PROTECCIONES PROTECCIONES RELRELSS
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HHctor Mendivelso D.ctor Mendivelso D.2001207204820012072048
Pedro AndrPedro Andrs Gonzs Gonzlezlez2001207203420012072034
CONCEPTOS GENERALES SOBRE UN SISTEMA DE
PROTECCIN
El objeto de un sistema de proteccin consiste en reducir la influencia de una falla en el sistema, hasta tal punto que no se produzcan daos relativamente importantes en l, ni que tampoco ponga en peligro seres vivos.
Esto solo puede conseguirse cubriendo constantemente los sistemas de potencia mediante el uso de esquemas de proteccin y rels
SISTEMA DE PROTECCISISTEMA DE PROTECCINN
CRITERIOS DE CALIDAD
CONFIABILIDAD FIABILIDAD SEGURIDAD
Los Los DEIsDEIsSon dispositivos ElectrSon dispositivos Electrnicos inteligentes. nicos inteligentes. Las ventajas de este tipo de equipos es que permiten Las ventajas de este tipo de equipos es que permiten disedisear un sistema de manera distribuida, esto hace ar un sistema de manera distribuida, esto hace que a la hora del diseque a la hora del diseo se afronten los problemas de o se afronten los problemas de forma separada, y permite tambiforma separada, y permite tambin disen disear, para cada ar, para cada posiciposicin una solucin una solucin integrada, obteniendo un gran n integrada, obteniendo un gran ahorro en el costo total del proyecto, ya que los ahorro en el costo total del proyecto, ya que los propios equipos de proteccipropios equipos de proteccin, control y medicin, control y medicin de n de la posicila posicin eln elctrica realizan las funciones de ctrica realizan las funciones de recogida de datos, operacirecogida de datos, operacin, y en algunos casos n, y en algunos casos realizacirealizacin de funciones automn de funciones automticas, por lo cual la ticas, por lo cual la inversiinversin adicional se reduce a una red de n adicional se reduce a una red de comunicaciones en la propia instalacicomunicaciones en la propia instalacin.n.
DEFINICIDEFINICIN N DEL RELDEL REL
Los rels son dispositivos digitales compactos que son conectados a travs de los sistemas de potencia para detectar condiciones intolerables o no deseadas dentro de un rea asignada.
FUNCIFUNCIN PRINCIPAL DE LOS N PRINCIPAL DE LOS RELRELS DE PROTECCIS DE PROTECCINN
9Rpida remocin del servicio cuando algn elemento (lnea, transformador) del sistemas sufren un corto circuito.
9 Dar la orden para desconectar un circuito cuando se presenta una operacin anormal (frecuencia, sobrevoltaje a frecuencia industrial, sobrecorrientes).
9 Las protecciones del sistema trabajan en asocio con interruptores los cuales desconectan el equipo luego de recibir la orden del rel.
ESTRUCTURA DE UN RELEESTRUCTURA DE UN RELEEn general, podemos distinguir en el esquema general de un rel los siguientes bloques: Circuito de entrada, control o excitacin. Circuito de acoplamiento. Circuito de salida, carga o maniobra, constituido por:- Circuito excitador.- Dispositivo conmutador de frecuencia.- Protecciones.
ClasificaciClasificacin de los reln de los relssLas siguientes clasificaciones y definiciones sebasan en la norma ANSI C 37.9 (IEEE 313)Los rels se pueden dividir en cinco categorasfuncionales, as: RelRels de proteccis de proteccinn RelRels monitoress monitores RelRels programabless programables RelRels reguladoress reguladores RelRels auxiliaress auxiliares
Tipos
RelRels de proteccis de proteccinnDetectan lneas y aparatos defectuosos o cualquier otra condicin peligrosa o intolerable. Estos rels pueden iniciar o permitir la apertura de interruptores o simplemente dar una alarma.
RelRels monitoress monitoresVerifican la condiciones del sistema de potencia o del sistema de proteccin. Se incluyen en esta categora: Rels de verificacin de sincronismo (25) Rels verificadores de secuencia de fase (47) Monitores de canales de comunicacin y
proteccin. Sistemas de alarmas e indicadores de estado
del sistema.
RelRels programabless programables
Son los que establecen o detectan secuencias elctricas, como por ejemplo:
9 Rel de Recierre ca y cc (79-82)9 Rel de verificacin sincronismo (25)9 Rel de transferencia o de control
selectivo automtico (83)
RelRels reguladoress reguladoresSe activan cuando un parmetro del sistema se desva de lmites predeterminados. Estos rels actan a travs de equipo suplementario para restablecer el parmetro a los lmites precisos.
