado para un cierto tie'po dado% Se dispone de dos ele'entos de protección ;2 5 (>4 6ue pueden ser usados para generar una alar'a o una apertura%
o
Ele'entos de Sobre Volta7e$ "ara proteger cargas 5 circuitos sensibles al volta7e cuando éste e:cede un nivel especi#icado para un cierto tie'po dado$ Se dispone de dos ele'entos ;2 5 (>4 6ue puede ser usados para generar una alar'a o apertura%
o
esplaza'iento del @eutro$ tiliza interna'ente la co'ponente de secuencia cero del volta7e ;+Vo>% Este ele'ento de protección re6uiere las tres #ases de volta7e conectadas en estrella% 8l #i7ar el nivel de pic=up es i'portante considerar el desbalance nor'al de volta7e del siste'a%
o
Ele'ento para Ka7a Hrecuencia$ Contiene dos ele'entos con idéntica con#iguración4 de protección para ba7a #recuencia4 dispositivo 8@SI 32 2 5 32(
o
Ca9da brusca de la Hrecuencia$ ispositivo 8@SI 32 el cual provee de una respuesta r0pida al siste'a en presencia de alteraciones en el ele'ento de ba7a #recuencia%
o
Halla del Interruptor$ La operación del interruptor es 'onitoreada al e:istir un co'ando de apertura% Si la corriente de cual6uier #ase sobre pasa el nivel #i7ado después 6ue el tie'po de #alla del interruptor .a e:pirado4 éste es declarado en #alla 5 blo6ueado para la recone:ión auto'0tica% El Relé 'ulti#unción inclu5e dos retardos progra'ables para esta #unción4 los 6ue pueden ser usados en #or'a individual o co'binados con otras #unciones%
•
Ele'entos de 'onitoreo @iveles de corriente por #ase 5 del neutro% o
o
Hactor de potencia4 localización de #allas% e'andas de corriente4 de potencia real4 de potencia reactiva 5 de
o
potencia aparente% Monitoreo de las
o
entradasFsalidas analógicas4 sobre #recuencia4
e6uipa'iento ;contador de aperturas4 arco de corriente4 operación del interruptor4 bobinas de aperturaFcierre> 5 pulsos de salida% o •
Ele'entos de control /rupos de 87ustes$ Bodos los grupos de a7uste se encuentran en la o p0gina S, C!@BR!L 5 se reproducen - grupos4 identi#icados co'o grupos 24 (4 + 5 -% Estos grupos tienen capacidad para ca'bios 'anuales o auto'0ticos4 #i7ados para di#erentes situaciones de operación% El a7uste 'anual de los grupos puede ser .ec.o desde el panel #rontal o desde el "C% El grupo de a7uste 6ue esté en #unciona'iento se indica en el panel #rontal 'ediante el encendido per'anente del LE correspondiente% o
Co'probación de Sincronis'o$ En el caso de 6ue un interruptor conecte en paralelo dos #uentes de generación4 es necesario veri#icar el sincronis'o antes de per'itir 6ue éste se cierre% S5nc.roc.ec= #acilita esta caracter9stica co'probando 6ue la entrada de volta7e tanto de barra co'o de l9nea se encuentren dentro de los valores progra'ados de$ 'agnitud de volta7e4 0ngulo de #ase 5 #recuencia%
o
Control de Cierre Manual$ La corriente de 'agnetización de algunos ali'entadores puede provocar el disparo de las #unciones de sobrecorriente% "uede ser necesario blo6uear o alterar algunas caracter9sticas de la protección de sobrecorriente durante ciertos periodos% espués del cierre 'anual del interruptor4 el Relé puede blo6uear cual6uier ele'ento de sobrecorriente instant0nea o elevar el pic=up de algún ele'ento te'porizado4 durante un tie'po progra'ableG pasado el cual4 se reestablece el #unciona'iento nor'al del e6uipo%
o
Control de 8rran6ue en Hr9o$ Cuando se cierra un interruptor tras un corte de electricidad prolongado4 la corriente de 'agnetización del ali'entador 5 la de aceleración de un 'otor pueden superar el a7uste de alguna #unción de protección% Estas #unciones de protección no ser0n necesarias durante un tie'po4 de 'odo 6ue pueden ser blo6ueadas auto'0tica o 'anual'ente durante un per9odo deter'inado después del cierre del interruptor%
o
Restableci'iento 8uto'0tico por Ka7o Volta7e 5 Ka7a Hrecuencia$ El Relé puede progra'arse para restaurar auto'0tica'ente el interruptor después de un disparo por '9ni'o volta7e o '9ni'a #recuencia4 5 cuando estos par0'etros vuelvan a la nor'alidad%
o
Brans#erencia de Karras$ El Relé est0 provisto de tres circuitos de interrupción4 dos para l9neas de llegada 5 uno en el seccionador ;nor'al'ente abierto> de la barra% Estos circuitos pueden realizar la trans#erencia ante pérdidas de ali'entación%
o
Recone:ión auto'0tica$ La recone:ión puede iniciarse e:terna'ente o desde la protección de sobrecorriente% Se pueden realizar .asta cuatro intentos de recone:ión4 cada uno con un plazo progra'able% "ara cada intento de recone:ión4 el Relé 'ulti#unción ,1) puede progra'arse para blo6uear
cual6uier
ele'ento
de
sobrecorriente
instant0nea
o
te'porizada% El nú'ero de intentos se puede reducir debido a la presencia de corrientes elevadas% •
Cableado t9pico del relé 'ulti#unción ,1)
La Higura 2- 'uestra el cableado t9pico a realizar cuando el Relé ,1) se conecta en un siste'a de potencia 5 as9 cu'plir con su caracter9stica de diseAo ;protección
principal
para
ali'entadores4
por
e7e'plo>%
Conectando
los
secundarios de los BBFCC 5 BBF"" de barra en estrella se pueden obtener del Relé todas las caracter9sticas de protección4 control 5 'onitoreo 6ue vienen integradas en la unidad%
Higura 2-$ diagra'a para el cableado t9pico para el rele 'ulti#unción ,1) En las Higuras 2<4 21 5 2, se 'uestran algunas de las curvas tie'pocorriente con 6ue cuenta la protección4 las 6ue pueden 'odi#icarse a voluntad del usuario ;Hle: Curve> con el #in de lograr una 'e7or coordinación con otro tipo de relé de sobrecorriente% Las curvas pueden ser gra#icadas directa'ente utilizando las e:presiones 5 valores de par0'etros indicados a continuación% •
"ara las Curvas 8@SI C+,%*) 5 las curvas I8C de /eneral Electric4 se tiene la ecuación siguiente 5 las
Bablas 2 para las curvas 8@SI 5 tabla( para las curvas I8C
Babla 2$ Constante para la curva 8@SI
Babla ($ Constante para la curva I8C
•
Las curvas IEC se pueden gra#icar utilizando la ecuación siguiente 5 los valores de la Babla +
Babla +$ Constante para la IEC
"ara todas las curvas se tiene 6ue$ t$ Bie'po de operación en segundos M$ 87uste del Multiplicador I$ Corriente de entrada Ipu$ 87uste de la corriente de pic=up Co'o se aprecia en los gr0#icos4 las curvas no llegan al valor de la corriente de pic=up ;@2>4 5a 6ue4 aun6ue no .a5 una banda 'uertaN intencional4 la precisión de las curvas est0 garantizada sólo a partir de 24)+ veces la corriente de pic=up% "or otra parte4 la corriente '0:i'a de desoperación es del *3 del u'bral de pic=up% La corriente de pic=up se ingresa al relé co'o un 'últiplo de la corriente pri'aria del trans#or'ador de corriente ;CB>4 e:presada co'o W X CBN%
Higura 2<$ Curva 8@SI nor'al'ente inversa
Higura 21$ Curva I8C inversa
Higura 2,$ Curva IEC tipo 8
d# Protecciones de sobrecorriente de tiempo inverso con retención de volta.e:
Estas protecciones est0n #or'adas por relés si'ilares a los de sobrecorriente4 con la di#erencia 6ue4 ade'0s de actuar el ele'ento tipo espira en cortocircuito ali'entado por la corriente de #alla4 sobre el disco actúa ta'bién otro ele'ento si'ilar ali'entado por volta7e4 cu5o tor6ue es negativo respecto al anterior% "or lo tanto4 el tor6ue de operación B ) vale$ En condiciones de operación '9ni'a ;pic=up> 5 despreciando el tor6ue de retención proporcionado por el resorte espiral4 se tiene 6ue B) es cero 5 por lo tanto
