cap. 01 introducción a las protecciones
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CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN A LA PROTECCIÓN DE SISTEMAS
ELÉCTRICOS DE POTENCIA
1.1 INTRODUCCIÓN El propósito fundamental de un Sistema Eléctrico de Potencia es el de generar y suministrar
energía eléctrica a los consumidores. El sistema debe ser diseñado y manejado para entregar
dicha energía a los puntos de utilización con seguridad y economía.
La seguridad de suministro puede ser mejorada por el perfeccionamiento en el diseño de la
planta, incrementando la capacidad de reserva y construyendo circuitos alternativos para suplir
las cargas. La subdivisión del sistema en zonas, cada una controlada por un interruptor
asociado con el equipo de protecciones, proporciona flexibilidad durante la operación normal y
asegura un mínimo de disturbios seguidos a la interrupción.
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La más grande amenaza para la seguridad de un sistema de potencia es el cortocircuito, el cual
impone un repentino y algunas veces violento cambio en la operación del sistema. La gran
cantidad de corriente que fluye, acompañada por la liberación de una considerable cantidad de
energía, puede causar un incendio en el lugar donde se presente la falla, y daños mecánicos y
eléctricos en todo el sistema de potencia, particularmente a los embobinados de máquinas y
transformadores. El rápido aislamiento de la falla por el interruptor más cercano minimizará el
daño y la disrupción causada al sistema.
Un sistema de potencia representa una gran inversión de capital. Para maximizar los ingresos
en esta inversión, el sistema debe cargarse tanto como sea posible. Por esta razón es
necesario, proporcionar tanto energía con calidad de potencia y calidad de servicio, como
mantener el sistema en pleno funcionamiento hasta donde sea posible en forma continua, para
así prestar el mejor servicio al consumidor, y percibir mejores ingresos para el proveedor. La
absoluta ausencia de fallas en la planta y el sistema en general no puede garantizarse.
El riesgo de que ocurra una falla, por pequeña que sea en cualquier lugar, se incrementa con el
numero de sitios existentes, lo cual esta asociado a la extensión del sistema ya que una falla
puede tener repercusiones a través de toda la red. Cuando el sistema es muy grande, tanto el
riesgo de que una falla ocurra como el disturbio que dicha falla ocasione, son tan grandes, que
sino se cuenta con un equipo que despeje las fallas, el sistema se haría inoperable. El objetivo
del sistema fracasará si no se suministra una adecuada remoción de la falla y si los dispositivos
necesarios para la operación del interruptor no cumplen los requisitos mínimos para accionarlo
(alimentación auxiliar, rigidez dieléctrica del elemento aislante en la cámara de interrupción,
presión de los fluidos que accionan mandos neumáticos ó hidráulicos).
Un sistema no esta diseñado y operado apropiadamente, si éste no esta adecuadamente
protegido. Esta es la medida de la importancia del sistema de protecciones en la práctica
moderna y de la responsabilidad propia del ingeniero de protecciones.
En este capitulo se presentan algunas de las herramientas antes mencionadas junto con sus
bases fundamentales, con el fin de refrescar los conocimientos y las técnicas adecuadas, para
obtener las principales magnitudes eléctricas necesarias para el diseño y la protección de un
determinado Sistema Eléctrico de Potencia.
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1.1.1 EQUIPO DE PROTECCIÓN
Este es un término general el cual cubre todo el equipo utilizado para detectar, localizar e iniciar
la remoción de una falla en el sistema. Los relés son extensivamente usados para la mayoría de
las funciones de protección, pero el termino también cubre los contactores y fusibles.
En adición a los relés, el término también incluye todos los accesorios tales como
transformadores de corriente y tensión, derivaciones, cableados c.a y c.d y otros dispositivos
relacionados con los relés de protección.
Con el fin de llenar los requerimientos de protecciones selectivas con velocidad óptima para
diferentes configuraciones, condiciones de operación y construcciones incluidas en los
sistemas de potencia, fue necesario el desarrollo de varios tipos de relés que respondieran a
varias funciones de las variables del sistema. Por ejemplo, la simple observación de las
magnitudes de la corriente de falla son suficientes en algunos casos, pero la medida de la
potencia ó la impedancia puede ser necesaria en otros. Los relés frecuentemente miden
funciones complejas de cantidades del sistema, las cuales solo se pueden expresar en términos
matemáticos ó gráficos.
En varios casos no es factible proteger contra todos los riesgos con algún relé. Esto se logra
con la combinación de diferentes tipos de relés, los cuales protegen individualmente contra
diferentes riesgos. Cada arreglo individual es conocido como “Sistema de Protección”, mientras
que la coordinación completa de relés es llamada “Esquema de Protección”
1.1.2 TÉRMINOS RELACIONADOS CON LA PROTECCIÓN DE UN SISTEMA
ELÉCTRICO DE POTENCIA
A continuación se presenta una recolección de términos utilizados en los sistemas de
protección de líneas de transmisión, generadores, transformadores y barras, que se considera
serán de gran ayuda para el lector. Estos han sido tomados, adaptados y ordenados de las
referencias bibliográficas [3] y [5]. Ajuste: Es el valor límite de una característica o cantidad de energización a la cual el relé es diseñado
para operar bajo condiciones específicas.
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Tales valores son usualmente marcados en el relé y pueden ser expresados como valores
directos, porcentajes ó múltiplos de los valores nominales.
Ajuste Efectivo (setting): El ajuste o “setting” de un sistema incluye los efectos de los transformadores de corriente. El
ajuste efectivo puede ser expresado en términos de la corriente primaria ó secundaria del
transformador de corriente.
Ángulo Característico: Es el ángulo entre los vectores que representan dos cantidades de energización aplicadas a un
relé y es usado para establecer el funcionamiento del relé.
Autochequeo: Es la autoprueba del relé basado en microprocesadores que chequean la operación del
software del procesador. Burden (Carga): Es la carga impuesta por los circuitos del relé e instrumentos de medida, a los transformadores
de instrumentación, expresada como el producto de la tensión y la corriente (Voltamperios ó
Vatios si es c.d) para una condición dada, la cual puede ser bien para el ajuste de los relés ó el
suministro de los valores nominales de corriente ó tensión.
La salida nominal de los transformadores de instrumentación, expresado en VA, está siempre a
los valores de corriente ó tensión nominal y esto es importante en el cálculo de la carga
impuesta por un relé, para asegurar que el valor del Burden este dentro de los límites de la
corriente nominal.
Cantidad Característica: Es una cantidad que caracteriza la operación del relé, por ejemplo, corriente para un relé de
sobrecorriente, tensión para un relé de tensión, ángulo de fase para un relé direccional, tiempo
para un relé de tiempo definido, impedancia para un relé de impedancia.
Cantidad de Energización: Es la cantidad eléctrica de corriente ó tensión, la cual sola ó en combinación con otras
cantidades de energización, debe ser aplicada al relé para hacer que este funcione.
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Característica de Tiempo de Operación: Es una curva que representa la relación entre los diferentes valores de la cantidad característica
aplicada al relé y su correspondiente valor de tiempo de operación.
Clase de Exactitud: El término es empleado para definir la calidad en el desempeño en estado estable de un
transformador de instrumentación.
Comparación de Fase Segregada: Es un esquema similar a la comparación de fases, excepto que los datos en cada fase y tierra
son enviados separadamente al terminal remoto, para su comparación con los datos locales de
este terminal.
Confiabilidad: Expresa el atributo de un relé ó Sistema de Protección de operar correctamente ante
situaciones para las cuales está diseñado. Este concepto se expresa en términos de dos
propiedades: Fiabilidad (o redundancia) y seguridad. Coordinación de Protecciones: Es el proceso de selección de ajustes o curvas características de dispositivos de protección, de
tal manera que la operación de los mismos se efectúe organizada y selectivamente, en un
orden específico y con el mínimo tiempo de operación, para minimizar la interrupción del
servicio al cliente y para aislar adecuadamente la menor porción posible del sistema de
potencia como consecuencia de la falla.
Corriente a Través de la Falla: Es la corriente que fluye de una zona protegida hacia una falla localizada más allá de dicha
zona.
Corriente de lnfeed: Es una fuente de corriente de cortocircuito ubicada entre el punto donde está conectado el relé
y el punto de ocurrencia de la falla, de tal forma que cuando dicha falla ocurra, la impedancia de
falla presente una mayor tensión total.
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Corriente de Outfeed: Es una corriente saliente en el intermedio de una línea no fallada. Solamente se presenta en
líneas multiterminales ó en líneas compensadas en serie.
Corriente Residual: En un sistema multifásico, es igual a la suma algebraica de todas las corrientes de línea.
Curva Característica: La curva muestra el valor de operación de la cantidad característica correspondiente a diversos
valores ó combinaciones de cantidades de energización.
Desbloqueo: Lógica que permite a un esquema permisivo disparar por falla interna dentro de una ventana de
tiempo, aunque la señal de disparo no esté presente cuando ésta se ha perdido debido a la
falla.
Discrepancia de Polos: Esta es la condición en la cual los polos de un interruptor trifásico están en posiciones
diferentes. Esta condición causa corrientes de secuencia negativa muy peligrosas en el equipo
controlado por el interruptor, en especial en máquinas rotativas. Dicha condición también puede
causar corrientes de secuencia cero en el sistema, que pueden llevar al disparo indeseado de
relés de tierra.
La discrepancia de polos es supervisada por contactos auxiliares ó por la comparación de las
corrientes en las tres fases. Cuando se identifica un polo abierto, el relé de discrepancia arranca
un temporizador y si la discrepancia permanece por un período de tiempo ajustable, aparece
una señal de alarma ó todos los tres polos del interruptor son disparados
Discriminación: Es la habilidad que tiene un Sistema de Protección para distinguir entre las condiciones del
Sistema de Potencia para las cuales debe operar y aquellas para las cuales no debe operar.
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Disparo Transferido: Es el envío de una señal de disparo a través de un canal de comunicaciones al extremo remoto
de la línea.
Equipo de Protección: Son los aparatos, incluyendo los relés de protección, transformadores y equipo auxiliar para uso
del Sistema de Protección. Esquema de Comunicación Piloto: Es un esquema de protección que involucra relés en dos ó más subestaciones que comparten
datos o estados lógicos a través de un canal de comunicaciones para mejorar la velocidad de
disparos y/ó coordinación. Esquema de Protección: Es el arreglo coordinado para la protección de uno ó más elementos de un Sistema de
Potencia. Un esquema de protección puede comprender varios subsistemas. Esquema Híbrido: Es el esquema de un relé que combina la lógica de dos ó más esquemas convencionales. Estabilidad: Es la cualidad por la cual un Sistema de Protección permanece inoperante bajo todas las
condiciones para las cuales él no fue especificado. Estabilidad Límite: Es el valor r.m.s de la componente simétrica de la corriente de falla por encima de la cual el
Sistema de Protección permanece estable. Exactitud: Este término es usado para al menos dos propósitos diferentes, uno para describir la precisión
de un dispositivo y el otro para especificar la precisión de una medida.
En el primer contexto, la exactitud es el grado en el cual un dispositivo (relé, instrumento o
medidor) opera conforme a una norma aceptada. La declaración de una exactitud dependerá
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de los métodos utilizados para expresarla considerando componentes individuales de la
exactitud y la manera en la cual estos componentes individuales afectan la exactitud global de
dispositivo.