RelRels auxiliaress auxiliaresOperan en respuesta a la apertura o cierre del circuito de operacin para complementar otro rel o aparato. Estos incluyen temporizadores, contactores, rels de bloque, rels de disparo.
Rel temporizado para parada o apertura (62)
PROTECCION DE PROTECCION DE TRANSFORMADORESTRANSFORMADORES
La proteccin principal comnmente utilizada para proteger transformadores de potencia es la diferencial del tipo porcentual (87T).Esta proteccin se complementa con rels de sobrecorriente tanto de fase como Residuales (51/51N). Adicionalmente se tienen las protecciones propias del transformador, como la trmica (49), contra sobre cargas (63B), entreotras.
PROTECCIPROTECCIN DE N DE TRANSFORMADORESTRANSFORMADORES
Los transformadores se protegen para evitar cambios en sus parmetros elctricos. Estos llegan causar daos en los equipos. Estos cambios son:
Tensin por encima o por debajo de la nominal.
Sobrecorrientes.
Aumento de temperatura.
Aumento de presin.
Aumento o disminucin de la frecuencia.
FALLAS DE UN FALLAS DE UN TRANSFORMADORTRANSFORMADOR
FALLAS INTERNAS: cortos circuitos internos. (reldiferencial o de porcentaje diferencial ).
FALLAS EXTERNAS: sobrecargas (rel de sobrecargas).
Otros dispositivos de proteccin son:
Rel Buchholz.
Rel de imagen trmica.
Rel de presin sbita.
Rel de resistencia
PROTECCIN DIFERENCIAL(87)
Es un rel que opera cuando el vector de diferencia entre dos o ms cantidades elctricas similares, excede un valor predeterminado.
Compara las corrientes de entrada y de salida del elemento protegido.
Opera abriendo los interruptores en ambos extremos del elemento protegido.
Sirve para proteger contra fallas internas en el transformador.
Aspectos influyentes en la operacin incorrecta del rel diferencial:
Niveles de tensin diferentes.
Desfasamiento de 30 grados entre las seales de entrada y salida.
Corriente inicial de magnetizacin.
La proteccin diferencial siempre se activa cuando detecta fallas dentro del sistema que esta protegiendo.
RELS DE SOBRECORRIENTE (50-51)
Pueden ser temporizados o instantneosDifciles de coordinar, poco selectivosSe utilizan como proteccin de respaldo en transformadores de potencia..Necesidad de cambios de ajuste al cambiar la configuracin del sistema y/o la corriente de carga.Mejora de la actuacin a travs de direccionalidad y (o comunicacin en extremos casos) lmite: rels diferenciales, comparacin de fases, etc.
REL DE PRESIN (63)Se aplica para proteccin de transformadores de potencia para detectar y desfogar sobre presiones internas que puedan resultar peligrosas y cuyo origen sean fallas internas.
REL DE TEMPERATURA O TRMICO (49)
Estos dispositivos son termmetros acondicionados con micro interruptores para mandar seales de alarma de disparo para la desconexin de carga o para arrancar ventiladores.
RELREL BUCHHOLZBUCHHOLZRel de aceite que se aplica solamente a transformadores con tanque conservador de aceite conectado con el tanque principal.Con este rel la proteccin se dispone solamente para fallas dentro del tanque del transformador.
RELREL DE PRESIDE PRESIN N SUBITA(63)SUBITA(63)
Esta colocado en la parte superior del tanque del transformador. Este rel opera con las variaciones bruscas dentro del tanque del transformador originada por los gases que se producen durante las fallas internas
CLASIFICACICLASIFICACIN N RELRELS S
SOBRECORRIENTE SOBRECORRIENTE
RELRELS DE S DE SOBRECORRIENTESOBRECORRIENTE
RELRELS NO S NO DIRECCIONALESDIRECCIONALES
RELRELS S DIRECCIONALESDIRECCIONALES
INSTANTANEOSINSTANTANEOS TEMPORIZADOSTEMPORIZADOS
TIEMPO DEFINIDOTIEMPO DEFINIDO
TIEMPO INVERSOTIEMPO INVERSO..
TIEMPO MUY INVERSO.TIEMPO MUY INVERSO.