La ecuación ;anterior> corresponde a un c9rculo de radio
en el
diagra'a RW4 ;Higura 23>% Es decir4 en condiciones de pic=up4 el relé tiene una caracter9stica lla'ada de i'pedancia% Si se .ace
es decir4 para una condición de operación superior al
pic=up 5 si ade'0s se considera = v%V( constante4 resulta una caracter9stica si'ilar a la de los relés de sobrecorriente de tie'po inverso4 cu5o tie'po de operación
vale$
Higura 23$ Caracter9sticas del relé de sobrecorriente con retención de volta7e en el diagra'a RW
Higura 2*$ Caracter9sticas tie'po corriente de un relé sobrecorriente con retención de volta7e En la Higura 2* se 'uestran las curvas de tie'pocorriente en 'últiplos de tap para di#erentes lever 5 considerando volta7es de retención igual a cero 5 22< volts4 en escala loglog% Con 22< volts de retención4 las curvas del relé son '0s inversas 6ue las de los relés de sobrecorriente e:tre'ada'ente inversos% Sin retención4 la #or'a de la curva se apro:i'a a la de un relé de inducción del tipo 'u5 inverso 5 su pic=up es cerca del (< 6ue en la condición anterior con 22< volts Esta protección se .a diseAado con el propósito de proveer protección de respaldo contra #allas e:ternas de alternadores4 5a 6ue el ca'bio en la #or'a de la curva de operación4 al variar el volta7e4 .ace posible 6ue el relé se puede a7ustar de 'odo 6ue per'ita al alternador to'ar cual6uier sobrecarga per'isible dentro de la capacidad de la '06uina4 de acuerdo a los re6ueri'ientos 54 a la vez4 sea capaz de operar r0pida'ente con la 'is'a 'agnitud de corriente o con una 'enor cuando se presenta una #alla% "or otra parte4 si la ali'entación de corriente de la protección proviene de trans#or'adores de corriente ubicados en el lado del neutro del generador4 provee protección de respaldo aún si el interruptor est0
abierto o no .a5 otra #uente de generación en el siste'a% La ali'entación de volta7e se obtiene de trans#or'adores de potencial del generador4 co'o se 'uestra en la Higura ()% La Babla - 'uestra la corriente 5 el volta7e 6ue ali'enta cada uno de los relés%
Higura ()$ cone:ión de relé sobrecorriente con retención de volta7e% Babla -$ ali'entación de relé sobrecorriente con retenida de volta7e
En esta #or'a el relé de la o las #ases a#ectadas tiene un au'ento de corriente 5 una dis'inución del volta7e para cual6uier tipo de #alla% e acuerdo con el principio de #unciona'iento del co'parador del relé 5 con su cone:ión4 este es6ue'a de protección se caracteriza por discernir entre #allas 'otivadas por cortocircuitos 5 anor'alidades co'o penduleos o ta'bién sobrecargas% Contra cortocircuitos es posible dar un a7uste '0s sensible 6ue con la protección cl0sica de sobrecorriente de tie'po inverso% 8de'0s4 su aplicación se destaca aún '0s en alternadores de alta reactancia4 en donde se .ace di#9cil discri'inar entre corriente de #alla ;per'anente> 5 corriente de carga4 5a 6ue4 en el instante inicial la corriente puede llegar a cerca de 2) veces la corriente no'inal 5 después de ( segundos ba7ar a
un valor per'anente de 24< a (4) veces4 según la '06uina esté con o sin regulador de volta7e% En el caso en 6ue esta protección sirva de respaldo de la protección di#erencial de un alternador4 debe ordenar las 'is'as operaciones 6ue ella% Protecciones direccionales de sobrecorriente a# /onsideraciones generales
Estas protecciones pueden ser instant0neas4 de tie'po de#inido o de tie'po inverso% Es decir4 cada relé son iguales a "rotecciones de sobrecorriente de tie'po inverso4 "rotecciones de sobrecorriente de tie'po de#inido "rotecciones de sobrecorriente instant0neas4 con el agregado de un ele'ento direccional4 6ue en el caso de los relés electro'ec0nicos4 puede de tipo copa de inducción4 por e7e'plo% 8s94 los es6ue'as anteriores pueden estar controlados o supervisados direccional'ente por estos ele'entos% En este apartado4 se analizar0 el co'porta'iento del ele'ento direccional4 5a 6ue los ele'entos de sobrecorriente #ueron estudiados anterior'ente% En un siste'a de corriente alterna ;C%8%>4 la corriente4 es una 'agnitud cu5a dirección sólo puede ser deter'inada en relación a otraG se puede sola'ente a#ir'ar 6ue dos corrientes tienen o no la 'is'a dirección% Es decir4 la corriente no tiene una dirección absoluta% La potencia4 en ca'bio4 especial'ente la potencia activa4 es una 'agnitud cu5a dirección es posible deter'inar en #or'a absoluta4 aun6ue co'o 'agnitud de 'edida para un siste'a de protección contra cortocircuitos no presenta 'a5ores venta7as 6ue la corriente 5 su aplicación4 por otra parte4 introducir9a enor'es co'plicaciones% Sin e'bargo4 esta propiedad de la potencia activa per'ite su aplicación co'o otro 'edio de selección en un siste'a escalonado de protecciones4 agregado a otras 'agnitudes 5 aislada'ente en un siste'a de protección por co'paración% n siste'a escalonado de protecciones basado en la 'edida de potencia operar0 sola'ente para una deter'inada dirección de ella 5 evitar0 la operación del e6uipo de descone:ión cuando ella #lu5a en la dirección opuesta%
8s94 es posible co'ple'entar la aplicación de la corriente co'o 'agnitud de 'edida con un relé direccional ;o de potencia> para el caso de una distribución co'o la 6ue se 'uestra en la Higura (2>% El relé direccional i'pide la operación de los relés de sobrecorriente cuando la potencia #lu5e .acia a#uera de la sección protegida% "ara una #alla 6ue ocurra en el lugar indicado en la #igura4 operan los relés del circuito #allado4 es decir los ubicados en los puntos + 5 -% El relé direccional ubicado en (4 en ca'bio4 blo6uea el desganc.e del interruptor respectivo4 i'pidiendo as9 una descone:ión inadecuada del circuito no #allado% e este 'odo se obtiene una selectividad 6ue no podr9a conseguirse con relés de sobrecorriente%
Higura (2$ aplicación de la protección de sobrecorriente en una l9nea en doble circuito% b# $elección de la corriente y de la tensión
Co'o se indicó4 el e'pleo de la potencia activa ;'edida en #or'a 'ono#0sica o tri#0sica> co'o 'agnitud para discri'inar la ocurrencia de un cortocircuito presenta di#icultades en su aplicación% La tensión en el lugar de la #alla es pr0ctica'ente nula 54 en consecuencia4 la potencia no puede 'edirse% Es evidente 6ue esta desventa7a dis'inu5e cuando la #alla origina un arco4 debido a la pe6ueAa ca9da de volta7e 6ue all9 se produce% En consecuencia la sensibilidad de un relé direccional debe ser lo '0s alta posible% !tra desventa7a es el ba7o #actor de potencia del circuito .asta el punto de #allaG esto trae co'o consecuencia 6ue la potencia 6ue #lu5e es esencial'ente reactiva% Esta co'plicación es 'a5or en l9neas aéreas 6ue en cables% La zona de insensibilidad del relé es a6uella 6ue se e:tiende desde el lugar en 6ue est0 instalado .asta un punto deter'inado4 tal 6ue para #allas 6ue ocurran en ella el relé no operar04 por las causas antes indicadas% Es evidente 6ue no es