En el segundo caso, la exactitud de una medida especifica la diferencia entre lo medido y el
valor real de una cantidad. La desviación del valor real es la indicación de cuan exactamente
fue tomada una lectura ó hecho un ajuste. Falla Interruptor: El fracaso de un esquema de protección para eliminar una falla detectada por un relé de
protección se denomina falla interruptor. Un relé de falla interruptor mide la condición de flujo
de corriente en el interruptor una vez a transcurrido un periodo razonable de tiempo después
de la orden de disparo de la protección principal. Una vez reconocida tal condición, el relé falla
interruptor inicia la aplicación de medidas correctivas al hecho, tales como repetir la orden de
disparo ó posteriormente iniciar el ciclo de disparo de todos los circuitos que puedan alimentar
la falla a través del interruptor que no abrió ó al cual no arribó la orden de apertura.
Fiabilidad o Redundancia: La fiabilidad es el aspecto de la confiabilidad que expresa el grado de certeza, de que el
Sistema de Protección operará correctamente ante la presencia de una falla, retirando las
fuentes de alimentación a la misma. Se mide como la probabilidad de que el sistema actúe
efectivamente en presencia de una falla. Fuente de Corriente de Falla: Es un extremo que contribuye con una cantidad significativa de corriente a una falla en el
elemento protegido. Se debe tener en cuenta que no es necesario que exista generación en ese
extremo para que sea fuente de corriente de falla. Algunas cargas, tales como motores, pueden
contribuir a la corriente de falla durante unos pocos ciclos dentro del tiempo de despeje de la
falla. Impedancia Aparente: La impedancia aparente vista por un relé está determinada por la relación entre la tensión y la
corriente medidas por el mismo. Esta impedancia puede variar con respecto a la impedancia
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real en el punto de falla, dependiendo de si existen ó no fuentes de corriente intermedias en
puntos entre el relé y la falla.
Impedancia de Falla: Es la impedancia, resistiva ó reactiva, entre los conductores en falla ó entre el conductor en falla
y tierra.
Impedancia de la Fuente: Es la impedancia equivalente Thévenin de un Sistema Eléctrico en el extremo de una.línea
de transmisión. Esta impedancia puede variar dependiendo de la localización de la falla y del
estado (abierto ó cerrado) de otros terminales asociados con el circuito.
Multiterminal: Es una línea de transmisión con más de dos extremos que incluyen fuentes de potencia. Nominal: Es el valor de una cantidad de energización que aparece como especificación del relé. El valor
nominal usualmente corresponde al del secundario de los transformadores de instrumentación. Oscilación: Consiste en un flujo de potencia transitorio debido al cambio en los ángulos de generación
relativos del sistema, causado por un cambio en la configuración de la transmisión ó la
generación. Pick- up: Se dice que un relé se ha picado cuando cambia de una posición desenergizada a una
energizada.
Polarización Cruzada: Es la polarización de un relé para brindarle direccionalidad hacia adelante ó hacia atrás usando
alguna proporción de la tensión de una fase ó fases sanas. Un ejemplo de esto es la
polarización en cuadratura: la tensión polarizante está en cuadratura con la tensión de la fase
fallada. (Figura 1.1)
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Polarización Dual: Corresponde a la polarización de un relé u Protección de Respaldo (Back-up): Las protecciones de respaldo tienen la m
Potencia que ya tienen una protección p
tiempo a fin de establecer que dicha protec
Pueden ser respaldos locales, cuando e
remotos, cuando se trata de protecciones
El ejemplo clásico de protección de resp
protección remota es el de las zonas 2 y 3
Protección no Restringida: Es un Sistema de Protección que no tien
cual se logra una operación selectiva sólo Protección por Comparación de Fases: Es una protección que compara la posición
en los extremos de un circuito. Protección Principal de Equipos: Es el Sistema de Protección que está di
respuesta a un evento en un elemento pro
objetivo aislar dicho equipo en caso de fall
La tensión de fase Vcestá en cuadratura(90º) con respecto a latensión de línea Vab.
Figura 1.1sando fuentes de corriente y tensión.
isión de despejar fallas en elementos del Sistema de
rincipal de equipo, para lo cual deben esperar un
ción no actuó y en su defecto entran a operar.
stán ubicados en la misma instalación, ó respaldos
ubicadas en otras instalaciones.
aldo local es la protección falla interruptor y el de
de los relés de distancia.
e una zona de operación claramente definida y en el
con un tiempo graduado.
relativa del ángulo de fase de corrientes específicas
señado para operar antes que otros dispositivos en
tegido. La protección principal de equipos tiene como
a interna.
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Protección Principal Sistémica: Es un reté ó conjunto de relés, los cuales han sido coordinados para actuar conjuntamente para
evitar que ante un evento se puedan producir perdidas importantes de la configuración de la red
generación - transmisión.
Punto de Codo de la f.e.m.:
Es aquella f.e.m. sinusoidal aplicada en los terminales del secundario de un transformador de
corriente, la cual cuando se incrementa un 10% causa que la corriente de excitación se
incremente un 50%. (Figura 1.2)
Rango Efectivo: Es el rango de valores de la cantidad ó c
energización para las cuales el relé resp
conciernen, en particular aquellos que tienen
Registrador de Fallas: Es un dispositivo que guarda en memoria,
cantidades del sistema como tensiones y c
recibida una señal de arranque (corriente
ancho de banda y un rango dinámico que pr
Las señales pueden ser registradas para
incluidos componentes de alta frecuencia, ó
tales como oscilaciones de potencia.
Figura 1.2antidades características, ó de las cantidades de
onderá y satisfacerá los requerimientos que le
que ver con precisión.
a través de registros, las magnitudes de diferentes
orrientes durante un tiempo determinado, luego de
, tensión, frecuencia). Cada registrador posee un
escribe la calidad de las observaciones.
vigilancia de cambios transitorios en el sistema,
para observación de fenómenos de larga duración,
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Registrador Secuencial de Eventos (Sequence Of Events, SOE): Es un sistema que vigila y registra el estado de eventos discretos tales como la posición abierta
ó cerrada de un interruptor ó la activación ó desactivación de una alarma ó protección. Además
de la información binaria, estos registradores indican el tiempo absoluto ó relativo de la
ocurrencia de los eventos observados.
Relación de Impedancia del Sistema (R.I.S): Es la relación de la impedancia fuente del Sistema de Potencia a la impedancia de la zona
protegida.
Relé de Apertura (Notching): Es un relé el cual maniobra en respuesta a un número específico de impulsos aplicados. Relé de Arranque: Es un relé unitario el cual responde a condiciones anormales e inicia la operación de otros
elementos del Sistema de Protección. Relé Auxiliar: Es un relé de todo ó nada usado para complementar el comportamiento de otro relé por ejemplo
mejorando los contactos ó introduciendo un tiempo de retardo. Relé de Baja Frecuencia: Estos relés son ajustados para eliminar carga del sistema automáticamente, cuando la
frecuencia de operación decrece a un valor especifico por debajo de la frecuencia nominal ó si
su tasa de decrecimiento (df/dt) excede un nivel determinado. Se hace un disparo selectivo de
la carga para prevenir un colapso del sistema y restaurar el balance entre la demanda y la
generación.
Los relés de baja frecuencia permiten ajustes múltiples para asegurar que las cargas sean
deslastradas en pequeños cantidades a medida que la frecuencia decrece. Relé de Distancia: Es un relé cuya respuesta a las cantidades de entrada es principalmente una función de la
distancia eléctrica del circuito, entre la ubicación del relé y el punto de falla.
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Para hacerlo utiliza la relación Tensión / Corriente en el punto de instalación del relé.
Relé de Estado Sólido: Es un relé eléctrico cuyo diseño responde al desarrollo de la electrónica, magnética, óptica y
otros componentes sin movimiento mecánico. Relés de Parámetros Conmutables: Consiste en la propiedad de un relé para cambiar sus ajustes y/ó lógicas de operación ante la
ocurrencia de alguna señal ó evento externo, por ejemplo, cuando salen líneas de servicio ó
generaciones importantes; el relé cambia automáticamente sus parámetros de ajuste.
Relé de Protección: Es un relé diseñado para iniciar la desconexión de una parte de la instalación eléctrica ó para
dar una señal de precaución, en el caso de una falla ó de otra condición anormal.
Un relé de protección puede incluir más de una unidad eléctrica de relé y accesorios.
Relé de Sobrecorriente Direccional: Son relés de sobrecorriente que operan durante fallas en el sistema en una u otra dirección
desde el punto de localización del relé. Constan de un elemento de sobrecorriente y una unidad
direccional (por lo que requiere señal de polarización). El relé responderá sólo si la falla está en
la dirección programada (adelante ó atrás). Son usados con conexión por fase en sistemas
trifásicos ó como protección direccional de tierra, usando la tensión y la corriente residual de
tierra ó de neutro.
Relé de Sobrecorriente Temporizado: Es un relé de sobrecorriente de tiempo inverso que opera cuando la corriente supera un umbral
de ajuste. El tiempo inverso significa que ante una gran magnitud de corriente, el tiempo de
operación es muy pequeño y viceversa. Esto depende del tipo de curvas características tiempo-
corriente que sean seleccionadas, tales como:
Tiempo Definido
Inversa
Muy Inversa
Extremadamente Inversa
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La calibración de un relé de sobrecorriente se hace seleccionando el valor de arranque que
corresponde al mínimo valor de corriente a partir del cual la curva entra a operar y el ajuste de
tiempo ó selección de la curva a utilizar Relé de Todo ó Nada: Es un relé eléctrico el cual esta destinado a ser energizado por una cantidad cuyo valor es tan
alto como al cual este opera ó tan bajo como al cual este se repone.
Relé Diferencial de Corriente: Es un relé diseñado para detectar fallas a través de la medida de la magnitud y la diferencia
angular, entre las corrientes medidas en los extremos de la zona cubierta por el sistema de
protección. En esencia su fundamento se basa en que las sumas de las corrientes que entran y
salen a la zona de protección, debe ser siempre cero, excepto cuando exista una falla interna.
Relé Eléctrico: Es un dispositivo diseñado para producir cambios repentinos predeterminados en uno ó más
circuitos eléctricos, después de la aparición de ciertas condiciones en el circuito eléctrico ó
circuitos controlados por éste.
Relé Electromecánico: Es un relé eléctrico en el cual la respuesta diseñada es desarrollada por el movimiento relativo
de elementos mecánicos bajo la acción de una corriente en el circuito de entrada.
Reposición (Drop-Out): Un relé se repone cuando éste se mueve de la posición de energización a la posición de
desenergización.
Resistencia de Arco: Es la relación entre tensión y corriente en un arco eléctrico. La impedancia de un arco eléctrico
es principalmente resistiva y es una función inversamente proporcional a la magnitud de la
corriente y directamente proporcional a la longitud del arco. Retardo de Tiempo: Es un tiempo intencionalmente introducido dentro del tiempo de operación del relé.
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Seguridad: Es el aspecto de la confiabilidad que expresa el grado de certeza de que el relé no operara
incorrectamente ante ausencia de fallas ó sin considerar la naturaleza de la operación del
Sistema de Potencia. Se mide como la probabilidad de que el sistema de protecciones no
presente actuaciones en ausencia de falla ó que actúen otras protecciones diferentes a las que
debieron actuar, ó que lo haga sin considerar la naturaleza del estado operativo del Sistema de
Potencia.
Sensibilidad: En el campo de las protecciones, la sensibilidad se expresa como el valor mínimo de la señal
de entrada ó el cambio en la señal de entrada, que hace que el relé opere. Señal de Aceleración: Corresponde a una señal lógica que es utilizada para suprimir la temporización intencional de
un dispositivo. Las señales de aceleración son empleadas generalmente en esquemas de
protección coordinado de línea de transmisión, para motivar el disparo inmediato del interruptor
local cuando el Sistema de Protección del extremo remoto ha determinado que la falla se
encuentra fuera de la zona protegida por el sistema coordinado.
