Reles De Sobrecorriente-turkingtonthomas-20488982 (1).docx

UNIVERSIDAD FERMÍN TORO VICE RECTORADO ACADÉMICO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA PROTECCIÓNES DE SISTEMAS DE POTENCIA

CALIBRACIÓN DE LOS RELÉS DE SOBRECORRIENTE

Thomas Turkington C. I. 20488982

Introducción Uno de las partes principales en los estudios de los Sistemas de Potencia que existen en el día de hoy son los sistemas de Protección, los cuales deben ser capaces de detectar cualquier falla y actuar oportunamente liberando la misma, para evitar daños a las personas y a los equipos. Para ello se requiere de un estudio previo a la instalación del sistema de potencia para determinar cómo va a responder el sistema ante todo escenario posible de falla, a fin de instalar los equipos necesarios que aseguren una actuación inmediata de los sistemas de protección en caso de falla.

¿Qué es un Sistema de Protección? Un sistema de protección, que se entiende como el conjunto de relés e interruptores de protección, debe ser capaz de cumplir las siguientes acciones: 1. Detectar las fallas a fin de liberarlas y aislar los equipos e instalacións en falla lo más pronto posible. 2. Detectar y avisar sobre condiciones no deseadas en los equipos a fin de dar las alertas necesarias, y de ser necesario, aislar el equipo completamente del sistema. 3. Detectar y alertar cuando aparecen condiciones anormales en la operación del sistema; y de haberlas aislar los equipo que pudiesen ser afectados por ellas. Todo sistema de protección debe contar con la capacidad de detectar una falla en el sistema de potencia, y también una falla que pueda ocurrir en el sistema de protección. Para ello debe existir las protecciones principales, (primaria y secundaria), las cuales deben actuar lo más rápido posible, y las protecciónes de respaldo, que deben actuar con cierto tiempo de retraso, después de detectar que los interruptores principales se han desconectado. En este instante deben activarse causando la apertura de interruptores vecinos para aislar la zona de falla.

En la figura 1 se observa un ejemplo de un sistema de potencia con protecciónes primaria (87) y de respaldo (67). Cuando la protección primaria de la linea 1 no opera, deben actuar las protecciones de respaldo 67L1, abriendo los interruptores en las subestaciónes ‘‘A’’ y ‘‘B’’.

Figura 1: Sistema de Protección y Sistema de Respaldo Todo sistema de protección utiliza diversos dispositivos para la detección de condiciones anormales en el sistema, a fin de proporcionar un amplio espectro de protección al sistema. Dependiendo del alcance del equipo de protección existen las protecciónes Unitarias y las protecciónes Graduadas. 

Protecciónes Unitarias: 

Son completamente selectivas, es decir detectan fallas solamente en su propia zona de protección



No pueden actuar como protección de respaldo porque no son sensibles a fallas fuera de la zona



Su operación es en base a la diferencia de corrientes que entran y salen de la zona, lo cual detecta la presencia de una sobrecorriente en la zona. Utilizan reles diferenciales.



Protecciónes Graduadas 

Son relativamente selectivas, ya que pueden detectar fallas en más de una zona de protección, y ofrecer protección de respaldo en las mismas.



Su operación se basa en la medición de corrientes, tensiónes, impedancias, etc, para lo cual deben ser graduadas o calibradas para determinar su tiempo de respuesta a la falla.

Las protecciónes graduadas son aquellas en que se enfoca este ensayo, ya que entre ellas se encuentran los Relés de Sobrecorriente. Dichos sistemas requieren de el ajuste y la coordinación de las protecciónes para actuar con precisión y a tiempo. A continuación definimos ambos conceptos:

Ajuste de las Protecciónes: Ajustar o calibrar las protecciónes es definir los límites o valores umbrales de señales de entrada, sobre las cuales se basa su operación en caso de una falla, ó en condiciones anormales del sistema, ó condiciones indeseables en los equipos.

Coordinación de las Protecciónes Coordinar las protecciónes tiene que ver con definir los tiempos de operación de cada elemento en el sistema, para dar prioridad a los relés de protección primaria y de respaldo, a fín de que ámbos actúen en los tiempos debidos

Relés de Sobrecorriente Los Relés de Sobrecorriente son aquellos que se accionan inmediatamente al detectar la presencia de una sobrecorriente en el sistema, que implican la presencia de una falla. La activación de dichos Relés hace accionar los interruptores del circuito y libera la falla. Deben tener la sensibilidad para detectar la corriente de falla más mínima, y la selectividad para actuar aún con corrientes de falla muy elevadas. Las calibraciónes y la coordinación de los relés de sobrecorriente tienen el fin lograr que los relés de sobrecorriente tengan características adecuadas de

sensibilidad a cualquier condición de falla, y de velocidad para actuar ante las condiciones de falla lo más rápido posible. Los Relés de Sobrecorriente en protecciónes graduadas deben ser capaces de detectar la mínima corriente de falla hasta los extremos de las zonas vecinas a la zona protegida, y la velocidad de actuación de dichas protecciónes debe estar ligada a el tiempo de operación del Relé y el Interruptor. Para las calibraciónes se debe considerar un márgen mínimo de error que puede haber en las corrientes detectadas de 20%. Los Relés de Sobrecorriente son utilizados en circuitos de protección primarios y de respaldo. Existen dos clases prinicipales según el tiempo de actuación: - De tiempo definido, cuando se sobrepasa un umbral previamente calibrado. En este caso la operación puede ser instantánea (Función 50: Relé de Sobrecorriente) o temporizada (Función 51: Rele de Sobrecorriente temporizado) - De tiempo inverso: su operación depende del tiempo, que es inversamente proporcional a la magnitud de la corriente observada. A mayor sobrecorriente, mayor es el tiempo de actuación. Es descrita por una función exponencial que se expresa de la siguiente manera:

Donde T = Tiempo de actuación del Relé (variable dependiente) I = Corriente que mide el Relé (variable independiente) C,K = Parámetros que definen la curva característica de operación del Relé Is= Corriente de Arranque del Relé TMS = Ajuste del multiplicador de tiempos (dial) del Relé K = Parámetro que define la curva característica de operación del Relé

C= Constante de ajuste del Relés Los relés de tiempo inverso tienen distintas curvas normalizadas que indican el grado de característica inversa del rele. Las constantes α y K son los parámetros que definen dichas curvas. Los tres primeros esquemas estandarizados son:

Calibración de los Relés de Sobrecorriente La calibración del relé de sobrecorriente exige definir los siguientes valores: Para la función (50), Relé de Sobrecorriente 

La corriente de arranque del Relé (Is) que viene a ser el umbral de la corriente de operación del relé.



A pesar que se trata de una función instantánea por definición (ANSI 50), es posible definir una temporización de su actuación cuando resulte conveniente

Para la función (51), Relé de Sobrecorriente Temporizado 

La corriente de Arranque del Relé (Is) la cual es el umbral de la corriente de operación del relé.



La constante de ajuste del Relé (TMS) la cual es el parámetro que permite definir los tiempos de operación según su curva característica del relé

Elementos de Calibración en los Relés de Sobrecorriente 

El ajuste de la corriente de operación del relé, se efectúa con los tap´s de ajuste de corriente (Is). A menor ajuste, mayor es la sensibilidad del relé y viceversa.



El retardo en tiempo la operación se efectúa con el dial de tiempos (TMS)

Características de un Relé 50/51 Las funciones instantáneas y de tiempo inverso pueden ser combinadas, como por ejemplo un rele de sobrecorriente de tiempo inverso (51) se puede combinar con la función instantánea (50), o un relé de sobrecorriente puede tener dos umbrales de operación (50/51), para poder realizar distintas operaciónes en el sistema a medida que se alcanza cada umbral.

Características de la unidad instantánea son 

Ajuste corriente (Is): 3 - 6 IN ó 6 - 12 IN, (puede ser bloqueada).



Tiempo: 100 ms, 2 ciclos.

Mientras que las características de la unidad temporizada son:



Ajuste Corriente (Is): 1,2 - 2 IN



Ajuste de tiempo: 0 - 3 seg. ó 0 - 6 seg.

Aplicaciónes, Ventajas y Desventajas de los Relés de Sobrecorriente En un sistema de protección, generalmente los relés instantáneos son utilizados en los circuitos primarios, para activarse lo mas pronto posible en caso de una falla. Los reles temporizados son utilizados en los sistemas de respaldo, para que se activen al pasar cierto tiempo de no haberse activado los relés principales. Sin embargo, hay casos en que los reles de tiempo inverso son útiles, como veremos a continuación. Reles de Tiempo Definido 

Los reles de tiempo definido se aplican mayormente en los alimentadores radiales



Son utilizados principalmente en sistemas en los que los niveles de falla tienen poca variación de un punto a otro, donde no se puede utilizar la ventaja de un relé de tiempo inverso.



Facilita el cumplimiento de los criterios de selectividad.



El tiempo de operación es más preciso ya que es independiente, lo cual permite una graduación más precisa de los tiempos entre los interruptores sucesivos.



Para asegurar buena selectividad en cualquier circunstancia en los alimentadores radiales, debe aumentarse el tiempo de operación a medída desde el extremo más alejado del circuito protegido hasta la fuente de generación



En sistemas radiales, la mayor cantidad de relés conectados en serie tiene la desventaja de aumentar el tiempo de operación en la zona de la fuente, por lo cual durante fallas más severas, el tiempo de operación de los relés

aumenta, aislando la falla en mayor tiempo. Se recomienda que los tiempos de operación no sean muy largos para evitar dicho problema.

Relés de Tiempo Inverso Los reles de tiempo inverso son caracterizados por tener menor tiempo de operación a mayores sobrecorrientes. 

Son útiles en protección de sistemas no radiales, como líneas de transporte, alimentadóres, máquinas CA, en transformadores, y en otros casos que se necesita de la característica de tiempo inverso.



La calibración de los tiempos de los relés es distinto para cada sistema, por lo que se debe coordinar los tiempo de operación de los relés de tiempo inverso con los demás dispositivos de protección, para lograr el tiempo menor posible de aislar la falla.



Dependiendo de el nivel de dependencia de la corriente de cortorcuito con relación de la capacidad de generación del sistema en el momento de la falla, se emplean los relés de distintas características inversas. 

Normalmente Inverso

El valor de Icc depende mucho de la capacidad de generación, en la linea existen muchas variaciónes de corriente de falla



Z de la fuente es mucho mayor a la Z de la línea



Menores tiempos de operación a altas potencias de cortocircuito



Curva mas pronunciada que la anterior, lento para valores de Icc bajos y rapido para valores áltos



Sistemas donde Icc en cualquiér relé depende de la posición relativa del punto donde se ha

Muy Inverso

instalado el rele en relación a la falla. 

Dependen poco de la capacidad de generación del sistema, suponiendo que se alimenta de una red de grande tamaño, en los que la corriente de falla depende de la impedancia del punto donde ocurre el cortocircuito



Utiles en sistemas donde se permite una duración suficiente para reenergizar el circuito sin necesidad de desactivación por picos instantáneos en el tiempo inicial de avalancha, por el encendido de equipos con alta corriente

Extremadamente Inverso

de arranque 

Ofrece buena coordinación con fusibles de alto poder de ruptura



Empleados también para operar con componentes de secuencia negativa, como en la protección de generadores de gran tamaño