Relés de Protección para redes de MT

• Los relés empleados

en la protección de

redes troncales de

M.T. de 10 y 22.9 kV,

son :

– Directo (HB) ó

– Indirecto(única

función y

multifunción).

Evolución de la tecnología de relés

El primer relé aparece alrededor de 1900.

Clasificación de los relés por su tecnología

• Electromecánicos (Por ejemplo los relés

directos HB).

• De estado sólido – Analógicos

– De electrónica convencional

– Multifunción (DPU, DFP300).

Relés Electromecánicos

1. Tecnología establecida

2. Amplia experiencia

3. Solo tienen una sola función de

protección

4. No tienen auto chequeo

5. Ocupan bastante espacio

6. Requieren permanente

mantenimiento

7. La información de su operación

es discreta(indicador mecánico o

luminoso)

Sistema de alarmas y registros

convencionales.

El campo magnético de la bobina y la espira de

sombra producen un par de giro en el

disco,proporcional a la corriente o tensión

aplicada a la bobina

Por lo que se obtiene un tiempo de actuación

inversamente proporcional a la corriente o

tensión,en efecto a mayor corriente en la

bobina,mayor será el torque y por lo tanto mas

rapido la rotación del disco.

RELE DE DISCO DE INDUCCIÓN PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE RELE DE SOBRECORRIENTE

Relé de disco de inducción

Característica tiempo corriente de un disco de inducción típico en función del multiplicador de

ajustes de la clavija TM=Multiplicador de tiempo

I/Is

Relés Electrónicos Analógicos

1. Mayor velocidad de respuesta que los

electromecánicos

2. Flexibilidad a las características de

operación

3. Insensibles a alas vibraciones

4. Soporta mayor numero de

operaciones que los Relés

electromecánicos

5. Fiabilidad depende de un elevado

numero de componentes

6. Rapida obsolescencia por desarrollo

tecnológico

7. La información de su operación es

discreta(indicador mecánico o

luminoso), auto chequeo es limitado.

Relés Digitales Multifunción

FUNCIONAMIENTO A BASE DE

MICROPROCESADORES

VARIOS TIPOS DE PROTECCIONES EN

UN SOLO DISPOSITIVO, BAJO COSTO

FUNCIONES DIFERENTES A LA

PROTECCION: INDICADORES,

REGISTRADOR DE EVENTOS,

LOCALIZADOR DE FALLAS,

OSCILOGRAFIA, SUPERVISION DE

INTERRUPTORES, ETC.

GRAN CAPACIDAD DE AUTOCHEQUEO

PERMANENTE

EXPLOTACION DE LA INFORMACION EN FORMA

LOCAL CON EL MMI O EN FORMA REMOTA

MEDIANTE UNA PC

LA INTERFAZ CON EL

USUARIO ES DIFERENTE

ENTRE LOS FABRICANTES,

IEEE 61850 ESTANDARIZA

PROTOCOLO DE

COMUNICACIONES

SISTEMAS DE PROTECCION

DIGITALES

etc.

Trip

MUX

1 DiffGen on

2 Current on

3 BinInp 2 off

COM

I>

U<

Z<

etc.

MMI

Analog to

digital

conversion

Numerical

signal

processing

Binary

signal

processing B/O

A/I

B/I

A/D S

H

DSP

COM SCS/

SMS

SISTEMAS DE PROTECCION

DIGITALES

O MUX A / I B /

Binary output

isolation

Algorithm and Logic

processor

Digital filter Amplifier

Low pass filter Shunt

Analog input

isolation

4 7 2 3 0

0 ms 0 ms 3 ms 5 ms 12 ms 21 ms 25 ms

Z < I > I

e t c

CAP316

e t c

9

A/D S

H

Temporizaciones típicas de disparos

Relé Digital Combinado De Sobre corriente Y De Falla A Tierra

Para Protección De Redes

Relé Multifunción para alimentadores:

1. Detección de fallas de alta

impedancia, capaz de distinguir

entre un conductor caído y una

falla de con formación de arco

2. 50/51N, 67P(dir de corriente),

67N, 81, 27, 59, 46(secuencia

negativa), 79(Recierre)

3. Localización de fallas

4. Característica de carga adaptiva

Evolución de los Relés

Antes 1. Un relé por equipo

2. Un relé por función

3. Mas lentos

4. Sin comunicación

5. Mucho espacio

6. Requiere mantenimiento

7. Ajuste físico

Ahora 1. Se colocan sensores o

transductores y hay un relé

principal que actúa sobre

todo los interruptores

2. Los Relés protegen, miden,

actúan, se auto ajustan,

informan y se comunican.

3. Menor tiempo

4. Menor espacio

Evolución de los Relés

Protección adaptiva de

Sobrecorriente de tiempo inverso

1)(

n

Ia

Ir

KT

T

I

Ir

K

Ia

IrKn

n

an

nn

1)(

1)((

1

1

Ia y K permanecen constantes,

independiente de los cambios del

sistema

Kn curva de tiempo vigente Para el

relevador adaptivo, conociendo los

parámetros de ajuste de n-1(Ian-1 y

Kn-1) y la curva es T=F(I)

RELÉS DIRECTOS

• Se emplean para la protección

contra cortocircuitos en redes

de distribución de Media

Tensión

• Son montados directamente

delante del interruptor.

• Su característica de operación

es de tiempo definido

• Cuenta con dos unidades de

disparo.

Unidades de Disparo

• Unidad temporizada

Ajuste Corriente (Is):

1,2 - 2 IN

Ajuste de tiempo:

0 - 3 seg. ó 0 - 6 seg.

• Unidad instantánea

Ajuste corriente (Iinst):

3 - 6 IN ó 6 - 12 IN

(puede ser bloqueada).

Tiempo: 100 mseg

Unidad temporizada (51)

Unidad instantánea (50)

t (s)

I (A)

0,1

0,6

Is I inst

CARACTERISTICA DE OPERACIÓN

RELÉS DIRECTOS

• El ajuste de los relés HB es en función de la capacidad

térmica del cable.

• El intervalo de coordinación entre dos relés contiguos, es de

0,4 segundos, en el se toman en cuenta, el tiempo de

operación del interruptor y los errores de tiempo y corriente

de los relés.

Cables de M.T. para

8,7/10kV

NKY Curva de

calentamiento de 80°.

N2YSY Curva de

calentamiento de 90°.

RELÉS INDIRECTOS

CBTC

50 / 51

Relé de

sobrecorriente

indirecto

Alimentador

10 kV

• Se les denomina relés de sobrecorriente indirectos, porque la corriente a controlar no pasa directamente por el relé, ésta señal es reducida por el transformador de corriente y entregada al relé en los bornes del secundario.

• La corriente nominal en el secundario de los transformadores es 5A o 1A.

RELÉS INDIRECTOS

Relé

I>

I >>

50 / 51

• Los transformadores de

corriente son conectados en

estrella, con el neutro puesto

a tierra.

• Para detectar cortocircuitos

trifásicos o entre fases, de un

sistema aislado se requieren

como mínimo dos relés.

Tipos de relés indirectos

Unidad temporizada (51)

Unidad instantánea (50)

t (s)

I (A)

0,05

t >

I > I >>

CARACTERISTICA DE OPERACIÓN

DEFINIDA

Unidad temporizada (51)

Unidad instantánea (50)

t (s)

( I / Is )

0,05

2 8

CARACTERISTICA DE OPERACIÓN

INVERSA

TMS = 0,4

Los relés de sobrecorriente indirectos, pueden ser del tipo tiempo

definido o del tipo inverso.

Relés de tiempo definido

• Este tipo de relé, para todo valor

de sobre intensidad superior al

valor de calibración operará

siempre en el mismo tiempo.

