Relés de Protección en redes de M.T.

COORDINACIÓN DE
PROTECCIÓN
Coordinación
Consiste en
seleccionar y ajustar
los dispositivos de
protección, para
lograr una adecuada
operación
(selectividad) para
distintas condiciones
de falla.
Datos
Para el estudio de calibración se requiere los
siguientes datos:
– Diagrama unifilar del sistema con la ubicación de los
esquemas de protección.
– Las impedancias de todos los elementos de la red.
– Las potencias de cortocircuito máxima y mínima en
cada relé.
– Las corrientes y tiempos de arranque de los
motores.
– El máximo pico de corriente de carga a través de los
relés.
– Las curvas de los transformadores de medida.
Objetivo
• El objetivo de la calibración es,
conseguir los tiempos más cortos para
las corrientes de fallas más elevadas y
chequear si la operación es satisfactoria
a mínimas corrientes de falla.
Recomendación
Es aconsejable
dibujar las curvas de
los relés y otros
dispositivos de
protección, tal como
fusibles, en serie en
una red.
Reglas básicas
• Para una correcta coordinación pueden
ser:
• Usar en lo posible relés de las mismas
características.
• Asegurar que los relés lejanos a la
fuente tengan una calibración igual o
menor que los relés ubicados aguas
arriba.
Discriminación por tiempo
Discriminación por tiempo
Método:
• Consiste en dar un adecuado intervalo de
coordinación, de manera que asegure que el
interruptor más cercano a la falla opere
antes.
Caraterística:
• Los tiempos de apertura son idependientes
de la corriente de falla (relés de tiempo
definido).
• Valores típicos 0.3, 0.4 y 0.5.
Discriminación por tiempo
Ventaja:
• Simple de aplicar.
Desventaja:
• Mayor tiempo de operación para niveles de
falla mayores.
• Difícil coordinación con fusibles.
Discriminación por
corriente
Discriminación por
corriente
Método:
• Se basa en el hecho de que las corrientes de
falla varían con la localización de la falla.
• Se debe calibrar la corriente de operación de
los relés de tal manera que se cumpla la
selectividad. Para ello el ajuste del relé aguas
arriba será 1,3 veces el ajuste del relé aguas
abajo.
• Se basa en empleo de relés instantáneos.
Discriminación por
corriente
Desventajas:
• Para fallas en los límites de las zonas de
protección, existe la dificultad en discriminar si la
falla ocurrió en zona de operación o no.
• El hecho que las potencias de cortocircuitos
varían con máxima y mínima demanda.
Aplicación: Donde hay una apreciable
impedancia entre dos interruptores involucrados.
Ventaja: Rapidez en la operación.
Discriminación por tiempo
corriente
Discriminación por tiempo
corriente
De las limitaciones de los métodos
anteriores, es que se desarrollan los
relés de sobrecorriente de tiempo
inverso.
Ventajas:
• Tiempos de operación más cortos para las
fallas más severas.
Desventaja:
• Puede ser más lenta para niveles de fallas
mínimos.
Intervalos de coordinación
El intervalo de tiempo entre la
operación de los relés adyacentes
depende de los siguientes factores:
– El tiempo de operación del
interruptor(0.1s)
– Sobreimpulso del relé (oveshoot = 0.05s)
– Errores en el tiempo de operación de los
relés.
– Márgenes de seguridad (0.1s)
Procedimiento
• Recopilar datos de la red (incluyendo la
protección existente) y los resultados de
los cálculos de falla.
• Seleccionar los ajuste de corriente,
considerando la relación de
transformación de los T.C.´s, la máxima
carga.
Procedimiento
• Revisar los ajustes de corriente a fin de
verificar que se cumpla:
I ajuste respaldo > k I ajuste principal
Donde k equivale a :
– 1,3 si un relé respalda a otro relé.
– 3,0 si un relé respalda a un fusible.
– 2,0 si un fusible respalda a otro fusible.
Procedimiento
• Determinar el ajuste del TMS para el relé más alejado a la
fuente (ajuste mínimo recomendado es de 0,05 ).
• Determinar el ajuste del TMS del relé que respalda al relé
aguas abajo, considerando la falla más severa, de tal
modo de obtener el intervalo de tiempo deseado.
• Repetir el paso anterior, para los siguientes relés .
• Verificar la coordinación con la protección existente. De
ser necesario repetir los pasos anteriores con un nuevo
intervalo de coordinación.
Coordinación entre
aparatos
Criterios generales
• Damos en este reporte un sumario, para fácil referencia,
de algunas de las reglas básicas para coordinación que
deben observarse en la utilización de varios tipos de
equipos de distribución. Trataremos aquí sobre
reconectadores y fusibles.