Señal de Bloqueo: Corresponde a una señal lógica que es utilizada para impedir la acción de un dispositivo. Las
señales de bloqueo son empleadas generalmente en esquemas de protección coordinados de
líneas de transmisión, para evitar el disparo del interruptor local cuando el Sistema de
Protección del extremo remoto ha determinado que la falla se encuentra fuera de la zona
protegida por el sistema coordinado.
Señal Permisiva: Corresponde a una señal lógica que es utilizada para permitir la acción de un dispositivo. Las
señales permisivas son empleadas generalmente es esquemas de protección coordinados de
líneas de transmisión, para motivar el disparo del interruptor local cuando el Sistema de
Protección del extremo remoto ha determinado que la falla se encuentra fuera de la zona
protegida por el sistema coordinado.
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Tiempo de Operación: Es el tiempo que transcurre entre la aplicación de la cantidad característica y el instante en que
el relé opera.
Tiempo de Sobreviaje: Este concepto se da únicamente para relés electromecánicos. Es la diferencia entre el tiempo
de operación del relé y la duración del valor de la entrada, si la señal de energización
desaparece, el disco del relé por inercia se sigue moviendo produciendo ó dejando de producir
una operación, lo cual en ambos casos trae consecuencias imprevisibles. Transformador de Puesta a Tierra: Es un transformador, conectado en Zig - Zag ó en Estrella - Delta instalado para proveer una
impedancia equivalente de Thévenin de secuencia cero en su punto de instalación, de tal forma
que en sistemas aislados de tierra, se tenga una corriente limitada de falla monofásica que
permita detectarla cuando ocurra.
Valor de Operación: Es el valor límite de la cantidad característica en el cual el relé opera. Sistema de Protección de Falla a Tierra: Es un Sistema de Protección el cual ha sido diseñado para responder únicamente a fallas a
tierra.
Zona de protección: Es una porción del Sistema de Potencia protegido, por un sistema dado.
1.2 FUNCIÓN DE LA PROTECCIÓN
La prevención de lesiones humanas es el objetivo más importante en la protección de sistemas
de potencia. Los aparatos de interrupción deben tener una adecuada capacidad y las partes
energizadas deben ser aisladas para no exponer al personal a una explosión, fuego ó formación
de arco voltaico. La seguridad tiene prioridad sobre la continuidad del servicio, el daño a la
economía ó al equipo.
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El costo de un sistema de potencia determina el grado de protección del sistema a utilizar. Una
falla en el diseño de un sistema de protección ignorando los requerimientos mínimos de
seguridad e integridad, causarían un mal funcionamiento del sistema.
Los relés son utilizados en un Sistema de Potencia para detectar condiciones intolerables ó
indeseables en un área asignada. Ellos son en efecto una forma activa de seguridad diseñada
para mantener un alto grado de continuidad en el servicio, protección de personas y limitación
de daños a los equipos.
1.2.1 FUNCIÓN DE LA PROTECCIÓN POR RELÉS
La función de la protección por relés es la de originar el retiro rápido del servicio de cualquier
elemento de un Sistema de Potencia, cuando éste sufre un cortocircuito ó cuando empieza a
funcionar en cualquier forma anormal que pueda originar daño ó interfiera de otra manera con
el funcionamiento eficaz del resto del sistema. El equipo de protección está ayudado, en esta
tarea, por interruptores que son capaces de desconectar el elemento defectuoso cuando el
equipo de protección se los manda.
Los interruptores están localizados de tal manera que cada generador, transformador, barra
colectora, línea de transmisión, etc. pueda desconectarse por completo del resto del sistema.
Los fusibles se emplean donde los relès de protección y los interruptores no son justificables
económicamente.
Una función secundaria de la protección por relés es indicar el sitio y el tipo de falla. Dichos
datos no sólo ayudan en la reparación oportuna, sino también, por comparación con las
observaciones humanas y con los registros de oscilógrafos automáticos, proporcionan medios
para el análisis de la eficacia de la prevención de la falla y las características de disminución
que incluye la protección por relés
1.2.2 VERIFICACIÓN DE LA FUNCIÓN DE LA PROTECCIÓN
El funcionamiento de una protección aplicada a un gran sistema de potencia es valorado
numéricamente. Para este propósito cada falla del sistema es clasificada como un incidente y
aquellas que son despejadas por el disparo de los interruptores involucrados y sólo estos, son
clasificadas como “correctas”. El porcentaje de despejes correctos pueden ser determinados.
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El principio de valoración de la función de la protección puede tratarse en dos aspectos:
1. Supervisión de relés repetidores de posición de equipos de patio.
2. Supervisión del estado de funcionamiento de las protecciones.
Para el segundo caso debido a la tecnología, se diferencian dos formas de supervisión: relés
estáticos y microprocesados.
1.3 EL RELÉ Los relés o relevadores son dispositivos compactos tanto análogos como digitales, que se
conectan en todo el sistema de potencia. Se activan al experimentar cambio en la condición
física asociada a él, por encima de un valor de ajuste, para detectar condiciones indeseables ó
intolerables dentro de un área asignada.
1.4 ESTRUCTURA GENERAL DE UNA PROTECCIÓN La Figura 1.3 muestra el esquema estructural de una protección.
Figura 1.3
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a) Bloque de Medición: Este bloque incluye los órganos de medición, controla
continuamente el estado del elemento protegido y determina las condiciones de
operación en dependencia de los valores de las señales de entrada. La parte de medición de la protección recibe las corrientes y tensiones del punto de
conexión de la protección a través de los conversores primarios de medición
(transformadores de corriente CTs y de potencial PTs).
b) Parte Lógica: es la parte que forma las señales de salida dependiendo de la
combinación y secuencia de llegada de las señales procedentes de la parte de
medición. c) Órgano de Salida: es el órgano a través del cual se transmiten la señales de salida
para la actuación de los interruptores. d) Órganos de señalización: estos emiten señales indicadoras de la operación de la
protección completa y en ocasiones, de algunas de sus partes. e) Fuente de corriente de operación: esta fuente sirve para la alimentación de las
partes de medición y lógica, y de los órganos de salida y de señalización.
En ciertos tipos de protecciones las partes de medición y lógica reciben también información del
otro extremo del elemento protegido a través de canales especiales de comunicación. 1.5 FALLAS Y REGÍMENES ANORMALES DE UN SISTEMA ELÉCTRICO DE
POTENCIA Las fallas y regímenes anormales más comunes en un sistema de potencia son:
Cortocircuito
Sobrecarga
Subtensión
Sobretensión
Retorno de Corriente
Se produce cortocircuito cuando hay conexión directa entre dos ó más conductores, de distinta
fase en una conducción eléctrica. Los cortocircuitos aumentan extraordinariamente la intensidad
de la corriente que atraviesa un circuito eléctrico; los cortocircuitos pueden tener muchas
causas como la humedad excesiva, el daño mecánico y las fallas del equipo como resultado de
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sobrecargas u otros abusos. Las corrientes de cortocircuito y sus características, se estudian en
otro capítulo de la presente obra.
Se dice que un circuito está sobrecargado, cuando el circuito trabaja con mayor intensidad de
corriente que aquélla para la que está proyectado. Los circuitos pueden sobrecargarse
conectando una carga adicional al circuito, instalando equívocamente el equipo, por problemas
mecánicos como ejes desalineados, soportes desgastados ó mal manejo en la operación del
sistema.
La subtensión aparece cuando por una u otra causa, la tensión en la central es inferior a la
nominal. La subtensión puede ser perjudicial porque la carga conectada a la red no puede
disminuir su potencia y al ser la tensión menor de la prevista, compensa este efecto con una
mayor intensidad absorbida, es decir, con una sobrecorriente.
La sobretensión es lo contrario de la subtensión, o sea, una tensión en la central mayor que la
nominal, con el consiguiente riesgo de perforación del aislamiento y peligro para el personal
entre otros.
El retorno de corriente, se produce, sobre todo en los circuitos de corriente continua, cuando la
intensidad de corriente del circuito disminuye hasta valores inferiores a cero; en este caso,
como la intensidad es de valor negativo, el sentido de la corriente se invierte.
Por ejemplo, cuando se carga una batería de acumuladores con un generador de corriente
continua, al final del periodo de carga, existe el peligro de que la fuerza electromotriz de la
batería sea superior a la del generador, por lo que la batería acabaría descargándose sobre la
máquina, que entonces trabajaría como motor. Parecido es el caso de un alternador que trabaja
en paralelo con una red cuya tensión es mayor que la fuerza electromotriz del generador; éste
trabaja entonces como motor sincrónico, con el consiguiente peligro de avería para la máquina
motriz.
Otras fuentes de anormalidad pueden ser descargas atmosféricas, variaciones fuertes de carga
y pérdida de sincronismo. Generalmente, tiene poco efecto sobre la selectividad del sistema de
protección; pero no deben ser ignoradas, por lo cual son manejadas por una protección
individual para cada elemento del equipo.
1-21
A nivel mundial en un sistema de protección las fallas se distribuyen en la siguiente forma:
Cerca del 85% de las fallas son monofásicas a tierra, el 5% involucran más de una fase y el
10% son del tipo mecánico ó anormales.
1.5.1 DIFERENCIA ENTRE FALLAS Y REGÍMENES ANORMALES
Las fallas conducen a regímenes anormales. Cualquier cambio no planeado dentro del Sistema
Eléctrico de Potencia SEP es un evento o perturbación causado por una falla (impulso
atmosférico, atentado, una falla extraña, fuegos, árboles, vientos, animales, daño de un relé, un
cable, una falla en la red, sobrecarga, oscilación de potencia).
Son regímenes anormales de operación: rompimiento del aislamiento, sobretensiones y
calentamiento.
1.6 PROTECCIÓN CONTRA CORTOCIRCUITO Y CONTRA REGÍMENES ANORMALES Las protecciones contra cortocircuitos pueden subdividirse en dos tipos: primarias y de
respaldo. La protección primaria es la que debe operar en caso de cortocircuitos en el elemento
protegido, en el menor tiempo posible. En cada elemento se establece una zona de protección
primaria (ver Figura 1.4), y las distintas zonas se traslapan, de modo que no quede sin
protección primaria parte alguna del sistema. Cuando ocurre un cortocircuito en una zona, la
protección correspondiente provoca el disparo de todos los interruptores de esa zona; es
evidente que cuando el cortocircuito es situado en el traslape entre zonas, dispara un número
de interruptores mayor que el mínimo necesario, pero este problema es menos grave que el
que pudiera ocurrir si las zonas no se traslapan, y se quedará alguna parte del sistema sin
1-22
protección primaria. Es conveniente que el traslape de las zonas se haga alrededor de los
interruptores.
La protección de respaldo es la que debe
fallo de ésta, ó de que esté fuera de se
remoto, es decir, brindarse desde una pla
protección primaria, ó de tipo local qu
protección.
En la Figura 1.5, se muestra un área de
introducir el concepto de respaldo remoto.
primaria debe provocar la apertura de lo
perteneciente a la subestación C, deben o
Asimismo, en caso de fallo del interruptor
10. El interruptor 1 es también el respaldo
BC, además de ser parte de la protecc
protección puede hacer las veces de prot
Figura 1.4operar en lugar de la protección primaria en caso de
rvicio. La protección de respaldo puede ser de tipo
nta ó subestación diferente de aquella en que está la
e está situada en la propia subestación de dicha
un sistema eléctrico, que puede servir de base para
En caso de cortocircuito en la línea CD su protección
s interruptores 5 y 6; si no se abre el interruptor 5
perar las protecciones de respaldo.
