w w w n i . n i l e c . c m o CONTENIDO Introducción a las Protecciones 1. Introducción y Definiciones. n i l e c . c m o 2. ¿Qué protegemos? ¿ Por qué necesitamos protecciones? ¿ Cuando?¿D 3. Zonas de Protección. w w n i . 4. Objetivos de un Sistema de Protección. w 5. Referencias para Ajustes de Protección 6. Protección Principal y de Respaldo INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.1. Introducción y Definiciones c . c m o Un sistema eléctrico de potencia esta formado básicamente por: generadores, transformadores, barras y líneas de transmisión. n i l e En un Sistema Eléctrico Interconectado a menudo se incorporan proyectos de expansión en el Sistema Eléctrico, tanto en el área de generación como en la de transmisión y distribución, todo ello con la finalidad de cubrir nuevos requerimientos de energía para el sector industrial y para localidades aisladas que no cuentan con suministro eléctrico. El crecimiento de la demanda, crea la necesidad de nuevos centros de generación, nuevas líneas de transmisión, reforzamiento de líneas existentes, nuevos centros de transformación, integración de sistemas aislados, etc.; todas estas variaciones devienen inevitablemente en el cambio de la topología de la red. w w w n i . INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.1. Introducción y Definiciones m o c . c Los sistemas eléctricos de potencia deben suministrar ininterrumpidamente energía eléctrica a los usuarios con la mayor eficiencia y cumpliendo con la normativa vigente de calidad y servicios eléctricos. Para cumplir con ello, juega un papel importante los relés de protección, los cuales deben ser confiables, selectivos y deben contar con estudios bases; los relés son los encargados de aislar la parte del sistema en falla en el menor tiempo posible, minimizando los daños y manteniendo la estabilidad del sistema; esta es la razón por la que se debe evaluar periódicamente los ajustes en los relés de protección en un sistema eléctrico interconectado. w w n i . n i l e Cuando se realiza un estudio de coordinación de las protecciones se definen los ajustes de los relés de protección para las instalaciones nuevas que van a entrar en servicio en condiciones normales de operación y también bajo contingencias; sin embargo en algunas ocasiones no se verifica completamente la influencia que tiene el nuevo proyecto a ingresar sobre las instalaciones existentes, ni tampoco se homogeniza los criterios de ajuste con los ya empleados; es por esta razón que se realizan las actualizaciones de los estudios de coordinación de protecciones a nivel de todo un sistema interconectado (instalaciones nuevas y existentes), para garantizar la selectividad de los mismos en salvaguarda de la calidad y seguridad del Sistema. w INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.1. Introducción y Definiciones m o c . c Protección con Relés de Protección: es el término utilizado para referirse a la ciencia y al funcionamiento de los dispositivos de protección, dentro de una estrategia controlada, para maximizar la continuidad del servicio y minimizar el daño a la propiedad y al personal debido a un comportamiento anormal del sistema. La estrategia no es tanto la de proteger el equipo de fallas, ya que se trata de una función de diseño, sino más bien proteger el sistema y el entorno normales del efecto de un componente del sistema que ha fallado. n i . n i l e La confiabilidad de un sistema de protección: Es la medida del grado de confianza, de que un sistema de protección va a actuar correctamente, es decir las protecciones deben actuar solamente cuando sean requeridas. Todo esquema de protección debe tener una protección principal y una redundante para garantizar la actuación de la protección. Esta confiabilidad tiene dos aspectos: primero, el sistema debe operar en presencia de una falla que se encuentre dentro de su zona de protección y, segundo, debe abstenerse de operar innecesariamente por fallas fuera de su zona de protección o en ausencia de una falla. w w w INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.1. Introducción y Definiciones m o c . c La seguridad en los sistemas de protección: Es la capacidad de evitar operaciones indeseadas, es decir un relé de protección no debe operar cuando no se requiere su operación. n i l e La sensibilidad en los sistemas de protección: Es la capacidad de la protección detectar las condiciones anormales, por más pequeñas que estas sean sin comprometer la operación normal de los sistemas eléctricos, los dispositivos de protección deben actuar ante condiciones mínimas de fallas, para ello en los estudios de coordinación se deberán simular fallas con resistencia de falla para establecer el umbral mínimo de actuación. w w n i . La selectividad en los sistemas de protección: Esta característica le permite a un sistema de protección desconectar el mínimo número de equipos o circuitos que realmente estén involucrados o comprometidos con una falla. Los relés de protección deberán detectar todos los tipos de fallas en sus respectivas zonas de protección. w INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.1. Introducción y