COORDINACIÓN DE

PROTECCIÓN

Coordinación

Consiste en

seleccionar y ajustar

los dispositivos de

protección, para

lograr una adecuada

operación

(selectividad) para

distintas condiciones

de falla.

Datos Para el estudio de calibración se requiere los

siguientes datos:

– Diagrama unifilar del sistema con la ubicación de los esquemas de protección.

– Las impedancias de todos los elementos de la red.

– Las potencias de cortocircuito máxima y mínima en cada relé.

– Las corrientes y tiempos de arranque de los motores.

– El máximo pico de corriente de carga a través de los relés.

– Las curvas de los transformadores de medida.

Objetivo

• El objetivo de la calibración es,

conseguir los tiempos más cortos para

las corrientes de fallas más elevadas y

chequear si la operación es satisfactoria

a mínimas corrientes de falla.

Recomendación

Es aconsejable

dibujar las curvas de

los relés y otros

dispositivos de

protección, tal como

fusibles, en serie en

una red.

Reglas básicas

• Para una correcta coordinación pueden

ser:

• Usar en lo posible relés de las mismas

características.

• Asegurar que los relés lejanos a la

fuente tengan una calibración igual o

menor que los relés ubicados aguas

arriba.

Discriminación por tiempo

Método:

• Consiste en dar un adecuado intervalo de

coordinación, de manera que asegure que el

interruptor más cercano a la falla opere

antes.

Caraterística:

• Los tiempos de apertura son idependientes

de la corriente de falla (relés de tiempo

definido).

• Valores típicos 0.3, 0.4 y 0.5.

Discriminación por tiempo

Ventaja:

• Simple de aplicar.

Desventaja:

• Mayor tiempo de operación para niveles de

falla mayores.

• Difícil coordinación con fusibles.

Discriminación por tiempo

Discriminación por

corriente

Método:

• Se basa en el hecho de que las corrientes de

falla varían con la localización de la falla.

• Se debe calibrar la corriente de operación de

los relés de tal manera que se cumpla la

selectividad. Para ello el ajuste del relé aguas

arriba será 1,3 veces el ajuste del relé aguas

abajo.

• Se basa en empleo de relés instantáneos.

Discriminación por

corriente

Desventajas:

• Para fallas en los límites de las zonas de

protección, existe la dificultad en discriminar si la

falla ocurrió en zona de operación o no.

• El hecho que las potencias de cortocircuitos

varían con máxima y mínima demanda.

Aplicación: Donde hay una apreciable

impedancia entre dos interruptores involucrados.

Ventaja: Rapidez en la operación.

Discriminación por

corriente

Discriminación por tiempo

corriente

De las limitaciones de los métodos anteriores, es que se desarrollan los relés de sobrecorriente de tiempo inverso.

Ventajas:

• Tiempos de operación más cortos para las fallas más severas.

Desventaja:

•Puede ser más lenta para niveles de fallas mínimos.

Discriminación por tiempo

corriente

El intervalo de tiempo entre la

operación de los relés adyacentes

depende de los siguientes factores:

– El tiempo de operación del

interruptor(0.1s)

– Sobreimpulso del relé (oveshoot = 0.05s)

– Errores en el tiempo de operación de los

relés.

– Márgenes de seguridad (0.1s)

Intervalos de coordinación

Procedimiento

• Recopilar datos de la red (incluyendo la

protección existente) y los resultados de

los cálculos de falla.

• Seleccionar los ajuste de corriente,

considerando la relación de

transformación de los T.C.´s, la máxima

carga.

• Revisar los ajustes de corriente a fin de

verificar que se cumpla:

I ajuste respaldo > k I ajuste principal

Donde k equivale a :

– 1,3 si un relé respalda a otro relé.

– 3,0 si un relé respalda a un fusible.

– 2,0 si un fusible respalda a otro fusible.

Procedimiento

• Determinar el ajuste del TMS para el relé más alejado a la fuente (ajuste mínimo recomendado es de 0,05 ).

• Determinar el ajuste del TMS del relé que respalda al relé aguas abajo, considerando la falla más severa, de tal modo de obtener el intervalo de tiempo deseado.

• Repetir el paso anterior, para los siguientes relés .

• Verificar la coordinación con la protección existente. De ser necesario repetir los pasos anteriores con un nuevo intervalo de coordinación.

Procedimiento

Coordinación entre

aparatos

• Damos en este reporte un sumario, para fácil referencia, de algunas de las reglas básicas para coordinación que deben observarse en la utilización de varios tipos de equipos de distribución. Trataremos aquí sobre reconectadores y fusibles.