posible controlar la 'agnitud del volta7e4 pero en ca'bio4 es posible dis'inuir #uerte'ente la zona de insensibilidad variando el #actor de potencia arti#icial'ente 'ediante una adecuada selección de los volta7es 5 corrientes 6ue ali'entan el relé% "ara conseguir un #actor de potencia igual a uno ;en #alla> en el relé es necesario elegir un volta7e 5 una corriente tales 6ue su des#ase sea igual al 0ngulo de la i'pedancia de la l9nea4 estando la corriente en adelanto con respecto al volta7e% e este 'odo4 al ocurrir un cortocircuito4 la corriente se retrasar0 en el 0ngulo de i'pedancia de la l9nea 6uedando en #ase con el volta7e% El siste'a de 'edida del relé se co'portar04 entonces4 co'o si la potencia 6ue #lu5e .acia el cortocircuito #uera pura'ente activa% 8de'0s4 los volta7es elegidos deben ser tales 6ue con la ocurrencia de un cortocircuito 'antengan su valor en todo lo 6ue sea posible% Esto4 natural'ente4 es solo posible para el caso de cortocircuitos 'ono#0sicos o bi#0sicos 5a 6ue para uno tri#0sico los tres volta7es ba7an en la 'is'a proporción% Se distinguen cone:iones de )Y4 +)Y4 1)Y 5 *)Y% 8s94 la cone:ión de )Y corresponde a a6uella en 6ue el volta7e 5 corriente est0n en #ase4 por e7e'plo4 o bien I 2( 5 V 2(% "ara las otras cone:iones la corriente adelanta al volta7e en +)Y4 1)Y o *)Y% En la Higura (( se 'uestran los diagra'as #asores correspondientes a la ali'entación del relé de la #ase 2% "ara los relés de las #ases ( 5 +4 los volta7es corresponden a la rotación del caso% En esta #or'a4 se pretende 6ue el volta7e elegido no sea apreciable'ente a#ectado en 'agnitud 5 #ase en casos de #allas nobalanceadas% La cone:ión de 1)Y se puede lograr en la pr0ctica colocando en el 'is'o polo dos bobinas ali'entadas para el caso de la #igura4 con los volta7es V (+ 5 V2+ de tal 'anera 6ue el #lu7o resultante sea proporcional a la su'a de estos volta7es%
Higura (($ iagra'as #asoriales para la cone:ión del relé de la #ase 2 c# Principios b!sicos de los relés direccionales
Los relés direccionales ;o de potencia> cu'plen con la #unción de detectar el sentido de #lu7o de la potencia activa 5 est0n4 por lo tanto4 basados en los principios del J0tt'etro% "ueden ser del tipo electro'agnético4 de inducción o electrónico% na #or'a constructiva 'u5 co'ún4 es la de tipo balanza ;electro'agnético> 6ue se 'uestra en la Higura (+4 6ue corresponde al ele'ento direccional de los relés Z[ de la \esting.ouse% Los relés direccionales de inducción pueden ser de cilindro o de disco% "or e7e'plo4 las unidades direccionales de los relés CR de la \esting.ouse 5 de los IKC de /eneral Electric son del tipo cilindro de inducciónG los relés direccionales de tierra IC" e ICC4 de /eneral Electric4 son de tipo disco de inducción% Entre los electrónicos se pueden 'encionar el BC\ 5 el BCCV4 a'bos de /eneral Electric 5 el ,S"33 de Sie'ens% "ara deducir la ecuación caracter9stica4 se considerar0 el relé tipo balanza de la Higura (+% En este relé cada núcleo se encuentra so'etido al tor6ue resultante del e#ecto del #lu7o de dos bobinas$ una de volta7e 5 otra de corriente% El #lu7o producido en la bobina de corriente es proporcional a la corriente IN 5 el #lu7o producido en la bobina de potencial ser0 proporcional al volta7e VN4 sie'pre 6ue se desprecie la saturación% Las dos bobinas de volta7e tienen igual nú'ero de vueltas 5 se encuentran enrolladas en el 'is'o sentido% Las bobinas de corriente tienen igual nú'ero de vueltas pero est0n enrolladas en sentido contrario4 tal co'o puede verse en la Higura (+ a>4 de 'anera 6ue el tor6ue de operación B !" ser0$
] el tor6ue de retención BR es$
onde ^ 8 5 ^K son los #lu7os producidos en los respectivos núcleos4 R es el tor6ue asociado al resorte 5 la constante de proporcionalidad = es la 'is'a para a'bos tor6ues4 por tratarse de bobinas iguales% e acuerdo con la Higura (+ b>4 se puede escribir$
El relé operar0 cuando B !" D BR4 es decir$
Ree'plazando los valores dados por ;la ecuación anterior> 5 ordenando se tiene$
Hinal'ente se puede escribir$ onde
5 _ es el 0ngulo entre el #lu7o ^v 5 el volta7e V% Cuando _4 el
tor6ue es '0:i'o4 por lo 6ue al 0ngulo _ se le deno'ina 0ngulo de tor6ue '0:i'oN
Higura (+$ relé direccional tipo balanza4 a> es6ue'aG b> diagra'a #asorial% En este caso4 el 0ngulo de tor6ue '0:i'o depende de las caracter9sticas de la bobina de volta7e4 5a 6ue representa el 0ngulo de su i'pedancia% La ecuación ;anterior> es v0lida4 independiente de 6ue el relé sea de tipo electro'agnético4 de inducción o de estado sólido% Es #actible alterar el tor6ue de operación variando el 0ngulo de tor6ue '0:i'o4 lo 6ue se consigue en la pr0ctica4 a través de dispositivos des#asadores adecuados% d# Representación de las características de un relé direccional
8s9 co'o para los relés de sobrecorriente4 sus caracter9sticas se representan en #or'a de curvas tie'pocorriente4 en el caso de los relés direccionales4 sus curvas representativas est0n basadas en la ecuación ;anterior>% En ellas4 tanto V co'o I 5 pueden considerarse co'o variables o par0'etros4 dando origen a las siguientes curvas caracter9sticas$ d#"# /aracterísticas volta.e0corriente para 123 constante
Esta caracter9stica responde a la ecuación ;siguiente>G es decir4 el producto VI es constante4 lo 6ue corresponde a una .ipérbola4 tal co'o se 'uestra en la Higura (-4 donde + U ( U 2
d#(# /aracterística en coordenadas polares
La caracter9stica '0s útil es la 6ue representa la ecuación ; coordenadas polares ;Higura (<>%
> en
Higura (-$ caracter9stica
VI para N constante
Higura (<$ caracter9sticas en coordenadas polares d#4# /aracterísticas volta.e0!ngulo para I constante:
La Higura (1 representa esta caracter9stica4 donde I 2 U I( U I+%
Higura (1$ Caracter9stica V-ϕ para I constante d#5# /aracterísticas corriente0!ngulo para 6 constante:
La Higura (, representa esta caracter9stica4 donde V 2 U V( U V+%
Higura (1$ Caracter9stica I-ϕ para V constante e# /ombinación
del
elemento direccional 7de
potencia) con
el de
sobrecorriente
Co'o se di7o anterior'ente4 los relés direccionales de sobrecorriente constan #unda'ental'ente4 de un ele'ento de sobrecorriente convencional ;I8C4 por e7e'plo> 5 de un ele'ento direccional 6ue opera en con7unto con el anterior ;IKC4 por e7e'plo>% El ele'ento direccional puede actuar sobre el ele'ento de sobrecorriente4 en principio4 en una de las dos 'aneras siguientes$ e#"# $upervisión direccional:
Se conectan los contactos de los ele'entos de sobrecorriente 5 direccional en serie en el circuito de desenganc.e del interruptor de poderG de 'anera 6ue 'ientras no se cierren los dos contactos no se co'pleta dic.o circuito 5 por lo tanto el interruptor no abre% Este procedi'ientoG sin e'bargo4 puede en ciertos casos4 causar una #alsa operación de la protección4 cuando la dirección del #lu7o de potencia en una l9nea sana ca'bia repentina'ente al despe7arse parcial o total'ente una #alla e:terna 5 el ele'ento de sobrecorriente es de ba7a velocidad de operación% 8 'anera de e7e'plo4 se considerar0 la situación de la Higura (3
Higura (3$ siste'a en doble circuito con ali'entación en a'bos e:tre'os
Si la capacidad de generación de 8 es 'uc.o 'a5or 6ue la de K4 el ele'ento de sobrecorriente en el interruptor ( puede operar para una #alla en H4 pero la apertura se ve blo6ueada por el ele'ento direccional% Cuando el interruptor - abre para aclarar parcial'ente la #alla4 la dirección de la potencia en el interruptor ( se invierte 54 co'o sigue e:istiendo una sobrecorriente4 el relé abrir0 el interruptor ( innecesaria'ente%
e#(# /ontrol 8ireccional
