Post on 08-Mar-2016
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COORDINACIN DE
PROTECCIN
Coordinacin
Consiste en
seleccionar y ajustar
los dispositivos de
proteccin, para
lograr una adecuada
operacin
(selectividad) para
distintas condiciones
de falla.
Datos Para el estudio de calibracin se requiere los
siguientes datos:
Diagrama unifilar del sistema con la ubicacin de los esquemas de proteccin.
Las impedancias de todos los elementos de la red.
Las potencias de cortocircuito mxima y mnima en cada rel.
Las corrientes y tiempos de arranque de los motores.
El mximo pico de corriente de carga a travs de los rels.
Las curvas de los transformadores de medida.
Objetivo
El objetivo de la calibracin es, conseguir los tiempos ms cortos para
las corrientes de fallas ms elevadas y
chequear si la operacin es satisfactoria
a mnimas corrientes de falla.
Recomendacin
Es aconsejable
dibujar las curvas de
los rels y otros
dispositivos de
proteccin, tal como
fusibles, en serie en
una red.
Reglas bsicas
Para una correcta coordinacin pueden ser:
Usar en lo posible rels de las mismas caractersticas.
Asegurar que los rels lejanos a la fuente tengan una calibracin igual o
menor que los rels ubicados aguas
arriba.
Discriminacin por tiempo
Mtodo:
Consiste en dar un adecuado intervalo de coordinacin, de manera que asegure que el
interruptor ms cercano a la falla opere
antes.
Caraterstica:
Los tiempos de apertura son idependientes de la corriente de falla (rels de tiempo
definido).
Valores tpicos 0.3, 0.4 y 0.5.
Discriminacin por tiempo
Ventaja:
Simple de aplicar.
Desventaja:
Mayor tiempo de operacin para niveles de falla mayores.
Difcil coordinacin con fusibles.
Discriminacin por tiempo
Discriminacin por
corriente
Mtodo:
Se basa en el hecho de que las corrientes de falla varan con la localizacin de la falla.
Se debe calibrar la corriente de operacin de los rels de tal manera que se cumpla la
selectividad. Para ello el ajuste del rel aguas
arriba ser 1,3 veces el ajuste del rel aguas
abajo.
Se basa en empleo de rels instantneos.
Discriminacin por
corriente
Desventajas:
Para fallas en los lmites de las zonas de proteccin, existe la dificultad en discriminar si la
falla ocurri en zona de operacin o no.
El hecho que las potencias de cortocircuitos varan con mxima y mnima demanda.
Aplicacin: Donde hay una apreciable impedancia entre dos interruptores involucrados.
Ventaja: Rapidez en la operacin.
Discriminacin por
corriente
Discriminacin por tiempo
corriente
De las limitaciones de los mtodos anteriores, es que se desarrollan los rels de sobrecorriente de tiempo inverso.
Ventajas:
Tiempos de operacin ms cortos para las fallas ms severas.
Desventaja:
Puede ser ms lenta para niveles de fallas mnimos.
Discriminacin por tiempo
corriente
El intervalo de tiempo entre la
operacin de los rels adyacentes
depende de los siguientes factores:
El tiempo de operacin del interruptor(0.1s)
Sobreimpulso del rel (oveshoot = 0.05s)
Errores en el tiempo de operacin de los rels.
Mrgenes de seguridad (0.1s)
Intervalos de coordinacin
Procedimiento
Recopilar datos de la red (incluyendo la proteccin existente) y los resultados de
los clculos de falla.
Seleccionar los ajuste de corriente, considerando la relacin de
transformacin de los T.C.s, la mxima
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 rel respalda a otro rel.
3,0 si un rel respalda a un fusible.
2,0 si un fusible respalda a otro fusible.
Procedimiento
Determinar el ajuste del TMS para el rel ms alejado a la fuente (ajuste mnimo recomendado es de 0,05 ).
Determinar el ajuste del TMS del rel que respalda al rel aguas abajo, considerando la falla ms severa, de tal modo de obtener el intervalo de tiempo deseado.
Repetir el paso anterior, para los siguientes rels .
Verificar la coordinacin con la proteccin existente. De ser necesario repetir los pasos anteriores con un nuevo intervalo de coordinacin.
Procedimiento
Coordinacin entre
aparatos
Damos en este reporte un sumario, para fcil referencia, de algunas de las reglas bsicas para coordinacin que deben observarse en la utilizacin de varios tipos de equipos de distribucin. Trataremos aqu sobre reconectadores y fusibles.
La regla bsica de coordinacin, 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 seccin de ste".
Criterios generales
Criterios generales
A
Fusible de
respaldo
Fusible protector
Fusible protector
B
C
En los sistemas de distribucin actuales la coordinacin de los dispositivos de proteccin debe hacerse en serie; tambin se le conoce como "cascada", debido a que la mayora de stas operan en forma radical.