• La regla básica de coordinación, sean cuales fueren los aparatos que se empleen, es la siguiente:

• "El aparato protector debe interrumpir la falla antes de que el aparato de respaldo desconecte permanentemente un alimentador o una sección de éste".

•

Criterios generales

Criterios generales

A

Fusible de

respaldo

Fusible protector

Fusible protector

B

C

• En los sistemas de distribución actuales la coordinación de los dispositivos de protección debe hacerse en serie; también se le conoce como "cascada", debido a que la mayoría de éstas operan en forma radical.

• Cuando dos o más dispositivos de protección son aplicados en un sistema, el dispositivo más cercano a la falla del lado de alimentación es el dispositivo "protector", el siguiente más cercano a la falla del lado de alimentación es el dispositivo de "respaldo".

•

Criterios generales

• El requerimiento indispensable para una adecuada

coordinación consiste en que el dispositivo protector debe

operar y despejar la sobrecorriente antes que el

dispositivo de respaldo (fusible) u opere al bloqueo

(restaurador). Un ejemplo simple de coordinación se

muestra a continuación

Criterios generales

CARGA CARGA CARGA

GFE

6

D

5

2

TRANSFORMADOR

DE DISTRIBUCIÓN

3

B

C4A

RESTAURADOR

SUBESTACIÓN H

1

• Existen diferentes esquemas de protección que se aplican en función de la importancia del suministro de energía, siendo los más comunes los siguientes:

• * Interruptor-restaurador

• * Interruptor-fusible

• * Restaurador-restaurador

• * Restaurador-seccionalizador

• * Resutaurador-fusible

• * Fusible-fusible

• * Fusible de A.T.-interruptor termomagnéticos de B.T.

•

Esquemas de coordinación

• Se logra una adecuada coordinación entre estos

dos dispositivos cuando el restaurador opera por

una falla en el lado de la carga, impidiendo que

opere el Interruptor a través del relevador de

tiempo, es decir, que la curva característica del

restaurador no cruza con la del relevador,

dejando un tiempo mínimo de 0.35 segundos y

eliminado el último recierre del restaurador.

•

Interruptor restaurador

Interruptor restaurador

I R CARGA

COORDINACIÓN FALLA

RESTAURADOR

(DISPOSITIVO

PROTECTOR)

INTERRUPTOR

(DISPOSITIVO

PROTEGIDO

S.E

Interruptor restaurador

RELEVADOR

RESTAURADOR

0.35

AMPERES

SE

GU

ND

OS

I

t

• En este caso, el fusible tiene la función de operar con una

falla del lado de la carga, impidiendo que opere el

interruptor (relevador de tiempo), a menos que este último

cuente con un revelador instantáneo que operará de

inmediato, y en caso de persistir la falla operará el fusible

después de realizarse el recierre, quedando como

respaldo nuevamente el interruptor. Se recomienda un

tiempo mínimo de 0.35 segundos entre la curva I-l de

interrupción total de fusible y la curva I-l del revelador de

tiempo del interruptor.

Interruptor fusible

Interruptor fusible

I CARGA

FALLA

FUSIBLE

(DISPOSITIVO

PROTECTORINTERRUPTOR

(DISPOSITIVO

PROTEGIDO

F2

S.E

Interruptor fusible

AMPERIOS

SE

GU

ND

OS

I

t

RELEVADOR

I - 1 INTERRUPTOR

TOTAL DEL FUSIBLE

RELEVADOR

INSTANTANEO

0.3

5

• Dado que los restauradores están diseñados parra operar en una secuencia de hasta cuatro disparos y tres con el objeto de eliminar una falla, para una adecuada coordinación debe existir un retraso en la operación del restaurador. A de por lo menos 12 ciclos (para Frecuentemente de 60 Hz), ya que en un rango menor a éste (hasta 2 ciclos) pueden simultáneamente, y menor a 2 ciclos ambos operarán siempre.

•

Reconectador reconectador

• el seccionador es un dispositivo automático de seccionamiento que no cuenta con curvas de operación I-t, y que simplemente sensa una corriente mínima actuante de 160% de la capacidad nominal de su bobina registra las operaciones del dispositivo de respaldo (restaurador o interruptor) y efectúa a su vez un conteo en el caso de persistir la falla hasta llegar a una cantidad preseleccionada en que abre sus contactos. Para una adecuada coordinación se requerirá ajustarlo a un cierre menos que el dispositivo de respaldo .

