protecciones capitulo 1

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_______________________________________________________________________________________________________ 1 Universidad Tecnolgica de Pereira

Protecciones Elctricas Carlos J. Zapata Captulo 1 Conceptos Generales

CAPITULO 1 CONCEPTOS GENERALESCAPITULO 1 CONCEPTOS GENERALESCAPITULO 1 CONCEPTOS GENERALESCAPITULO 1 CONCEPTOS GENERALES 1.11.11.11.1 NECESIDAD DE LOS SISTEMAS DE PROTECCINECESIDAD DE LOS SISTEMAS DE PROTECCINECESIDAD DE LOS SISTEMAS DE PROTECCINECESIDAD DE LOS SISTEMAS DE PROTECCINNNN

Figura 1.1 Esquema Unifilar de un Sistema Elctrico de PotenciaFigura 1.1 Esquema Unifilar de un Sistema Elctrico de PotenciaFigura 1.1 Esquema Unifilar de un Sistema Elctrico de PotenciaFigura 1.1 Esquema Unifilar de un Sistema Elctrico de Potencia

El sistema elctrico de potencia est conformado por muchos componentes interconectados entre s, los cuales estn dispersos en grandes zonas geogrficas. Cada componente puede tener un gran nmero de subcomponentes. Este sistema es continuamente operado pues los usuarios desean contar con el servicio en todo instante del tiempo. Todos los componentes de un sistema elctrico estn sometidos a fallas que son de naturaleza aleatoria. Es decir, no se conoce de antemano:

EventoEventoEventoEvento Variable aleatoriaVariable aleatoriaVariable aleatoriaVariable aleatoria 1 Cundo ocurrirn las fallas? Tiempo de ocurrencia de las fallas 2 Cuntas fallas ocurrirn en un periodo de tiempo

dado? Nmero de fallas en un periodo de tiempo

3 En cules elementos ocurrirn las fallas? Ubicacin de las fallas La duracin de las fallas tambin es una variable aleatoria puesto que depende del tipo de falla, la ubicacin del componente que fall, la cantidad de personal y equipo para las actividades de mantenimiento, el entrenamiento del personal de mantenimiento, etc.

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Por lo tanto, no es posible ofrecer una confiabilidadconfiabilidadconfiabilidadconfiabilidad o continuidad en el servicio del 100%. Se toleran las fallas, siempre y cuando stas no sean muy frecuentes o muy prolongadas. Tampoco es econmicamente posible disear, fabricar y operar un sistema que tenga una confiabilidad del 100% (Cero fallas). De otra parte, por razones de seguridadseguridadseguridadseguridad, se deben detectar y eliminar las fallas lo ms pronto posible para minimizar los daos potenciales que debido a stas puedan sufrir el componente bajo falla, otros componentes del sistema, los seres humanos y el medio ambiente. Para esto, se utilizan los sistemas de proteccin. 1.21.21.21.2 OBJETIVO DEL SISTEMOBJETIVO DEL SISTEMOBJETIVO DEL SISTEMOBJETIVO DEL SISTEMA DE PROTECCIA DE PROTECCIA DE PROTECCIA DE PROTECCINNNN

El objetivo de un sistema de proteccin es detectar las fallas o condiciones anormales de operacin del sistema elctrico y aislar lo ms rpidamente posible la falla conservando en servicio la mayor parte posible del sistema

Se desea minimizar el tiempo para eliminar la falla y maximizar el rea en servicio luego de aislar la falla. El sistema de proteccin NO previene las fallas pues es necesario que primero se detecten condiciones anormales de operacin o condiciones de falla para que acte. La rpida desconexin del componente o zona del sistema en falla puede evitar que se produzca dao en otros componentes del sistema o que la falla tenga un efecto mayor, lo cual contribuye a la seguridad del sistema. El tiempo para restaurar el servicio a la parte del sistema elctrico afectada no depende de los sistemas de proteccin sino de la funciones de operacin y mantenimiento. Sin embargo, los sistemas de proteccin contribuyen en la identificacin y localizacin de la falla. La duracin de la falla vista por el sistema de proteccin y la vista por los usuarios puede ser diferente, dependiendo del tipo de falla y de su ubicacin. El tiempo de duracin de la una falla se define como: ComponenteComponenteComponenteComponente Tiempo de duracin de la fallaTiempo de duracin de la fallaTiempo de duracin de la fallaTiempo de duracin de la falla

1 Sistema de proteccin Periodo de tiempo desde que se detecta la falla o condiciones anormales hasta que se produce la desconexin del elemento o zona del sistema en falla

2 Usuarios La falla afecta inmediatamente la continuidad del servicio: Periodo de tiempo desde que se produce la falla hasta que el sistema es restaurado.

