CONFERENCIA 1

4Material 1. La proteccin de los alimentadores de distribucinPgina (

Material 1La Proteccin de los Alimentadores de DistribucinSumario:

Introduccin Defectos y Regmenes en los alimentadores de distribucin Misin de las protecciones de los alimentadores de distribucin Problemas comunes en la proteccin de los alimentadores de distribucin Esquemas de Protecciones segn ANSI

Ajustes de las protecciones de fase

Ajustes de las protecciones de tierra

La reconexin automtica tripolar y su impacto

Deteccin de las Fallas de Alta Impedancia ConclusionesObjetivo

Ensear a los cursantes a ajustar las protecciones empleadas en los alimentadores de distribucin, de tal forma que se puedan evitar los continuos disparos o la imposibilidad de reconectar un alimentador una vez que se ha disparado.Preguntas de control

1. Qu protecciones estn instaladas en los alimentadores de distribucin de su empresa?2. Conoce usted que aunque la corriente est por encima del nominal de los alimentadores de distribucin de su empresa, esto no representan un fenmeno anormal o una avera?3. Se hace re-conexin automtica de los interruptores de los alimentadores de distribucin de su empresa o los operadores tiene que hacer la re-conexin manual del interruptor pasado un tiempo prudencial?

4. Cree usted que las protecciones pueden poner lmites a los diseos elctricos o las planificaciones de los alimentadores de su empresa?

1.1 Introduccin

Los alimentadores de distribucin son justamente el inicio de las redes de distribucin. Estas redes de distribucin, aunque son las ms extensas y ramificadas del sistema de potencia, no son justamente las mejores atendidas o protegidas.Desde el interruptor del alimentador de distribucin de una subestacin se puede desconectar toda la red de distribucin y por tanto, numerosos consumidores quedaran sin servicio elctrico, afectando su calidad. Es por eso, que es imprescindible evitar las desconexiones permanentes de los interruptores de los alimentadores de distribucin.Como las redes de distribucin son radiales es entonces por el alimentador de distribucin que se alimentan estas redes y por tanto, en este punto, se reflejan todos los sucesos que puedan ocurrir en ellas. Estos sucesos, se conocen en la electricidad como regmenes y estos se clasifican en normales o anormales.

Tanto los regmenes normales como los anormales, pueden ser transitorios o permanentes. Los regmenes transitorios ocurren y en un lapso de tiempo pequeo vuelven a parecer estacionarios. Los permanentes una vez que ocurren no pueden desaparecer por si solos.La mayora de los regmenes que aparecen en las redes elctricas y en los alimentadores de distribucin son regmenes transitorios y casi la gran mayora, provocan incremento en la corriente por encima del nominal.Entre estos regmenes normales tenemos el INRUSH y la CARGA FRIA. Son regmenes normales que casi siempre provocan incrementos de la corriente muy por encima de la nominal. Son transitorios, pero no siempre duran poco tiempo. Es importante que las protecciones de los alimentadores no operen contra estos fenmenos normales, sino afectarn a muchos clientes.Por otro lado, existen averas, cortocircuitos, que por su distancia desde el alimentador y por el tipo de falla en si misma, tienen pequeo valor. En contradiccin con lo anterior, estos son regmenes anormales permanentes, pero su valor de corriente no siempre es mayor que los regmenes normales transitorios.

En esta conferencia se estudiarn las caractersticas fundamentales de los regmenes normales y anormales que pueden ocurrir en los alimentadores de distribucin y se brindarn las tcnicas para realizar una proteccin adecuada de los mismos.1.2 Defectos y Regmenes en los alimentadores de distribucin

Los regmenes normales transitorios fundamentales que pueden provocar las desconexiones de las protecciones, por los niveles que alcanzan las corrientes durante su ocurrencia son los conocidos como: las Corrientes de Inrush que experimentan los transformadores de potencia y las Corrientes de Carga Fra (Could Load Pickup). Las corrientes de InrushUn transformador en rgimen normal estabilizado puede consumir una corriente que depende de su cargabilidad en un momento dado. Estas corrientes alcanzan valores desde 0 hasta los valores de corriente nominal.

Pero existen regmenes transitorios en el transformador que provocan que las corrientes, por un tiempo relativamente pequeo, alcancen magnitudes muy elevadas. En la figura 1 se muestra la forma de onda de estas corrientes durante un Inrush. Las corrientes alcanzan valores extremadamente elevadas en los primeros ciclos y rpidamente comienzan a disminuir hasta alcanzar los valores de corrientes de vaco o de trabajo segn como est operando el transformador de potencia.

Como quiera, hay que tener mucho cuidado en el ajuste de las protecciones instantneas de los alimentadores de la subestacin de tal forma que no puedan ser superadas por estos picos de corrientes, y por tanto, producir desconexiones incorrectas del alimentador, con increbles prdidas en energa dejada de consumir.

Algunos problemas son comnmente provocados por las corrientes de Inrush en las protecciones en las redes de distribucin y se describirn a continuacin:

1. Fundicin de los fusibles de los transformadores de distribucin.

2. Disparo de los interruptores de los alimentadores de las subestaciones.

Cuando un fusible est mal seleccionado, este puede fundirse al ocurrir un Inrush en el transformador y eso sera una operacin incorrecta del fusible. Es una operacin incorrecta dado que el Inrush no es una avera en el transformador sino ms bien un rgimen normal totalmente permisible para el transformador.

El problema se agudiza cuando el operador o el trabajador no comprender la causa de la fundicin del fusible y puede entonces sobredimensionar el fusible buscando que no se dispare, dejando al transformador sin proteccin para futuras averas. Otra consecuencia es que mientras el operador est cambiando el fusible esto es un tiempo que se deja de servir la energa y por tanto afecta la Calidad del Servicio de la Energa Elctrica.

Estas corrientes de Inrush pueden incluso provocar el disparo de las protecciones de los alimentadores de la subestacin. Si los ingenieros no consideran en los ajustes de las protecciones instantneas de los alimentadores de la subestacin estas grandes corrientes de Inrush, entonces puede que se disparen los interruptores justo en el momento de energizar el alimentador (es la operacin incorrecta ms comn). Las protecciones indicarn disparo por avera y entonces se provocar la duda, de que el disparo fue una avera o no?. Estas dudas tienden a provocar demora en la puesta del servicio elctrico y por tanto, energa dejada de servir. Muchos usuarios se veran afectados por esta operacin incorrecta.

Los picos de carga fraCuando se energiza una lnea elctrica a nivel de la subestacin o un ramal secundario que alimenta a mucho consumidores, que tena mucho tiempo de estar desconectado, una gran corriente puede producirse. Estas grandes corrientes que aparecen al momento de energizar un alimentador que tena mucho tiempo de estar desconectado es conocida como Pico de Carga Fra.

Cuando se desconecta un alimentador por mucho tiempo, las neveras y refrigeradores pueden perder el nivel de temperatura ptimo. Cuando se energiza nuevamente el alimentador, entonces todas las neveras y refrigeradores arrancaran y como son moto-compresores que en el arranque suelen incrementar la corriente entre 3 y 6 veces el valor nominal del motor, entonces provocan a nivel de lnea, una corriente que puede ser bastante elevada con respecto al nivel mximo esperado. Justo porque los causantes fundamentales son las neveras y refrigeradores y porque se produce al estar las lneas en estado desconectada, se le conoce a este fenmeno Pico de Carga Fra.

