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ProtecciProteccióón de redes n de redes elelééctricas de media y ctricas de media y
baja tensibaja tensióónn
Msc. Ing. Leonidas Sayas [email protected]
Celular: 99009096
Icc
IccmaxIccmin
IK
K,L
F
C
t1
k t1
t2
t3k t3
t4
t
Universidad Nacional de IngenierUniversidad Nacional de Ingenieríía a FIEEFIEE--PS&EUPS&EU
ObjetivosObjetivos
Calcular las corrientes de fallas simétricas y asimétricasAnalizar y evaluar los esquemas de protección electrica en SDAdquirir los criterios para el ajuste de la coordinación de la protección de SDInterpretar las señales y alarmas dadas por los relés de protecciónEvaluar las caracteristicas de diversos tipos de relés de protección
TemarioTemario
ConceptosConceptos de proteccide proteccióónnFallas en Fallas en sistemas de distribucisistemas de distribucióónnDispositivos de protecciDispositivos de proteccióónnRelReléés de proteccis de proteccióónnProtecciProteccióón de alimentadoresn de alimentadoresProtecciProteccióón de transformadores n de transformadores de distribucide distribucióónnCCriteriosriterios de cde coordinacioordinacióónn de la de la protecciproteccióónnAplicaciAplicacióónn
L.Sayas P.
BibliografBibliografíía a
1.1. ProtecciProteccióón de sistemas de n de sistemas de distribucidistribucióón, Jose n, Jose AlbiniAlbiniFranca.Franca.
2.2. ProtecProtecááoo de sistemas ade sistemas aééreos reos de de distribuicdistribuicááoo, , ElectrobrasElectrobras..
3.3. RecommendedRecommended practicepractice forforprotectionprotection andand coordinationcoordinationofof industrial industrial andand comercial comercial powerpower systemssystems, IEEE , IEEE StdStd242.242.
4.4. RecommendedRecommended practicepractice forforelectricelectric powerpower distributiondistributionforfor industrial industrial plantsplants, IEEE , IEEE StdStd 141 141
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L.Sayas P.
Conceptos de protecciConceptos de proteccióón n
1.1. GeneralidadesGeneralidades
2.2. El sistema de distribuciEl sistema de distribucióónn
3.3. TerminologTerminologíía en proteccia en proteccióónn
4.4. FilosofFilosofíía de proteccia de proteccióónn
L.Sayas P.
El mayor porcentaje de accidentes y fallas ocurren en los sistemas de distribución (SD), por que son mucho mayores y está mas cerca de la población que los sistemas de transporte o generación.
La implementación de la protección en el SD, debe enfocar filosoffilosofíía, metodologa, metodologíía, procedimientos y criterios para crear a, procedimientos y criterios para crear una nueva cultura o conceptos sobre protecciuna nueva cultura o conceptos sobre proteccióón del SDn del SD.
1. Generalidades1. Generalidades
L.Sayas P.
Sistema ElSistema Elééctricoctrico
El objetivo de un Sistema eléctrico de distribuciónes asegurar un nivel satisfactorio de la prestaciasegurar un nivel satisfactorio de la prestacióón de los n de los servicios elservicios elééctricosctricos garantizando a los clientes un suministro eléctrico delas siguientes características:
ContinuoAdecuadoConfiableOportuno y de Calidad
Al respecto debe contemplarse :Calidad del producto;tensión,frecuencia y perturbacionesCalidad del suministro; interrupcionesCalidad del servicio comercial;trato al cliente,precisión en la medida de la energíaCalidad de alumbrado público;deficiencias del alumbrado
L.Sayas P.
G
GENERACION TRANSMISION DISTRIBUCION
T
ALTERNADORS.E.
ELEVADORA L.T.S.E.
REDUCTORA
S.V.C.
L.S.T.
S.E.DISTRIBUCION
CARGA
CARGAS
TURBINA
Y Y YY
Y
∆
∆
Etapas de un sistema elEtapas de un sistema elééctrico de potenciactrico de potencia
13,8KV
220KV
220KV
60KV
60KV
10KV
10KV
0,22KV
ELEVADORAPRIMARIA
REDUCTORAPRIMARIA
REDUCTORASECUNDARIA DISTRIBUCION
3
L.Sayas P.
El Sistema ElEl Sistema Elééctrico Moderno.ctrico Moderno.
L.Sayas P.
Etapas de un sistema eléctrico de potencia
L.Sayas P. L.Sayas P.
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L.Sayas P.
Esquema Unifilar De La Red De Media TensiEsquema Unifilar De La Red De Media Tensióónn
L.Sayas P.
Tipos de sistemas de distribuciTipos de sistemas de distribucióónn
Sistemas con neutro artificialSistemas con neutro aislado
Sistemas puesto a a tierra
DY
60 kV
10 kV
G
A1A2
AnDY
60 kV
10 kV
G
A1A2
AnDY
60 kV
10 kV
G
A1A2
AnDY
60 kV
10 kV
G
A1A2
An
Conceptos fundamentalesConceptos fundamentales
Misión de los sistemas de protecciónFunciones de los relés de protecciónEsquemas de protecciónZonas de protecciónSensibilidadSelectividadCoordinaciónCaracterísticas tiempo corrienteCoodinograma
L.Sayas P.
MisiMisióón de los sistemas de proteccin de los sistemas de proteccióónn
• Minimizar los efectos de las perturbaciones sobre el resto de la red, aislando el elemento fallado con rapidez evitando la propagación y pérdida de estabilidad del sistema con el consiguiente colapso.
• Prevenir y atenuar los daños a los equipos minimizando los efectos de las variables anormales.
• Salvaguardar físicamente a las personas evitando accidentes y lesiones
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L.Sayas P.
Funciones de los Funciones de los sistemassistemas de proteccide proteccióónn
• Protección: Conjunto de equipos necesarios para la detección, evaluación y eliminación de la falla.
• Los relés deben detectar rápidamente la falla y dar orden de alarma o disparo al interruptor.
Relé
Contactos del relé Banco de baterias
Bobina de
disparo
InterruptorTC
Carga
L.Sayas P.
Funciones de los Funciones de los sistemassistemas de proteccide proteccióónn
• Circuito elemental
Alimentador de Distribución
TC
B CBD
Interruptor
Fuente DC
Relé
I>
Donde:TC = Transformador de corrienteB = Bobina de operación del reléC = Contacto de disparo del reléBD = Bobina de disparo del interruptor
L.Sayas P.
• Lo que permite continuar con suministro y evitar perdidas económicas que es mas cuanto mayor es la zona afectada y el tiempo de duración.
Funciones de los sistemas de Funciones de los sistemas de protecciproteccióónn
Efecto de la protección
• Minimiza el daño• Reduce la gravedad y
duración de la falta de servicio eléctrico
L.Sayas P.
Funciones de los sistemas de Funciones de los sistemas de protecciproteccióónn
Función de la protección
• Detección y desconexión automática del elemento afectado por una falla o régimen anormal de operación.
• Proporcionar información del tipo de falla o regimenanormal.
• Indicar la localización del problema.
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L.Sayas P.
Alarma y disparoAlarma y disparo
Disparo• Toda aquella desconexión
causada por la actuación del dispositivo de protección.
Alarma• Detectan la anomalía en su
etapa inicial, sobrecarga, sobretensión, sobretemperatura, etc.
• Dando la oportunidad al operador localizar la anomalía. L.Sayas P.
Esquema de protecciEsquema de proteccióónn
Definición• Arreglo completo de
dispositivos de protección y equipos asociados para lograr una función especifica de protección, en base a un principio de operación y diseñado para un objetivo dado.
L.Sayas P.
ElemetosElemetos de un esquema de de un esquema de protecciproteccióónn
Los principales son:• Relés• Fusibles• Interruptores
termomagneticos• Interruptores o disyuntores• Reconectadores• Seccionadores• Transductores• Sistemas de comunicación• Fuente auxiliar
L.Sayas P.
Zonas de protecciZonas de proteccióónn
• Tramo de una red protegido por un equipo• La zona es determinada en función del equipo• Cada equipo tiene su característica y finalidad especifica
en un SD
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52 R
RECLOSER
RELE DE SOBRE CORRIENTE
FUSIBLE
TC
DISYUNTOR
ZONA DE PROTECCION
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L.Sayas P.
Zonas de protecciZonas de proteccióónn
• Los equipos de protección están expuestos a fallas u omisiones de actuación
• Es necesario prever protección de respaldo, por lo menos para el primer equipo instalado antes, en dirección de la carga, y de esta manera efectuar los ajustes de coordinación entre el protector y el de respaldo considerando los respectivos intervalos de coordinación.
RESPALDO
PROTECCTOR
PROTECCTOR
L.Sayas P.
SensibilidadSensibilidad
• Capacidad del dispositivo para interrumpir la Iccmin en el final del tramo de su zona de protección, y de mantener cerrado para la Imax de carga.
• La sensibilidad esta aliada a un factor de seguridad que dependede: los datos para el calculo de la Icc y de los equipos de protección.
1>• ajuste
ccmin
IkI
Donde:
K = es el actor de seguridad atribuido el (1.5; 2; 3..)
Iccmin = menor valor de cortocircuito en el tramo considerada de la zona de protección.
Iajuste = corriente de disparo del equipo de protección
L.Sayas P.
Sensibilidad de la unidad de faseSensibilidad de la unidad de fase
R
1
2
3
45
1>• φ
φφ
aju
cc
IkI
Donde: • IccFF es el menor valor de la corriente de cortocircuito
fase-fase encontrado en los puntos 1, 2, 3, o 4- • IajF es el valor da corriente de disparo de fase del
reconectador L.Sayas P.
Sensibilidad de la unidad de tierraSensibilidad de la unidad de tierra
R
1
2
3
45
1. >•
neutroaj
tcc
IkI φ
Donde: - IccF es el menor valor de la corriente de cortocircuito
fase-tierra encontrado en los puntos 1, 2, 3 o 4 - IajF es el valor da corriente de disparo de tierra del
reconectador
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L.Sayas P.
SelectividadSelectividad
• Es la condición que se da a dos o más equipos de protección de interrumpir y mantener aislado el menor tramo del sistema, provocado por cualquier tipo de falla (transitoria o permanente) sin interrumpir el suministro de los clientes instalados entre ellos y la fuente.
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A B
C
Icc
RELE
FUSIBLE
T1
T2
T
L.Sayas P.
CoordinaciCoordinacióónn
• Es la condición que se da a dos o más equipos de protección, instalados en serie, para operar en una determinada secuencia de operación previamente definida, en condiciones de falla en el sistema
REGLA ELEMENTAL DE COORDINACION
1. Para fallas permanentes: aislar el menor tramo que esté en falla.2. Para fallas transitorias: eliminar la falla, en cualquier parte del
SD, en el menor tiempo posible y proporcionar un esquema de reconexión para garantizar la continuidad del suministro de energía
L.Sayas P.
CoordinaciCoordinacióónn
R2
A
B
C
Icc
T
R1
D
F2
F3
F1
3(L2)
2(L1)
F3
F1 y F2
1(R2)
2(R1)
L.Sayas P.
CaracteristicaCaracteristica tiempo corrientetiempo corriente
• Representa la respuesta del equipo de protección para cualquier valor de ajuste, en función de la corriente de cortocircuito del sistema.
• Las características Tiempo x Corriente, también llamadas curvas de tiempo, pueden ser presentadas de tres maneras: Tiempo x Corriente, Tiempo x Múltiplo de la corriente de ajuste y Porcentaje de la corriente de ajuste.
I(A)
T(s)
I / Is
T(s)
% I
T(s)
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L.Sayas P.
CoordinogramaCoordinograma
• Gráfico que ilustra la coordinación de los equipos de protección, que puede ser obtenido computacional o manualmente. Es construido a través del uso correcto de las características Tiempo x corriente de los diversos equipos de protección suministradas por los respectivos fabricantes.
• Método de elaboración: punto a punto, plantilla y sobreposición de curvas.• Este último es el mas rápido, eficiente y práctico, pero exige que las
características, Tiempo x Corriente de los equipos utilizados estén en una misma escala
Icc
IccmaxIccmin
IKK,L
F
C
t1
k t1
t2
t3k t3
t4
t
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FALLAS EN FALLAS EN SISTEMAS DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIDISTRIBUCIÓÓNN
Msc.Ing. Leonidas Sayas [email protected]
Celular: 99009096 L.Sayas P.
Contenido Contenido
1.1. Origen de las fallasOrigen de las fallas2.2. Tipos de fallas, Tipos de fallas,
simsiméétricas y asimtricas y asiméétricastricas3.3. TeorTeoríía de componentes a de componentes
simsiméétricastricas4.4. Calculo manual de Calculo manual de IccIcc5.5. Calculo computacional Calculo computacional
de de IccIcc6.6. AplicaciAplicacióónn
L.Sayas P.
Las fallas en un SD tienen los siguientes origenes:•• Condiciones climCondiciones climááticas adversas ticas adversas
• descargas atmosféricas• lluvia • nieve o granizo• hielo excesivo• neblina, viento• calor
•• Medio ambienteMedio ambiente• contaminación• corrosión• choque de materiales arrastrados por el viento.• incendio• caída de los árboles sobre las redes
Origen de las fallas Origen de las fallas
AISLADOR HIBRIDOAISLADOR HIBRIDO
Contaminación industrial compuesta de partículas producto de las actividades industriales que arroja sobre los aisladores
L.Sayas P.
•• Actos de Actos de la naturalezala naturaleza• inundación• movimiento telúrico• terremotos
•• AnimalesAnimales• aves• Roedores
•• TercerosTerceros• actos de vandalismo• choque de vehículos sobre postes• cometas de niños
Origen de las fallas Origen de las fallas
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L.Sayas P.
•• Propias de la redPropias de la red– error de operación– sobrecargas– instalación/construcción deficiente– falsa operación de los sistemas de
protección– equipo/ diseño inadecuado– envejecimiento– mal funcionamiento– mantenimiento defectuoso
•• Defecto de fabricaciDefecto de fabricacióónn
Origen de las fallas Origen de las fallas
L.Sayas P.
Causa De Falla Por Llovizna Causa De Falla Por Llovizna
L.Sayas P.
Descarga A Tierra Descarga A Tierra
L.Sayas P.
Descarga A Tierra Descarga A Tierra
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L.Sayas P.
Descarga A TierraDescarga A Tierra
L.Sayas P.
Descarga Total A Tierra Descarga Total A Tierra
L.Sayas P.
Aisladores Con Botas PolimAisladores Con Botas Polimééricas Y ricas Y Aisladores Extensores Aisladores Extensores
L.Sayas P.
Causa De Falla Por LloviznaCausa De Falla Por Llovizna
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L.Sayas P.
Aisladores Extensores Aisladores Extensores SeccionadorSeccionador
L.Sayas P.
SelecciSeleccióón Del n Del SeccionadorSeccionador De PotenciaDe Potencia
Los Seccionadores de Potencia deben ser diseñados para soportar las corrientes
capacitivas del sistema
L.Sayas P.
Resumen Origen de las fallas Resumen Origen de las fallas
TIPO: CAUSADO POR:TIPO: CAUSADO POR:
Falla en el Errores y defectos de diseño aislamiento inapropiado, contaminacicontaminacióónn.
Origen eléctrico. Sobrecargas atmosféricas, maniobras internas, sobretensiones dinámicas.
Origen Térmico. Sobrecorriente, sobretensión.
Factores Mecánicos. Esfuerzos por sobrecorriente, impactode objetos extraños, rotura por hielo..
L.Sayas P.
ClasificaciClasificacióón de las fallas n de las fallas
•• Por el tiempo de duraciPor el tiempo de duracióónn• Transitorias• Permanentes
•• Por la formaPor la forma• Serie• Shunt
•• Por la Por la simetriasimetria de las ondasde las ondas• Simetricas• Asimetricas
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L.Sayas P.
Fallas serie Fallas serie
• Ruptura física de uno o dos conductores de una línea de transmisión por accidente o una tormenta.
• Debido a corrientes de sobrecarga en una o dos fases, pueden operar los dispositivos de protección.
• Falla en los polos del interruptor al efectuar una operación monofásica.
I=0
L.Sayas P.
Fallas Fallas shuntshunt o paraleloo paralelo
L.Sayas P.
•Trifasica a tierra
•Trifasica sin contacto a tierra
Falla trifFalla trifáásica diagrama vectorialsica diagrama vectorial
abc
L.Sayas P.
falla bifásica sin contacto a tierra
Falla bifFalla bifáásica diagrama vectorialsica diagrama vectorial
abc
6
L.Sayas P.
Falla bifásica con contacto a tierra
abc
Falla bifFalla bifáásica a tierra diagrama sica a tierra diagrama vectorialvectorial
L.Sayas P.
Falla monofasicacon contacto a tierra
abc
Falla monofFalla monofáásica diagrama sica diagrama vectorialvectorial
L.Sayas P.
Sistema con neutro aisladoSistema con neutro aislado
En condición normal
En condición de falla
L.Sayas P.
•• Para SDPara SD– Monofásicas 70 %– Bifásicas 7%– Bifásicas –t 20%– Trifásicas 3%
Total 100%
•• UbicaciUbicacióón de las fallasn de las fallas– Redes 85%– Barras y transformador 15%
EstadEstadíística de fallas stica de fallas shuntshunt
Nota:Nota:• Del total de fallas a tierra
el 60% es transitoria y el 30% permanente (5% caída de línea)
• El sistema de protección debe considerar estos valores
7
L.Sayas P.
• Su valor inicial depende en que parte de la onda de tensión ocurre el cortocircuito y su amortiguamiento es tanto más rápido cuanto mayor sea la relación R/L.
Fallas simFallas siméétricas y asimtricas y asiméétricastricas
La corriente de cortocircuito La corriente de cortocircuito IccIcc
L.Sayas P.
