000 Protecciones SE 01 Intro - Interruptores Poder

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PROTECCIONES DE SISTEMAS ELECTRICOSTEMARIO1.- GENERALIDADES DE LAS PROTECCIONES ELECTRICAS2.- INTERRUPTORES DE PODER Y TRANSFORMADORES DE MEDIDA3.- CARACTERISTICAS DE LOS RELES DE PROTECCION4.- PROTECCIONES DE SOBRECORRIENTE Y SUS APLICACIONES EN MEDIA Y ALTA

TENSION5.- INTRODUCCION A LAS PROTECCIONES DIFERENCIALES Y DE DISTANCIA

Bibliografía Básica1. Ramón M. Mujal Rojas,Protección de Sistemas Eléctricos de Potencia Universidad Politécnica

Cataluña, 2002, 84-8301-607-92. Gilberto Enríquez Harper, Protección de Sistemas Eléctricos Industriales y Comerciales, 2ª

Edición, Limusa S.A.,2003Bibliografía sugerida1. Paulino Montané, Protecciones en las Instalaciones Eléctricas, 2ª Edición, Marcombo S.A,

1999, 1397884267068812. Cristian Guevara Vicuña, Selección y Cálculo de Protecciones Eléctricas en Media y Baja

Tensión, 1ª Edición, Productores Editores Integral Comunicaciones Ltda., 1998, 956-7742-00-63. Fink y Beaty, Manual de Ingeniería Eléctrica, 13ª Edición,McGraw-Hill, 1997, 970-10-0876-64. Luis Brand y Juan Moncada, Protecciones de Sistemas Eléctricos, Hugo E. Gonzalez

Araneda,1976, 45.398

EVALUACIONES:Según la cantidad de horas, corresponde hacer 3 evaluaciones, las que tendrán las siguientes ponderaciones:

Primera Prueba Parcial: (33%)Segunda Prueba Parcial: (33%)Tercera Prueba Parcial: (34%)

Asistencia mínima: 60%

Eximisión de exámen: 3 notas azules y promedio ≥ 5,0

PROTECCIONES DE SISTEMAS ELECTRICOS

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Se permite el ingreso a clases hasta un máximo de 15 minutosdespués de iniciada la clase.

Evite el uso de celulares. Evite el uso de notebook, netbook u otro elemento electrónico, a

menos que sea indicado por el profesor y para efectos de trabajos arealizar en la clase.

Participe activamente en clases: opinando, preguntando,desarrollando ejercicios.

Evite las conversaciones con su compañero(a) de asiento. El (ella)desea aprender y prestar atención.

Si no entiende algún tema, o quedó atrasado, pregúntele al profesor. Tome apuntes!!. No todo está escrito en las transparencias.

Normas de buena convivencia:

Generación – Transmisión - Distribución

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Componentes de un sistema de protección

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ReléElementosAuxiliares

T/C

T/P

Línea

Transformadores de medida (TT/MM) Permiten obtener información de las condiciones de operación delsistema de potencia, en la forma de señales secundarias de corriente o de tensión proporcionales a las magnitudesprimarias. Se dividen en transformadores de corriente (TT/CC) y de potencial (TT/PP).

Relés de protección Reciben la información de los TT/MM y discriminan entre una condición normal y anormal.Al detectar una condición anormal “opera” a través de contactos que se cierran o se abren y que, en forma directa oindirecta, habilitan los circuitos de apertura o desenganche de los interruptores de poder.

Interruptores de poder Dispositivos que aíslan o desconectan los equipos, ya sea por operación de lasprotecciones o de las personas que manejan el sistema eléctrico. Se denominan interruptores de poder paradiferenciarlos de otros dispositivos que no son capaces de interrumpir un circuito en condiciones de falla por no tener lacapacidad de ruptura necesaria, aún cuando están diseñados para aislar partes del circuito.

Circuitos de control Conjunto de elementos que interconectan a los tres componentes anteriores, compuestode alambrados; regletas de conexiones; switches; relés auxiliares; lámparas de señalización; dispositivos anunciadores;etc.

Características de los sistemas de protección

Confiabilidad o seguridadEs la característica que permite garantizar la operación de las protecciones, cada vez que se produzca una falla.Complementando esta definición se puede agregar que es la característica del relé o del sistema deprotecciones que le permite actuar correctamente cuando es requerido y evitar operaciones innecesarias.Cuando se presenta la anormalidad, las protecciones deben estar en condiciones de operar correctamente. Enalgunos casos, es posible que ciertos equipos sean requeridos muy pocas veces durante su vida útil, pero aún enestas condiciones deberán operar en forma correcta. Para lograr esta cualidad se debe recurrir a diseñossimples, con componentes robustos y de buena calidad, que sean periódicamente sometidos a mantención paracomprobar que se encuentran bien calibrados, bien conectados y que la orden que emitan sea cumplida por lossistemas de control.

SelectividadEs la cualidad de las protecciones que les permite discriminar la ubicación de la falla, con el objeto de aislarexclusivamente el equipo fallado, manteniendo en servicio lo que no sea imprescindible desconectar. De estemodo se obtiene la máxima continuidad del servicio con un mínimo de desconexiones.

