PROTECCIONES

Conceptos bsicos

La continuidad y la calidad del servicio son dos requisitos ntimamente ligados al funcionamiento satisfactorio de un Sistema Elctrico de Potencia (SEP).

La continuidad hace referencia al hecho de que el SEP debe garantizar que la energa producida en los centros de generacin sea suministrada de forma ininterrumpida a los centros de consumo.

Esta caracterstica adquiere especial importancia si se tiene en cuenta que la energa elctrica, a diferencia de otros tipos de energa, no puede ser almacenada en forma significativa, por lo que una interrupcin del suministro tiene repercusiones directas e inmediatas sobre los procesos que se desarrollan a partir del consumo de energa elctrica.

Conceptos bsicos El requisito de calidad se refiere a que la energa debe

ser suministrada en unas determinadas condiciones, con el fin de garantizar que los diferentes equipos conectados a la red van a operar en las condiciones para las que han sido proyectados. Los mrgenes de variacin admitidos en cada magnitud (valores de onda, frecuencia, equilibrio, contenido en armnicos, etc.) son funcin de la sensibilidad de la instalacin alimentada pero, a nivel general, se puede asegurar que el nivel de exigencia se esta incrementando en los ltimos aos para todo tipo de instalaciones.

Conceptos bsicos Cuando se produce una falla las magnitudes asociadas

al SEP alcanzan valores situados fuera de sus rangos normales de funcionamiento y determinadas reas del sistema pueden pasar a operar en condiciones desequilibradas, con el riesgo que ello conlleva para los diferentes elementos que lo integran.

En caso de no tomar ningn tipo de medida en contra, la falla se propagara a travs de la red y sus efectos se iran extendiendo. Como consecuencia de todo ello, importantes zonas de la red podran llegar a quedar fuera de servicio y la calidad del suministro se resentira, incluso en zonas alejadas del punto en que se ha producido la falla.

Conceptos bsicos

Tanto por razones tcnicas como econmicas, es imposible evitar que se produzcan fallas. El diseo de un sistema elctrico debe contemplar el hecho de que van a producirse fallas de manera aleatoria e inesperada, por lo que es necesario dotarlo de los medios adecuados para su tratamiento.

Por esta razn, los SEP incorporan un sistema de proteccin que tiene por objetivo minimizar los efectos derivados de los diferentes tipos de fallas que pueden producirse.

La actuacin del sistema de proteccin va encaminada, por tanto, a mantener tanto la calidad como la continuidad del servicio, intentando que ambas caractersticas se resientan mnimamente durante un tiempo mnimo.

Conceptos bsicos

Para ello es necesario que la red sea planificada de manera que permita ofrecer alternativas de operacin que posibiliten la adecuada alimentacin de todos los puntos de consumo aunque se produzcan fallas que afecten a elementos de la generacin, transmisin o distribucin.

Aunque una falla puede aparecer en cualquiera de los elementos que lo componen, los estudios realizados al efecto ponen de manifiesto que alrededor del 90% de las fallas se producen en las lneas areas, siendo las del tipo fase-tierra las ms comunes.

Este dato es fcilmente justificable por el hecho de que las lneas areas abarcan grandes extensiones de terreno, se encuentran a la intemperie y estn sometidas a acciones exteriores que escapan de cualquier tipo de control, mientras que otro tipo de elementos como generadores, transformadores, etc., operan bajo condiciones ms fcilmente controlables.

Conceptos bsicos

Independientemente del punto en que se produzca la falla, la primera reaccin del sistema de proteccin es la de desconectar el circuito en falla, para impedir que la falla se propague y disminuir el tiempo de permanencia bajo esfuerzos extremos de los equipos ms directamente afectados.

La desconexin del circuito en falla mediante interruptores automticos origina un transitorio que, asimismo, puede implicar una serie de alteraciones como sobretensiones, descompensacin entre generacin y consumo con cambio de la frecuencia, etc.

Conceptos bsicos

Cuando estas consecuencias den origen a condiciones inadmisibles para determinados elementos, el sistema de proteccin debe actuar en segunda instancia desconectando los circuitos que, aunque no estaban directamente afectados por la falla, se ven alcanzados por sus efectos.

Una vez que la falla y sus efectos han sido neutralizados, se debe proceder a realizar las acciones necesarias para restituir lo ms rpidamente posible el sistema a sus condiciones iniciales de funcionamiento.

Proteccin con relevadores (rels)

La funcin de la proteccin por relevadores es originar el retiro rpido del servicio de cualquier

elemento de un sistema de potencia cuando este sufre un cortocircuito o cuando empieza a

funcionar en cualquier forma anormal que pueda originar dao e interfiera de otra manera con el

funcionamiento eficaz del resto del sistema.

Caractersticas del sistema de Proteccin Sensibilidad

La proteccin debe saber distinguir inequvocamente las situaciones de falla de aquellas que no lo son. Para dotar a un sistema de proteccin de esta caracterstica es necesario:

Establecer para cada tipo de proteccin las magnitudes mnimas necesarias que permiten distinguir las situaciones de falla de las situaciones normales de operacin.

