1
4. Protección de sobrecorriente
Protección de sobrecorriente fusibles
2
06/03/2009 [email protected] 209
Aplicación a transformadores de distribución
�El fusible debe de cumplir las siguientes condiciones:
�Su curva característica debe de estar por debajo de la curva de daño del transformador, pero por encima de las curvas de inserción (INRUSH) y de carga fría.
Daño
Total deaclaramiento
Mínimo tiempode fusión
Carga fría + INRUSHt
(s)
I (A)20 IN
2
ANSI
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Tabla de curvas de daño e INRUSH
Tipo de daño Sobreco rriente
( I/IN )
Durac ión t (s )
Térmico 2
3
4
5
6
7
8
9
10
15
20
25
2000
300
100
50
35
25
20
15
12.5
5.8
3.3
2.0
Mecánico 30
40
50
1.5
0.8
0.5
Corriente
trans itoria
Sobrecorriente
( I/IN )
Duración
(s )
INRUSH 25
12
0.01
0.10
Carga fría 6
3
1
10
3
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Fusibles limitadores
�Estos fusibles son de uso interior.
�El fusible se selecciona entre 1,3 y 1,5 veces la corriente nominal del transformador.
06/03/2009 [email protected] 212
Fusibles en S.E. aéreas de 10 kV
�Los fusibles recomendados para la protección contra cortocircuitos son:S.E. Trifásica
250 kVA Fusible de 20A K
160 kVA Fusible de 15A K
100 kVA Fusible de 10A K
75 kVA Fusible de 10A K
50 kVAFusible de 6 A K
25 kVA Fusible de 6 A K
4
06/03/2009 [email protected] 213
Conclusiones
�La selección del calibre del fusible, por
medio del empleo de tablas o aplicando
el factor de 1,5 IN, está supeditada a la
coordinación con los elementos de
protección aguas arriba y aguas abajo.
�Para el estudio de coordinación se debe
tener en cuenta las curvas de mínimo
tiempo de fusión y máximo total de
aclaramiento.
06/03/2009 [email protected] 214
5
Protección de sobrecorriente - relés
Tipologías de las redes de distribución
6
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Topologías
�Distribución pública.�Distribución radial (distribución pública o
privada).�Distribución doble radial (distribución
pública o privada).
�Lazo abierto / lazo cerrado.
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Distribución pública.
7
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Distribución radial
� Ventajas.� Simplicidad
� Economicidad
� Desventajas.� Vulnerabilidad.
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Distribución doble radial
� Ventajas.� Continuidad de
servicio
� Desventajas.� Costes elevados
comparado con el radial simple
8
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Bucle abierto� Ventajas.
� Restablecimiento relativamente rápido del servicio después de la eliminación «manual» del defecto, quedando aislado tramo en defecto
� Desventajas� Coste intermedio� Complejidad de los
sistemas de protección del bucle para minimizar las consecuencias de un posible defecto.
06/03/2009 [email protected] 222
Bucle cerrado
� Ventajas.� Máxima continuidad de servicio: alta calidad de
servicio� Eliminación selectiva del defecto sin afectar al resto
de la instalación
� Desventajas.� Coste elevado� Complejidad de la instalación� Sistemas de protección complejos (protecciones
direccionales)
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Clasificación de los defectos según su duración
1. Autoextinguibles 10 a 20 ms
2. Transitorios 100 ms < t < 1 s
3. Semipermanentes t > 1 a 30 s
4. Permanentes t > 30 s
06/03/2009 [email protected] 224
Clasificación de los defectos según las fases involucradas
1. Monofásico a tierra.
2. Polifásico.
3. Polifásico a tierra.
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06/03/2009 [email protected] 225
Causas de las fallas
TIPO DE DEFECTO Redes aéreas Redes subterraneas
Fallo de aislamiento x x
Contacto accidental de conductores x x
Sobretensiones atmosféricas x x
Sobretensiones de maniobra x x
Rotura mecánica x (42 %) x
Trabajos en los alrededores de línea en servicio x x (30 %)
06/03/2009 [email protected] 226
Efectos que causan los defectos en las instalaciones MT
�� SobreintensidadesSobreintensidades� Calentamientos anómalos de los conductores y
máquinas� Reducción de la vida de la máquina y / o instalación
por envejecimiento prematuro de los aislantes
�� CortocircuitosCortocircuitos� Calentamiento brusco e intenso
� Esfuerzos electrodinámicos deformación de los conductores activos o embarrados
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06/03/2009 [email protected] 227
Efectos que causan los defectos en las instalaciones MT
��SobretensionesSobretensiones� Solicitación anómala del material aislante.