No solo son los refrigeradores y congeladores los nicos responsables del crecimiento excesivo de las corrientes durante una carga fra, otras cargas pueden hacer este fenmeno:

1. Iluminacin.

2. Motores.3. Calentadores por medio de resistencia.4. Capacitores.5. Cargas magnticas (transformadores y reguladores de voltajes).No solamente influye el tipo de carga en la duracin y el pico de la corriente de carga fra sino tambin otros factores que se enumerarn:

1. El tiempo que dura la desconexin.2. El clima durante la desenergizacin.

3. La cantidad de carga conectada al circuito.

4. El da de la desconexin segn las costumbres de cada pas.

5. Forma de la energizacin.

6. El factor de potencia de la carga a energizar.

7. Generacin distribuida.

Las consecuencias de la Carga Fra sobre las protecciones de los alimentadores de los circuitos son mayores que el Inrush. Estos alimentadores o las protecciones instaladas en los mismos percibirn una mayor corriente y por tanto, podrn confundirse con corrientes de averas y desconectar todo el circuito. Si las protecciones tienen la capacidad de reconectar automticamente, entonces puede que existan varias reconexiones antes de que el circuito quede energizado o simplemente sea desenergizado completamente. Es importante tomar en cuenta y no ignorar el proceso de carga fra para buscar alguna solucin a este fenmeno y mejorar la calidad del servicio elctrico a la poblacin luego de una desconexin.

Las protecciones actuales poseen caractersticas que permiten solucionar total o parcialmente los problemas de las cargas fras. Son rels basados en microprocesadores con numerosas funciones de proteccin, algunas ya adaptadas a las condiciones extremas de la carga fra.

En la mayora de las literaturas la Carga Fra es un proceso que incluye al Inrush, pero conocemos que la Inrush no solo ocurre en el momento de energizar un circuito o un transformador, de ah que en esta conferencia se estudien separados con toda intencionalidad para poder comprenderlos en toda su dimensin.Las averas en las redes elctricas

Los defectos que pueden ocurrir en las redes de distribucin son las averas, pero estas se clasifican de diferentes formas:1. Segn su origen.2. Segn su frecuencia y respuesta a una desconexin.3. En cuanto al nmero de fases involucradas.4. En la simetra de los parmetros durante las mismas.5. Segn el valor o la magnitud de la corriente durante la falla.

Segn sus orgenes las fallas se clasifican en:

1. Originadas externamente al sistema.2. Originadas en el interior del sistema.Entre las averas de orgenes externos estn las descargas atmosfricas y las otras son los cortocircuitos provocados por animales y plantas cercanas a la red, al hacer contacto entre dos fases o entre una fase y tierra.

Las averas provocadas por prdidas de aislamientos de materiales en los componentes de la red, ya sea conductores, aisladores, transformadores de distribucin, son conocidas como averas con orgenes internos. Otras averas internas son las que provocan los operadores haciendo incorrectas operaciones.Segn la forma en que responda a una desconexin se clasifican en:1. Permanentes.

2. Transitorias.Las averas permanentes son aquellas que cuando se hace una desconexin y una re-conexin, la avera permanece. Si se cae un poste y se unen dos cables, es un caso tpico de una avera permanente. Si no se repara, la avera permanecer. Las averas por prdida total del aislamiento de los componentes de la red son permanentes. Las averas transitorias son aquella que al desconectar el circuito y volverlo a conectar, desaparece. Las averas tpicas transitorias son las de origen externo. Un animal hace contacto con la electricidad y se muere o se destruye y por la tanto, la avera desaparece. Una planta hace contacto con un conductor, pero se quema y por lo tanto, la avera desaparece.Ms del 70% de las averas que ocurren en las redes son de carcter transitorio. Es decir, la mayora de las veces, en caso de no existir re-conexin automtica, cuando el operador hace una re-conexin de prueba la avera no existe.En cuanto al nmero de fases involucradas las averas se clasifican en:

1. Multifsicas:a. Trifsica.b. Bifsica.c. Bifsica a tierra.2. Monofsicas:a. Monofsica a tierra.b. Apertura de conductores.Las averas multifsicas son mucho menos probables que las averas monofsicas. Las averas monofsicas a tierra constituyen el 70 % de las averas que ocurren en la red. Mientras que las averas trifsicas son muy poco probables, entre 3 y 5 %. Las averas trifsicas casi siempre suceden por incorrectas operaciones de los operadores elctricos y casi siempre se producen luego de un mantenimiento de la red.Segn la simetra de las corrientes las averas se clasifican en:

1. Simtricas.2. Asimtricas.La nica avera simtrica es la avera trifsica. Las corrientes y las tensiones de cualquier punto de la red tienen la misma magnitud en las fases y estn separados con un ngulo de 120 grados. El resto de las averas multifsicas o monofsicas son asimtricas. Las averas asimtricas poseen componentes de secuencia adicionales a la secuencia positiva. Las averas involucradas con la tierra poseen componentes de secuencia cero.Fallos a tierra de Alta Impedancia

Segn la magnitud de las averas existen cortocircuitos de gran magnitud como son los que involucran varias fases del circuito y las averas de menor magnitud que casi siempre son las que provocan los cortocircuitos monofsicos a tierra en las redes. Un tipo de averas o cortocircuitos que resulta ms interesante por su baja magnitud, es conocido como Falla de Alta Impedancia, (en ingls como High Impedance Faults).

Figura 8. Imagen de las ramas de un rbol con las redes de distribucin

La Falla de Alta Impedancia tienen numerosas causas, pero existen algunas muy bien conocidas por su frecuencia de aparicin. Las ramas de los rboles pueden hacer contacto con los conductores de las redes de distribucin (figura 8), un animal en el intento de subirse a las redes hace contacto entre el conductor y el poste, un aislador puede perder sus caractersticas dielctricas y un conductor se desconecta de sus accesorios (producto del viento, las aguas, etc.) y cae en tierra (figura 9). Figura 9. Cada de un conductor a tierra en una red de distribucinComo se observar cualquiera de estas causas, que son las ms frecuentes y siempre provocan averas monofsicas de fase a tierra que pueden tener muy poca amplitud. Estas averas, principalmente las que involucran la cada de un conductor a tierra (figura 10), pueden ser muy peligrosas para las personas, dado que pueden hacer contacto con estos conductores energizados. Como la avera tiene una muy alta impedancia o lo que es lo mismo, tiene muy poca magnitud, entonces no sera detectada por las protecciones convencionales y por tanto, puede ocurrir fuego si se encuentra con material combustible en la tierra, tales como hojas secas, papeles, entre otros. En realidad se estima que solo entre 5% y el 10% del total de las averas en el sistema elctrico de distribucin son cadas de conductores.