``TIEMPO EXTREMADAMENTETIEMPO EXTREMADAMENTEINVERSOINVERSO
LOS RELS DIRECCIONALES (91-92)
Estos operan cuando la corriente observada circulando en una direccin de referencia es mayor o igual al valor de ajuste. La direccionalidad se logra por medio de una seal auxiliarque generalmente es un voltaje, u otra corriente.
RELREL DIRECCIONAL DE DIRECCIONAL DE FALLA DE TIERRA (64)FALLA DE TIERRA (64)
Se utiliza para deteccin de fallas a tierra, sistemas de alta resistencia a tierra o sistemas trifsicos compensados.
Tambin se utiliza para deteccin de fallas a tierra, mediante la medida de corriente de generadores directamente conectados al barraje.
RelRels Instants Instantneos (50)neos (50)
El trmino instantneo significa que no tienen retardo de tiempo inicial, generalmente los rels de atraccin son instantneos.
RelRels Temporizados (51)s Temporizados (51)
Algunos rels tienen tiempo de operacin ajustable y otros son instantneos. Algunas veces se puede utilizar rels auxiliares (temporizadores) para tener retardo de tiempo en los rels instantneos.
RELS DE TIEMPO INVERSO (51)
Las caractersticas de sobrecorriente de tiempo inverso, de los rels, tienden a hacer el tiempo de funcionamiento del rel menos dependiente de la magnitud de la corriente de falla que en el caso de los dispositivos MUY INVERSO y EXTREMADAMENTE INVERSO. Por esta razn, los rels de tipo INVERSO proporcionan una proteccin total ms rpida en aplicaciones donde las magnitudes de corriente de fallo disponibles varan significativamente como resultado de los cambios frecuentes en la fuente de impedancia debida a la carga e interrupcin del sistema.
Las caractersticas de tiempo MUY INVERSO, de los rels es que proporcionan una proteccin total ms rpida en aplicaciones donde la magnitud de la corriente de fallo disponible sigue siendo constante debido a una capacidad de generacin relativamente constante. La variacin en la magnitud de la corriente de avera a travs del rel es por lo tanto dependiente, principalmente de la localizacin de la falla con respecto al rel.
RELREL DE TIEMPO DE TIEMPO MUY INVERSO (53B)MUY INVERSO (53B)
RELREL DE TIEMPO EXTREMADAMENTE DE TIEMPO EXTREMADAMENTE INVERSO (77B)INVERSO (77B)
proporcionan la tolerancia mxima para permitir la captacin de carga en fro, como resultado de una interrupcin extendida del servicio, que da lugar a una acumulacin pesada de cargas de dispositivos automticamente controlados tales como refrigeradores, calentadores de agua, bombas de agua, quemadores de aceite, etc. Tales acumulaciones de carga a menudo producen las corrientes de entrada considerablemente en exceso de corriente de carga completa del alimentador durante un corto perodo despus de que es energizado el alimentador.La caracterstica de tiempo EXTREMADAMENTE INVERSO permite la captacin exitosa de estas cargas y al mismo tiempo proporcionan la proteccin adecuada contra la falla.
Tiempo Inverso Tiempo Muy Inverso
t(s) = Tiempo de disparoI = Corriente de errorIS = Valor de ajuste de la corriente
Caractersticas de Disparo Independientes
Tiempo Extremadamente Inverso
De acuerdo a las caractersticas de disparo libremente elegibles, de acuerdo con las normas BS 142, respectivamente IEC 255-4 se tiene:- Tiempo Inverso- Tiempo Muy Inverso- Tiempo Extremadamente Inverso
FALLASFALLASCualquier cambio no planeado en un sistema de potencia es llamado una perturbacin y puede ser causada ya sea por una falla del sistema de potencia, una falla extraa o una falla de la red. Una falla del sistema de potencia es un cortocircuito en la red.Una falla extraa es un disparo del interruptor sin haberse producido ninguna alteracin en el sistema.Falla de la red, son de este tipo las causadas por una sobrecarga o una cada extrema de tensin o de corriente
Tiempo de EliminaciTiempo de Eliminacin de n de FallasFallas
Los esquemas de proteccin modernos tienden a obtener tiempos de eliminacin de fallas de 60 a 100 ms. Hoy da se tienen sistemas de proteccin con tiempos de operacin entre 8 y 10 ms, e interruptores con tiempo de apertura del orden de 2 ciclos dando como resultado un tiempo total de despeje de fallas menor a 50 ms.
