Equipos de proteccionesLos dispositivos ms utilizados en la roteccin de redes de distribucin son: Fusibles Seccionalizadores Reconectadores Rels de Sobrecorriente

FusiblesEl fusible es el medio ms sencillo de interrupcin automtica de corriente en caso de cortocircuitos o sobrecargas. En baja tensin se encuentran hasta de 600 A y de 250 a 600 Volt. En este rango, la exigencia es que soporten continuamente la corriente nominal y que se fundan en un tiempo mximo de 5 minutos con un 15% de sobrecarga. En alta tensin, se encuentran hasta de 400 Amperes y de 10 a 138 kV, con potencias de 0,1 a 20 MVA. El mecanismo de soporte establece rpidamente una distancia elctrica prudente a fin de minimizar el tiempo que dura el arco.

Clasificacin de los Fusibles

Clasificacin segn norma ANSI

Partes de n Fusible:Boton, Elemento Fusible y Gua

Porta Fusibles tpicos

Porta Fusibles tpicos

El largo y el dimetro del elemento son determinantes de las caractersticas del fusible.Mientras ms largo el fusible ms rpido operar para bajos niveles de corriente de cortocircuito. Para niveles altos de corrientes de cortocircuito, la elevacin de temperatura es muy rpida y el calor no puede ser disipado desde el centro del elemento fusible.Como consecuencia, el tiempo de fusin en el rango de altas corrientes de falla no depende fuertemente del largo del elemento sino del dimetro. El fusible de expulsin, como su nombre lo implica, expulsa gases durante su operacin

Un fusible de expulsin tpico utiliza una seccin de elemento fusible relativamente corta para censar la sobrecorriente e iniciar el arco requerido para la interrupcin. Anexado a este elemento fusible corto hay un elemento conductor de mayor seccin, denominado gua del fusible, el cual conecta al fusible al resto del equipamiento como sea requerido.Durante la presencia de una falla, el elemento fusible se fundir causando un arco dentro del cartucho del fusible. Cuando se produce el arco, se desprenden rpidamente gases desde sustancias especiales (usualmente fibras) localizadas muy cercanamente al elemento fusible. La funcin primaria de los gases desprendidos es desionizar y apagar el arco generado por los gases ionizados y permitir la formacin de un medio dielctrico que pueda atenuar la tensin de reestablecimiento.

Relacin de VelocidadLa diferencia entre fusibles est determinada por la relacin de velocidad, la cual se define como la relacin entre las corrientes de fusin para 0.1 s y 300 s en fusibles hasta100 A y 01. s y 600 s en fusibles por arriba de 100 A. Por ejemplo, un fusible T de 6 A tiene una corriente de fusin de 130 A para 0.1 s y 12 A para 300 s lo que resulta en unarelacin de velocidad de 10.8. (130 A/12 A)Los fusibles lentos tienen una relacin de velocidad entre10.0 y 13.0. Los fusibles rpidos tienen una relacin de velocidad entre 6.0 y 8.1.

Caractersticas deoperacin de fusibles

Para la seleccin de un fusible se debe conocer:1. Tensin y nivel de aislacin2. Tipo de sistema3. Mximo nivel de cortocircuito4. Corriente de carga

Seleccin de la corriente nominalLa corriente nominal del fusible debe ser mayor que la mxima corriente de carga. Debe permitirse un porcentaje de sobrecarga de acuerdo a las condiciones del equipo protegido. En el caso e transformadores de potencia, los fusibles deben ser seleccionados de tal forma que su caracterstica tiempo-corriente este por arriba de la curva de energizacin (inrush) y por debajo de su lmite trmico. Algunos fabricantes confeccionan tablas para la asistencia en la apropiada seleccin del fusible para diferentes valoresnominales y disposiciones.

