1

Tema 4 - COORDINACIÓN DE LA ACTUACIÓN DE LOS DISPOSITIVOS Introducción Aquellos dispositivos de protección en serie cuyas zonas protegidas se solapan, deben ser coordinados de tal manera que el dispositivo más cercano a la falla (dispositivo principal) opere antes de que actúe el dispositivo aguas arriba más cercano de este (dispositivo backup) (fig. 4.1).

Fig. 4.1 Definición de protección principal y protección backup

En la coordinación de las características tiempo-corriente de los distintos tipos de dispositivos de protección, deben emplearse los siguientes criterios básicos: 1. Dar a todas las fallas la chance de ser temporarias, ya que más del 80% de las

mismas son de este tipo. Interrumpir el suministro solo cuando la falla es permanente 2. La protección principal debe despejar una falla permanente o temporaria antes de que

opere la protección back-up, o continuar operando hasta que el circuito sea desconectado. Sin embargo, se verá luego el caso especial de coordinación entre un reconectador y un fusible.

3. La pérdida de suministro causada por una falla permanente debería restringirse a la menor parte posible del sistema por el tiempo más corto posible.

La fig. 4.2 muestra un ejemplo de coordinación. Aquí todos los dispositivos deben seleccionarse para transportar la corriente de carga normal y responder en forma apropiada ante una falla, como sigue: • Para una falla en 1, debe operar el dispositivo principal H y el dispositivo backup C no

debe operar • Para una falla permanente en 2, el dispositivo principal C debe operar primero antes

de que el reconectador backup A opere hasta la desconexión. Lo mismo sucede con B y A para una falla en 3.

• El reconectador A opera solo para una falla en 4. • Para una falla en el trafo de distribución (punto 5), el dispositivo D debe operar y

permitir que circule corriente de carga normal en el resto del sistema. • Para una sobrecarga en el secundario del trafo de distribución en el punto 6, solo E

interrumpe su circuito de tal manera que los usuarios en los otros circuito no sean desconectados.

Subestación

Protección principal

Protección principal

Protección backup

2

Fig. 4.2 Ejemplo de coordinación 4.1 Coordinación fusible-fusible Como ya se ilustró en la Fig. 4.10, la característica tiempo-corriente de un fusible está definida en realidad por dos curvas: la de mínimo tiempo de fusión y la de tiempo total de despeje. Para una falla determinada, dos o más fusibles pueden fundir. Un criterio ampliamente utilizado establece que el tiempo total de despeje del principal no debe exceder el 75% del tiempo mínimo del fusible back-up. Esto asegura que el fusible principal fundirá antes que lo haga el backup. Este factor compensa los efectos tales como corriente inicial de carga, temperatura ambiente, o fatiga del elemento fusible causada por el efecto de calentamiento de corrientes de falla que han pasado por el fusible pero no han sido lo suficientemente elevadas para fundirlo. A continuación se describen dos métodos utilizados en la coordinación. Coordinación de las curvas triempo-corriente En muchos casos, la coordinación se basa en la utilización de curvas de un tipo de fusible particular (K, T, etc..) y de esta manera la coordinación se simplifica. La coordinación de dos fusibles (uno de lado fuente y otro de lado de carga) se lleva a cabo comparando las curvas respectivas. Para una falla delante del fusible (1) del lado carga hay que asegurar que este funda primero que el fusible (2) del lado fuente. Para ello, es práctica común tomar las condiciones más desfavorables; es decir, tomar la curva de mínimo tiempo de fusión para (2) y la de tiempo total de despeje para (1) (Fig. 4.3). Para todas las corrientes de falla la curva de (2) debe quedar por arriba de la de (1), es decir t1<0.75 *t2

Cargas

Trafo de distribución

Subestación Reconectador

3

T(s)

Icc (A)

Fig. 4.3 Criterio de coordinación de fusibles t1<0.75 t2 ________________________________________________________________________ Ejemplo 1: En la Fig. 4.4 muestra un caso típico de una sección de un sistema, con un fusible A al inicio de un alimentador y los fusibles de ramas laterales B y C. Se muestra las corrientes de falla en cada punto así como la corriente normal de carga en cada punto de coordinación.

Fig. 4.4 Ejemplo de coordinación con las curvas tiempo-corriente

Solución: La fig. 4.5 muestra las curvas de mínimo tiempo de fusión y tiempo total de despeje de los posibles fusibles que pueden ser usados en los puntos A, B o C del sistema. El fusible 15T, de 23 A de corriente nominal continua, soportará los 21A de corriente de carga y proveerá un tiempo máximo de despeje de 0.021 s para 1550 A en el punto C. El tiempo mínimo de fusión no es un factor crítico si ningún otro dispositivo necesita ser coordinado con el último fusible en la rama. Debe adoptarse un fusible para transportar 36 A continuos, que interrumpa 1630 A en el punto B y coordine con el fusible 15T. El fusible 20T no satisface los requerimientos dado que puede transportar solo 30 A en forma continua. La próxima elección, el fusible 25T, transporta 38 A en forma continua. El tiempo mínimo de fusión del 25T a 1550 A es 0.016 s: Dado que el 25T funde antes que el 15T, luego es indeseable para la coordinación. El tiempo mínimo de fusión del 30T a 1550 A es 0.031 s. La relación tiempo total de despeje/tiempo mínimo de fusión para la combinación de fusibles 30T y 15T es

Fusible 1

Fusible 2

Subestación

t1

t2

4

0.021/0.031, o 68%. Este valor es satisfactorio, ya que la relación, para una coordinación adecuada, no supera el 75%.