Figura 10. Cada de un conductor a tierra creando fuego

La magnitud de la avera provocada por la cada de un conductor a tierra, depende de varios factores, tales como el material del terreno donde caiga el conductor y del estado de humedad de este material, as como de la distancia con respecto a la subestacin.En la tabla 1 se muestran la magnitud de la corriente en dependencia del material donde el conductor cado hace contacto. Se podr observar como algunos materiales segn su estado de humedad no provocan ninguna corriente, por tanto, no podrn ser detectados con facilidad, otros como el concreto reforzado provoca corriente que alcanzan los 75A, pero como quiera es una magnitud baja.Tabla1. Corriente provocada de la cada de un conductor en dependencia del material de la superficie del terreno.Material de la superficieMagnitud de la corriente (A)

Asfalto seco0

Arena seca0

Concreto no reforzado0

Arena hmeda15

Csped seco20

Pasto seco25

Csped hmedo40

Pasto hmedo50

Concreto reforzado75

En lugares muy poblados la desconexin del circuito que tiene un conductor cado puede ser imprescindible y se debe hacer lo ms rpidamente posible, pero no siempre es as. La cada de un conductor deja sin energa a un grupo de consumidores, pero no ha todos. Los consumidores conectados en otras fases pueden continuar operando. Entonces, existen lugares o circuitos de distribucin rurales donde la cada de un conductor no tiene porqu provocar una desconexin inmediata de todo el circuito, as que en estos casos no se precisa la desconexin de todo el circuito y en su lugar, tratar de primero de encontrar la avera y luego desconectar el circuito.En estos casos de circuitos rurales con muy poca densidad de personas, es mejor tener interruptores mono-polares en lugar de los tripolares, que generalmente utilizados. Se puede desconectar la fase averiada y dejar el resto del circuito trabajando, hasta que se localice la avera y se proceda a repararla. El impacto en la calidad de la energa ser mucho menor.Todas estas averas mencionadas se caracterizan por crear arco elctrico, pero no todas terminan con el conductor cado. Las averas provocadas por la prdida de la capacidad dielctrica, contacto con animales y plantas crean arco elctrico, pero no tienen que terminar en un conductor cado, al menos que no se desconecte por mucho tiempo.El conductor cado primero se expresa con una disminucin de la corriente o quizs, si en la cada el conductor toca el neutro o un cuerpo slidamente aterrizado, entonces se producir una sobre corriente que puede ser detectada por las protecciones de tierra. Luego la lnea cae totalmente al terreno. Si las protecciones las detectaron antes de caer a tierra es muy bueno, pero si la lnea tiene recierre, entonces se cerrar el circuito con un conductor en contacto con el terreno y se producir arco en dependencia del tipo de material existente en la superficie del terreno.En la figura 11 se muestra el comportamiento del valor eficaz de la corriente de una fase en la que se cae un conductor. Primero est en un rgimen normal, luego en un tiempo corto, se observa una disminucin de la corriente, luego una sobretensin seguida por una recierre y las aleatoriedades del arco elctrico formado por el conductor energizado que est en contacto con el terreno.

Figura 11. Forma de la onda del valor eficaz de la corriente durante la cada de un conductor a tierra.

Si en verdad se quiere detectar y desconectar este tipo de averas, no se podrn utilizar las protecciones convencionales debido a que no siempre las corrientes alcanzan amplitudes lo suficientemente elevadas como para que superen las corrientes de servicio mximo o las corrientes a las que se ajustan las protecciones. Se precisa la utilizacin de protecciones especiales.1.3 Misin de las protecciones de los alimentadores de distribucin

Existe una pregunta de orden en lo referente a la misin de las protecciones en los alimentadores de distribucin. Por qu si las redes de distribucin estn protegidas hay que volver a protegerlas desde el interruptor del alimentador? Algunos consideran que como las redes estn protegidas por los fusibles y los re-conectadores, entonces ya no habra que proteger estos interruptores o quizs no protegerlos con tanto cuidado.

Para responder estas preguntas se explicar como estas protecciones conectadas al interruptor del alimentador tienen varias misiones y se describirn a continuacin:1. Detectar cualquier avera en la red, por pequea que sea, sin confundirse con los regmenes normales transitorios.2. Proteger el conductor troncal principal de la red de distribucin que qued sin proteccin por las protecciones de la red que se dise para los ramales.

3. Proteger el transformador de potencia de la subestacin de los cortocircuitos externos que ocurren en la red. 4. Desconectar el alimentador averiado en caso de un cortocircuito externo para que no todos los alimentadores de la subestacin se desconecten por las protecciones especficas del transformador en caso de cortocircuitos externos.

5. Mejorar la calidad de la energa de los usuarios evitando la desconexin permanente del alimentador por averas o regmenes transitorios.

Figura 12. Esquema de una red tpica de distribucin.

En la red de distribucin, el troncal principal se deja sin proteccin para que sea protegido desde la subestacin. Estas son lneas trifsicas en las que no deben suceder averas con mucha frecuencia. Cualquier avera, por pequea que sea, que ocurra en estos troncales, quien debe desconectar es el interruptor de la subestacin. El problema es que las averas que ocurren en los ramales tambin provocan corrientes similares por el interruptor y por consiguiente, este tambin pudiera desconectarlas, sin estar localizadas en el troncal (figura 12).

Existen dos tcnicas que se conocen como:

1. Salvar los fusibles

2. No salvar los fusibles

La tcnica de salvar el fusible consiste como su nombre lo indica en evitar que el fusible se funda para las averas en los ramales que son transitorias. Como se ha explicado ms del 60% de las averas son transitorias, se desaparecen solas, por tanto, es muy importante esta tcnica. Para salvar el fusible el interruptor de la subestacin debe disparar mucho antes que el fusible se caliente excesivamente, es decir, debe disparar primero que el fusible segn la coordinacin.

Lo cierto es que si se dispara la subestacin, entonces ms consumidores quedarn afectados, por lo que el interruptor de la subestacin debe reconectar automticamente en menos de 1 segundo. Cuando se desconecta el interruptor, la avera desaparece y cuando se vuelve a conectar ya la avera no existe y el fusible no se fundi por una avera transitoria.La desventaja de la tcnica de salvar el fusible es que provoca pequeas desconexiones a todo el circuito del alimentador para una avera en un ramal y algunos consumidores, como los que emplean equipos sensibles de comunicacin y computacin, no toleran esas pequeas desconexiones.

La ventaja radica en que se salva un fusible y los usuarios del alimentador, van a sentir que tendrn menos desconexiones permanentes, sintiendo mejoras en la calidad de energa. Los pequeos cortes existen en cualquiera de los casos o tcnicas, porque mientras acta un fusible, el voltaje de la red disminuye, aunque se recupera rpidamente una vez que el fusible se ha fundido.

No siempre el interruptor de la subestacin puede ser ms rpido que los fusibles ms pequeos de la red, as que la tcnica de salvar el fusible desde el punto de vista prctico no siempre o no en toda la red de distribucin se puede lograr.

La otra tcnica es lo contrario a la explicada. No salvar el fusible es la tcnica ms sencilla dado que simplemente las protecciones del alimentador de la subestacin esperarn a que se queme el fusible y luego desconectarn. Muchas veces esto incluso es casi imposible, dado que hay que verificar que no se quemen los cables o no se dae el transformador de la subestacin.La mayora de los pases emplean la tcnica de salvar el fusible dado que los equipos sensibles pueden solucionar el problema de las desconexiones transitorias utilizando sistemas de alimentacin ininterrumplibles que le mantengan el voltaje en los valores necesarios y no se queman tantos fusibles mejorando la calidad del servicio de la red.