Principio Fundamental de los Principio Fundamental de los RelRels de Proteccis de Proteccinn
Considerando solo rels de proteccin contra cortocircuitos. Hay dos grupos de dichos equipos que son:
ProtecciProteccin principaln principal ProtecciProteccin de respaldon de respaldo
PROTECCION PRINCIPALPROTECCION PRINCIPAL
La filosofa general de la aplicacin de los rels de proteccin consiste en dividir el sistema de potencia en zonas.
Alrededor de los interruptores se crea una zona de superposicin tal que al ocurrir una falla en esta, se disparan el mnimo de interruptores para desconectar el elemento defectuoso.
zonaszonas
RELREL DE DISTANCIADE DISTANCIA (21)(21)El rel de distancia mide la impedancia de carga de la lnea, la cual se puede expresar como UL/IL=ZL. Si hay una falla, la medida de la impedancia ser menor que la impedancia de la carga y la proteccin operar.
En la figura 1 se ilustra una lnea de transmisin conlos correspondientes equivalentes del sistema depotencia a la izquierda de A y a la derecha de B. Parael rel de distancia ubicado en A la impedancia "vista"bajo condiciones de operacin normal es ZR=(VA / IA).
Fig. 1
Ajustes TAjustes Tpicos de Zonas de Actuacipicos de Zonas de Actuacinn9Primer zona:80 % de la longitud de lnea, instantnea (tiempo tpico total de extincin de falta:1 a 2 ciclos del rel ms 2 a 4 ciclos del disyuntor)9Segunda zona:120 % de la longitud de lnea,300 a 500 ms(coordinacin con el ajuste de la lnea adyacente)9Tercer zona: lnea adyacente, 2 segundos9Opcionalmente: cuarta zona para respaldo hacia atrs9Complemento habitual con rels de tierra (sobrecorriente direccional, p.ej)
ProtecciProteccin de respaldon de respaldoLa interrupcin selectiva de una falla en un sistema elctrico origina la actuacin de la siguiente cadena de aparatos:Equipos de medida de magnitudElementos que establecen los valores reducidosEquipos de interrupcinLos auxiliares correspondientes si uno de los
elementos de cadena falla, el sistema de proteccin no trabaja y la falla continua.
ProtecciProteccin de respaldon de respaldo
La proteccin de respaldo se emplea solamente para la proteccin contra cortocircuitos.Existen tres formas bsicas de proteccin de respaldo. Respaldo remoto Sistema de proteccin duplicado- respaldo
local Supervisin de equipo existente
Respaldo remotoRespaldo remoto
Es deseable que la proteccin de respaldo est dispuesta de tal forma que la falla de la proteccin principal no origine la falla de la proteccin de respaldo en una estacin diferente.
Sistema de protecciSistema de proteccin n duplicado (respaldo local)duplicado (respaldo local)
Consiste en la duplicacin de elementos ms importantes de la cadena de proteccin, y cada uno de los ramales se dispone normalmente para operar a la misma velocidad, es decir, tan rpido como sea posible.El interruptor es el elemento de la cadena de sistemas de proteccin que por su elevado costo no se duplica.
SupervisiSupervisin de equipo n de equipo existenteexistente
Consiste en la supervisin continua de la cadena de elementos de proteccin con el fin de evitar disparos indeseados del sistema de proteccin. Aparte de los chequeos operacionales de los rels con sus circuitos de disparo e interruptores, en la mayora de los casos se supervisa el voltaje de la batera.
CCmo funcionan los relmo funcionan los rels de s de protecciproteccin?n?
Todos los rels utilizados para proteccin de cortocircuitos y algunas anomalas, funcionan en virtud de la corriente y/o tensin proporcionada a ellos por los transformadores de instrumentacin (TC y TP), conectados en diferentes combinaciones al elemento del sistema que va a protegerse.
REL BUCHHOLZ
RELRELS DE PROTECCIS DE PROTECCIN N CONTROL Y MONITOREOCONTROL Y MONITOREO
Equipos que controlan y protegen equipos, mediante el seguimiento a las seales de variables elctricas que necesitan ser monitorizadas.
RELREL DE DE VOLTAJE (27)VOLTAJE (27)
Protegen equipos y sistemas elctricos contra los voltajes altos y bajos, faltas de fase e inversin de secuencia de fases del sistema elctrico.