6, deben abrirse como respaldo los interruptores 8 y
de la protección primaria de la barra C y de la línea
ión primaria de la línea AC, es decir, una misma
ección primaria de un elemento, y de respaldo de las
1-23
protecciones primarias de todos los elementos adyacentes al propio. La protección de respaldo
debe tener un retardo de tiempo en su operación, para dar la posibilidad de operar a la
protección primaria y solo operar en caso de falla de ésta.
El respaldo remoto se justifica por el he
elemento en común con la primaria respa
tanto, la probabilidad de que ambas fal
ventajoso el respaldo remoto, pues utiliza
son comunes con la protección primar
requiere una inversión adicional.
Entre las desventajas del respaldo remot
grande del sistema protegido; en ocasion
respaldo local se brinda con esquemas e
tensiones superiores, en que las s
requerimientos de fiabilidad son elevad
respaldo remoto no es aplicable. En m
respaldos local y remoto.
La protección contra regímenes anorma
solamente. En este caso la protección de
la ocurrencia de regímenes anormales. L
zonas de protección relacionadas entre s
5
Figura 1.cho de que la protección de respaldo no tiene ningún
ldada (ni siquiera la batería de la subestación), por lo
len es muy reducida. En el orden económico resulta
equipos (transformadores de corriente, relés etc.) que
ia del elemento propio, es decir, prácticamente no
o están: por su acción se saca de servicio una porción
es su tiempo de operación es excesivamente largo. El
speciales y se utiliza en los sistemas de 220 kV y con
ubestaciones tienen esquemas complejos y los
os, así como en las plantas generadoras, donde el
uchos casos se utilizan variantes combinadas de
les de operación es por lo general de tipo primario
respaldo no se justifica, ya que es relativamente baja
a diversidad de estas protecciones hace posible lograr
í para los diferentes elementos del sistema.
1-24
1.7 PROPIEDADES DE LA PROTECCIÓN 1.7.1 CONFIABILIDAD La confiabilidad de un sistema consta de dos elementos: Disponibilidad y Seguridad.
Disponibilidad es la certeza de una operación correcta ante un disturbio en el sistema,
mientras que la seguridad es la habilidad del sistema para evitar operaciones indeseadas entre
fallas. Se podría hacer la analogía con la alarma de un vehículo; la disponibilidad está en que la
alarma se active y la seguridad en que no se dispare cuando un simple balón cae sobre el auto.
Desafortunadamente, estos dos aspectos de la confiabilidad tienden a contrariarse entre si;
incrementando la seguridad se disminuye la disponibilidad y viceversa. En general como sea los
sistemas modernos de relés son altamente confiables y traen un compromiso entre seguridad y
disponibilidad.
1.7.2 VELOCIDAD Relés que anticipen una falla son utópicos. Pero aun ellos pueden hacer la pregunta dudosa de
cuando ó no se presenta una falla ó si el disturbio realmente requiere de un disparo. El
desarrollo de relés rápidos debe ser siempre una medida contra el incremento de la
probabilidad de mayores disparos indeseados. El tiempo de respuesta de una protección es un
factor muy importante, lo ideal es responder ante una falla en el menor tiempo posible.
Ahora, si el disturbio es falso, es decir que no hay falla real, también es importante el tiempo de
respuesta para evaluar rápidamente si se trata de una condición que inhabilite el disparo pues
su origen no es una falla real.
Como ejemplo de disturbios falsos tenemos:
Oscilación de potencia en líneas de transmisión.
Corriente de energización de un transformador.
Apertura del circuito de corriente en una protección diferencial.
Pérdida de tensión secundaría en una protección de impedancia.
Aplicado a los relés, alta velocidad indica que el tiempo de operación usual no excede los 50 ms
(3 ciclos tomando como base un sistema de 60 ciclos). El termino instantáneo indica que no hay
1-25
retardo intencional en la operación. En la practica los términos alta velocidad e instantáneo son
frecuentemente intercambiables.
Los esquemas de protección modernos tienden a tiempos de eliminación de falla de 80 a
120 ms, es decir, que para el funcionamiento del relé se dispone de diez 10 a 40 ms, según
sea el tipo de interruptor utilizado.
1.7.3 SELECTIVIDAD La protección es arreglada en zonas, las cuales cubren el sistema de potencia completamente.
Cuando una falla ocurre se requiere que la protección seleccione y dispare solo los
interruptores más cercanos. Esta propiedad también es llamada “discriminación”.
1.7.4 SENSIBILIDAD
Se refiere al mínimo valor de entrada para el cual el relé ya funciona correctamente (por
ejemplo, un cortocircuito trifásico muy próximo a los transformadores de tensión que alimentan
la protección, requiere una sensibilidad elevada)
1.7.5 AUTOMATICIDAD
La enorme complejidad de las actuales redes eléctricas hace que resulte difícil localizar un fallo,
ya que una perturbación cualquiera en un punto de la red, repercute sobre todos los demás;
aun el personal más experimentado se ve impotente, en muchos casos, para localizar un
defecto y reaccionar con la rapidez suficiente para evitar su extensión a otros puntos de la red
eléctrica. Por lo tanto, los relés de protección han de ser automáticos, es decir que su
funcionamiento debe realizarse sin intervención humana. Las funciones que pueden
automatizarse en un sistema de protección y control se pueden clasificar en dos. 1.7.5.1 AUTOMATIZACIÓN PASIVA
Consiste básicamente en la recolección, procesamiento y almacenamiento de datos de forma
precisa y confiable. Comprende:
Registro de secuencia de eventos.
1-26
Oscilogramas automáticos de falla
Vigilancia de valores medidos.
1.7.5.2 AUTOMATIZACIÓN ACTIVA
Se basa en la información disponible dentro de la misma subestación para tomar acciones
preventivas y correctivas hacia los equipos de la subestación, algunos de los conceptos de
operación automática se enumeran a continuación:
Recierre automático.
Seccionalización automática de zonas con falla.
Conmutación automática de circuitos de respaldo.
Restauración automática del sistema después de pérdida del suministro.
Maniobra automática para reducir trabajo del interruptor.
Desconexión automática de carga por baja frecuencia (deslastre de carga).
Control automático de cambiadores de derivaciones y control de potencia reactiva.
Control paralelo de transformadores.
Ajuste automático de relés.
Sincronización automática.
Maniobra secuencial para mantenimiento.
Lavado automático de aisladores.
También son mencionadas como propiedades:
FLEXIBILIDAD: Capacidad para adaptarse a los cambios funcionales. Como parte esencial
para mantener la seguridad del Sistema de Potencia, el sistema de protecciones debe ser
flexible para acomodarse a cualquier condición de contingencia que pueda presentarse.
También debe estar en capacidad de acomodarse a cualquier modificación que ocurra en el
propio equipo de control ó su interfase con el patio. Para ello se debe realizar el diseño inicial
de tal manera que al modificar ó expandir a futuro se disminuyan los gastos.
SIMPLICIDAD: Es el mínimo número de interacciones y funciones del relé. Es importante
resaltar que la confiabilidad total de un sistema simple es mayor que la de un sistema complejo,
porque este último requiere más información de los equipos de patio y realizan más
operaciones en caso de cualquier falla ó modificación.
1-27
PRECISIÓN: Es la respuesta a los valores de entrada.
Además de las condiciones expuestas, un buen relé de protección ha de cumplir también otras
exigencias, de las que podemos citar:
a) Su funcionamiento debe permanecer inalterado para las variaciones de configuración
de la red, tales como puestas en paralelo, modificaciones de la alimentación, etc.
b) El funcionamiento debe producirse cualquiera que sean la intensidad de cortocircuito,
la naturaleza y situación de los defectos, etc.
c) El relé debe ser insensible a las sobrecargas y sobretensiones momentáneas.
d) El relé debe ser insensible también a las oscilaciones de corriente y tensión.
e) El relé ha de tener un consumo propio muy pequeño.
Resumiendo, los criterios más empleados para detectar un defecto, son los que se citan a
continuación:
Aumento de la intensidad de corriente.
Disminución de la tensión.
Disminución de la impedancia aparente.
Comparación de la fase ó de la amplitud de las corrientes de entrada y salida.
Inversión del sentido de la potencia entre la entrada y la salida.
1.8 CLASIFICACIÓN DE LAS PROTECCIONES ELÉCTRICAS
Protecciones Directas (fusibles).
Protecciones Indirectas (PT, CT) no están en la cadena de montaje.
Sistema Electromecánico.
Sistema Inducción (bobina móvil).
Sistema Estático (estado sólido).
1.9 CLASIFICACION DE LOS RELÉS Según su función los relés pueden clasificarse en cinco categorías:
1-28
Relés de Protección: los cuales detectan fallas en las líneas, fallas en los equipos u otras
condiciones intolerables ó peligrosas. Estos relés pueden también iniciar ó permitir la
interrupción ó simplemente dar (o proveer) alarma.
Relés de Regulación: los cuales son activados cuando se desvía un parámetro de operación
de los límites predeterminados. Los relés de regulación funcionan por medio de equipos
suplementarios, para restablecer la cantidad necesaria y así volver a los limites prescritos.
Relés de Verificación o Monitoreo: son los que verifican las condiciones en el Sistema de
Potencia ó en el Sistema de Protecciones. Estos relés comprenden detectores de falla,
unidades de alarma, monitoreo de canales y verificación de sincronismo.
Relés Programables: los cuales establecen o detectan secuencias eléctricas. Los relés
programables son usados para el recierre y la sincronización.
Relés Auxiliares: estos operan en respuesta al cierre ó apertura del circuito operador para
suplir a otro relé o dispositivo. Incluyen temporizadores, relés de múltiples contactos,
unidades selladas, relés receptores, relés excluyentes o de enclavamiento (lockout), relés
de cierre y relés de accionamiento o activación.
Adicionalmente dichos relés pueden clasificarse por las señales de entrada, por la estructura o
el principio de operación y por las características de funcionamiento.
Por Estructura o Principio de Operación:
Estado Sólido Electromecánico Térmico
Además según principio de comparación:
Porcentaje Multi-restricción Producto
Por la magnitud eléctrica que controlan ó miden:
Corriente Tensión Frecuencia
Presión Flujo Vibración
Temperatura
1-29
Características de funcionamiento:
Distancia Direccional (sobrecorriente) Tierra ó Fase
Subtensión Comparador de Fase Comparador direccional
Fase Segregada (disparo monopolar)
Por las características del tiempo de funcionamiento:
Tiempo Definido Tiempo Inverso
Tiempo Muy Inverso Tiempo Extremadamente Inverso
las anteriores clasificaciones están basadas en la Norma ANSI C 37.90 (IEEE 313)
1.10 ESTADO ACTUAL Y TENDENCIAS DE DESARROLLO DE LA TÉCNICA DE
PROTECCIÓN
La complejidad del Sistema Eléctrico de Potencia, como objeto de protección se ha
incrementado considerablemente en los últimos años en los distintos países; ejemplos de ello
son el aumento de la capacidad de la creciente necesidad de transmitir grandes bloques de
potencia a través de líneas largas, y el incremento de las restricciones de todo tipo a la
construcción de nuevas líneas, lo que tiende a reducir cada vez más la redundancia de la red
de transmisión. Todo esto hace que el sistema deba operar en condiciones cercanas a las
críticas, e impone a su protección requerimientos muy exigentes en cuanto a velocidad,
sensibilidad, selectividad y fiabilidad.
La técnica de la protección de sistemas eléctricos de potencia ha experimentado un desarrollo
considerable en las dos ultimas décadas. Las investigaciones en esta área pueden dividirse en
dos grandes grupos:
a) Los estudios sobre el sistema a proteger y sus elementos en lo referente al
comportamiento en condiciones anormales de operación.
b) El desarrollo de nuevos principios, sistemas y equipos de protección, y de métodos para
su diseño y análisis de operación.