Establecer para cada una de las magnitudes necesarias las condiciones limite que separan las situaciones de falla de las situaciones normales de operacin.

Caractersticas del sistema de Proteccin Sensibilidad

Las "condiciones limite" son un concepto ms amplio que el de "valores limite" ya que, en muchas ocasiones, el solo conocimiento del valor de una magnitud no basta para determinar si ha sido alcanzado como consecuencia de una situacin anmala de funcionamiento o es el resultado de una incidencia normal dentro de la explotacin del sistema.

Caractersticas del sistema de Proteccin Sensibilidad: ejemplo "condiciones limite

La energizacin de un transformador de potencia. La conexin del primario del transformador a la red

origina una fuerte intensidad de vaco, denominada en ingles inrush current, que si es analizada nica y

exclusivamente desde el punto de vista de su elevado valor puede llevar a interpretaciones errneas. Un

anlisis ms amplio, que incluya el estudio de la forma de onda a travs de sus componentes

armnicos, permite establecer si el sbito incremento de la corriente es debido a la

energizacin del transformador o ha sido originado por una situacin de falla.

Caractersticas del sistema de Proteccin Selectividad

La selectividad es la capacidad que debe tener la proteccin para, una vez detectada la existencia de falla, discernir si la misma se ha producido dentro o fuera de su rea de vigilancia y, en consecuencia, dar orden de disparar los interruptores automticos que controla, cuando as sea necesario para despejar la falla.

Caractersticas del sistema de Proteccin Selectividad

Tan importante es que una proteccin acte cuando tiene que actuar como que no acte cuando no tiene que actuar. Si la falla se ha producido dentro del rea vigilada por la proteccin sta debe dar la orden de abrir los interruptores que aslen el circuito en falla. Si, por el contrario, la falla se ha producido fuera de su rea de vigilancia, la proteccin debe dejar que sean otras protecciones las que acten para despejarla, ya que su actuacin dejara fuera de servicio un nmero de circuitos ms elevado que el estrictamente necesario para aislar la falla y, consecuentemente, implicara un innecesario debilitamiento del sistema.

Caractersticas del sistema de Proteccin Rapidez

Tras haber sido detectada, una falla debe ser despejada lo ms rpidamente posible. Cuanto menos tiempo se tarde en aislar la falla, menos se extendern sus efectos y menores daos y alteraciones se producirn al reducirse el tiempo de permanencia bajo condiciones anmalas en los diferentes elementos. Todo ello redunda en una disminucin de los costes y tiempos de restablecimiento de las condiciones normales de operacin, as como de reparacin o reposicin de equipos daados, y, por tanto, en un menor tiempo de indisponibilidad de las instalaciones afectadas por la falla, lo que posibilita un mayor y mejor aprovechamiento de los recursos ofrecidos por el SEP.

Caractersticas del sistema de Proteccin Clasificacin segn Rapidez:

1. Protecciones instantneas

Son aquellas que actan tan rpido como es posible debido a que la falla se ha producido dentro del rea que vigilan directamente. En la actualidad, a nivel orientativo, el tiempo usual de despeje de una falla en AT mediante una proteccin instantnea puede situarse en el entorno de dos o tres ciclos. Si el tiempo de despeje es menor la proteccin se denomina de alta velocidad.

2. Protecciones de tiempo diferido o con retraso en tiempo

Son aquellas en las que de manera intencionada se introduce un tiempo de espera que retrasa su operacin, es decir, que retrasa el inicio de la maniobra de apertura de interruptores una vez que ha sido tomada la decisin de operar. Este retraso facilita, por ejemplo, la coordinacin entre protecciones.

Caractersticas del sistema de Proteccin Fiabilidad

Una proteccin fiable es aquella que responde siempre correctamente. Esto significa que la proteccin debe responder con seguridad y efectividad ante cualquier situacin que se produzca.

No debe confundirse la respuesta de la proteccin con su actuacin u operacin. La proteccin esta vigilando continuamente lo que pasa en el sistema y, por tanto, esta respondiendo en cada instante en funcin de las condiciones que en el se producen. En consecuencia, la respuesta de la proteccin puede ser tanto de actuacin como de no actuacin. Seguridad significa que no deben producirse actuaciones innecesarias ni omitirse actuaciones necesarias.

Economia

Estructura del sistema de proteccin 1. Protecciones primarias.

2. Protecciones de respaldo

Protecciones primarias

Las protecciones primarias son aquellas que tienen la responsabilidad de despejar la falla en primera instancia. Estn definidas para desconectar el mnimo nmero de elementos necesarios para aislar la falla.

Zonas de proteccin primaria

Cada zona se traslapa con sus adyacentes con el fin de evitar que se produzcan zonas muertas no cubiertas por protecciones primarias. El traslape entre dos zonas se establece alrededor del interruptor comn a ambas que sirve de separacin entre los dos elementos contiguos correspondientes.