Fig. 4.5 Curvas tiempo-corriente para la coordinación de los fusibles del ejemplo 1.

Un fusible 80T interrumpirá satisfactoriamente 1800 A en el punto A, transportará 105 A en forma continua, y coordinará con el 30T en el punto B. La relación tiempo total de despeje/tiempo mínimo de fusión para la combinación de fusibles 80T y 30T es 0.051/0.16 o 32%. ________________________________________________________________________ Uso de tablas de coordinación Cuando, como en muchas situaciones, la elección de fusibles para coordinar es un proceso repetitivo, pude ser preferible y menos cansador utilizar tablas de coordinación. Si elige un factor adecuado de multiplicación como representativo del sistema y la corriente de falla pude ser determinada sobre un rango para el cual 2 fusible coordinarán, luego se pueden desarrollar tablas para su utilización sistemática. Para fusibles norma ANSI, esto el sencillo, dado que los fusibles no varían de un fabricante a otro. En la tabla de la fig. 4.22 se muestra estas relaciones para fusibles tipo T, en la cual se emplea la relación de 75%. ________________________________________________________________________ Ejemplo 2: Resolver nuevamente el ejemplo 1 utilizando la tabla de la fig. 4.6 Solución: Nuevamente se selecciona el fusible 15T en el punto C, basándose en las consideraciones de corriente de carga; se pueden seleccionar luego fusibles para los punto A y B utilizando la tabla.. Primero, localizar el fusible 15T en la columna “Protecting Fuse Link Rating” a la izquierda (Valor nominal del fusible principal), y luego seguir horizontalmente hacia la derecha hasta la entrada en “Maximun Fault Current” que sea mayor que 1550 A del punto C. Tal valor, 1700 A, corresponde a un fusible backup de 30T

5

en el punto B, y dado que el 30T puede transportar 36 A en forma continua, es una elección apropiada. Cuando se repite el proceso con el 30T como fusible principal, la tabla indica que un fusible 65T en el punto A coordinará con el 30T hasta una falla de 3100 A y cumplirá con el rango de corrientes de falla. Sin embargo, la corriente de carga en A es 105 A y dado que el 65T puede transportar solo 97 A en forma continua, no cumplirá con el requerimiento de carga continua. El próximo tamaño, 80T, resulta luego ser apropiado.

Fig. 4.6 Tabla de coordinación de fusibles tipo T de EEI-NEMA

________________________________________________________________________ 4.2 Coordinación reconectador - fusible Fusible lado de fuente - Reconectador lado carga Los fusibles de lado de fuente del transformador generalmente protegen al sistema de fallas en el transformador y al transformador de fallas en el secundario del mismo (fig. 4.7).

Fig. 4.7 Caso de protección fusible lado fuente – reconectador lado carga

El reconectador ACR1 debe seleccionarse para coordinar con el fusible de tal manera que el fusible no interrumpa para fallas del lado de carga del reconectador. El efecto de calentamiento acumulativo por las operaciones del reconectador debe ser menor que la curva característica de destrucción del fusible. Esto se tiene en cuenta a través de un

Fusible lado fuente 60 ES

Bobina 140 A

6

factor de multiplicación de la curva tiempo-corriente del reconectador que identifica el punto de fatiga del fusible. La curva de temporización del reconectador modificada por este factor, debe ser más rápida que la curva de mínimo tiempo de fusión del fusible. Regla: Para la máxima corriente de falla en el punto de instalación del reconectador, el tiempo mínimo de fusión del fusible debe ser mayor que el tiempo de despeje promedio de la curva temporizada del reconectador, multiplicada por un factor específico. Los valores de este factor de multiplicación (factor “K”), para diversos intervalos de recierre y secuencias de operación, se muestran en la tabla de la fig. 4.8.

Fig. 4.8 Valores del factor K

Debido a la relación de transformación, para comparar las curvas del fusible y del reconectador hay que desplazar unas u otras en el valor de la relación de transformación; adicionalmente, para grupos de conexión asimétricos como el triángulo-estrella a tierra, la relación de corrientes de falla primaria y secundaria será distinta, dependiendo del tipo de falla. Se utilizan los siguientes factores para determinar la magnitud de desplazamiento de las curvas del lado de triángulo a la estrella:

Tipo de falla Factor de multiplicaciónTrifásica N

Fase-Fase 0.87 N Fase-Tierra 1.73 N

Para el ejemplo de la fig. 4.23 , N = 46/12.47 = 3.7, luego los factores de multiplicación son: Trifásico: Curva del fusible desplazada a la derecha en un factor N= 46/12.47 = 3.7 Fase-Fase : Curva del fusible desplazada hacia la derecha en 0.87 * 3.7 = 3.2 Fase-Tierra: Curva desplazada hacia la derecha en 1.73 * 3.7 = 6.4 _______________________________________________________________________ Ejemplo 3: Coordinar las curvas del reconectador y fusible del caso presentado en la fig. 4.7. Datos: - Se selecciona un reconectador trifásico tipo L de Cooper que satisface que bobina sea de 40 A y 1650 A de máxima corriente de falla; el tipo L tiene 4000 A de capacidad de interrupción y 280 A de corriente de carga continua. - Fusible 60 ES - Secuencia de operación de reconectador: 2A2C, es decir 2 operaciones rápidas en la curva A para fallas no permanentes y dos operaciones en la curva C para permitir coordinación con otros dispositivos de protección aguas abajo.