Se co'binan a'bos ele'entos de 'odo 6ue 'ientras no opere el ele'ento direccional no pueda .acerlo el de sobrecorrienteG es decir4 el ele'ento direccional .abilita al ele'ento de sobrecorriente de 'anera 6ue en el circuito de desenganc.e del interruptor sólo se inclu5e el contacto de la unidad de sobrecorriente% Esta disposición per'ite evitar los inconvenientes 'encionados en el p0rra#o anterior% 8 'anera de e7e'plo4 en la Higura (* se 'uestra en #or'a es6ue'0tica el relé IKC de /eneral Electric%
Higura (*$ relé de sobrecorriente direccional IKC de /%E f# Polari9ación de relés direccionales
na unidad direccional e'plea corriente ;de l9nea para un relé de #ase 5 residual para un relé de tierra> 5 una 'agnitud de re#erencia para deter'inar la dirección del #lu7o de potencia% La 'agnitud de re#erencia de los relés e'pleados en
protección de siste'as de corriente alterna recibe el no'bre de 'agnitud de polarizaciónNG ésta puede ser un volta7e o bien una corriente% El uso de volta7e se conoce con el no'bre de polarización de volta7e 5 el uso de la corriente con el no'bre de polarización de corriente% f#"# Polari9ación de relés de fases
Según lo visto4 en los relés de #ase4 se e'plea el volta7e del siste'a co'o 'agnitud de polarización% 8 'anera de e7e'plo se presenta el es6ue'a de la Higura +) 6ue 'uestra una cone:ión t9pica de relés direccionales de #ases ;cone:ión de *)Y> con los trans#or'adores de corriente conectados en estrella a tierra 5 los de potencial en estrella tierraestrella tierra% f#(# Polari9ación de relés residuales
Los relés direccionales residuales4 conocidos co'o relés direccionales de tierraN4 pueden polarizarse por volta7e residual ;polarización de volta7e> o por corriente residual ;polarización de corriente>% La Higura +) 'uestra el caso de un relé de tierra ;residual>4 en 6ue se dispone de tres trans#or'adores de potencial au:iliares conectados en estrella tierradelta abierta para la polarización por volta7e 5 la corriente se obtiene de la salida de los tres trans#or'adores de corriente%
Higura +)$ cone:ión t9pica de un relé direccional de #ase 5 residual Cuando en un punto de un siste'a sólo se re6uiere polarizar por volta7e un relé residual 5 por lo tanto4 las necesidades de burden son pe6ueAas4 se suele usar4 por razones econó'icas4 un e6uipo 6ue inclu5e tres condensadores de acopla'iento 5 un dispositivo de potencial conectados en la #or'a indicada en la Higura +2% e esta 'anera4 el volta7e aplicado a los relés residuales es proporcional al volta7e de secuencia cero%
Higura +2$ polarización de volta7e para relés direccionales de tierra
La polarización por corriente de relés direccionales residuales se aplica en subestaciones
6ue
tienen
trans#or'adores
de
poder
con
sus
neutros
adecuada'ente conectados a tierra% /eneral'ente4 la corriente residual de polarización se obtiene desde un trans#or'ador de corriente ubicado en la cone:ión a tierra de los neutros de los trans#or'adores de poder% Sin e'bargo4 el .ec.o de 6ue un trans#or'ador tri#0sico o un banco de trans#or'adores 'ono#0sicos tengan su neutro sólida'ente conectado a tierra no es razón su#iciente para 6ue sea una #uente de corriente de polarización% Es necesario4 ade'0s4 conocer las cone:iones de todos lo enrollados del trans#or'ador o del banco 5 a veces incluso es necesario conocer el resto del siste'a% "ara un trans#or'ador con dos enrollados se pueden presentar los siguientes casos t9picos de cone:iones$ eltaestrella a tierraG estrellaestrella a tierra4 estrella a tierraestrella a tierra% e las tres cone:iones la '0s co'ún es la pri'era 5 al 'is'o tie'po es la única 6ue se presta para polarización de corriente de relés ubicados en el lado de la estrella% En e#ecto4 la presencia de la delta per'ite 6ue por el neutro circulen corrientes de secuencia cero dirigidas sie'pre desde la tierra .acia los enrollados% Estas corrientes inducir0n en la delta corrientes de circulación 6ue no #luir0n en la parte del siste'a conectado en el lado delta 5 no .abr0 ningún caso de #alla en el lado delta para el cual circular0n corrientes residuales en la cone:ión del neutro de la estrella a tierra% "or eso4 los relés residuales del lado estrella pueden a7ustarse en #or'a independiente de las protecciones en el lado delta% En la cone:ión estrellaestrella a tierra no pueden circular corrientes residuales4 aun6ue el neutro de una estrella esté a tierra4 por6ue los a'peresvueltas de las co'ponentes de la corriente residual del lado conectado a tierra no podr9an co'pensarse en la otra estrella4 5a 6ue4 por los enrollados de esta últi'a no pueden circular corrientes 6ue estén en #ase% Si se conectan a tierra los neutros de a'bas estrellas4 ta'poco se puede obtener una corriente adecuada para polarización% En e#ecto4 si se supone 6ue las partes del siste'a conectadas a a'bas estrellas tienen puestas a tierra4 entonces una
#alla 'ono#0sica en el secundario provocar0 una corriente residual .acia aba7o en el neutro del pri'ario 5 .acia arriba en el neutro del secundario% En ca'bio4 una #alla 'ono#0sica en el pri'ario4 provocar0 una corriente .acia arriba en el neutro del pri'ario 5 .acia aba7o en el neutro del secundario% Luego4 un trans#or'ador de corriente en uno de los neutros no proporcionar0 una corriente unidireccional adecuada para polarización% El intento de colocar trans#or'adores de corriente en los dos neutros4 conectando los secundarios en paralelo ta'bién #alla4 5a 6ue la corriente resultante por el relé ca'biar9a de sentido según 6ue la #alla se produzca a la iz6uierda o a la derec.a del trans#or'ador de poder% M0s aún4 si la razón de trans#or'ación de los trans#or'adores de corriente de los neutros es inversa'ente proporcional a la razón de trans#or'ación del trans#or'ador de poder4 entonces4 la corriente resultante por el relé ser0 sie'pre cero% "or lo tanto4 los trans#or'adores tri#0sicos o los bancos4 en cone:ión estrella estrella4 son inadecuados co'o #uentes de corriente de polarización% @atural'ente 6ue un trans#or'ador4 en cone:ión deltadelta no puede ser usado para polarización de corrientes por6ue es i'posible la circulación de corrientes de secuencia cero #uera de los enrollados% Los trans#or'adores de tres enrollados4 ta'bién4 pueden usarse para polarización de corriente% Estos trans#or'adores pueden ser estrellaestrelladelta4 estrella deltadelta% Si sólo una de las estrellas est0 a tierra 5 la otra est0 desconectada de tierra4 o bien es un enrollado delta4 este neutro es una #uente adecuada de corriente de polarización% En realidad el caso es si'ilar al de un trans#or'ador de dos enrollados deltaestrella a tierra% El enrollado terciario en delta tiene sola'ente el e#ecto de au'entar la corriente por el neutro debido a 6ue se co'pensan en los enrollados de la estrella conectada a tierra los a'peresvueltas de secuencia cero del terciario% "or lo general4 en un trans#or'ador estrelladeltaestrella se conectan a tierra los neutros de a'bas estrellas% En este caso se puede obtener una corriente de polarización colocando trans#or'adores de corriente en los dos
neutros 5 conectando los secundarios en paralelo 5 en oposición4 5a 6ue cual6uiera sea la ubicación de la #alla4 el sentido de la corriente en el relé ser0 el 'is'o% 8de'0s4 la corriente en la delta ta'bién 'antendr0 su sentido4 por lo 6ue puede usarse un trans#or'ador de corriente en la delta para obtener corriente de polarización% 8 'enudo se e'plea este 'étodo cuando no es posible 'edir las corrientes 6ue circulan por las cone:iones de los neutros a tierra% Aplicaciones de protecciones de sobrecorriente