La falla no afecta la continuidad del servicio: Periodo de tiempo desde que se produce la falla hasta que el sistema de proteccin opera.

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Ejemplo 1Ejemplo 1Ejemplo 1Ejemplo 1....1111

Figura 1.2 Ejemplo de falla en un sFigura 1.2 Ejemplo de falla en un sFigura 1.2 Ejemplo de falla en un sFigura 1.2 Ejemplo de falla en un sistema de distribucinistema de distribucinistema de distribucinistema de distribucin

Para el sistema mostrado en la Figura 1.2 se presentan las grficas con la secuencia de falla para el sistema de proteccin y los usuarios de las zonas 1 y 2. Es de aclarar, que para los usuarios de la zona 1, la calidad del servicio durante la falla puede ser inaceptable, pues, mientras la falla es desconectada por el sistema de proteccin pueden presentarse voltajes por fuera de los lmites admisibles.

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1.31.31.31.3 COMPONENTES DEL SISTEMA DE PROTECCIN COMPONENTES DEL SISTEMA DE PROTECCIN COMPONENTES DEL SISTEMA DE PROTECCIN COMPONENTES DEL SISTEMA DE PROTECCIN

Figura 1.3 Componentes de un sisFigura 1.3 Componentes de un sisFigura 1.3 Componentes de un sisFigura 1.3 Componentes de un sistema de proteccintema de proteccintema de proteccintema de proteccin

Los componentes de un sistema de proteccin son:

ComponenteComponenteComponenteComponente DescripcinDescripcinDescripcinDescripcin EjemploEjemploEjemploEjemplo Sensores o captadores

Transforman las variables de inters (elctricas o mecnicas) a los valores adecuados para alimentar los rels de proteccin (Bajo voltaje y corrientes de 1 o 5 Amperios).

Transformadores de instrumentacin

Termocuplas, Sensores de velocidad,

presin Rels (Relays) Determinan la existencia de condiciones anormales o de

falla del sistema elctrico. Realizan acciones como: orden de disparo (apertura, desconexin), orden de cierre (conexin), alarma (anuncio).

Rel trmico Rel de sobrecorriente

Equipo de corte y maniobra (switchgear)

Realizan las maniobras de conexin y desconexin de los equipos las cuales implican condiciones de sobrevoltajes, sobrecorrientes y el fenmeno del arco (en la interrupcin de corrientes) que no pueden ser manejados directamente por los rels.

Interruptores Seccionadores Reconectadores

Sistema de comunicaciones (opcional)

Permite intercambiar informacin con otros rels y con un sistema de control local o remoto.

Fibra ptica Power Line Carrier (PLC) Microondas

Comparado al organismo humano, los captadores se asimilan a los sentidos, los rels de proteccin al cerebro y los equipos de corte y maniobra a los msculos. La aplicacin de los equipos de corte y maniobra se puede resumir en:

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Nivel de TensinNivel de TensinNivel de TensinNivel de Tensin Equipos de maniobra utilizadosEquipos de maniobra utilizadosEquipos de maniobra utilizadosEquipos de maniobra utilizados Baja tensin, Vnom 1 kV Interruptores trmicos y termo-magnticos fijos y ajustables

Fusibles Interruptores de estado slido Interruptores en vaco y SF6 en aplicaciones importantes

Media tensin, 1 kV < Vnom < 115 kV Fusibles Interruptores de potencia en vaco y SF6 Reconectadores (Reclosers) Seccionadores Seccionalizadores

Alta tensin, Vnom 115 kV Interruptores de potencia en SF6 Dependiendo del nivel de tensin y la importancia de una instalacin, el sistema de proteccin tendr o no todos los componentes mencionados. En algunos casos un mismo elemento puede realizar varias funciones. A continuacin se presentan algunos ejemplos que ilustran esto. Ejemplo 1.Ejemplo 1.Ejemplo 1.Ejemplo 1.2222 Instalacin de baja tensin para iluminacin controlada por un interruptor trmico

Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.4444 Esque Esque Esque Esquema de proteccin de un circuito de iluminacin en baja tensinma de proteccin de un circuito de iluminacin en baja tensinma de proteccin de un circuito de iluminacin en baja tensinma de proteccin de un circuito de iluminacin en baja tensin En este caso el sistema de proteccin est conformado nicamente por el interruptor trmico el cual es en si mismo un rel trmico bimetlico en el cual al pasar una corriente mayor al valor nominal del interruptor produce deflexin del elemento y la desconexin del circuito. El interruptor tiene una cmara donde se extingue el arco. Este esquema de proteccin es fijo. El interruptor disparar cada vez que la corriente supere el valor nominal. No existe ajuste para la corriente nominal. La operacin se dar en un tiempo que depende de la magnitud de la corriente.

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Ejemplo 1.3Ejemplo 1.3Ejemplo 1.3Ejemplo 1.3 Instalacin en baja tensin para proteccin de un motor.

Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.5555 Esquema de proteccin de un motor en baja tensi Esquema de proteccin de un motor en baja tensi Esquema de proteccin de un motor en baja tensi Esquema de proteccin de un motor en baja tensinnnn

En este caso se tiene un interruptor termo-magntico para manejar la maniobra del motor y transformadores de corriente (TC) que se conectan a una proteccin multifuncional de sobrecorriente para fallas entre fases (I>), sobrecorriente para fallas a tierra (IN>) y proteccin diferencial (I) de corriente para fallas internas en el motor. El interruptor y el rel pueden venir en fabricados en una sola unidad. Ejemplo 1.Ejemplo 1.Ejemplo 1.Ejemplo 1.4444 Instalacin en media tensin para un transformador

Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.6666 Esquema de proteccin de un transformador en media ten Esquema de proteccin de un transformador en media ten Esquema de proteccin de un transformador en media ten Esquema de proteccin de un transformador en media tensinsinsinsin

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Este tipo de instalacin se puede encontrar en distribucin domiciliara o como entrada a un edificio o instalacin industrial pequea. El sistema de proteccin en media tensin lo constituye el fusible el cual se instala en un cortacircuito o seccionador. Se espera que a nivel de baja tensin existan protecciones las cuales si no operan correctamente, producen la fusin del fusible y la consiguiente apertura del circuito. La operacin del fusible se da segn la curva mostrada en la figura 1.6 (b). El eje horizontal muestra la corriente en mltiplos de la corriente nominal del fusible (XIn), el eje vertical presenta el tiempo de operacin del fusible. A mayor corriente circulando por el fusible, el tiempo de operacin ser menor. Para la corriente nominal (1.0) no se produce operacin (Tiempo infinito). Ejemplo 1.Ejemplo 1.Ejemplo 1.Ejemplo 1.5555 Lnea de alta tensin (Voperacin > 100 kV)

Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.7 7 7 7 Esquema de proteccin de una lnea de transmisin de alto voltajeEsquema de proteccin de una lnea de transmisin de alto voltajeEsquema de proteccin de una lnea de transmisin de alto voltajeEsquema de proteccin de una lnea de transmisin de alto voltaje

En este esquema se utilizan rels de impedancia (distancia, identificados con el nmero 21 en la figura) en ambos extremos de la lnea los cuales miden la impedancia de los conductores, la cual no depende de las corrientes circulantes por la lnea. Cuando se produce un cortocircuito cambia la impedancia de la(s) fase(s) involucrada(s) y el rel determina segn su ajuste si hay falla. Los rels de distancia se alimentan con seales de corriente, tomadas de los transformadores de corriente (TC,) y voltaje tomadas de los transformadores de potencial (TP).

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En el esquema mostrado la seal de los rels se pasa a un equipo de teleproteccin conocido como Power Line Carrier (PLC, no confundir con Programable Logic Controler) el cual enva la seal de cada no de los rels hasta el rel del otro extremo. Si ambos rels estan detectando una falla, entonces el equipo de teleproteccin permite el disparo en ambos extremos. El PLC es un equipo transmisor y receptor de seales de alta frecuencia (Comunicaciones) las cuales se inyectan a las fases de la lnea de potencia por medio de los transformadores de potencial capacitivos o condensadores de acople (C). Es decir, se utilizan las fases de la lnea de potencia como medio de propagacin de las seales del equipo de teleproteccin. 1.41.41.41.4 RELRELRELRELS DE PROTECCIN S DE PROTECCIN S DE PROTECCIN S DE PROTECCIN 1.4.11.4.11.4.11.4.1 DEFINICIDEFINICIDEFINICIDEFINICINNNN

FigFigFigFigura 1.ura 1.ura 1.ura 1.8888 Esquema lgico de un rel de proteccin. Esquema lgico de un rel de proteccin. Esquema lgico de un rel de proteccin. Esquema lgico de un rel de proteccin.