1-30
1.10.1 ESTUDIOS SOBRE EL SISTEMA A PROTEGER Y SUS ELEMENTOS
a) Estudios de cortocircuito y programas para el cálculo automatizado de parámetros
de ajuste de protecciones
La utilización de la computadora digital para realizar los cálculos de cortocircuito necesarios,
para la determinación de parámetros de ajuste de protecciones, es práctica generalizada en la
actualidad. Se han desarrollado también programas que incorporan información sobre los tipos
de relés disponibles y realizan los cálculos en forma automática; algunos de ellos incluyen la
función de simular cortocircuitos y comprobar la operación de las protecciones, ajustadas según
los parámetros calculados.
Si bien desde el punto de vista científico este problema esta prácticamente resuelto, en muchos
países se continúa trabajando en el desarrollo de este tipo de programas para evitar su compra,
y para dar respuesta a la potencialidad creciente del equipamiento de cómputo disponible.
b) Estudios de estabilidad transitoria La simulación digital del efecto de las oscilaciones de potencia sobre los distintos tipos de relés
ha sido objeto de estudio en distintos países. En algunos programas de análisis de estabilidad
transitoria se ha incluido la modelación de relés de sobrecorriente, direccionales, de distancia y
de disparo intencional por perdidas de sincronismo, así como la simulación de los disparos
provocados por la operación de esas protecciones, la modelación por lo general se basa en la
suposición de que la oscilación de potencia es un fenómeno simétrico, por lo que a los relés
llegan señales de tensión y corriente de secuencia positiva; se supone también que durante la
oscilación no hay variaciones de frecuencia de las señales, sino solamente de sus módulos y
ángulos.
La utilización cada vez mayor de los esquemas de disparo y recierre monopolar de líneas de
transmisión, da la posibilidad de que ocurran oscilaciones de potencia en presencia de
asimetrías del sistema, adicionalmente a las originadas por los propios cortocircuitos; el efecto
de estas asimetrías sobre los relés de protección durante las oscilaciones de potencia, debe ser
sometido a un estudio riguroso. Por otra parte, se recomienda evaluar el error que introduce la
1-31
suposición de frecuencia constante durante la oscilación de potencia, teniendo en cuenta la
dependencia de la frecuencia de los parámetros de operación de los distintos tipos de relés.
En adición a lo anterior, existe la necesidad de realizar estudios profundos sobre el
comportamiento de las protecciones en presencia de oscilaciones de potencia, que permita
elaborar criterios de aplicación y determinar parámetros de ajuste de los esquemas de bloqueo
de disparo y de disparo intencional por perdidas de sincronismo.
c) Estudios de comportamiento dinámico de la frecuencia Se han desarrollado modelos dinámicos muy completos de los sistemas de potencia, que
permiten determinar el comportamiento de la frecuencia en los nodos durante intervalos hasta
de varios segundos, y que incluyen la simulación de los relés de los esquemas de corte de
carga por frecuencia.
El perfeccionamiento de estos modelos, incluyendo los de los relés, y su aplicación a estudios
para la mejoría de los esquemas de configuración alargada y con fuentes de generación
alejadas de los centros de carga que determinan un comportamiento dinámico critico, a
diferencia de los sistemas con mayor nivel de interconexiones en la red de transmisión.
d) Simulación de fenómenos transitorios electromagnéticos
En la actualidad existen programas para el análisis del comportamiento del sistema eléctrico de
potencia durante los procesos transitorios de naturaleza electromagnética, como por ejemplo el
ATP / EMTP. No obstante ello, algunos investigadores han abordado los problemas de corriente
y de potencial, y los relés de protección. En los últimos tiempos se han venido haciendo énfasis
fundamentalmente en el modelaje de los nuevos tipos de transductores primarios y relés, para
poder estudiar su comportamiento en el estado transitorio y tomar medidas correctivas
necesarias en su diseño.
e) Investigaciones sobre elementos del sistema
El estudio del comportamiento de los elementos del sistema en presencia de cortocircuitos y
regímenes anormales de operación, para determinar las características más adecuadas y los
1-32
parámetros de ajuste de sus protecciones, ha sido objeto de atención por muchos
investigadores. El surgimiento de las protecciones microprocesadas y las posibilidades de
ejecutar en ellas algoritmos de protección novedosos han dado un nuevo impulso a estos
estudios.
Se continúan investigando, por ejemplo, el efecto de las sobrecargas balanceadas y
desbalanceadas sobre las maquinas eléctricas rotatorias asincrónas y sincrónas, y el
comportamiento de la corriente de magnetización de los transformadores en los estados
transitorios asociados con su conexión ó con variaciones bruscas de la tensión. Las líneas
largas de transmisión son objeto de investigación desde el punto de vista de protección, ya que
la compensación serie capacitiva es fuente de armónicos que afectan la operación de los relés,
y puede causar resonancia subsincrónica, con el consiguiente peligro para los ejes de los
generadores. La compensación paralelo de potencia reactiva utilizada en estas líneas también
plantea problemas de protección.
1.10.2 DESARROLLO DE NUEVOS PRINCIPIOS, SISTEMAS DE PROTECCIÓN Y MÉTODOS PARA SU DISEÑO Y ANÁLISIS DE OPERACIÓN
El desarrollo de nuevos principios, sistemas y equipos de protección ha estado favorecido por
los avances de la base electrónica disponible. La aplicación de los dispositivos electrónicos de
mediano nivel de integración, que en la década de 1960 - 1970 representó un impulso
considerable al desarrollo de los relés estáticos de protección, quedo relegada a un segundo
plano con el surgimiento del microprocesador y su utilización para realizar funciones de
protección. A ello se suman en la actualidad las posibilidades que brinda la optoelectrónica para
el desarrollo de canales de comunicación de gran capacidad con buen aislamiento eléctrico e
inmunidad a las interferencias electromagnéticas.
a) Relés microprocesados
Si bien se han desarrollo algoritmos eficientes para la realización de prácticamente todas las
funciones de protección, es necesario seguir perfeccionándolos en cuanto a velocidad y
memoria requerida, así como inmunidad a componentes transitorias de las señales de entrada.
En este propio contexto está planteado el problema de los lenguajes de programación;
predomina en la actualidad la utilización del lenguaje ensamblador en los relés
1-33
microprocesados, pero esto limita el traslado de programas de unos relés a otros. Los lenguajes
de alto nivel resolverían este problema, pero son menos eficientes en la utilización de las
potencialidades del microprocesador.
Son objeto de estudio los problemas relacionados con la comunicación de los relés
microprocesados con las computadoras de los diferentes niveles jerárquicos de la subestación y
el sistema. La utilización de estos relés como terminales inteligentes de la red de computadoras
ofrecen grandes perspectivas.
Los relés microprocesados tiene potencialidad para realizar el cambio automático de sus
parámetros de ajuste de acuerdo con los requerimientos del sistema de potencia. Esta
posibilidad de lograr protecciones adaptativas constituye una ventaja potencial importante de
los relés microprocesados, y es objeto de investigación en la actualidad.
En los últimos tiempos se han aplicado métodos predictivos en la técnica de protección, sobre
todo para limitar los efectos de los grandes disturbios y tomar medidas para evitar colapsos en
el sistema. Los esquemas predictivos de protección se están aplicando ya en Japón y se trabaja
en su desarrollo perspectivo, sobre la base de combinar los resultados de cálculos previos con
los datos registrados durante el disturbio. En el capítulo 4 se hace un desarrollo más detallado
de los relés microprocesados, comunicaciones y protecciónes adaptativas.
Sin embargo, parece que no todos los relés que se compran ahora y en el futuro serán
unidades digitales, ¿por qué no?
- Los relés digitales cuentan con un incremento dentro de todos las nuevos relés comprados.
Esto no significa que se este dejando a un lado los relés electromecánicos (e-m). De hecho en
Norteamérica los relés e-m significaron entre un 22 y 46% de las nuevas compras. En Europa
Occidental dentro del 15 y 25% de las nuevas compras, predominaron los relés
electromecánicos. Donde las funciones lo permitan, las compañías europeas continúan
comprando una nueva generación de relés e-m casi exclusivamente.
¿Cómo puede ser esto? ¿Por qué los ingenieros de protecciones continúan especificando,
comprando y utilizando relés de una sola función, cuando por cerca del doble del dinero,
En el inicio de la presente década.
1-34
pueden comprar de tres a cinco funciones en un solo relé digital?. Respuestas a estas
preguntas, son dadas por Tony Giuliante . [6]
Giuliante indica que los relés e-m continúan siendo comprados para numerosas aplicaciones.
Él sugiere tres razones principales para continuar especificando y comprando antiguas
unidades de relés e-m; Primero, algunos de los ingenieros consultores antiguos que han
diseñado desde trabajos previos pueden convencer a los clientes de las compañías a usar una
solución probada. Segundo, para usar unidades digitales, la compañía debe tener una base de
computadores personales y gente con conocimientos en computación. Tercero, quizá la más
importante, hay varios requerimientos de aplicación de relés de una sola función. Para varias de
estas aplicaciones simples, los relés e-m continúan siendo convenientes económicamente.
De acuerdo con Giuliante aún compañías pequeñas tienen la necesidad de obtener y entender
los registros de falla y la información que ellos contienen. De ahí, que las más pequeñas
compañías también se están moviendo hacia la era de los relés digitales. También, él dice que
para el área de transmisión el movimiento hacia los relés digitales es penetrante, y por buenas
razones; es en el área de transmisión donde los relés digitales brillan, cada relé digital integra
múltiples funciones anteriormente realizadas por relés e-m individuales. Esta consolidación
ayuda a optimizar la operación del sistema de potencia.
b) Transductores de corriente y potencial La tendencia fundamental en el desarrollo de los transductores primarios es lograr salidas de
tipo digital, que son fáciles de transmitir por canales de fibra óptica ó de radio y resolver así los
problemas de aislamiento de los transductores en los niveles de tensión muy altos. No obstante
ello, se ha trabajado también en el desarrollo de nuevos principios de conversión.
c) Canales de comunicación A los canales tradicionales de comunicación para fines de protección (hilo piloto, canal de
corriente portadora y canal de microonda) se ha sumado recientemente el canal de fibra óptica,
que por su inmunidad a interferencias y su capacidad para manipular grandes volúmenes de
Presidente de ATG Exodus (año 2000) y profesional con amplia trayectoria y observador de
las tendencias en la industria de la protección por relés.
1-35
datos con alta velocidad, constituye la solución a algunos de los problemas de comunicación
actualmente existentes en los sistemas de potencia.
Entre los problemas que aún confrontan los canales de fibra óptica están los altos niveles de
atenuación y falta de consistencia de las características transferenciales de los transductores
electro-ópticos. Ambos problemas limitan en alguna medida la utilización de este tipo de canal
para la transmisión de información analógica.
d) Supervisión y análisis de la operación de la protección a partir de la información en
tiempo real La supervisión continua del estado de los esquemas de protección es una de las vías para
elevar su fiabilidad. Esto se logra mediante pruebas a los relés y análisis de su comportamiento
durante disturbios del sistema. Las pruebas periódicas implican la salida temporal de servicio de
los relés analógicos, y no se hacen por lo general con la frecuencia necesaria. En los relés
microprocesados la situación es más favorable debido a su capacidad de autocomprobación,
que garantiza su evaluación prácticamente continua. No obstante lo anterior, se continúa
trabajando en el desarrollo de quipos de prueba microprocesados, capaces de realizar en forma
automática pruebas complejas a sistemas de protección de cualquier tipo.