• La regla básica de coordinación, sean cuales fueren los
aparatos que se empleen, es la siguiente:
• "El aparato protector debe interrumpir la falla antes de que
el aparato de respaldo desconecte permanentemente un
alimentador o una sección de éste".
•
Criterios generales
Fusible protector
Fusible de
respaldo
A
B
C
Fusible protector
Criterios generales
• En los sistemas de distribución actuales la coordinación de los
dispositivos de protección debe hacerse en serie; también se le
conoce como "cascada", debido a que la mayoría de éstas operan en
forma radical.
• Cuando dos o más dispositivos de protección son aplicados en un
sistema, el dispositivo más cercano a la falla del lado de alimentación
es el dispositivo "protector", el siguiente más cercano a la falla del
lado de alimentación es el dispositivo de "respaldo".
•
Criterios generales
• El requerimiento indispensable para una adecuada
coordinación consiste en que el dispositivo protector debe
operar y despejar la sobrecorriente antes que el
dispositivo de respaldo (fusible) u opere al bloqueo
(restaurador). Un ejemplo simple de coordinación se
muestra a continuación
3
SUBESTACIÓN
1
H
B
A
4
C
2
RESTAURADOR
D
5
TRANSFORMADOR
DE DISTRIBUCIÓN
E
F
G
CARGA
CARGA
6
CARGA
Esquemas de coordinación
• Existen diferentes esquemas de protección que se aplican
en función de la importancia del suministro de energía,
siendo los más comunes los siguientes:
• * Interruptor-restaurador
• * Interruptor-fusible
• * Restaurador-restaurador
• * Restaurador-seccionalizador
• * Resutaurador-fusible
• * Fusible-fusible
• * Fusible de A.T.-interruptor termomagnéticos de B.T.
•
Interruptor restaurador
• Se logra una adecuada coordinación entre estos
dos dispositivos cuando el restaurador opera por
una falla en el lado de la carga, impidiendo que
opere el Interruptor a través del relevador de
tiempo, es decir, que la curva característica del
restaurador no cruza con la del relevador,
dejando un tiempo mínimo de 0.35 segundos y
eliminado el último recierre del restaurador.
•
Interruptor restaurador
COORDINACIÓN
S.E
FALLA
I
R
INTERRUPTOR
(DISPOSITIVO
PROTEGIDO
RESTAURADOR
(DISPOSITIVO
PROTECTOR)
CARGA
Interruptor restaurador
t
SEGUNDOS
RELEVADOR
RESTAURADOR
0.35
AMPERES
I
Interruptor fusible
• En este caso, el fusible tiene la función de operar con una
falla del lado de la carga, impidiendo que opere el
interruptor (relevador de tiempo), a menos que este último
cuente con un revelador instantáneo que operará de
inmediato, y en caso de persistir la falla operará el fusible
después de realizarse el recierre, quedando como
respaldo nuevamente el interruptor. Se recomienda un
tiempo mínimo de 0.35 segundos entre la curva I-l de
interrupción total de fusible y la curva I-l del revelador de
tiempo del interruptor.
Interruptor fusible
FALLA
S.E
F2
I
INTERRUPTOR
(DISPOSITIVO
PROTEGIDO
CARGA
FUSIBLE
(DISPOSITIVO
PROTECTOR
Interruptor fusible
t
0.35
SEGUNDOS
RELEVADOR
I - 1 INTERRUPTOR
TOTAL DEL FUSIBLE
RELEVADOR
INSTANTANEO
AMPERIOS
I
Reconectador reconectador
• Dado que los restauradores están diseñados
parra operar en una secuencia de hasta cuatro
disparos y tres con el objeto de eliminar una falla,
para una adecuada coordinación debe existir un
retraso en la operación del restaurador. A de por
lo menos 12 ciclos (para Frecuentemente de 60
Hz), ya que en un rango menor a éste (hasta 2
ciclos) pueden simultáneamente, y menor a 2
ciclos ambos operarán siempre.
•
Reconectador seccionador
• el seccionador es un dispositivo automático de
seccionamiento que no cuenta con curvas de operación It, y que simplemente sensa una corriente mínima actuante
de 160% de la capacidad nominal de su bobina registra
las operaciones del dispositivo de respaldo (restaurador o
interruptor) y efectúa a su vez un conteo en el caso de
persistir la falla hasta llegar a una cantidad
preseleccionada en que abre sus contactos. Para una
adecuada coordinación se requerirá ajustarlo a un cierre
menos que el dispositivo de respaldo .