• La Icc tiene dos componentes, una alterna (Ia) y otra continua (Ic).
•• IccIcc==IaIa++IcIc
La corriente de cortocircuitoLa corriente de cortocircuito
L.Sayas P.
• Es el caso más frecuente. La componente AC se mantiene y la DC se amortigua.
• Se aprecia los dos casos extremos.
Simétrico Asimétrico
Fallas simFallas siméétricas y asimtricas y asiméétricastricas
L.Sayas P.
Coeficiente Coeficiente ““KK””
resinterrupto los de cierre dePoder Ip .2.
96899,0022,10301,3
==
⋅+=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⋅−
IaKIp
eK XR
8
L.Sayas P.
Reactancia subtransitoria
Componente unidireccional
Reactancia permanente
Reactancia transitoria
L.Sayas P.
ContribuciContribucióón a la n a la IccIcc
L.Sayas P.
MMéétodostodos• Fallas simétricas; Icc 3f• Fallas asimétricas; Icc1f, Icc2f,
fallas serie
•• Consideraciones para Consideraciones para el calculo el calculo IccmaxIccmax
• Todo los generadores en servicio• Impedancia de falla igual a cero• Debe ser Icc3f y Icc2f• Máxima demanda• Se considera impedancias
subtransitorias
Calculo de la corriente de Calculo de la corriente de cortocircuitocortocircuito
•• Consideraciones para el Consideraciones para el calculo calculo IccminIccmin
• Mínimo numero de generadores en servicio
• Se considera impedancia de falla• Debe ser Icc2f y Icc1f• Mínima demanda• Se considera impedancias transitorias
•• En general en los SDEn general en los SD• Se omiten las corrientes de carga• La tensión prefalla pueden ser iguales
en toda el SD• Se omiten las resistencias ,
capacitancias de carga, y los taps no nominales, ya que la influencia no es significante.
L.Sayas P.
Datos necesariosDatos necesarios• En el punto de entrega se
requiere, Scc, Upf y Angulo• Si no hay Scc, se considera al
transformador de impedancia infinita.
• Se debe conocer las resistencias y reactancias de los conductores.
IccIcc triftrifáásico simsico siméétricotrico
Z(-) ) Z(si solo 3.232
Zs.senXs Zs.cosRs Scc
Upf
.33
.3
2
22
=+=
===
+=
=
∑ ∑
fIccfIcc
Zs
XRUpffIcc
UpfSccIccs
θθ
InUcc
Icct
UccSntScct
.(%)
1(%)
=
=
R1,X1
L1(km)
R2,X2
L2(km)Scc(MVA)Upf(kV)Angulo
SnUcc(%), U1/U2
9
L.Sayas P.
ParParáámetros de lmetros de lííneas y cablesneas y cables
PARAMETROS ELECTRICOS DE LINEAS AEREAS Y CABLES SUBTERRANEOS DE MEDIA TENSION
CABLE SECCION R(ohm/km) X(ohm/km) S(mho) C(microF/km)(16) 1,3258 0,144 5,77E-05(35) 0,6033 0.177 7,13E-05
NKY (70) 0,3122 0,109 8,71E-05(120) 0,1758 0,102 1,01E-04(240) 0,0856 0,096 1,21E-04(25) 0.9290 0,216 5,32E-05 0,1816
N2XSY (120) 0.1960 0,175 0,2789(240) 0.1000 0,1587 0,3145
LINEA SECCION R(ohm/km) X(ohm/km) S(mho) C(microF/km)(33) 0,8398 0,4526661 3,6786E-06(67) 0,5912 0,420495 3,97703E-06
Aluminio (70) 0,5834 0,4176 3,97703E-06(120) 0,3226 0,41262 4,24091E-06(125) 0,2979 0,3925986 4,24091E-06(13) 1,6164 0,4876382 3,40097E-06(16) 1,3488 0,47204 3,4509E-06(21) 1,0168 0,4701502 3,53436E-06
Cobre (33) 0,6398 0,4526661 3,6786E-06(35) 0,6156 0,44237 3,7426E-06(42) 0,5072 0,4439213 3,75526E-06(67) 0,3189 0,4163712 3,98591E-06(70) 0,3147 0,43289 3,99095E-06
L.Sayas P.
AplicaciAplicacióón 1n 1
Si la Scc=108MVA, Upf=10,3 kV y el angulo =-86,9o hallar la Icc3f en la derivación 0434T
L.Sayas P.
SoluciSolucióón Aplicacin Aplicacióón 1n 1
L.Sayas P.
Tarea 1Tarea 1
Si la Scc=108MVA, Upf=10,3 kV y el angulo =-86,9o hallar la Icc3f y Icc2f en la SE 981.
10
L.Sayas P.
• El análisis de un SD balanceado se efectúa utilizando sus equivalentes de monofásicos o unitarios.
• Si el SD es desbalanceado o asimetrico (por fallas) resulta complicado
• En el año 1918, el Doctor Charles F. Fortescue publicósu trabajo "Method of Symmetrical Coordinates Appliedto the Solution of Poliphase Network", con lo cual se inicio los estudios de los sistemas eléctricos en situaciones de fallas asimétricas o desbalanceadas, mediante el METODO DE COMPONENTES SIMETRICAS
TeorTeoríía de componentes a de componentes simsiméétricastricas
L.Sayas P.
(+) (-) (0)
“FortescueFortescue”” Propuso que un sistema trifásico desbalanceadopuede descomponerse en tres sistemas de vectores balanceadosllamados componentes secuencia positiva , negativa y cero.
VRVS
VT
VT1
VR1
VS1
VT0
VT2
VR2
VR0VS2 VS0
Secuencia positivaRST
Secuencia negativaRTS
Secuencia homopolar
TeorTeoríía de componentes sima de componentes siméétricastricas
L.Sayas P.
TeorTeoríía de componentes a de componentes simsiméétricastricas
L.Sayas P.
R1
S1T1
120°
120°
120°
El operador a es un vector de magnitud la unidad y argumento 120°
a =1 120°
se cumple lo siguiente:
S1 = a2 R1
T1 = a R1
Sistema de secuencia positiva.Sistema de secuencia positiva.
11
L.Sayas P.
R2
T2S2
120°
120°
120°
Asimismo se cumple:
S2 = a R2
T2 = a2 R2
Sistema de secuencia negativa.Sistema de secuencia negativa.
L.Sayas P.
Ro So To
3Ro = 3So = 3To
Los tres vectores homopolares o de secuencia cero, son iguales en magnitud, dirección, y sentido.
Sistema de secuencia cero.Sistema de secuencia cero.
L.Sayas P.
• Un sistema eléctrico asimétrico, puede ser descompuesto en tres sistemas de simétricos diferentes e independientes (positiva, negativa y cero).
2121
21
2
2
VaaVVoVTaVVaVoVS
VVVoVR
++=
++=
++=
Valores reales en funciValores reales en funcióón de la n de la secuenciasecuencia
2121
21
2
2
IaaIIoITaIIaIoIS
IIIoIR
++=
++=
++=
L.Sayas P.
• Se demuestra que :
32
31
3
2
2
aITISaIRIr
ITaaISIRIr
ITISIRItoIsoIro
++=
++=
++===
Valores de secuencia en funciValores de secuencia en funcióón n de la realde la real
)(312
)(311
)(31
2
2
aItIsaIrI
ItaaIsIrI
ItIsIrIo
++⎥⎦⎤
⎢⎣⎡=
++⎥⎦⎤
⎢⎣⎡=
++⎥⎦⎤
⎢⎣⎡=
)(312
)(311
)(31
2
2
aVtVsaVrV
VtaaVsVrV
VtVsVrVo
++⎥⎦⎤
⎢⎣⎡=
++⎥⎦⎤
⎢⎣⎡=
++⎥⎦⎤
⎢⎣⎡=
12
L.Sayas P.
ComentarioComentario
• Las componentes de secuencia positiva, están presentes en cualquier condición (balanceada o desbalanceada, simétricos y asimétricos).
• Las componentes de secuencia negativa, por tener secuencia diferente a las positivas, rompen el equilibrio establecido por el sistema positivo.
• En otras palabras, cualquier desequilibrio introduce componentes de secuencia negativa.
L.Sayas P.
• Las componentes homopolares o de secuencia cero, sólo pueden aparecer cuando el sistema trifásico tenga una resultante (IR + IS + IT >0 ).Para que un red trifásica tenga resultante es preciso que dicha red tenga, al menos un punto a tierra.Por ejemplo:Una falla monofásica a tierra.Una falla bifásica a tierra.Las aperturas de fase o las cargas desequilibradas solamente producirán componente homopolar cuando exista un segundo punto de contacto a tierra.
ComentarioComentario
L.Sayas P.
Redes de secuencia +Redes de secuencia +
• Reemplazar las impedancias de secuencia positiva en el sistema eléctrico en estudio, luego determinar el circuito Thévenin equivalente (Red monofásica activa, con impedancias directas) en el punto de falla.
Z1
E Ua1
Ia1
Red de secuencia positiva ( 1 )
+
-
L.Sayas P.
• Reemplazar las impedancias de secuencia negativa y anular las fuentes de tensión existentes. De igual modo se determina la red de secuencia negativa (Red monofásica pasiva, con impedancias inversas) en el punto de falla.
Z2
Ua2
Ia2
Red de secuencianegativa ( 2 )
+
-
Redes de secuencia Redes de secuencia --
13
L.Sayas P.
• Asimismo se determina la red de secuencia cero (Red monofásica pasiva, con impedancias homopolares, reemplazando las impedancias de secuencia cero) en el punto de falla.
Z0
Ua0
Ia0
Red de secuencia cero ( 0 )
+
-
Redes de secuencia 0Redes de secuencia 0
L.Sayas P.
GeneradoresGeneradores
ER
IR1 Z1
UR1
+
-
IR2 Z2
UR2
+
-Red de secuenciapositiva (1) o (+)
Red de secuencianegativa (2) o (-)
L.Sayas P.
ZN
R
XO
XO
XO
3ZN
XO
3ZN
ZN=XT + a2 R
a:1
XO
Redes de secuencia cero según su conexión
GeneradoresGeneradores
L.Sayas P.
TransformadoresTransformadores
Transformador de 3devanados
XT
Transformador de 2devanados
P
T
S
ZP
ZS
ZT
Redes de secuencia positiva y negativa
14
L.Sayas P.
Transformadores de 3 devanadosTransformadores de 3 devanados
2
2
2
PSSTPTT
PTSTPSS
STPTPSP
XXXX
XXXX
XXXX
−+=
−+=
−+=
P S
T
L.Sayas P.
Red de Red de secuencia secuencia cero para los cero para los transformadotransformadores segres segúún su n su conexiconexióón.n.
L.Sayas P.
Red de Red de secuencia cero secuencia cero para los para los transformadores transformadores segsegúún su n su conexiconexióón.n.
L.Sayas P.
Transformador de puesta a tierraTransformador de puesta a tierra((zigzig--zagzag))
XT XT
3R
Red de secuenciapositiva y negativa
Red de secuenciacero
15
L.Sayas P.
FALLAS TRANSVERSALES
Z2
Ia0
FALLA MONOFASICAFALLAS BIFASICA
Z1
Z0
Ia1
Ia2
3Zf
Vth Va1
Va2
Va0
Z2Z1
Ia1
Vth Va1 Va2
Ia2Zf
ZfZZZUthI
30210 +++=
fff ZZZ
UthII++
=−=21
21
Circuitos de secuenciaCircuitos de secuencia
L.Sayas P.
FALLAS TRANSVERSALES
Z2
Ia0
FALLA BIFASICA A TIERRA FALLAS TRIFASICA
Z1
Z0
Ia1 Ia2
3ZfVth Va1
Va0
Z1
Ia1
Vth Va1Va2
Z13Uth 3 =φkI
Circuitos de secuenciaCircuitos de secuencia
L.Sayas P.
ConexiConexióón entre las redes de secuencia correspondiente a n entre las redes de secuencia correspondiente a varios tipos de cortocircuitos en una red varios tipos de cortocircuitos en una red trifasicatrifasica
30 30 30 3030b
c
d
a a
b
c
d
a
b
c
d
(0) (0) (0) (0)
(-) (-) (-) (-)
(+) (+) (+) (+)
Linea a linea(f)
2 lineas atierra
(f)
Trifasico(g)
Trifasico atierra(h)
L.Sayas P.
Tensiones Tensiones homopolareshomopolares
• Para poder efectuar la detección de las tensiones homopolaressimplemente hay que reproducir la ecuación matemática en un circuito eléctrico, tal como se muestra a continuación:
16
L.Sayas P.
Corriente Corriente homopolarhomopolar
• De igual manera, para la detección de la corriente homopolar hay que reproducir la ecuación matemática en un circuito eléctrico.
L.Sayas P.
• Sin embargo debido a que la corriente homopolar es muy pequeña en comparación de la corriente del alimentador y si la detección de la corriente se efectúa a través de la suma de tres transformadores de corriente, es posible que el resultado del filtro homopolar sea una corriente debido a la diferencia de corrientes de excitación que daría como resultado operaciones incorrectas.
Corriente Corriente homopolarhomopolar
L.Sayas P.
R
IR
ISIT
Io = ( IR + IS + IT ) / 3
IR
Ir
Iex
Ir - Iex
Irele = ( Ir - Iexr ) + ( Is - Iexs ) + ( It - Iext )Irele = ( Ir + Is + It ) - ( Iexr + Iexs + Iext )
- si el sistema no tiene falla a tierra
Irele = - ( Iexr + Iexs + Iext )
Relé
luego la corriente en el relé es :
esta corriente puede originar operaciones incorrectas del relé
Corriente Corriente homopolarhomopolar
L.Sayas P.
• Para solucionar este problema debemos efectuar la suma de las tres corrientes dentro de un solo núcleo magnético, lo cual da como resultado una corriente en el secundario del transformador siempre y cuando exista corriente homopolar en el sistema primario. Para poder introducir las tres fases dentro de un núcleo magnético la única forma es que el electroducto sea un cable.
Corriente Corriente homopolarhomopolar
17
L.Sayas P.
IR IS IT
Ir + Is + It
Iex I rele
I rele = ( Ir + Is + It ) - Iex
Para solucionar este inconveniente es preferible sumar lastres corrientes dentro de un solo núcleo magnético
Corriente Corriente homopolarhomopolar
L.Sayas P.
-- Calculo Calculo automaticoautomatico-- Calculo computacionalCalculo computacional--Calculo de fallas en el SINACCalculo de fallas en el SINAC
AplicaciAplicacióónn
1
Equipos asociados Equipos asociados a la proteccia la proteccióónn
1. Transformadores de protección
2. Relés
3. Interruptores
4. Reconectadores
Transformadores Transformadores de de
ProtecciProteccióónn
1. Transformadores de potencial
2. Transformadores de corriente
Transformadores de ProtecciTransformadores de Proteccióónn
Objetivos:Objetivos:•Separar eléctricamente el circuito principal y el circuito de protección y medición.
•Reducir a valores normalizados la tensión y corriente
•Reproducir los efectos transitorios y de régimen permanente en el circuito secundario.
Transformadores de ProtecciTransformadores de Proteccióónn
Los transformadores permiten:Los transformadores permiten:•Aislar eléctricamente a los instrumentos de protección y medición de los equipos de alta tensión o circuito primario.
•Proporcionar la imagen de la magnitud en alta tensión a los equipos de protección.
•Dar seguridad al personal y equipos e instrumentos.
•Permitir la normalización en relés e instrumentos de medición.
2
ClasificaciClasificacióónn
•Transformadores de Tensión Capacitivos(TTC). (> 132kV)
•Transformadores de Tensión Inductivos(TTI).(<= 132kV)
Transformadores de Corriente(TC).
Transformadores de tensión(TT)
TTI
Transformadores de TensiTransformadores de Tensióónn
• Normalmente en sistemas con tensiones nominales superiores a 600V la medición de tensión se hacen a través de transformadores de tensión
El tipo de transformadores de tensión pueden ser:
• Transformadores de tensión Capacitivos (TTC)
• Transformadores de tensión inductivos (TTI)
Transformadores de TensiTransformadores de Tensióónn
Los transformadores de potencial:
• Se basa en la ley de inducción de faraday y lenz
• La tensión secundaria es prácticamente proporcional a la tensión primaria.
• Se diseñan para que trabaje en el codo de saturación y presenten un desfasaje entre el primario y secundario de cero grados.
P1
S1 S2
P2 K L
lk
Esquemas
IEC VDE
Diagramasunifilares
Principio constructivoPrincipio constructivoP1
S1 S2
P2
P1 y P2 Bornes del arrollamiento primario
S1 , S2 y S3 Bornes del arrollamiento secundario
Núcleo
Up
Us Tensión inducida
Us=2,22NsxBxSx10-6 VS3
RelaciRelacióón de transformacin de transformacióónn
Up/Up/UsUs==NpNp//NsNs=K=K
Errores de tensiErrores de tensióónn
E%={(E%={(KUsKUs -- Up)/Up)/Up}x100Up}x100
3
Para una tensión entre 80% y 120% de Un,con una carga comprendida entre 25% y 100%
Clase 0,1 Laboratorio
Clase 0,2 Patrones portátiles,relés digitales
Clase 0,5 Relés ,aparatos de medida
Clase 1,0 Aparatos de cuadro,electromagnéticos
Clase 2,0 Para uso en general
Clase de precisiClase de precisióónn
Según las Normas UNEClase Error de relación(%) Desfase (min)
0,1 +- 0,1 +- 5
0,2 +- 0,2 +- 10
0,5 +- 0,5 +- 20
1,0 +- 1,0 +- 40
3,0 +- 3,0 No especificado
Limites de error de relaciLimites de error de relacióón y del desfasen y del desfase
Tensión nominal de aislamiento Tensión nominal primario
(KV) (V)
0,6 110-220-440
3,6 2200-3300
... ...