RELREL DE SOBRE CARGA.DE SOBRE CARGA.Monitorea la temperatura del equipo elctrico cuya elevacin de temperatura es causada por el exceso de corriente
PROTECCIPROTECCIN CONTRA N CONTRA CORTO CIRCUITO (57)CORTO CIRCUITO (57)
Esta operacin la hace el interruptor de potencia, debido a que este es de accin rpida al detectar el calentamiento que produce la corriente de corto circuito.
PROTECCIPROTECCIN POR HILON POR HILOPILOTO (85)PILOTO (85)
Compara las condiciones en las terminales de una lnea; adems despeja una falla de forma rpida y eficaz.
REL DE CORRIENTE (46)
Protegen y controlan el sistema elctrico contra las sobre corrientes equipos y motores.
RELREL DE DE FRECUENCIA (81)FRECUENCIA (81)
Protegen y controlan equipos contra cambios en la frecuencia del voltaje.
REL DE RESISTENCIA O NIVEL (73)
Protegen y controlan equipos contra cambios en niveles de tanques o caudales de fluidos para accionar las bombas que los controlan.
REL DE TIEMPO
Protegen y controlan equipos contra limites o rangos de tiempos de accin
72Interruptor cc.24Rel de ondas viajeras.
71Suiche nivel.23Dispositivo de control y temperatura.
70Restato.22Interruptor igualador.
69Dispositivo permisivo de control.21Rel de distancia.
68Rel de bloqueo.20Vlvula operadora elctricamente.
67R. direccional de sobrecorriente ac.19Rel de transicin de arranque o marcha.
66Disp. de control o de avance lento.18Dispositivo de aceleracin o desaceleracin.
65Regulador.17Interruptor de descarga o punteo.
64Rel de falla a tierra.16Disponible.
63Rel de presin.15Dispositivo igualador de frecuencia.
62Rel temporizado para parada.14Dispositivo de baja velocidad.
61Disponible.13Dispositivo de velocidad sincrnica.
60Rel de desbalance de corriente.12Dispositivo de sobrevelocidad.
59Rel de sobretensin.11Disponible.
58Rel de falla de la rectificacin.10Interruptor de control de secuencia.
57Dispositivo de cortocircuito.9Dispositivo de inversin.
56Rel de aplicacin del campo.8Disp. de desconexin de la pot. de control
55Rel de factor de potencia.7Interruptor andico.
54Disponible.6Interruptor de arranque.
53Rel excitacin o del generador cc.5Rel maestro de parada.
52Interruptor de corriente alterna.4Rel maestro de arranque.
51Rel temporizado de sobrecorriente.3Rel de chequeo.
50Rel instantneo de sobrecorriente.2Rel con retardo de tiempo al arrancar
49Rel trmico para Transform. o mquina.1Elemento maestro
SIMBOLREL DE PROTECCINSIMBOLREL DE PROTECCIN
96Detector de vibraciones.72Interruptor cc.
95Disponible.71Suiche nivel.
94Rel de disparo o disparo libre.70Restato.
93Contacto cambiador de campo.69Dispositivo permisivo de control.
92Rel direccional de potencia tensin68Rel de bloqueo.
91Rel direccional de tensin.67R. direccional de sobrecorriente ac.
90Dispositivo de regulacin.66Disp. de control o de avance lento.
89Seccionador de lnea.65Regulador.
88Motogenerador.64Rel de falla a tierra.
87Rel de proteccin diferencial.63Rel de presin.
86Rel de disparo y bloqueo.62Rel temporizado para parada.
85Rel receptor de carrier o hilo piloto61Disponible.
84Mecanismo de operacin.60Rel de desbalance de corriente.
83Rel de control selectivo automtico59Rel de sobretensin.
82Rel de recierre de cc.58Rel de falla de la rectificacin.
81Rel de frecuencia.57Dispositivo de cortocircuito.
80Rel de flujo.56Rel de aplicacin del campo.
79Rel de recierre de ca.55Rel de factor de potencia.
78Rel de proteccin.54Disponible.
77Transmisor de pulsos.53Rel excitacin o del generador cc.
76Rel de sobrecorriente de cc.52Interruptor de corriente alterna.
75Mecanis. para el cambio de posicin51Rel temporizado de sobrecorriente.
74Rel de alarma.50Rel instantneo de sobrecorriente.
73Contac. para la resistencia de carga49Rel trmico para Transform. o mquina.
SIMBOLREL DE PROTECCINSIMBOLREL DE PROTECCIN
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