7

Solución: Las curvas seleccionadas se muestran en la fig. 4.9:

Fig. 4.9 Coordinación del reconectador y fusible del caso de la fig. 4.7

Como se indica en la tabla de la fig. 4.8, la curva C se eleva en un factor 1.7 dado que se usa una secuencia 2A2C con un intervalo de recierre de 120 ciclos. La curva de mínimo tiempo de fusión del fusible 60ES del primario, dibuja como línea llena, se traslada hacia la derecha en un factor 3.2 (curva a trazos) dado que la coordinación está basada en la comparación de las corrientes en el secundario. Dado que la curva C desplazada intersecta a la curva del fusible transformada en 2300 A, que está por arriba de 1650 A que es la corriente de falla máxima en el punto de conexión del reconectador. ________________________________________________________________________ Fusible lado de carga - Reconectador lado de fuente Se obtiene una mejor coordinación entre un reconectador y fusibles ajustando el reconectador con dos operaciones instantáneas seguidas de dos temporizadas. En general, la primera operación de un reconectador despeja el 80% de las fallas temporarias, y la segunda despejara un 10% adicional. Los fusibles del lado de carga se definen para operar antes de la tercera apertura, despejando fallas permanentes. Se obtiene una coordinación menos efectiva utilizando una operación instantánea seguida de tres operaciones temporizadas. El procedimiento para coordinar un reconectador lado fuente y un fusible lado carga se lleva a cabo teniendo en cuenta las siguientes reglas: • El tiempo mínimo del fusible debe ser mayor que la curva rápida del reconectador por

el factor de multiplicación, dado en la tabla de la fig. 4.10, para tener en cuenta la fatiga o destrucción del fusible por el recalentamiento durante cada operación rápida del reconectador. Como puede observarse en la tabla, mientras más corto es el

8

intervalo de recierre, más elevado es el factor de multiplicación, dado que el fusible tiene menos tiempo para enfriarse.

• El tiempo total del fusible debe ser menor que la curva lenta del reconectador sin la

aplicación de factor de multiplicación; el reconectador debe tener al menos dos operaciones con retardo para evitar la pérdida de servicio en caso que el reconectador dispare cuando el fusible opera, si las curvas están muy cerca.

Fig. 4.10 Factor K para fusibles lado carga

_______________________________________________________________________ Ejemplo 4: La aplicación de estas dos reglas se ilustra en el sistema representado en la fig. 4. 11.

Fig. 4.11 Sistema que requiere coordinación entre fusibles de lado carga – reconectador del lado fuente

Los fusibles y el reconectador deben coordinarse de tal forma que para cualquier falla entre los puntos ABC/29 y ABC/30, el circuito es interrumpido primero por el reconectador con su curva rápida, luego de lo cual si la falla persiste, es despejada por los fusibles en el grupo F2. De manera similar, el reconectador debe despejar fallas entre ABC/29 y ABC/31 con su curva rápida y si la falla persiste permitir a los fusibles en el grupo F1 que actúen. El reconectador debe ser capaz de interrumpir cualquier falla entre ABC/27 y ABC/29. Solución Los reconectadores seleccionados satisfacen los requerimientos: 4000 A nominales de corte, suficientes para interrumpir los 1650 A; corriente continua de carga es 90 A , menor que los 140 A nominales; un valor de corriente mínima de disparo de 280 A permite al reconectador detectar el nivel mínimo de corriente de falla en la zona deseada de protección de 340 A en el punto ABC/31.

3 reconectadores monofásicos tipo L Bobina 140 A – 2A2C

9

Para asegurar que los reconectadores en BAC/27 puedan despejar fallas transitorias sin dañar o fatigar el fusible, debe compararse la curva de mínima fusión de este con la curva rápida A del reconectador, multiplicado por un factor K para prevenir la fatiga del fusible. Para el reconectador tipo L con la secuencia 2A2C y tiempo de recierre 120 ciclos, el factor K es 1.35 (tabla de la fig. 4.10). Se utiliza en este caso fusible tipo T que coordinan mejor con las curvas de este tipo de reconectador. En la fig. 4.12 se puede comparar la curva ajustada A x 1.35 con las características de mínimo tiempo de fusión de diversos fusibles T.