72,5 55000-66000
123 110000
Tensiones primarias normalizadas (IEC y UNE)Tensiones primarias normalizadas (IEC y UNE)
Para transformadores monofásicos conexión fase tierra a las tensiones normalizadas debe dividirse entre 1.73
Tensiones primarias normalizadas Tensiones primarias normalizadas
SegSegúún IECn IEC--8686
100,110 y 200 V
SegSegúún ANSIn ANSI :(USA y CANADA)
120 V, para Um ≤ 34,5 kV
115 V, para Um > 34,5 kV
230 V, circuitos largos.
POTENCIA o CAPACIDAD NOMINALPOTENCIA o CAPACIDAD NOMINAL
Según IEC: 10-15-25-30-50-75-100-150-200-300-400-500 VA
Según ANSI: 12,5(W)-25(X)-35(M)-75(Y)-200(Z)-400(ZZ) VA
4
Clase de precisiClase de precisióónn
Clase de precisiClase de precisióón para medicin para medicióón:n:Según IEC: 0,1-0,2-0,5-1,0-3,0
Según ANSI: 0,3-0,6-1,2
Clase de precisiClase de precisióón para proteccin para proteccióón:n:Según IEC: 3P-6P
ClasificaciClasificacióón segn segúún ANSIn ANSI
Grupo 1 Transformadores conexión entre fases
Grupo 2 Transformadores conexión entre fases
o entre fases y tierra
Grupo 3 Transformadores conexión solo entre fases y tierra
Relación de transformación según IEC
10,15,25,30,50,75,100,150,200,300 y 400
Transformador de TensiTransformador de Tensióón Inductivon Inductivo
•TTI fase a tierra para tensiones mayores a 30kV
•TTI fase a fase para tensiones menores a 30kV
R
R
S
T
R
R
S
T
Transformador de TensiTransformador de Tensióón Inductivon Inductivomonofmonofáásico puesto a tierrasico puesto a tierra
depósito de expansión de aceite
borne primario aislador de porcelana
caja de bornessecundario arrollamiento primario
arrollamiento secundarionúcleo de chapa magnética
5
Esquema de conexiEsquema de conexióón TTIn TTI
•H1,H2 lado de alta tensión.
•X,Y lado de baja tensión.
•Se acostumbra varios secundario para protección, medición y otros circuitos
Esquema de conexiEsquema de conexióón TTIn TTI
a) Transformador de aislamiento simple polo
b) Transformador de aislamiento simple polo con taps
Esquema de conexiEsquema de conexióón TTIn TTI
c) Transformador con dos devanados secundarios
d) Transformador con dos devanados secundarios, TAP y un devanado auxiliar que puede ser utilizado como residual.
c) d)
Esquema de conexiEsquema de conexióón TTIn TTI
6
ElecciEleccióón del TTn del TT•Tipo de instalación:Interior o intemperie
•Nivel de aislamiento y frecuencia nominal.
•Relación de transformación: Esta debe ser normalizada
•Clase de precisión:Se elige en base a la utilización que se le da al transformador.
•Número de secundarios: si se desea varios niveles de tensión en el secundario, o si se desea realizar protección y medida .
•Detalles constructivos: Montaje ,conexión entre fases o tierra.
ElecciEleccióón del TTn del TT
TransformadorTransformadorde Corrientede Corriente
A diferencia de los TP los de corriente ya no guardan parecido constructivo con los transformadores de potencia.
Funciones bFunciones báásicas de sicas de un TCun TC
• Reproducir el comportamiento de las señales de corriente en magnitudes reducidas independientemente de la condición de operación.
• Proporcionar aislamiento galvánico entre el sistema eléctrico y los equipos conectados al secundario
• Realizar funciones de protección y/o medición.
7
SSíímbolos y esquemasmbolos y esquemas
S1P1
S2P2
Kk
L l
Esquemas deconexión
Esquemasunifilares
Circuito equivalenteCircuito equivalente
Ip
Is
Zp
Rf jXm Z
Zs
Ie
Ip/RTC
Xm :reactancia equivalente de magnetización del nucleo.Rf :Resistencia equivalentede perdidas del nucleo( parasitas yhisterisis del nucleo
Error de medición de Intensidad e%
Ip/RTC =Ie + Is Is = Ip/RTC - Ie e% = [(RTC Is - Ip)/ Ip]x100
Régimen de cortocircuito: Ie ⇒ 0
Régimen de circuito abierto: Ie ⇒ Is
Características
El TC se diseña para que en condiciones normales de operación la corriente del primario y secundario son prácticamente proporcionales y desfasada un ángulo próximo a cero
Is=Ip/RTC
Detalles constructivos de transformador de corriente
8
Detalles del transformador de corriente
1. Terminal de MT
2. Devanado primario
3. Circuito magnético
4. Devanado secundario
5. Rrelleno epoxi
6. Terminales secundarios
Polaridades en Transformadores
R R
Ip
Is
Ip
Is
Si Ip entra por la marca e Is sale por la marca las corrientes Ip e Is están en fase.
Relación de transformación (RTC)
Si Fmp - Fms =RφNpIp - NsIs =0 (núcleo ideal)
Is = Ip x Np/Ns
Is = Ip/RTC
RTC=Ns/Np=Ip/Is
RELE
TCINT
Icc
carga
Si ;RTC=200/5, Icc=10kA
la Irele=10000/40=250A
Diagrama fasorialDiagrama fasorial
Error de amplitudError de amplitud
9
Corrientes primarias nominales normalizadas
10-12,5-15-20-25-30-40-50-60-75-100-150-200-300-4000 y sus múltiplos que se aplican a la menor intensidad primaria nominal.
Corrientes secundarias normalizadas :5 y 1 ; cuando los TC se conectan en Triángulo los valores son divididos entre 1,73
Potencia nominal normalizada:
2,5 – 5,0 – 10 – 15 – 30 VA
Carga nominal, BURDENCarga nominal, BURDEN
∑ ∑∑
∑
+=
=
+=
QjPS
ZIS
ZSLZ
burden
nnburden
relesCUac
)( 22
2
arg ρ
Ip
Is Zc
Clase de precisiClase de precisióónn
Iex 50%Iex
10% Vs
Vs
LA SATURACIÓN DEL NUCLEO DELTC INFLUYE EN LA PRECISIÓN
La saturación del núcleo influye en la precisión del TC , ya que está diseñado para trabajar permanentemente en el codo de saturación en el cortocircuito
10
Curvas de excitación del TC Clase de precisiClase de precisióónn
A P B
Clase
(%)
Protección
Sobrecorriente admisible para la precisión
Ej.. 5P20 significa 5% de error a 20In
In 20In
Is
Ip
5%
Clase de precisiClase de precisióónn
Clase de precisiClase de precisióón para medicin para medicióón:n:0,1 – 0,2 – 0,5 – 1 – 3 - 5
Clase de precisiClase de precisióón para proteccin para proteccióón:n:5P – 10P - 15P – 20P – 30P
Error: Para protección:
∫ −=T
nP
dtipisKTI 0
2)(1100ε
Donde:Ip = Corriente del primario, is = valor instantáneo del secundario
Ip = valor instantáneo del secundario, T= duración del ciclo.
Diferencia entre T medida y T Diferencia entre T medida y T protecciproteccióónn
20In
Is
Ip
5% TP5P2050VA
2000/5T de
medida
1,2In
La diferencia esta en la magnitud de saturaciLa diferencia esta en la magnitud de saturacióón n y depende de su errory depende de su error
11
Comportamiento ante los cortocircuitos
Corriente de calentamiento: Deben soportar su intensidad de calentamiento nominal sin que la temperatura de los arrollamientos sobrepase el valor admisible, según la clase de aislamiento.
I limite de calentamiento en p.u. de In
UNE/VDE ANSI BS/IEC
1,2 1 1
1,3
1,5
2
Comportamiento ante los cortocircuitos
Al circular la Icc crea problemas térmicos y dinámicos en el transformador:
Corriente térmica(Limite térmico): Es la máxima corriente primaria valor eficaz que puede soportar el TC durante un segundo sin provocar daños debido al calentamiento con el secundario en cortocircuito.
Corriente dinámica: Es el valor pico de la corrienteprimaria, que soporta el TC sin sufrir daño físico debido al esfuerzo electromagnético , estando el secundario en cortocircuito.
Comportamiento ante los cortocircuitos
Ith = Scc/(1,73 Un)
Idin = 2,5 Ith(UNE/IEC)
Idin = 2,83 Ith (ANSI)
Los transformadores de corriente trabajan permanentemente con el secundario en cortocircuito, caso contrario se destruyen.
Transformadores de Medida Transformadores de Medida ÓÓptico Digitalptico Digital
1. Ventajas Técnicas
2. Ventajas económicas
3. Seguridad mejorada
4. Posibilidad de integración con otros equipos.
DOIT
12
Descripción técnica
• Rango de aplicaciones
1. Tensión del sistema 20-765 kV
2. Corriente nominal 50-5000 A
3. Rango de temperatura –50 +50
4. Longitud de cable óptico max 800m
• Performance
1. Exactitud de medición 0,5%
2. Exactitud de protección
DOCT DOVT
5P 3P
Transformador de corriente Transformador de corriente óópticos digitalespticos digitales
Transformador de corriente Transformador de corriente óóptico digitalptico digital RESUMENRESUMEN
• Ventajas técnicas
1. Conversión A/D en la fuente
2. Bajo peso y reducido volumen
3. Inmune a ruidos electromagnéticos
4. Longitud de cable óptico max 800m
• Ventajas económicas
1. Compacta y fácil instalación
2. Bajo costo de transporte
3. Comunicación fibra óptica
• Seguridad
1. Alta resistencia mecánica
2. Mayor seguridad en el caso de fallas
3. Auto supervisión
• Posibilidad de integración
13
Transformador de corriente Transformador de corriente óópticospticos
Relés de Protección para redes de MT
• Los relés empleados en la protección de redes troncales de M.T. de 10 y 22.9 kV, son :– Directo (HB) ó– Indirecto(única
función y multifunción).
Clasificación de los relés por su tecnología• Electromecánicos (Por ejemplo los relés
directos HB).• De estado sólido
– Analógicos– De electrónica convencional– Multifunción (DPU, DFP300).
Relés Electromecánicos
1. Tecnología establecida
2. Amplia experiencia
3. Solo tienen una sola función de protección
4. No tienen auto chequeo
5. Ocupan bastante espacio
6. Requieren permanente mantenimiento
7. La información de su operación es discreta(indicador mecánico o luminoso)
Sistema de alarmas y registrosconvencionales.
El campo magnético de la bobina y la espira de sombra producen un par de giro en el
disco,proporcional a la corriente o tensión aplicada a la bobina
Por lo que se obtiene un tiempo de actuación inversamente proporcional a la corriente o tensión,en efecto a mayor corriente en la
bobina,mayor será el torque y por lo tanto mas rapido la rotación del disco.
RELE DE DISCO DE INDUCCIÓNPRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE RELE DE SOBRECORRIENTE
Relé de disco de inducción
Característica tiempo corriente de un disco de inducción típico en función del multiplicador de
ajustes de la clavija TM=Multiplicador de tiempo
I/Is
Relés Electrónicos Analógicos1. Mayor velocidad de respuesta que
los electromecánicos
2. Flexibilidad a las características de operación
3. Insensibles a alas vibraciones
4. Soporta mayor numero de operaciones que los Relés electromecánicos
5. Fiabilidad depende de un elevado numero de componentes
6. Rapida obsolescencia por desarrollo tecnológico
7. La información de su operación es discreta(indicador mecánico o luminoso), auto chequeo es limitado.
Relés Digitales Multifunción
FUNCIONAMIENTO A BASE DE MICROPROCESADORES
VARIOS TIPOS DE PROTECCIONES EN UN SOLO DISPOSITIVO, BAJO COSTO
FUNCIONES DIFERENTES A LA PROTECCION: INDICADORES, REGISTRADOR DE EVENTOS, LOCALIZADOR DE FALLAS,
OSCILOGRAFIA, SUPERVISION DE INTERRUPTORES, ETC.
GRAN CAPACIDAD DE AUTOCHEQUEO PERMANENTE
EXPLOTACION DE LA INFORMACION EN FORMA LOCAL CON EL MMI O EN FORMA REMOTA
MEDIANTE UNA PC
LA INTERFAZ CON EL USUARIO ES DIFERENTE
ENTRE LOS FABRICANTES, FALTA ESTANDARIZAR EL
PROTOCOLO DE COMUNICACIONES
SISTEMAS DE PROTECCION DIGITALES
etc.
Trip
MUX
1 DiffGen on2 Current on3 BinInp 2 off
COMI>U<Z<
etc.
MMI
Analog todigital
conversion
Numericalsignal
processing
Binary signal
processingB/O
A/I
B/I
A/DS
H
DSPCOM
SCS/SMS
SISTEMAS DE PROTECCION DIGITALES
O∼∼∼ MUXA/I B/
∼∼∼
Binaryoutput
isolation
Algorithm and Logicprocessor
DigitalfilterAmplifier
Low passfilterShunt
Analoginput
isolation
47230
0 ms 0 ms 3 ms 5 ms 12 ms 21 ms 25 ms
Z<I >I
etc
CAP316
etc
9
A/DSH
Temporizaciones típicas de disparos
Relé Digital Combinado De Sobre corriente Y De Falla A Tierra Para Protección De Redes
Relé Multifunción para alimentadores:
1. Detección de fallas de alta impedancia, capaz de distinguir entre un conductor caído y una falla de con formación de arco
2. 50/51N, 67P(dir de corriente), 67N, 81, 27, 59, 46(secuencia negativa), 79(Recierre)
3. Localización de fallas
4. Característica de carga adaptiva
Evolución de los Relés
Antes1. Un relé por equipo
2. Un relé por función
3. Mas lentos
4. Sin comunicación
5. Mucho espacio
6. Requiere mantenimiento
7. Ajuste físico
Ahora1. Se colocan sensores o
transductores y hay un reléprincipal que actúa sobre todo los interruptores
2. Los Relés protegen, miden, actúan, se auto ajustan, informan y se comunican.
3. Menor tiempo
4. Menor espacio
Evolución de los Relés
Protección adaptiva de Sobrecorriente de tiempo inverso
1)( −=
n
IaIr
KT⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢
⎣
⎡
∆+−
−=
−
− T
IIrK
IaIrKn
n
an
nn
1)(1)((
1
1
Ia y K permanecen constantes, independiente de los cambios del sistema
Kn curva de tiempo vigente Para el relevador adaptivo, conociendo los parámetros de ajuste de n-1(Ian-1 y Kn-1) y la curva es T=F(I)
RELÉS DIRECTOS
• Se emplean para la protección contra cortocircuitos en redes de distribución de Media Tensión
• Son montados directamente delante del interruptor.
• Su característica de operación es de tiempo definido
• Cuenta con dos unidades de disparo.
Unidades de Disparo
• Unidad temporizadaAjuste Corriente (Is):
1,2 - 2 IN
Ajuste de tiempo:0 - 3 seg. ó 0 - 6 seg.
• Unidad instantáneaAjuste corriente (Iinst):3 - 6 IN ó 6 - 12 IN
(puede ser bloqueada).Tiempo: 100 mseg
Unidad temporizada (51)
Unidad instantánea (50)
t (s)
I (A)
0,1
0,6
Is I inst
CARACTERISTICA DE OPERACIÓN
RELÉS DIRECTOS
• El ajuste de los relés HB es en función de la capacidad térmica del cable.
• El intervalo de coordinación entre dos relés contiguos, es de 0,4 segundos, en el se toman en cuenta, el tiempo de operación del interruptor y los errores de tiempo y corriente de los relés.
Cables de M.T. para 8,7/10kV
NKY → Curva de calentamiento de 80°.
N2YSY → Curva de calentamiento de 90°.
RELÉS INDIRECTOS
CBTC
50 / 51
Relé desobrecorriente
indirecto
Alimentador
10 kV
• Se les denomina relés de sobrecorriente indirectos, porque la corriente a controlar no pasa directamente por el relé, ésta señal es reducida por el transformador de corriente y entregada al relé en los bornes del secundario.
• La corriente nominal en el secundario de los transformadores es 5A o 1A.
RELÉS INDIRECTOS
ReléI>
I >>50 / 51
• Los transformadores de corriente son conectados en estrella, con el neutro puesto a tierra.
• Para detectar cortocircuitos trifásicos o entre fases, de un sistema aislado se requieren como mínimo dos relés.
Tipos de relés indirectos
Unidad temporizada (51)
Unidad instantánea (50)
t (s)
I (A)
0,05
t >
I > I >>
CARACTERISTICA DE OPERACIÓNDEFINIDA
Unidad temporizada (51)
Unidad instantánea (50)
t (s)
( I / Is )
0,05
2 8
CARACTERISTICA DE OPERACIÓNINVERSA
TMS = 0,4
Los relés de sobrecorriente indirectos, pueden ser del tipo tiempo definido o del tipo inverso.
Relés de tiempo definido
• Este tipo de relé, para todo valor de sobre intensidad superior al valor de calibración operarásiempre en el mismo tiempo.
• Si no incluye retardo en la actuación, se trata de un relé de característica instantánea (50).
• Si se incluye retardo, es de característica temporizada (51).
I >
I >>
t >
t >>
t
I
• El relé de tiempo independiente (también llamado de tiempo definido), está compuesto de dos elementos :Un elemento de control de corriente, del tipo todo o nada, que a su vez excita al elemento de temporización, el que se encuentra ajustado a un valor determinado que puede ser nulo.
Relés de tiempo definido
• Se aplican en mayoría a los alimentadores radiales.