Un rel de proteccin es un dispositivo lgico cuya principal funcin es la comparacin de una(s) seal(es) con respecto a una referencia

La Figura 1.8 muestra el esquema lgico de un rel de proteccin. El propsito de un rel de proteccin es reconocer una condicin de operacin anormal en el sistema elctrico mediante la observacin de las seales de entrada y realizar una accin especifica. Si los valores observados de la(s) seal(es) de entrada, o de una funcin de ella(s), se desva(n) de la referencia por encima de un valor denominado ajuste (Setting), entonces se realiza una accin lgica que puede ser una orden de disparo, orden de cierre, alarma, por ejemplo:

RelRelRelRel Seales de entradaSeales de entradaSeales de entradaSeales de entrada Funcin LFuncin LFuncin LFuncin Lgicagicagicagica Accin lgicaAccin lgicaAccin lgicaAccin lgica Sobrecorriente instantneo I Si I > 1000 A Disparo Sobrecorriente temporizado I Si I > 1000 A Disparo en 0.1 s

Diferencial I1, I2 Si (I1-I2) > 1 A Disparo Sobrecorriente direccional I, V Si Iab > 1000 A Disparo

Impedancia I, V Si V/I < 1.2 Ohm Disparo Mnima tensin V Si V < 0.9 p.u Alarma Temperatura T Si T > 76C Alarma

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La accin de disparo o cierre de un rel consiste, generalmente, en el cierre de un contacto el cual se lleva al circuito que energiza la bobina de disparo o cierre del interruptor, respectivamente, tal como se muestra en la Figura 1.9.

Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.9999 Esquema de conexiones para disparo de interruptor de potencia Esquema de conexiones para disparo de interruptor de potencia Esquema de conexiones para disparo de interruptor de potencia Esquema de conexiones para disparo de interruptor de potencia En algunas aplicaciones, las ordenes de disparo y cierre se dan en forma de seal lgica (0, 1). 1.4.21.4.21.4.21.4.2 CLASIFICACICLASIFICACICLASIFICACICLASIFICACIN DE LOS RELN DE LOS RELN DE LOS RELN DE LOS RELS DE PROTECCIS DE PROTECCIS DE PROTECCIS DE PROTECCINNNN Clasificacin por funcinClasificacin por funcinClasificacin por funcinClasificacin por funcin

FuncinFuncinFuncinFuncin DescripcinDescripcinDescripcinDescripcin EjemploEjemploEjemploEjemplo Rels de proteccin Su accin es disparo y alarma Sobrecorriente, sobrecarga, mnima

tensin, sobretensin Rels de monitoreo Verifican un proceso Verificacin de sincronismo

Rels de recierre Dan orden de cierre monofsico o trifsico despus de que se ha aclarado

una falla

Rels de regulacin Actan para mantener una variable dentro de unos valores determinados

Control de cambio de taps en un transformador

Rels auxiliares Rels de bloqueo, temporizadores, repetidores de contactos

Clasificacin por seal de entrada Clasificacin por seal de entrada Clasificacin por seal de entrada Clasificacin por seal de entrada

Corriente Presin Temperatura Voltaje Velocidad

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Clasificacin por tecnologa de construccin Clasificacin por tecnologa de construccin Clasificacin por tecnologa de construccin Clasificacin por tecnologa de construccin

Electromagnticos Mecnicos Estado slido (Electrnica analgica, numrica,

digital) Trmicos

Computarizados (Microprocesador) Clasificacin por tipo de funcionamientoClasificacin por tipo de funcionamientoClasificacin por tipo de funcionamientoClasificacin por tipo de funcionamiento

Sobrecorriente Sobrecorriente de fase, sobrecorriente de neutro (tierra o residual) Direccional Sobrecorriente direccional de fase, sobrecorriente direccional de neutro, potencia

inversa activa o reactiva Distancia Impedancia, reactancia, resistencia, poligonal (R, X), localizador de fallas Diferencial Rel de diferencial de sobrecorriente. Pueden utilizar como entrada seales de

corriente o de voltaje (Rel diferencial de sobrecorriente de alta impedancia) Sobrecarga Rels de sobrecarga, rels trmicos, imagen trmica