• Si no incluye retardo en la

actuación, se trata de un relé de

característica instantánea (50).

• Si se incluye retardo, es de

característica temporizada (51).

I >

I >>

t >

t >>

t

I

• El relé de tiempo independiente (también llamado de

tiempo definido), está compuesto de dos elementos :

Un elemento de control de corriente, del tipo todo o

nada, que a su vez excita al elemento de temporización,

el que se encuentra ajustado a un valor determinado que

puede ser nulo.

Relés de tiempo definido

• Se aplican en mayoría a

los alimentadores

radiales.

• Principalmente en

sistemas en los que no

varían muchos niveles de

falla de un punto a otro,

donde no se puede

aprovechar la ventaja del

relé de tiempo inverso.

Aplicación de relés de tiempo definido

Ventaja de los relés de tiempo definido

• Facilita el cumplimiento

de los criterios de

selectividad.

El tiempo de operación

es más preciso ya que es

independiente, lo cual

permite una graduación

más precisa de los

tiempos entre los

interruptores sucesivos.

Unidad temporizada (51)

Unidad instantánea (50)

t (s)

I (A)

0,1

0,6

Is I inst

CARACTERISTICA DE OPERACIÓN

Selectividad entre los relés

Para asegurar la selectividad bajo cualquier circunstancia en un

alimentador radial, se aumenta el tiempo de operación a partir

del extremo alejado del circuito protegido hasta la fuente de

generación.

A B C

1.3 s 0.8 s 0.3 s

1.3 s

0.8 s

0.3 s

Distancia

t

Desventajas de los relés de tiempo definido

• Al aumentar el número de relés conectados en serie,

aumenta hacia la fuente el tiempo de operación. En

consecuencia, las fallas más severas, se aíslan en mayores

tiempos.

• Por lo tanto se debe tener especial cuidado en que los

tiempos de operación de la protección no sean demasiados

prolongados.

Relés de tiempo inverso

• En los relés de característica

inversa, se cumple que a

mayor sobreintensidad, menor

es el tiempo de operación.

• Se emplea en la protección de

líneas de transporte,

alimentadores, máquinas AC,

transformadores y en muchas

aplicaciones donde se requiera

la característica inversa. I / IS

t

83

t1

t2

Regulación de Corriente y tiempos

• El ajuste de la corriente de

operación del relé, se

efectúa con los tap´s de

ajuste de corriente (Is). A

menor ajuste, mayor es la

sensibilidad del relé y

viceversa.

• El retardo en tiempo la

operación se efectúa con

el dial de tiempos (TMS)

TMS = 1

TMS = 0.9

I / Is

t

Características Inversas

• La regulación de tiempos se

puede obtener de diferentes

maneras.

– Se selecciona para una aplicación

concreta de acuerdo con los tiempos

de operación de otros dispositivos

de protección, para lograr una

correcta coordinación, con un

tiempo mínimo de eliminación de

falta.

• Entre las características

normalizadas tenemos NI, MI, y

EI.

N.I.

M.I.

E.I.

I/Is

t

Relés de tiempo normalmente inverso (N.I.)

• Se aplican generalmente cuando el valor de la corriente de

cortocircuito depende grandemente de la capacidad de

generación del sistema en el momento de la falta.

Aplicable a sistemas de generación. Es decir cuando a lo

largo de la línea existen grandes variaciones de la corriente

de falla (cortocircuito).

Cuando ZS << ZL ,

ZS = impedancia de la fuente.

ZL = impedancia de la línea hasta el punto de falla

• Su principal ventaja es la de tener menores tiempos de

operación a altas potencias de cortocircuito.

• Se caracteriza por tener una curva más inversa que la

anterior, lento para valores bajos de sobrecorriente y rápido

para valores altos de sobrecorriente.

