Proteccin por sobrecorrientes y cortocircuitos

Proteccin por sobrecorrientes y cortocircuitos

Uno de los fenmenos ms comunes que se presentan durante las anormalidades en unsistema elctrico de potencia y en especial en los cortocircuitos, es el aumento de lacorriente por sobre los valores normales de operacin. Este aumento se utiliza paradiscriminar la ocurrencia de fallas, ya sea como proteccin principal o de respaldo y el relse denomina de sobrecorriente.El funcionamiento de un rel de sobrecorriente es simple ya que su operacin depende dedos variables bsicas: El nivel de corriente mnima de operacin (o corriente de pickup), que es aquelvalor que produce el cambio de estado del rel. La caracterstica de tiempo de operacin, es decir la forma en que el rel respondeen cuanto al tiempo.Las instalaciones elctricas y los equipamientos se disean y eligen para las mximascorrientes de cortocircuito que se pueden presentar.En cambio, los rels de proteccin por sobrecargas y cortocircuitos se ajustan para losmnimos valores de corriente de falla que pueden presentarse en la instalacin, debiendofuncionar correctamente en todo el rango de valores que se puede presentar.Tanto las sobrecargas como los cortocircuitos son condiciones de funcionamiento queimplican calentamientos anormales de los elementos que componen la red elctrica.En consecuencia deben detectarse estas condiciones de funcionamiento y limitar suduracin a tiempos admisibles.Cuando se produce una falla en un punto de la red, por ejemplo un arco, es importantelimitar al mnimo el tiempo de duracin del arco, para minimizar los daos que el arcoproduce.Para que los restantes elementos de la red no sufran daos, es suficiente en cambio que lafalla no persista por tiempos inadmisibles.1Uno de los fenmenos ms comunes que se presentan durante las anormalidades en un sistema elctrico de potencia y en especial en los cortocircuitos, es el aumento de la corriente por sobre los valores normales de operacin. Este aumento se utiliza para discriminar la ocurrencia de fallas, ya sea como proteccin principal o de respaldo y el rel se denomina de sobrecorriente.El funcionamiento de un rel de sobrecorriente es simple ya que su operacin depende dedos variables bsicas:

El nivel de corriente mnima de operacin (o corriente de pickup), que es aquel valor que produce el cambio de estado del rel. La caracterstica de tiempo de operacin, es decir la forma en que el rel responde en cuanto al tiempo.Sistemas de InterrupcinLas instalaciones elctricas y los equipamientos se disean y eligen para las mximas corrientes de cortocircuito que se pueden presentar.En cambio, los rels de proteccin por sobrecargas y cortocircuitos se ajustan para los mnimos valores de corriente de falla que pueden presentarse en la instalacin, debiendo funcionar correctamente en todo el rango de valores que se puede presentar.Tanto las sobrecargas como los cortocircuitos son condiciones de funcionamiento que implican calentamientos anormales de los elementos que componen la red elctrica.En consecuencia deben detectarse estas condiciones de funcionamiento y limitar su duracin a tiempos admisibles.Cuando se produce una falla en un punto de la red, por ejemplo un arco, es importante limitar al mnimo el tiempo de duracin del arco, para minimizar los daos que el arco produce.Para que los restantes elementos de la red no sufran daos, es suficiente en cambio que la falla no persista por tiempos inadmisibles.Rel de mxima corriente Son rels de proteccin del tipo secundario, cuya medicin se realiza a travs de transformadores de corriente.Estos transformadores de corriente y su proteccin, pueden estar incorporados fsicamente en el interruptor ser ambos externos al interruptor.