Cuando dos o ms dispositivos de proteccin son aplicados en un sistema, el dispositivo ms cercano a la falla del lado de alimentacin es el dispositivo "protector", el siguiente ms cercano a la falla del lado de alimentacin es el dispositivo de "respaldo".
Criterios generales
El requerimiento indispensable para una adecuada coordinacin 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 coordinacin se
muestra a continuacin
Criterios generales
CARGA CARGA CARGA
GFE
6
D
5
2
TRANSFORMADOR
DE DISTRIBUCIN
3
B
C4A
RESTAURADOR
SUBESTACIN H
1
Existen diferentes esquemas de proteccin que se aplican en funcin de la importancia del suministro de energa, siendo los ms comunes los siguientes:
* Interruptor-restaurador
* Interruptor-fusible
* Restaurador-restaurador
* Restaurador-seccionalizador
* Resutaurador-fusible
* Fusible-fusible
* Fusible de A.T.-interruptor termomagnticos de B.T.
Esquemas de coordinacin
Se logra una adecuada coordinacin entre estos dos dispositivos cuando el restaurador opera por
una falla en el lado de la carga, impidiendo que
opere el Interruptor a travs del relevador de
tiempo, es decir, que la curva caracterstica del
restaurador no cruza con la del relevador,
dejando un tiempo mnimo de 0.35 segundos y
eliminado el ltimo recierre del restaurador.
Interruptor restaurador
Interruptor restaurador
I R CARGA
COORDINACIN 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 funcin de operar con una falla del lado de la carga, impidiendo que opere el
interruptor (relevador de tiempo), a menos que este ltimo
cuente con un revelador instantneo que operar de
inmediato, y en caso de persistir la falla operar el fusible
despus de realizarse el recierre, quedando como
respaldo nuevamente el interruptor. Se recomienda un
tiempo mnimo de 0.35 segundos entre la curva I-l de
interrupcin 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 estn diseados parra operar en una secuencia de hasta cuatro disparos y tres con el objeto de eliminar una falla, para una adecuada coordinacin debe existir un retraso en la operacin del restaurador. A de por lo menos 12 ciclos (para Frecuentemente de 60 Hz), ya que en un rango menor a ste (hasta 2 ciclos) pueden simultneamente, y menor a 2 ciclos ambos operarn siempre.
Reconectador reconectador
el seccionador es un dispositivo automtico de seccionamiento que no cuenta con curvas de operacin I-t, y que simplemente sensa una corriente mnima actuante de 160% de la capacidad nominal de su bobina registra las operaciones del dispositivo de respaldo (restaurador o interruptor) y efecta 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 coordinacin se requerir ajustarlo a un cierre menos que el dispositivo de respaldo .
Reconectador seccionador
Reconectador seccionador
I R R
COORDINACIN
FALLA
RESTAURADOR A
(DISPOSITIVO
PROTEGIDO)
S.E
RESTAURADOR B
(DISPOSITIVO
PROTECTOR)
En esta coordinacin se busca que las operaciones rpidas del restaurador no
provoquen dao a los fusibles, incluyendo el
efecto acumulativo de las operaciones rpidas
considerando los intervalos de recierre.
Asimismo, las operaciones lentas del restaurador
se deben retardar lo suficiente para asegurar la
operacin del fusible antes de la apertura
definitiva del restaurador.
Reconectador fusible
La curva de interrupcin total del fusible se utiliza para establecer el lmite inferior de la coordinacin con la curva de retraso de tiempo del restaurador (punto a).
La curva mnima de fusin del fusible se utiliza para establecer el lmite superior de la coordinacin con la curva de disparo instantneo 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 operacin del restaurador
Reconectador fusible
Por lo anterior, la curva A' es la suma de las dos aperturas instantneas A y se compara con la curva de fusin del fusible, que previamente se ha desplazado el 75% en funcin del tiempo de fusin, encontrndose el nuevo lmite superior de coordinacin (punto b').
La curva B' es la suma de las dos aperturas instantneas y las dos de retraso de tiempo, que representan la cantidad total de calor aplicado al fusible, obtenindose el lmite inferior de coordinacin (punto a') al comprarse con la curva de interruptor total del fusible
Reconectador fusible
Reconectador fusible
I R CARGA
COORDINACIN 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 coordinacin entre fusible se utilizan las curvas corriente tiempo mnimo de fusin y las corriente-tiempo de interrupcin 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 algn dao en el fusible protegido (F1), el cual operar nicamente 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 distribucin en general se tienen dos tipos de fusibles en media tensin, se
pueden hacer las combinaciones de coordinacin
siguientes.