Seleccin de la tensin nominalLa tensin nominal del fusible se determina a partir de las siguientes caractersticas:1. tensin mxima de fase o de lnea2. tipo de puesta a tierra3. nmero de fases (tres o una)Las caractersticas del sistema determinan la tensin vista por el fusible en el momento en que interrumpe la falla. Tal tensin debe ser igual o menor que la tensin nominal del fusible. Por lo tanto, debe aplicarse los siguientes criterios:1. en sistemas aislados, la tensin nominal debe ser igual o mayor que la tensin mxima de lnea2. en sistemas trifsicos puestos a tierra, p ara cargas monofsicas, la tensin nominal debe ser igual o mayor que la mxima tensin de fase y para cargas trifsicas la tensin nominal es seleccionada en base a la tensin de lnea.

Seleccin de la capacidad de cortocircuitoLa capacidad de cortocircuito del fusible debe ser igual o mayor que la corriente de falla trifsica calculada en el punto de instalacin del fusible.

Aplicacin de fusibles a la proteccin de transformadoresSe debe tener en cuenta que en condiciones transitorias (in-rush de transformadores, corriente de arranque de motores de induccin, etc.) y condiciones permanentes de carga de transformadores (con posibles variaciones de hasta 200% de capacidad en los bancos auto-enfriados), el transformador no sufre dao y por lo tanto, el fusible debe permitir fluctuacin con un margen de seguridad

SeccionalizadorEs un dispositivo que automticamente asla las secciones falladas de un circuito de distribucin, una vez que un reconectador o interruptor han interrumpido la corriente de falla y se instala comnmente aguas debajo de un reconectador. Dado que los seccionalizadores no tienen la capacidad de interrumpir corrientes de falla, luego deben ser utilizados con dispositivos back-up que tenga esa capacidad. El seccionalizador cuenta el nmero de operaciones del reconectador durante las condiciones de falla.Luego del nmero predefinido de aperturas del reconectador, y mientras el mismo est abierto, el seccionalizador abre y separa la seccin falladas de la lnea. Esto permite al reconectador cerrar y reestablecer el suministro en aquellas reas libres de falla. Si la falla es temporaria, se resetea el mecanismo de operacin

Seccionalizador Manual

Seccionalizador ManualLos seccionalizadores con control hidrulico poseen una bobina en serie con la lnea.Cada vez se produce una sobrecorriente, la bobina mueve un pistn que activa un mecanismo de conteo cuando el circuito est abierto y la corriente es cero. Luego de un nmero predeterminado de aperturas del circuito, los contactos del seccionalizador seabren por medio de resortes pre-tensionados. Este tipo de seccionalizador puede ser cerrado en forma manual

Seccionalizador Electrnico

Seccionalizador ElectrnicoLos seccionalizadores con control electrnico son ms flexibles en su operacin y ms fciles de ajustar. La corriente de carga se mide por medio de TI y la corriente secundaria alimenta a un circuito de control que cuenta el nmero de operaciones del reconectador asociado y luego enva una seal de disparo al mecanismo de apertura. Este tipo de seccionalizador se construye con cierre manual o con motor

Para seleccionar un seccionalizador deben considerarse los siguientes aspectos:

Tensin del sistema Corriente de carga mxima Nivel mximo de cortocircuito Coordinacin con otros dispositivos instalados aguas arriba y abajo

La tensin y corriente nominal del seccionalizador deben ser iguales o mayores que los valores mximos de tensin o carga en el punto de instalacin. La capacidad de cortocircuito de un seccionalizador debe ser igual o mayor que los niveles de falla en elpunto de instalacin. El mximo tiempo de despeje del interruptor asociado no debe exceder la capacidad nominal de cortocircuito del seccionalizador. Los factores de coordinacin que se deben tener en cuenta incluyen el ajuste de la corriente de arranque y el nmero de operaciones del interruptor asociado antes de la apertura

Modo de Operacin Seccionador

RECONECTADORES

RECONECTADOR AUTOMATICOEl reconectador es un interruptor con reconexin automtica, instalado preferentemente en lneas dedistribucin. Es un dispositivo de proteccin capaz de detectar una sobrecorriente, interrumpirla y reconectar automticamente para reenergizar la lnea.Est dotado de un control que le permite realizar varias reconexiones sucesivas, pudiendo adems, variar el intervalo y la secuencia de estas reconexiones. De esta manera, si la falla es de carcter permanente el reconectador abre en forma definitiva despus de cierto nmero programado de operaciones (generalmente tres o cuatro), de modo que asla la seccin fallada de la parte principal del sistema.