En este apartado se indicar0n los criterios generales en 6ue se basa la utilización de relés de sobrecorriente4 a #in de obtener del siste'a de protecciones la selectividad4 sensibilidad 5 si'plicidad adecuadas% E:isten varias alternativas 6ue per'iten obtener selectividad entre estas protecciones4 las 6ue dependen de los tipos de relés 6ue se utilicen% Entre ellas se tienen$
$electividad con protecciones de tiempo definido
En este 'étodo se utiliza un intervalo de tie'po entre cada uno de los relés 6ue controlan los interruptores del siste'a4 para asegurar 6ue opere pri'ero el 6ue est0 '0s cerca de la #alla% En la Higura +( se 'uestra una aplicación donde la condición de operación selectiva es 6ue los relés va5an au'entando su tie'po de operación a 'edida 6ue se acercan a la #uente4 lo 6ue per'ite 6ue opere pri'ero el 6ue est0 '0s cerca del punto de #alla% Este 'étodo se usa pre#erente'ente en l9neas radiales o en l9neas en anillo4 donde la corriente de #alla entre las diversas secciones no di#iere 'uc.o% Esta #or'a de dar selectividad se consigue con relés de tie'po de#inido4 en los cuales la unidad de sobrecorriente 7uega el papel de iniciar el conteo del tie'po% "or esta razón se les deno'ina co'o relés con retardo independiente ;del tie'po>% Su uso est0 '0s di#undido en Europa4 pero tiene la desventa7a 6ue el tie'po de despe7e
de las #allas es cada vez 'a5or .acia las pro:i'idades de la #uente4 7usta'ente donde el nivel de #alla es 'a5or 5 donde se debiera actuar con '0s rapidez%
Higura +($ selectividad con protecciones de tie'po de#inido $electividad con protecciones de tiempo inverso:
Co'o una #or'a de solucionar las de#iciencias 6ue presenta el 'étodo anterior4 se .a desarrollado otro en base a relés de sobrecorriente de tie'po inverso4 tal co'o se 'uestra en la Higura ++%
Higura ++$ selectividad con protección de tie'po inverso Este 'étodo se aplica especial'ente cuando .a5 una apreciable di#erencia entre la corriente de #alla del #inal de la l9nea I ( 5 la corriente para #allas al co'ienzo de ésta I2 ;Higura ++>4 donde$
Si los relés tienen caracter9stica de tie'po inverso4 de la #or'a t FI4 resulta 6ue la razón entre los tie'pos de operación al co'ienzo de la l9nea t 2 5 al #inal t ( es$
Las desventa7as en la aplicación de protecciones de tie'po inverso4 se dan cuando la razón t2Ft( no es apreciable'ente 'enor 6ue la unidad 5 cuando [ s var9a apreciable'ente con la generación% $electividad con protecciones de tiempo inverso e instant!neas
Se pueden co'binar las caracter9sticas de tie'po de operación de estos dos tipos de relés para 'e7orar la selectividad 5 la estabilidad del SE" tal co'o se 'uestra en la Higura +-4 especial'ente en el caso de l9neas largas o para la protección de trans#or'adores4 donde .a5 una apreciable di#erencia entre las corrientes de cortocircuito entre dos relés consecutivos% El a7uste de los ele'entos instant0neos debe ser tal 6ue no detecte #allas en la barra siguiente a su ubicación4 por lo 6ue en general se le da un 'argen de un (< a un +)4 es decir4 se 'ultiplica la corriente de #alla en la barra siguiente por 24(< o 24+%
Higura +-$ Selectividad con protecciones de tie'po inverso e instant0neas $electividad con protecciones con retención de volta.e
Las protecciones de sobrecorriente se pueden usar sola'ente cuando la '9ni'a corriente de #alla e:cede la corriente '0:i'a de carga% Cuando .a5 un a'plio rango de variación de las condiciones de generación 5 donde la corriente '9ni'a de #alla puede ser 'enor 6ue la corriente '0:i'a de carga4 es posible utilizar protecciones con retención de volta7e4 tal co'o se e:plicó en el punto de protecciones de sobrecorriente de tie'po inverso con retención de volta7e% 8eterminación de a.ustes de relés de sobrecorriente# /oordinación de protecciones
n estudio de coordinación de protecciones consiste en organizar las curvas tie'pocorriente de cada uno de los relés 6ue se encuentran en serie entre el dispositivo 6ue usa la energ9a 5 la #uente% Este debiera realizarse al co'ienzo de cual6uier pro5ecto de un siste'a eléctrico4 5a 6ue ello podr9a indicar 6ue se re6uieren algunos ca'bios en las especi#icaciones de ciertos e6uipos% Ba'bién debiera e#ectuarse un estudio o una revisión4 cada vez 6ue se aAaden cargas nuevas o se ree'plazan e6uipos en un siste'a e:istente4 o bien4 cuando se produce un ca'bio i'portante en el nivel de cortocircuito del siste'a% Hinal'ente4 se re6uiere un estudio cuando una #alla no es despe7ada con la selectividad adecuada 5 co'pro'ete una 'a5or parte del siste'a de la 6ue debiera% El ob7etivo de un estudio de coordinación4 es por lo tanto4 deter'inar las caracter9sticas4 los rangos 5 los a7ustes de los dispositivos de sobrecorriente4 para asegurar una selectividad adecuada donde 6uiera 6ue se produzca una #alla o una sobrecarga% 8efinición de términos
8ntes de iniciar este estudio4 conviene de#inir algunos tér'inos 6ue son de uso co'ún en protecciones 5 6ue es necesario conocer clara'ente%
a# /orriente de partida
Es el valor de corriente capaz de sacar del reposo a la parte 'óvil del relé% Cuando el relé es de co'parador 'óvil4 co'o el disco4 por e7e'plo4 en los relés de tipo disco de inducción se re6uiere esta corriente4 para iniciar el 'ovi'iento del disco4 aun6ue es posible 6ue éste no llegue a cerrar sus contactos a pesar de seguir 'anteniéndola aplicada% b# /orriente mínima de operación o pic0up
Es la corriente 6ue produce el ca'bio de estado del relé% En relación a este tér'ino e:iste una di#erencia entre los #abricantes nortea'ericanos 5 los europeos% En los relés a'ericanos ;S8>4 el valor de la corriente '9ni'a de operación o pic=up es igual al valor del tap% En los relés de procedencia europea4 estos valores pueden ser di#erentes% La corriente de pic=up es del orden de 24+ veces el valor del tap% Las curvas de los relés vienen con el valor de corriente e:presado en veces tap 5 no en a'peres4 de 'odo 6ue sirvan para cual6uier rango de corrientes pri'arias% Ba'bién es .abitual 6ue las curvas no co'iencen en 2 por tap sino 6ue en 24< veces en el caso de los a'ericanos o 24+ veces en el caso de los relés ingleses% En los relés de estado sólido es #recuente 6ue el pic=up sea 242 veces el tap 5 6ue las curvas co'iencen ta'bién desde este punto4 aun6ue en algunos casos4 las curvas co'ienzan en 24)+ veces el tap4 ;relés digitales> 6ue para estos e#ectos deno'inan pic=up% La razón para esto es 6ue resulta di#9cil precisar las curvas para valores de corriente 'u5 cercanos al valor de la to'a ;tap>4 de 'odo 6ue el #abricante se de7a un 'argen donde no asegura la e:actitud de las curvas% c# Tap
Es el dispositivo 6ue per'ite seleccionar la corriente de operación del relé dentro de un rango de to'as o derivaciones dispuestas para este e#ecto% @or'al'ente el valor del tap se designa en 8'peres 5 representa el valor de corriente 6ue .ar9a operar al relé en un tie'po indeter'inado ;'u5 largo>% d# ;ever o dial de tiempo