RapidezEs conveniente que las protecciones operen en el mínimo tiempo posible, disminuyendo con ello la duración de lafalla, las perturbaciones al resto el sistema y los consecuentes daños a los equipos. La rapidez redunda tambiénen una mayor efectividad de las reconexiones automáticas y mejora la estabilidad del sistema. Aunque esdeseable la operación instantánea de las protecciones, muchas veces esta cualidad debe sacrificarse con elobjeto de mejorar otros aspectos, tales como la selectividad. La temporización en todo caso debe ser compatiblecon los límites de resistencia de los equipos a las fallas consideradas y su empleo para obtener selectividad estáasociado a otra característica que siempre debe considerarse, como es la economía.

ExactitudLas protecciones deben operar con la mínima desviación respecto de la magnitud teórica de ajuste. La exactitud,se expresa como un error de medida, es decir, como la razón entre el valor de operación y el valor teórico deajuste. Las desviaciones máximas aceptadas varían entre un 5 y un 10%, según el caso.

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Características de los sistemas de protección

SensibilidadEl sistema de protecciones y sus elementos asociados debe ser capaz de operar detectando la falla de mínimonivel que ocurra dentro de su zona de operación o la menor variación de la magnitud que controla respecto de lamagnitud de referencia o ajuste. Esto no siempre es posible en la práctica. Por ejemplo, en períodos de sequía oen la época de verano, cuando cae una fase a tierra (pavimento) se producen fallas de muy baja corriente, lasque pueden no ser detectadas por las protecciones.Puesto que no es posible satisfacer plenamente cada uno de estos requerimientos en forma simultánea, debenadoptarse algunas soluciones de compromiso. En general se otorga mayor atención a aquellos problemas que deacuerdo a la experiencia es posible que ocurran. De aquí que se diga que el tema de las protecciones tienemucho de técnica pero es también un arte. De hecho, diferentes especialistas utilizando una lógica razonablepueden llegar a soluciones significativamente diferentes para un mismo problema.Considerando en su conjunto a las distintas protecciones de un SEP, aparecen dos características adicionalesque es necesario tener presentes.

Zonas de operaciónLas protecciones del SEP abarcan ciertas zonas de operación según su tipo. Es conveniente que entre laszonas de operación de dos protecciones contiguas no queden sectores sin cubrir por alguna de ellas. Para esteefecto se deben superponer los bordes de las zonas contiguas y por lo tanto, no se acepta que sean tangentes.La Figura 1.1 muestra el Diagrama Unilineal de un sistema, indicando las zonas de protección.

Protección de respaldoSi al producirse una anormalidad en el SEP, la protección encargada de aislar la zona (llamada protecciónprincipal) no opera, los daños a los equipos serían mayores y la falla se propagaría por el resto del sistema conlas consecuencias previsibles. Para que esto no ocurra se utiliza el respaldo, es decir, otra protección deberá sercapaz de detectar la falla y aislarla, aún a costa de dejar fuera de servicio equipos o sectores en condicionesnormales. Donde más se aplica esta técnica, por razones económicas es en el caso de los cortocircuitos. Segúnla ubicación de la protección que da respaldo, este puede ser local o remoto.

Zonas de protección

M M

G

G

G

1

1

3

3

4

4

4

5 5

3

2

4

4

2

2

3

1

4 4

3

3

3

1 Generador o unidad generador-transformador 4 Líneas de transmisión o distribución2 Transformadores 5 Motores3 Barra de subestaciones

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Interruptores de poder


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1.Estanque2.Válvula de Drenaje, para sacar muestras3.Estanque de aire comprimido4.Caja del mecanismo de operación5.Tubos de protección de barras de acoplamiento6.Resorte de operación7.Bushing8.Indicador de nivel de aceite9.Flange de soporte del bushing10.Tapa de inspección11.Fundaciones

Interruptor trifásico de gran volumen de aceite

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Interruptores de gran volumen de aceite

1. Tanque o recipientes

2 y 5. Boquillas y contactos fijos

3. Conectores (elementos de conexión al circuito)

4 y 6. Vástago y contactos móviles

7. Aceite de refrigeración

Interruptores de gran volumen de aceitecon cámara de extinción

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Desventajas: Excesivo peso y tamaño, ocupa una gran cantidad de

aceite mineral de alto costo (el estanque puedecontener hasta 12.000 litros de aceite), lo que dificultaconstruir interruptores para tensiones de más de 154kV.

Riesgo de incendio o explosión

Contactos grandes y pesados y requieren defrecuentes cambios.

Inspección periódica de la calidad y cantidad de aceiteen el estanque.