1.4 Problemas comunes en las protecciones de los alimentadores de distribucin

La teora sobre las protecciones de las subestaciones es bien conocida, pero en la realidad, los operarios se encuentran con numerosos problemas con las protecciones de los alimentadores de distribucin, los cuales los trataremos de enumerar a continuacin:

1. Los alimentadores se disparan por una avera y cuando el operario hace una prueba de re-conexin el interruptor cierra normalmente. Es decir, es como si la avera nunca hubiera existido.2. Luego de una desconexin, no es posible volver a cerrar el interruptor, porque se vuelve a disparar instantneamente. Es decir, parece que hay una avera real y cuando salen a buscarla, no la encuentran nunca.3. Luego de reconectar el interruptor, este se desconecta pasado un tiempo que puede ser largo. Es decir, el interruptor cierra, y se vuelve a disparar pero no instantneamente. Los operarios de las subestaciones, luego de un disparo de un interruptor, siempre hacen una re-conexin de prueba. Esto se ha vuelto una costumbre casi a nivel internacional. La causa es que el interruptor o las protecciones instaladas en el mismo, estn operando con averas transitorias. Ms del 70% de las averas en las redes son transitorias, las causas ya fueron explicadas. Por lo tanto, una vez desconectado el circuito la avera desaparece y se puede volver a conectar el interruptor. Basado en esta realidad, es que se han diseado los reconectadores, o en el caso de la subestacin, interruptores con recierre. Esta tecnologa, hoy encontrada en casi todos los rels de alimentadores, permite hacer lo mismo que hace el operador, pero automticamente. El recierre automtico posee muchas ventajas, las cuales se enumerarn:

1. Reduce las desconexiones permanentes con averas transitorias.

2. Le reduce acciones al operador.

3. Se pueden salvar algunos fusibles de las redes.4. Hace una re-conexin ms rpida y por lo tanto, afecta menos la calidad del servicio al usuario.

Estas entre otras son las ventajas de instalar un rel con recierre en el interruptor de la subestacin. Al menos, ya no habr ms desconexiones permanentes e innecesarias en el 70% o ms de averas en el sistema.

Es muy comn entre los operadores, que no puedan volver a cerrar el interruptor del alimentador en determinados horarios del da. La causa fundamental se explica a partir del conocimiento de las corrientes de Inrush. Al energizar una lnea o un alimentador de distribucin, se estn energizando numerosos transformadores, capacitores, lmparas, entre otros consumidores, que siempre presentan una corriente de magnetizacin mucho mayor que la normal de trabajo de los mismos. Esta corriente, puede no permitir que el interruptor cierre. Las protecciones instaladas en el interruptor, creern que se trata de una avera y por tanto, darn la orden de disparo.Algo parecido a lo anterior sucede con la desconexin de un interruptor un tiempo prolongado (pocos minutos hasta ms de una hora), luego de que el mismo cierra. Este fenmeno suele suceder en determinados horarios del da, casi siempre en las horas de mximo consumo. La explicacin pasa por el conocimiento de la carga fra. La carga fra se conoce como un incremento considerable en la corriente de consumo de la carga por estar fra, es decir, por haber desconectada por mucho tiempo. Estas corrientes son mayores a nivel de subestacin y por lo tanto, las protecciones igualmente la confunden con averas y vuelven a desconectar el interruptor. Los operarios experimentados observan los niveles de corriente y suelen seccionar el circuito para reducir el nmero de consumidores que se energicen al mismo tiempo y por lo tanto, reducen los fenmenos de Inrush y Carga Fra. El problema de esta tcnica es que el seccionamiento de los circuitos es casi siempre manual y toma mucho tiempo, afectando la calidad del servicio al consumidor.Con un correcto ajuste de los rels y aplicando las tcnicas que existen en la mayora de los rels digitales de alimentadores, se pueden reducir casi al mnimo estos problemas antes explicados sin afectar la sensibilidad de las protecciones del alimentador. 1.5 Esquemas de las protecciones de los alimentadores segn ANSI

En los alimentadores de distribucin del Ecuador y de los pases que siguen la norma ANSI, se emplean los rels de sobrecorriente. Estos suelen ser instantneos unos y de tiempo inverso los otros (figura 13).En la figura se muestran los rels con numeracin 50 y 50N. Estos son los rels de sobrecorriente de fase y tierra instantneos. Tambin se muestran los rels con numeracin 51 y 51 N. Estos rels son los conocidos como rels de sobrecorriente de tiempo o temporizados que en la mayora de los esquemas utilizan los de tiempo inverso.

Figura 13. Diagrama unifilar de proteccin de alimentadores de distribucin mediante rels de sobrecorrienteUn esquema trifilar (figura 14) muestras con ms claridad la conexin de los rels para cada una de las fases. Se emplean en realidad 8 rels. Los rels 50 y 51 conocidos como los rels de fase, se conectan directamente en los secundarios de los TCs. Estos estn midiendo la corriente del secundario, la cul se espera sea proporcional a la corriente del primario. En el neutro de la conexin estrella, se conectan los rels 50N y 51N. Esta conexin es conocida como conexin residual, dado que por esa rama o neutro, solo pasa corriente de residuo.

Figura 14. Esquema trifilar de las protecciones con rels de sobrecorriente para los alimentadores de distribucin.Los rels conectados a las fases son iguales. No existe diferencia en el ajuste o el tipo de rel que se emplea en la fase A, con los de la B o la C. Los ajustes de los rels instantneos de fase son los mismos y los ajustes de los rels temporizados de fase son los mismos.En sistemas balanceados y simtricos las corrientes que estaran circulando por el neutro de la estrella sera cero. Estos rels 50N y 51N no deberan operar en rgimen normal. La realidad dice otra cosa. Los regmenes normales en los alimentadores son desequilibrados y por lo tanto, por estos rels circular una corriente proporcional a ese desequilibrio.Los regmenes desequilibrados en los alimentadores de distribucin son normales. Se desequilibran porque la mayora de las cargas en la distribucin es monofsica y se conecta de fase a neutro. Las cargas no siempre pueden estar equilibradas en la misma cantidad por cada una de las fases y de ah aparece el desequilibrio. Los rels de sobrecorriente de tierra (50N y 51N) pueden confundir estos desequilibrios como averas de tierra.

Cualquiera de estos rels que detecte una corriente superior a sus valores de ajustes enviar una seal de desconexin al interruptor y este se desconectar. Es muy importante ajustar correctamente estos rels, de tal forman que no confunda los regmenes normales, desequilibrados o transitorios, con las averas.Segn el rel que haya operado se podr detectar el tipo de la avera ocurrida, las fases involucradas en la misma, y la cercana. Los rels instantneos estn hechos para disparar con averas mayores y por lo tanto ms prximas a la subestacin. Los rels temporizados accionarn con averas menores y por consiguiente ms alejadas de la subestacin.Las averas monofsicas a tierra en la cercana de la subestacin, como pueden tener valores elevados, incluso superiores a las averas trifsicas, provocarn la actuacin de los rels de fase y de tierra al mismo tiempo. Las averas que no involucran tierra solo harn accionar a los rels de fases. Algunas veces, cuando se queda una lnea abierta o no se cierra correctamente un seccionador de una fase, los circuitos operan asimtricamente y los rels de tierra accionarn desconectando el interruptor; confundiendo a los operadores con una avera a tierra de baja magnitud y por lo tanto, que estara en los finales de la lnea.1.6 Ajustes de las protecciones de fase

Normalmente las protecciones de fase se instalaron para operar contra averas multifsicas, es decir, las averas que solo ocurren entre las fases de un sistema trifsico. Las averas trifsicas y bifsicas son conocidas como averas multifsicas.Los rels que necesitan ser ajustados son los rels de fase instantneos (50) y los rels de fase temporizados (51). Cada uno posee parmetros diferentes para ajustar, tal y como se explic la conferencia 2. En el rel de fase de sobrecorriente instantneo (50) se ajusta un solo parmetro:Iop50: Es la corriente de operacin del rel instantneo. Valor por encima del cual, el rel acciona o enva una seal con una muy pequea demora de tiempo (alrededor de 20 ms) para desconectar el interruptor.Para calcular el valor de la corriente de operacin del rel 50 (Iop50) hay que considerar las siguientes exigencias:1. Este rel no debe ser sensible o no debe accionar para cortocircuitos multifsicos en los secundarios de los transformadores de distribucin.