El análisis del comportamiento durante los disturbios se hace en la actualidad a partir de la
información registrada por oscilógrafos, registradores de secuencia de eventos, registradores de
fallas y de los datos electromecánicos, pero están siendo reemplazados por registradores de
estado sólido, capaces de procesar y almacenar información sobre un gran número de señales
analógicas, y de comunicarse con otros equipos de la subestación ó remotos.
En esta área es importante profundizar en la utilización eficiente de la capacidad de computo
disponible en las subestaciones para el análisis de la operación de las protecciones, incluyendo
la posibilidad de aplicar medidas correctivas en forma automática.
Debe trabajarse en el desarrollo de algoritmos para el procesamiento de los grandes volúmenes
de información disponibles para el análisis de la operación de las protecciones. Se ha estudiado
el problema del análisis automatizado de fallas, aplicando incluso técnicas de sistemas expertos
con buenos resultados.
1-36
1.10.3 APLICACIÓN DE LA COMPUTACIÓN
La aplicación de las técnicas de computación ha constituido un factor importante en el
desarrollo del área de protección. La computación digital se ha utilizado en el desarrollo como
medio de cálculo para el análisis del comportamiento del sistema eléctrico y sus elementos
durante cortocircuitos y otros regímenes anormales, como base para la determinación de los
parámetros de ajuste de las protecciones; se ha desarrollado incluso paquetes de programas
que realizan en forma automática esta tarea, en régimen de dialogo con el usuario. La
simulación digital de los relés de protección y de los transductores primarios de corriente y de
tensión ha sido otra aplicación importante de la computación en este campo; se han
desarrollado programas que permiten estudiar el comportamiento de las protecciones durante
procesos transitorios de naturaleza electromagnética ó electromecánica, por ejemplo.
La computadora digital ha sido también una valiosa herramienta para el diseño de relés
estáticos y esquemas completos de protección. La más reciente aplicación de la computación
en este campo es la realización directa de funciones de protección, control, supervisión y
medición, sobre todo con el advenimiento del microprocesador.
1.10.4 DESARROLLO DE SISTEMAS ESTRATÉGICOS DE PROTECCIÓN
SISTEMA ESTRATÉGICO DE PROTECCIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA ELÉCTRICA (SPID SYSTEM)
Un sistema eléctrico de potencia puede ser vulnerable por diferentes razones. Estas fuentes de
vulnerabilidad causan fallas que en su mayoría pueden ser controladas por un sistema normal
de protecciones. Sin embargo, eventualmente, el sistema no es lo suficientemente inteligente ó
no tiene la suficiente información a tiempo, para impedir que se produzcan fallas catastróficas
en el sistema.
El 10 de agosto del año 1996, en el oeste de Estados Unidos, se produjo una de las más
grandes salidas en gran parte del sistema de interconexión eléctrico, teniendo como
consecuencia, grandes perdidas económicas y graves problemas de orden publico. Algunos
expertos creen que si al menos un 0.4 % de la carga hubiera sido deslastrada por un periodo de
30 minutos la gran salida hubiera podido ser evitada. De casos como este nace la necesidad de
1-37
contar con un sistema inteligente de protección que pueda constantemente estar evaluando la
vulnerabilidad del sistema y tomar acciones concretas para poder disminuirla.
El Sistema Estratégico de Protección de la Infraestructura Eléctrica (SPID System), es un
diseño conceptual de un sistema de protección integral derivado de una de las investigaciones
que nacieron para dar solución a problemas como el que se mencionó anteriormente. La
principal meta del sistema SPID es prevenir de fallas que puedan desembocar en salidas en
serie de tramos del sistema eléctrico de potencia.
El método tradicional de selección de protecciones se basa en el daño que puede causar las
fallas en el sistema y el costo de los equipos. Sin embargo, existen diferentes fuentes de
vulnerabilidad que no son totalmente contempladas en el diseño normal de las protecciones.
FUENTES DE VULNERABILIDAD
El sistema SPID es diseñado para salvaguardar la infraestructura contra diferentes fuentes de
vulnerabilidad. (Figura 1.6)
Calamidades naturales: rayos, tormentas de viento,
Fallas en los grandes cosalidas de líneas de transm
Fallas en los sistemas delos dispositivos de protecc
coordinación de proteccion
FUENTES DE VULNERABILIDAD
INTE
RN
AS
EXTE
RN
AS
Figura 1.6tales como temblores, tornados, tormentas de nieve,
ondas de calor, inundaciones, incendios forestales.
mponentes del sistema: generador, transformador y/ó
isión.
control y protección. (Hidden Failures ). Las fallas en
ión son tenidas en cuenta para el proceso normal de
es y se solucionan haciendo una protección redundante.
1-38
Sin embargo, en este epígrafe se hace alusión a ciertas fallas ocultas en los
dispositivos de protección que normalmente no eran tomadas en cuenta.
Fallas en los sistemas de comunicación e información: pérdida de comunicación
con sistemas de manejo de energía, inhabilidad de desempeñar funciones de
control y protección, congestión en los canales de comunicación, intrusión de
agentes externos en el sistema de comunicación.
Inestabilidad del sistema de potencia: transientes, inestabilidad en la tensión y la
frecuencia por largos periodos de tiempo.
Errores Humanos: errores de diseño en los sistemas de control y protección,
errores del operador del sistema, errores en el control manual, seguimiento erróneo
de las guías establecidas para una operación segura del sistema.
Insuficiencia ó error en el modelaje y la valoración del sistema: monitoreo
inadecuado de las condiciones actuales del sistema eléctrico.
Vulnerabilidad en un mercado eléctrico competitivo: disminución de incentivos
para construir refuerzos en las líneas de transmisión y para remplazar viejos
equipos de control, protección y generación.
Incapacidad de obtener, sintetizar y usar información confiable: medición pobre
de las características del sistema, baja calidad en la información. ESTRATEGIAS DE AUTO – REPARACIÓN
Las estrategias de auto – reparación, son opciones de control para guiar un sistema de potencia
hacia una condición de operación, más segura y menos vulnerable. Existen dos modos
diferentes de estas estrategias:
Estrategia preventiva de auto – reparación: analiza las diferentes interacciones y jerarquías de
control y provee una solución de control para el sistema que es construido actualmente.
Estrategia correctiva de auto – reparación: provee una solución que restaura el sistema
eléctrico y lo lleva a una condición optima de operación, teniendo esto como consecuencia, un
incremento en la eficiencia de operación. Al final se tendrá un sistema en una condición de
operación más segura y menos vulnerable.
1-39
SISTEMA HÍBRIDO MULTIAGENTE El sistema SPID propone un concepto de sistema multiagente jerarquizado, conocido como
sistema híbrido multiagente. El sistema propuesto consta de tres capas, las cuales están
representadas en la Figura 1.7.
Capa reactiva: esta ubicada en cada subs
auto - reparación, que requieren respuesta
Capa de coordinación: incluye conocimien
de la capa reactiva es urgente, importante,
excede un valor de entrada, este agente pe
iva. Otra función de este agente es compar
capas deliberativa y reactiva.
Figura 1.7istema local y ejecuta acciones preprogramadas de
inmediata.
to heurístico, para identificar cual evento de disparo
ó consumidor de recursos. Si un evento de disparo
rmitirá que el evento sea tratado en la capa deliberat
ar continuamente los modelos del sistema entre las
1-40
Capa deliberativa: Los agentes en la capa deliberativa, desarrollan planes basados en un
modelo virtual actualizado por la capa de coordinación. Los modelos en esta capa podrían estar
desactualizados ya que la capa deliberativa no responde a acciones corrientes y de respuesta
inmediata. Después los comandos desde la capa deliberativa deben ser verificados con el
modelo real del sistema, provisto por la capa de coordinación. Si los planes no son acordes con
el modelo real, los agentes de la capa de coordinación activa en la capa deliberativa ejecutaran
un proceso que modificará los planes. Los eventos en la capa reactiva también deben contener
información detallada de los agentes de la capa deliberativa.
MÓDULOS DE SOFTWARE EN EL SISTEMA SPID
El software SPID es basado en una estructura híbrida multiagente, con capacidades
deliberativas que es usado para la evaluación de la vulnerabilidad y estrategias de auto
reparación. Un agente de protección puede, basado en sus propios requerimientos, mandar
operar un interruptor, sin embargo si otro agente, de otra capa, basado en los requerimientos
globales, decide bloquear la señal de disparo la señal será bloqueada. Cada agente del sistema
es independiente de los otros y trata de cumplir su objetivo individual. En la Figura 1.8 se puede
visualizar la estructura del sistema SPID.
A continuación se presenta un resumen de las funciones que realiza cada uno de los agentes:
Agentes de protección: representa un dispositivo de protección computarizado.
Puede realizar acciones autónomas para proteger los componentes del sistema
eléctrico.
Agentes de Generación: representan unidades de generación. Puede incluir acciones
sobre las salidas de potencia activa y reactiva, así como sobre los controles
automáticos de generación, excitación y estabilizadores.
Agente de falla en la comunicación: Puede incluir el papel de los agentes de
protección, para prevenir un malfuncionamiento ocasionado por una falla oculta del
sistema.
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Agente de filtrado de evento ó alarcierto valor de entrada, este agente
deliberativa. El valor de entrada dete
los agentes de esta capa necesitan q
Figura 1.8ma: Si un evento de activación de disparo excede
permite que el evento sea evaluado en la capa
rminado es creado en la etapa deliberativa, como
ue sea.
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Agente de actualización del modelo: Actualiza el modelo real del sistema y verifica si
los planes de la capa deliberativa son consistentes con el status actual del sistema
Agente de interpretación de comandos: analiza los comandos de la capa
deliberativa y los descompone en señales actuales de control.
Agente de identificación de evento: Después que este agente reconoce un disturbio
en el sistema, identifica la porción del sistema que se encuentra inoperante. En otras
palabras este agente construirá un modelo virtual del sistema actual.
Agentes de evaluación de vulnerabilidad: Continuamente evalúan la vulnerabilidad
del sistema y establecen un índice de riesgo. Cada decisión de los agentes en la capa
deliberativa, es evaluada por un agente de evaluación de vulnerabilidad.
Agentes de reconfiguración: Determinan estrategias preventivas de auto - reparación
basadas en la evaluación de vulnerabilidad.
Agente de monitoreo de fallas ocultas: Continuamente monitoréa las fuentes de
fallas ocultas en el sistema (relés, generadores y cargas). Este agente puede lograr la
confiabilidad del sistema eléctrico.
Agentes de restauración: desarrollan estrategias correctivas de auto – reparación y
tratan de llevar el sistema hacia una condición normal de operación.
Agente de planeamiento: encuentra la secuencia optima de apertura ó cierre de
interruptores, para realizar los planes hechos por los demás agentes en la capa
deliberativa.
La información requerida para predecir el estado actual del sistema y tomar acciones concretas
de control esta dividida en dos grupos:
Información offline: características de la línea de transmisión, tipos de dispositivos de
protección, reglas de mercado.
Información online: la actual topología general del sistema eléctrico de potencia,
datos concernientes a las variables climáticas como temperatura y humedad.
Este último tipo de información esta disponible en varias subestaciones y centros de control.
Las subestaciones y los sistemas multiagentes deben estar conectados vía Internet ó intranet y
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por comunicación satelital. Esta ultima servirá además para enviar información del medio
ambiente atmosférico y terrestre.