Fig. 4.12

El fusible 20T es muy chico para la coordinación ya que la intersección con la curva A del reconectador para una corriente de 1000 A no es satisfactoria para los 1190 A de corriente de falla máxima indicada. El fusible 30T coordinará hasta una falla de 1500 A, y el los fusibles 40T y 50T tienen puntos de alcance de coordinación más altos de 2100 A y 2800 A respectivamente. El próximo paso en chequear la coordinación para fallas permanentes comparando las curvas de tiempo total de despeje con la curva C del reconectador. La fig. 4.13 muestra que se logra una coordinación completa utilizando cualquiera de los fusibles (30T, 40T o 50T) dado que ninguna de las tres curvas intersecta la curva C. Ahora se puede realizar la selección del fusible. Un procedimiento sería seleccionar el tamaño del fusible para cada uno de los tap de la red basado en la corriente de carga. Por ej., el fusible 30T podría ser usado para el grupo F1, y para cualquier otro tap donde la corriente pico de carga sea menor a 30 A; y el 40T podría utilizarse para el grupo F2, y para cualquier tap con corrientes pico de carga entre 30 y 40 A. El fusible 40T cumpliría con los requisitos para ambos grupos F1 y F2, y para cualquier otro grupo donde la corriente de carga no supere los 40 A. La fig. 4.14 muestra que el fusible 40T coordinará con los reconectadores de la subestación desde la corriente mínima de disparo hasta 2100 A la cual está más allá de la corriente de falla máxima de 1650 A en la subestación.

10

Fig. 4.13

Fig. 4.14

11

4.3 Coordinación reconectador - reconectador La coordinación entre pares de reconectadores se obtiene mediante la selección adecuada del ajuste de amperes de la bobina de disparo en reconectadores hidráulicos o de los valores de la corrientes de arranque o pick-up de reconectadores electrónicos. La selección de los reconectadores apropiados se realiza luego de un estudio de las características tiempo-corriente de los reconectadores. Las curvas tiempo-corriente de los reconectadores hidráulicos son inversas. Si los reconectadores considerados tienen mecanismos similares de temporización, sus características no solo son similares sino también paralelas, y esto simplifica la coordinación. Los reconectadores electrónicos y digitales, por otro lado, ofrecen una variedad de curvas tiempo-corriente. Con esta variedad más los valores de mínima corriente de disparo ajustable disponibles es posible lograr cualquier combinación que se adapte a la aplicación. Curvas típicas de operación de reconectadores hidráulicos ya fueron mostradas en otro capítulo 3, donde A siendo la curva rápida, B lenta y C extra lenta. Algunos reconectadores hidráulicos ofrecen tres o cuatro curvas lentas adicionalmente a la curva rápida. Los electrónicos ofrecen, además de curvas de similar aspecto que los hidráulicos, otro tipo de curvas rápidas y lentas. Una consideración importante cuando se coordina reconectadores es el tiempo o ciclos entre curvas de los dos reconectadores. Los diferentes tipos de reconectadores requieren diferentes tiempos mínimos entre curvas para prevenir la operación simultánea. Reconectadores hidráulicos - Reconectadores pequeños Los márgenes de coordinación en este caso dependen del tipo de equipamiento utilizado. En el caso de reconectadores chicos, donde la bobina de corriente y su pistón producen la apertura de los contactos, se deben tener en cuenta los siguientes criterios: • La separación de las curvas en un valor menor a los dos ciclos siempre resulta en

operación simultánea. • La separación de las curvas entre 2 y 12 ciclos podría resultar en operación

simultánea. • La separación de las curvas en más de 12 ciclos asegura que no habrá operación

simultánea ________________________________________________________________________ Ejemplo 5: Considérese el sistema de la fig. 4.15, donde los reconectadores deben ser coordinados. Los tres reconectadores están programados para una secuencia de operación 2A2C. Solución: Las características de los tres reconectadores (fig. 4.16) indican que, para una corriente de falla de 1000 A, las curva rápidas A, están más cercanas que 2 ciclos, lo cual significa

12

que esta corriente de falla del lado de carga del reconectador de 50 A, puede causar la operación simultánea de todos los reconectadores.

Fig. 4.15 Sistema del ejemplo 5

Fig. 4.16

Aún para las curvas lentas puede ocurrir la operación simultánea para esta corriente de 1000 A, dado que la separación entre la curvas lentas para esta corriente es aprox. 3 ciclos entre las unidades de 50 y 70 A y 8 ciclos entre las unidades de 70 y 100 A. A 500 A, la separación entre las curvas lentas de 50 y 70 A, es 13.7 ciclos, y entre las unidades de 70 y 100 A de 28.8 ciclos. A este nivel de corriente de falla existiría coordinación entre reconectadores aunque podría resultar en operación simultánea con las curvas rápidas. Para una falla de 5000 A del lado de carga del reconectador de 50 A, las tres unidades pueden realizar sus 2 operaciones rápidas simultáneamente, pero durante las operaciones lentas solo el reconectador de 50 A despejaría la falla abriendo antes que las unidades de 70 y 100 A. Para una falla permanente la unidad de 50 A abriría en forma permanente y las otras unidades resetearían. - Reconectadores grandes En los reconectadores monofásicos y trifásicos hidráulicos, el movimiento del émbolo de la bobina serie de disparo, solamente libera los resortes de apertura precargados. Un solenoide de cierre separado carga los resortes de apertura y cierra los contactos. Luego