2. No debe actuar primero que los fusibles de los transformadores de distribucin, porque las averas en estos no son transitorias.

3. No debe actuar con los fenmenos transitorios, tales como los Picos Carga Fra.4. Debe detectar valores iguales a la mitad de los niveles de cortocircuitos bifsicos en mnima generacin al final del tronco principal.5. Debe actuar ms rpido que los fusibles de los ramales. Al menos de los ramales principales si se utilizar la tcnica de salvar el fusible.En la figura 15 se muestra de forma grfica en un diagrama de tiempo corriente las exigencias impuestas al rel instantneo. En verdad, no se quiere que la subestacin opere para una avera en un hogar, tampoco, que la subestacin opere para regmenes normales, as que la corriente del rel instantneo tiene que estar a la derecha de todos estos regmenes, menos de los cortocircuitos mnimos en la red.En forma de ecuaciones este valor debe cumplir:

1.

2.

3.

4. (Top50+TopINT)* 1.35 < Tmf(Icc.max). Tiempo de operacin del rel ms el tiempo de apertura del interruptor debe ser mucho menor que el tiempo mnimo de fusin del fusible a la mxima corriente de cortocircuito.

Figura 15. Diagrama tiempo corriente con la representacin valor de la corriente de operacin cumpliendo sus exigencias.Si no se cumple las ltimas condiciones la nica dificultad es que entonces no podrn salvarse los fusibles instalados en los ramales alejados de la subestacin. Casi nunca se cumplen todas las exigencias y por esta razn el rel instantneo tiene poca aplicacin en los ramales de distribucin al menos que sea una red expresa donde si tiene mucha aplicacin.En la mayora de las veces cuando estos rels instantneos son instalados, son la mayor causa de descoordinacin en las redes de distribucin y es la culpable de los peores ndices de calidad del servicio en los alimentadores de distribucin.En el caso de los rels de fase temporizados los ajustes son dos:

1. Iop51:Corriente de operacin del rel temporizado, por encima de la cual el rel enva la seal de desconexin al interruptor, pero cumplido un tiempo.

2. Mop51:Mltiplo de operacin, Palanca de tiempo, Dial de tiempo, pero a la final es la curva de tiempo corriente del rel.

Este rel de temporizacin detecta una corriente y la compara con la corriente de operacin, si es mayor espera un tiempo que estar en relacin con el valor de la corriente medida comparada con la corriente de operacin, si la corriente permanece durante este tiempo el rel enviar una seal de desconexin al interruptor.Para ajustar este rel es importante cumplir con varias exigencias las que se enumerarn:1. No disparar a las corrientes transitorias mximas.2. No disparar a las corrientes de servicio mximo, esta debe ser soportada por el cable.

3. Detectar todas las averas en las redes primarias.4. No permitir que se deteriore el cable ms delgado de la red primaria.5. Coordinar con los fusibles o re-conectadores que estn instalados en la red.6. No permitir que se caliente el transformador de potencia de la subestacin por averas en la red.

Figura 16. Representacin grfica en un esquema de tiempo corriente de las exigencias del rel temporizado.En la figura 16 se muestra de forma grfica las exigencias del ajuste y coordinacin del rel de fase temporizado. La curva del rel temporizado debe estar a la derecha de la curva transitoria mxima, a la derecha de la corriente de servicio mxima y a la derecha de la curva de los fusibles o reconectadores que existen en la red. Esto se hace para que no dispare antes que ningn fusible y al mismo tiempo, para que no dispare para ningn rgimen normal. Al mismo tiempo debe estar a la izquierda de la curva del cable y a la izquierda de la curva de dao del transformador. Esto es para que pueda proteger tanto a los cables como al transformador.

En verdad estos dos rels 50 y 51 son una sola proteccin, as que las exigencias de ambos rels deben de cumplirse para proteger contra los cortocircuitos multifsicos de las redes de distribucin, sin disparar contra regmenes normales, protegiendo a los cables y a los transformadores de potencia de la subestacin.1.7 Ajustes de las protecciones de tierra

Los rels de tierra estn incluidos en la misma proteccin del alimentador y en conjunto a los rels de fases, pero estos estn instalados para proteger al alimentador y a la subestacin contra averas monofsicas o bifsicas a tierra.Se conoce que las averas monofsicas a tierra suelen reducir su magnitud a medida que se alejan de la subestacin, por lo cual, las averas al final de un ramal puede ser muy pequea y por tanto las protecciones de fases, pueden no operar. Esta es la causa de por qu se instalan rels especialmente para las fallas monofsicas a tierra.Como se explic en la conferencia anterior, estos son rels que operan con las corrientes de secuencia cero. Esto quiere decir, que no accionarn contra los regmenes balanceados, simtricos o los que no tengan componentes de secuencia cero.Desde el estudio de los regmenes de sistemas de potencia, se conocen que los regmenes que poseen componentes de secuencia cero en sistema trifsicos con neutro aterrizados, son:1. Averas monofsicas a tierra.2. Averas bifsicas a tierra.3. Desequilibrios de la carga monofsica.4. Apertura de conductores.

Como se observa, entre los fenmenos que provocan corrientes de secuencia cero, algunos son averas y otros no. Se necesita que los rels de tierra detecten cortocircuitos o averas, pero no se quiere que operen con desbalances de cargas o quizs no queremos que operen contra la apertura de conductores de potencia. La apertura o rotura de un conductor en la red primaria no es una avera que afecta a la red y si a algunos consumidores trifsicos. En este caso, el consumidor que pudiera estar afectado por la apertura de un conductor en la red primaria debe protegerse de este fenmeno. Con la apertura de un conductor se veran afectados algunos consumidores monofsicos, los conectados a esta fase. El resto de los consumidores pueden permanecer conectados sin problemas, pero si se desconecta la subestacin, entonces todos los consumidores quedarn sin energa.Para proteger las redes primarias se emplean rels de tierra instantneos (50N o 51G) y temporizados (51N o 51G). La diferencia en la nomenclatura ya se explic en la conferencia anterior sobre los rels digitales. Los rels digitales calculan las componentes de secuencia cero a partir de la suma de las corrientes de las fases y a estas funciones de proteccin dentro de este rel se le conoce como 50N y 51N. A los rels que miden las corrientes por los neutros aterrizados se les identifica con 50G y 51G.Para el clculo de ajuste de los rels de tierra instantneos hay que cumplir con numerosas exigencias:1. No debe detectar las corrientes de cortocircuitos en los secundarios de los transformadores de distribucin.2. No debe detectar la apertura de un conductor del circuito primario (esto es relativo).3. No debe detectar los regmenes de desequilibrios de cargas monofsicos.4. Debe accionar primero que los fusibles en las redes. Esto es para poder salvarlo y que no operen con averas transitorias.5. Debe detectar la mitad de las corrientes de cortocircuitos monofsicos a tierra mnimo en condiciones de mnima generacin.En la figura 17 se muestra de forma grfica el cumplimiento de las exigencias del rel instantneo de tierra. La curva del rel instantneo de tierra, debe estar a la derecha de los regmenes de desequilibrios y de las corrientes de cortocircuitos a tierra en los secundarios de los transformadores de distribucin. Al mismo tiempo debe estar a la izquierda de las corrientes de cortocircuitos mnimos monofsicos a tierra en la red y de la curva de tiempo mnimo de fusin de los fusibles de la red.

