1- Introducción a Los Sistemas de Protecciones_v2

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL AVELLANEDA

Ing. Alejandro Martinez – Ing. José Gallego – Ing. Nelson Reta 1

Laboratorio de Protecciones Eléctricas y Telecomuni caciones

1- Introducción a los sistemas de protecciones.

Contenido:

1) Objetivo del sistema de protección. 2) Vocabulario. 3) Perturbaciones en las redes. 4) Componentes de los sistemas de protecciones. 5) Conexión y aplicación de relés de protección. 6) Cualidades del sistema de protección. 7) El concepto de Respaldo. 8) Circuitos de Control. 9) Pickup – Trip – Dropout. 10) Errores de los relés de protección. 11) Lógica de control.

1) Objetivos del sistema de protección: El objetivo de los sistemas de protección es disminuir al máximo posible los efectos de las perturbaciones que aparezcan en el sistema de potencia, mediante la apertura de interruptores asociados a dichos sistemas de protección y de manera de mantener un alto nivel de continuidad de la energía eléctrica. Hablar de perturbaciones, sin limitarse al efecto de las fallas, es hablar de que hay perturbaciones que no son falla de aislación, ni fallas en el más amplio sentido de la palabra y para las cuales hay protecciones previstas. En una red de Transmisión, Distribución y Generación de energía eléctrica, el sistema de protecciones debe estar diseñado para que la misma pueda funcionar a su máxima capacidad en cualquier condición de operación. 2) Vocabulario: Defecto (fault): Perdida de desempeño normal de un equipo, de alguna de sus funciones, o de alguno de los componentes del sistema de protecciones, incluidos los circuitos asociados. Avería (failure): Defecto de un equipo o componente de la instalación, que requiere de reparación para el restablecimiento del desempeño original. Falla (fault): Perturbación del sistema de transmisión, caracterizada por una desviación significativa de las variables del mismo, asociada a un defecto de un equipo primario y que requiere la inmediata desconexión del equipo afectado operando los interruptores apropiados. Perturbación: Situación anormal del sistema de transmisión, provocada por una avería u otro tipo de desequilibrio, que necesita de una operación para retornar a su estado normal. Puede ser originada por un cortocircuito, un desbalance de generación-carga, disminución o incremento de la tensión, etc.



Contingencia: Un defecto inesperado o salida de servicio de un componente del sistema. 3) Perturbaciones en las redes: Las redes eléctricas están sujetas a la posibilidad de distintos tipos de perturbaciones y a combinaciones de éstas. Las más comunes son las siguientes:

• Fallas Eléctricas: Son fallas de aislación, o interrupciones en el camino previsto para la corriente eléctrica. Se presentan en los distintos elementos de la red: Líneas, barras, transformadores, generadores, etc.

• Sobrecargas: Se presentan también en los distintos componentes de la red. • Sobretensiones: • Subtensiones: • Subfrecuencias: Debidas a la pérdida de capacidad de generación. • Sobrefrecuencia: debida a la perdida de carga. • Perdidas de estabilidad: Se pierde el sincronismo entre los distintos generadores de la red. • Oscilaciones de potencia: Variación relativa, periódica y no deseada, entre los distintos

generadores de la red. • Cargas asimétricas: se presentan ante la apertura accidental de una fase, o de algún

componente de la red. • Perturbaciones en generadores: además de las fallas de aislación, se pueden presentar:

pérdidas de excitación, motorización, bloqueo por pérdida de servicios auxiliares, defectos en la regulación de tensión, defectos en la regulación de velocidad.

La mayor parte de las fallas en un sistema eléctrico, con una red de líneas de transmisión son monofásicas, como resultado de descargas atmosféricas las cuales inducen transitorios altos de tensión y de la caída de árboles y ramas. En la cabecera de los sistemas de distribución, el contacto momentáneo es causado por el viento como otra gran causa de falla. El hielo, la nieve y el viento durante grandes tormentas, pueden causar muchas fallas y graves daños. El porcentaje aproximado de ocurrencia para cada tipo de falla es:

• Fallas monofásicas: 70 – 80 % • Fallas bifásicas a tierra: 10 – 17 % • Fallas bifásicas: 8 – 10 % • Fallas trifásicas: 2 – 3 %

Desbalances de carga entre las fases, tales como un conductor roto, o un fusible quemado no son fallas muy comunes, excepto en baja tensión donde los fusibles son el medio de protección principal. La ocurrencia de las fallas es variable, dependiendo de la configuración de la red y las condiciones del entorno de la instalación. En muchas ocasiones, el arco causado por las fallas ya mencionadas no causa un daño permanente en las instalaciones si el circuito es interrumpido rápidamente. Es muy común al abrir un circuito con falla, permitir que el arco se extinga naturalmente y entonces cerrar el circuito nuevamente. Los tiempos de salida de servicio normales están en el orden de 30 segundos a 2 minutos, en el caso de problemas graves puede durar horas. Las protecciones eléctricas, es la ciencia, habilidad y arte de aplicar y ajustar ajustes a un relé de protección o fusibles, o ambos, para proveer la sensibilidad máxima ante fallas o condiciones indeseables, pero permitiendo la operación de la instalación bajo condiciones permisibles o tolerables.