RECONECTADOR AUTOMATICOLa tarea principal de un reconectador entonces es discriminar entre una falla temporal y una decarcter permanente, dndole a la primera tiempo para que se aclare sola a travs de sucesivas reconexiones; o bien, sea despejada por el elemento de proteccin correspondiente instalado aguas abajo de la posicin del reconectador, si esta falla es de carcter permanente

Secuencia de OperacinLos reconectadores pueden ser programados para un mximo de cuatro aperturas y tres reconexiones. Los tiempos de apertura pueden determinarse de curvas caractersticas tiempo-corriente, como las que se muestran en la Figura 6.9. Cada punto de la curva caractersticas epresenta el tiempo de aclaramiento del reconectador para un determinado valor de corriente de falla. Este dispositivoconsta de dos tipos de curvas, una de operacin rpida y una segunda de operacin retardada.

Figura 6.9 Curvas de operacin de un reconectador

Secuencia de operacin de un ReconectadorLa secuencia de operacin tpica de un reconectador para abrir en caso de una falla permanente se muestra en la figura 6.10, Programado, para dos aperturas rpidas y dos aperturas lentas (C22), con tiempos obtenidos respectivamente, de la curva A y de la curva C de la (Figura 6.9), para la magnitud de corriente de falla correspondiente.

Fig 6.10.- Secuencia de operacin de un Reconectador

Secuencia de operacin de un ReconectadorLa secuencia de operacin tpica de un reconectador para abrir en caso de una falla permanente se muestra en la figura 6.10, Programado, dos aperturas rpidas y dos aperturas lentas (C22), con tiempos obtenidos respectivamente, de la curva A y de la curva C de la (Figura 6.9), para la magnitud de corriente de falla correspondiente.

Reposicin del ReconectadorEn caso que el reconectador no haya completado su secuencia de operacin, despus de transcurrido el tiempo de reposicin, repone su programacin que tena antes que ocurriera la falla, quedando en condiciones de ejecutar completamente su secuencia de operacin en caso de presentarse una nueva condicin de falla en la lnea

Nmero total de aperturas:Los reconectadores permiten programar desde una apertura hasta un mximo de cuatro, lo que depende del estudio de coordinacin con otros elementos de proteccin y que resulte ms favorable para cada caso en particularTiempo de reconexin:Son los intervalos de tiempo en que los contactos del reconectador permanecen abiertos entre una apertura y una orden de cierre o de reconexin

Tiempo de reposicin:Es el tiempo despus del cual el reconectador repone su programacin, cuando su secuencia de operacin se ha cumplido parcialmente, debido a que la falla era de carcter temporal o fue aclarada por otro elemento de proteccinCorriente mnima de operacin:Es el valor mnimo de corriente para el cual el reconectador comienza a ejecutar su secuencia de operacin programada.

Clasificacin de los ReconectadoresLinea: Monofsicos Trifasicos Contorl : control hidrulico control electrnico con microprocesadorAccionamiento: interrupcin en aceite aislacin de aire en vaco

Reconectadores monofsicos

Reconectadores monofsicoLos reconectadores monofsico se utilizan para la proteccin de lneas monofsicas, tales como ramales o arranques de un alimentador trifsico. Pueden ser usados en circuitos trifsicos cuando la carga es predominantemente monofsica. De esta forma, cuando ocurre una falla monofsica permanente, la fase fallada puede ser aislada y mantenida fuera de servicio mientras el sistema sigue funcionando con las otras dos fases

Reconectadores monofsicos

Reconectadores trifsicosLos reconectadores trifsicos son usados cuando se requiere aislar (bloquear) las tresfases para cualquier falla permanente, con el fin de evitar el funcionamiento monofsico de cargas trifsicas tales como grandes motores trifsicos. Tienen dos modos de operacin