No es simplemente que la curva est a la izquierda de la curva de mnimo tiempo fusin de los fusibles ms pequeos, sino que sea ms rpido para la corriente mxima de cortocircuito. Esta tcnica permitir que el fusible no se funda para cortocircuitos transitorios.

El rel instantneo de tierra igualmente casi nunca cumple con todas las exigencias de ah que su aplicacin en las redes de distribucin residenciales debe ser mnima. Su aplicacin es amplia en las redes expresas donde se alimenta a un consumidor en especfico. En caso de aplicarlos en las redes de distribucin residenciales es la causa de la mayora de fenmenos de descoordinacin, tal y como sucede con los rels instantneos de fase.

Para ajustar las protecciones de tierra temporizada se deben cumplir las siguientes exigencias:

1. No deben desconectar los regmenes de desequilibrios mximos tolerables.2. No actuar para la saturacin de algn transformador de corriente para cortocircuitos trifsicos mximos.

3. Detectar todos los cortocircuitos monofsicos a tierra en la red primaria.

4. Coordinar con los fusibles conectados en la red primaria, para poder salvarlos, al menos para las corrientes de cortocircuitos mnimos.

5. No permitir que se funda el cable de la red primaria.6. No permitir que se caliente el transformador de potencia de la subestacin para averas en la red.En la figura 18 se puede observar la coordinacin de un rel de tierra temporizado cumpliendo sus exigencias. La curva de temporizacin del rel 51 debe estar a la derecha de los desequilibrios propios y naturales del sistema y de los fusibles conectados a la red. Al mismo tiempo, debe estar a la izquierda de la curva de dao de los cables y del transformador de potencia de la subestacin.Algunas veces es imposible lograr la total coordinacin o el cumplimiento de todas exigencias impuestas a las protecciones. Las causas pueden ser un circuito incorrectamente diseado o incluso, mal operado. Las protecciones pueden exigir que se corrijan malos diseos de circuitos o que se operen de forma adecuada.

Figura 18. Diagrama tiempo corriente con las exigencias impuestas al rel de tierra temporizado.Estos procesos de coordinacin suelen ser muy complejos y la ayuda de programas especializados puede ser muy til. Los niveles de corrientes de cortocircuitos deben calcularse con antelacin, as como medir las corrientes de servicio mximo.Este proceso de ajuste y coordinacin de protecciones es continuo no puede hacerse una vez y creer que ya las protecciones estn correctamente realizadas o ajustadas para siempre. Cualquier cambio en el circuito, tal como: cambio de conductor, cambio en los transformadores puede provocar cambios en la coordinacin de las protecciones elctricas del alimentador.1.8 La reconexin automtica tripolar y su impacto

Anteriormente se habl de la tcnica de salvar los fusibles y se explic que ms del 70% de las averas en las redes de distribucin son transitorias. Una falla transitoria aparece, y cuando se desconecta la energa del sistema la falla automticamente desaparece. Este tipo de fallas no deberan de fundir un fusible o provocar un disparo permanente de un aparato.Es por eso que se activan los recierres o las reconexiones. Es decir, en las redes se pueden instalar los reconectadores o en la subestacin se puede activar la reconexin del interruptor mediante adecuaciones del circuito de control o empleando las funciones del rel.Las reconexiones en circuitos con interruptores tripolares puede ser ms rpida que con interruptores monopolares. Es decir, entre una conexin y la otra conexin de un interruptor monopolar, puede existir solo desde 25 a 60 ciclos.Desconexiones de tan corta duracin no es percibida a no ser por equipos sensibles. Los motores, compresores y otras mquinas no sentirn o no sern sensibles a desconexiones de tan corta duracin. Normalmente las cargas sensibles de alta importancia poseen sus propias fuentes de generacin o sistema de alimentacin ininterrumpida, as que tampoco se vern afectadas por estas desconexiones.Cuando se desconectan las tres fases de un circuito, y la avera fue en una fase, las otras fases al no tener corriente no pueden inducir tensin a la avera y el arco elctrico desaparece ms rpidamente. Claro, la desventaja resulta en que si la avera es en una fase, las fases restantes tambin se ven desconectadas.Si se activan las reconexiones al nivel de la subestacin es ventajoso por diferentes razones:1. Se reducirn las desconexiones permanentes.2. Se salvarn numerosos fusibles, si estos estn correctamente seleccionados.3. Se mejorar la calidad de energa al cliente promedio.1.9 Deteccin de las Fallas de Alta ImpedanciaExisten dos formas generales empleadas en la deteccin de las averas o Fallas de Alta Impedancia: Mtodos Mecnicos y Elctricos. Los mtodos mecnicos son ms costosos, pero mucho ms precisos que los mtodos elctricos.Los Mtodos Mecnicos son dos tipos y se enumerarn:1. La instalacin de un dispositivo en el poste.2. La instalacin de un dispositivo en los conductores.

Existe un dispositivo que se conecta entre el conductor y el poste. Este dispositivo detecta el peso de un conductor cado y acciona un muelle que conecta el conductor de la red con el neutro del poste y con esto se provoca un cortocircuito de mayor magnitud que es desconectado por las protecciones de fase convencionales.Otro dispositivo se conecta en el neutro y es una barilla de aluminio conectada al neutro con un gancho en el otro extremo. Esta barilla captura los conductores de fase que quieren caer al suelo y provocan cortocircuitos a tierra de gran magnitud los cuales son desconectados por las protecciones de sobrecorrientes de las redes.