•
Reconectador seccionador
COORDINACIÓN
S.E
FALLA
I
R
R
RESTAURADOR A
(DISPOSITIVO
PROTEGIDO)
RESTAURADOR B
(DISPOSITIVO
PROTECTOR)
Reconectador fusible
• En esta coordinación se busca que las
operaciones
rápidas del restaurador
no
provoquen daño a los fusibles, incluyendo el
efecto acumulativo de las operaciones rápidas
considerando los intervalos de recierre.
Asimismo, las operaciones lentas del restaurador
se deben retardar lo suficiente para asegurar la
operación del fusible antes de la apertura
definitiva del restaurador.
Reconectador fusible
• La curva de interrupción total del fusible se utiliza para
establecer el límite inferior de la coordinación con la curva
de retraso de tiempo del restaurador (punto a).
• La curva mínima de fusión del fusible se utiliza para
establecer el límite superior de la coordinación con la
curva de disparo instantáneo del restaurador (punto b).
Sin embargo, es necesario modificar las curvas del
restaurador y fusible para considerar los efectos de los
ciclos de calentamiento-enfriamiento por la secuencia de
operación del restaurador
Reconectador fusible
• Por lo anterior, la curva A' es la suma de las dos aperturas
instantáneas A y se compara con la curva de fusión del
fusible, que previamente se ha desplazado el 75% en
función del tiempo de fusión, encontrándose el nuevo
límite superior de coordinación (punto b').
• La curva B' es la suma de las dos aperturas instantáneas
y las dos de retraso de tiempo, que representan la
cantidad total de calor aplicado al fusible, obteniéndose el
límite inferior de coordinación (punto a') al comprarse con
la curva de interruptor total del fusible
Reconectador fusible
COORDINACIÓN
S.E
I
FALLA
R
RESTAURADOR
(DISPOSITIVO
PROTEGIDO)
CARGA
FUSIBLE
(DISPOSITIVO
PROTECTOR
Reconectador fusible
TIEMPO
CURVA DE FUSION MINIMA
DEL FUSIBLE
Con el autolink no se
tiene problemas de
traslape
B´ x (2A+2B) EN EL TIEMPO
B (CURVA DE RETRASO DE
TIEMPO DEL RESTAURADOR
CURVA DE INTERRUPCION
TOTAL DEL FUSIBLE
A´ x 2A (EN EL TIEMPO)
A (CURVA DE DISPAROINSTANTANEO
DEL RESTAURADOR
LIMITES
75% DE LA CURVA DE FUSION
CORRIENTE
Fusible- fusible
• Para lograr una coordinación entre fusible se
utilizan las curvas corriente tiempo mínimo de
fusión y las corriente-tiempo de interrupción total
de cada fusible empleado (F1 y F2), de tal forma
que para una falla en el lado de la carga debe
operar el fusible protector (F2) antes que se
presente algún daño en el fusible protegido (F1),
el cual operar únicamente como respaldo para la
misma falla o para alguna otra que se presente
entre los dos fusibles en serie.
Fusible- fusible
• Debido a que en los sistemas de distribución en general
se tienen dos tipos de fusibles en media tensión, se
pueden hacer las combinaciones de coordinación
siguientes.
•
• * Fusible de expulsión-fusible de expulsión
• * Fusible limitador de corriente-fusible limitador de
corriente
• * Fusible de expulsión-fusible limitador de corriente
• * fusible limitador de corriente-fusible de expulsión.
Fusible expulsión (F2)- que protege un
fusible de expulsión (F1)
• La coordinación de los fusibles de expulsión se logra
comprando la curva I -t de interruptor total de fusible (F2)
con la curva I-t mínima de fusión del fusible (F1), la cual
previamente debe haberse reducido un 75% en valores de
tiempo, para asegurar la no operación o daño por efectos
de precalentamiento debido a la carga y alta temperatura
ambiente.
• En el gráfico se observa que I1 es el valor de corriente
con el cual el fusible F2, ya que ese punto se cruzan las
curvas.
•
Fusible expulsión (F2)- que protege un
fusible de expulsión (F1)
S.E
COORDINACIÓN
F1
FALLA
F2
CARGA
(DISPOSITIVO
DE RESPALDO)
FUSIBLE
(DISPOSITIVO
PROTECTOR
FUSIBLE
(DISPOSITIVO
PROTECTOR
Fusible expulsión (F2)- que protege un
fusible de expulsión (F1)
t
I - t MINIMO DE FUSION
SEGUNDOS
I - t DE INTERRUPCION TOTAL
DESPLAZAMIENTO AL 75 %
EN VALORES DE TIEMPO
I
AMPERES
It
tiempo
Aplicación
Tm
Tc
Curva mínima de
fusión
Curva máxima
para
del fusible
de
despejar la falla del
respaldo
fusible protector
Curva máxima para
despejar
La falla multiplicada por
1.333
Punto máximo de
coordinación
I
falla
Ifalla
A
Fusible protector
Fusible
de
respaldo
B
C
Fusible protector
Corrient
e
Fig. No. 1 Curvas para coordinación Fusible - Fusible
Aplicación
Para un valor dado de corriente de falla: I falla
Tc = Tiempo máximo para despejar la falla del fusible protector
Tm = Tiempo mínimo de fusión del fusible de respaldo.