Apertura monofsica-bloqueo trifsicoConsta de tres reconectadores monofsicos montados en un solo tanque con mecanismo de acoplamiento para el bloqueo solamente. Cada fase opera independientemente para las aperturas por sobrecorriente y las reconexiones. Si cualquier fase opera hasta la condicin de bloqueo (debido a una falla permanente), el mecanismo de acoplamiento de aperturas, abre las otras dos fases y las deja abiertas y bloqueadas. Se previene de esta forma la energizacin monofsica de cargas trifsicas. Este tipo de operacin se provee para reconectadores pequeos

Apertura trifsica-bloqueo trifsicoPara cualquier tipo de falla (monofsica a tierra, bifsica o trifsica) todos los contactos abren simultneamente para cada operacin de apertura. Las tres fases, estn mecnicamente acopladas para la apertura y la reconexin y son operadas por un mecanismo comn. Los reconectadores de mayor tamao operan de este modo

Control de los reconectadores

Control hidrulicoEl control hidrulico es usado en la mayora de los reconectadores monofsicos y en algunos reconectadores trifsicos. Est construido como parte integral del reconectador. Con este tipo de control, la sobrecorriente es sensada por una bobina (de trip) que se conecta en serie con la lnea. Cuando la sobrecorriente fluye a travs de la bobina, un mbolo es introducido en la bobina de apertura para abrir loscontactos del reconectador. La temporizacin y la secuencia son logradas por el bombeo de aceite a travs de compartimientos o de conductos hidrulicos separados.

Control ElectrnicoEl mtodo de control electrnico de los reconectadores es ms flexible, de ms fcil calibracin y programacin que el control hidrulico. Se entrega en un gabinete separado y permite cambiar lacaracterstica tiempo-corriente, los niveles de corriente mnima de operacin y la secuencia de operacin, sindesenergizar o retirar el reconectador del sistema. Dispone de un amplio rango de accesorios para modificarsu operacin bsica y resolver muchos problemas de aplicacin. La corriente de lnea es sensada por tres TT/CCLos reconectadores ms modernos utilizan control basado en microprocesadores y se comunicacin remota

Diagrama de bloques de un reconectador con control electrnico

Medio de interrupcin y aislacinLos reconectadores utilizan aceite o el vaco como medio de interrupcin. En el primer caso, el mismo aceite es usado tanto para la interrupcin del arco como el aislamiento bsico. Algunos reconectadores con control hidrulico tambin utilizan el mismo aceite para las funciones de temporizacin y conteo.El vaco como medio de interrupcin, proporciona las ventajas de reducir la mantencin y minimizar la reaccin externa durante el proceso de interrupcin. Algunos tipos de reconectadores estn disponibles ya sea con interruptor en aceite o vaco. Los reconectadores de vaco pueden utilizar aceite o aire como medio bsico de aislamiento

AplicacionesLos reconectadores pueden ser usados en cualquier punto de un sistema de distribucin donde el rango del reconectador es adecuado para los requerimientos del sistema.

A. En subestaciones, como el dispositivo de proteccin del alimentador primario que permite aislar el alimentador en caso de falla permanenteB. En lneas de distribucin a una distancia de la subestacin, para seccionalizar alimentadores largos y as prevenir salidas del alimentador entero cuando una falla permanente ocurre cerca del final delalimentadorC. En ramales importantes desde el alimentador principal para proteger el alimentador principal de interrupciones y salidas debido a fallas en el ramal.D. En pequeos ramales monofsicos.

Aplicaciones

Coordinacin de elementos de proteccinEl dispositivo de proteccin ms prximo a la falla (local) debe despejarla, sea sta permanente o transitoria, antes que el dispositivo de respaldo opere si este no tiene reconexin automtica o antes que agote las reconexiones en caso de tenerlasLas interrupciones deben restringirse al mnimo en fallas permanentes, tanto en el tramo de la lnea conectada como en el tiempo de duracin

Coordinacion Fusible Fusible

Coordinacin Fusible Fusible

Coordinacin Fusible Fusible

Ejemplo Coordinacin de fusiblesconsiderando fusibles de tipo T se tiene que:En A se puede elegir un fusible 15T que soporta en forma permanente hasta 23 A, mayor que la corriente de carga de ese tramo. En B se elige un fusible 25T (38 A mximo) y en C un 80T (120 A mximo). Los fusibles 15T y 25T coordinan hasta una corriente de falla mxima de 730 A, por lo tanto en B se debe elegir un fusible 30T que coordina con el 15T hasta 1.700 A (mayor que los 1.550 A de falla). Los fusibles 30T y 80T coordinan hasta 5.000 A, mayor que los 1.800 A de falla y por lo tanto en C queda el 80T.