Es el indicador de la posición del tope 6ue deter'ina la separación inicial de los contactos4 cuando el relé est0 en reposo ;relés tipo disco de inducción4 por e7e'plo>4 .aciendo variar el recorrido del disco desde la posición de '0:i'a separación de los contactos .asta el cierre de ellos% "or lo tanto4 per'ite variar las curvas de tie'po de operación del relé% En general puede considerarse 6ue las curvas de un relé son proporcionales entre s94 de 'odo 6ue pueden obtenerse curvas inter'edias interpolando las curvas ad5acentes% Los #abricantes entregan estas curvas para cada una de las graduaciones del dial4 6ue co'o se di7o4 en los relés a'ericanos van de )4< a 2) 5 en los relés europeos4 en general4 de )4)< a 2% En el caso de los relés nu'éricos co'o el ,1) de /eneral Electric4 se deno'ina 'ultiplicador de curvas M 5 va de ) a 2)) en pasos de )4)2% Las curvas tie'po corriente se dibu7an4 en general4 co'o una sola l9neaG sin e'bargo4 es necesario indicar 6ue se aceptan ciertos l9'ites de error para estas curvas ;banda de operación>4 los 6ue co'o se ver0 posterior'ente4 in#lu5en en la deter'inación del tie'po de paso% En los relés transistorizados4 por lo general4 el lever4 6ue en este caso se deno'ina ti'e dial ;dial de tie'po> es un reóstato 6ue in#lu5e en un circuito RC 5 6ue per'ite variar los tie'pos de operación% e# $obrecarrera 7oversoot)
En el caso de los relés de inducción4 es el tie'po 6ue puede seguir girando el disco ;del relé de respaldo> luego de 6ue la #alla .a sido despe7ada por otro relé ;local>4 antes de cerrar sus contactos% En el caso de los relés est0ticos antiguos4 correspond9a al tie'po 6ue de'oraba el condensador del circuito de tie'po en descargarse ba7o su nivel de operación4 luego 6ue la #alla se .ab9a despe7ado% Esta Sobrecarrera puede representar tie'pos de )4)+ a )42) segundos4 valores 6ue .a5 6ue tener en cuenta co'o se ver0 '0s adelante% En los relés de estado sólido 'odernos4 la Sobrecarrera no e:iste% f# Tiempo de paso
Cuando se coordinan relés4 debe 'antenerse un intervalo de tie'po entre sus curvas4 con el ob7eto de obtener una operación secuencial correcta de los interruptores% 8 este intervalo se le deno'ina tie'po de pasoN 5 su valor #inal depende de #actores tales co'o$ tie'po de apertura del interruptor4 Sobrecarrera 5 error de las curvas de operación de los relés4 5 a otros4 co'o la e:actitud de los BBFCC 5 a su posible saturación% Co'o la deter'inación e:acta de cada uno de estos errores es pr0ctica'ente i'posible4 .abitual'ente se usan co'o valores aceptables4 tie'pos de paso de )4+ ó )4- segundos% En este valor se considera$ ? Bie'po de apertura del interruptor$
)4)3 seg%
? Sobrecarrera$
)42) seg%
? Error en la curvas de los relés$
)42)
? Hactor de seguridad ;inclu5e otros errores> $
)4)( a )42( seg%
El tie'po de paso a utilizar puede reducirse si se .acen algunas consideraciones especiales% "or e7e'plo4 si se usan interruptores de vac9o o neu'0ticos4 el tie'po de apertura podr9a reducirse a )4)< ó )4)1 segundos% Si se usan relés 'u5 inversos o e:tre'ada'ente inversos 6ue tienen una Sobrecarrera 'enor 6ue los de tie'po inverso4 podr9a usarse un tie'po de paso de )4+ seg% "or otra parte4 si se usan relés de tie'po de#inido4 no es necesario considerar el error de los BBFCC4 5a 6ue el núcleo de estos relés se satura r0pida'ente% Hinal'ente se podr9a utilizar un tie'po de paso no 'enor de )4(< segundos si se logra reunir las 'e7ores condiciones4 es decir4 interruptores r0pidos4 relés de estado sólido4 trans#or'adores de corriente de buena calidad 5 e#ectuando una co'probación de los resultados en terreno% Reglas generales para calcular los a.ustes de los relés de sobrecorriente
Con lo e:plicado .asta a.ora4 se est0 en condiciones de dar algunas reglas 6ue per'itan abordar el c0lculo de a7ustes de los relés de sobrecorriente% Conviene
recordar 6ue estos relés4 ade'0s de dar protección a ciertos e6uipos4 cu'plen ta'bién la 'isión de dar respaldo local o re'oto a otras protecciones 6ue pueden ser incluso de sobrecorriente% a# Relés de fase
a%2% El relé de #ase debe detectar #allas por lo 'enos .asta el e:tre'o #inal de la sección de circuito siguiente a la 6ue est0 protegiendo% "or e7e'plo4 en la Higura +<4 el relé R2 debe detectar #allas '9ni'as en el sector del relé R+%
Higura +<$ relés de sobrecorriente de #ase en un siste'a radial
a#(# El tap debe elegirse de 'odo 6ue el pic=up sea 'a5or 6ue la corriente
'0:i'a de carga 5 detecte #allas '9ni'as en respaldo% 8de'0s de esto4 en algunos casos4 al relé de sobrecorriente se le da el car0cter de relé de sobrecarga eligiendo entonces un a7uste de 24( a 24< veces la corriente no'inal del e6uipo% Es necesario tener cuidado en esto últi'o4 5a 6ue si se abusa de ello4 se puede li'itar 'uc.o la posibilidad de sobrecarga controlada 6ue puede dar el e6uipo protegido% 8l elegir el valor del tap4 debe tenerse en cuenta las posibles variaciones 6ue respecto a este valor tiene el pic=up% a#4# El lever ;a7uste de tie'po> debe elegirse dando el tie'po '0s corto posible al
relé '0s ale7ado de la #uente% Si éste no coordina con otros ele'entos ;#usibles4 relés tér'icos4 etc%>4 o si se tiene corrientes transitorias elevadas ;partidas de 'otores4 corriente de inrus. de trans#or'adores4 etc%> debe d0rsele el lever '9ni'o per'isible 6ue evite #alsas operaciones% Este lever se reco'ienda sea 2 para los a'ericanos 5 )42 para los europeos4 pero puede ser .asta )4< o )4)<4 respectiva'ente% El resto de los relés debe coordinarse con los 6ue le anteceden4
d0ndole el tie'po de paso '0s el tie'po del relé con 6ue se coordina4 en el punto 6ue corresponda a la '0:i'a #alla% Co'o tal se considera general'ente una #alla tri#0sica4 con '0:i'a generación 7usto después de la siguiente barra o el pic=up del instant0neo del relé con el 6ue se est0 coordinando% "or e7e'plo4 en la Higura +<4 el lever del relé R ( debe calcularse con el tie'po del relé R + '0s el tie'po de paso4 con una #alla '0:i'a en H ;barra siguiente al relé R (>% En todo caso4 debe veri#icarse la coordinación para otro tipo de #allas% a#5# Bodo lo e:plicado es v0lido para siste'as radiales% En puntos donde no .a5
su#iciente di#erencia entre la corriente de los ali'entadores #allados 5 no #allados 6ue llegan a una 'is'a barra de subestación4 o en siste'as en anillo o con l9neas de doble circuito debe usarse relés con control direccional b# Relés de tierra
"ara estos relés son v0lidos los 'is'os puntos 'encionados antes4 e:cepto lo indicado al co'ienzo de a%(% En e#ecto4 co'o estos relés son ali'entados con las corrientes de secuencia cero4 las 6ue deber9an valer cero para condiciones nor'ales de operación4 puede elegirse un tap de valor in#erior a las corrientes nor'ales de carga% +tapas a seguir para calcular los a.ustes de relés de sobrecorriente
El c0lculo de a7ustes de relés de sobrecorriente debe dar #inal'ente el valor de tapN 5 de leverN a 6ue debe a7ustarse cada relé% En los casos 6ue se consulte ele'ento instant0neo4 ta'bién debe entregar el valor al cual debe a7ustarse éste% "ara obtener el resultado #inal es necesario cu'plir una serie de etapas previas4 6ue se resu'en a continuación4 suponiendo 6ue se dispone del diagra'a unilineal del siste'a4 6ue el tipo de relé ;inverso4 'u5 inverso4 etc%> est0 5a decidido 5 6ue se conocen las razones de los BBFCC a usar% Ba'bién es necesario disponer de las curvas caracter9sticas de los relés 5 papel loglog para trazar las caracter9sticas de corriente ;abscisa> 5 tie'po ;ordenada>% Las etapas son las siguientes$