Es importante señalar que la “ventana de tiempo” que tiene un relé para operar es extremadamente pequeña y muchas veces, el chequeo de las condiciones de falla y operación de la instalación, causa retardos indeseables. Ocurre también que los equipos de protecciones actúen erróneamente, despejando parte de la instalación aún sin que ocurra perturbación alguna. Esto puede acarrear graves consecuencias a nivel de confiabilidad y grandes pérdidas económicas. 4) Componentes del sistema de protecciones: Comprende los transformadores de medida, cableado secundarios de corriente alterna, circuitos de corriente continua, hasta la bornera de las bobinas de apertura y cierre del interruptor, relés asociados (de recierre, de bloqueo por penduleo) relés y terminales de protección, señalizaciones propias, dispositivos de recierre, elementos de monitoreo, sistemas de registro y comunicación asociados. Las bobinas del interruptor en muchas empresas, se consideran como un componente fuera del sistema de protecciones. Los dispositivos asociados al sistema de protección son: las alarmas, señalizaciones, registros de eventos y oscilográficos.

5) Conexión y aplicación de los relés de protección: Los relés de protección utilizan señales eléctricas, a través de los transformadores de corriente (TI) y de tensión (TV). Estos dispositivos son los que proveen la separación electromagnética entre el sistema de alta tensión y alta corriente, reduciendo las señales de entrada a valores de salida prácticos para los relés.

El interruptor es designado con el código 52, siguiendo la numeración de las normas ANSI / IEEE. En los esquemas de corriente continua, los contactos deben ser mostrados en su estado des-energizado. A raíz de esto, cuando el interruptor está cerrado y en servicio, su contacto 52a, debe estar cerrado.

Transformador de corriente

Interruptor

Circuito a Proteger

Relé de protección

Transformador de tensión

Barra

Disparo (Trip)

Sistema de protección

Interruptor

Barra de baterías Pos.

Barra de baterías Neg.

Relé



Los componentes de un relé de protección pueden ser electromecánicos, electrónicos o los dos juntos. Originalmente los relés fueron electromecánicos, los cuales siguen en funcionamiento en muchas instalaciones alrededor del mundo. Es más en la actualidad muchas empresas lo siguen comercializando, dado que todavía existe un mercado para ellos. Estos relés tienen la característica de operar con una sola función de protección por equipo (Por ejemplo, un relé diferencial de transformador y otro relé de sobrecorriente) Los primeros relés electrónicos fueron lanzados en la década del 70. En los últimos años han tomado prevalecencia en el mercado, los relés electrónicos con microprocesador y con múltiples funciones en un mismo equipo (A diferencia del ejemplo anterior, con las funciones de protección diferencial y sobrecorriente en el mismo equipo). Los relés con microprocesadores, tienen el beneficio de alta precisión, ocupan menos espacio y abaratan los costos de instalación, tienen la posibilidad de incorporar lógica de control, comunicaciones locales y remotas, registrar eventos, adquisición de datos, configuración remota y auto chequeo.

En la figura anterior, se puede observar a la derecha relés de impedancia (como única función de protección) y a la izquierda un relé para protección de líneas el cual tiene a la función de protección de impedancias, entre tantas otras más.



Aplicación de los relés de protección: El sistema de potencia está dividido en zonas de protección definidas por el equipamiento y los interruptores asociados. Las siguientes categorías son posibles en una red eléctrica.

• Generador o bloque generador – transformador. • Transformadores. • Barras. • Líneas (transmisión, sub-transmisión, distribución). • Banco de capacitores o reactores. • Equipamiento (Motores, cargas estáticas, etc.)

Cada una de estas categorías, tiene relés de protección diseñados específicamente para el equipamiento a ser protegido. La protección de cada zona, puede tener también backup en los equipos que protegen la zona adyacente. La protección en cada zona, puede superponerse con la zona adyacente; de otro modo podría aparecer un vacío en la zona primaria. Esta superposición puede ser realizada por la colocación de los transformadores de corriente, la información clave del sistema de potencia que reciben los relés.

Zona Generador

Zona Transformador

Zona Línea de Transmisión Zona

Transformador

Zona Alimentador de distribución

Zona Barras

Zona Barras

Fusibles



v Para el esquema de la parte superior, si la falta es entre los dos TI's, esta probablemente involucre al interruptor, y la falta no sea totalmente despejada hasta que cualquiera de los interruptores de las puntas no haya disparado. En el esquema de la parte inferior, el relé de la zona Y solo abrirá el interruptor para despejar fallas entre los TI’s, que provengan de su lado izquierdo. La operación del relé del lado X no es necesaria, pero tampoco puede ser prevenida. Sin embargo, la omisión de la superposición de zonas, podría llevar a que ningún relé vea la falla entre los distintos TI’s. 6) Cualidades del sistema de protección: Las cualidades de los sistemas de protección son clasificadas de la siguiente manera.

• Selectividad. • Velocidad. • Confiabilidad.

Selectividad: Es la condición en la cual un sistema de protección, debe operar produciendo la apertura de los interruptores estrictamente indispensables, para eliminar la perturbación producida. Este concepto implica que en caso de falla de aislación, debe salir de servicio solo el componente de la red que haya provocado la perturbación.