Definiciones c . c m o Las zonas de protección: (zonas de protección primaria) son regiones de sensibilidad primaria. Donde se establece las regiones correspondientes para cada elemento del sistema de potencia. w w w n i . n i l e INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.1. Introducción y Definiciones c . c m o Las zonas de protección: (zonas de protección primaria) son regiones de sensibilidad primaria. Donde se establece las regiones correspondientes para cada elemento del sistema de potencia. w w n i . w n i l e Figura extraída del Libro: Protective Relaying Figura 1.11. INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.1. Introducción y Definiciones c . c m o Las zonas de protección: (zonas de protección primaria) son regiones de sensibilidad primaria. Donde se establece las regiones correspondientes para cada elemento del sistema de potencia. n i . w w w n i l e Network Automation and Protection Guide Book – Figura 2.7 INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.1. Introducción y Definiciones m o c . c Los relés de respaldo locales: son un conjunto alternativo de relés en una zona de protección primaria que operan bajo las condiciones prescritas en esa zona de protección. A menudo, estos relés de respaldo locales son un conjunto duplicado de relés primarios configurados para funcionar de forma independiente en las mismas condiciones que el conjunto primario. Esto constituye un esquema de disparo lógico OR y es una protección eficaz contra fallas del relé. n i . n i l e Disparo no deseado: (disparo falso) se produce cuando un relé dispara innecesariamente por una falla fuera de su zona de protección o cuando no hay ninguna falla. Esto puede ocurrir cuando el sistema de protección está configurado con una sensibilidad demasiado alta. Tal operación puede causar una innecesaria interrupción de la carga, por ejemplo, en un circuito radial, o puede causar la sobrecarga de las líneas adyacentes de una red. Así, en algunos casos, los disparos innecesarios son simplemente un inconveniente que, aunque no es deseable, puede no causar daños graves o sobrecargas. En otros casos, cuando una línea importante se dispara falsamente, puede provocar interrupciones en cascada y consecuencias muy graves. w w w INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.1. Introducción y Definiciones c . c m o Fallo de Disparo: es un mal funcionamiento del sistema de protección en el cual el sistema de protección no toma la acción apropiada cuando existe una condición para la cual se requiere acción. Este tipo de falla puede resultar en daños extensos al componente fallado si no se corrige con la protección de respaldo. w w w n i . n i l e INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.2. ¿Qué protegemos? ¿Por qué necesitamos protección? ¿Cuándo? ¿Cómo? m o c . c Los Sistemas de protección protegen los diferentes elementos del sistemas de potencia, por tal motivo existen diferentes formas de protección, esquemas de conexión para cada uno de estos elementos, por lo cual existen normativas nacionales e internacionales para la regulación de sus funciones de protección. n i . n i l e Se necesita de un sistema de protección para minimizar el impacto de una falla en un elemento del sistema de protección, la protección además desconecta el elemento fallado del sistema resguardando la estabilidad del mismo. w w Los Sistemas de Protección se emplean cuando se realiza el ingreso de un sistema eléctrico nuevo debido a un proyecto o cuando se realizan modificaciones en la topología de la red eléctrica. w Los Sistemas de Protección se emplean de acuerdo al equipo a proteger, para esto de debe tener en cuenta el conexionado típico para cada elementos de la red eléctrica y dependiendo de la funciones que se habilitaran para la protección del sistema y del equipo eléctrico. INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.3. Zonas de Protección – Objetivos: Coordinación, Fiabilidad m o c . c El sistema de potencia se divide en zonas de protección definidas por el equipo y los disyuntores disponibles. Seis categorías de zonas de protección son posibles en cada sistema de energía: (1) generadores y unidades generador-transformador, (2) transformadores, (3) buses(barras), (4) líneas (transmisión, subtransmisión y distribución), (5) equipo de utilización (motores, cargas estáticas u otros) y (6) bancos de condensadores o reactores (cuando estén protegidos por separado). n i . n i l e La mayoría de estas zonas se ilustran en la siguiente figura. Aunque los fundamentos de la protección son bastante similares, cada una de estas seis categorías tiene relés de protección, diseñados específicamente para la protección primaria, que se basan en las características del equipo que se está protegiendo. La protección de cada zona incluye normalmente relés que pueden proporcionar respaldo a los relés que protegen el equipo adyacente. w w w INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.3. Zonas de Protección – Objetivos: Coordinación, Fiabilidad n i . w w w n i l e Figura extraída del Libro: Protective Relaying Figura 1.11. c . c m o INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.4. Objetivos de un Sistema de Protección m o c . c Cuando se realiza un estudio de coordinación de las protecciones se definen los ajustes de los relés de protección para las instalaciones nuevas que van a entrar en servicio en condiciones normales de operación y también bajo contingencias; sin embargo en algunas ocasiones no se verifica completamente la influencia que tiene el nuevo proyecto a ingresar sobre las instalaciones existentes, ni tampoco se homogeniza los criterios de ajuste con los ya empleados; es por esta razón que se realizan las actualizaciones de los estudios de coordinación de protecciones a nivel de todo un sistema interconectado (instalaciones nuevas y existentes), para garantizar la selectividad de los mismos en salvaguarda de la calidad y seguridad del Sistema. w w n i . n i l e Para realizar los ajustes de un relé de protección se deben definir los escenarios en los cuales se van a analizar las protecciones, la regla es la siguiente: “Las protecciones deberán mantener una adecuada coordinación ante las máximas corrientes de falla y a su vez deberán ser capaces de detectar una mínima corriente de falla”. w INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.4. Objetivos de un Sistema de Protección m o c . c Los eventos que más afectan a los sistemas eléctricos son las perturbaciones que traen como consecuencia que la frecuencia, corriente y tensión excedan sus límites nominales. La información de las tensiones y corrientes de la red se transfiere a los relés de protección a través de los transformadores de medida, basado en esta información, los relés detectaran todas las fallas eléctricas o condiciones anormales de operación. n i . n i l e Al producirse una perturbación, una mínima parte de la red debe ser desconectada, lo cual significa que los relés de protección tienen que detectar las fallas dentro de su zona de protección, los relés modernos permiten detectar la fase fallada y la ubicación de la falla. w w w INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.5. Referencias para ajustes de Protección Documentos que indican lo siguiente: - Requisitos Mínimos para los Sistemas de Protección en el SEIN. - Criterios de Ajuste y Coordinación de los Sistemas de Protección del SEIN. w w w n i . n i l e c . c m o INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.5. Referencias para ajustes de Protección m o c . c ESCENARIOS A ANALIZAR Para realizar los ajustes de un relé de protección se deben definir los escenarios en los cuales se van a analizar las protecciones, la regla es la siguiente: “Las protecciones deberán mantener una adecuada coordinación ante las máximas corrientes de falla y a su vez deberán ser capaces de detectar una mínima corriente de falla”. n i . n i l e Los escenarios considerados en un sistema eléctrico de potencia son los siguientes: • Avenida Máxima Demanda • Avenida Media Demanda • Avenida Mínima Demanda • Estiaje Máxima Demanda • Estiaje Media Demanda • Estiaje Mínima Demanda w w w INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.5. Referencias para ajustes de Protección m o c . c MAXIMA CORRIENTE DE FALLA Por lo general la máxima corriente de falla se da en el escenario de máxima demanda en avenida donde la mayor cantidad de centrales hidroeléctricas están en servicio, sin embargo en instalaciones cercanas a generación térmica, el escenario de Máxima Demanda en Estiaje presentara las mayores corrientes de falla. Como regla general se deberá simular fallas en la barra principal de la subestación a analizar, en los seis escenarios descritos, para determinar en cuál de ellos se presenta la mayor corriente de cortocircuito. En este escenario se deberá realizar la coordinación de los dispositivos de protección. w w n i . MINIMA CORRIENTE DE FALLA n i l e Por lo general la mínima corriente de falla se da en el escenario de mínima demanda en estiaje o avenida, en donde se tenga la menor generación posible. Igual que en el caso anterior se deberán simular fallas en los seis escenarios descritos, para determinar en cuál de ellos se presenta la menor corriente de cortocircuito. Las corrientes halladas servirán para verificar la sensibilidad de los dispositivos de protección, en este caso también se suele simular cortocircuitos con resistencia de falla, esto para poder dar un mejor ajuste de sensibilidad a los relés de protección. w INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.5. Referencias para ajustes de Protección m o c . c ALCANCE DEL ESTUDIO DE COORDINACION DE LAS PROTECCIONES El alcance de un estudio de coordinación de protecciones a nivel de un sistema eléctrico interconectado comprenden las instalaciones de las empresas de generación y transmisión que forman parte de dicho sistema, las cuales operan con niveles de tensión de 500kV, 220kV y 138kV. También deberán ser incluidas las instalaciones de generación que estén asociadas a estos niveles de tensión. Adicionalmente son parte del estudio, los sistemas de protección de las instalaciones que son fronteras con las instalaciones de las empresas de distribución. w w w n i . n i l e INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.6. Protección Principal y de Respaldo m o c . c En cuanto a las protecciones, en todo sistema eléctrico interconectado existen tres tipos definidos de protecciones, las protecciones unitarias, las protecciones graduadas y las protecciones preventivas o incorporadas en los propios equipos. n i . n i l e Cuando se realiza la actualización de un estudio de coordinación de protecciones a nivel de un sistema eléctrico interconectado se evalúa únicamente las protecciones graduadas o coordinables, estas protecciones se caracterizan por lo siguiente: w w • Detectan fallas en más de una zona de protección. • Desempeñan funciones de protección principal y de respaldo simultáneamente, ya que son capaces de despejar las fallas cercanas en tiempos bajos o instantáneos y las fallas remotas en tiempos coordinados. • Operan midiendo las tensiones, corrientes e impedancias a través de transformadores de protección de corriente y tensión, que reducen los niveles de corriente a 1 o 5A y los niveles de tensión entre 100V y 120V respectivamente. • Dependiendo de la característica de la curva de operación, requiere la graduación del tiempo de respuesta de la protección. w INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.6. Protección Principal y de Respaldo c . c m o Las protecciones unitarias se omiten de esta evaluación debido a que solo detectan fallas en su zona de protección, la cual está limitada por los parámetros eléctricos del equipo a proteger (transformador, generador, línea, etc.), operan midiendo la diferencia entre las corrientes que entran y salen del equipo protegido; es decir no son coordinables y no ofrecen respaldo a otras protecciones. n i . n i l e Las protecciones preventivas o incorporadas en los propios equipos, como el mismo nombre lo dice, dependen de las características de los equipos y de las recomendaciones del fabricante, por lo que tampoco son motivo de evaluación. w w w INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.6. Protección Principal y de Respaldo m o c . c Para realizar la revisión de las protecciones se debe considerar el tipo de protección, ya que de esto depende la correcta coordinación del sistema, a continuación se mencionan los tipos de protección analizados: n i l e Protección Principal: Constituye el primer elemento de protección que debe despejar la falla, de ser posible, de manera instantánea. A su vez la protección principal puede abarcar dos tipos de protección: Protección Primaria Protección Secundaria w w n i . Ambas tendrán los mismos ajustes de protección, la diferencia radica en que físicamente serán dos relés diferentes. Protección de Respaldo: Su función es cubrir los posibles fallos de la protección principal o posibles fallos del interruptor de potencia. Para este tipo de protección se debe considerar un tiempo de actuación superior, con la finalidad de dar tiempo a la protección principal de que actúe. w INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.6. Protección Principal y de Respaldo m o c . c A manera de ejemplo se tiene que: n i l e • Falla en transformador de potencia, la protección principal viene dado por la protección diferencial de transformador y la protección de respaldo viene dado por la protección de sobrecorriente. n i . • Falla en líneas cortas de transmisión, la protección principal viene dado por la protección diferencial de línea y la protección de respaldo viene dado por la protección de distancia y sobrecorriente. w w • Falla en líneas largas de transmisión, la protección principal viene dado por la protección de distancia y la protección de respaldo viene dado por la protección de sobrecorriente. w • Debido al desarrollo técnico y abaratamiento de los costos de los medios de comunicación como la fibra óptica, las líneas largas también se pueden proteger perfectamente con protecciones diferenciales de línea al igual que las líneas cortas. INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.6. Protección Principal y de Respaldo m o c . c Las funciones de protección se emplean para la protección de sistemas eléctricos su elección depende del elemento a proteger. w w w n i . n i l e Esquemas de Protección para Transformadores Catalogo SIEMENS INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.6. Protección Principal y de Respaldo m o c . c Las funciones de protección se emplean para la protección de sistemas eléctricos su elección depende del elemento a proteger. w w w n i . n i l e Esquemas de Protección para Transformadores Catalogo SIEMENS INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.6. Protección Principal y de Respaldo m o c . c Las funciones de protección se emplean para la protección de sistemas eléctricos su elección depende del elemento a proteger. w w w n i . n i l e Esquemas de Protección para Motores Catalogo SIEMENS INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES 1.6. Protección Principal y de Respaldo m o c . c Las funciones de protección se emplean para la protección de sistemas eléctricos su elección depende del elemento a proteger. w w w n i . n i l e Esquemas de Protección para Motores mayor a 1MW Catalogo SIEMENS