El primero de estos mtodos mecnicos puede detectar no solo la cada de un conductor sino tambin las oscilaciones fuertes producto al viento o las tempestades, pero no pueden detectar los arcos elctricos debido a la prdida de condiciones dielctricas de los aisladores (figura 19).Los mtodos elctricos son varios y se enumerarn:1. Sistema para el anlisis de los Fallos de Alta Impedancia

2. Deteccin de conductor abierto

3. Monitoreo Digital de los Alimentadores

El Sistema para el Anlisis de los Fallos de Alta Impedancia se basa en el clculo del valor fasorial de tercer armnico y compararlo con el voltaje fundamental de fase. Existe una relacin diferente entre el fasor de tercer armnico y el voltaje fundamental de la fase fallada y no fallada. El rel calcula continuamente un promedio del fasor de tercer armnico en rgimen normal y lo almacena. Cuando ocurre una avera de alta impedancia el rel calcula el fasor de tercer armnico y se lo substrae al valor almacenado. El rel toma la decisin tomando en cuanta la magnitud del valor calculado y si el ngulo est en la direccin correcta segn la cada de un conductor. Este mtodo utiliza corriente y voltaje empleando un tipo por cada alimentador de distribucin.El otro mtodo de medir la posible cada de un conductor utiliza la medicin a ambos extremo de las lneas. Cuando el voltaje en el extremo final de un ramal cae por debajo de un valor especfico, se transmite esta informacin hacia al otro extremo inicial de la lnea utilizando el cable neutro. Si el voltaje al principio de la red est presente y en un nivel correcto en el extremo inicial este dispositivo desconecta la lnea.La ltima tcnica y ms avanzado conocida como Monitoreo Digital de los Alimentadores emplea un algoritmo con numerosos pasos, procedimientos, o sub-algoritmos los cuales se enumerarn:

1. Algoritmo energtico

2. Algoritmo Aleatorio

3. Algoritmo Experto de Deteccin de Arco Elctrico

4. Algoritmo Detector de Eventos en la Carga

5. Algoritmo de Anlisis de la Carga

6. Algoritmo de Substraccin de la Carga.

7. Algoritmo de Anlisis del Patrn de Estallido del Arco Elctrico

8. Algoritmo de Anlisis Espectrales9. Algoritmo de Identificacin de Sospecha de ArcoTodos estos sub-algoritmos se emplean en los actuales rels digitales y cada uno tiene una funcin determinada en todo el proceso general. Este algoritmo general deriva en cuatro resultados concretos (figura 20):

1. Alarma por Sospecha de Arco Elctrico.

2. Alarma por Arco Elctrico

3. Conductor Cado

4. Identificacin de la fase fallada

Figura 20. Diagrama de Bloques del Mtodo Avanzado de Deteccin de Falla de Alta Impedancia.El algoritmo mide corriente y voltaje de fase. Las corrientes se amplifican y se hacen pasar por un filtro de armnicos pares e impares, as como inter-armnicos. Estos armnicos e inter-armnicos se hacen pasar por el sub-algoritmo Energtico y de Aleatoriedad. La salida de estos dos algoritmos, se envan al algoritmo experto y al de sospecha. El algoritmo experto adems de estos dos entradas tambin utiliza la salida del algoritmo detector de eventos en la carga.

Los algoritmos de Substraccin de la Carga, de Anlisis del Patrn de Estallido del Arco y de Anlisis Espectral utilizando tanto corrientes como voltaje. Todos estos sub- algoritmos emplean envan seal al Algoritmo de Anlisis de la Carga. Este algoritmo de Anlisis de la Carga tambin recibe seal del Algoritmo Experto. Este ltimo algoritmo es el encargado de identificar si existe un conductor cado y en que fase a ocurrido la avera de alta impedancia.El mtodo energtico utiliza el espectro de frecuencia de los componentes armnicos, inter-amnicos de la seal de corriente. En la figura 21 se muestra la forma del espectro de frecuencia durante un fallo de alta impedancia.

Figura 21. Espectro de Frecuencia del Arco de Alta Impedancia.

Este mtodo energtico analiza las corrientes de las fases y del neutro. Monitorea los 3 armnicos superiores impares y pares (60 Hz, 180Hz y 300 Hz), as como los inter-armnicos (30 Hz, 90Hz, 150 Hz). Este mtodo busca crecimiento sorpresivo y sostenido de cualquiera de estos componentes. Una vez detectado cualquier crecimiento sostenido de la amplitud de alguna de estas componentes, se le enva al Algoritmo Experto. Si se habla de 4 fases y se analizan 3 componentes de las corrientes (armnicos pares, impares e inter-armnicos), entonces son 12 algoritmos bsicos los que pasaran al Anlisis Experto.El mtodo de deteccin de Aleatoriedad utiliza los mismos componentes de la corriente que se emplean en el mtodo energtico. A diferencia del mtodo energtico este se basa en el comportamiento de la seal de la componente de corriente entre un medio ciclo y otro (figura 22).

Figura 22. Comportamiento de la seal de una componente cualquier de la corriente en el tiempo.En ves de determinar una subida sostenida de una componente de corriente, este mtodo de aleatoriedad detecta una variacin sbita de la componente seguida por un movimiento errtico y aleatorio.

Los dos mtodos bsicos explicados detectan sospechosos eventos en los componentes de las corrientes de fase y de neutro. Estos eventos sospechosos que resultan de los 24 algoritmos bsicos que salen de los algoritmos energticos y aleatorios son enviados al algoritmo experto para descifrar o analizar estas sospechas.Estos 24 algoritmos bsicos pueden resultar en sospechas de arco elctrico o en eventos concretos y seguros de arcos elctricos de alta impedancia. Para diferenciarlos se emplean los Mtodos Expertos y de Sospecha de Arco Elctrico.El mtodo Experto asimila los 24 eventos bsicos y los concreta en un Nivel de Confidencialidad de Arco Elctrico Seguro por cada una de las fases. Este mtodo le asigna un peso o un ndice de importancia a cada uno de los eventos ingresados y cuenta cuantos de ellos se estn produciendo. Los pesos permiten diferenciar entre la cantidad de un mismo evento o componente que est indicando la presencia de arco, con una cantidad de eventos que indican la presencia de arco elctrico. Es decir, las salidas de los algoritmos bsicos se estudian un tiempo adicional y si los resultados de los eventos de cada componente son consecutivos entonces se tendr la seguridad de Arco Elctrico.El algoritmo Experto tambin recibe seales del sub-algoritmo de anlisis de eventos en la carga. Este mtodo de anlisis de eventos de la carga utiliza dos ciclos de la seal de corriente de cada una de las fases y el neutro. Este mtodo busca los siguientes eventos:1. Condicin de sobrecorriente

2. Prdida de Carga precipitada.

3. Elevado tasa de cambio y oscilaciones4. Eventos trifsicos significativos

5. Condicin de Interruptor abierto

Estos eventos son utilizados por el Mtodo Experto y el Mtodo de Anlisis de la Carga. Este ltimo se necesita para diferenciar si es un arco elctrico con los conductores intactos o es un arco elctrico provocado por un conductor cado. El mtodo Experto utiliza estos eventos para coordinar con los elementos de sobrecorriente por ejemplo o para detectar la apertura de un interruptor.El Mtodo de Sospecha de Arco Elctrico toma en cuanta cada uno de los algoritmos bsicos de forma individual. Contando los eventos de un solo componente a la vez, no se podr garantizar le presencia de Arco Elctrico producto a una Falla de Alta Impedancia, pero se podr presentar una sospecha de Arco Elctrico.El Mtodo de Subtraccin de la Carga es un mtodo bsico que inspecciona las corrientes de arco elctrico en el neutro. Busca una zona inmvil o estable en la corriente del neutro y la considera la corriente de carga. Esta corriente es restada a la seal de corriente total y como resultado se queda una seal correspondiente solo a la avera. Esta seal que contiene la seal de corriente del neutro correspondiente solamente al Arco Elctrico es enviada al Mtodo de Anlisis del Patrn de Estallido del Arco Elctrico.