Curvas caractersticas de t vs I, de Reles

Curvas Caracteristicas de t vs I, de reles inversos

Coordinacin de Protecciones de Mxima CorrienteEn una red en la cual existen varios aparatos de proteccin que actan en forma unvoca segn cual sea la ubicacin y la entidad de la falla, se dice que las protecciones son selectivas.En ciertos casos la coordinacin de las protecciones exige sacrificar la selectividad a fin de asegurar la proteccin.En las redes de tipo radial, en las cuales el flujo de corriente es en una nica direccin la selectividad se logra con algunos principios muy simples. - Debe actuar solo un rel, y debe ser el ms prximo a la falla (segn sea la posicin y entidad de la misma). - Cuando la corriente circula por dos rels en serie, el rel ms alejado de la fuente debe actuar, y la corriente de falla se debe extinguir, antes que el rel ms prximo inicie acciones que impliquen una orden de actuacin. - Cuando se tienen dos fusibles en serie, la fusin y extincin del arco en el ms alejado de la fuente, debe haberse producido antes de que se haya iniciado el prearco en el otro.Aplicaciones de protecciones de sobrecorrienteExisten varias alternativas que permiten obtener selectividad entre estas protecciones, las que dependen de los tipos de rels que se utilicen. Entre ellas se tienen:Selectividad con protecciones de tiempo definidoEn este mtodo se utiliza un intervalo de tiempo entre cada uno de los rels que controlan los interruptores del sistema, para asegurar que opere primero el que est ms cerca de la falla.En la Figura se muestra una aplicacin donde la condicin de operacin selectiva es que los rels vayan aumentando su tiempo de operacin a medida que se acercan a la fuente, lo que permite que opere primero el que est ms cerca del punto de falla.

Selectividad con protecciones de tiempo inverso Como una forma de solucionar las deficiencias que presenta el mtodo anterior, se ha desarrollado otro en base a rels de sobrecorriente de tiempo inverso, tal como se muestra en la Figura

Este mtodo se aplica especialmente cuando hay una apreciable diferencia entre la corriente de falla del final de la lnea I2 y la corriente para fallas al comienzo de sta I1, donde:

Si los rels tienen caracterstica de tiempo inverso, de la forma t = K/I, resulta que la raznentre los tiempos de operacin al comienzo de la lnea t1 y al final t2 es:

Las desventajas en la aplicacin de protecciones de tiempo inverso, se dan cuando la razn t1/t2 no es apreciablemente menor que la unidad y cuando Zs vara apreciablemente con la generacin.Selectividad con protecciones de tiempo inverso e instantneasSe pueden combinar las caractersticas de tiempo de operacin de estos dos tipos de rels para mejorar la selectividad y la estabilidad del SIN tal como se muestra en la Figura, especialmente en el caso de lneas largas o para la proteccin de transformadores, donde hay una apreciable diferencia entre las corrientes de cortocircuito entre dos rels consecutivos. El ajuste de los elementos instantneos debe ser tal que no detecte fallas en la barra siguiente a su ubicacin, por lo que en general se le da un margen de un 25 a un 30%, es decir, se multiplica la corriente de falla en la barra siguiente por 1,25 o 1,3.

Protecciones DireccionalesEl objetivo fundamental de las protecciones de una red elctrica es detectar un defecto elctrico y desconectar la seccin de la red en la que tiene lugar el defecto, de forma que esta seccin sea la menor posible.La proteccin direccional permite discriminar la parte de la red con un defecto mucho mejor que lo hace una proteccin contra sobrecorrientes. Esta proteccin diferencial es necesaria en caso de defecto:si hay varias fuentes,si hay bucles cerrados o cables en paralelo, con neutro aislado para el retorno de corrientes capacitivas,Y para detectar el sentido anormal de circulacin de la energa elctrica activa o reactiva (mquinas giratorias).Las protecciones direccionales de corriente solamente se pueden disparar cuando se produce el defecto. Es la medida del sentido del flujo de la corriente, es decir, de la medida del defasaje entre la corriente y la tensin, la que permite detectar la direccin en la que se encuentra el defecto.Las protecciones de mxima potencia miden o la potencia activa o la potencia reactiva que pasa por el punto en donde estn colocados los censores de corriente. La proteccin comprueba si la potencia es superior a un umbral o si circula en el sentido normal. Puede igualmente usarse para detectar un sentido anormal de circulacin de la energa. Las protecciones direccionales de potencia y de corriente necesitan medir la corriente y la tensin.Reles Direccionales

Cdigos y Smbolos de Los Diversos Tipos de Rels Para cada uno de los cdigos ANSI, la tabla de la siguiente figura agrupa, en uno o varios tipos de proteccin, precisando para cada uno de ellos, los nombres usuales y los campos de empleo.