La clasificacin presentada puede diferir de las de otras referencias pues en la literatura no existe un consenso nico al respecto. Es de aclarar que las categoras y ejemplos que se presentan en cada clasificacin no son listas exhaustivas. 1.4.31.4.31.4.31.4.3 FORMAS CONSTRUCTIVAS DE LOS RELFORMAS CONSTRUCTIVAS DE LOS RELFORMAS CONSTRUCTIVAS DE LOS RELFORMAS CONSTRUCTIVAS DE LOS RELSSSS Los rels se consiguen comercialmente en las siguientes formas constructivas: Unidad de una sola funcin Generalmente est constituido por un equipo individual (hardware) con una

sola funcin de proteccin. La funcin de proteccin puede tener parmetros ajustables o fijos.

Unidad multifuncin Esta constituido por un hardware que es la combinacin de varios equipos (varias funciones de proteccin y en algunos casos funciones de medida). Las funciones de proteccin pueden tener parmetros ajustables o fijos.

Unidad integrada para proteccin, medida y control

Est constituido por una unidad electrnica que integra funciones de proteccin, medida y control. Cuando se utiliza microprocesador, las funciones de proteccin pueden ser programas de software.

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1.4.41.4.41.4.41.4.4 CONEXIONES DE LOS RELCONEXIONES DE LOS RELCONEXIONES DE LOS RELCONEXIONES DE LOS RELS AL SISTEMA DE CONTROL COORDINADOS AL SISTEMA DE CONTROL COORDINADOS AL SISTEMA DE CONTROL COORDINADOS AL SISTEMA DE CONTROL COORDINADO

Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.10101010 Arquitectura tpica de un sistema de control coordinado Arquitectura tpica de un sistema de control coordinado Arquitectura tpica de un sistema de control coordinado Arquitectura tpica de un sistema de control coordinado

En subestaciones o plantas con sistema de control coordinado los rels de proteccin se ubican en el llamado nivel 1 de control, tal como se muestra en la Figura 1.10. La Tabla 1.1 presenta la definicin de los niveles de control. En este caso, los rels tienen un puerto de comunicaciones que los conecta a la red local.

Tabla 1.1 Niveles de control de un sistema de control coordinadoTabla 1.1 Niveles de control de un sistema de control coordinadoTabla 1.1 Niveles de control de un sistema de control coordinadoTabla 1.1 Niveles de control de un sistema de control coordinado Nivel de controlNivel de controlNivel de controlNivel de control EquiposEquiposEquiposEquipos UbicacinUbicacinUbicacinUbicacin

3 Computador sistema de control remoto Centro de control remoto 2 Computador central de sistema de

control local Casa de control

1 Rels de proteccin y equipo de control Tablero de control y proteccin ubicado en caseta de rels o casa de control

0 Equipo de corte y maniobra y controles locales de equipo asociado al proceso.

Patio de subestacin, tablero de control local de equipo, zona de proceso

Cuando solo se tienen los equipos de los niveles 0 y 1 el sistema se denomina control convencional. Cada salida (Baha para el caso de subestaciones) representa un grupo de equipos que cumplen una funcin en el proceso. Por ejemplo, salida para lnea de transmisin, salida para generador, salida para servicios auxiliares etc. Los equipos del nivel 1 de una salida pueden integrarse en una sola unidad, pero en alta tensin y procesos importantes se siguen utilizando unidades independientes por razones de confiabilidad.

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1.51.51.51.5 IDENTIFICACION IDENTIFICACION IDENTIFICACION IDENTIFICACION INTERNACIONALINTERNACIONALINTERNACIONALINTERNACIONAL PARA REL PARA REL PARA REL PARA RELS Y EQUIPO DE PROTECCINS Y EQUIPO DE PROTECCINS Y EQUIPO DE PROTECCINS Y EQUIPO DE PROTECCIN

