1 - fundamento de las protecciones completo

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Laboratorio de Protecciones Laboratorio de Protecciones

Eléctricas, Control y Eléctricas, Control y

ComunicacionesComunicaciones

1- Introducción a los sistemas de protecciones.

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL

FACULTAD REGIONAL AVELLANEDA

1 – Objetivos del Sistema de Protección

• El objetivo del sistema de protección es disminuir al máximo los efectos de las perturbaciones que aparezcan en el sistema de potencia.

• Mantener un alto nivel de continuidad de suministro de energía eléctrica.

• El sistema de protecciones debe estar preparado que la red o instalación funcione al 100% de su capacidad.

2 - Vocabulario

• Defecto (fault): Perdida de desempeño normal de un equipo, de alguna de sus funciones, o de alguno de los componentes del sistema de protecciones, incluidos los circuitos asociados.

• Avería (failure): Defecto de un equipo o componente de la instalación, que requiere de reparación para el restablecimiento del desempeño original.

• Falla (fault): Perturbación del sistema de transmisión, caracterizada por una desviación significativa de las variables del mismo, asociada a un defecto de un equipo primario y que requiere la inmediata desconexión del equipo afectado operando los interruptores apropiados.

• Perturbación: Situación anormal del sistema de transmisión, provocada por una avería u otro tipo de desequilibrio, que necesita de una operación para retornar a su estado normal. Puede ser originada por un cortocircuito, un desbalance de generación-carga, disminución o incremento de la tensión, etc.

• Contingencia: Un defecto inesperado o salida de servicio de un componente del sistema.

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3 – Perturbaciones en las redes

• Fallas Eléctricas: Son fallas de aislación, o interrupciones en el camino previsto para la corriente eléctrica. Se presentan en los distintos elementos de la red: Líneas, barras, transformadores, generadores, etc.

• Sobrecargas: Se presentan también en los distintos componentes de la red.

• Sobretensiones:

• Subtensiones:

• Subfrecuencias: Debidas a la pérdida de capacidad de generación.

• Sobrefrecuencia: debida a la perdida de carga.

• Perdidas de estabilidad: Se pierde el sincronismo entre los distintos generadores de la red.

• Oscilaciones de potencia: Variación relativa, periódica y no deseada, entre los distintos generadores de la red.

• Cargas asimétricas: se presentan ante la apertura accidental de una fase, o de algún componente de la red.

• Perturbaciones en generadores: además de las fallas de aislación, se pueden presentar: pérdidas de excitación, motorización, bloqueo por pérdida de servicios auxiliares, defectos en la regulación de tensión, defectos en la regulación de velocidad.

3 – Perturbaciones en las redes• Fallas en líneas de transmisión:

� Fallas monofásicas: 70 – 80 %

� Fallas bifásicas a tierra: 10 – 17 %

� Fallas bifásicas: 8 – 10 %

� Fallas trifásicas: 2 – 3 %

• El desbalance de carga entre las fases, no es una falla común, excepto en baja tensión donde los fusibles son el medio de protección principal.

• La ocurrencia de las fallas es variable, dependiendo de la configuración de la red y las condiciones del entorno de la instalación.

• Las protecciones eléctricas, es la ciencia, habilidad y arte de aplicar y ajustar ajustes a un relé de protección o fusibles, o ambos, para proveer la sensibilidad máxima ante fallas o condiciones indeseables, pero permitiendo la operación de la instalación bajo condiciones permisibles o tolerables.

• La “ventana de tiempo” que tiene un relé para operar es extremadamente pequeña y muchas veces, el chequeo de las condiciones de falla y operación de la instalación, causa retardos indeseables.

• Ocurre también que los equipos de protecciones actúen erróneamente, despejando parte de la instalación aún sin que ocurra perturbación alguna. Esto puede acarrear graves consecuencias a nivel de confiabilidad y grandes pérdidas económicas.

4 – Componentes del sistema de protección.

• Transformadores de medida.

• Cableado secundario de corriente alterna.

• Circuitos de corriente continua, hasta la bornera de las bobinas de apertura y cierre del interruptor,.

• Relés asociados a los relés de protección (de recierre, de bloqueo por penduleo)

• Relés y terminales de protección.

• Señalizaciones propias, paneles de alarma.

• Elementos de monitoreo, sistemas de registro y comunicación asociados.

• Las bobinas del interruptor en muchas empresas, se consideran como un componente fuera del sistema de protecciones.

• Los dispositivos asociados al sistema de protección son: las alarmas, señalizaciones, registros de eventos y oscilográficos.