* Fusible de expulsin-fusible de expulsin
* Fusible limitador de corriente-fusible limitador de corriente
* Fusible de expulsin-fusible limitador de corriente
* fusible limitador de corriente-fusible de expulsin.
Fusible- fusible
La coordinacin de los fusibles de expulsin se logra comprando la curva I -t de interruptor total de fusible (F2) con la curva I-t mnima de fusin del fusible (F1), la cual previamente debe haberse reducido un 75% en valores de tiempo, para asegurar la no operacin o dao por efectos de precalentamiento debido a la carga y alta temperatura ambiente.
En el grfico se observa que I1 es el valor de corriente con el cual el fusible F2, ya que ese punto se cruzan las curvas.
Fusible expulsin (F2)- que protege un
fusible de expulsin (F1)
Fusible expulsin (F2)- que protege un
fusible de expulsin (F1)
CARGA
COORDINACIN FALLA
FUSIBLE
(DISPOSITIVO
PROTECTOR
FUSIBLE
(DISPOSITIVO
PROTECTOR(DISPOSITIVO
DE RESPALDO)
F1 F2
S.E
Fusible expulsin (F2)- que protege un
fusible de expulsin (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
Aplicacin
Fig. No. 1 Curvas para coordinacin Fusible - Fusible
tiem
po
Curva mnima de
fusin
del fusible de
respaldo
Curva mxima para
despejar la falla del
fusible protector
Punto mximo de
coordinacin
Corrient
e
Tm
Tc
A
Fusible
de
respaldo
Fusible protector
Fusible protector
B
C
Curva mxima para
despejar
La falla multiplicada por
1.333
I
falla
Ifalla
Aplicacin
Para un valor dado de corriente de falla: I falla
Tc = Tiempo mximo para despejar la falla del fusible protector
Tm = Tiempo mnimo de fusin del fusible de respaldo.
Expresndola en otra forma: Tm (0.75) = Tc, de donde:
Tm = Tc/0.75=1.333Tc
Aplicacin
Fig. No. 2 Circuito tpico para coordinacin Fusible - Fusible
A
B
100kVA 1 2.47/7.20k V 4.63/8.02/A
Falla, 200A
Aplicacin
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
caractersticas de tiempo mximo para despejar una falla para fusibles
tipo K EEI-NEMA tendremos:
Tc ser igual a 0.20s (para un fusible 15K). Por lo tanto:
Tm = 1.333Tc
Tm = 1.333 x 0.20s
Tm = 0.266s
Aplicacin
De las curvas caractersticas de tiempo mnimo de fusin 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 coordinar con el
fusible 15T. El primer fusible que satisface estas condiciones es el 20T
y por tanto escogemos ste para el punto A. Para escoger el fusible en
el punto A debe conocerse adems el valor de la corriente continua en
ese punto. La corriente de carga en un punto de coordinacin no debe
exceder la capacidad de la corriente continua del fusible.
Aplicacin
Fig. No. 1 Curvas para coordinacin Fusible - Fusible
tiem
po
Curva mnima de
fusin
del fusible de
respaldo
Curva mxima para despejar la falla del
fusible protector
Punto mximo de
coordinacin
Corrient
e
Tm
Tc
A
Fusible
de
respaldo
Fusible protector
Fusible protector
B
C
Curva mxima para
despejar
La falla multiplicada por
1.333
I
falla
200A
0.2s
0.266s
15K
20K
Un fusible de expulsin no puede interrumpir antes de 0.8 ciclos, por lo que su coordinacin slo 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 interrupcin del fusible de expulsin (F2) con la curva mnima de fusin
del fusible limitador de corriente (F1) previamente
desplazada un 75% en valores de tiempo, para determinar
el punto de coordinacin.
Fusible de expulsin(f2) que protege
un fusible limitador de corriente
Fusible de MT -ITM
Este esquema se utiliza para la proteccin integral
de transformadores, instalando en el primario
fusibles tipo expulsin, limitadores de corriente o una
combinacin de estos, y en el secundario un
interruptor termomagnetico de baja tensin (o
funcin renovable como sustituto).
Con dicho esquema, aunque representa una mayor
inversin, se obtiene mejores condiciones de
proteccin en la red de baja tensin, ya que
fcilmente 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 DAO DEL
TRANSFORMADOR
3. CURVA DE ENERGIZACION
4. CURVA DE DAO DEL
CONDUCTOR DE B.T
5. FUSIBLE DE EXPULSIN 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 insercin asimtrica (inrush) que
rpidamente decae.
Con los rels convencionales era prctica ajustar la corriente de la unidad de sobrecorriente instantneo
para la proteccin 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
perodo asimtrico de la corriente INRUSH.
Alimentadores con motor
ms 100 - 50
I 1,3 1,2
50
LR50
t
I