Zona de protección Y

Zona de protección X

Interruptor

Relé Zona X Relé Zona Y

Zona de protección X

Zona de protección Y

Interruptor

Relé Zona Y

Relé Zona X

Barra Local Barra Remota



Velocidad: En el caso de esta condición, el sistema de protección debe actuar lo más rápido posible. Se tiene en cuenta para este enunciado, no solo el efecto destructivo de las fallas, sino también el efecto que estas tengan sobre la estabilidad del sistema. Se considera que una protección es rápida si su retardo a la operación es mayor a 100mseg, su actuación minimiza el daño. Se considera que una protección es ultra rápida si su retardo a la actuación es menor a 100mseg, su actuación minimiza la inestabilidad del sistema. La velocidad se opone a selectividad y a la seguridad, dado que estos dos últimos conceptos implican retrasos en la operación. Confiabilidad: Es la habilidad del sistema de protección, para realizar su función adecuadamente y está relacionada en forma directa con los atributos de dependibilidad y seguridad, del o los relés del sistema. Dependibilidad de un relé de protección: Es la habilidad de un relé para actuar, solo cuando es requerida su actuación. Aplicando el concepto propuesto, la protección debe operar aun si la falla no se manifiesta plenamente. Si la protección no llega a operar ante una falla, el resultado es la destrucción de alguna instalación o corte de suministro a clientes. Para mejorar la dependibilidad se instalan protecciones de respaldo. También debe operar en instalaciones donde las fallas no se generan Durante años. Seguridad de un relé de protección: Es la habilidad de un relé para no actuar, cuando no es requerida su actuación. No debe actuar cuando por ejemplo en una red se producen oscilaciones que se mantienen estables. No debe actuar cuando se generan fallas alejadas del sistema de protecciones en consideración. Se mejora la seguridad cuando se condiciona el disparo de una protección, a que otra u otras protecciones también hayan decidido disparar.



7) El concepto de respaldo: En los sistemas de protecciones, se aplica un muy importante principio, según el cual los dispositivos involucrados deben ser respaldados en su funcionamiento, de modo que un defecto en alguno de ellos no implique la pérdida total de la función de protección involucrada. Entrando en más detalle, pueden diferenciarse dos tipos de respaldo, un equipo respaldando a otro, o el respaldo completo de un sistema de protección. Se pueden distinguir dos tipos de respaldo:

• Respaldo local. • Respaldo Remoto.

Respaldo local, se refiere a cuando un relé de protección y algunos o todos sus dispositivos asociados, están duplicados en su función. Que estén duplicados, no significa que los dispositivos sean iguales.



En la figura anterior, tanto el relé A, como el relé B tienen la misma función de protección. En caso de falla del relé A, el relé B se encargará de despejar la perturbación que aparezca en la instalación.

Otra manera de generar un respaldo local, es duplicando exactamente el equipamiento de protección de manera que en correcto funcionamiento disparen los dos relés al misma tiempo, pero en caso de falla de uno de ellos queda el circuito protegido con el otro relé y la misma configuración que el fallado.



Respaldo remoto, se refiere cuando se previene un mal funcionamiento de un relé de protección, o de sus dispositivos asociados mediante el accionamientos de relés ubicados en otros puntos de la red. El accionamiento de un respaldo remoto, hace perder parte de la selectividad del sistema de protecciones general. Es decir se da cuando el respaldo implica la actuación de un interruptor, distinto al asociado al relé original.

El respaldo remoto, cuando se da la actuación de otro equipo en otra parte de la instalación, conlleva indefectiblemente a una pérdida en la selectividad, dado que el equipo de respaldo al disparar, dejará sin servicio a una porción de la instalación más grande que la afectada por la falla. El respaldo, en las redes de Alta y Extra Alta Tensión, tiene una gran tendencia a tener dispositivos o sistemas con respaldo mutuo. Es decir, dispositivos 1 y 2 en los cuales, no existe relé principal y que opere más rápido de los dos. Para una mejor comprensión se dan las siguientes distinciones:

• Respaldo (como concepto general aplicado a los sist emas eléctricos): Concepto general referido a los sistemas de protección, por el cual los dispositivos integrantes de los mismos, o los propios sistemas de protección en su conjunto tienen otros dispositivos o sistemas, que previenen su mal funcionamiento, realizando funciones equivalentes.

• Respaldo de dispositivo: Cuando el concepto de respaldo se aplica a un dispositivo y no a

un sistema de protección en su conjunto.

• Respaldo de un sistema de protección: Cuando el concepto de respaldo se aplica a un sistema de protección en su conjunto.

• Respaldo local de circuito: Cuando el respaldo se realiza, haciendo que la apertura de los

circuitos sea exactamente la misma. En casos muy especiales, puede llegar a duplicarse los interruptores abriendo el circuito en el mismo lugar.

• Respaldo local de estación: Cuando el respaldo se realiza dentro de la misma estación o

planta generadora, pero abriendo interruptores que producen la salida de servicio, de un mayor número de componentes de la red que aquellos directamente afectados por la falla.