El Mtodo de Anlisis del Patrn de Estallido del Arco Elctrico utiliza la informacin de la corriente del Arco Elctrico en el neutro y el voltaje de fase. Este mtodo intenta identifica la informacin de la fase fallada basado en la correlacin entre la seal de corriente del Arco Elctrico en el neutro y Voltaje de fase. El resultado de esta informacin es enviada al Mtodo de Anlisis de la Carga.

El otro mtodo bsico es el mtodo de Anlisis del Espectro. Este mtodo utiliza la corriente de inter-armnico de la corriente del neutro. Analiza y compara esta corriente de inter-armnico en el neutro con los espectros de inter-armnicos de los arcos elctricos. La mayor correlacin es el resultado y se enva al mtodo de Anlisis de la Carga.El ltimo mtodo es el mtodo de Anlisis de la Carga. Este recibe informacin del Mtodo de Anlisis Experto del Arco Elctrico y de los Mtodos de Anlisis del Espectro y del Anlisis del Patrn de Estallido del Arco Elctrico. La funcin de este mtodo es identifica un arco elctrico con el conductor ntegramente conectado o un conductor cado al terreno.El Mtodo de Anlisis de la Carga busca una disminucin precipitada de la carga y/o una sobrecorriente antes del arco elctrico. Estos eventos le dicen que se trata de un conducto cado y en contacto con el terreno. En la figura 11, anteriormente mostrada, se observa una forma de onda tpica de un conductor cado y en contacto con tierra. Otra responsabilidad del Mtodo de Anlisis de la Carga es busca la fase donde ha ocurrido el Arco Elctrico de Alta Impedancia o la Cada del Conductor. La primera identificacin se realiza buscando en una fase una disminucin de la corriente o un incremento sbito. Si no existe una nica fase con una disminucin o un incremento en la corriente, entonces se busca el nivel de confiabilidad de la existencia de Arco Elctrico de cada fase, este ndice es ofrecido por el Mtodo de Anlisis Experto. Si una fase tiene un nivel de confiabilidad de la existencia de Arco Elctrico mayor del 25% del resto de las fases, esta fase es identificada como la fase fallada. Si no existe esta diferencia, entonces no se podr identificar la fase fallada.Uno de los tipos de fallas que no podr ser identificada es la cada de un conductor al final de la red, donde no existe carga elctrica. Si este conductor no hace contacto con el terreno, es decir, est colgando a una altura prudencial, este no podr ser detectado por este complejo algoritmo. Igualmente, si el conducto al final de la red, cae en un terreno seco, no producir arco elctrico y por tanto, no podr ser detectado.

Del 10 al 20 % de los Arcos Elctricos o las Cadas de los Conductores no podr ser detectado por este mtodo. El resto 80% de estos fallos podrn ser detectado y se podrn tomar las decisiones apropiadas.

Si el sistema est energizado el arco elctrico este se puede localizar de forma visual por la luz, el sonido, radio interferencia y prdidas en las redes, pero si las redes estn des-energizada, ninguna de estos mtodos servira. De ah que no siempre se decide desconectar el alimentador. Si la red alimenta una zona muy poblada con iglesias, escuelas y zonas residenciales se pueden decidir que la deteccin del Arco Elctrico provoque la apertura del alimentador. Si la red alimenta un hospital una zona industrial de muy alta prioridad puede que la deteccin del Arco Elctrico solo provoque una alarma para que las brigadas de operadores de lneas salgan a inspeccionar la red y localizar visualmente la posicin de la avera.1.10 ConclusionesAl conectar un alimentador de distribucin pueden ocurrir regmenes normales con corrientes elevadas, que pueden ser detectadas por las protecciones. Los regmenes normales que pueden provocar desconexiones incorrectas son: las corrientes de Inrush y los picos de carga fra.

Existe un tipo de avera conocida como Fallo de Alta Impedancia que por su magnitud (casi siempre por debajo de los 50 A) no pueden ser detectada por las protecciones convencionales de sobrecorriente. Uno de este tipo de avera es la cada de un conductor al terreno y pueden ser muy peligrosas para los seres humanos o animales que hacen contacto con el conductor electrificado.Existen numerosos problemas comunes en las protecciones de los alimentadores. Los problemas ms frecuentes son los siguientes: desconexiones de las protecciones sin causa aparente, es decir, se busca la avera y no se encuentran. Las protecciones no dejan conectar el interruptor, luego de una desconexin y no encuentran las averas.Todos los problemas en las protecciones de los alimentadores se deben a incorrectos ajustes de los rels empleados en los mismos. Se emplean rels de sobrecorriente de fase y de tierra, instantneas y temporizadas.

Para el clculo de los ajustes de los rels de fase, se deben cumplir numerosas exigencias. Estos rels no deben accionar con regmenes normales transitorios en las redes, igualmente deben coordinar con los fusibles de la red, pero al mismos tiempo deben proteger los cables y al transformador de potencia de la subestacin.Los rels de tierra igualmente deben cumplir numerosas exigencias, pero lo fundamental es que estos no reaccionan a regmenes simtricos, sino solo a regmenes con componentes de secuencia cero. Estos rels no deberan responder a desbalances permisibles en las redes, coordinar con los fusibles y al mismo tiempo, deben proteger los cables y el transformador de potencia.El recierre o la reconexin del interruptor del alimentador traen numerosas ventajas, dado que la mayora de las averas en las redes tiene carcter transitorio. Los recierres mejoran la calidad de la energa a la mayora de los consumidores.Para detectar las fallas de alta impedancia se emplean mtodos mecnicos y elctricos. Los mtodos mecnicos son ms caros pero detectan casi todos los tipos de averas que provocan la cada o la rotura de un conductor. Los mtodos elctricos son complejos y no del todo fidedignos, es decir, no se pueden detectar el 100% de las averas o conductores cados.

Estudio Independiente

Repasar los mtodos de clculo de cortocircuitos para redes de distribucin y analizar su variabilidad con las condiciones de cambios de generacin y cambios de calibre de conductores.Analizar el impacto de la resistencia de la falla y la resistencia de tierra en la magnitud de la avera calculada. As mismo analizar las ventajas del sistema ecuatoriano con neutros multi-aterrizados para el valor de las fallas monofsicas y su impacto en las protecciones.Preguntas de control1. Usted considera que se puede calcular los valores de ajustes de los rels de los alimentadores sin conocer los niveles de corrientes de cortocircuito?2. Conoce usted la misin de los rels instalados en los alimentadores de la subestacin?3. Cules son los problemas comunes que aparecen en las protecciones instaladas en los alimentadores de la subestacin?

4. Qu regmenes normales pueden provocar que se produzca una desconexin y no se encuentre la avera?5. Cules son las ventajas de la re-conexin automtica de los interruptores de los alimentadores de la subestacin?Motivacin de las prximas clases

En las prximas clases se harn ejercicios tericos y prcticos donde se podrn afianzar los conocimientos aprendidos en esta conferencia. Los ejercicios ya estn preparados para presentar y profundizar en los diferentes mtodos de ajustes de los rels de la subestacin.Profesor: Ph.D, M.Sc, Ing. Orlys Ernesto Torres Breffe

PROFESOR CUBANO

Figura 19. Espectro de Frecuencia del Arco de Alta Impedancia.

Protecciones de puntos de entregas y el arranque con redes armadasDr. Orlys Ernesto Torres Breffe

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