Curvas tiempo-corriente

Cordinacin Fusible InterruptorLa ccordinacin se da cuando el tiempo maximo de respuesta entre ellos est entre 0,2 y 0,4 seg.

Coordinacin Fusible Interruptor

Coordinacin fusible relee

Coordinacin de reconectador con fusible en el lado fuentePara el estudio de coordinacin en este caso, es necesario considerar las fallas en el lado carga del reconectador, para lo cual se deben referir las curvas de tiempo mnimo de fusin del fusible ubicado en el lado de alta del transformadorLa curva de tiempo mnimo de fusin del fusible debe estar por sobre la curva de operacin lenta del reconectador en todo el rango de corriente de cortocircuito

TMF = Tiempo Mnnimo de FusinTIT = Tiempo de Interrupcin Total

Coordinacin Rel Rel

Proceso de selectividad cuando ocurre una falla

Porcentaje de coordinacin

Coordinacin entre reconectadores y fusiblesSe pueden distinguir dos casos, reconectador-fusible y fusible-reconectador. En ambos, se usa el mtodo de trazado de curvas del reconectador y del fusible, con el fin de obtener el rango de corrientes de cortocircuito en que existe coordinacin

t1 = tiempo de operacin del reconectadort2 = tiempo mnimo de fusion del fusible

t1 =< 0,75t2

KT: correccin por factor de temperatura

Kp: correcccin por corriente de pre falla

En este caso el reconectador deber detectar las fallas ocurridas en su zona y tambin las de la zonadel fusible. Por lo tanto, el fusible debe operar despus de la caracterstica rpida y antes de la lenta delreconectador, como se muestra en la Figura 6.17. Para ello se debe cumplir lo siguiente:a.- Coordinacin de reconectador con fusible en el lado carga (reconectador-fusible)

Para todo el rango de corriente de falla de la zona protegida por el fusible, su tiempo mnimo de fusin debe ser mayor que el tiempo de operacin del reconectador en su caracterstica rpida, multiplicada por el factor K1, dado por el fabricante, que se indica en la Tabla 6.5 y su valor depende de la secuencia de operacin y del tiempo de la primera reconexin. La interseccin de esta curva con la de tiempo mnimo de fusin del fusible determina el punto de corriente mxima de coordinacin

Para todo el rango de corriente de falla de la zona protegida por el fusible, su tiempo mximo de aclaramiento, debe ser menor que el tiempo de operacin del reconectador en su caracterstica lenta. Si estas curvas pasan muy cerca, el reconectador deber dejarse con a lo menos 2 operaciones lentas, para que pueda operar simultneamente con el Fusible. De esta forma, el reconectador podr reponer el servicio al resto del sistema. Determina el punto de corriente mnima de coordinacin

b. Coordinacin de reconectador con fusible en el lado fuente (fusible-reconectadorPara el estudio de coordinacin en este caso, es necesario considerar las fallas en el lado carga delreconectador, para lo cual se deben referir las curvas de tiempo mnimo de fusin del fusible ubicado en ellado de alta del transformador, al voltaje del lado de baja tensin, donde est ubicado el reconectador. Para una adecuada coordinacin se debe cumplir que:

La curva de tiempo mnimo de fusin del fusible debe estar por sobre la curva de operacin lenta del reconectador en todo el rango de corriente de cortocircuito. Esta ltima debe ser modificada, por un factor decorreccin K2, dada en la Tabla 6.6, antes de comparar ambas curvas ya referidas a una tensin base comn.El factor K2 depende de la secuencia de operaciones elegidas en el reconectador y los tiempos de calentamiento y enfriamiento del fusible.