Proteccin de apoyo o respaldo Protecciones de respaldo

Las protecciones de respaldo son aquellas que tienen la responsabilidad de despejar la falla en segunda instancia, es decir, solamente deben operar en el caso de que hayan fallado las protecciones primarias correspondientes. Por esta razn es muy importante independizar entre si las causas de fallo de la proteccin principal y de respaldo, de forma tal que nada que pueda producir el fallo de la proteccin principal sea capaz tambin de provocar el fallo de la proteccin de respaldo. Usualmente esto se consigue empleando distintos elementos y circuitos de alimentacin, control, etc., en uno y otro tipo de proteccin.

Proteccin de apoyo o respaldo Protecciones de respaldo

Las protecciones de respaldo deben operar con retardo en tiempo respecto a las principales con el fin de dejarles tiempo suficiente para que puedan actuar.

Existen dos tipos: Locales y Remotas

Rels de proteccin Una proteccin ideal sera aquella que reaccionase

exclusivamente para la falta o perturbacin para la que ha sido diseada, que actuase en el menor tiempo posible y que su coste fuera mnimo. No obstante, barajar todas estas exigencias obliga a la proteccin a tener caractersticas a veces opuestas entre s. A continuacin se enumeran los requisitos ms destacables:

Seguridad: Es la probabilidad de no actuacin de una proteccin cuando no debe hacerlo.

Obediencia: Es la probabilidad de actuacin de la proteccin cuando debe hacerlo.

Rels de proteccin Fiabilidad: Es la probabilidad de que una proteccin acte nica

y exclusivamente cuando debe hacerlo. Queda representada por el producto de la seguridad y de la obediencia. Si se disponen dos rels en paralelo se aumenta la obediencia, pero disminuye la seguridad. Por el contrario si se disponen de dos rels en serie, se aumenta la seguridad pero disminuye la obediencia.

Sobrecorrientes

IE=Corriente habitual

IN=Corriente nominal

proteccin

Ejemplo

Conjunto de: interruptor, transformadores y rels

Ejemplo de protecciones primarias y de apoyo

Ejemplo de protecciones primarias y de apoyo

Ejemplo de protecciones primarias y de apoyo

Ejemplo de protecciones primarias y de apoyo

Ejemplo de protecciones primarias y de apoyo

Se deben desconectar los interruptores E y F

Ejemplo de protecciones primarias y de apoyo

Se deben desconectar los interruptores E y F

Ejemplo de protecciones primarias y de apoyo

Si falla la apertura de E deben existir protecciones

Remotas de apoyo

Ejemplo de protecciones primarias y de apoyo

Si falla la apertura de E deben existir protecciones

Remotas de apoyo Como la A, D y H

Ejemplo de protecciones primarias y de apoyo

Si falla la apertura de E deben existir protecciones

Remotas de apoyo Como la A, D y H

Ejemplo de protecciones primarias y de apoyo

Pero ms adecuado sera:

Protecciones locales de apoyo que actuaran

Sobre B, C y G

Ejemplo de protecciones primarias y de apoyo

Pero ms adecuado sera:

Protecciones locales de apoyo que actuaran

Sobre B, C y G

Ejemplo de protecciones primarias y de apoyo

Solucin ptima:

Protecciones locales y remotas de apoyo

Cargas pasivas

I

15200

1500

3400

10200

t de coordinacin

Interruptor D

t de coordinacin

Interruptor A t

Selectividad cronomtrica:

Una falla en CD es eliminada rpidamente por C

Pero una falla en AB se despeja en ms tiempo

Pues A es el ms lento de todos (incorrecto)

721.7A 349.9A 218.7A

721.7/(600/5) 349.9/(400/5) 218.7/(300/5)

3.65

Corriente relativa

4.37 6.01

721.7/(600/5) 349.9/(400/5) 218.7/(300/5)

3.65

Seleccin de ajuste de rel

4.37 6.01

4 4 6

2700/(300/5)

45

Seleccin de ajuste de rel Barra 2

M=45/4=11.25

Rel en barra 2 (R1) PROTECCION PRINCIPAL

11.25

0.11

Rel en barra 2 (R1)

K=1/2

T=0.11s

Rel en barra 3 (R2): APOYO DEL R1

11.25

0.11

0.61

8.43

Rel en R2

K=1/2

t=0.11s K=3

Rel en barra 3 (R2): PROTECCIN PRINCIPAL EN R2

0.7

9.38

Rel en R3

K=1/2

t=0.11s K=3

t=0.7s

Rel en R3 APOYO

1.2

4.2

Rel en R3 PROPIA

1.38

4.58

Rel en R3

K=1/2

t=0.11s K=3

0.7s

K=4

1.38s

NORMAL

16.67

TIEMPO DE ACTUACIN R1

7.7

TIEMPO DE ACTUACIN RT APOYO R1

7.7

K=0.3

Falla en CD activa B y D

Para activas C y D; B, C y D

Deben ser DIERCCIONALES