• Principalmente en sistemas en los que no varían muchos niveles de falla de un punto a otro, donde no se puede aprovechar la ventaja del relé de tiempo inverso.
Aplicación de relés de tiempo definido Ventaja de los relés de tiempo definido
• Facilita el cumplimiento de los criterios de selectividad.El tiempo de operación es más preciso ya que es independiente, lo cual permite una graduación más precisa de los tiempos entre los interruptores sucesivos.
Unidad temporizada (51)
Unidad instantánea (50)
t (s)
I (A)
0,1
0,6
Is I inst
CARACTERISTICA DE OPERACIÓN
Selectividad entre los relés
Para asegurar la selectividad bajo cualquier circunstancia en unalimentador radial, se aumenta el tiempo de operación a partir del extremo alejado del circuito protegido hasta la fuente de generación. A B C
1.3 s 0.8 s 0.3 s
1.3 s
0.8 s
0.3 s
Distancia
t
Desventajas de los relés de tiempo definido
• Al aumentar el número de relés conectados en serie, aumenta hacia la fuente el tiempo de operación. En consecuencia, las fallas más severas, se aíslan en mayores tiempos.
• Por lo tanto se debe tener especial cuidado en que los tiempos de operación de la protección no sean demasiados prolongados.
Relés de tiempo inverso
• En los relés de característica inversa, se cumple que a mayor sobreintensidad, menor es el tiempo de operación.
• Se emplea en la protección de líneas de transporte, alimentadores, máquinas AC, transformadores y en muchas aplicaciones donde se requiera la característica inversa.I / IS
t
83
t1
t2
Regulación de Corriente y tiempos
• El ajuste de la corriente de operación del relé, se efectúa con los tap´s de ajuste de corriente (Is). A menor ajuste, mayor es la sensibilidad del relé y viceversa.
• El retardo en tiempo la operación se efectúa con el dial de tiempos (TMS)
TMS = 1TMS = 0.9
I / Is
t
Características Inversas
• La regulación de tiempos se puede obtener de diferentes maneras.– Se selecciona para una aplicación
concreta de acuerdo con los tiempos de operación de otros dispositivos de protección, para lograr una correcta coordinación, con un tiempo mínimo de eliminación de falta.
• Entre las características normalizadas tenemos NI, MI, y EI.
N.I.M.I.
E.I.
I/Is
t
Relés de tiempo normalmente inverso (N.I.)
• Se aplican generalmente cuando el valor de la corriente de cortocircuito depende grandemente de la capacidad de generación del sistema en el momento de la falta. Aplicable a sistemas de generación. Es decir cuando a lo largo de la línea existen grandes variaciones de la corriente de falla (cortocircuito).
Cuando ZS << ZL ,
ZS = impedancia de la fuente. ZL = impedancia de la línea hasta el punto de falla
• Su principal ventaja es la de tener menores tiempos de operación a altas potencias de cortocircuito.
• Se caracteriza por tener una curva más inversa que la anterior, lento para valores bajos de sobrecorriente y rápido para valores altos de sobrecorriente.
• Se aplican preferentemente en sistemas donde el valor de la intensidad de cortocircuito circulando a través de cualquier relé depende mayormente de la posición relativa de donde se halla instalado el relé a la falta y en poca cuantía de la capacidad de generación del sistema, ya que se supone se alimenta de una red muy grande.
Relés de tiempo muy inverso (M.I.)
• Dicho en otras palabras, es conveniente en sistemas de gran capacidad de generación donde el nivel de cortocircuito depende prácticamente de la impedancia donde ocurre el cortocircuito ( la corriente de falla se reduce notablemente a medida que aumenta la distancia a la fuente).
Relés de tiempo muy inverso
• Son adecuados para aplicaciones tales como alimentadores de sistemas de distribución de las empresas eléctricas, donde se tenga una temporización suficiente para permitir la reenergización del circuito sin que haya disparos innecesarios en el período inicial de avalancha (picos de corriente por conexión de bombas, molinos, calentadores, etc.) y al mismo tiempo coordine bien con los fusibles de alto poder de ruptura.
Relés de tiempo extremadamente inverso (E.I.)
• También se les emplea para actuar con componentes de secuencia negativa, en la protección de grandes generadores.
Ajuste de I22.t = 7 → 70
• Permite ajustes más precisos para evitar sacar de servicio al generador.
Relés de tiempo extremadamente inverso
Ecuación
• El tiempo de operación y la sobrecorriente están relacionados por una ecuación, que define la curva de operación característica del relé:
donde :t = tiempo de operación (s)k = ajuste del multiplicador de tiempos (TMS)I = corriente por el relé (A)Is = corriente de ajuste o calibración de corriente (A)
1 - IsI
*k αβ
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡
=t
Constantes α y β
• Las constantes α y β determinan el grado de característica inversa del relé y para los tres primeros esquemas estándar las constantes son :
Característica α β
Normalmente inversa 0.02 0.14
Muy inversa 1.00 13.50
Extremadamente inversa 2.00 80.00
Curvas De Ajuste De Tiempos
Ecuación de la curva de sobre intensidad con retardo de tiempo
Constantes Para las Características de sobre intensidad con retardo de tiempo
Relés de Sobrecorriente
• Los relés de sobre intensidad son los más utilizados en subestaciones y en instalaciones eléctricas industriales.
• Suelen tener disparo instantáneo y disparo temporizado.
• Estos relés se calibran para que operen con señales de corriente por encima del valor máximo de la In del circuito protegido.
Curvas de operación
Operación a tiempo definido o fijo.
Operación a tiempo inverso: I, VI, EI
500
100
t (ms)
I (A)5 InIn
t=constante 1000
100
400
t (ms)
I (A)5 InIn
t = M . K .(I/Io)a -1
Coordinación de la protecciónt (ms)
I (A)
Intervalode tiempo
C1
51
C2
51
C3
20 MVA115/13.8 kV
1000/5 A
500/5 A I max. de falla
Ifalla=2000 A
Curvas detiempo inverso
Relé multifunción DFP300Generalidades
• El relé multifunción DFP300 GE es un equipo electrónico, con Sistema Digital Multifunción de Protección, Control, Medición, Monitoreo y Registro, diseñado especialmente para alimentadores en sistema con neutro aislado.
• La interfase de comunicación es a través de una computadora personal, con la que se puede acceder al relé. Adicionalmente tiene un teclado Display pequeño, enchufable.
• Tiene un panel de señalización con LEDs en la parte frontal del relé para facilitar la interpretación de la actuación del relé.
Generalidades• La tensión que requiere el relé es fase-tierra, por lo que solo se
necesita que los transformadores de tensión tengan un solo devanado en el secundario (10000: 3 / 110: 3 y mediante cálculos internos se determina la tensión homopolar del sistema.
• La corriente que toma también es fase a tierra. La corriente homopolar necesita un transformador toroidal que abrace a las tres fases, para que tenga mayor precisión.
Funciones principales de protección
Las principales funciones son:• Función sensitiva a tierra (67 N).• Detección de Falla de Alta Impedancia.• Protección contra Sobrecorrientes de fases (2 unidades
instantáneas y una unidad temporizada).• Función de sobrecorriente de Secuencia negativa (46).• Función de sobre/sub Tensión.• Función Alta/Baja Frecuencia.• Función de Sobretensión Homopolar.
Función 67 NU
• Es una función direccional diseñado para sistemas aislados.
• 67NUH.- Es una unidad, propuesto para ser usado ante una falla a tierra temporal (descarga en los aisladores, ´árboles que tocan una fase, etc.), permite poner un tiempo mayor que el disparo.
• 67NUL.- Es una unidad, propuesto para ser usado para detectar fallas a tierras permanentes (caída de un conductor a tierra), permite poner tiempos rápidos de disparo.
Detección de Fallas de Alta Impedancia.
• Una falla de Alta Impedancia (Hi-Z) se caracteriza por por tener una impedancia suficientemente alta que no es detectada por la protección convencional de sobrecorriente.
• Esta función detecta fallas de formación de arcos (eventos previos a una descarga en aisladores) y realiza un análisis de conductor roto.
Función de sobrecorriente de fases
• Para la protección contra fallas de cortocircuito trifásico y/o bifásico.– 2 unidades instantáneas.- permite poner tiempos rápidos
ajustables en milisegundos.– 1 unidad temporizada.- proporciona 5 curvas predefinidas:
inversa, BS142 inversa, muy inversa, extremadamente inversa y tiempo definido.
Función sobrecorriente de secuencia negativa
• Para protecciones ante fallas de cuello o una fase abierta, sin que estos hagan contacto a tierra o hagan cortocircuito.
• Tienen 1 unidad instantánea y una unidad temporizada, con las mismas opciones descritas en la función anterior.
Otras funciones.
• Función Sobre / Sub Tensión.- Para proteger contra la elevación o la caída de tensión del tramo protegido, normalmente esta función se activa como señalización.
• Función Alta/Baja Frecuencia.- Para proteger contra la elevación o disminución de la frecuencia del sistema, normalmente ésta función se activa como señalización.
• Función Sobretensión Homopolar.- usado en la deteccción de falla a tierra en sistemas aislados, pero por la falla a tierra en sistemas aislados, pero por falta de selectividad es solo propuesto para ser usado como alarma o como respaldo de la función 67NU.
Relé multifunción DPU-2000R
Aplicación
• La unidad de protección DPU2000 basada en microprocesadores, está diseñada para ser aplicada sobre sistemas de distribución de energía eléctrica.
• Existen modelos para ser usados con transformadores de corriente cuya corriente nominal del secundario es de 5A y 1A; utiliza transformadores de tensión de 69V, 120V o 208V.
Funciones de ProtecciónLa unidad aprovecha la potencia del microprocesador y los algoritmos avanzados, para proporcionar en una única unidad integrada, las siguientes funciones de protección y monitoreo:
• Protección de sobrecorriente trifásica (instantánea y retardada): 51P, 50P-1, 50P-2, 50P-3.
• Protección de sobrecorriente a tierra (instantánea y retardada): 51N, 50N-1, 50N-2, 50N-3.
• Protección de sobrecorriente de secuencia negativa: 46• Protección de sobrecorriente direccional de fase y tierra: 67P / 67N.• Recierre multidisparo: 79M.• Segregación de carga y restauración por frecuencia: 81 (2 escalones).• Control /alarma por subtensión, Alarma por sobretensión: 27/59.
• Distancia al lugar de la falla en millas.• Detección de falla de interruptor ajustable entre 5 y 60 ciclos.• Resumen de fallas y registro detallado de fallas: últimos 32 disparos.• Contadores: Disparos por sobrecorriente, operaciones de interruptor y
recierres.• El modo TEST permite la verificación de las funciones de sobrecorriente y
secuencia de recierre, sin simular la operación del interruptor.• Los reles extraíbles de montaje horizontal o vertical DPU2000, están provistos
de cortocircuitado automático de los transformadores de corriente, y desconexión secuenciada.
Otras funciones de Protección • Incluye 9 curvas de características de sobrecorriente con retardo, que incluyen
las extremadamente inversa, muy inversa, inversa, inversa de tiempo corto, tiempo definido, extremadamente inverso de tiempo prolongado, y curva de reconectador.
• Incluye 5 curvas características instantáneas (50P/N-1); que incluyen la instantánea standard, inversa instantánea, tiempo definido, inversa de tiempo corto, y extremadamente inversa de tiempo corto.
• Esquemas de relevos adaptativos preprogramados, incluyendo la coordinación de secuencia de zona, detección de toma en frío de carga y bloqueo automático de la función de recierre cuando se cierra manualmente sobre una falla.
Otras funciones de Protección
• Interfase Hombre-máquina montada sobre el frente del relé, que proporciona indicación continua y en tiempo real de la magnitud de las corrientes y tensiones.
• Puerta de comunicaciones frontales y posteriores, permiten la adquisición de datos local o remota, la verificación y edición de los ajustes de la protección.
• Existen 3 curvas programables por el usuario opcionales, y capacidad de memorización de datos oscilográficos (últimos 8 eventos).
Otras funciones de Protección Funciones de medición• Medición de: corrientes, tensiones, potencias activas y reactivas, Wh, Kvarh,
factor de potencia y frecuencia.• Corriente, potencia activa y reactiva en la demanda pico con indicación de la
hora de ocurrencia.• Autoverificación continua de las tensiones de alimentación, elementos de
memoria, y procesador digital de señales.• La característica opcional de perfil de craga registra tensión por fase, potencia
activa y reactiva durante 40 días con intervalos de 15 minutos.
PRUEBA DE RELÉS
• Los probadores de relés generan una corriente superior al valor calibrado por el relé, para verificar su correcta actuación tanto en corriente como en tiempo.
• Para la prueba de relés de sobrecorriente direccional se inyecta señal también tensión, con el desfasajeapropiado.
EJEMPLO DE APLICACIÓN
• En el esquema apreciamos, la prueba de un relé de sobrecorriente
Probador de Relés
Relé
stop
circuito de
corriente
contactos de disparo del relé
Pruebas y Mantenimiento
• Concepto de pruebas• Intervalos entre pruebas• Clases de prueba
– Aceptación– Instalación– Mantenimiento– Reparación
• Accesorios para la prueba• Circuitos de prueba
Maleta de Prueba
• Es una “caja” que genera tensiones y corrientes ajustables de forma continua e independiente en su amplitud, fase y frecuencia.
• Todas las salidas son a prueba de sobrecarga y cortocircuito, y están protegidas contra transitorios externos y sobre temperatura.
• Todos los circuitos están separados galvánicamente entre sí.
Maleta Omicron CMC-256
• Equipo de prueba portátil• Capacidad
– 4 tensiones (0-300V)– 6 corrientes (0-12.5A)
• Suministro de c.c. independiente (0..264V, 50W)• Capacidad de probar relés de protección,
contadores de energía y transductores.
Software Test Universe
• El software se compone de módulos o paquetes individuales.
• Cada módulo está orientado a un tipo de pruebas.
• Le permite automatizar las pruebas.• Crear procedimientos de prueba para
pruebas parecidas.• Personalizar el informe de las pruebas.
Prueba en 3 pasos: O-H-M1: Objeto (Datos Relé)
Paso 2: Hardware (Maleta)
Paso 3: Módulo (Cond. Iniciales)
1
L.Sayas P.
InterruptoresInterruptores
1. Tecnologia de los interruptores
2. Carcateristicas de operación
3. Selección
4. Aplicación
L.Sayas P.
Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento
• Dispositivo de apertura o cierre mecánico capaz de soportar tanto corriente de operación normal como altas corrientes durante un tiempo específico debido a fallas en el sistema.
• Apertura en forma manual óautomática por medio de relés
L.Sayas P.
• Los relés ejercen acciones de mando sobre el interruptor; Ordenando a abrir mediante señales que pueden ser en forma ,eléctrica, mecánica, hidráulica o neumática.
RELE
TCINT
L.Sayas P.
Mecanismo De Almacenamiento De Mecanismo De Almacenamiento De EnergEnergííaa
• Los interruptores tienen un mecanismo de almacenamiento de energía que le permite cerrar hasta cinco veces antes que la energía sea interrumpida totalmente este mecanismo puede ser:
• Neumatico(aire comprimido)• Hidráulico(nitrógeno comprimido)• Neumático-hidráulico(combinación)• Mecanismos de resorte.
2
L.Sayas P.
Medio De InterrupciMedio De Interrupcióón Del Arcon Del Arco
La interrupción del arco puede ser por medio de:
• Aceite• Vacío• Hexafloruro de azufre(sf6)• Soplo de aire • Soplo de aire-magnético.
L.Sayas P.
Tipo de interruptores y tensiones Tipo de interruptores y tensiones nominalesnominales
L.Sayas P.
EJECUCION FIJA EJECUCION EXTRAIBLE
CARACTERISTICAS:Elevado poder de interrupcióny de cierre.Efectúa ciclos de recierre rápido.Reducido; desgaste de contactosy consumo de aceite.
Maniobra y protección de:Líneas y redes eléctricas de distribución con tensiones de servicio hasta13.8kV.Utilizados en Transformadores,generadores y grandesmotores.Baterías de condensadores
LSP
Disyuntor tripolar pequeño volumen de aceite
L.Sayas P. LSP
3
L.Sayas P. LSP L.Sayas P.
DISYUNTOR TRIPOLAR PEQUEÑO VOLUMEN DE ACEITEPRINCIPIO DE INTERRUPCIÓN
LSP
L.Sayas P.
DISYUNTOR TRIPOLAR PEQUEÑO VOLUMEN DE ACEITE
MANDOS Y ACCIONAMIENTOS
LSP L.Sayas P.
Pruebas:Pruebas:
PRUEBAS DE CORTOCIRCUITOPRUEBAS DE CALENTAMIENTOPRUEBAS DE DURACIÓN MECANICAPRUEBA DE AISLAMIENTO A FRECUENCIAINDUSTRIAL Y DE IMPULSO
LSP
Accesorios normalesAccesorios normales• Tipo demando: AE, AEM
• Tapon de llenado de aceite y salida de gases
• Indicador de nivel de aceite
• Agujero para la conexión a tierra de la base
• Tapon para la descarga de aceite
• Mnaivela retirable para la carga de los resortes
4
L.Sayas P.
CELDA DE MT
CON SECCIONADOR
LSP L.Sayas P.
INTERRUPTOREN VACIO
Rangos de U yI:12kV,4kA,50kA17,5kV,4kA,40kA24kV,2kA,25kA*Apertura cargas:Resistivas,InductivasCapacitivas.*Bajo mantenimiento*Especialmente paraclimas extremas.*Diseño según normaDIN VDE 0670 y IECpub 56
L.Sayas P.