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4 – Componentes del sistema de protección.

• Relés Auxiliares

• Supervisor de desenganche sano:

• Panel de alarmas

5 – Conexión y aplicación de los relés de protección.

• Los relés de protección utilizan señales eléctricas, a través de los transformadores de corriente (TI) y de tensión (TV).

• Estos dispositivos son los que proveen la separación electromagnética entre el sistema de alta tensión y alta corriente, reduciendo las señales de entrada a valores de salida prácticos para los relés.


• El interruptor es designado con el código 52, siguiendo la numeración de las normas ANSI / IEEE.

• En los esquemas de corriente continua, los contactos deben ser mostrados en su estado des-energizado. A raíz de esto, cuando el interruptor está cerrado y en servicio, su contacto 52a, debe estar cerrado.

• Originalmente los relés fueron electromecánicos, los cuales siguen en funcionamiento en muchas instalaciones alrededor del mundo.

• Estos relés tienen la característica de operar con una sola función de protección por equipo (Por ejemplo, un relé diferencial de transformador y otro relé de sobrecorriente)

• Los primeros relés electrónicos fueron lanzados en la década del 70.

• En los últimos años han tomado prevalecencia en el mercado, los relés electrónicos con microprocesador y con múltiples funciones en un mismo equipo.

• Los relés con microprocesadores, tienen el beneficio de alta precisión, ocupan menos espacio y abaratan los costos de instalación.

• Tienen la posibilidad de incorporar lógica de control, comunicaciones locales y remotas, registrar eventos, adquisición de datos, configuración remota y auto chequeo.

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• Protecciones Primarias: Se conectan directamente al circuito a

proteger.


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• Protección Secundaria: No se conectan directamente al circuito

a proteger.


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• El sistema de potencia está dividido en zonas de protección definidas por el equipamiento y los interruptores asociados.


• La protección en cada zona, puede superponerse con la zona adyacente; de otro modo podría aparecer un vacío en la zona primaria.

• Esta superposición puede ser realizada por la colocación de los transformadores de medida, la información clave del sistema de potencia que reciben los relés.

6 – Cualidades del sistema de protección.

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7 – Respaldo

• En los sistemas de protecciones, los dispositivos involucrados deben ser respaldados en su funcionamiento.

• Esto se realiza de modo que un defecto en alguno de ellos no implique la pérdida total de la función de protección involucrada.

• Se pueden distinguir dos tipos de respaldo:

� Respaldo local.

� Respaldo Remoto.

• Respaldo local, se refiere a cuando un rele de protección y algunos o todos sus dispositivos asociados, están duplicados en su función.

7 – Respaldo

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7 – Respaldo

• Respaldo remoto, se refiere cuando se previene un mal funcionamiento de un relé de protección, o de sus dispositivos asociados mediante el accionamientos de relés ubicados en otros puntos de la red.

• El accionamiento de un respaldo remoto, hace perder parte de la selectividad del sistema de protecciones general. Es decir se da cuando el respaldo implica la actuación de un interruptor, distinto al asociado al relé original.

7 – Respaldo

• Respaldo (como concepto general aplicado a los sistemas eléctricos): Concepto general referido a los sistemas de protección, por el cual los dispositivos integrantes de los mismos, o los propios sistemas de protección en su conjunto tienen otros dispositivos o sistemas, que previenen su mal funcionamiento, realizando funciones equivalentes.

• Respaldo de dispositivo: Cuando el concepto de respaldo se aplica a un dispositivo y no a un sistema de protección en su conjunto.

• Respaldo de un sistema de protección: Cuando el concepto de respaldo se aplica a un sistema de protección en su conjunto.

• Respaldo local de circuito: Cuando el respaldo se realiza, haciendo que la apertura de los circuitos sea exactamente la misma. En casos muy especiales, puede llegar a duplicarse los interruptores abriendo el circuito en el mismo lugar.

• Respaldo local de estación: Cuando el respaldo se realiza dentro de la misma estación o planta generadora, pero abriendo interruptores que producen la salida de servicio, de un mayor número de componentes de la red que aquellos directamente afectados por la falla.

• Respaldo remoto: Cuando el respaldo se realiza, mediante dispositivos instalados en otros puntos de la red, abriendo interruptores instalados en esos otros puntos.

7 – Respaldo

• Respaldo mutuo: Cuando no se puede hacer una distinción entre dispositivos o sistemas principales o de respaldo.

• Respaldo local de circuito con sistemas de distinta jerarquía: Cuando un sistema de protección o dispositivo, tiene la función principal y otro dispositivo o sistema de protección tiene la función de respaldar al primero.

