SISTEMAS DE PROTECCIN PARA LNEAS DE MEDIA Y ALTA TENSINCurso de Capacitacin Interna Abril 2005

CONCEPTOS FUNDAMENTALESEl Sistema Elctrico de Potencia (SEP)Perturbaciones en un Sistema ElctricoFilosofa de la ProteccinObjetivos de un Sistema de ProteccinSistemas de ProteccinTcnicas de ProteccinPropiedades de los Sistemas de ProteccinCaractersticas de Operacin de los Rels

SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIAEs un conjunto de componentes y equipos que permiten trasladar la energa desde los centros de generacin hasta los puntos de carga.

Etapas de un SEPGeneracinTransmisinDistribucin

PERTURBACIONES EN UN SISTEMA ELCTRICO (1)TENSIONES ANORMALESSobretensinSubtensinSOBRECORRIENTESCortocircuitosSimtricosAsimtricosSobrecargas

SOBRETENSIONES (1)EXTERNASDescargas atmosfricasEfectos:Sobretensin conducidaSobretensin inducidaAumento de potencial de tierra

SOBRETENSIONES (2)INTERNASManiobrasTensionado de lneas largas

SUBTENSIONESSobrecarga en la red elctricaInstalaciones inadecuadasMal funcionamiento de taps

PERTURBACIONES EN UN SISTEMA ELCTRICO (2)INVERSIN DE POTENCIA

FRECUENCIAS ANORMALESSalida de grandes bloques de cargaFalla en L.T.Conexin sbita de grandes bloques de cargaPrdida de generacin

FILOSOFA DE LOS SISTEMAS DE PROTECCINLas fallas pueden ocurrir en cualquier parte energizada del SEP.Se considera que slo un tipo de falla puede ocurrir en cualquier zona protegidaSe escoge cuntos sistemas de proteccin pueden despejar las fallasAl menos uno de ellos debe de actuarToda falla deber ser aislada del SEPSistemas de Proteccin simples

FILOSOFA DE LA PROTECCINObjetivo de los Sistemas de Proteccin

Esquemas de Proteccin

Zona de Proteccin

OBJETIVOS DE LOS SISTEMAS DE PROTECCINRemover los dispositivos en falla para minimizar el dao a las personas, equipos y evitar el efecto adverso en el resto del SEPPrevenir su falsa operacin a cargas pesadas y oscilacin de potenciaProveer medios alternativos cuando falle la proteccin primaria o interruptor

SISTEMA DE PROTECCIN (1)Conjunto de equipos necesarios para la deteccin, evaluacin y eliminacin de la falla:TCCargaRELIccINT

Los rels detectan rpidamente la falla y dan orden de disparo al interruptor:RELINTVTCTRel AuxiliarBobina de disparoMecanismo de aperturaElemento de apertura

SISTEMA DE PROTECCIN (2)Minimiza el dao a los equipos, protege a las personas, reduce la gravedad y duracin de la falla.

Permite continuar con suministro elctrico el resto del sistema.

Evita mayores prdidas econmicas.

Reduce el tiempo de duracin de la falla.

SISTEMA DE PROTECCIN (3)ESQUEMA DE PROTECCIN:Arreglo completo de dispositivos de proteccin y equipos asociados para lograr una funcin especfica de proteccin, en base a un principio de operacin y diseado para un objetivo dado.TCRELElemento ProtegidoINTVT

SISTEMA DE PROTECCIN (4)COMPONENTES PRINCIPALES:

Transformadores de medidaRels de proteccinRels auxiliaresInterruptoresComunicaciones (teleproteccin, telesealizacin, control)Fuente auxiliar

TCNICAS DE PROTECCIN (1)Se divide el SEP en ZONAS adecuadamente identificadas.

A cada ZONA se le asigna un SISTEMA DE PROTECCIN PRINCIPAL.

De acuerdo a la importancia de cada ZONA se le asigna un sistema de proteccin adicional de RESPALDO.

Para el aislamiento de cada ZONA se asignan interruptores.

Debe existir un traslape alrededor de los interruptores.

TCNICAS DE PROTECCIN (2)

TCNICAS DE PROTECCIN (3)Tipos de sistemas de proteccin:

Proteccin principal.

Proteccin de respaldo:LocalRemoto.

TCNICAS DE PROTECCIN (4)Proteccin principal

Acta en primera instancia efectuando el disparo inmediato de los interruptores asociados.

Al ocurrir una falla en el interruptor, no existe total garanta que el interruptor involucrado opere correctamente.

TCNICAS DE PROTECCIN (5)Proteccin de respaldo o apoyo

Se instalan para cubrir las posibles fallas de la proteccin principal.Para posibles fallas del interruptor.La proteccin de respaldo OPERA en lugar de (completado el tiempo) o en paralelo con la proteccin principal.Al ocurrir una falla en la ZONA protegida, las protecciones primario y de respaldo arrancan para operar.Si la proteccin principal despeja la falla, la de apoyo se repondr sin que haya completado su funcin de disparo.A fin de evitar una falta de operacin de la proteccin principal y de respaldo se deben duplicar los circuitos de disparo y control.

TCNICAS DE PROTECCIN (6)Proteccin de respaldo remoto (PRR)

Las fallas se despejan desde una subestacin adyacente a donde se produjo la falla.

Actan en mayor tiempo que la proteccin principal (lentos).

Generalmente el despeje de la falla mediante el rel de respaldo involucra una mayor instalacin.

No resulta muy caro implementar y aadir a las protecciones primarias las funciones de respaldo remoto.

TCNICAS DE PROTECCIN (7)Proteccin de respaldo local (PRL)

Las fallas se despejan a travs de dispositivos ubicados en la misma subestacin o instalacin.