• Respaldo remoto: Cuando el respaldo se realiza, mediante dispositivos instalados en otros

puntos de la red, abriendo interruptores instalados en esos otros puntos.



• Respaldo mutuo: Cuando no se puede hacer una distinción entre dispositivos o sistemas principales o de respaldo.

• Respaldo local de circuito con sistemas de distinta jerarquía: Cuando un sistema de

protección o dispositivo, tiene la función principal y otro dispositivo o sistema de protección tiene la función de respaldar al primero.

8) Circuitos de control: Cada equipo que integra una subestación, tiene un circuito de control asociado. Los transformadores tienen circuitos de control para los cambios en la posición de su conmutador, control de sus ventiladores y bombas, circuitos de alarmas y otros elementos de protección que les son propios. Los interruptores tienen circuitos de control de disparo, cierre, alarma, interbloqueo y algunos tienen circuitos para control remoto. Cada dispositivo dentro de un esquema eléctrico de control y protección, tiene un código característico que lo identifica a éste y a sus funciones. A estos códigos se le pueden agregar letras como sufijos para una mayor descripción. Lista de códigos de los dispositivos según ANSI estándar C.37.2.



Nº Función y descripción Nº Función y descripción 1 Elemento Principal: Es el dispositivo de iniciación, tal

como el interruptor de control, relé de tensión, interruptor de flotador, etc., que sirve para poner el aparato en operación o fuera de servicio, bien directamente o a través de dispositivos, tales como relés de protección con retardo.

15 Dispositivo regulador de velocidad o frecuencia: Es el que funciona para mantener la velocidad o frecuencia de una máquina o sistema a un cierto valor, o bien entre ciertos límites.

2 Relé de cierre o arranque con demora de tiempo: Es el que da la demora de tiempo deseado entre operaciones de una secuencia automática o de un sistema de protección, excepto cuando es proporcionado específicamente por los dispositivos 48, 62 y 79 descritos más adelante.

16 Sin aplicación.

3 Relé de comprobación o de bloqueo: Es el que opera en respuesta a la posición de un número de otros dispositivos, o un número de condiciones predeterminadas, en un equipo para permitir que continúe su operación, para que se pare, o para proporcionar una prueba de la posición de estos dispositivos o de estas condiciones para cualquier fin.

17 Conmutador para puentear el campo serie: Sirve para abrir y cerrar un circuito en shunt entre los extremos de cualquier pieza o aparato (excepto una resistencia) tal como el campo de una máquina, un condensador o una reactancia.

4 Contactor principal: Es un dispositivo generalmente mandado por el dispositivo Nº 1 o su equivalente y los dispositivos de permiso y protección necesarios, y que sirve para abrir y cerrar los circuitos de control necesarios para reponer un equipo en marcha, bajo las condiciones deseadas o bajo otras condiciones o anormales.

18 Dispositivo de acelerar o decelerar: Es el que se utiliza para cerrar o hacer cerrar los circuitos que sirven para aumentar o disminuir la velocidad de una máquina.

5 Dispositivo de parada: Es aquel cuya función primaria es quitar y mantener un equipo fuera de servicio.

19 Contactos de transición de arranque a marcha normal: Su función es hacer la transferencia de las conexiones de alimentación de arranque a las de marcha normal de la máquina.

6 Interruptor de arranque: Es un dispositivo cuya función principal es conectar la máquina a su fuente de tensión de arranque.

20 Válvula maniobrada eléctricamente: Es una válvula accionada por solenoide o motor, que se utiliza en circuitos de vacío, aire, gas, aceite, agua o similares.

7 Interruptor de ánodo: Es el utilizado en los circuitos del ánodo de un rectificador de potencia, principalmente para interrumpir el circuito del rectificador por retorno del encendido de arco.

21 Relés de distancia: Es el que funciona cuando la admitancia, impedancia o reactancia del circuito disminuyen a unos límites anteriormente fijados.

8 Dispositivo de desconexión de energía de control: Es un dispositivo de desconexión (conmutador de cuchilla, interruptor de bloque o fusibles extraíbles) que se utiliza con el fin de conectar y desconectar, respectivamente, la fuente de energía de control hacia y desde la barra o equipo de control.

22 Interruptor igualador: Sirve para conectar y desconectar las conexiones igualadoras o de equilibrio de intensidad para los reguladores del campo de la máquina o de tensión de la máquina, en una instalación de unidades múltiples.

9 Dispositivo de inversión: Es el que se utiliza para invertir las conexiones de campo de una máquina o bien para otras funciones especiales de inversión.

23 Dispositivo regulador de Temperatura: Es el que funciona para mantener la temperatura de la máquina u otros aparatos dentro de ciertos límites.

10 Conmutador de secuencia: Es el que se utiliza para cambiar la secuencia de conectar o desconectar unidades en un equipo de unidades múltiples.

24 Sin aplicación.

11 Sin aplicación. 25 Dispositivo de sincronización o puesta en paralelo: Es el que funciona cuando dos circuitos de alterna están dentro de los límites deseados de tensión, frecuencia o ángulo de fase, lo cual permite o causa la puesta en paralelo de estos circuitos.