INTERRUPTOR EN VACIOINTERRUPTOR EN VACIO
Partes contructivas para:12kV,1250A,21.5kA
1 Conexión superior2 Interrupción al vacío3 Conexión inferior4 Contacto de rodillo
(contacto giratorio para 630A5 Resorte de Presión de contacto6 Barra de unión de aislamiento7 Resorte de apertura8 Palanca de cambio9 Mecanismo de operación de
resorte con carcasa
L.Sayas P.
INTERRUPTOR EN SF6 INTERIORINTERRUPTOR EN SF6 INTERIOR
Vn=12 -36kVIn=630 -3600AIcn=12.5 - 40kV
5
L.Sayas P.
INTERRUPTOR EN SF6 PARA EXTERIOR
Vn=12 -36kVIn=800 -2500AIcn=25 -40kA
L.Sayas P.
Partes de un PoloPartes de un Polo
L.Sayas P.
SALA DE MANIOBRAS
L.Sayas P.
Interruptores de potencia que no estanespecificados para autorrcierre:
Apertura-t´-Cierre Apertura-t´-Cierre AperturaO-t-CO-t-CO y O-t-COEjemplo: O-15-CO
Interruptores de potencia con autorrecierre:Apertura-T(0)-Cierre Apertura
O-T-CO
Donde T: es el tiempo muerto del CB en ciclos o en segundos (Casi instantaneo un ciclo)
Ciclo de operaciCiclo de operacióónn
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L.Sayas P.
Cerrado y AperturaCerrado y Apertura
L.Sayas P.
1. Tensión nominal: Normalizados 7.2 , 14.4 , 23 , 34.5 kV ejemplo para un sistema de 10kV se elige Un=14.4 kV
2. Tensión maxima: es el valor maximo de tensión al cual el interruptor puede trabajar: 8.25 , 15.5 , 25.8 y 38 kV, por ejemplo para un sistema de 10 kV un interruptor de Un=14.4 kV un interruptor de 15.5 kV puede instalarse siempre que se asegure que la tensión maxima no sera superior a 15.5 kV.
3. La corriente nominal de operación continua: es la que puede soportar el equipo sin exceder la elevación de temperatura permisible. Los volres para distribución son:800, 1200, 2000 y 3000 amperios.
4. La corriente nominal de cortocircuito : es el máximo valor de corriente(rms) simétrica que el interruptor puede abrir sin dañarse. Para distribución con In de 1200 A al ciclo CO-15-CO, lo que significa que puede cerrar con una falla simetrica de 20 kA, abrir, permanecer abierto durante 15 segundos, cerrar nuevamente y volver a abrir sin dañarse.
Especificaciones de los interruptoresEspecificaciones de los interruptores
L.Sayas P.
5. Capaciodad de cierre: corriente pico Icierre=kIccsim, K=1,6 para distribución en todo caso depende de la relación R/X en el lugar de instalación del CB.
6. Tiempo de operación:7. Máxima capacidad en MVA: puede ser simetrica y asimetrica
Aplicación.
Especificaciones de los interruptoresEspecificaciones de los interruptores
L.Sayas P.
RecloserRecloserReconectadorReconectador
ReligadorReligador
1. Caracteristicas
2. Funcionamiento
3. Especificaciones
7
L.Sayas P.
• Aparato eléctrico diseñado con suficiente inteligencia para detectar condiciones de cortocircuito o de sobrecarga, interrumpir el circuito, recerrar y si la falla es permanente, abrir el circuito hasta que el reconectador se cierre manualmente.
DefinicionesDefiniciones
L.Sayas P.
• Por lo general, las fallas en los SD tienden a ser temporales. Con la operación del reconectador la falla temporal puede ser interrumpida antes de que se convierta en una falla permanente.
• El Reconectador coordina con fusibles cercanos al lugar de falla y dejarlos operar primero si la falla es permanente. De esta manera permite que se restablezca el servicio al resto del sistema.
• Deben ubicarse en los principales circuitos de salida.
ReconectadorReconectador
L.Sayas P.
ClasificaciClasificacióónn• Monofásico• Trifásico• Hidráulico• Electrónicos• Microprocesadores
ClasificaciClasificacióón y Seleccin y Seleccióónn
SelecciSeleccióónn• Tensión• Máxima corriente de cortocircuito• Mínima Icc dentro de la zona que
protege el reconectador• Máxima corriente de carga• Coordinación con otros aparatos• Operación monofásica o trifásica L.Sayas P.
Gabinete de control y Gabinete de control y comunicacicomunicacióón montaje n montaje en posteen poste
OperaciOperacióónn
OperaciOperacióón:n:• Disparos• 2 rápidos- 2 lentos• 1 rápidos –3 lentos• 3 rápidos- 1 lento• 0 rápidos- 4 lentos
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L.Sayas P.
Secuencia de OperaciSecuencia de Operacióónn
1er CONTEO 2do CONTEO 3er CONTEO
2s 2s 10s
INICIO DE LAFALLA
CORRIENTEDE
CARGA(CONTACTOSCERRADOS)
CORRIENTEDE FALLA
TTA
INTERVALOS DE RECIERRE(CONTACTOS ABIERTOS)
TIEMPO
TTA=TIEMPO TOTAL ACUMULADO
SALIDA FINALDEL RESTAURADOR(CONTACTOSABIERTOS)
OPERACIONES LENTAS(CONTACTOS CERRADOS)
OPERACIONES RAPIDAS(CONTACTOS CERRADOS)
L.Sayas P.
• Es el tiempo que se programa para rearmar el reconectador después de un cierre adecuado. En los hidráulicos es fijo. Los que tienen módulos electrónicos el reset es ajustable. El reset puede estar basado en el recierre final. En La primera operación permite que el reconectador se arme rápidamente, especialmente cuando el área de servicio esta en una región de tormentas. La segunda opción es mas segura ya que si la falla fuese transitoria, el reconectador operaria hasta llegar a su condición de cierre.
El reset del El reset del ReconectadorReconectador
L.Sayas P.
SeccionadoresSeccionadores
1. Caracteristicas
2. Funcionamiento
3. EspecificacionesL.Sayas P.
• Se utilizan para aislar la sección del circuito donde se encuentran la falla.
• Se aplican convenientemente en conjunto con los Reconectadores o interruptores
• Interrumpen fallas y su operación esta programada a abrir la sección cuando el circuito no esta energizado.
• Estos abren el circuito cuando el numero de interrupciones es igual al predeterminado.
• Si la falla es temporal y se extingue y el conteo no iguala al predeterminado el seccionador no cuenta.
• La ventaja es que aísla solo la sección de falla y disminuye el tiempo de búsqueda.
CaracterCaracteríísticassticas
9
L.Sayas P.
• Existen Seccionadores hidráulicos y eléctricos• Los hidráulicos tienen un sensor en serie con los
contactos principales, cuando la corriente desaparece, el conteo es uno. Si el numero de conteo es igual al predeterminado, el mecanismo continua y abre el seccionador. Este tipo de seccionador se cierra manualmente.
ClasificaciClasificacióónn
L.Sayas P.
• Los Seccionadores electrónicos o numéricos tienen mas flexibilidad en los ajuste.
• Llevan TC que proveen de información al elemento electrónico, el cual cuenta las interrupciones de corriente y da orden de apertura.
• Los electrónicos también pueden programarse para que se comporten como eléctrico.
CaracterCaracteríísticassticas
L.Sayas P.
• Tensión del sistema• Máxima corriente de
carga• Máxima corriente de
cortocircuito• coordinación con
equipos de protección• También pueden
operar en monofásico y en trifásico.
SelecciSeleccióónn
L.Sayas P.
• Reconectador monofásico• Tensión máxima 24kV • Corriente nominal 400A • Poder de cierre sobre falla (Vef) 6kA • Poder de cierre sobre falla (pico)
15kA • Capacidad de interrupción de falla
6kA • Nivel de aislamiento 125kV BIL • Ensayado para cumplir con ANSI
C37.60
EspecificaciEspecificacióónn
10
L.Sayas P.
PRUEBA DE INTERRUPTORES
1
ProtecciProteccióón de n de redesredes
L.Sayas P.
Contenido Contenido
1.1. FilosofFilosofíía de proteccia de proteccióónn2.2. ConfiguraciConfiguracióón de SDn de SD3.3. ProtecciProteccióón tn tíípicaspicas4.4. AplicacionesAplicaciones
L.Sayas P.
FilosofFilosofíía de proteccia de proteccióón n
Las fallas que se presentan en un Las fallas que se presentan en un SD se manifiestan: contacto de SD se manifiestan: contacto de ramas de ramas de áárboles, descargas rboles, descargas elelééctricas, vandalismo, ctricas, vandalismo, animales en contacto, ruptura animales en contacto, ruptura de cables, objetos en equipos de cables, objetos en equipos y en la ly en la líínea.nea.
L.Sayas P.
FilosofFilosofíía de proteccia de proteccióón n
Las fallas Pueden ser de dos orLas fallas Pueden ser de dos oríígenes:genes:•• Fallas de origen transitoria: Aquella que se Fallas de origen transitoria: Aquella que se
autoextingueautoextingue o se extingue con la actuacio se extingue con la actuacióón de la n de la protecciproteccióón sucedida de una reconexin sucedida de una reconexióón con n con suceso, no habiendo assuceso, no habiendo asíí la necesidad de reparos la necesidad de reparos inmediatos en el sistema, estas fallas son las mas inmediatos en el sistema, estas fallas son las mas frecuentesfrecuentes
•• Fallas de origen permanente: Aquellas que Fallas de origen permanente: Aquellas que provoca interrupciones prolongadas y exige provoca interrupciones prolongadas y exige reparos inmediatos para la normalizacireparos inmediatos para la normalizacióón del n del servicio.servicio.
2
L.Sayas P.
FilosofFilosofíía de proteccia de proteccióón n
Por lo tanto los equipos de protecciPor lo tanto los equipos de proteccióón deben ser n deben ser dimensionados de modo que protejan el sistema dimensionados de modo que protejan el sistema en condiciones de fallas y tambien condiciones de fallas y tambiéén promuevan la n promuevan la continuidad y calidad del suministro.continuidad y calidad del suministro.
Las filosofLas filosofíías aplicables son:as aplicables son:•• Sistema selectivoSistema selectivo•• Sistema coordinadoSistema coordinado•• Sistema combinadoSistema combinado
L.Sayas P.
Sistema Selectivo Sistema Selectivo
•• Esta filosofEsta filosofíía es ta es tíípico en SD con proteccipico en SD con proteccióón de n de RelReléés de sobre corriente o con s de sobre corriente o con ReconectadoresReconectadoresoperando con las curvas instantoperando con las curvas instantááneas neas bloqueadas.bloqueadas.
•• Las interrupciones son en general en larga Las interrupciones son en general en larga duraciduracióónn
•• Clientes reclaman demoraClientes reclaman demora•• Requiere mayor numero de personalRequiere mayor numero de personal•• Mayor costo de operaciMayor costo de operacióónn
L.Sayas P.
Sistema CoordinadoSistema Coordinado
•• Esta filosofEsta filosofíía promueve la continuidad del servicioa promueve la continuidad del servicio•• Los reclamos se debe a la cantidad de Los reclamos se debe a la cantidad de
interrupciones de corta duraciinterrupciones de corta duracióón y esto depende d n y esto depende d las ajustes de los equipos de proteccilas ajustes de los equipos de proteccióónn
•• Requiere menor numero de personalRequiere menor numero de personal•• Menor costo de operaciMenor costo de operacióónn•• Requiere Requiere ReconectadoresReconectadores en lugares estraten lugares estratéégicos gicos
como circuitos principalescomo circuitos principales
L.Sayas P.
Sistema CombinadoSistema Combinado
•• En circuitos menos importantes la interrupciEn circuitos menos importantes la interrupcióón n serseráá de mayor tiempo que en circuitos de mayor de mayor tiempo que en circuitos de mayor importancia.importancia.
•• Se aplica filosofSe aplica filosofíía selectiva y coordinadaa selectiva y coordinada•• Hay necesidad de dimensionar y capacitar al Hay necesidad de dimensionar y capacitar al
personalpersonal•• Costo de operaciCosto de operacióón segn segúún la calidad del servicio n la calidad del servicio
exigidoexigido•• La principal caracterLa principal caracteríística es promover mayor stica es promover mayor
continuidad del servicio principalmente s los continuidad del servicio principalmente s los clientes especialesclientes especiales
3
L.Sayas P.
Sistema CombinadoSistema Combinado
51
52 R
RECLOSER
RELE DE SOBRE CORRIENTE
FUSIBLE
TC
DISYUNTOR
ZONA DE PROTECCION
L.Sayas P.
Sistema CombinadoSistema Combinado
R2
A
B
C
Icc
T
R1
D
F2
F3
F1
3(L2)
2(L1)
F3
F1 y F2
1(R2)
2(R1)
L.Sayas P.
ProtecciProteccióón bn báásicasica
ProtecciProteccióón primarian primaria• Pueden ser protegidos en forma primaria por
fusibles, Relés primarios HB o HT e interruptores termo magnéticos.
ProtecciProteccióón secundarian secundaria• Se protegen con Relés de sobre corriente, sobre
tensión, de secuencia negativa y Relés de protección de fallas a tierra o SEF
L.Sayas P.
Tipos de Sistemas de distribuciTipos de Sistemas de distribucióónn
• Existen básicamente dos tipos de sistemas de distribución, sistemas con neutro aislado y sistemas con neutro puesto a tierra, sin embargo existen sistemas intermedios, por ejemplo un sistema puesto a tierra a través de una resistencia.
4
L.Sayas P.
Sistemas con neutro aisladoSistemas con neutro aislado• A continuación mostramos un sistema
con neutro aislado en la que se indican los fasores de tensión antes y después de una falla a tierra, en esta se puede observar el corrimiento del neutro ante la falla a tierra, característica importante de este tipo de fallas que permite la generación de tensiones homopolaresque polarizan los relés direccionales.
L.Sayas P.
Y D
60 kV
10 kV
G
sin falla con falla
Vr
VsVt
Vr
VsVt
A1A2
An
Sistemas con neutro aislado
L.Sayas P.
Sistemas con neutro aislado
Xo/X1≥3
L.Sayas P.
Sistemas con Neutro Puesto a Tierra
• El sistema mostrado es con neutro puesto a tierra. Ante una falla a tierra, el neutro prácticamente no se desplaza, lo cual no permite la generación de tensiones homopolares o resultan muy pequeñas, lo que impediría el uso de relés direccionales.
5
L.Sayas P.
Sistemas con Neutro Puesto a Tierra
DY
60 kV
10 kV
G
sin falla con falla
Vr
VsVt
Vr
VsVt
A1A2
An
Xo/X1≤3
L.Sayas P.
Análisis teórico de las fallas a tierra
L.Sayas P.
Sistemas con Neutro Aislado
• En el gráfico de a continuación mostramos el comportamiento de las corrientes homopolares en un sistema de distribución con neutro aislado ante una falla a tierra. Como se puede apreciar, en el alimentador con la falla a tierra existe una corriente desde la barra de la S.E. hacia la falla.
L.Sayas P.
Sistemas con Neutro Aislado sin falla a tierra
RST
ALIM. 2
RST
ALIM. 1Ur
UsUt
La Suma Corriente Capacitiva = Cero
Sistema NeutroAislado
6
L.Sayas P.
Y D
60 kV
10 kV
G
A1A2
Anfalla a tierra
Co
Co
Co
Co
I>o
Sistemas con Neutro Aislado ante una falla a tierra
L.Sayas P.
• Debido a que la conexión en delta del transformador de potencia aísla al transformador del sistema de distribución, de acuerdo a la teoría de las componentes simétricas, según la ley de Kirchhoff esta corriente tiene que regresar a la barra a través de los otros alimentadores y de sus capacidades homopolares teniendo una dirección contraria; es decir, ante un falla a tierra de un alimentador, en todos los alimentadores de la S.E. circulan corrientes homopolares siendo la dirección de la corriente homopolar en el alimentador con falla en un sentido y en sentido contrario en todos los otros alimentadores.
Sistemas con Neutro Aislado
L.Sayas P.
Camino de retorno de la corriente de falla
RF
I FT
C01
C02
C03Ra=28700xL/Ia1,4
L.Sayas P.
7
L.Sayas P.