Todas secuencias 2A2C

13

el tiempo mínimo requerido entre curvas sin que tenga lugar actuaciones simultáneas es diferente que para reconectadores pequeños. Si la separación de las curvas es menor a 2 ciclos actuarán en forma simultánea, pero cuando estén separadas más de 8 ciclos la posibilidad de que esto suceda es remota. A excepción de la separación requerida en uno y otro caso, la coordinación es la misma que para reconectadores pequeños. Reconectadores con control electrónico Reconectadores adyacentes de este tipo pueden ser coordinados más estrechamente dado que no hay errores inherentes como aquellos que existen con los mecanismos electromecánicos. El reconectador aguas abajo debe ser más rápido que los reconectadores aguas arriba, y el tiempo de despeje de los reconectadores aguas abajo más su tolerancia debe ser menor que los tiempos de los reconectadores aguas arriba menos su tolerancia. La coordinación se logra con la selección de las corrientes mínimas de actuación o arranque y las curvas tiempo-corriente adecuadas. En los reconectadores electrónicos y digitales, la corriente mínima de arranque seleccionada no altera la máxima corriente de operación continua del reconectador, a diferencia de los hidráulicos donde la mínima corriente de arranque y corriente nominal de operación continua están relacionadas en que ambas son propiedades de la bobina serie. En los reconectadores electrónicos o digitales la mínima corriente de arranque programada es independiente de la corriente máxima nominal de operación continua. Sin embargo, la corriente mínima de operación debe tener en cuenta por anticipado la corriente de pico de carga del sistema. Normalmente, el ajuste de los reconectadores en la subestación se realiza para por lo menos llevar a cabo un recierre rápido, para despejar fallas temporarias en la línea entre el reconectador de la la subestación y el reconectador del lado de carga. También es posible coordinar reconectadores con curvas idénticas o similares a condición de que tengan secuencias apropiadamente distintas. Por ejemplo un reconectador R1 con secuencia 1A3B cercano a la fuente puede coordinar con otro reconectador R2 de curvas iguales e instalado más alejado pero de secuencia 2A2B (Fig. 4.17). Puede comprobarse que para a una falla F, el desenganche definitivo lo realizará R2.

Fig. 4.17 Coordinación entre reconectadores

________________________________________________________________________ Ejemplo 6: Considerar la coordinación de los reconectadores digitales de la fig. 4.18 Solución: Debe notarse que el criterio de espaciamiento entre características tiempo-corriente de este tipo de reconectadores es diferente que para los controlados en forma hidráulica.

14

Fig. 4.18 La máxima corriente de cortocircuito en la estación es 10000 A, y la máxima corriente de carga es 450 A. En el punto de seccionamiento aguas abajo la corriente de falla es 3600 A y la máxima corriente de carga es 160 A. Se toman como tipo de reconectador las unidades WE de Cooper que serían utilizadas aquí como típicas. La selección del usuario también dependería de su experiencia, construcción del sistema y prácticas aceptadas. La selección de las corrientes mínimas de actuación deben incluir la consideración anticipada de las corrientes picos de carga del sistema y los niveles mínimos de corriente de falla en cada zona de protección de los reconectadores. En el reconectado tipo WE las corrientes de disparo pueden seleccionarse en el rango de 200 A a 1120 A. Se selecciona luego los valores de corriente mínima de actuación de 1120 A para el ACR1 de la estación y 400 A el ACR2 de la línea. Se utilizan las curvas mostradas en la fig. 4.19 para claridad de ilustración:

Fig. 4.19

Corriente mínima de actuación

Corriente mínima de actuación

15

En un sistema real, puede ser necesaria la consideración de diversas influencias que no apareen en este ejemplo. Dado que el propósito del ejemplo es mostrar la interrelación de un reconectador con el otro, se revisará primero las curvas rápida A y las lentas B. Para claridad, se han ignorado las tolerancias, pero deben ser consideradas en la práctica real. Fallas aguas debajo del ACR2 deben ser despejadas por el mismo antes de que ACR1 responda. En las operaciones rápidas, las curvas muestran que, a los niveles de corriente de falla de 1900 y mayores, los dos reconectadores operarán en forma simultánea. En las operaciones lentas, dado que la curva B de ACR1 es más lenta que la B de ACR2, el reconectador ACR2 actuará sin que el ACR1 abra en su curva lenta. Asumiendo una secuencia 2A2B en ambos reconectadores, una falla permanente de 3000 A aguas debajo de ACR2 causaría dos disparos rápidos simultáneos en ambos reconectadores, seguido de dos disparos lentos hasta la apertura definitiva de ACR2 y el reset de ACR1. El alimentador completo habría experimentado dos interrupciones rápidas cortas. Ajustando a ACR1 en 1A3B, una de las interrupciones puede ser evitada. ________________________________________________________________________ - Posibilidades y accesorios de los reconectadores controlados en forma electrónica y

digital

- Coordinación de secuencia Se utiliza para mejorar la continuidad del servicio en líneas protegidas con reconectadores en serie. Previene de operaciones rápidas innecesarias del reconectador backup para fallas que pueden ser despejadas por la unidad aguas abajo. En la fig. 4.20 se muestra la operación típica de dos reconectadores sin coordinación de secuencia.