• Se aplican preferentemente en sistemas donde el valor de

la intensidad de cortocircuito circulando a través de

cualquier relé depende mayormente de la posición relativa

de donde se halla instalado el relé a la falta y en poca

cuantía de la capacidad de generación del sistema, ya que

se supone se alimenta de una red muy grande.

Relés de tiempo muy inverso (M.I.)

• Dicho en otras palabras, es conveniente en sistemas de

gran capacidad de generación donde el nivel de

cortocircuito depende prácticamente de la impedancia

donde ocurre el cortocircuito ( la corriente de falla se

reduce notablemente a medida que aumenta la distancia a

la fuente).

Relés de tiempo muy inverso

• Son adecuados para aplicaciones tales como alimentadores

de sistemas de distribución de las empresas eléctricas,

donde se tenga una temporización suficiente para permitir

la reenergización del circuito sin que haya disparos

innecesarios en el período inicial de avalancha (picos de

corriente por conexión de bombas, molinos, calentadores,

etc.) y al mismo tiempo coordine bien con los fusibles de

alto poder de ruptura.

Relés de tiempo extremadamente inverso (E.I.)

• También se les emplea para actuar con componentes de

secuencia negativa, en la protección de grandes

generadores.

Ajuste de I22.t = 7 70

• Permite ajustes más precisos para evitar sacar de servicio

al generador.

Relés de tiempo extremadamente inverso

Ecuación

• El tiempo de operación y la sobrecorriente están

relacionados por una ecuación, que define la curva de

operación característica del relé:

donde :

t = tiempo de operación (s)

k = ajuste del multiplicador de tiempos (TMS)

I = corriente por el relé (A)

Is = corriente de ajuste o calibración de corriente (A)

1 - Is

I *k

t

Constantes y

• Las constantes y determinan el grado de característica

inversa del relé y para los tres primeros esquemas estándar

las constantes son :

Característica

Normalmente inversa 0.02 0.14

Muy inversa 1.00 13.50

Extremadamente inversa 2.00 80.00

Curvas De Ajuste De Tiempos

Ecuación de la curva de sobre

intensidad con retardo de tiempo

Constantes Para las Características de

sobre intensidad con retardo de tiempo

Relés de Sobrecorriente

• Los relés de sobre intensidad son los más

utilizados en subestaciones y en instalaciones

eléctricas industriales.

• Suelen tener disparo instantáneo y disparo

temporizado.

• Estos relés se calibran para que operen con

señales de corriente por encima del valor máximo

de la In del circuito protegido.

Curvas de operación

Operación a tiempo

definido o fijo.

Operación a tiempo inverso: I, VI, EI

500

100

t (ms)

I (A) 5 In In

t=constante 1000

100

400

t (ms)

I (A) 5 In In

t = M . K .

(I/Io)a -1

Coordinación de la protección

t (ms)

I (A)

Intervalo de tiempo

C1

51

C2

51

C3

20 MVA 115/13.8 kV

1000/5 A

500/5 A I max. de falla

Ifalla=2000 A

Curvas de tiempo inverso

Relé multifunción DFP300

Generalidades

• El relé multifunción DFP300 GE es un equipo electrónico, con

Sistema Digital Multifunción de Protección, Control, Medición,

Monitoreo y Registro, diseñado especialmente para

alimentadores en sistema con neutro aislado.

• La interfase de comunicación es a través de una computadora

personal, con la que se puede acceder al relé. Adicionalmente

tiene un teclado Display pequeño, enchufable.

• Tiene un panel de señalización con LEDs en la parte frontal del

relé para facilitar la interpretación de la actuación del relé.

Generalidades

• La tensión que requiere el relé es fase-tierra, por lo que solo se

necesita que los transformadores de tensión tengan un solo

devanado en el secundario (10000: 3 / 110: 3 y mediante

cálculos internos se determina la tensión homopolar del sistema.

• La corriente que toma también es fase a tierra. La corriente

homopolar necesita un transformador toroidal que abrace a las

tres fases, para que tenga mayor precisión.