If = 8,095 A I = 6,633 A I = 1,461 A
I = 0,268 A
I = 0,132 A I = 1,020 A I = 0,292 A I = 0,677 A
I = 1,798 A I = 2,446 A I = 0,952 A I = 0,965 A
If = 7,96122 A
SED 03
A SAB 4291 A SAB 4292
AL - 03ALIM - 02AL - 01
SED 01
SED 02
SED 03
SED 04
A SAB 4523 A SAB 4830 A SAB 4524
A SAB 3775 A SAB 3785
A SAB 3772 A SAB 4405
A SAB 4259 A SAB 4826
A SAB 1759 A SAB 2643 A SAB 3782 A SAB 3518
I = 0,972 A
I = 1,518 A
I = 0,382 A I = 1,454 A I = 3,075 A
I = 1,497 AI = 0,671 A I = 0,269 A
I = 0,570 A I = 0,570 A
I = 6,442 A
If = 8,917 AI = 4,524 A
I = 0,183 A I = 1,226 AI = 0,658 AI = 0,649 A
I = 1,668 A
I = 0,090 A I = 0,696 A I = 0,199 A I = 0,461 A
I = 4,393 A
I = 0,260 A I = 0,992 AI = 0,663A
I = 2,097A
I = 1,021 A
I = 0,458 A I = 0,184 A
I = 0,389 A I = 0,332 A
If = 25,765 A(Rf = 0) I = 2,590 A I = 5,475 A I = 1,731 A
I = 1,196 A I = 2,66 A I = 0,480 A
I = 1,015 A I = 0,867 A
I = 0,496 A I = 3,326 A
I = 12,271 A
I = 1,761 A I = 1,786 A
I = 4,525 A
I = 0,244 A I = 1,886 A I = 0,541 A I = 1,252 A
I = 2,704 A
I = 15,968 A
If = 8,095 AIf = 8,095 A I = 6,633 A I = 1,461 A
I = 0,268 A
I = 0,132 A I = 1,020 A I = 0,292 A I = 0,677 A
I = 1,798 A I = 2,446 A I = 0,952 A I = 0,965 A
I = 6,633 A I = 1,461 A
I = 0,268 AI = 0,268 A
I = 0,132 AI = 0,132 A I = 1,020 AI = 1,020 A I = 0,292 AI = 0,292 A I = 0,677 AI = 0,677 A
I = 1,798 AI = 1,798 A I = 2,446 AI = 2,446 A I = 0,952 AI = 0,952 A I = 0,965 AI = 0,965 A
If = 7,96122 AIf = 7,96122 A
SED 03
A SAB 4291 A SAB 4292
AL - 03ALIM - 02AL - 01
SED 01
SED 02
SED 03
SED 04
A SAB 4523 A SAB 4830 A SAB 4524
A SAB 3775 A SAB 3785
A SAB 3772 A SAB 4405
A SAB 4259 A SAB 4826
A SAB 1759 A SAB 2643 A SAB 3782 A SAB 3518
SED 03
A SAB 4291 A SAB 4292
SED 03SED 03
A SAB 4291 A SAB 4292
AL - 03ALIM - 02AL - 01
SED 01
SED 02
SED 03
SED 04
A SAB 4523 A SAB 4830 A SAB 4524
A SAB 3775 A SAB 3785
A SAB 3772 A SAB 4405
A SAB 4259 A SAB 4826
A SAB 1759 A SAB 2643 A SAB 3782 A SAB 3518
AL - 03ALIM - 02AL - 01
SED 01
SED 02
SED 03
SED 04
A SAB 4523 A SAB 4830 A SAB 4524
A SAB 3775 A SAB 3785
A SAB 3772 A SAB 4405
A SAB 4259 A SAB 4826
A SAB 1759 A SAB 2643 A SAB 3782 A SAB 3518
ALIM - 02AL - 01
SED 01
SED 02
SED 03
SED 04
A SAB 4523 A SAB 4830 A SAB 4524
A SAB 3775 A SAB 3785
A SAB 3772 A SAB 4405
A SAB 4259 A SAB 4826
A SAB 1759 A SAB 2643 A SAB 3782 A SAB 3518
I = 0,972 A
I = 1,518 A
I = 0,382 A I = 1,454 A I = 3,075 A
I = 1,497 AI = 0,671 A I = 0,269 A
I = 0,570 A I = 0,570 A
I = 6,442 A
I = 0,972 AI = 0,972 A
I = 1,518 A
I = 0,382 A I = 1,454 A I = 3,075 A
I = 1,497 AI = 0,671 A I = 0,269 A
I = 0,570 A I = 0,570 A
I = 6,442 AI = 1,518 A
I = 0,382 A I = 1,454 A I = 3,075 A
I = 1,497 AI = 0,671 A I = 0,269 A
I = 0,570 A I = 0,570 A
I = 6,442 AI = 1,518 A
I = 0,382 AI = 0,382 A I = 1,454 AI = 1,454 A I = 3,075 AI = 3,075 A
I = 1,497 AI = 1,497 AI = 0,671 AI = 0,671 A I = 0,269 AI = 0,269 A
I = 0,570 AI = 0,570 A I = 0,570 AI = 0,570 A
I = 6,442 AI = 6,442 A
If = 8,917 AIf = 8,917 AI = 4,524 A
I = 0,183 A I = 1,226 AI = 0,658 AI = 0,649 A
I = 1,668 A
I = 0,090 A I = 0,696 A I = 0,199 A I = 0,461 A
I = 4,393 A
I = 0,260 A I = 0,992 AI = 0,663A
I = 2,097A
I = 1,021 A
I = 0,458 A I = 0,184 A
I = 0,389 A I = 0,332 A
I = 4,524 AI = 4,524 A
I = 0,183 AI = 0,183 A I = 1,226 AI = 1,226 AI = 0,658 AI = 0,658 AI = 0,649 AI = 0,649 A
I = 1,668 AI = 1,668 A
I = 0,090 AI = 0,090 A I = 0,696 AI = 0,696 A I = 0,199 AI = 0,199 A I = 0,461 AI = 0,461 A
I = 4,393 AI = 4,393 A
I = 0,260 AI = 0,260 A I = 0,992 AI = 0,992 AI = 0,663AI = 0,663A
I = 2,097AI = 2,097A
I = 1,021 AI = 1,021 A
I = 0,458 AI = 0,458 A I = 0,184 AI = 0,184 A
I = 0,389 AI = 0,389 A I = 0,332 AI = 0,332 A
If = 25,765 A(Rf = 0)
If = 25,765 A(Rf = 0) I = 2,590 A I = 5,475 A I = 1,731 A
I = 1,196 A I = 2,66 A I = 0,480 A
I = 1,015 A I = 0,867 A
I = 0,496 A I = 3,326 A
I = 12,271 A
I = 1,761 A I = 1,786 A
I = 4,525 A
I = 0,244 A I = 1,886 A I = 0,541 A I = 1,252 A
I = 2,704 A
I = 15,968 A
I = 2,590 AI = 2,590 A I = 5,475 AI = 5,475 A I = 1,731 AI = 1,731 A
I = 1,196 AI = 1,196 A I = 2,66 AI = 2,66 A I = 0,480 AI = 0,480 A
I = 1,015 AI = 1,015 A I = 0,867 AI = 0,867 A
I = 0,496 AI = 0,496 A I = 3,326 AI = 3,326 A
I = 12,271 AI = 12,271 A
I = 1,761 AI = 1,761 A I = 1,786 AI = 1,786 A
I = 4,525 AI = 4,525 A
I = 0,244 AI = 0,244 A I = 1,886 AI = 1,886 A I = 0,541 AI = 0,541 A I = 1,252 AI = 1,252 A
I = 2,704 A
I = 15,968 A
ContribuciContribucióón de corrientes ante falla n de corrientes ante falla monofasicamonofasica
L.Sayas P.
OscilogramaOscilograma corrientes ante falla corrientes ante falla monofasicamonofasica
TENSION FASE A TIERRA 10 TENSION FASE A TIERRA 10 kVkV
CORRIENTE DE LINEACORRIENTE DE LINEA
L.Sayas P.
Fallas evolutivasFallas evolutivas
L.Sayas P.
Doble falla a tierraDoble falla a tierra
8
L.Sayas P.
OSCILOGRAFIA DOBLE FALLA A TIERRAOSCILOGRAFIA DOBLE FALLA A TIERRA
Ten
sion
es fa
se a
tierr
aC
orri
ente
s en
barr
as d
e la
SE
T
CondicionesNormales
Condiciones deFalla a Tierra
Condiciones de Doble Falla aTierra
L.Sayas P.
• Por consiguiente, con la finalidad que la detección de la falla sea selectiva, se hace necesario la implementación de relés direccionales de sobrecorrientehomopolar en cada alimentador, en caso de utilizar relés no direccionales, todos los relés operarían.
DetecciDeteccióón de parn de paráámetrosmetros
L.Sayas P.
Io >
3 Uo
3 Io
Io
Uo
condiciónde
operación
Tensiones y corrientesTensiones y corrientes
L.Sayas P.
DetecciDeteccióón de n de UoUo homopolareshomopolares
9
L.Sayas P.
DetecciDeteccióón de n de IIoo homopolareshomopolares
L.Sayas P.
DetecciDeteccióón de n de IIoo homopolareshomopolares
L.Sayas P.
En los gráficos de a continuación mostramos un croquis dimensional de un transformador decorriente toroidalseccionable y su montaje :
L.Sayas P.
CT0 C0 C0´
Z1
Z23 Rfalla
Io
Vo
Ef
SET
• El circuito equivalente para el análisis de este tipo de fallas seráefectuado de acuerdo a la teoría de las componentes simétricas y se muestra.
CCáálculo de la fallalculo de la falla
10
L.Sayas P.
CT0 = capacidad total homopolar de los alimentadoresno involucrados en la falla
C0 y C0´ = capacidad homoplar a ambos extremos del puntode falla en el alimentador fallado
Z1 y Z2 = impedancia de secuencia positiva y negativadel sistema
R falla = resistencia de falla a tierra
CCáálculo de la fallalculo de la falla
L.Sayas P.
• Debido a que generalmente las reactancias homopolares son mucho mayores que las reactancias de secuencia positiva y negativa del sistema, podemos aproximar el circuito anterior.
( )
( )( )
0
00
20
20
00000
000
000
222
13
donderesalimentadovariosS.E.conunaEn
:homopolar
1)3(
T
T
T
T
T
To
wCIV
wCRf
EfI
IICCC
CCC
CII
esreledelcorrienteLa
oCCoCwRf
EfIo
′=
+=′
≈′+′⟩⟩
′++=′
′+++
=
KKK
CCáálculo de la fallalculo de la falla
L.Sayas P.
Transformadores de Tensión
Sean las tensiones nominales del sistema y del relé las siguientes :Tensión nominal del sistema = 10 kVTensión nominal del Relé = 110 VLuego la relación de transformación de cada unidad monofásica deberá ser la siguiente considerando que necesitamos un arrollamiento para lasmediciones del sistema y otro para la detección de la tensión homopolar.
SELECCION DE LOS EQUIPOS DE PROTECCION EN
SISTEMAS AISLADOS
L.Sayas P.
Transformadores de corrienteLa selección de la relación de transformación del transformador de corriente toroidal seccionable se realiza considerando una resistencia de falla de cero ohmios ( R falla = 0 ohm ), con la finalidad de obtener la mayor corriente posible, luego aplicando las ecuaciones anteriores llegamos a lo siguiente :
SELECCION DE LOS EQUIPOS DE PROTECCION EN
SISTEMAS AISLADOS
11
L.Sayas P.
Angulo Característico del Relé
L.Sayas P.
Sensibilidad MSensibilidad MááximaximaLa selección de la sensibilidad máxima del relé se efectúa considerando por ejemplo que la máxima resistencia de falla que se pretende detectar es de 2000 ohm. Luego se tiene lo siguiente :Rmax de falla = 2000 ohmRelación de trafo corriente = 200
L.Sayas P.
Para la calibración de la protección direccional de sobrecorriente homopolar, simplemente se procede a aplicar las ecuaciones vertidas, por ejemplo, si tenemos un sistema de distribución de 10 kV cuya reactancia homopolar total es de 400 ohm y se desea calcular los ajustes para una falla a tierra de 500 ohm, siendo la relación de transformación de 200/1 A, se obtiene losiguiente :
CRITERIOS DE CALIBRACION
L.Sayas P.
CRITERIOS DE CALIBRACION
12
L.Sayas P.
CRITERIOS DE CALIBRACION
Alimentador CV 01 CV 02 CV 03 CV 04 CV 05 CV 06 CV 07
R falla (Ohm) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A)
0 64 70 75 70 79 79 70
50 56 60 63 60 65 65 60
100 43 45 46 45 47 47 45
200 26 27 27 27 27 27 27
300 18 19 19 19 19 19 19
400 14 14 14 14 14 14 14
500 11 11 11 11 11 11 11
L.Sayas P.
CRITERIOS DE CALIBRACION
Alimentador CV 01 CV 02 CV 03 CV 04 CV 05 CV 06 CV 07
R falla (Ohm) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A)
600 10 10 10 10 10 10 10
700 8 8 8 8 8 8 8
800 7 7 7 7 7 7 7
900 6 6 6 6 6 6 6
1000 6 6 6 6 6 6 6
1500 4 4 4 4 4 4 4
2000 3 3 3 3 3 3 3
2500 2 2 2 2 2 2 2
3000 2 2 2 2 2 2 2
4000 1 1 1 1 1 1 1
5000 1 1 1 1 1 1 1
L.Sayas P.
CONSIDERACIONES PARA LA INSTALACION DEEQUIPOS EN CELDAS DE 10 KV
Transformadores de corriente
L.Sayas P.
CONSIDERACIONES PARA LA INSTALACION DEEQUIPOS EN CELDAS DE 10 KV
Transformadores de corriente
13
L.Sayas P.
Botella terminal
Transformadores de corriente
L.Sayas P.
Sistemas con neutro puesto a tierraSistemas con neutro puesto a tierra
• El comportamiento de las corrientes homopolares en un sistema puesto a tierra se muestra a continuación.
60 kV
10 kV
G
A1
A2
An
falla a tierra
Co
Co
Co
Co
DY
3IoXo
L.Sayas P.
• Se puede observar que debido al hecho de que el neutro del transformador de potencia esté puesto a tierra y que su reactancia homopolar sea mucho menor que la reactancia capacitiva homopolarde los alimentadores, al existir una falla a tierra, prácticamente toda la corriente homopolar retorna a la barra a través del neutro del transformador de potencia, existiendo corriente solo en el alimentador fallado y no en los otros alimentadores.
Sistemas con neutro puesto a Sistemas con neutro puesto a tierratierra
L.Sayas P.
• es por esto que no se justifica la instalación de relés direccionales, en este caso es suficiente la instalación de relés no direccionales sensitivos de corriente homopolar.
• Adicionalmente, en caso de utilizarse relés direccionales estos no operarían debido a que las tensiones homopolares generadas serían muy pequeñas, debajo del 1%, los relés direccionales necesitan de 3 a 5 % de tensión para poder polarizarse.
Sistemas con neutro puesto a Sistemas con neutro puesto a tierratierra
14
L.Sayas P.
CCáálculo de la fallalculo de la falla
CT0
C0 C0´
Z1
Z23 Rfalla
Io
Vo
Ef
SET
Xo
CT0 = capacidad total homopolarde los alimentadores
no involucrados en la falla
X0 = reactancia homoplar del trafode potencia
generalmente Xo << Xct0
L.Sayas P.
luego podemos simplificar el circuito como sigue:
3 Rfalla
Io
Vo
Ef
SETRele
Z1
Z2
Xo
CCáálculo de la fallalculo de la falla
L.Sayas P.
( )
( ) ( )
IoIrele
XoIoV
ZRfEfI
XoZZtegeneralmen
XoZZRfEfIo
3
.
133
21
tierraafalladearesistenciRftrafodelhomopolarreactanciaXo
negativasecuenciadeimpedanciaZ2positivasecuenciadeimpedanciaZ1
21)3(
0
220
22
=
=
+=
≈=
==
==
+++=
CCáálculo de la fallalculo de la falla
L.Sayas P.
1
InterruptoresTermomagneticos
* CARACTERISTICAS* SELECCIÓN* AJUSTES
• Los ITM (automáticos), se caracterizan por:• Desconectar o conectar un circuito eléctrico
en condiciones normales de operación, sobrecarga o cortocircuito.
• Poseer un elevado número de maniobras, lo que le permite ser utilizado nuevamente después del “despeje” de una falla, a diferencia del fusible, que sólo sirve una vez.
• Su accionamiento frente a una falla se debe a dos tipos de elementos:
INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS
ESQUEMA DEL ELEMENTO TERMICO
METAL 1
METAL 2
BIMETAL FRIO BIMETAL CALIENTE
• El bimetal es una pieza formada por dos trozos de distinto metal, los que se dilatan en forma diferente. Al estar unidos, como uno de los metales se alarga en menor proporción que el otro, la pieza se curva.
• La curvatura que se origina en el bimetal es regulada para que sea proporcional a la corriente que circula a través del circuito.
EL BIMETAL
2
(continuación)
Cuando la corriente supera el valor permitido, la curvatura llega a un punto que hace actuar un mecanismo de desenganche, liberando el disparo (desconexión) del interruptor, y eliminando la sobrecarga.
(continuación)
La protección térmica actúa para sobrecargas, ya que el calentamiento del bimetal es equivalente al calentamiento de los conductores del circuito. Entonces, la protección no es instantánea, y se define como de tiempo retardado
CURVA DE LA PROTECCION TERMICA
ZONA1
ZONA2
TIEMPO
INTENSIDAD DECORRIENTE
0 IN
• Formada por una bobina, y en serie con el circuito a proteger.
• Cuando la corriente alcanza un valor muy grande, el magnetismo generado atrae un contacto móvil que activa la desconexión del interruptor instantáneamente.
EL ELEMENTO MAGNETICO
3
Esquema del elemento magnético
BOBINA
CONTACTO FIJO
TRINQUETE
CONTACTO MOVIL
CURVA TIPICA DEL ELEMENTO MAGNETICO
TIEMPO
INTENSIDAD DECORRIENTE
Imag
CURVA DE OPERACIÓN
ZONA DE AJUSTE TÉRMICO
ZONA DE AJUSTE MAGNÉTICO
CURVA DE OPERACIÓN
ZONA DE AJUSTE TÉRMICO
ZONA DE AJUSTE MAGNÉTICO
4
Características técnicas y deconstrucción
Clasificación de los interruptores en B.T.
Los interruptores en B.T. pueden ser clasificadosde acuerdo a los siguientes aspectos:• tipo de instalación • grado de protección proveniente del tablero• tipo de mecanismo de operación para accionarlo• tipo de mantenimiento• etc...
Los más importantes aspectos son:• aspectos constructivos• aspectos funcionales
Características técnicas y deconstrucción
Aspectos constructivos
Interruptores en caja moldeada
Interruptores abiertos
Aspectos constructivosInterruptores en caja moldeada
• Características básicas:Soporte de estructura hecha de materialaislanteCaja hecha de material termoplástico(resinas de poliester + fibra de vidrio)Material resistente a altas temperaturas (140°C)Encapsulado resistente a altas presiones (17bar)
Aspectos constructivos
• Características básicas:Soporte de estructura hecha dechapa de aceroSoporte de los polos moldeado en material aislante (resinas de poliester+ fibra de vidrio)Capacidad de mantener corrientesiguales a la capacidad interruptiva hasta1 segundo y disparar con retardos detiempoFacilidad de inspección y mantenimiento
Interruptores abiertos
5
tecnologtecnologíía a MultiMulti 99
Bobina Bobina
Bimetal Bimetal (sobrecargas)(sobrecargas)
Lamina para Lamina para «« by passby pass »»del arcodel arco
CCáámara de mara de extinciextincióón del n del arcoarco
Características técnicas de un interruptorTermo magnético
(según IEC 942-2)Icu:es la Icc que un interruptor puede cortar Icu(aparato)=Icc(de la red).