•

Reconectador seccionador

Reconectador seccionador

I R R

COORDINACIÓN

FALLA

RESTAURADOR A

(DISPOSITIVO

PROTEGIDO)

S.E

RESTAURADOR B

(DISPOSITIVO

PROTECTOR)

• En esta coordinación se busca que las

operaciones rápidas del restaurador no

provoquen daño a los fusibles, incluyendo el

efecto acumulativo de las operaciones rápidas

considerando los intervalos de recierre.

Asimismo, las operaciones lentas del restaurador

se deben retardar lo suficiente para asegurar la

operación del fusible antes de la apertura

definitiva del restaurador.

Reconectador fusible

• La curva de interrupción total del fusible se utiliza para establecer el límite inferior de la coordinación con la curva de retraso de tiempo del restaurador (punto a).

• La curva mínima de fusión del fusible se utiliza para establecer el límite superior de la coordinación con la curva de disparo instantáneo del restaurador (punto b). Sin embargo, es necesario modificar las curvas del restaurador y fusible para considerar los efectos de los ciclos de calentamiento-enfriamiento por la secuencia de operación del restaurador

Reconectador fusible

• Por lo anterior, la curva A' es la suma de las dos aperturas instantáneas A y se compara con la curva de fusión del fusible, que previamente se ha desplazado el 75% en función del tiempo de fusión, encontrándose el nuevo límite superior de coordinación (punto b').

• La curva B' es la suma de las dos aperturas instantáneas y las dos de retraso de tiempo, que representan la cantidad total de calor aplicado al fusible, obteniéndose el límite inferior de coordinación (punto a') al comprarse con la curva de interruptor total del fusible

Reconectador fusible

Reconectador fusible

I R CARGA

COORDINACIÓN FALLA

RESTAURADOR

(DISPOSITIVO

PROTEGIDO)

FUSIBLE

(DISPOSITIVO

PROTECTOR

S.E

Reconectador fusible

CURVA DE FUSION MINIMA

DEL FUSIBLE

CORRIENTE

LIMITES75% DE LA CURVA DE FUSION

TIE

MP

O

B´ x (2A+2B) EN EL TIEMPO

B (CURVA DE RETRASO DE

TIEMPO DEL RESTAURADOR

CURVA DE INTERRUPCION

TOTAL DEL FUSIBLE

A´ x 2A (EN EL TIEMPO)

A (CURVA DE DISPAROINSTANTANEO

DEL RESTAURADOR

Con el autolink no se

tiene problemas de

traslape

• Para lograr una coordinación entre fusible se utilizan las curvas corriente tiempo mínimo de fusión y las corriente-tiempo de interrupción total de cada fusible empleado (F1 y F2), de tal forma que para una falla en el lado de la carga debe operar el fusible protector (F2) antes que se presente algún daño en el fusible protegido (F1), el cual operar únicamente como respaldo para la misma falla o para alguna otra que se presente entre los dos fusibles en serie.

Fusible- fusible

• Debido a que en los sistemas de distribución en general

se tienen dos tipos de fusibles en media tensión, se

pueden hacer las combinaciones de coordinación

siguientes.

•

• * Fusible de expulsión-fusible de expulsión

• * Fusible limitador de corriente-fusible limitador de

corriente

• * Fusible de expulsión-fusible limitador de corriente

• * fusible limitador de corriente-fusible de expulsión.

Fusible- fusible

• La coordinación de los fusibles de expulsión se logra comprando la curva I -t de interruptor total de fusible (F2) con la curva I-t mínima de fusión del fusible (F1), la cual previamente debe haberse reducido un 75% en valores de tiempo, para asegurar la no operación o daño por efectos de precalentamiento debido a la carga y alta temperatura ambiente.

• En el gráfico se observa que I1 es el valor de corriente con el cual el fusible F2, ya que ese punto se cruzan las curvas.

•

Fusible expulsión (F2)- que protege un

fusible de expulsión (F1)

Fusible expulsión (F2)- que protege un

fusible de expulsión (F1)

CARGA

COORDINACIÓN FALLA

FUSIBLE

(DISPOSITIVO

PROTECTOR

FUSIBLE

(DISPOSITIVO

PROTECTOR(DISPOSITIVO

DE RESPALDO)

F1 F2

S.E

Fusible expulsión (F2)- que protege un

fusible de expulsión (F1)

AMPERES

SE

GU

ND

OS

I

t

I - t MINIMO DE FUSION

I - t DE INTERRUPCION TOTAL

DESPLAZAMIENTO AL 75 %

EN VALORES DE TIEMPO

I t

Aplicación

Fig. No. 1 Curvas para coordinación Fusible - Fusible

tiem

po

Curva mínima de

fusión

del fusible de

respaldo

Curva máxima para

despejar la falla del

fusible protector

Punto máximo de

coordinación

Corrient

e

Tm

Tc

A

Fusible

de

respaldo

Fusible protector

Fusible protector

B

C

Curva máxima para

despejar

La falla multiplicada por

1.333

I

falla

Ifalla

Aplicación

Para un valor dado de corriente de falla: I falla

Tc = Tiempo máximo para despejar la falla del fusible protector

Tm = Tiempo mínimo de fusión del fusible de respaldo.