FUNCIFUNCIFUNCIFUNCIN O ELEMENTON O ELEMENTON O ELEMENTON O ELEMENTO NORMA AMERICANANORMA AMERICANANORMA AMERICANANORMA AMERICANA (ANSI) (ANSI) (ANSI) (ANSI) NORMAS EUROPEAS (IEC)NORMAS EUROPEAS (IEC)NORMAS EUROPEAS (IEC)NORMAS EUROPEAS (IEC) Distancia o impedancia de fases 21 Z< Distancia o impedancia de tierra 21N ZN< Sobrecorriente de fases 50: Rel instantneo

51: Rel temporizado I>

Sobrecorriente de tierra 50N: Rel instantneo 51N: Rel temporizado

IN>

Sobrecorriente direccional 67 I Sobrecorriente direccional de tierra

67N IN

Mnima tensin 27 U< Sobretensin 59 U> Diferencial 87 y sufijo T, G, M para trafo,

generador, motor I

Potencia inversa 32 y sufijo P, Q para activa, reactiva

P Q

Voltaje residual 64 UN> Elemento trmico 49, 26

Frecuencia 81 > f > Buchholz 63

Interruptor de potencia 52

Contacto normalmente abierto

Contacto normalmente cerrado

Transformador de corriente

Transformador de potencial

Fallo

Tabla 1.2 Simbologa para rels y elementos en las normas ANSI e IECTabla 1.2 Simbologa para rels y elementos en las normas ANSI e IECTabla 1.2 Simbologa para rels y elementos en las normas ANSI e IECTabla 1.2 Simbologa para rels y elementos en las normas ANSI e IEC La simbologa para representar las funciones de proteccin de los rels y de equipos asociados difiere en las normas americanas (ANSI: American National Standards Institute) y las europeas (IEC: International Electrotechnical Comisin).

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1.61.61.61.6 REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA DE PROTECCIN REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA DE PROTECCIN REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA DE PROTECCIN REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA DE PROTECCIN La aplicacin de protecciones elctricas involucra aspectos de: Confiabilidad (Reliability)

Se define como la habilidad de las protecciones para operar correctamente. Se puede cuantificar como la probabilidad de no tener un operacin incorrecta

Selectividad (Selectivity)

Mxima continuidad del servicio con el mnimo de desconexin del sistema. Tambin es llamada discriminacin. Es la cualidad de un sistema de proteccin que le permite distinguir entre aquellas condiciones para las cuales est pensado para operar y aquellas para las cuales no debe operar. El proceso de ajustar la selectividad se denomina coordinacin de protecciones.

Velocidad Mnima duracin de las fallas para evitar mayores daos en los componentes en falla, falla en otros componentes, prdida de estabilidad del sistema y propagacin de las fallas a otras zonas del sistema. La velocidad est determinada por la tecnologa de los equipos de proteccin y de corte y maniobra.

Costo Mxima proteccin al mnimo costo No se puede optimizar (maximizar o minimizar) estos aspectos simultneamente. En las aplicaciones prcticas se busca un balance razonable entre ellos. 1.71.71.71.7 ASPECTOS DE CONFIABILIDAD DE UN SISTEMA DE PROTECCIN ASPECTOS DE CONFIABILIDAD DE UN SISTEMA DE PROTECCIN ASPECTOS DE CONFIABILIDAD DE UN SISTEMA DE PROTECCIN ASPECTOS DE CONFIABILIDAD DE UN SISTEMA DE PROTECCIN En sistemas de proteccin la confiabilidad tiene dos aspectos: Dependencia (Dependency)

Es la certeza de operacin correcta de la proteccin ante la ocurrencia de fallas. La proteccin debe operar correctamente cuando se requiera. Se refiere al equipo de proteccin en si mismo y se puede verificar mediante pruebas en fbrica o en sitio. Algunos autores la denominan fiabilidad. Se puede cuantificar como la probabilidad de no tener una omisin del disparo.

Seguridad (Security)

Es la habilidad para evitar malas operaciones. La proteccin no debe operar durante condiciones normales de operacin (Incluyendo los transitorios de maniobra) ni para fallas fuera de su zona de proteccin. Se verifica mediante estudios que analizan todas las situaciones operativas a las cuales estarn sometidos los rels. Por lo tanto se refiere al entorno de aplicacin del equipo y sus ajustes. Se puede cuantificar como la probabilidad de no tener una operacin indeseada.