Funciones principales de protección

Las principales funciones son:

• Función sensitiva a tierra (67 N).

• Detección de Falla de Alta Impedancia.

• Protección contra Sobrecorrientes de fases (2 unidades

instantáneas y una unidad temporizada).

• Función de sobrecorriente de Secuencia negativa (46).

• Función de sobre/sub Tensión.

• Función Alta/Baja Frecuencia.

• Función de Sobretensión Homopolar.

Función 67 NU

• Es una función direccional diseñado para sistemas

aislados.

• 67NUH.- Es una unidad, propuesto para ser usado ante una falla

a tierra temporal (descarga en los aisladores, ´árboles que tocan

una fase, etc.), permite poner un tiempo mayor que el disparo.

• 67NUL.- Es una unidad, propuesto para ser usado para detectar

fallas a tierras permanentes (caída de un conductor a tierra),

permite poner tiempos rápidos de disparo.

Detección de Fallas de Alta Impedancia.

• Una falla de Alta Impedancia (Hi-Z) se caracteriza por por tener

una impedancia suficientemente alta que no es detectada por la

protección convencional de sobrecorriente.

• Esta función detecta fallas de formación de arcos (eventos

previos a una descarga en aisladores) y realiza un análisis de

conductor roto.

Función de sobrecorriente de fases

• Para la protección contra fallas de cortocircuito trifásico

y/o bifásico.

– 2 unidades instantáneas.- permite poner tiempos rápidos

ajustables en milisegundos.

– 1 unidad temporizada.- proporciona 5 curvas predefinidas:

inversa, BS142 inversa, muy inversa, extremadamente

inversa y tiempo definido.

Función sobrecorriente de secuencia negativa

• Para protecciones ante fallas de cuello o una fase abierta, sin

que estos hagan contacto a tierra o hagan cortocircuito.

• Tienen 1 unidad instantánea y una unidad temporizada, con las

mismas opciones descritas en la función anterior.

Otras funciones.

• Función Sobre / Sub Tensión.- Para proteger contra la elevación o la caída de tensión del tramo protegido, normalmente esta función se activa como señalización.

• Función Alta/Baja Frecuencia.- Para proteger contra la elevación o disminución de la frecuencia del sistema, normalmente ésta función se activa como señalización.

• Función Sobretensión Homopolar.- usado en la deteccción de falla a tierra en sistemas aislados, pero por la falla a tierra en sistemas aislados, pero por falta de selectividad es solo propuesto para ser usado como alarma o como respaldo de la función 67NU.

Relé multifunción DPU-2000R

Aplicación

• La unidad de protección DPU2000 basada en

microprocesadores, está diseñada para ser aplicada

sobre sistemas de distribución de energía eléctrica.

• Existen modelos para ser usados con transformadores

de corriente cuya corriente nominal del secundario es

de 5A y 1A; utiliza transformadores de tensión de 69V,

120V o 208V.

Funciones de Protección

La unidad aprovecha la potencia del microprocesador y los algoritmos avanzados, para proporcionar en una única unidad integrada, las siguientes funciones de protección y monitoreo:

• Protección de sobrecorriente trifásica (instantánea y retardada): 51P, 50P-1, 50P-2, 50P-3.

• Protección de sobrecorriente a tierra (instantánea y retardada): 51N, 50N-1, 50N-2, 50N-3.

• Protección de sobrecorriente de secuencia negativa: 46

• Protección de sobrecorriente direccional de fase y tierra: 67P / 67N.

• Recierre multidisparo: 79M.

• Segregación de carga y restauración por frecuencia: 81 (2 escalones).

• Control /alarma por subtensión, Alarma por sobretensión: 27/59.

• Distancia al lugar de la falla en millas.

• Detección de falla de interruptor ajustable entre 5 y 60 ciclos.

• Resumen de fallas y registro detallado de fallas: últimos 32 disparos.