a# ibu7ar el circuito e6uivalente por #ase ;diagra'a de i'pedancias> del siste'a
eléctrico radial al cual se est0 aplicando la protección4 indicando los par0'etros de cada uno de sus co'ponentes% b# Reducir todos los par0'etros a una base co'ún% Co'o se ver0 posterior'ente4
todas las corrientes deben estar re#eridas a un solo nivel de volta7e4 el 6ue conviene 6ue sea el 6ue es co'ún a la 'a5or parte de los co'ponentes% c# Calcular las corrientes no'inales de los e6uipos4 reduciéndolas ade'0s al nivel
de volta7e co'ún% d# Calcular las corrientes '0:i'as de #alla ;con plena generación> 5 las '9ni'as
;con generación '9ni'a> para cada uno de los puntos donde se ubican relés% e# Calcular los tap de los relés en tér'inos pri'arios4 de acuerdo a lo e:plicado en
el p0rra#o a%(%4 en #unción de las corrientes no'inales de los e6uipos 5 veri#icando respaldos para las #allas '9ni'as% f# Calcular los tap en tér'inos secundarios4 para lo 6ue basta 'ultiplicar el valor
anterior por la razón inversa de los BBFCC correspondientes% Rea7ustar si es necesario los valores de acuerdo con los tap 6ue real'ente dispone el relé% g# Calcular el a7uste del ele'ento instant0neo4 con las indicaciones dadas
anterior'ente ;24+ veces la corriente '0:i'a de cortocircuito en la barra siguiente>4 veri#icando si procede% # Reducir todos los valores de tap a tér'inos pri'arios 5 e:presarlos en una sola
base de volta7e% Marcarlos en el gr0#ico ;loglog> correspondiente% i# Calcular los lever de acuerdo a lo indicado en el p0rra#o de reglas generales
para calcular los a7ustes de los relés de sobrecorriente% E:isten dos 'aneras de deter'inar el leverG una gr0#ica 5 la otra anal9tica% "ara la pri'era se necesitan las curvas para cada uno de los lever 5 para la otra4 sólo la curva correspondiente al lever '0:i'o%
? En el pri'er caso4 para la corriente '0:i'a de cortocircuito se to'a el tie'po del relé con el cual se est0 coordinando ;R + en Higura +<> 5 se le agrega el tie'po de paso% El tie'po t cN as9 calculado se lleva al gr0#ico tie'pocorriente 5 se ubica en un punto n cN de veces pic=up$
El punto ;tc4nc> coincidir0 con alguna de las curvas o 6uedar0 cerca de ellas4 deter'inando el lever buscado% Sie'pre conviene apro:i'ar a la curva superior o bien de7ar un lever inter'edio% ? "ara el segundo caso4 el lever en tanto por unidad respecto al lever '0:i'o vale$
onde tnc es el tie'po para lever '0:i'o to'ado co'o veces pic=up igual n c% El valor as9 deter'inado4 dar0 de in'ediato el Lever para los relés Europeos4 cu5o Lever '0:i'o es la unidad 5 .abr0 6ue 'ultiplicarlo por 2) en el caso de los relés a'ericanos cu5o Lever '0:i'o es 2)% La coordinación del relé siguiente se .ar0 a partir de una nueva corriente de #alla '0:i'a 5 con un procedi'iento si'ilar al e:puesto% En el caso de utilizar ele'entos instant0neos4 la coordinación se .ar0 a partir del a7uste de corriente de esta unidad4 ;el 6ue por supuesto es 'enor 6ue la corriente de #alla '0:i'a> en vez de la corriente de #alla '0:i'a% +.emplo de c!lculo de a.ustes
"ara 'ostrar el procedi'iento descrito4 se considerar0 el siste'a eléctrico de la Higura +1%
Higura +1$ diagra'a uni#ilar del siste'a en estudio Las protecciones de los e6uipos son las siguientes$ ? /enerador$ Relé tipo CV(( con retención de volta7e% Bap <2$ -<132)2(21 ? L9nea$ Relé tipo C/22 de tie'po inverso% Bap <2$ -<132)2(21 ? Brans#or'ador$ Relé tipo C/22 de tie'po inverso con unidad instant0nea% ? Motor$ Relé de sobrecarga tér'ico4 con curva #i7a 5 ele'ento instant0neo ? 8li'entador$ Husible de +)) 8'peres con curva #i7a Las caracter9sticas tie'pocorriente de los relés4 para lever '0:i'o ;24 5a 6ue se trata de relés europeos> est0n dadas por las Bablas < 5 1% Babla <$ Caracter9stica tie'pocorriente del Relé CV((4 para Lever '0:i'o
Babla 1$ Caracter9stica tie'pocorriente del Relé CV224 para Lever '0:i'o
Las caracter9sticas tie'pocorriente del relé tér'ico del 'otor 5 del #usible ;a'bas #i7as> corresponden a las indicadas en las Bablas , 5 34 respectiva'ente% Babla ,$ Caracter9stica tI Relé tér'ico
Babla 3$ Caracter9stica tI Husible
a# ibu7ar el circuito e6uivalente por #ase ;diagra'a de i'pedancias o 'alla de
secuencia positiva> del siste'a eléctrico radial al cual se est0 aplicando la protección de sobrecorriente4 indicando los par0'etros de cada uno de sus co'ponentes% La Higura +, 'uestra el diagra'a de i'pedancias del siste'a4 con todos sus par0'etros% Las i'pedancias en pu est0n en la base propia de cada e6uipo%
Babla +,$ iagra'a de reactancias del siste'a b# Reducir todos los par0'etros a una base co'ún%
5∗10
c#
Sea SK< MV8G VK2141 =V
6
√ 3∗6,6∗10
3
=
437,4 A
5
2
Z B 1=
6,6 5
=
8,712 Ω
"or lo tanto$ W S)42< ;pu> con un generador en servicio ;/eneración '9ni'a> WS)42 con los tres generadores en servicio ;/eneración '0:i'a> WL)42 WB)4)1X;)4+ ;pu> Las 'allas de secuencia positiva ;se suponen cortocircuitos tri#0sicos>4 se 'uestran en la Higura +3%
Higura +3$ Mallas de secuencia positiva% a> /eneración '0:i'a4 b> /eneración '9ni'a d# Calcular las corrientes no'inales de los e6uipos4 reduciéndolas ade'0s al
nivel de volta7e co'ún% Se traba7ar0 considerando co'o nivel de volta7e co'ún el de 141 =V ;lado de alta>4 por6ue en ese lado .a5 una 'a5or cantidad de relés%
/enerador$ alta>
I G =
5∗10
6
√ 3∗6,6∗10
3
=
437,4 A
;igual a la corriente base del lado de
6
I L =
L9nea$
2∗10
√ 3∗6,6∗10
3
=
174,95 A
;se
supuso
una
capacidad
de
trans#erencia de ( MV8 para la l9nea> I T 1 =
Brans#or'adores$
I M 2=
Motor$
I M 1
1000∗10
3
√ 3∗6,6∗10
100∗10
3
87,48 A
3
√ 3∗0,415∗10
3
139,12∗0,415 6,6
=
=
=
139,12 A
8,75 A
e# Calcular las corrientes '0:i'as de #alla ;con plena generación> 5 las
'9ni'as ;con generación '9ni'a> para cada uno de los puntos donde se ubican relés% Los valores de las corrientes de #alla se re#erir0n al nivel de volta7e co'ún4 es decir4 la corriente base ser0 de -+,4- 84 6ue por
co'odidad se apro:i'ar0 a --) 8% En la barra de )4-2< =V4 punto 2$
I FMAX 1=
I FMIN 1=
E 1∠ 0 = = 2,7248 ∠ − 90 º ( p . u ) ⇒ I FMAX 1=2,7248 ∗440 =1200 A j X S + j X L+ j X T j 0,15+ j 0,017 + j 0,3
E 1∠0 = = 2,1413 ∠ − 90 º ( p . u ) ⇒ I FMAN 1=2,1413 ∗440 =940 A j X S + j X L+ j X T j 0,15+ j 0,017 + j 0,3
En pri'ario del trans#or'ador4 punto ($
I FMIN 1=
E 1 ∠0 = =14,9254 ∠ − 90 º ( p . u ) ⇒ I FMAX 2 =14,9254 ∗440 =6600 A j X S + j X L j 0,05 + j 0,017
I FMIN 1=
f#
E 1∠ 0 = = 6,667 ∠− 90 º ( p .u ) ⇒ I FMIN 3 =6,667 ∗440 =2940 A j X S j 0,15
Calcular los tap de los relés en tér'inos pri'arios4 de acuerdo a lo e:plicado en el p0rra#o %a%(4 en #unción de las corrientes no'inales de los e6uipos 5 veri#icando 6ue den los respaldos correspondientes para las #allas '9ni'as%
e#"# Protecciones del otor •
Relé tér'ico$ @or'al'ente se a7usta con un valor de operación de 2)< de la corriente no'inal del 'otor% En este caso$ Iop24)
•
Relé instant0neo$ El ele'ento instant0neo se a7usta en un valor 6ue sea superior a la corriente de partida del 'otor 6ue en este caso se esti'a en 1 veces la corriente no'inal% Se elige 3 veces la corriente no'inal4 es decir4 Iop3XI@3X2+*42(2%22(4*1 8 ⇒ Iop2%22) 8
e#(# Protecciones del Transformador