Expresándola en otra forma: Tm (0.75) = Tc, de donde:

Tm = Tc/0.75=1.333Tc

Aplicación

Fig. No. 2 Circuito típico para coordinación Fusible - Fusible

A

B

100kVA 1 2.47/7.20k V 4.63/8.02/A

Falla, 200A

Aplicación

Para la In del trafo y teniendo presente que If=3xIn se elige un fusible

15K.

Para una corriente de falla de 200A en el punto B y de las curvas

características de tiempo máximo para despejar una falla para fusibles

tipo K EEI-NEMA tendremos:

Tc será igual a 0.20s (para un fusible 15K). Por lo tanto:

Tm = 1.333Tc

Tm = 1.333 x 0.20s

Tm = 0.266s

Aplicación

De las curvas características de tiempo mínimo de fusión para fusibles

tipo T EEI-NEMA y partiendo del valor de 200A hacia arriba hasta

intersectar el valor de tiempo (Tm) de 0.266s, encontraremos que

cualquier curva arriba y a la derecha de ese punto coordinará con el

fusible 15T. El primer fusible que satisface estas condiciones es el 20T

y por tanto escogemos éste para el punto A. Para escoger el fusible en

el punto A debe conocerse además el valor de la corriente continua en

ese punto. La corriente de carga en un punto de coordinación no debe

exceder la capacidad de la corriente continua del fusible.

Aplicación

Fig. No. 1 Curvas para coordinación Fusible - Fusible

tiem

po

Curva mínima de

fusión

del fusible de

respaldo

Curva máxima para despejar la falla del

fusible protector

Punto máximo de

coordinación

Corrient

e

Tm

Tc

A

Fusible

de

respaldo

Fusible protector

Fusible protector

B

C

Curva máxima para

despejar

La falla multiplicada por

1.333

I

falla

200A

0.2s

0.266s

15K

20K

• Un fusible de expulsión no puede interrumpir antes de 0.8

ciclos, por lo que su coordinación sólo es posible para

tiempos mayores de 0.0133 segundos, estando limitada

como consecuencia a bajas corrientes de falla hasta el

punto I1.

• En este caso se compara la curva de interrupción del

fusible de expulsión (F2) con la curva mínima de fusión

del fusible limitador de corriente (F1) previamente

desplazada un 75% en valores de tiempo, para determinar

el punto de coordinación.

•

Fusible de expulsión(f2) que protege

un fusible limitador de corriente

Fusible de MT -ITM

Este esquema se utiliza para la protección integral

de transformadores, instalando en el primario

fusibles tipo expulsión, limitadores de corriente o una

combinación de estos, y en el secundario un

interruptor termomagnetico de baja tensión (o

función renovable como sustituto).

Con dicho esquema, aunque representa una mayor

inversión, se obtiene mejores condiciones de

protección en la red de baja tensión, ya que

fácilmente se pueden detectar fallas secundarias (3f,

2f, 1f) y sobrecargas reales.

Fusible de MT -ITM

AMPERIOS

SE

GU

ND

OS

I

t 1. CORRIENTE NOMINAL DEL

TRANSFORMADOR

2. CURVA DE DAÑO DEL

TRANSFORMADOR

3. CURVA DE ENERGIZACION

4. CURVA DE DAÑO DEL

CONDUCTOR DE B.T

5. FUSIBLE DE EXPULSIÓN EN

EL PRIMARIO

6. INTERRUPTOR

TERMOMAGNETIO DE B.T

4

5

3

62

Fin del curso

• En los primeros 100 ms., aparece adicionalmente

una corriente de inserción asimétrica (inrush) que

rápidamente decae.

• Con los relés convencionales era práctica ajustar la

corriente de la unidad de sobrecorriente instantáneo

para la protección contra cortocircuitos arriba del

20 al 30 % de la corriente de rotor bloqueado con un

retardo corto de 50 a 100 ms. para sobrellevar el

período asimétrico de la corriente INRUSH.

Alimentadores con motor

ms 100 - 50

I 1,3 1,2

50

LR50

t

I