Fig. 4.20 Dos ejemplos de operación sin coordinación de secuencia en el reconectador backup

Operación sin disparo simultáneo

Operación con disparo simultáneo

A

16

En el ejemplo A, los dos reconectadores tienen curvas rápidas similares y están en serie. Una falla permanente más allá del reconectador aguas abajo, es detectada por ambos reconectadores, disparando en forma simultánea en su curva rápida. Aún cuando los dos reconectadores no hayan disparado en forma simultánea, dado que la curva rápida de ACR2 es más rápida que la de ACR1 (ejemplo B), el vacuo ACR1 disparará dos veces en su curva rápida cuando el ACR2 secuencia a su curva lenta. En ambos casos el servicio ha experimentado dos cortes. En una operación con secuencia coordinada (fig. 4.21), el reconectador backup meramente cuenta las operaciones rápidas del reconectador aguas abajo pero no actúa. Su secuencia programada se avanza dos veces hacia sus operaciones lentas, pero no se emite señal de disparo. Por lo tanto, mientras la falla es censada por el reconectador backup, no hay operación, y cuando el reconectador aguas abajo alcanza sus operaciones lentas, actúa solo debido a la diferencia de sus características tiempo-corriente. Consecuentemente, se previene de interrupciones innecesarias en el área entre ambos reconectadores.

Fig. 4.21 Coordinación de secuencia en el reconectador backup La coordinación de la secuencia funciona solo para las operaciones rápidas, así el número de operaciones que serán coordinadas se determina por el número de operaciones rápidas programadas en el reconectador de lado de fuente. La curva rápida del reconectador del lado de fuente debe ser más lenta que la curva rápida del reconectador del lado de carga.

- Disparo instantáneo A niveles de corriente de falla más elevados, la posibilidad de disparo instantáneo extiende el rango de coordinación del reconectador con los dispositivos aguas arriba. Por arriba de un determinado valor de corriente de falla, permite al control hacer una bypass de la curva programada e inmediatamente dispara el reconectador si retardo adicional. El disparo instantáneo puede ser programado para cuando la corriente de falla exceda un múltiplo seleccionado de la corriente mínima de operación. Se provee un rango de múltiplos para permitir la operación de esta posibilidad y el accesorio puede ser ajustado para actuar en una o más disparos en la secuencia. En la fig. 4.22 se muestra la coordinación de un reconectador equipado con la posibilidad de actuación instantánea, con un fusible de lado primario. El reconectador tiene un ajuste de corriente mínima de actuación de 400 A y, con la curva lenta mostrada pero sin disparo instantáneo, se

Operación con secuencia coordinada

La secuencia programada avanza pero los contactos del reconectador no abren

17

perdería la coordinación con el fusible del lado primario para corrientes de falla de aprox. 1600 A y mayores.

Fig. 4. 22

Con un disparo instantáneo múltiplo de cuatro, el reconectador actuará en forma instantánea para cualquier nivel de falla por arriba de 1600 A, de tal forma que en ese caso, se extiende la coordinación con el fusible primario a aprox. 7000 A. Debe proveerse adicionalmente un adecuado margen tres las curvas de ambos dispositivos para evitar el daño o fatiga del fusible.

- Desconexión definitiva instantánea Esta posibilidad permite al control cortar en forma automática su secuencia cuando la corriente de falla este por arriba de un valor determinado. Este accesorio es de valor para minimizar el efecto de fallas cercanas de gran magnitud donde hay una alta probabilidad de que la falla es permanente y no se requiere coordinación con otros dispositivos aguas abajo. Este accesorio opera de la misma manera que el accesorio visto anteriormente. Puede ser ajustado para desconectar en forma definitiva luego de la primera, segunda o tercera operación.

Curva de tiempo mínimo de fusión desplazada por la relación de transf.

Curva lenta de fase del reconectador multiplicada por los factores de la fig. 4.24

Curva del reconectador extendida

Curva del reconectador alterada por el accesorio

18

4.4 Coordinación relé - reconectador - Relés estáticos y digitales Este tipo de relé tienen un reseteo rápido de l temporización, por ello, la coordinación es relativamente simple, dado que no existe “overshoot” de la función de temporización como en los relés electromecánicos, que es una demora adicional en el reseteo debido a las constantes de tiempo mecánicas de las partes actuantes, lo que a veces puede producir disparos innecesarios en este tipo de relés. La curva de respuesta temporal del relé pude aplicarse sin correcciones para verificar si ocurrirá una actuación, si el objetivo es coordinar con un reconectador aguas abajo cuyo tiempo de actuación es menor que el tiempo mínimo del relé (curvas A y C del reconectador, y curva C0-8 del relé en la fig. 4.23). La curva del relé debe quedar por arriba de las curvas del reconectador para toda la secuencia de operación del reconectador en el caso de una falla aguas debajo de este.

Fig. 4.23

- Relés electromecánicos A diferencia de los estáticos y digitales, los electromecánicos tienen características que deben tenerse en cuenta al coordinarlos con otros reconectadores aguas abajo: - Tiempo de margen de impulso: En la función de temporización, el disco del relé se mueve hacia la posición cerrado, y cuando es desenergizado por que la falla es interrumpida simultáneamente por un dispositivo aguas abajo, costará cierto tiempo hasta que deje de operar o frenar el avance

19

antes de cerrar los contactos. Este movimiento adicional se denomina tiempo de margen de impulso. En general, este tiene significado cuando las corrientes son muy elevadas y los ajustes del dial de tiempo son bajos.