12 Dispositivo de exceso de velocidad: Es normalmente un conmutador de velocidad de conexión directa que actúa cuando la máquina se embala.

26 Dispositivo térmico: Es el que funciona cuando la temperatura del campo en shunt, o el bobinado amortiguador de una máquina o el de una resistencia de limitación o cambio de carga o de un liquido u otro medio, excede de un valor determinado.

13 Dispositivo de velocidad síncrona: Es el que funciona con aproximadamente la velocidad síncrona normal de una máquina, tal como un conmutador de velocidad centrifuga, relés de frecuencia de deslizamiento, relé de tensión, relé de intensidad mínima o cualquier tipo de dispositivo que accione con aproximadamente la velocidad normal de la máquina.

27 Relés de mínima tensión: Es el que funciona al descender la tensión de un valor prerreglado.

14 Dispositivo de falta de velocidad: Es el que funciona cuando la velocidad de la máquina desciende por debajo de un valor predeterminado.

28 Detector de llama: Su función es detectar la existencia de llama en el piloto o quemador principal, por ejemplo de una caldera o una turbina de gas.



29 Contactos de aislamiento: Es el que se utiliza con el

propósito especial de desconectar un circuito de otro, por razones de maniobra de emergencia, conservación o prueba.

45 Detector de condiciones atmosféricas: Funciona ante condiciones atmosféricas anormales como humos peligrosos, gases explosivos, fuego, etc.

30 Relé anunciador: Es un dispositivo de reposición no automática que da un numero de indicaciones visuales independientes al accionar el dispositivo de protección y además también puede estar dispuesto para efectuar una función de enclavamiento.

46 Relé de intensidad para equilibrio o inversión de fases: Es un relé que funciona cuando las intensidades polifásicas están en secuencia inversa o desequilibrada o contienen componentes de secuencia negativa.

31 Dispositivo de excitación separada: Es el que conecta un circuito, tal como el campo shunt de una conmutatriz, a la fuente de excitación separada durante el proceso de arranque, o bien se utiliza para energizar la excitación y el circuito de encendido de un rectificador.

47 Relé de tensión para secuencia de fase: Es el que funciona con un valor dado de tensión polifásica de la secuencia de fase deseada.

32 Relé direccional de potencia: Es el que funciona sobre un valor deseado de potencia en una dirección dada, o sobre la potencia invertida resultante del retroceso del arco en los circuitos de ánodo o cátodo de un rectificador de potencia.

48 Relé de secuencia incompleta: Es el que vuelve el equipo a la posición normal o «desconectado» y lo enclava si la secuencia normal de arranque, funcionamiento o parada no se completa debidamente dentro de un intervalo predeterminado.

33 Conmutador de posición : Es el que hace o abre contacto cuando el dispositivo principal o parte del aparato, que no tiene un número funcional de dispositivo, alcanza una posición dada.

49 Relé térmico para máquina, aparato o transformador: Es el que funciona cuando la temperatura una máquina, aparato o transformador excede de un valor fijado.

34 Conmutador de secuencia movido a motor: Es un conmutador de contactos múltiples el cual fija la secuencia de operación de los dispositivos principales durante el arranque y la parada, o durante otras operaciones que requieran una secuencia.

50 Relé instantáneo de sobreintensidad y velocidad de aumento de intensidad: Es el que funciona instantáneamente con un valor excesivo de la intensidad o con un valor excesivo de velocidad de aumento de la intensidad, indicando avería en el aparato o circuito que protege.

35 Dispositivo de cortocircuitar las escobillas o anil los rozantes: Es para elevar, bajar o desviar las escobillas de una máquina, o para cortocircuitar los anillos rozantes.

51 Relé temporizado de sobreintensidad de CA: Es un relé con característica de tiempo inversa o definida, que funciona cuando la intensidad de un circuito de CA sobrepasa un valor dado.

36 Dispositivo de polaridad: Es el que acciona o permite accionar a otros dispositivos con una polaridad dada solamente.

52 Interruptor de CA: Es el que se usa para cerrar e interrumpir un circuito de potencia de CA bajo condiciones normales o de falta o emergencia.

37 Relé de mínima intensidad o baja potencia: es el que funciona cuando la intensidad o la potencia caen por debajo de un valor predeterminado.

53 Relé de la excitatriz o del generador de CC: Es el que fuerza el campo de la máquina de CC durante el arranque o funciona cuando la tensión de la máquina ha llegado a un valor dado.

38 Dispositivo térmico de cojinetes: Es el que funciona con una temperatura excesiva de los cojinetes.

54 Sin aplicación.

39 Detector de condiciones mecánicas: Su cometido es funcionar en situaciones mecánicas anormales (excepto las que suceden a los cojinetes de una máquina, función 38), tales como vibración excesiva, excentricidad, expansión choque, etc.

55 Relé de factor de potencia: Es el que funciona cuando el factor de potencia en un circuito de CA no llega o sobrepasa un valor dado.

40 Relé de campo/pérdida de excitación: Es el que funciona a un valor anormalmente bajo de la intensidad de campo de una máquina, o por el valor excesivo de la componente reactiva de la corriente de armadura en una máquina de CA, que indica excitación de campo anormalmente baja.