Ics: es la que garantiza que un interruptor,luego de aperturas sucesivas mantienesus característicasprincipales.
Selectividad de coordinación• SOBRECARGAS:
Utilizar las curvas de zonas de funcionamiento de los diferentes aparatos de protección. Sobre un mismo ábaco, las zonas de funcionamiento no deben cortarse.
• CORTOCIRCUITOS:Utilizar las tablas de esfuerzos térmicos. En el esfuerzo térmico total del sistema de protección, el de más abajo debe ser inferior al esfuerzo térmico del pre-arco de las protecciones de más arriba.
Ejemplo de aplicación practica :Seleccionar fusible en MT e interruptores termomagnéticos en BT
I0
I1
I2 I3
320 kVA Ucc =4%
10 kV
0.44 kV
150kVA 100kVA
6
Ejemplo de aplicación practica :Seleccionar fusible en MT e interruptores termomagnéticos en BT
I0
I1
I2 I3
200 kVA Ucc =5%
10 kV
0.23 kV
100kVA 75kVA
Solución:Corriente nominal del fusible primario
In=320/1.73*10=18.5A Ion=1.5*18.5=28A,Io(norm)=40A
Características red BTVn=0.44kV ,f=60HZ,temp ambiente=35ºc
Elección del Interruptor termomagnético en BT Icc=Snt/1.73*Vn*Ucc aplicando Icc=320/1.73*.44*:004 =10.5kACálculo de las In de los InterruptoresIn1=320/1.73*0.44=420A de la misma forma In2=197A, In3=131A Elección del interruptor TM de la tabla del fabricante tipo COMPAC-NS
INT 1: NS 630 tipo NIn =630AUn=690VIcu(kA)=42kA ef (poder de corte último)Ics(kA)=100% Icu(poder de corte de servicio)Categoría de uso A:
A apertura instantáneaB apertura temporizadapolos 4(hilos)
N: estándar ; H:alto poder de ruptura; L :muy alto poder de ruptura.Dependiendo del tipo de TM se procede al ajuste térmico y magnético respectivo.
SELECCIÓN DEL INTERRUPTOR TM CALIBRACIÓN TERMICA Y MAGNETICA
I (kA)
Is
Ilim
In antes delcortocircuito
Icc vista por el TM
tiempo de ruptura
7
CURVA TÍPICA
DISPARO TERMICO
DISPARO MAGNETICO
T(S)
I/InIr Im Icu
Ir =CORRIENTE TÉRMICA REGULABLE 0,8 a 1xInIm =CORRIENTE MAGNÉTICA REGULABLE:Im = 5 a 10xIn UNIDAD DE PROTECCIÓN MAGNÉTICAIm = 1,5 a 10xIr UNIDAD DE PROTEC. ELECTRONICA
RANGOS DE AJUSTE
Io Ir Im
xIn x250
1
0,8
0,63
0,5 1 0,8
0,9
10
9
6
5
87
Ir Im
TEST
SEÑALIZACIÓN
SEÑALIZACIÓN: 95% Ir (ENCENDIDO) 105% Ir (TITILANTE)
x250
EJEMPLOS DE AJUSTEINTERRUPTOR 1: 630A, si elegímos unidad electrónica de disparo ejemplo: STR23SE
REGULACIÓN TÉRMICA (Ir)
Io baseIc aIn
AA
( )argint
,= = =420630
0 67
por lo tanto Ir se regula Para0,67 ó más Io se calibra enIo = 0,8
Ino =0,8 x 630 = 504
Ino =504
Cálculo de Ir tomando como base Ino: IrIc a
Ino= = = ≈
arg, ,
420504
0 83 0 85
REGULACION MAGNETICA (Im):
En la unidad de proteción electrónica se elige: de 1,5 a 10xIr y en función a la corriente de cortocircuito en el punto de instalación del Interruptor Termomagnético.
Para el interruptor Nº1:si Icc=2,1kA ,para Ir=428,4 la calibración magnética será: 5Imag=5x428,4=2142A lo que significa que para Icc >2142ADISPARA POR CORTOCIRCUITO
Tomando este valor obtenemos la protecciónde tiempo largo: Ir=0,85xIno=0,85x504=428,4A (muy prox. a 420A)
Ir = 428,4 A Cálibración Ir =0.85
8
INTERRUPTOR Nº 2TIPO : NS250,UNIDAD DE DISPARO TERMOMAGNETICA : TMD250 In Carga : 197AIn interruptor : 250A.
REGULACIÓN TÉRMICACALIBRACIÓN: 0,8
IrII
CARGA
N INT= = =
, .,
197250
0 788
POR LO TANTO: Ir = 0,8xIn =0,8x250=200A Ir=200A
REGULACIÓN MAGNÉTICAPara Icc=1250A, In=250
CALIBRACIÓN = 1250/250 = 5 Imag=1250A
INTERRUPTOR Nº 3TIPO : NS160UNIDAD DE DISPARO TERMOMAGNETICA : TMD160 In Carga : 131AIn interruptor : 160A.
REGULACIÓN TÉRMICACALIBRACIÓN: 0,8
IrII
CARGA
N INT= = =
, .,
131160
0 81
POR LO TANTO: Ir = 0,8xIn =0,8x160=128A Ir=128A
REGULACIÓN MAGNÉTICAPara Icc=800A, In=160A
CALIBRACIÓN = 800/160 = 5 Imag=800A
1
ProtecciProteccióón de n de alimestadoresalimestadoresCon fusiblesCon fusibles
L.Sayas P.
IntroducciIntroduccióón n
•• En el En el seccionamientoseccionamiento de de llííneas aneas aééreas de distribucireas de distribucióón n llevan como elemento de llevan como elemento de protecciproteccióón y de maniobra n y de maniobra seccionadoresseccionadores fusibles de fusibles de expulsiexpulsióón (CUTn (CUT--OUT)OUT)
•• TambiTambiéén se utilizan en la n se utilizan en la protecciproteccióón contra n contra cortocircuitos de lcortocircuitos de lííneas y neas y transformadores de transformadores de distribucidistribucióónn
L.Sayas P.
IntroducciIntroduccióón n
•• Protegen contra Protegen contra cortocircuitoscortocircuitos
•• Es el Es el metodometodo de de protecciproteccióónjnjmas antiguamas antigua
•• Se basa en el incremento de la Se basa en el incremento de la temperatura que sufre el temperatura que sufre el elemento fusible, al pasar la elemento fusible, al pasar la sobrecorrientesobrecorriente
•• El tiempo de fusiEl tiempo de fusióón es inverso n es inverso a la a la sobrecorrientesobrecorriente
L.Sayas P.
VentajasVentajas
•• Es un mEs un méétodo de proteccitodo de proteccióón n simplesimple
•• Relativamente econRelativamente econóómicomico•• Limita y extingue las Limita y extingue las
corrientes de cortocircuito en corrientes de cortocircuito en ¼¼ de ciclo, reduciendo asde ciclo, reduciendo asíí las las solicitaciones tsolicitaciones téérmicas y rmicas y dindináámicas en la instalacimicas en la instalacióónn
•• Su funcionamiento es Su funcionamiento es independienteindependiente
2
• Poca precisión • Envejecimiento•Tiempos de operación demasiado prolongados para las sobrecargas• No es conveniente para sobre corrientesdébiles
• No deben ser reparados (pierde suscaracterísticas)
• Si actúa una fase debe cambiarse los tres
Desventajas Icc prevista(Is max)
t1 t2
Icclimitada
onda antesde corto
I(A)
t(s)
t1 : Pre arcing t2 : ArcingT =t1 +t2 tiempo total de aclaración aprox. 1/4 de ciclo(5ms)
Etapas de operación
Clasificación De Los Fusibles
Para Media Tensión:
Por el tipo de operación;
* Tipo expulsión(FE)
* Tipo limitadores de corriente(FLC)
Fusibles de expulsión
CLASES: - De un solo elemento fusible- De dos elementos fusibles(para bajas corrientes y longitud corta.
MATERIAL: Puede ser de plata ,Cu,Pb,Estaño o aleaciones.
CLASES POR CAPACIDAD DE INTERRUPCION:-Expulsión de Potencia(alta capacidad de corte)-Expulsión tipo listón(baja capacidad de corte)
3
Clasificación de los fusibles tipo expulsión
Clasificación según la velocidad:
- Fusibles de expulsión (Tipo N,K,T)
Por el tipo de utilización:
-Fusibles de Potencia(2.18-169 kV)....X/R=10-25
-Fusible de distribución(5.2-38kV).......X/R=8-15
Selección para distribución
• La selección depende de la filosofía de protección que
se aplique al sistema
• Fusibles tipo rápidos (K), desconectan al sistema de
fallas en menor tiempo y coordinan mejor con los relés
• Los fusibles Lentos(T), soportan corrientes transitorias
mayores(Corrientes de arranque, carga fría, etc.) y
coordinan mejor con otros fusibles de la misma clase y
de clase diferente)
Relación de rapidez
• Los dos tipos de fusibles mas comúnmente aplicados
en sistemas de distribución son clasificados como
fusible rápido (K) y lento (T); y sus características son
definidos por el estándar ANSI C37.43. Para los
fusibles K se definió un ratio de velocidad de 6 a 8, y
para los fusibles T un ratio de velocidad de 10 a 13. El
ratio de velocidad es la razón de la corriente mínima de
fusión a 0.1s a la corriente mínima de fusión a 300s o
600s(140A y 200A), dependiendo de la corriente rating
del fusible.
Relación de rapidez
600
Ix Iy0,1
In>140A300
Ix Iy0,1
In<100A
Iy/Ix= 6-8 ( T )
Iy/Ix= 10-13 ( K )
4
Otra característica
• Típicamente, adicionalmente a estos puntos, también
es especificado the long-time continuous current de un
fusible. Este generalmente sería 150% del rating para
fusibles de estaño y 100% del rating para fusibles de
plata.
Selección de fusibles
Para la selección se tiene en cuenta:
• Máxima carga normal
• La corriente de arranque
• La carga fría
Para seleccionar la tensión adecuada se debe tener en cuenta:
• Conexión del sistema
• Tensión del sistema
• Conexión de los transformadores del sistema
• Tipo de aterrizaje a tierra
Capacidad de los fusibles para distribuciCapacidad de los fusibles para distribucióónn
• Según NEMA los fusibles
pueden llevar una carga
continua de 150% de su valor
nominal
• Las temperaturas extremas y
las precargas afectan las
curvas t-I es necesario tener
presente.
In (KoT)6810121520253040506580100140200
Icontinua(A) 912151823303845607595120150190300
Selección De Fusibles
• INTENSIDAD MINIMA ( Imin. ): Corriente mínima de operación que origina la fusión del hilo fusible (este valores sitúa entre 1,6 a 2 veces la corriente nominal del fusible).
• TIEMPO DE OPERACIÓN (top.): Tiempo en que el hilo fusible demora en fundirse.
• INTENSIDAD NOMINAL (In): Corriente nominal del protector fusible
• Criterio de Dimensionamiento :si se tiene un circuito de alumbrado de In=10A, para valores < de 16A el fusible no actuará(Imin) pero si lo hará corrientes mayores.
5
SeccionadorFusible De
Expulsión Tipo CUT-OUT
AISLADOR
HERRAJES DECOLOCACION
TUBOPORTAFUSIBLE
GANCHOS DESUJECION
CONTACTOSSUPERIORES
PERNO DE GIRODISPARADOR
CONTACTOS INFERIORES
CARACTERISTICA DE RESPUESTA DEFUSIBLES DE EXPULSIÓN
I(A)
t(S)
TIEMPO MINIMO DE FUSION(MINIMUM MELTING)
TIEMPO DE INTERRUPSION TOTAL(TOTAL CLEARING TIME)
TIPOS DE FE LISTON: -Tipo K respuesta rápida-Tipo T respuesta lenta
CARACTERISTICA DE RESPUESTA
DEFUSIBLES DE EXPULSIÓN
Tipo K
CARACTERISTICA DE RESPUESTA
DEFUSIBLES DE EXPULSIÓN
Tipo T
6
CARACTERISTICA DE RESPUESTA
DEFUSIBLES DE EXPULSIÓN
Tipo k
GRAFICO No.1 CARACTERISTICA TIEMPO-CORRIENTE (TCC) DEL FUSIBLE 10K
0.01
0.10
1.00
10.00
100.00
1000.00
10 100 1,000
CORRIENTE EN AMPERIOS
t(s)
10k
MAXIMUM CLEARING TIME(tiempo máximo de interrupción)
MINIMUM MELTING TIME(tiempo mínimo de fusión)
300
15The long-time continuous current
del fusible 10K
Otros tipos de curva
CARACTERISTICAS Seccionador Electrónico Restablecible (SER)
• Dispositivo de protección para redes aéreas de distribución
• Posee un censor electrónico incorporado
• Discrimina una falla temporal de una falla permanente
• Mejora el sistema de coordinación con reclosers
• Es montado en un seccionadorestándar
• Abre como un tubo porta fusible Para dar una indicación visual de una falla permanente
• Después de reparar la falla simplemente se reestablece
7
Evolución:Fusible tipo Link SER
SER =Cut out Standard
Moduloelectrónico+
MEJORA EL SISTEMA DE COORDINACIÓN
SELECIÓN E INSTALACIÓN
• Tensión del sistema• Corriente permanente de carga• Corriente de actuación• Numero de
operaciones(Counts)• Dispositivos ubicados aguas
arriba y aguas a bajo.
SELECIÓN E INSTALACIÓN
8
Características Eléctricas que Definen un Fusible en MT
• Vn y In• Capacidad de interrupción (sim o asim)• BIL nivel básico del aislamiento• Respuesta de operación• Velocidad de respuesta (K o T)• Servicio interior o exterior
Consideraciones que debe tenerse presente al
seleccionar fusibles en MT
• Icc mínimo en el punto de instalación (punto final del tramo protegido)
• Relación X/R en la impedancia equivalente(Ze)• Curva de daño de los elementos a
proteger(conductor, transf. Etc)• Curva de Energización de del
transformador(Inrush y carga fría)
Elección del Fusible en MT
A) Para Proteger Alimentadores Troncales
k I I ICARGA MAXIMA NOMINAL FUS CC MIN• < <025.
K >/= 1.2 Factor de crecimiento de la cargaconsidera la Energización
Ejemplo : Seleccionar los fusibles en los puntos indicados del sistemaeléctrico mostrado utilizar fusibles tipo expulsión listón velocidad lenta los fusibles son de estaño.
F1
F2 F3
F4
F5ICC = 253 A
ICCmin=246 Iccmin =252 Iccmin =158Iccmin =163
30A
45A 15A 23A
31A
I Permanente de fusible =1.5(In) para fusible tin=1.0(In) para fusible silver
9
Solución: Para F1 30*1.2 < F1n <0.25 * 25336 < Ipf < 63.5
Iperm. De fus =1.5*25=37.5 por lo tanto se elige In=25Atipo M25T.
Aplicación
Aplicación: seleccionar los fusibles en los puntos indicados utilizar fusibles de velocidad rapida y de material plata.
F1
F2 F3
F4
F5ICC = 253 A
ICCmin=246 Iccmin =252 Iccmin =158Iccmin =163
30A
45A 15A 23A
31A
Fx
Fy
ProtecciProteccióón de transformadores de n de transformadores de distribucidistribucióónn
• Consideraciones• Tecnología de los
fusibles en BT• Fusibles de expulsión• Fusibles limitadores
de corriente• Interruptores TM
ConsideracionesConsideraciones
• Protección de sobrecarga• Protección por cortocircuito• Protección de fallas internas
10
ConsideracionesConsideraciones
• La NEC (National Electric Code) provee los estándares mínimos de protección de sobrecorrientes para el ajuste de los dispositivos de protección de transformadores.
• A. Transformadores con tensiones nominales superiores a 600V
• Si no existe protección secundaria, estos transformadores requieren como protección primaria un interruptor(CB) o fusible que disparará a no mas del 300% o 150% de la corriente nominal del transformador respectivamente.
• Si existe un interruptor(CB) o fusible en el secundario los requerimientos de protección dependen de la tensión de cortocircuito del transformador y voltaje secundario además del tipo de protección como se resumen en la Tabla No.2.
consideraciones
Tabla No.2 Máxima Protección de Sobrecorriente en %
Impedancia Lado primario Lado secundario nominal del V prim>600V V sec>600V V sec ≤ 600V transformador I setting I nom I setting I nom I setting CB
CB fusible CB fusible o Inom fuse Vcc ≤ 6% 600% 300% 300% 150% 250% 10% ≤ Vcc< 6% 400% 200% 250% 125% 250%
Consideraciones
• . Transformadores con tensiones nominales menores o iguales a 600V
• Estos transformadores requieren esencialmente protección primaria a 125% Inom cuando no se tiene una protección secundaria, y 250% Inom como máxima protección primaria si existe una protección secundaria ajustado a no mas de 125% Inom del transformador.
Consideraciones• Los fusibles como protección primaria de los transformadores
deben ser capaces de hacer lo siguiente: •• (1) Soportar la corriente de energización del transformador
(magnetizing inrush current). En general el inrush current de los transformadores puede llegar de 8 a 12 veces la corriente nominal del transformador por un período máximo de 0.1s. Este punto debe caer debajo de la curva del dispositivo de protección primario del transformador.