� Reducción de la vida de la aparamenta y equipos del circuito.
� Evoluciona siempre hacia un defecto polifásico.
06/03/2009 [email protected] 228
Estadística de fallas
Monofásico Polifásico Polifásicoa tierra a tierra
Transitorios 91% 84% 13% 3%Semipermanentes 6% 54% 38% 8%Permanentes 3% 44% 50% 6%
12
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Localización y eliminación de los defectos
� Monitorizar y analizar permanentemente las magnitudes
eléctricas de la instalación
� Comparar estas magnitudes con los valores umbrales de
actuación de las protecciones.
� Ordenar la maniobra de apertura del aparato de
interrupción.
� Reconfigurar la instalación.
Relés de protección
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06/03/2009 [email protected] 231
Funciones de los dispositivos / Códigos ANSI
06/03/2009 [email protected] 232
Funciones de los dispositivos / Códigos ANSI
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06/03/2009 [email protected] 233
Protecciones empleadas
1. Protecciones amperimétricas.
2. Protecciones voltimétricas.
3. Protecciones direccionales
Protecciones de sobrecorriente.
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06/03/2009 [email protected] 235
Protección a máximo de corriente de fase (ANSI 50 / 51)
� Función: detectar las sobreintensidadesmonofásicas, bifásicas o trifásicas, ya sean debidas a una sobrecarga o a un cortocircuito
� Dicha protección puede ser:1. a tiempo independiente
(o definido)
2. a tiempo dependiente
06/03/2009 [email protected] 236
Protección a máximo de corriente de fase (ANSI 50 / 51)
� a tiempo independiente (o definido) curva DT(Direct Time).� Is: umbral de intensidad expresado en A.
� T: retardo de actuación de la protección.
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06/03/2009 [email protected] 237
Protección a máximo de corriente de fase (ANSI 50 / 51)
� a tiempo dependiente:� SIT: inversa normal
(Standar Inverse Time)
� VIT: muy inversa(Very Inverse Time)
� EIT: extremadamente inversa (Extremely InverseTime)
06/03/2009 [email protected] 238
Características de tiempo de disparo según IEC
� Todas las curvas a tiempo dependiente, siguen la formula definida en la IEC 60255-3, sección 3.5.2 ó también BS 142, donde t es el valor del tiempo de actuación de la protección en segundos, en función de la temporización (T) de la protección a I/Is veces.
� Curva Inversa (SIT):� Curva muy inversa (VIT)
� Curva extremadamente inversa (EIT)
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06/03/2009 [email protected] 239
Características de tiempo de disparo según IEC� El tiempo de operación y la sobrecorriente están relacionados por una ecuación, que define la curva de operación característica del relé:
1 - Is
I
*k αβ
=t
� donde :� t = tiempo de operación (s)� k = ajuste del multiplicador de tiempos (TMS)� I = corriente de falla que pasa por el relé (A)� Is = corriente de ajuste o calibración de corriente (A)
06/03/2009 [email protected] 240
Características de tiempo de disparo según IEC� α y β determinan el grado de característica inversa del relé
� para los tres primeros esquemas estándar las constantes son:
Característica αααα ββββ
Normalmente inversa 0.02 0.14
Muy inversa 1.00 13.50
Extremadamente
inversa 2.00 80.00
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06/03/2009 [email protected] 241
Relés de tiempo normalmente inverso (N.I.)� Se aplican generalmente cuando el valor de la corriente de cortocircuito depende grandemente de la capacidad de generación del sistema en el momento de la falta. � Cuando ZS << ZL ,
� ZS = impedancia de la fuente.