56 Relé de aplicación del campo: Es el que se utiliza para controlar automáticamente la aplicación de la excitación de campo de un motor de CA en un punto predeterminado en el ciclo de deslizamiento.

41 Interruptor de campo: Es un dispositivo que funciona para aplicar o quitar la excitación de campo de la máquina.

57 Dispositivo de cortocircuito o de puesta a tierra: Es el que opera por potencia o por energía almacenada y que funciona para cortocircuitar o poner a tierra un circuito, en respuesta a medios automáticos o manuales.

42 Interruptor de marcha: Es un dispositivo cuya función principal es la de conectar la máquina a su fuente de tensión de funcionamiento en marcha, después de haber sido llevada hasta la velocidad deseada de la conexión de arranque.

58 Relé de fallo de rectificador de potencia: Es el que funciona debido al fallo de uno o más ánodos del rectificador de potencia, o por el fallo de un diodo a conducir o bloquear propiamente.

43 Dispositivo de transferencia: Es un dispositivo, accionado a mano, que efectúa la transferencia de los circuitos de control para modificar el proceso de operación del equipo de conexión de los circuitos o de algunos de los dispositivos.

59 Relé de sobretensión: Es el que funciona con un valor dado de sobretensión.

44 Relé de secuencia de arranque del grupo: Es el que funciona para arrancar la unidad próxima disponible en

60 Relé de equilibrio de tensión: Es el que opera con una diferencia de tensión entre dos circuitos.



un equipo de unidades múltiples cuando falla o no está disponible la unidad que normalmente le precede.

61 Sin Aplicación. 76 Relé de sobreintensidad de CC: Es el que funciona cuando la intensidad en un circuito de cc sobrepasa un valor determinado.

62 Relé de parada o apertura con demora de tiempo: Es el que se utiliza en unión con el dispositivo que inicia la parada total o la indicación de parada o apertura en una secuencia automática.

77 Transmisor de impulsos: Es el que se utiliza para generar o transmitir impulsos, a través de un circuito de telemedida o hilos piloto, a un dispositivo de indicación o recepción de distancia.

63 Relé de presión de gas, líquido o vacío: Es el que funciona con un valor dado de presión de líquido o gas, para una determinada velocidad de variación de la presión.

78 Relé de salto de vector o medidor del ángulo de desfase (protección de salida de paralelo): Es el que funciona con un valor determinado de ángulo de desfase entre dos tensiones o dos intensidades, o entre tensión e intensidad.

64 Relé de protección de tierra: Es el que funciona con el fallo a tierra del aislamiento de una máquina, transformador u otros aparatos, o por contorneamiento de arco a tierra de una máquina de CC.

79 Relé de reenganche de CA: Es el que controla el reenganche y enclavamiento de un interruptor de CA.

65 Regulador mecánico: Es el equipo que controla la apertura de la compuerta o válvula de la máquina motora, para arrancarla, mantener su velocidad o detenerla.

80 Relé de flujo líquido o gaseoso: Actúa para valores dados de la magnitud del flujo o para determinadas velocidades de variación de éste.

66 Relé de pasos: Es el que funciona para permitir un número especificado de operaciones de un dispositivo dado o equipo, o bien un número especificado de operaciones sucesivas con un intervalo dado de tiempo entre cada una de ellas. También se utiliza para permitir el energizado periódico de un circuito, y la aceleración gradual de una máquina.

81 Relé de frecuencia: Es el que funciona con una variación de la frecuencia o por la velocidad de variación de la frecuencia.

67 Relé direccional de sobre-intensidad de CA: Es el que funciona con un valor deseado de circulación de sobre-intensidad de CA en una dirección dada.

82 Relé de reenganche de CC: Es el que controla el cierre y reenganche de un interruptor de c.c. generalmente respondiendo a las condiciones de la carga del circuito.

68 Relé de bloqueo: Es el que inicia una señal piloto para bloquear o disparar en faltas externas en una línea de transmisión o en otros aparatos bajo condiciones dadas, coopera con otros dispositivos a bloquear el disparo o a bloquear el reenganche en una condición de pérdida de sincronismo o en oscilaciones de potencia.

83 Relé de selección o transferencia del control automático: Es el que funciona para elegir automáticamente entre ciertas fuentes de alimentación o condiciones de un equipo, o efectúa automáticamente una operación de transferencia.

69 Dispositivo de supervisión y control: Es generalmente un interruptor auxiliar de dos posiciones accionado a mano, el cual permite una posición de cierre de un interruptor o la puesta en servicio de un equipo y en la otra posición impide el accionamiento del interruptor o del equipo.

84 Mecanismo de accionamiento: Es el mecanismo eléctrico completo, o servomecanismo, incluyendo el motor de operación, solenoides, auxiliares de posición, etc., para un cambiador de tomas, regulador de inducción o cualquier pieza de un aparato que no tenga número de función.

70 Reostato: Es el que se utiliza para variar la resistencia de un circuito en respuesta a algún método de control eléctrico, que, o bien es accionado eléctricamente, o tiene otros accesorios eléctricos, como contactos auxiliares de posición o limitación.