COMUNICACIÓN EN EL SISTEMA SPID
El sistema SPID intenta identificar estados de operación vulnerables, de un área ancha de un
sistema eléctrico de potencia y determinar acciones apropiadas de reparación en tiempo real, a
través de sistemas confiables y rápidos de comunicación. Algunas funciones de la
infraestructura de comunicación del sistema SIPD son:
Adquisición de información de varias subestaciones de generación. transmisión y
distribución, para análisis de vulnerabilidad.
Intercambio de información entre subestaciones.
Intercambio de información y señales de control entre dispositivos en diferentes
subestaciones.
Intercambio de información y señales de control entre dispositivos dentro de una
subestación.
Intercambio de información entre dispositivos y centros de control.
Comunicaciones entre equipos de campo y despachadores.
Adquisición de información de operadores independientes del sistema.
Adquisición de información de mercados energéticos y servicios de clima.
Adquisición de información dispositivos de monitoreo de equipo.
Disponibilidad de canales de comunicación.
Acceso a las bases de datos para análisis de vulnerabilidad y acciones de
reparación.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] “Introducción a los Relés de Protección”. Carlos Felipe Ramírez G.,Mejía Villegas S.A.,
Universidad Pontificia Bolivariana, Medellín, 1987. [2] “Applied Protective Relaying”. J. Lewis Blackburn, Westinghouse Electric Corporation,
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del Proyecto Noroeste EEB”. Tesis de Grado. Jaime Martínez. Libardo Garzón.
Universidad Nacional de Colombia. Santafé de Bogotá. 1998.
[5] “Guías para el Buen Ajuste y la Coordinación de Protecciones del STN”. Consultoría
para Elaborar Manual de Procedimientos para la Coordinación de Protecciones en el
CND realizada por Ingeniería Especializada S.A. para Interconexión Eléctrica S.A.
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[11] “Introducción a los Relevadores y Sistemas Digitales de Protección”, Dr Héctor Jorge
Altuve Ferrer, Universidad Autónoma de Nuevo León. Facultad de Ingeniería Mecánica
y Eléctrica. Monterrey, N.L, México. Nov 1993
[12] “Protección de Sistemas Eléctricos de Potencia”, Dr Héctor Jorge Altuve Ferrer,
Universidad Autónoma de Nuevo León. Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica.
Monterrey, N.L, México.
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Departamento de Electricidad y Electrónica. Universidad Nacional de Colombia, sede
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[15] “Protecciones para Líneas de 230 kV de la Subestación Mirador”. Sergio Samuel Torres
Avella y Ramón Antonio Torres Combariza. Tesis de grado Universidad Nacional de
Colombia. Bogotá.1999
[16] Conferencia “Principios Básicos de las Protecciones”. Ing. José Carlos Romero.
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Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería. Julio de 2000.
[17] “Manual de Ingeniería Eléctrica”. Volumen III, Donald G. Fink. H. Wayne Beaty, Editorial
McGraw-Hill, Decimotercera Edición, Mexico, 1996.
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ANEXO CAPÍTULO 1
DDDDDDDDDDDDIIIIIIIIIIIISSSSSSSSSSSSPPPPPPPPPPPPOOOOOOOOOOOOSSSSSSSSSSSSIIIIIIIIIIIITTTTTTTTTTTTIIIIIIIIIIIIVVVVVVVVVVVVOOOOOOOOOOOOSSSSSSSSSSSS YYYYYYYYYYYY FFFFFFFFFFFFUUUUUUUUUUUUNNNNNNNNNNNNCCCCCCCCCCCCIIIIIIIIIIIIOOOOOOOOOOOONNNNNNNNNNNNEEEEEEEEEEEESSSSSSSSSSSS SSSSSSSSSSSSEEEEEEEEEEEEGGGGGGGGGGGGÚÚÚÚÚÚÚÚÚÚÚÚNNNNNNNNNNNN AAAAAAAAAAAANNNNNNNNNNNNSSSSSSSSSSSSIIIIIIIIIIII Los dispositivos y equipos de maniobra son referidos por números, con sufijos apropiados (letras) cuando sea necesario, de acuerdo a la función que ellos ejecuten. Estos números son basados en un sistema adoptado como estándar por la IEEE para los dispositivos eléctricos, e incorporado por ANSI C.37.2 –1979 y su posterior actualización C.37.2 –1991. Dicha nomenclatura se utiliza en los esquemas eléctricos, en los libros de instrucciones y en las especificaciones. 1. Elemento principal: Es el dispositivo
de iniciación (tal como un selector de mando, un relé de tensión, interruptor flotador, etc.) que pone el aparato en servicio ó fuera de servicio ya sea directamente ó a través de otros elementos, como los relés de retardo.
2. Relé de cierre ó arranque
temporizado: Establece un intervalo de tiempo entre las operaciones de una secuencia automática ó de un sistema de protección, excepto cuando es proporcionado específicamente por los dispositivos 48, 62 y 79 que más adelante son presentados.
3. Relé de comprobación ó de
bloqueo: Opera en respuesta al estado de otro dispositivo en un equipo, para permitir que continúe su operación, para que se detenga ó para proporcionar una prueba de la posición de estos dispositivos ó de estas condiciones.
4. Contactor principal: Es un
dispositivo, generalmente controlado por el dispositivo No 1 ó su
equivalente y los elementos de seguridad y protección; que sirve para abrir ó cerrar los circuitos de mando para poner un equipo en marcha, bajo las condiciones deseadas ó para sacarlo de operación en condiciones anormales.
5. Dispositivo de parada: Es aquel
cuyas función es poner y mantener un equipo fuera de operación.
6. Interruptor de arranque: Su
principal función es conectar una máquina a su fuente de tensión inicial.
7. Relé de tasa de incremento: Es un
dispositivo que funciona ante un excesivo aumento en la tasa de incremento de la corriente.
8. Dispositivo de desconexión
energía de control: Es un dispositivo de desconexión, (por ejemplo un interruptor en carga, un interruptor ó bloque de fusibles) que se utiliza para conectar y desconectar la fuente de alimentación de control desde el barraje ó el equipo de control.
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9. Dispositivo de reversa: Es utilizado con el propósito de invertir la secuencia del campo de una máquina ó ejecutar alguna otra función de inversión.
10. Conmutador de secuencia: Es
utilizado para cambiar la secuencia de conectar ó desconectar unidades en un equipo de unidades múltiples.
11. Dispositivo multifuncional: Es un
dispositivo que ejecuta tres ó más funciones similares e importantes que sólo pueden ser diseñadas con la combinación de dispositivos que han sido enumerados según su función.
Todas las funciones ejecutadas por 11 deben ser definidas en la leyenda del diagrama ó en el listado de dispositivos.
12. Dispositivo de exceso de
velocidad: Es un interruptor de velocidad, de conexión directa, que actúa cuando la velocidad de la máquina supera un valor determinado.
13. Dispositivo de velocidad sincrona:
Funciona con la velocidad próxima a la de sincronismo de una máquina. Son ejemplos de esta clase de dispositivo los interruptores de velocidad centrífuga, el relé de intensidad mínima ó cualquier tipo de dispositivo que se acciona con una velocidad próxima a la normal de la máquina.
14. Dispositivo de velocidad baja:
Funciona cuando la velocidad de la máquina desciende por debajo de un valor predeterminado.
15. Dispositivo regulador de velocidad ó frecuencia: Funciona para mantener la velocidad ó frecuencia de una máquina ó sistema a un cierto valor ó entre unos ciertos límites.
16. Reservado para futuras
aplicaciones. 17. Conmutador para puentear el
campo en derivación: Este conmutador sirve para abrir y cerrar un circuito en derivación entre los extremos de cualquier pieza ó aparato de una máquina, un condensador ó un reactor.
Nota: Esto excluye los dispositivos que realizan las funciones en derivación necesarias para arrancar una máquina por los dispositivos 6 ó 42 ó si equivalente, y también excluye la función del dispositivo 73, que sirve para la actuación de resistencias.
18. Dispositivo para acelerar ó
desacelerar: Se utiliza para actuar sobre los circuitos que aumentan ó disminuyen la velocidad de una máquina.
19. Contactos de transición de arranque a marcha normal: Su función es hacer el paso de las conexiones de alimentación de arranque a las de marcha normal de la máquina.
20. Válvula maniobrada
eléctricamente: Es una válvula accionada por solenoide ó motor que se utiliza en circuitos de vacío, aire, aceite, agua ó similares.
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21. Relé de distancia: Funciona cuando la admitancia, impedancia ó reactancia del circuito disminuye a unos límites establecidos.
22. Interruptor ecualizador: Sirve para
conectar y desconectar las conexiones de equilibrio de corriente para los reguladores del campo de la máquina ó de tensión de la máquina en una instalación de unidades múltiples.
23. Dispositivo regulador de
temperatura: Mantiene la temperatura de la máquina u otros aparatos de ciertos límites.
Nota: Un ejemplo de esté dispositivo regulador de temperatura es un termostato que enciende un calentador en un elemento, cuando la temperatura desciende a un valor deseado, que es distinto de un dispositivo usado para proporcionar regulación de temperatura automática entre límites próximos y que sería designado como 90T.
24. Relé de Voltios por Hertz: Es un
relé que funciona cuando la relación de tensión a frecuencia excede un valor prefijado. El relé debe ser instantáneo ó tener una característica de tiempo.
25. Dispositivo de sincronización o puesta en paralelo: Funciona cuando dos circuitos de corriente alterna están dentro de los límites deseados de tensión, frecuencia y ángulo de fase, lo que permite la puesta en paralelo de esos circuitos.
26. Dispositivo térmico: Es el que funciona cuando la temperatura del campo en derivación ó el embobinado amortiguador de una máquina, el de una resistencia de limitación de carga, ó de un liquido u otro medio, excede un valor prefijado ó se sitúa por debajo de dicho valor.
27. Relé de mínima tensión: Funciona
si la tensión desciende por debajo de un valor predeterminado.
28. Detector de llama: Es el que tiene la
función de detectar la existencia de llama en el piloto ó quemador principal, por ejemplo de una caldera ó una turbina de gas.
29. Contactor de aislamiento: Es el que
tiene la función especial de desconectar un circuito de otro por razones de maniobra de emergencia, conservación ó prueba.
30. Relé anunciador: Es un dispositivo
de reposición no automática que da un número de indicaciones visuales independientes al accionar el dispositivo de protección y, además, también puede estar dispuesto para efectuar la función de enclavamiento.
31. Dispositivo de excitación
separada: Conecta un circuito, como el campo en derivación de un convertidor sincrónico, a la fuente de excitación separada durante el proceso de arranque; también se utiliza para energizar la excitación y el circuito de encendido de un rectificador.
32. Relé direccional de potencia:
Funciona con un valor seleccionado
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de la potencia en sentido determinado ó ante la potencia inversa que resulta de la motorización del generador por la perdida de su máquina motriz.
33. Conmutador de posición: Abre ó
cierra un contacto cuando el dispositivo principal alcanza una posición dada.
34. Conmutador de secuencia movido
por motor: Es un conmutador con varios contactos que fija la secuencia de operación de los dispositivos principales durante el arranque y la partida ó durante otras operaciones.
35. Dispositivo para cortocircuitar las
escobillas ó anillos rozantes: Sirve para subir, bajar ó desviar las escobillas de una máquina ó para cortocircuitar los anillos rozantes.
36. Dispositivo de polaridad: Acciona ó
permite accionar otros dispositivos solamente con una polaridad dada.
37. Relé de baja corriente ó baja
potencia: Funciona cuando la corriente ó la potencia caen por debajo de un valor predeterminado.
38. Dispositivo térmico de cojinetes:
Funciona con temperatura excesiva en los cojinetes.