• Contadores: Disparos por sobrecorriente, operaciones de interruptor y

recierres.

• El modo TEST permite la verificación de las funciones de sobrecorriente y

secuencia de recierre, sin simular la operación del interruptor.

• Los reles extraíbles de montaje horizontal o vertical DPU2000, están provistos

de cortocircuitado automático de los transformadores de corriente, y

desconexión secuenciada.

Otras funciones de Protección

• Incluye 9 curvas de características de sobrecorriente con retardo, que incluyen

las extremadamente inversa, muy inversa, inversa, inversa de tiempo corto,

tiempo definido, extremadamente inverso de tiempo prolongado, y curva de

reconectador.

• Incluye 5 curvas características instantáneas (50P/N-1); que incluyen la

instantánea standard, inversa instantánea, tiempo definido, inversa de tiempo

corto, y extremadamente inversa de tiempo corto.

• Esquemas de relevos adaptativos preprogramados, incluyendo la coordinación

de secuencia de zona, detección de toma en frío de carga y bloqueo automático

de la función de recierre cuando se cierra manualmente sobre una falla.

Otras funciones de Protección

• Interfase Hombre-máquina montada sobre el frente del relé, que proporciona

indicación continua y en tiempo real de la magnitud de las corrientes y

tensiones.

• Puerta de comunicaciones frontales y posteriores, permiten la adquisición de

datos local o remota, la verificación y edición de los ajustes de la protección.

• Existen 3 curvas programables por el usuario opcionales, y capacidad de

memorización de datos oscilográficos (últimos 8 eventos).

Otras funciones de Protección

Funciones de medición

• Medición de: corrientes, tensiones, potencias activas y reactivas, Wh, Kvarh,

factor de potencia y frecuencia.

• Corriente, potencia activa y reactiva en la demanda pico con indicación de la

hora de ocurrencia.

• Autoverificación continua de las tensiones de alimentación, elementos de

memoria, y procesador digital de señales.

• La característica opcional de perfil de craga registra tensión por fase, potencia

activa y reactiva durante 40 días con intervalos de 15 minutos.

PRUEBA DE RELÉS

• Los probadores de relés generan una corriente superior al valor calibrado por el relé, para verificar su correcta actuación tanto en corriente como en tiempo.

• Para la prueba de relés de sobrecorriente direccional se inyecta señal también tensión, con el desfasaje apropiado.

EJEMPLO DE APLICACIÓN

• En el esquema

apreciamos, la prueba de

un relé de sobrecorriente

Probador de Relés

Relé

stop

circuito

de

corriente

contactos de

disparo del

relé

Pruebas y Mantenimiento

• Concepto de pruebas

• Intervalos entre pruebas

• Clases de prueba

– Aceptación

– Instalación

– Mantenimiento

– Reparación

• Accesorios para la prueba

• Circuitos de prueba

Maleta de Prueba

• Es una “caja” que genera tensiones y corrientes

ajustables de forma continua e independiente en su

amplitud, fase y frecuencia.

• Todas las salidas son a prueba de sobrecarga y

cortocircuito, y están protegidas contra

transitorios externos y sobre temperatura.

• Todos los circuitos están separados

galvánicamente entre sí.

Maleta Omicron CMC-256

• Equipo de prueba portátil

• Capacidad

– 4 tensiones (0-300V)

– 6 corrientes (0-12.5A)

• Suministro de c.c. independiente (0..264V, 50W)

• Capacidad de probar relés de protección,

contadores de energía y transductores.

Software Test Universe

• El software se compone de módulos o paquetes individuales.

• Cada módulo está orientado a un tipo de pruebas.

• Le permite automatizar las pruebas.

• Crear procedimientos de prueba para pruebas parecidas.

• Personalizar el informe de las pruebas.

Prueba en 3 pasos: O-H-M 1: Objeto (Datos Relé)

Paso 2: Hardware (Maleta)

Paso 3: Módulo (Cond. Iniciales)