Expresándola en otra forma: Tm (0.75) = Tc, de donde:
Tm = Tc/0.75=1.333Tc
Aplicación
A
B
Falla,
200A
100kVA
12.47/7.20k
V
4.63/8.02/A
Fig. No. 2 Circuito típico para coordinación Fusible-Fusible
Aplicación
Para la In del trafo y teniendo presente que If=3xIn se elige un fusible
15K.
Para una corriente de falla de 200A en el punto B y de las curvas
características de tiempo máximo para despejar una falla para fusibles
tipo K EEI-NEMA tendremos:
Tc será igual a 0.20s (para un fusible 15K). Por lo tanto:
Tm = 1.333Tc
Tm = 1.333 x 0.20s
Tm = 0.266s
Aplicación
De las curvas características de tiempo mínimo de fusión para fusibles
tipo T EEI-NEMA y partiendo del valor de 200A hacia arriba hasta
intersectar el valor de tiempo (Tm) de 0.266s, encontraremos que
cualquier curva arriba y a la derecha de ese punto coordinará con el
fusible 15T. El primer fusible que satisface estas condiciones es el 20T
y por tanto escogemos éste para el punto A. Para escoger el fusible en
el punto A debe conocerse además el valor de la corriente continua en
ese punto. La corriente de carga en un punto de coordinación no debe
exceder la capacidad de la corriente continua del fusible.
Aplicación
tiempo
20K
0.266sTm
0.2s Tc
15K
Curva mínima de
fusiónCurva máxima para
del fusible dedespejar la falla del
respaldo
fusible protector
Curva máxima para
despejar
La falla multiplicada por
1.333
Punto máximo de
coordinación
I
falla
200A
Fusible protector
A
Fusible
de
respaldo
B
C
Fusible protector
Corrient
e
Fig. No. 1 Curvas para coordinación Fusible
- Fusible
Fusible de expulsión(f2) que protege
un fusible limitador de corriente
• Un fusible de expulsión no puede interrumpir antes de 0.8
ciclos, por lo que su coordinación sólo es posible para
tiempos mayores de 0.0133 segundos, estando limitada
como consecuencia a bajas corrientes de falla hasta el
punto I1.
• En este caso se compara la curva de interrupción del
fusible de expulsión (F2) con la curva mínima de fusión
del fusible limitador de corriente (F1) previamente
desplazada un 75% en valores de tiempo, para determinar
el punto de coordinación.
•
Fusible de MT -ITM
Este esquema se utiliza para la protección integral
de transformadores, instalando en el primario
fusibles tipo expulsión, limitadores de corriente o una
combinación de estos, y en el secundario un
interruptor termomagnetico de baja tensión (o
función renovable como sustituto).
Con dicho esquema, aunque representa una mayor
inversión, se obtiene mejores condiciones de
protección en la red de baja tensión, ya que
fácilmente se pueden detectar fallas secundarias (3f,
2f, 1f) y sobrecargas reales.
Fusible de MT -ITM
t
1. CORRIENTE NOMINAL DEL
TRANSFORMADOR
5
6
2
2. CURVA DE DAÑO DEL
TRANSFORMADOR
SEGUNDOS
3. CURVA DE ENERGIZACION
3
4
4. CURVA DE DAÑO DEL
CONDUCTOR DE B.T
5. FUSIBLE DE EXPULSIÓN EN
EL PRIMARIO
6. INTERRUPTOR
TERMOMAGNETIO DE B.T
AMPERIOS
I
Fin del curso
Alimentadores con motor
• En los primeros 100 ms., aparece adicionalmente
una corriente de inserción asimétrica (inrush) que
rápidamente decae.
• Con los relés convencionales era práctica ajustar la
corriente de la unidad de sobrecorriente instantáneo
para la protección contra cortocircuitos arriba del
20 al 30 % de la corriente de rotor bloqueado con un
retardo corto de 50 a 100 ms. para sobrellevar el
período asimétrico de la corriente INRUSH.
I 50  1,2  1,3 I LR
t50  50 - 100 ms