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8 – Circuitos de control

• Cada equipo que integra una subestación, tiene un circuito de control asociado. Los transformadores tienen circuitos de control para los cambios en la posición de su conmutador, control de sus ventiladores y bombas, circuitos de alarmas y otros elementos de protección que les son propios. Los interruptores tienen circuitos de control de disparo, cierre, alarma, interbloqueo y algunos tienen circuitos para control remoto.

• Cada dispositivo dentro de un esquema eléctrico de control y protección, tiene un código característico que lo identifica a éste y a sus funciones. A estos códigos se le pueden agregar letras como sufijos para una mayor descripción.

• Los códigos característicos se identifican según la norma ANSI C.37.2

• Todos los contactos auxiliares y los conmutadores de posición y de fin de carrera para aquellos dispositivos y equipos como interruptores, contactores, válvulas y reostatos y contactos de relés llevan los siguientes sufijos:

• a: Los contactos que están abiertos cuando el dispositivo principal está en la posición de referencia estándar, comúnmente denominado como posición de no operación no desenergizado y que cierra cuando el dispositivo asume la posición opuesta.

• b: Los contactos que están cerrados cuando el dispositivo principal está en la posición de referencia estándar, denominado posición de no operación o desenergizado, y que abre cuando el dispositivo asume la posición opuesta.


• Las protecciones, independientemente del fabricante tienen los siguientes bornes disponibles, para los circuitos de medición, control y comunicación.

� Entradas digitales.

� Salidas digitales.

� Entradas analógicas de corriente.

� Entradas analógicas de tensión.

� Bornes de comunicación.

� Bornes de sincronización.

� Bornes de alimentación.


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• Las entradas digitales tiene su principal función, en la recepción de señales digitales dentro de una lógica de contactos para realizar bloqueos, por otro lado pueden recibir señal de posición desde un interruptor o seccionadores.

• Las salidas digitales tienen dentro de sus funciones, la de enviar las señales de disparo (trip) o de cierre (close) al interruptor asociado, o a un dispositivo actuador.

• También se utilizan para el armado de lógicas de disparos o bloqueos junto a otros dispositivos en una instalación.

• Existen salidas digitales con supervisión de corriente o tensión, para supervisión de cierre y apertura respectivamente, los cuales crean un elemento lógico dentro del relé que permita confirmar la apertura o cierre del contacto.



• Las entradas de tensión y corriente en la protección, reciben las señales de los TVs y TIs respectivamente y estas dependen del modelo de la protección.

• Algunos equipos tienen diferentes conexiones para 1 y 5 Amperes, otras tienen un único borne y la corriente nominal se configura por software.

• Los bornes de comunicación pueden ser de diferentes tipos:

� Borne RS232

� Borne RS485

� Borne Ethernet Cu

� Borne Ethernet FO

• La diferencia entre cada uno de estos, es su confiabilidad, velocidad, así como también condiciones de instalación. Por ejemplo una conexión por el puerto RS232, es más lenta que una conexión por un cable Ethernet de Cu, además de que la primera se puede hacer solo con un cable de 3 mts aproximadamente de longitud, mientras que Ethernet permite una longitud de 100 mts aproximadamente.

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9 – Pickup y Dropout

• Los valores de Pickup y Dropout, tienen relación con la detección de una anomalía en las redes o instalaciones que los equipos protegen.

• Se llama valor de Pickup, a los valores que activan una función de protección, pero que no necesariamente producirán un disparo.

• El valor de Dropout es el valor en el cual la protección considera que la función ha dejado de estar activa.

10 – Errores de los relés de protección

• Estos errores se deben tener en cuenta a la hora de realizar la selectividad de las protecciones.

11 – Lógica de Control

• Los relés con funcionamiento basado en microprocesadores tienen la posibilidad de manejar lógicas de control, a los fines de controlar partes de la instalación y lograr los enclavamientos necesarios.

• Con esta posibilidad, puede demorarse el cierre de un interruptor luego de una falla, bloquear el cierre de un interruptor, conforme al estado de los seccionadores, bloquear a otra protección, habilitar funciones en un equipo remoto, etc.

• Dependiendo del fabricante y el modelo del relé de protección, este podrá contar con mayor o menor grado de posibilidades de configurar una lógica de protección.

• Estas funciones son idénticas a un PLC, donde partiremos de entradas lógicas, compuertas lógicas (OR, AND, NOT, SET / RESET, etc.) y obtendremos salidas lógicas.

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