Interruptores de gran volumen de aceitecon cámara de extinción

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Interruptores de pequeño volumen de aceite

1. Parte externa

2. Cuerpo de la cámara

3. Contacto móvil

4. Contacto fijo

5. Arco eléctrico

6. Aceite

a)

1. Abertura de escape de gases2. Contacto fijo3. Anillo apaga chispas4. Espacio cilíndrico donde se produce el arco5. Cámara de extinción 6. Arco eléctrico7. Aceite8. Discos de material aislante intermedios9. Varilla móvil

Interruptores de pequeño volumen de aceite

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12 3

4

56

78

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Interruptores de aire comprimido

1. Cámaras de arco2. Contacto fijo3. Contacto móvil 4. Resorte de aceleración5. Escape del aire6. Columna aislante7. Válvula8. Tablero de Control9. Estanque de aire comprimido

Interruptores de aire

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Interruptores de aire

Interruptores de expansión

1. Pieza de contacto

2. Espacio de la cámara

3. Cámara de condensación

4. Soporte

5. Contacto fijo

6. Arco

Los interruptores de expansión evitan las explosiones e incendios. En este tipo de interruptores loscontactos se encuentran dentro de una cámara de expansión semejante a la mostrada en la figura.El proceso de interrupción es:

1. Cuando ocurre una falla, se acciona la pieza de contacto móvil que se encuentra dentro de lacámara de expansión.

2. Al caer el contacto se establece el arco (6) en presencia del agua contenida en la cámara.

3. La temperatura a que da lugar el arco produce vapor de agua dentro de la cámara decondensación.

4. El vapor producido en la cámara de condensación provoca una fuerte circulación de agua queextingue parcialmente el arco.

5. El vapor condensado en la cámara acaba de extinguir el arco al circular agua fría

Los interruptores de expansión se utilizan para tensiones medianas (15 – 30 kV)

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Interruptor neumático

El aire a presión se obtiene por un sistema de aire comprimido que incluye una o varias compresoras, un tanque principal,un tanque de reserva y un sistema de distribución en caso de que sean varios interruptores. Se fabrican monofásicos ytrifásicos, para uso interior y exterior.

Cuando ocurre una falla la detecta el dispositivo de control, de tal manera que una válvula de solenoide acciona la válvulaprincipal (2) y sigue la siguiente secuencia:

1. Al ser accionada la válvula principal (2) ésta se abre, permitiendo el acceso de aire a los aisladores huecos (1)

2. El aire a presión que entra a los aisladores huecos presiona por medio de un émbolo a los contactos (5).

3. Los contactos (5) accionan a los contactos (6) que operan simultáneamente abriendo el circuito.

4. Como los aisladores huecos (1) se encuentran conectados directamente a las cámaras de extinción (3), al bajar loscontactos (5) para accionar a los contactos (6) el aire a presión que se encuentra en los aisladores entra violentamente a lacámara de extinción, extinguiéndose el arco.

Interruptores de vacío

1. Soporte superior del tubo2. Plano superior de conexión3. Contacto fijo4. Contacto móvil5. Carcaza6. Plano inferior de conexión7. Soporte inferior de conexión8. Palanca angular9. Biela aislante de maniobra10. Muelle de presión de contacto11. Gatillo de disparo12. Fuelle metálico13. Tirante

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Interruptores de vacío

1. Cámara de corte2. Contacto fijo3. Contacto móvil4. Condensador5. Conducto acoplamiento de las

cámaras6. Dispositivo de guía7. Conjunto de bielas de mando8. Cárter9. Aislador-soporte10.Biela aislante11.Caja colocación de resortes12.Resortes13.Gato hidráulico14.Acumulador de aceite a alta

presión15.Estanque auxiliar de baja

presión16.Armario de mando17.Chasis metálico18.Manostato

Interruptores de SF6

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a. Tamiz molecularb. Contacto apaga chispas fijoc. Tobera aislanted. Contacto apaga chispas móvile. Pistónf. Válvulag. Soporteh. Vástago de contactoi. ij. Carcasa aislantek. Cojinetes cónicos de rolamientol. Biela aislantem. Manivelan. Tapao. op. Válvula de llenadoq. Toma de corriente superiorr. Toma de corriente inferior


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Sistema de control de un interruptor de poder

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1

5

7

2

3 4

8

1c 2c

3c 4c

5c

7c 8c

Contacto Nº Abrir Normal después de abrir

Normal después de cerrar

Cerrar

1-1c X2-2c X3-3c X X4-4c X5-5c X X7-7c X X8-8c X X

Switch de Control, contactos

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Sistema de control de dos interruptores de poderDiseñar el sistema de control de dos interruptores de poder con control local y remoto, del SEP de la figura

Sistema de control de un conjunto desconectador - interruptor de poder

Diseñar el sistema de control de un interruptor de poder y undesconectador con control local y remoto.

S.E.P. Conjunto

Desconectador - Interruptor

Operación del conjunto

Desconectador - Interruptor

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Sistema de control de un conjunto desconectador - interruptor de poder

Diseñar el sistema de control de un interruptor de poder y un desconectador con control local y remoto.

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Sistema de control de un conjuntointerruptor de poder y dos desconectadores

Propuesta de trabajo:

Diseñar el sistema de control de un conjunto interruptor de poder y dos desconectadores concontrol local.

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