? Relé te'porizado$ @or'al'ente se a7usta entre 24( 5 24< veces la corriente no'inal4 o sea entre 2)< 5 2+2 8% 8de'0s debe dar respaldo a la #alla '9ni'a de *-) 8% Se elige$ Bap2() 8 ;apro:i'ada'ente 24+, veces la corriente no'inal> 6ue corresponde a un tap secundario 7usto de 1 8% ? Relé instant0neo$ El ele'ento instant0neo se a7usta a 24+ veces la corriente de #alla '0:i'a en la barra siguiente ;aguas aba7o>% En este casoG corresponde a$ Iop24+X2%())2%<1) 8 8 partir de las corrientes de #alla calculadas4 se aprecia una reducción considerable en la barra de -2< Volt4 respecto al lado de alta del trans#or'ador%
Luego4 se 7usti#ica poner relé instant0neo en el relé (4 lo 6ue se puede c.e6uear co'parando la corriente de #alla '9ni'a en el lado de alta del trans#or'ador ;(%1-) 8> 5 la corriente de a7uste del instant0neo del relé ( ;2%<1) 8>% e#4# Protección de la línea
? Relé te'porizado$ @or'al'ente se a7usta entre 24( 5 24< veces la corriente no'inal4 o sea entre (2) 5 (1) 8% 8de'0s debe dar respaldo a la #alla '9ni'a de *-) 8% Se elige$ Bap (-) 8 ;apro:i'ada'ente 24+, veces la corriente no'inal> 6ue corresponde a un tap secundario 7usto de 1 8% Co'o la i'pedancia de la l9nea es ba7a considerada con la de la #uente4 no .a5 una reducción i'portante de la corriente entre el cortocircuito en el lado de alta del trans#or'ador 5 la barra de los generadores4 6ue 7usti#i6ue poner instant0neo en el relé +% e#5# Protección de los *eneradores
? Los relés con retención de volta7e CV(( tiene dos caracter9sticas de operación$ • •
Con volta7e no'inal su pic=up es del 2)) del valor del Bap Con volta7e in#erior al no'inal4 por e7e'plo4 ,)4 el relé opera con el -) del valor del Bap%
La corriente no'inal del cada generador es de --) 8 5 por lo tanto4 el a7uste podr9a estar entre -3- 5 11) 8 ;22) a 2<) de la corriente no'inal>% Sin e'bargo4 es usual per'itir solo un 2) de sobrecarga 5 dar al relé ta'bién la caracter9stica de sobrecarga% Se puede elegir entonces un tap de <)) 84 6ue en condiciones de #alla ;,) del volta7e no'inal> corresponde a una corriente de operación de ()) 8% f# Calcular los tap en tér'inos secundarios4 rea7ustar si es necesario los
valores de acuerdo con los tap 6ue real'ente dispone el relé%
f#"# Protecciones del otor
? Relé tér'ico$ 2-1X
? Relé te'porizado$ 2()X
? Relé te'porizado$ (-)X
? Relé te'porizado$ <))X
una sola base de volta7e% Marcarlos en el gr0#ico ;loglog> correspondiente% Co'o el volta7e base elegido es de 141 =V4 se debe re#erir a este nivel de volta7e sola'ente lo 6ue est0 en -2< VoltG es decir4 los Bap de las protecciones del 'otor 5 las caracter9sticas tie'po corriente del tér'ico del 'otor 5 del #usible del ali'entador% g#"# Protecciones del otor
T Relé tér'ico$ -43,X2<)F< 2-1 8 ⇒ 2-1X)4-2 ? Relé instant0neo$ +,X2<)F<2%22) 8 ⇒ 2%22)X)4-2 Las Bablas * 5 2) 'uestran las curvas del relé tér'ico del 'otor 5 del #usible con sus valores actuales de corrientes 5 los valores re#eridos a 141 =V% Babla *$ Caracter9stica tI Relé tér'ico
Babla 2)$ Caracter9stica tI #usible
g#(# Protecciones del Transformador
? Relé te'porizado$ 1X2))F<2() 8 ? Relé instant0neo$ ,3X2))F<2<1) 8 g#4# Protección de la línea
? Relé te'porizado$ 1X())F<(-) 8 g#5# Protección de los *eneradores
? Relé te'porizado$
Son de caracter9sticas #i7as 5 .an 6uedado de#inidos en las Bablas +%* 5 +%2) respectiva'ente4 con cu5os valores se dibu7an en el gr0#ico loglog% #(# Relé del transformador 7():
En este caso se deber9a coordinar considerando el valor del instant0neo del relé del 'otor 6ue es de ,) 84 'enor 6ue el pic=up del relé del trans#or'ador ;2() 8>% "or lo tanto4 el Lever del relé del trans#or'ador se puede a7ustar en su valor '9ni'o4 es decirG )42 5a 6ue se trata de relés Europeos% 8 partir de la Babla +%1 se pueden obtener los valores de la caracter9stica tie'pocorriente4 para Lever )42G considerando el 2) del tie'po en cada punto4 lo 6ue se indica en la Babla 22 5
con cu5os valores se dibu7a la curva correspondiente sólo .asta 2%<1) 8% ;Higura +*>% Babla 22$ Caracter9stica tie'pocorriente del Relé del trans#or'ador
#4# Relé de la ;ínea 74):
Este relé debe coordinar con el del trans#or'ador ;(> en el punto de corriente '0:i'aG es decir4 en el valor de 2%<1) 8 ;pic=up del instant0neo del relé (>4 donde le corresponde un tie'po de apro:i'ada'ente )4(, segundos ;ver Higura +*>% Luego$ tct(tp)4(,)4-)41, seg% El valor de corriente correspondiente a este tie'po se deter'ina co'o sigue$
e acuerdo con la Babla +%14 para n c14< corresponde un tie'po apro:i'ado de
+4, segundosG es decir4 tnc+4, segundos% tilizando la e:presión
se tiene
"or lo tanto se elige el lever '0s cercano4 es decir4 Lever <2+)4(% La curva correspondiente se dibu7a con los valores de la Babla 2(4 6ue se obtiene a partir de la tabla 14 considerando un pic=up de (-) 8 5 un tie'po del () del indicado en la Babla 1% Babla 2($ Caracter9stica tie'pocorriente del Relé de la l9nea
el gr0#ico de la Higura +*4 se desprende 6ue el tie'po de paso real es de apro:i'ada'ente )4-< segundos% #5# Relé de los generadores 75):
Co'o la corriente de cortocircuito de un generador es de (%*-) 84 la coordinación entre los relés + 5 - deber0 .acerse considerando este valor% "ara este punto4 el tie'po de la curva del relé de la l9nea es de )4<< segundos4 por lo 6ue tc)4<<)4-)4*< segundos% Las caracter9sticas tie'pocorriente para Lever '0:i'o del relé CV((4 se 'uestran en la Babla <% En condiciones de #alla ;Curva 8>4 se co'porta de acuerdo a la curva de un relé nor'al de sobrecorriente4 pero su pic=up ba7a a un -) de la corriente de operación nor'al% En este caso4 la corriente de pic=up en operación nor'al es de <)) 8'peres 5 por lo tanto4 en #alla es de ()) 8'peres% "ara continuar con la coordinación4 corresponde deter'inar el lever para el relé del generador en condiciones de #alla% "ara este caso4 nc (*-)F()) 2-43 veces4 es decir4 2<% e acuerdo con la Babla < ;Curva 8>4 tnc(4<< segundos4 por lo 6ue el Lever ser0$
El 6ue
se apro:i'a
a
)4-% Luego4 las
caracter9sticas
tie'pocorriente
corresponder0n a las indicadas en las Bablas 2+ 5 2-4 6ue corresponden a los valores de tie'po dados por la Babla <4 'ultiplicados por )4-% Babla 2+$ Caracter9stica tie'pocorriente del Relé CV((4 Curva 84 para Lever )4-
Babla 2-$ Caracter9stica tie'pocorriente del Relé CV((4 Curva K4 para Lever )4-
Se .a establecido <%))) 8'peres4 co'o l9'ite para el e7e de absisas del gr0#ico4 razón por la cual no tiene sentido agregar en la Babla 2-4 los valores para 2< 5 () veces tap% En el gr0#ico de la Higura +* se puede apreciar 6ue la curva - 8 correspondiente al relé del generador se cruza con la curva del relé + de la l9nea% Esto no tiene i'portancia 5a 6ue la curva - 8 considera solo condiciones de #alla con corrientes superiores a *-) 8'peres4 6ue es la #alla '9ni'a en la barra de -2< Volt4 donde el tie'po de paso es de )4, segundos4 lo cual es '0s 6ue su#iciente% i# Resu'en de a7ustes Relé ": Motor de 2)) =V84 -2< Volt
BBFCC$ 2<)F< "ic=up relé tér'ico$ -43, 8 "ic=up relé instant0neo$ +, 8 Relé ($ Brans#or'ador de 2%))) =V84
141F)4-2< =V BBFCC$ 2))F< Bap$ 14
Lever$ )42
"ic=up relé instant0neo$ ,3 8 Relé 4: L9nea de 141 =V
BBFCC$ 2))F<
Bap$ 14
Lever$ )4(
Relé 5: /eneradores de < MV84 141 =V
BBFCC$ <))F< Bap$ <4
Lever$ )4-
Higura +*$ /r0#ico resu'en de la coordinación del siste'a de la Higura +1