� ZL = impedancia de la línea hasta el punto de falla
� Su principal ventaja es la de tener menores tiempos de operación a altas potencias de cortocircuito.
06/03/2009 [email protected] 242
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06/03/2009 [email protected] 243
Relés de tiempo muy inverso (M.I.)
� Se caracteriza por ser lento para valores bajos
de sobrecorriente y rápido para valores altos de
sobrecorriente.
� Se aplican preferentemente en sistemas donde
la intensidad de cortocircuito por el relé
depende mayormente de su posición relativa a
la falta y en poca cuantía de la capacidad de
generación del sistema ( se alimenta de una red
muy grande).
06/03/2009 [email protected] 244
Relés de tiempomuy inverso
� En otras palabras, es
conveniente en sistemas de
gran capacidad de generación
donde el nivel de cortocircuito
depende prácticamente de la
impedancia donde ocurre el
cortocircuito ( la corriente de
falla se reduce notablemente a
medida que aumenta la
distancia a la fuente).
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06/03/2009 [email protected] 245
Relés de tiempo extremadamente inverso (E.I.)
Aplicaciones:
� En alimentadores de las empresas de distribución, donde se tenga tiempo suficiente para permitir la reconexión del circuito sin disparos innecesarios en el período inicial de avalancha (picos de corriente por conexión de bombas, molinos, calentadores, etc.).
� Al mismo tiempo coordinar con fusibles (de alto poder de ruptura).
06/03/2009 [email protected] 246
Relés de tiempo extremadamente inverso� También se emplea para actuar con componentes de secuencia negativa, en la protección de grandes generadores.
Ajuste de I22.t = 7 → 70
� Permite ajustes más precisos para evitar sacar de servicio al generador.
21
06/03/2009 [email protected] 247
Características de tiempo de disparo según ANSI/IEEE
06/03/2009 [email protected] 248
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06/03/2009 [email protected] 249
06/03/2009 [email protected] 250
Características de tiempo de disparo según ANSI/IEEE
Aquí significa:� t Tiempo de disparo
� D Tiempo ajustable
� I Corriente de falta
� Ip Valor de ajuste de la corriente
� Los tiempos de disparo para I/Ip > 20 son idénticos a los de I/Ip = 20.
� Valor límite de arranque aprox. 1,06 x Ip
� Valor límite de reposiciónaprox. 1,01 x Ip
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06/03/2009 [email protected] 251
Curvas características de tiempo de disparo según ANSI/IEEE
06/03/2009 [email protected] 252
Protección a máximo de corriente de fase con retención de tensión (ANSI 50V / 51V)
�Es una función de protección a máximo de intensidad tripolar, cuyo umbral depende de un factor de corrección Kproporcional a la tensión aplicada,
�Aplicación: en generadores «antiguos»cuya tensión en bornes cae al producirse un cortocircuito.
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06/03/2009 [email protected] 253
Protección a máximo de corriente de fase con retención de tensión (ANSI 50V / 51V)
� El umbral de actuación Is’’ corregido por la influencia de la posible caída de tensión, viene definido por
06/03/2009 [email protected] 254
Protección a máximo de corriente de fase con retención de tensión (ANSI 50V / 51V)
� El ajuste de esta protección es idéntico al de la protección a máximo de corriente de fase, es más, suele ajustarse al mismo umbral que la protección de cortocircuito.
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06/03/2009 [email protected] 255
Protección a máximo de corriente de fase con retención de tensión (ANSI 50V / 51V)
�Es una protección de respaldo en caso de que no llegase a actuar la principal como consecuencia de una caída de tensión en bornes del generador ante un cortocircuito, actúa la 51V a una tensión «reducida».
06/03/2009 [email protected] 256
Protección a máximo de corriente a tierra (ANSI 50N / 51N - 50G / 51G ó 64)
� Función: detectar las fugas de corriente que pueden ser debidas a un defecto de aislamiento por envejecimiento, degradación, contactos fortuitos, etc., o a la rotura de uno de los conductores de una fase activa, que provocará un cortocircuito a tierra.