85 Relé receptor de ondas portadoras o hilo piloto: Es el que es accionado o frenado por una señal y se usa en combinación con una protección direccional que funciona con equipos de transmisión de onda portadora o hilos piloto de CC.

71 Relé de nivel de líquido o gaseoso: Este relé funciona para valores dados de nivel de líquidos o gases, o para determinadas velocidades de variación de estos parámetros.

86 Relé de enclavamiento: Es un relé accionado eléctricamente con reposición a mano o eléctrica, que funciona para parar y mantener un equipo un equipo fuera de servicio cuando concurren condiciones anormales.

72 Interruptor de CC: Es el que se utiliza para cerrar o interrumpir el circuito de alimentación de CC bajo condiciones normales o para interrumpir este circuito bajo condiciones de emergencia.

87 Relé de protección diferencial: Es el que funciona sobre un porcentaje o ángulo de fase u otra diferencia cuantitativa de dos intensidades o algunas otras cantidades eléctricas.

73 Contactor de resistencia en carga: Es el que se utiliza para puentear o meter en circuito un punto de la resistencia limitadora, de cambio o indicadora, o bien para activar un calentador, una luz, o una resistencia de carga de un rectificador de potencia u otra máquina.

88 Motor o grupo motor generador auxiliar: Es el que se utiliza para accionar equipos auxiliares, tales como bombas, ventiladores, excitatrices, etc.

74 Relé de alarma: Es cualquier otro relé diferente al anunciador comprendido bajo el dispositivo 30 que se utiliza para accionar u operar en unión de una alarma visible o audible.

89 Desconectador de línea: Es el que se utiliza como un desconectador de desconexión o aislamiento en un circuito de potencia de ca o cc cuando este dispositivo se acciona eléctricamente o bien tiene accesorios eléctricos,



tales como interruptores auxiliares, enclavamiento electromagnético, etc.

75 Mecanismo de cambio de posición: Se utiliza para cambiar un interruptor desconectable en unidad entre las posiciones de conectado, desconectado y prueba.

90 Dispositivo de regulación: Es el que funciona para regular una cantidad a un valor dado, o bien ciertos límites para las máquinas, líneas u otros aparatos.

91 Relé direccional de tensión: Es el que funciona cuando la tensión entre los extremos de un interruptor o contactor abierto sobrepasa un valor dado en una dirección dada.

93 Contactor de cambio de campo: Es el que funciona para cambiar el valor de la excitación de la máquina.

92 Relé direccional de tensión y Potencia: Es un relé que permite u ocasiona la conexión de dos circuitos cuando la diferencia de tensión entre ellos excede de un valor dado en una dirección predeterminada y da lugar a que estos dos circuitos sean desconectados uno de otro cuando la potencia circulante entre ellos excede de un valor dado en la dirección opuesta.

94 Relé de disparo o disparo libre: Es el que funciona para disparar o permitir disparar un interruptor, contactor o equipo, o evitar un reenganche inmediato de un interruptor en el caso que abra por sobrecarga, aunque el circuito inicial de mando de cierre sea mantenido.

Todos los contactos auxiliares y los conmutadores de posición y de fin de carrera para aquellos dispositivos y equipos como interruptores, contactores, válvulas y reostatos y contactos de relés llevan los siguientes sufijos:

• a: Los contactos que están abiertos cuando el dispositivo principal está en la posición de referencia estándar, comúnmente denominado como posición de no operación no desenergizado y que cierra cuando el dispositivo asume la posición opuesta.

• b: Los contactos que están cerrados cuando el dispositivo principal está en la posición de

referencia estándar, denominado posición de no operación o desenergizado, y que abre cuando el dispositivo asume la posición opuesta.

Tipos de bornes disponibles en protecciones: Las protecciones, independientemente del fabricante tienen los siguientes bornes disponibles, para los circuitos de medición, control y comunicación.

- Entradas digitales. - Salidas digitales. - Entradas analógicas de corriente. - Entradas analógicas de tensión. - Bornes de comunicación. - Bornes de sincronización. - Bornes de alimentación.

En el esquema siguiente se puede observar todos los bornes que tiene una protección de manera esquemática.





Las entradas digitales (H7a-H7b del esquema anterior) tiene su principal función, en la recepción de señales digitales dentro de una lógica de contactos para realizar bloqueos, por otro lado pueden recibir señal de posición desde un interruptor o seccionadores. Las salidas digitales (P1a-P1b del esquema anterior) tienen dentro de sus funciones, la de enviar las señales de disparo (trip) o de cierre (close) al interruptor asociado, o a un dispositivo actuador. Por otro lado, también se utilizan para el armado de lógicas de disparos o bloqueos junto a otros dispositivos en una instalación. Existen salidas digitales con supervisión de corriente o tensión (H1a-H1b-H1c del esquema anterior), para supervisión de cierre y apertura respectivamente, los cuales crean un elemento lógico dentro del relé que permita confirmar la apertura o cierre del contacto.