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La dependencia y la seguridad suelen ser contradictorias pues mejora de una de ellas implica la desmejora de la otra. La mejora en el balance entre dependencia y seguridad se ha tratado de lograr utilizando esquemas de proteccin redundantes: Esquemas de dos protecciones principales o esquemas de una proteccin principal y una proteccin de respaldo local. Dependiendo de la conexin de los contactos de disparo de las protecciones redundantes se tendrn caractersticas de dependencia y seguridad diferentes: Contactos de las protecciones redundantes en paralelo

Ambos rels pueden realizar la accin de disparo independientemente. En este caso la dependencia es alta dado que se reduce la probabilidad de omitir el disparo pues ambas protecciones operan independiente (Si un equipo se daa el otro continua operando). Por el contrario, la seguridad es baja pues se tiene una mayor probabilidad de que se tenga una operacin indeseada (Cualquiera de los dos equipos puede producir un disparo indeseado).

Contactos de las protecciones redundantes en serie

Ambos rels deben realizar la operacin de disparo conjuntamente. En este caso la seguridad es alta dado que se reduce la probabilidad de tener una operacin incorrecta (Pues la operacin simultnea de dos rels sirve para confirmar si en verdad existe una falla). Por el contrario, la dependencia es baja pues se requiere que ambos rels no omitan el disparo para que la orden de disparo se efecte (Si alguno de los equipos falla entonces no se produce el disparo)

La mayora de los esquemas de proteccin redundantes en lneas de transmisin favorecen la dependencia (Contactos en paralelo). Los esquemas de proteccin de barras y equipos muy importantes favorecen la seguridad (Contactos en serie). De otra parte, independientemente de la conexin de los contactos de disparo, tambin influye:

El principio de funcionamiento, igual o diferente, de las dos protecciones (Distancia-distancia, sobrecorriente-sobrecorriente) o no.

El hecho de que las dos protecciones provengan del mismo fabricante y si son del mismo

modelo o referencia.

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1.81.81.81.8 ZONAS DE CUBRIMIENTO DE LAS PROTECCIONESZONAS DE CUBRIMIENTO DE LAS PROTECCIONESZONAS DE CUBRIMIENTO DE LAS PROTECCIONESZONAS DE CUBRIMIENTO DE LAS PROTECCIONES

Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.11111111 Esquema de zonas de proteccin para un sistema elctrico Esquema de zonas de proteccin para un sistema elctrico Esquema de zonas de proteccin para un sistema elctrico Esquema de zonas de proteccin para un sistema elctrico La filosofa general de un sistema de proteccin es dividir el sistema elctrico en zonas definidas que sean protegidas adecuadamente y que se pueden desconectar al presentarse una falla dentro de alguna de ellas lo que permite que el sistema contine en servicio hasta donde sea posible. En algunos puntos del sistema se traslapan zonas. Si esto ocurre una falla en estos puntos debe operar la proteccin correspondiente. Una zona de proteccin puede incluir varios componentes del sistema elctrico. Las zonas de proteccin se fijan mediante la ubicacin de los sensores, especialmente, los transformadores de corriente.

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1111.9.9.9.9 PROTECCIPROTECCIPROTECCIPROTECCIN PRINCIPAL Y DE RESPALDON PRINCIPAL Y DE RESPALDON PRINCIPAL Y DE RESPALDON PRINCIPAL Y DE RESPALDO Proteccin principal

Es aquella que debe actuar siempre que en el elemento o elementos de su zona de proteccin sea detectada una falla. Para aumentar la confiabilidad, una zona de proteccin puede disponer de varias protecciones primarias independientes las cuales pueden operar simultneamente En las lneas de transmisin de alto voltaje es comn tener esquemas con dos protecciones principales totalmente independientes.

Proteccin de respaldo

Es aquella que debe actuar cuando una proteccin primaria por cualquier razn falla para actuar. Es temporizada, pues debe existir un margen con la proteccin principal. El respaldo puede ser local o remoto. El respaldo remoto fue el primer tipo de respaldo utilizado pero tiene como problema que lleva a tiempos totales para aclaramiento de las fallas muy grandes. Sin embargo, todava es utilizado en sistemas elctricos de media y baja tensin.

La seleccin de los esquemas de proteccin principal y de respaldo, y del principio de funcionamiento de estas protecciones depende del anlisis de los requisitos de confiabilidad, selectividad, rapidez y costo del sistema de proteccin. 1.101.101.101.10 PROTECCIPROTECCIPROTECCIPROTECCIN UNITARIA Y PROTECN UNITARIA Y PROTECN UNITARIA Y PROTECN UNITARIA Y PROTECCIN ESCALONADACIN ESCALONADACIN ESCALONADACIN ESCALONADA Proteccin unitaria

Es aquella que opera solamente para falla dentro de su zona de proteccin. Es una proteccin absolutamente selectiva. Ejemplo: Proteccin diferencial.