- Tiempo de reset: Los relés electromecánicos toman cierto tiempo luego de su desenergización para volver el disco a su posición original. A este tiempo se le denomina tiempo de reset del relé. Para testear la coordinación con relés electromecánicos y tener en cuenta estos tiempo adicionales se suma a la curva lenta del reconectador un tiempo de margen de seguridad que, por ejemplo puede ser 0.3 s. (curva C + 0.3 en la fig. 4.23). De la misma manera, la curva del relé debe quedar por arriba de la curva C corregida; en el caso mostrado en la fig. 4.39 se debe levantar el ajuste de la curva C0-8. 4.5 Coordinación de seccionalizadores con reconectadores y relés También mediante el uso de seccionalizadores y reconectadores o relés se consigue una función de reconexión económica y desenganches definitivos y selectivos. En la fig. 4.24 se observa un ejemplo. Frente a una falla F abre el reconectador en curva A (aunque ahora no interesa realmente la velocidad de operación) y el seccionalizador cuenta una interrupción de la corriente de falla pero no opera.

Fig. 4.24 Coordinación entre reconectadores y seccionalizador

El reconectador vuelve a conectar y si la falla persiste abre nuevamente, contando el seccionalizador la segunda interrupción de la corriente de falla, pero tampoco en este caso opera. Si también ahora la falla persiste, el reconectador abre por tercera vez y el seccionalizador cuenta la tercera interrupción de la corriente de falla. Sin embargo como el seccionalizador debe estar preparado para abrir luego de contar un número de interrupciones de corriente de falla una vez menor que el número total de aperturas del reconectador (en este caso el reconectador está programado para 4 aperturas), aquél abre el circuito en falla. El reconectador vuelve a conectar entonces, quedando el resto del sistema en servicio. El mismo principio puede aplicarse cuando el relé está equipado con una unidad de recierre automático y se pude programar una secuencia de operaciones de apertura y recierre como en el reconectador. Principios de coordinación

1. La corriente mínima de actuación se ajusta normalmente en el 80% de la corriente mínima del dispositivo del lado de fuente (relé o reconectador). Para los seccionalizadores controlados en forma electrónica, la corriente de actuación se ajusta directamente. Para los hidráulicos la corriente de actuación es el 160% de la corriente nominal de la bobina serie. Cuando se coordina uno hidráulico con un reconectador backup operado con bobina serie, la bobina del seccionalizador debe tener la misma corriente nominal que el reconectador backup.

20

2. Los seccionalizadores no equipados con detección de fallas a tierra deben tener sus corrientes de actuación de fase seleccionada para coordinar con el ajuste de mínima corriente de disparo de tierra del dispositivo backup. Esto asegurará que el seccionalizador detectará y contará todas las fallas de lado de carga despejadas por el dispositivo backup. Con este ajuste más sensitivo, sin embargo, se debe considerar la posibilidad de conteos erróneos debido a las corrientes inrush. Para los seccionalizadores controlados en forma electrónica, se dispone de diversas posibilidades de restricción para prevenir falsos conteos. Para seccionalizadores controlados en forma hidráulica, el nivel de corriente de actuación debe ser al menos 10 veces la corriente de carga pico el lugar del seccionalizador. Un ajuste de la corriente de actuación más sensible puede resultar en conteos falsos y la desconexión definitiva debido las corriente inrush producidas por las operaciones del dispositivo backup en otras partes del circuito.

3. El seccionalizador debe esta ajustado para desconectar en una operación menos que el dispositivo backup. Esta regla general no necesita aplicarse en el caso de varios seccionalizadores en serie, donde las unidades consecutivas pueden ser ajustadas para una, dos o tres operaciones menos que el reconectador backup.

4. Los tiempos de apertura y recierre del dispositivo backup debe estar coordinado con el tiempo de memoria de conteo del seccionalizador, como se muestra en la fig. 4.25. Si el tiempo de operación del backup es mayor que el tiempo de memoria del seccionalizador, el mismo “olvidará” parcialmente el número de operaciones de disparo de backup y resultará en la desconexión definitiva del backup para una falla más allá del seccionalizador, en cuyo caso ambos dispositivos estarían desconectados.

Fig. 4.25

5. Los seccionalizadores trifásicos son limitados para coordinar con dispositivos

trifásicos con apertura trifásica simultánea. El disparo de fase no simultáneo de los dispositivos backup podría resultar en un intento de interrumpir la falla por parte del seccionalizador, el cual no está diseñado para ello.

4.6 Coordinación relé - fusible En el caso de que se intercale un relé (2) entre los fusibles (1) de lado carga y (3) de lado fuente, la curva utilizada de temporización del relé debe quedar por arriba de la curva de máximo tiempo de fusión de (1) y por debajo de la curva de mínimo tiempo de fusión de (3).