Las entradas de tensión y corriente en la protección, reciben las señales de los TVs y TIs respectivamente. Estas dependen del modelo de la protección. Algunas tienen diferentes conexiones para 1 y 5 Amperes, otras tienen un único borne y la corriente nominal se configura por software. Existirán también, tantas entradas de tensión y corriente según la utilización del equipo (Por ejemplo una protección diferencial tendrá más una bornera para corrientes). Los bornes de comunicación pueden ser de diferentes tipos:

- Borne RS232 - Borne RS485 - Borne Ethernet Cu - Borne Ethernet FO

La diferencia entre cada uno de estos, es su confiabilidad, velocidad, así como también condiciones de instalación. Por ejemplo una conexión por el puerto RS232, es más lenta que una conexión por un cable Ethernet de Cu, además de que la primera se puede hacer solo con un cable de 3 mts



aproximadamente de longitud, mientras que Ethernet permite una longitud de 100 mts aproximadamente. En cuanto al puerto de sincronización o Irig B , este es necesario en equipos destinados a trabajar en coordinación lógica con otros equipos iguales, donde para ensayar a ambos al mismo tiempo, se necesita una sincronización por GPS. Un ejemplo de esto es la aplicación de diferencial de línea, donde se debe realizar una inyección simultánea en ambos equipos a kilómetros de distancia, sincronizando los equipos de inyección por medio de un GPS. 9) Pickup Vs Dropout: Los valores de Pickup y Dropout, tienen relación con la detección de una anomalía en las redes o instalaciones que los equipos protegen. Se llama valor de Pickup, a los valores que activan una función de protección, pero que no necesariamente producirán un disparo. Un ejemplo es la protección de sobrecorriente temporizada, en la cual podemos observar que el valor de Pickup es el que marca el comienzo de la curva, mientras que los valores de corriente que producirán disparos de corto tiempo son múltiplos de este.

Por otro lado, el valor de Dropout es el valor en el cual la protección considera que la función ha dejado de estar activa. Muchas veces al actuar una protección se observa que su función sigue activa, lo que es debido a que luego de la actuación el relé sigue sensando una magnitud superior al valor de Dropout configurado en él. 10) Errores de los relés de protección: En la siguiente figura se detalla los errores que intervienen en el funcionamiento de un relé de protección.



Estos errores se deben tener en cuenta a la hora de realizar la selectividad de las protecciones, teniendo en cuenta no hacer que los escalones de funcionamientos tengan una diferencia muy pequeña, que pueda hacer que dispare el relé incorrecto. 11) Lógica de control: Como se mencionó previamente, los relés con funcionamiento basado en microprocesadores tienen la posibilidad de manejar lógicas de control, a los fines de controlar partes de la instalación y lograr los enclavamientos necesarios. Con esta posibilidad, puede demorarse el cierre de un interruptor luego de una falla, bloquear el cierre de un interruptor, conforme al estado de los seccionadores, bloquear a otra protección, habilitar funciones en un equipo remoto, etc. Dependiendo del fabricante y el modelo del relé de protección, este podrá contar con mayor o menor grado de posibilidades de configurar una lógica de protección. Estas funciones son idénticas a un PLC, donde partiremos de entradas lógicas, compuertas lógicas (OR, AND, NOT, SET / RESET, etc.) y obtendremos salidas lógicas.





En la figura anterior, se observa señales que se reciben en las entradas digitales de un relé de transformador (H8C, P7A, H7C, etc.) las cuales provienen de las protecciones propias de la máquina (Relé Buchholz, Válvula de sobrepresión, Imagen Térmica, etc). Estas señales digitales, se convierten en salidas lógicas (VO1, VO2, VO3, etc), internas al relé de protección. Si se desea generar un disparo del interruptor ante la operación de cualquiera de estas protecciones, se genera una lógica con una compuerta OR, en las cuales se ingresan las salidas lógicas que se configuraron en primer término, generándose una nueva salida lógica de disparo (VO20). Luego esta salida lógica, se debe asignar a un contacto digital de salida, para que éste se cierre y provoque la energización de la bobina de disparo del interruptor.

En la siguiente figura, se observa otro ejemplo en el cual el arranque de cualquiera de las funciones de protección (Sobrecorriente temporizada de fase, Sobrecorriente instantánea de fase o sobrecorriente instantánea de tierra) activa un led en el frente del equipo que avisa al operador que el relé detectó una condición anómala. Esta indicación queda activada y bloqueada, hasta que se dé la orden de resetear los leds, o se presione una tecla en el frente del equipo que en ese modelo se denomina F1. Esto se logra con una compuerta Set / Reset.



Bibliografía:

- “Sistemas de protección en grandes redes eléctricas de gran potencia” - M.V. Gonzalez Sabato - CIGRE - Cap. I a III.

- “Protective relaying for technicians” - Michael W. Young - Florida Power Corporation - Cap. 1 y 5.

- “Applied Protective Relaying” - Westinghouse - Westinghouse Electric Corporation - Cap. 1.

- “Protecciones eléctricas en MT” - Robert Capella - Schneider Formation - Cap 1.3. - “D60 line protection system” - GE Multilin – GE Multilin – Cap. 3.2.6. - “Protective Relaying – Principles and application” – Taylor and Francis Group – 3ra

Edición – Año 2006. - Material de capacitación – Ing. Luis M. Funes.

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1- Introducción a Los Sistemas de Protecciones_v2