Actan en menor tiempo que la PRR.

La PRL provee respaldo a los rels principales.

PROPIEDADES DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIN (1)Sensibilidad

Selectividad

Rapidez

Coordinacin

Fiabilidad

PROPIEDADES DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIN (2)Sensibilidad

Capacidad del equipo de proteccin de detectar valores mnimos de ajuste de su zona de proteccin, aun si la corriente de falla sea menor que la corriente de carga.

Capacidad del sistema de protecciones de detectar todos los tipos de fallas.

Comnmente la sensibilidad del equipo de proteccin est aliada a un factor de seguridad.

PROPIEDADES DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIN (3)Sensibilidad

Se define como:

Donde:K = factor de seguridad atribuido (1.5, 2, 3, ...)Icc min = Menor valor de cortocircuito en el tramo considerado de la zona de proteccin.Iajuste = Corriente de Disparo del equipo de proteccin.

PROPIEDADES DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIN (4)Selectividad

Capacidad del sistema de proteccin de focalizar el punto de falla y desconectar solo los equipos de la zona protegida por el rel para cualquier tipo de falla (transitoria o permanente)

PROPIEDADES DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIN (5)RapidezLos SP deben eliminar la falla en el menor tiempo posible para proteger a las personas, equipos y mantener la estabilidad del sistema.

Hoja1

Tiempo de aclaracin de falla (ms)Valores de Impedancia (W)

100

120

1000Para respaldo local

400Mximo tiempo para respaldo remoto

Hoja2

Hoja3

PROPIEDADES DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIN (6)CoordinacinCondicin que se da a dos o ms equipos de proteccin, para operar en una determinada secuencia en condiciones de falla en SEP.

PROPIEDADES DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIN (7)Fiabilidad

Seguridad de funcionar cuando sea requerida.

Los SP deben ser altamente confiables.

Una forma de aumentar la fiabilidad sera duplicar los TP, TC e interruptores; sin embargo no se aplica a sus altos costos.

CARACTERSTICAS DE OPERACIN (1)Un rel puede actuar por una sola magnitud: V, I, f o por accin de 2 magnitudes, V, I; o un combinado de V, I, ngulo.

Magnitud vs TiempoMagnitud vs ngulo

CARACTERSTICAS DE OPERACIN (2)Un rel puede actuar por una sola magnitud: V, I, f o por accin de 2 magnitudes, V, I; o un combinado de V, I, ngulo.

Dos MagnitudesRelacin entre 2 magnitudes y ngulo

CAUSAS QUE ORIGINAN FALLAS EN LOS SP:Fallas en VT y/o CT.

Falla en conductores desde el VT-CT hacia el rel.

Falla en la fuente de alimentacin C.C. de los circuitos de disparo y control.

Falla en los dispositivos auxiliares.

Falla en el propio rel.

CAUSAS QUE ORIGINAN FALLAS DE UN INTERRUPTOR:Falla en el circuito de disparo (Alimentacin C.C.)

Falla en la bobina de disparo.

Falla mecnica en el circuito de disparo.

Falla en los contactos principales del interruptor.

DESARROLLO HISTRICO (1)RELS ELECTROMECNICOS

1901Rels de sobrecorriente de induccin.

1908Rel diferencial.

1910Rel direccional.

1921Rel de distancia tipo impedancia.

DESARROLLO HISTRICO (2)RELS ESTTICOS 1 GENERACIN (bulbos electrnicos)

1930 40Distintos tipos de rels

1921Rel de distancia.

DESARROLLO HISTRICO (3)RELS ESTTICOS 2 GENERACIN (transistores)

1954 61Distintos tipos de rels

RELS ESTTICOS 3 GENERACIN (circuitos integrados)

1960 70Distintos tipos de rels comerciales

DESARROLLO HISTRICO (4)RELS ESTTICOS 4 GENERACIN (microprocesadores)

1969 hasta hoy

Proteccin de distancia

Proteccin diferencial de transformadores

Integracin de funciones de proteccin y control

DESARROLLO HISTRICO (5)RELS ESTTICOS 4 GENERACIN (microprocesadores)

Rel de frecuencia

Rel de sobrecorriente de tiempo inverso

Mediciones fasoriales

Localizacin de fallas

PROTECCIN DIGITALVENTAJAS DE LOS RELS DIGITALES (1)

Bajo costo

Multifuncional:

Proteccin y controlMediciones elctricasRegistro de fallasCapacidad de comunicacin por mltiples protocolos

PROTECCIN DIGITALVENTAJAS DE LOS RELS DIGITALES (2)

Fcil conexin con los CTs y VTs

Alta confiabilidad

Integracin y autodiagnstico de funcionalidadAutosupervisin

PROTECCIN DIGITALVENTAJAS DE LOS RELS DIGITALES (3)

Libre de mantenimientoAjuste y configuracin locales y remotosMedicin y almacenamiento de informacinEntrada serial para programacinCapacidad de almacenamiento de datosDeteccin inmediata de fallas en los relsCapacidad de generacin y captura de datos para analizar reportes.

PROTECCIN DIGITALARQUITECTURADE UN RELDIGITAL

PROTECCIN DIGITALPROCESAMIENTO ANLOGO/DIGITAL (1)

Los rels digitales tienen la siguiente caracterstica:Entradas al microprocesador son discretas.El microprocesador realiza operaciones aritmticas simples (+,-,x y /)Problemas que resolverIntegracinDiferenciacin de funciones

PROTECCIN DIGITALPROCESAMIENTO ANLOGO/DIGITAL (2)

Integracin

Diferenciacin

PROTECCIN DIGITALARQUITECTURA MODULAR

Escalable

Flexible

Actualizable