Primer conteo del seccionaliador

Segundo conteo

Tercer conteo El seccionalizador abre

Tiempo de memoria del seccionalizador

Tiempo del backup Corriente de falla

1er y 2do tiempos de recierre

21

Fig. 4.26 Coordinación relé-fusible

4.5 ALGUNOS CRITERIOS DE SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS Y SU

PUNTO DE INSTALACIÓN La tarea de planificar el sistema de protección se puede, en general, encarar de dos maneras distintas; una primera basada en reglas de aplicación prácticas deducidas de la experiencia de los ingenieros en protecciones con los distintos tipos de protección; la segunda basada en algoritmos de optimización los cuales, partiendo de un conjunto de posibles puntos candidatos de la red donde se es permitido instalar dispositivos de protección, se trata de minimizar una función objetivo, brindando como resultado que tipos de dispositivos deben ser instalados y su localización dentro de la red. 4.5.1 Ejemplo de distribución de dispositivos en redes urbanas aéreas

con neutro a tierra En este ejemplo se ve el diseño del sistema de protección para redes urbanas aéreas de 13.2kV partiendo de la base de ciertas definiciones y premisas prácticas extraídas de la experiencia del profesional. La operación normal de las redes urbanas aéreas es normalmente radial y con neutro a tierra. Para ellas se prevé las siguientes protecciones y elementos de maniobra (Fig. 4.27): • Relé de sobrecorriente de fase y tierra, con recierre automático, a la salida del

distribuidor en el centro de distribución. • En la línea troncal o primaria: Seccionador bajo carga telecomandado con indicador de

paso de falla con señal telemandada ( ), para una Pinst ≥ 3000 kVA aguas abajo o un distancia mayor o igual a 2 kM desde el último aparato de maniobra.

22

• En derivaciones laterales de la línea troncal o primaria o de líneas secundarias con P

inst < 800 kVA aguas abajo o un máximo de 8 centros de transformación: elementos XS con fusibles de 30 K; a la partida de tales derivaciones.

• Para líneas secundarias con Pinst > 2000 kVA aguas abajo: seccionador bajo carga

telecontrolado con indicadores de paso de falta con señal telemandada ( ). • Para líneas secundarias con 800 kVA ≤ P inst ≤ 2000 kVA, se prevé la instalación de

un seccionador (SXS) conjuntamente con indicadores de paso de falta luminoso ( ) en los seccionadores.

Centro Distribución 50, 51, 50N, 51N 800 ≤ Pinst ≤ 2000 kVA D ≥ 2 km o Pinst ≥ 3000 kVA T T P inst > 2000 kVA D ≥ 2 km o Pinst ≥ 3000 kVA T P inst < 800 kVA o ≤ 8 centros transformación

Fig. 4.27 Aquí cabe acotar que los puntos donde se pondrá seccionamiento bajo carga depende fundamentalmente de las posibilidades de transferencia o recepción de carga desde o hacia otros distribuidores del sistema bajo estudio. Aquí se ha incorporado un solo recierre en el relé de partida del distribuidor; no obstante ello se podría aceptar la instalación de reconectadores en algunos puntos de la red si la frecuencia de falla y confiabilidad de la red aguas abajo lo justifica. 4.5.2 Ejemplo de distribución de dispositivos en redes urbanas de

cables con neutro a tierra Las redes urbanas en cables tendrán las siguientes protecciones y elementos de maniobra (Fig. 4.28):

23

• Relé de sobrecorriente de fase y tierra, sin recierre automático, a la salida del distribuidor en el centro de distribución.

• Indicadores de paso de falla con señal telemandada ( ) • Transformadores de subestaciones (MT/BT) sin protección del lado primario SB SB Centro Distribución 50, 51, 50N, 51N

Fig. 4.28 4.5.3 Ejemplo de distribución de dispositivos en redes rurales La explotación normal de las redes rurales es también radial y con neutro a tierra. Para ellas se prevé las siguientes protecciones y elementos de maniobra (Fig. 4.29): • Relé de sobrecorriente de fase y tierra, con recierre automático, a la salida del

distribuidor en el centro de distribución. • Línea troncal o primaria: seccionador bajo carga con indicador de paso de falla

( ), para una Pinst ≥ 2000 kVA aguas abajo o un distancia mayor o igual a 15 kM desde el último aparato de maniobra

• Derivaciones laterales de la línea troncal o primaria o de líneas secundarias con P inst

< 800 kVA aguas abajo o un máximo de 8 centros de transformación: instalación a la partida de elementos XS con fusibles de 30 K.

• Líneas secundarias con 800 kVA ≤ P inst : un seccionalizador. Aquí valen las mismas consideraciones realizadas para redes urbanas en lo que respecta a la instalación de seccionadores bajo carga y reconectadores.

24

Centro Distribución R D ≥ 15 km o Pinst ≥ 2000 kVA D ≥ 15 km o Pinst < 800 kVA o ≤ 8 centros transformación Pinst ≥ 2000 kVA Pinst ≥ 800 kVA S

Fig. 4. 29 Como puede observarse, los datos requeridos aquí son la topología de la red con la longitud de cada tramo y la potencia instalada en cada subestación transformadora; con ello se puede calcular para punto partiendo de un nodo la potencia instalada aguas abajo y de esa forma diferenciar derivaciones, líneas secundarias y líneas primarias. Una vez determinados los tipos de dispositivos que se instalarán es necesario realizar la selección de las características de funcionamiento adecuadas a la función técnica que ejercerán y valores nominales teniendo en cuenta fundamentalmente la coordinación de actuación entre ellos ya descripta. Según esta metodología, el usuario puede cambiar y probar con distintos criterios agregando o sacando reglas; para cada una de las soluciones obtenidas puede calcular el los costos de equipamiento e instalación, disponiendo de los costos comerciales correspondientes. Este proceso debería ser repetido para cada alternativa que surja de los estudios de planificación de la red.