•• (2) Eliminar un cortocircuito franco secundario antes que el
transformador sea dañado. De acuerdo con IEEE Std 462-1973, los transformadores estándar son diseñados para soportar los esfuerzos internos causados por cortocircuitos en los terminalesexternos dentro de las siguientes limitaciones:
•
11
ConsideracionesConsideraciones
• 25.0 veces la corriente base por 2s• 20.0 veces la corriente base por 3s• 16.6 veces la corriente base por 4s• 14.3 veces la corriente base por 5s
Consideraciones
• Otra consideración a tener en cuenta es el desplazamiento relativo en el punto de daño que ocurre en un transformador delta-estrella con el neutro de la estrella aterrado en el lado de baja tensión. Una falla monofásica a tierra secundaria de 1pu produciráuna corriente de falla de 1pu en el devanado delta del lado primario, pero causará solamente una corriente del 57.8% en la línea del devanado delta donde se encuentra el fusible primario. Por esto un segundo punto de daño, correspondiente a lo dado por IEEE Std 462-1973 deberá trazarse a 57.8% del punto normal.
•• (3) El fusible deberá ser selectivo con los equipos de protección
instalados antes y después y taimen con la curva que determina la capacidad térmica del transformador.
Curva de daño térmico
• Las curvas de daño de los equipos y materiales son proporcionadas por los fabricantes sin embargo, para el caso de transformadores se puede tomar el criterio establecido en la “Guía de duración de corrientes de transformadores”(P784/D4 de la norma ANSI C 57.12.00 para transformadores auto enfriados de 1-500kVA:
L.Sayas P.
ANSI C57.12.00 1985: * 1,05 Un secundaria a plena carga, sin exceder
limites de calentamiento a frecuencia nominal
* 1,10 Un secundaria en vacío, sin exceder limites de calentamiento a frecuencia nominal.
VDE 0532:* Inducción admisible Bmax =1,05 Bn a fn y plena
carga
* Bmax = 1,3 Bn a fn y t = 5min. Hasta 40 MVA
* Bmax = 1,3 Bn a fn y t = 30 seg. Para Sn > 40 MVA
Límites de Funcionamiento
Límites de sobre excitación
12
L.Sayas P.
En un ciclo normal la I < 1,5 In
t < 140°c (velocidad de degradación responde a una función exponencial de la temperatura de modo que la perdida se duplica para cada incremento de 6°c
Límites de Funcionamiento
Límites de Calentamiento
L.Sayas P.
Los transformadores se clasifican en categorías
Categoría Monofásico Trifásico
(Kva.) (Kva.)
I 5 a 500 15 a 500
II 501 a 1667 501 a 5000
III 1668 a 10000 5001 a 30000
IV > 10000 > 30000
Límites de Funcionamiento
Capacidad de resistencia a cortocircuito o limite térmico según ANSI C.57.109
L.Sayas P.
Los transformadores se diseñan para dejar pasar una corriente máxima de cortocircuito sin sufrir daños mecánicos y la corriente máxima de cortocircuito esta definido por :
Imax=1/Ucc(%)=1/Z(%)p.u. Para t=2s
Ejemplo:
Ucc=4% Imax=1/0,04=25In para t=2s
Ucc=5% Imax=1/0,05=20In para t=2s
Esto para la categoría I
Curva de daño térmico
Para la categoría II
De 70 a 100% de Imax
;para Imax por 2s
K=1250 para el resto menor a 70% de Imax
Para categoría III
De 50 a 100% Imax
;para Imax por 2s
K=1250 para el resto menor a 50% de Imax
tIK *2=
tIK *2=
L.Sayas P.
Para Z=5%, transformador de categoría IItrazar la curva de daño térmico
Imax=1/0,05=20In t=2s
De 70 a 100% de Imax
100%Imax : 20
80%Imax : 16
70%Imax : 14
tIK *2= 8002*202 ==K
Ejemplo de aplicación
sIKt 2
20800
22 ===
sIKt 12,3
16800
22 ===
sIKt 4
14800
22 ===
De 70% a menos K=1250
70%Imax : 14
50%Imax : 10
25%Imax : 5
sIKt 28,6
141250
22 ===
sIKt 5,12
161250
22 ===
sIKt 50
51250
22 ===
13
• Tiempos máximos admisibles a cortocircuitos en transformadores.
XT(%)
N
K
II tmax.admisible
(s)
4 25,0 2
5 20,0 3
6 16,6 4
7 14,2 5
De la tabla adjunta se deduce la necesidad de introducir protecciones de reserva, que eviten que se superen los tiempos máximos admisibles de sobrecorrientes.
2 20003 3004 1005 506 357 258 209 1510 12.515 5.820 3.325 230 1.540 0.850 0.5
Mecánico
Térmico
VALORES I-T PARA DEFINIR CURVA DE DAÑO
Tipo de daño N° de veces la corriente
Tiempo en segundos
25 0.0112 0.106 1.003 10.00
INRUSH
Carga fria
VALORE I-T PARA DEFINIR CURVA DE ENERGIZACION
Corriente transitoria
N° de veces la corriente
Tiempo en segundos
CORRIENTE NOMINALDEL TRANSFORMADOR
CURVA DE DAÑO DELTRANSFORMADOR
CURVA DE DAÑO DELOS CONDUCTORES
CURVA DE ENERGIZACIÓN(INRUSH Y CARGA FRIA)
AMPERIOS
SEG
UN
DO
S
I
t
14
Tecnología De Los Fusibles
• Método de protección simple.• Relativamente económico.• Limita la Icc• Extingue el arco aprox en 1/4 de ciclo• Funcionamiento independiente• Amplio rango de poder de corte• Permite coordinar con otros dispositivos
de protección. • Bajo costo de mantenimiento y reposición.
Ventajas• Poca precisión • Envejecimiento• No es conveniente para sobre corrientesdébiles
• No deben ser reparados (pierde suscaracterísticas)
• Si actúa una fase debe cambiarse los tres
Desventajas
Icc prevista(Is max)
t1 t2
Icclimitada
onda antesde corto
I(A)
t(s)
t1 : Pre arcing t2 : ArcingT =t1 +t2 tiempo total de aclaración aprox. 1/4 de ciclo(5ms)
Etapas de operación Clasificación De Los Fusibles
• Fusible gL:De uso general y empleados para proteger cables y conductores, adecuado para sobrecarga y cortocircuitos.
• Fusible aM:De acompañamiento. Se usa para proteger motores y debe usarse acompañado de un elemento térmico para la protección de sobrecarga.
• Fusible gR:De uso general y para protección de semiconductores.
• El fusible mas usado es el tipo gL. (sirve para cortocircuito y sobrecarga)
Para Baja Tensión:• Clasificación según características funcionamiento• Identificación mediante letras,la primera letra define la clase de
función y la segunda el tipo de equipo a proteger.
15
Parte superior
Parte inferior
Lengüetas para instalación
fusible cuerpo
Partes de un fusible NH
indicador
CURVA CARACTERISTICA DE FUSIBLES
Zona2
Zona1
Zona3
INTENSIDAD DECORRIENTE
I(A)
Seg.
TIEMPO
FUSIBLES LIMITADORES DECORRIENTE
*Limita la Icc a valores inferiores del valor pico de falla*El valor pico depende de la característica de la red(X/R)*Material : alambre sección transversal, cintas, etc. sumergido enrelleno de cuarzo que extingue el arco y absorbe la mayor cantidad de energía generada
ENERGIA GENERADA POR Icc =
*TIPOS DE LIMITADORES DE CORRIENTE (ANSI C37.40)-Fusible de respaldo -fusible de aplicación general-Fusible de rango completo
I t2
FUSIBLEDE MT
LIMITADOR DE CORRIENTE
TIPO CEF
16
Partes De Un FusibleDe MT
Limitador De Corriente
Fusible de MT Tipo CEF
Icc=10kA
Inf=63A
Icclim=6kA
Is=1,8x1,4142x10=25,5kA
6kA
Is=25,5kA
Icclim=6kA
onda antesde corto
I(A)
t(s)
5ms
Is=25,5kA
Icclim=6kA
onda antesde corto
I(A)
t(s)
5ms
Fusible de MT Tipo CEF
Icc=10kA
Inf=63A
Icclim=6kA
Is=1,8x1,4142x10=25,5kA
6kA
Is=25,5kA
Icclim=6kA
onda antesde corto
I(A)
t(s)
5ms
Is=25,5kA
Icclim=6kA
onda antesde corto
I(A)
t(s)
5ms
Curva Característica de Fusible de MT Tipo CEF
17
Curva Característica de Fusible de MT Tipo CF
Fusibles como Protección de transformadores de distribución
Consideraciones•In del transformador•Curva del daño térmico del transf. Dato típico:(20In--2seg.)•Curva de daño térmico de los conductores(catálogo de fab.) •Curva de energización del trafo.(Inrush y carga fria) dato típico(8 a 12In----0.1 seg.) (IEC-76)
Curvas Típicas del Transformador
In
t
2s
0.1s
8-12 In 20In
Curva de daño térmico deltransformador
Curva del fusible
Daño térmico delconductor.
CORRIENTE
Curva deenergización
del transformador
MM TC
Aplicación: Elegir el fusible adecuado un transformador de 630kVA.10/0.23kV, sabiendo que el fusible debe ser limitador de corriente en MT.
Según CNE T IVInf =1.5 In trafo ,(si el valor de cálculo no corresponde en el catalogose usa el inmediato superior)
Solución: InT =630/1.73x10 =36.4A
Inf =1.5x36.4=54,6A normalizando según catalogoInfn=63A
Datos técnicos del fusible:Tipo : CEF, Limitador de corrienteUn : 12kV tensión asignadaI1 : Imax de fusible de ensayo 50kAI3 : Mínima corriente de corte 190 APn : Potencia disipada a la In 78W
18
628A437AIn=36,4A
Aplicación: Aplicación:
19
Aplicación:ProtecciProteccióón de condensadores BT y MTn de condensadores BT y MT
La corriente nominal del fusible debe ser mayor que la homóloga del capacitor debido a la presencia de armónicas en el sistema y a la mencionada corriente de conexión, siendo aconsejable que la relación no supere al doble para disminuir el riesgo de explosión. Las relaciones de fusión
sugeridas son: entre 1,5 y 1,9 cuando se trate de fusibles cuyo valor de corriente nominal no supera los 30 a 35 A, disminuyendo a valores entre 1,25 y 1,5, para calibres superiores a los citados.
ProtecciProteccióón de condensadores BT y MTn de condensadores BT y MTAplicación:
20
Aplicación:
COORDINACIÓN DE PROTECCIÓN
Coordinación
Consiste en seleccionar y ajustar los dispositivos de protección, para lograr una adecuada operación (selectividad) para distintas condiciones de falla.
DatosPara 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 corrienteMétodo:• Se bas 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 principalDonde 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 derespaldo
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
TRANSFORMADORDE DISTRIBUCIÓN
3
BC4A
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(DISPOSITIVOPROTECTOR)
INTERRUPTOR(DISPOSITIVOPROTEGIDO
S.E
Interruptor restaurador
RELEVADOR
RESTAURADOR
0.35
AMPERES
SEG
UN
DO
S
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(DISPOSITIVOPROTECTOR
INTERRUPTOR(DISPOSITIVOPROTEGIDO
F2
S.E
Interruptor fusible
AMPERIOS
SEG
UN
DO
S
I
t
RELEVADOR
I - 1 INTERRUPTORTOTAL DEL FUSIBLE
RELEVADORINSTANTANEO
0.35
• 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(DISPOSITIVOPROTEGIDO)
S.E
RESTAURADOR B(DISPOSITIVOPROTECTOR)
• 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(DISPOSITIVOPROTEGIDO)
FUSIBLE(DISPOSITIVOPROTECTOR
S.E
Reconectador fusibleCURVA DE FUSION MINIMADEL FUSIBLE
CORRIENTE
LIMITES75% DE LA CURVA DE FUSION
TIEM
PO
B´ x (2A+2B) EN EL TIEMPO
B (CURVA DE RETRASO DETIEMPO DEL RESTAURADOR
CURVA DE INTERRUPCIONTOTAL DEL FUSIBLE
A´ x 2A (EN EL TIEMPO)A (CURVA DE DISPAROINSTANTANEODEL RESTAURADOR
• 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(DISPOSITIVOPROTECTOR
FUSIBLE(DISPOSITIVOPROTECTOR
(DISPOSITIVODE RESPALDO)
F1 F2
S.E
Fusible expulsión (F2)- que protege un fusible de expulsión (F1)
AMPERES
SEG
UN
DO
S
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 Curva máxima para despejar la falla del
Punto máximo de di ió
Corrient
Tm
Tc
A
Fusible de
Fusible protector
Fusible protector
B
C
Curva máxima para despejar
I f llIfalla
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
AB
100kVA12.47/7.20kV4.63/8.02/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 fusióndel fusible de respaldo
Curva máxima para despejar la falla del fusible protector
Punto máximo de coordinación
Corriente
Tm
Tc
A
Fusible derespaldo
Fusible protector
Fusible protector
B
C
Curva máxima para despejarLa falla multiplicada por 1.333
I falla200A
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
SEG
UN
DO
S
I
t 1. CORRIENTE NOMINAL DELTRANSFORMADOR
2. CURVA DE DAÑO DELTRANSFORMADOR
3. CURVA DE ENERGIZACION
4. CURVA DE DAÑO DELCONDUCTOR DE B.T
5. FUSIBLE DE EXPULSIÓN ENEL PRIMARIO
6. INTERRUPTORTERMOMAGNETIO 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
=→=
tI
1
Fusibles limitadoresPrincipios básicos
tpa- Período de pre-arco
ta- Período de arco
Fusibles limitadoresPrincipios básicos
Pre-arco:A medidia que se incrementa la corriente , el tiempo de fusión disminuye.
Variaciones debidas al ambiente - Parte superior
Variaciones debidas a la asimetría - Parte inferior
Precarga.
2
VarcoV sist.
Imax I presunta
tpa ta
Fusibles limitadoresPrincipios básicos
Arco:u(t) = R.i + L.di/dt + Vf
si Vf > u(t) - R.i
la derivada di/dt se hace negativa
i L RVa
u(t)
Fusibles limitadoresPrincipios básicos
Cortocircuito:• No hay disipación de calor
• La fusión se produce simultáneamente en cada estricción.
• Se producen tantos arcos en serie como estricciones.
• El número de estricciones y su diseño, definen la velocidad de corte y la sobretensión.
3
Fusibles limitadoresPrincipios básicos
Sobrecarga:• El punto más caliente está en el centro de la lámina.
• Se produce solo un arco.
• La temperatura del elemento extintor es muy alta.
• La extinción del arco se hace muy dificultosa, pudiendo llegar a los extremos.
• Los fusibles de respaldo no pueden operar en esta zona.
Fusibles limitadoresEfecto M
•La temperatura de fusión es aún menor a la del material del nódulo.
•Fusibles de propósito general
4
Fusibles limitadoresEnergía del arco
20
00
0
20
0
0
0
0
21)()()(
)(21)()(
)()()(
)( 0 si
0
LidttitudttVfi
dttVfiLidttitu
dttVfiLididttitu
VfdtdiLtuR
tata
tata
ta
i
ta
+=
+−=
+=
+=≅
∫∫
∫∫
∫∫∫
Fusibles limitadoresCorriente crítica
5
Fusibles no limitadoresFusibles de expulsión
•La interrupción del arco se produce dentro del tubo seccionador.
•El material del tubo produce vapores desionizantes (resinas fenólicas o fibra griz).
•El tubo tiene una vida útil dada por el número e intensidad de las interrupciones.
Fusibles no limitadoresFusibles de expulsión
Elemento fusible
1
FUSIBLESClasificación
VarcoV sist.
Imax I presunta
tpa ta
•Fusibles limitadoresNH
HH
tipo D
•Fusibles no limitadoresExpulsión
Tipo lira
Fusibles limitadoresTipo NH
500 ó 660 V
de 6 a 1250A
2
Fusibles limitadoresTipo NH
• Normas
– IEC 269 y VDE 0636• Tamaños:
– 00, 01, 1, 2, 3, 4 y 4a• Capacidad de ruptura:
– 100 kA• Clasificación según su empleo:
– gL - Protección de cables y aparatos en general.– aM - Protección de motores y sus accesorios.– aR - Protección de semiconductores.– gTr - Protección de transformadores.
Fusibles limitadores
Tipo HH
de media tensiónIEC 282 y VDE 0670
Entre 3 y 33 kV
6 a 200 A
3
Fusibles limitadoresTipo HH
• Percutor• Uso en interiores• Capacidad de ruptura:
• 300 MVA
• Clasificación según su empleo:• Respaldo• Propósito general
Fusibles limitadoresTipo D
4
Fusibles limitadoresInformación disponible
Características tiempo-corriente
Fusibles limitadoresInformación disponible
Características tiempo-corriente
5
Fusibles limitadoresInformación disponible
Características de limitación de corriente
Fusibles limitadoresInformación disponible
Características de I2t
6
Fusibles no limitadoresFusibles de expulsión
corriente
V sistemaVarco
tpa ta
Fusibles no limitadoresFusibles de expulsión
IEEE 37-40IEEE 37-41
Distintas velocidades:
s
s
II
V300
1,0=
7
Fusibles no limitadoresFusibles de expulsión
Fusibles no limitadoresFusibles de expulsión
8
Fusibles de expulsión
Curvas de fusión tiempo-corriente
Fusibles de expulsión
Curvas de tiempo total de despeje
9
Fusibles de expulsión
Tipos de curvas tiempo-corriente
Fusibles de expulsión
Fusibles tipo slow-fast para protección de trafos
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