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06/03/2009 [email protected] 257
Protección a máximo de corriente a tierra
� El principio de funcionamiento, idéntico al de la protección a 50P/51P, y los reglajes también, salvo que tiene que tener presente, el sistema de detección de la corriente a tierra el cual depende del régimen de neutro de la instalación.
� La detección de las corrientes de fuga a tierra puede realizarse mediante 2 métodos.
� Suma vectorial de las 3 intensidades de fase (a través de los 3 TI's de entrada al relé).
� Toroidal homopolar sobre los cables el cual detectarátoda corriente residual que se produzca en la instalación a partir de 500 mA.
PROTECCIÓN DIRECCIONAL DE CORRIENTE (67)
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06/03/2009 [email protected] 259
Protecciones direccionales
� El principio de funcionamiento de todas las protecciones direccionales es, la detección de unos valores de corriente, en un sentido determinado.
� Importante: la referencia:� Así pues para el caso de 67P, tomaremos siempre de referencia una tensión entre fases (UL).
� para el caso de las 67N, tomaremos la tensión homopolar (Uo), como referencia.
06/03/2009 [email protected] 260
Protección de sobreintensidaddireccional
� Si la intensidad de falta puede circular en ambos sentidos en el punto de medida del relé, se hace necesario dotar a los relés de sobreintensidad de direccionalidad para poder alcanzar una correcta coordinación.
28
06/03/2009 [email protected] 261
Aplicación� Típicamente los sistemas querequieren de este tipo de protección son los circuitos paralelos (líneas ytransformadores) y sistemas en anillo, todos los cuales son bastante comunes enredes de distribución en media tensión.
06/03/2009 [email protected] 262
Ángulo característico
� Esto se consigue mediante el ajuste del ángulo característico del relé; que define el ángulo que existe entre la corriente y la tensión aplicadas al relé para obtener unasensibilidad máxima.
α
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06/03/2009 [email protected] 263
Ángulo de derivación� cuando el relé mide la corriente en lafase 1, la tensión de polarización quemás se usa es V2-V3.
� Se dice entonces que el ángulo de derivación de la protección es de 90º,
06/03/2009 [email protected] 264
Polarización 67P
• Los elementos para faltas entre fases en los
relés están internamente polarizados mediante
las tensiones compuestas en cuadratura, tal y
como se indica en la tabla a continuación:
30
06/03/2009 [email protected] 265
En falla
�El vector de intensidad de falta estaráretrasado respecto de su tensión nominal de fase en un ángulo que dependerá de la relación X/R del sistema.
�Por lo tanto es un requerimiento el que el relé opere con una sensibilidad máxima cuando las intensidades estén en esta región.
06/03/2009 [email protected] 266
Ángulo característico
� 30º para redes muy inductivas,
� 45º para la mayoría de casos (90%),
� 60º para redes muy resistivas.
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Ángulo característico
06/03/2009 [email protected] 268
Ángulo característico
32
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Ángulo característico
�Los ajustes difieren dependiendo de laaplicación concreta.
06/03/2009 [email protected] 270
Ajuste del ángulo característico
Los valores recomendados son:
�Líneas de alimentación, o aplicaciones con un punto de puesta a tierra detrás de la posición del relé, deberían utilizar un ajuste de +30º.
�Transformadores, o aplicaciones con una fuente de secuencia cero en frente a la ubicación del relé, utilice un ajuste +45º.
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06/03/2009 [email protected] 271
Protección direccional de tierra (ANSI 67N)
� Protección unipolar.
� Función: detectar la corriente de defecto a tierra en el sentido de circulación normal del ramal, por comparación con la tensión homopolar Vo.
� Requiere: de 3 TT's para la detección de Vo, ya sea mediante suma vectorial de las 3V (tensiones fase-tierra), o por medición directa de la tensión residual sobre secundario 3 TT'sconectados en triángulo abierto.
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Protección direccional de tierra (ANSI 67N)
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