39. Detector de condiciones
mecánicas: Funciona en situaciones mecánicas anormales (excepto las que suceden a los cojinetes de una máquina, tal y como se recoge en la función 38), como en el caso de vibración excesiva, excentricidad, expansión y choque, entre otros.
40. Relé de campo: Funciona para un valor dado de falla de la corriente en el circuito de excitación, ó un excesivo valor de la componente reactiva de la corriente de la armadura en una máquina de c.a. ó bien para un valor que indica que la excitación del campo es anormalmente baja.
41. Interruptor de campo: Es un
dispositivo que funciona para cerrar ó abrir la excitación de campo de la máquina.
42. Interruptor de puesta en marcha:
Es un dispositivo cuya función principal es conectar la máquina a su fuente de tensión después de haber sido llevada hasta la velocidad nominal de la conexión.
43. Selector de transferencia: Es un
elemento que accionado a mano, efectúa la transferencia de los circuitos de control para modificar la conexión de los circuitos ó de alguno de los dispositivos.
44. Relé de secuencia de arranque del
grupo: Funciona para arrancar la unidad más próxima en un equipo de unidades múltiples si falla ó no está disponible la unidad que normalmente le precede.
45. Detector de condiciones
atmosféricas: Funciona en condiciones atmosféricas anormales (humos peligrosos, gases explosivos, fuego, etc.).
46. Relé de corriente para equilibrio ó
inversión de fase: Funciona cuando las corrientes polifásicas están en
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secuencia inversa ó desequilibrada ó contienen las componentes de secuencia negativa.
47. Relé de tensión para secuencia de
fase: Funciona con un valor dado de las tensiones polifásicas con la secuencia de fase deseada.
48. Relé de secuencia incompleta:
Hace que el equipo vuelva a la posición de “desconectado” y lo enclava si la secuencia de arranque, funcionamiento ó parada no se cumple debidamente dentro de un tiempo establecido. Si el dispositivo es utilizado sólo para propósitos de alarma, éste preferiblemente se designara como 48A.
49. Relé térmico de máquina, aparato
ó transformador: Funciona cuando la temperatura de una máquina, aparato ó transformador excede de un valor fijado.
50. Relé de sobrecorriente: Es el que
funciona instantáneamente ante un valor excesivo de la corriente.
51. Relé de sobrecorriente
temporizado de corriente alterna: Es un relé con característica de tiempo inversa ó definida que funciona cuando la corriente de un circuito de c.a. sobrepasa un valor dado.
52. Interruptor de corriente alterna: Se
utiliza para cerrar ó interrumpir un circuito de potencia de c.a. en condiciones normales ó para interrumpir este circuito bajo falla ó condiciones de emergencia.
53. Relé de la excitatriz ó del generador de corriente continua: Fuerza el campo de la máquina de corriente continua durante el arranque ó funciona cuando la tensión de la máquina ha llegado a un valor dado.
54. Equipo de arranque del sistema de
engranaje: Es un equipo operado, controlado ó monitoreado eléctricamente, que funciona para causar el arranque del sistema de engranaje ó desengranaje del eje de la máquina.
55. Relé de factor de potencia:
Funciona cuando el factor de potencia en un circuito de corriente alterna no alcanza un valor dado ó, por el contrario lo supera.
56. Relé de aplicación de campo: Sirve
para controlar automáticamente la excitación de campo de un motor de corriente alterna en un punto predeterminado en el ciclo de deslizamiento.
57. Dispositivo de cortocircuito ó de
puesta a tierra: Opera por energía acumulada y funciona para cortocircuitar ó poner a tierra un circuito, en función de sistemas automáticos ó manuales.
58. Relé de fallo de rectificador de
potencia: Funciona con el fallo de uno ó más de los ánodos del rectificador de potencia ó por el defecto de un diodo para conducir ó bloquear.
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59. Relé de sobretensión: Funciona cuando su tensión de entrada es más alta que un valor determinado.
60. Relé de balance de tensión ó
corriente: Opera sobre una diferencia de tensión ó corriente de entrada ó salida de dos circuitos.
61. Sensor ó interruptor de densidad:
Es un dispositivo que opera sobre un valor dado ó una tasa de variación de la densidad de un gas.
62. Relé de parada ó apertura con
retardo: Se utiliza junto con el dispositivo que inicia la parada total, la indicación de parada ó la apertura en una secuencia automática en un sistema de protección por relés.
63. Relé de presión de gas, líquido ó
vacío: Funciona con un valor dado de presión del líquido ó gas para determinada velocidad de variación de la presión.
64. Relé de protección de tierra:
Funciona con un defecto a tierra del aislamiento de una máquina, transformador u otro aparato ó bien por el contorneamiento del arco a tierra en una máquina de corriente continua.
Esta función se aplica sólo a un relé que detecta el paso de la corriente desde el armazón de una máquina, caja protectora ó estructura de una pieza de aparatos, a tierra, ó que detecta la puesta a tierra de un bobinado ó circuito normalmente no puesto a tierra. No se aplica al elemento conectado en el secundario de un transformador de corriente
conectado en el circuito de potencia de un sistema puesto normalmente a tierra.
65. Regulador mecánico: Es el equipo
que controla la apertura de un mecanismo ó válvula de la máquina motora, para arrancarla, mantener su velocidad ó detenerla.
66. Relé de paso: Funciona para permitir
un número determinado de operaciones de un dispositivo ó equipo ó bien un número espeficado de operaciones sucesivas con un intervalo dado de tiempo entre cada una de ellas. También se utiliza para permitir la excitación periódica de un circuito, así como la aceleración gradual de una máquina.
67. Relé diferencial de sobrecorriente
alterna: Funciona con un valor ajustado de sobrecorriente alterna en una dirección dada.
68. Relé de bloqueo: Inicia una señal
para bloquear ó disparar cuando hay defectos en una línea de transmisión ó en otros aparatos en ocasiones dadas.
69. Dispositivo de supervisión y
control: Es un interruptor auxiliar accionado a mano de dos posiciones; en una de ellas permite el cierre de un interruptor ó la puesta en servicio de un equipo, y en la otra posición impide el accionamiento del interruptor ó del equipo.
70. Reostato: Se utiliza para variar la
resistencia de un circuito. Puede ser accionado eléctricamente, y puede
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tener accesorios eléctricos, como los contactos auxiliares de posición.
71. Relé de nivel de líquido ó gaseoso:
Relé que funciona para valores definidos de nivel de líquidos ó gases ó para determinada velocidad de variación de estos parámetros.
72. Interruptor de corriente continua:
Se utiliza para cerrar ó interrumpir un circuito de alimentación de corriente continua en condiciones normales ó en condiciones de emergencia.
73. Contactor de resistencia de carga:
Se utiliza para puentear ó poner en el circuito una resistencia limitadora de cambio ó indicadora o bien para activar un calentador, una luz ó la resistencia de carga de un rectificador de potencia u otra máquina.
74. Relé de alarma: Cualquier otro tipo
de relé diferente al anunciador comprendido bajo el dispositivo 30 que se utiliza para accionar u operar en unión de una alarma visible ó audible.
75. Mecanismo de cambio de posición:
Se utiliza para cambiar las posiciones de conectado, desconectado y prueba de un interruptor enchufable.
76. Relé de sobrecorriente de corriente
continua: Funciona sobrepasa un valor dado la corriente de un circuito de corriente continua.
77. Transmisor de impulsos: Se utiliza
para generar ó transmitir impulsos a través de un circuito de telemedida ó
hilos pilotos a un dispositivo de indicación ó recepción de distancia.
78. Relé medido de ángulo de desfase
ó de protección de salida en paralelo: Funciona con un valor determinado de ángulo de desfase entre dos tensiones ó dos corrientes ó entre tensión y corriente.
79. Relé de recierre de corriente
alterna: Controla el recierre y enclavamiento de un interruptor de corriente alterna.
80. Relé de flujo líquido ó gaseoso:
Funciona con un valor dado de la magnitud del flujo ó determinadas velocidades de variación de éste.
81. Relé de frecuencia: Funciona con un
valor dado de frecuencia ó por la velocidad de variación de la frecuencia.
82. Relé de recierre de corriente
continua: Controla el cierre y recierre de un interruptor de corriente continua en función de las condiciones de carga del circuito.
83. Relé de selección ó transferencia
del control automático: Funciona para elegir automáticamente entre algunas fuentes de alimentación ó condiciones en un equipo ó efectuar automáticamente una operación de transferencia.
84. Mecanismo de accionamiento: Es
el mecanismo completo ó servomecanismo con inclusión de motor de operación, electroimanes, auxiliares de posición, etc., para un cambiador de tomas, un regulador de
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inducción ó una pieza de un aparato que no tenga número de función.
85. Relé receptor de ondas portadoras
ó hilo piloto: Se acciona ó se frena por una señal, y se usa junto con una protección direccional que funciona con equipos de transmisión de onda portadora ó hilos pilotos de corriente continua.
86. Relé de enclavamiento: Es un relé
accionado eléctricamente, con reposición manual ó eléctrica, que sirve para parar y mantener un equipo fuera de servicio cuando se dan condiciones anormales.
87. Relé de protección diferencial:
Funciona sobre un porcentaje, ángulo de fase u otra diferencia cuantitativa, de dos corrientes ó algunas otras magnitudes eléctricas.
88. Motor ó grupo motor generador
auxiliar: Se utiliza para accionar equipos auxiliares, como bombas, ventiladores ó excitatrices.
89. Seccionador o desconectador de
línea: Se utiliza como un separador en un circuito de potencia de corriente alterna ó corriente continua, cuando este dispositivo se acciona eléctricamente o bien tiene accesorios eléctricos, como los interruptores auxiliares y el enclavamiento electromagnético.
90. Dispositivo de regulación:
Funciona para regular una magnitud (como tensión, corriente, potencia, velocidad, frecuencia, temperatura, ó carga) a un valor dado ó bien para ajustar entre ciertos límites las
máquinas, líneas de unión u otros aparatos.
91. Relé direccional de tensión:
Funciona cuando la tensión de operación entre los extremos de un interruptor ó contactor abierto sobrepasa un valor dado en una dirección dada.
92. Relé direccional de tensión y
potencia: Permite ó provoca la conexión de dos circuitos cuando la diferencia de tensión entre ellos excede de un valor dado en una dirección predeterminada y da lugar a que estos dos circuitos se desconecten si la potencia que circula entre ellos excede un valor dado en la dirección opuesta.
93. Contactor de cambio de campo:
Funciona para cambiar el valor de la excitación de la máquina.
94. Relé de disparo o disparo libre:
Funciona para disparar ó permitir disparar in interruptor, contactor ó equipo ó para evitar el recierre inmediato de un interruptor en caso de que abra por sobrecarga, aunque se mantenga el circuito inicial de mando de cierre.
95. – 96. – 97. – 98. – 99. –
Usados para aplicaciones
especificas en instalaciones
individuales donde ninguna
de las funciones asignadas
del 1 al 94 es pertinente.
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Control de supervisión e indicación: Para el control de supervisión e indicación se utiliza una serie similar de números, que llevaran delante las letras RE (para remoto), para los relés de interposición que realizan funciones controladas directamente desde sistemas de supervisión. Son ejemplos RE1, RE5 y RE94. (El uso del prefijo RE, en lugar de las series de números permite obtener más flexibilidad en la numeración de las funciones de los dispositivos. Por ejemplo en estaciones de bombeo, los números 1 al 99 se aplican a dispositivos asociados a las operaciones de la estación. Una serie similar de números empezando por el 101 en vez del 1, se utilizan para funciones de dispositivos que están asociados con las unidades 1. Series similares, empiezan con el 201, para funciones de dispositivos que estén asociados con la unidad 2, y así sucesivamente para cada grupo de estas instalaciones.