Proteccin escalonada

Es aquella que opera para fallas dentro de su zona de proteccin y da respaldo a las fallas en otras zonas de proteccin. Es una proteccin relativamente selectiva. Ejemplo: Proteccin de sobrecorriente temporizada, proteccin de distancia.

1.111.111.111.11 PROTECCIPROTECCIPROTECCIPROTECCIN ADAPTIVA Y NO AN ADAPTIVA Y NO AN ADAPTIVA Y NO AN ADAPTIVA Y NO ADAPTIVADAPTIVADAPTIVADAPTIVA Proteccin adaptiva

Es aquella que modifica sus parmetros de ajuste automticamente con base en las condiciones operativas.

Proteccin no adaptiva

Es aquella que tiene parmetros de ajuste que se colocan en forma manual y quedan fijos hasta que se haga un nuevo ajuste.

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1.11.11.11.12222 PROTECCCIONES PROTECCCIONES PROTECCCIONES PROTECCCIONES PARA FALLOS ENTRE FASES Y FALLAS A PARA FALLOS ENTRE FASES Y FALLAS A PARA FALLOS ENTRE FASES Y FALLAS A PARA FALLOS ENTRE FASES Y FALLAS A TIERRATIERRATIERRATIERRA

Figura 1.13 Ejemplos de aplicacin de rels de fases y de tierraFigura 1.13 Ejemplos de aplicacin de rels de fases y de tierraFigura 1.13 Ejemplos de aplicacin de rels de fases y de tierraFigura 1.13 Ejemplos de aplicacin de rels de fases y de tierra

En un sistema elctrico, las fallas tipo paralelo se pueden clasificar en dos grandes grupos:

1 Fallas entre fases Involucran nicamente las impedancias de secuencia positiva y negativa

Ifalla = f( E/(z1+z2) )

2 Fallas a tierra Involucran las impedancias de secuencia positiva, negativa, cero y de falla a tierra

Ifalla = f ( E/(z0+z1+z2+3zfalla) )

Dado que la impedancia de secuencia cero es generalmente mayor que las impedancias de secuencia positiva y negativa y de que la impedancia de falla a tierra aparece multiplicada por tres en el denominador de la ecuacin de corriente de falla a tierra, la magnitud de corriente y por lo tanto la impedancia de este tipo de falla ser menor a la de las otras fallas y se requiere de protecciones ms sensibles para detectarla. Por lo anterior, es comn tener en las zonas de proteccin los siguientes tipos de rels de sobrecorriente o distancia:

1 Rels para fallas a tierra Ejemplo: 50N, 51N, 51G, 67N, IN>, 21N 2 Rels para fallas entre fases Ejemplo: 50, 51, I>, 21

La Figura 1.13 presenta dos ejemplos de este tipo de aplicacin.

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1.131.131.131.13 PROTECCCIONES DIRECCIONALES PROTECCCIONES DIRECCIONALES PROTECCCIONES DIRECCIONALES PROTECCCIONES DIRECCIONALES

Figura 1.12 Rel direccionalFigura 1.12 Rel direccionalFigura 1.12 Rel direccionalFigura 1.12 Rel direccional

En aplicaciones donde es importante verificar el sentido en que fluye la corriente o potencia hacia una zona de proteccin, se utilizan protecciones direccionales, las cuales solo operan cuando la variable de inters circula en un sentido de referencia y supera el valor de ajuste. La direccionalidad se logra utilizando seales de voltaje y corriente como en un contador de energa o por medio de dos corrientes. Como ejemplos de estos rels se tienen:

RelRelRelRel AplicacinAplicacinAplicacinAplicacin Rel de sobrecorriente direccional Lneas de transmisin en sistemas enmallados

Rel de distancia direccional Lneas de transmisin en sistemas enmallados Rels de potencia inversa Generadores y motores

1.1.1.1.14141414 BIBLIOGRAFBIBLIOGRAFBIBLIOGRAFBIBLIOGRAFAAAA [1] BLACKBURN LEWIS, Protective Relaying Principles and Applications, Marcel Decker,

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protecciones capitulo 1

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