COORDINACION DE PROTECCION

8/3/2019 COORDINACION DE PROTECCION

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“UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA”

E.A.P : INGENIERIA EN ENERGIA

CURSO : LABORATORIO DE ELECTRICIDAD

PROFESOR : MSC. ROBERTO CHUCHUYA

INTEGRANTES: CABELLOS MOORE MIGUEL ANGELPARIACHI CASHPA RAUL

TRABAJO : COORDINACION DE PROTECCION DE SISTEMASELECTRICOS

CHIMBOTE - PERU

12-10-2011



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INDICE

1.- COORDENACION DE PROTECCION DE SISTEMAS ELECTRICOS………………………………………………………………………………………pág.3

2.- CARACTERISTICAS FUNCIONALES DE UN SISTEMA DEPROTECCION

………………………………………………………………………………………pág.3

3.- ESTRUCTURA DE UN SITEMA DE PROTECCION

………………………………………………………………………………………pág.5

4.- PROTECCIONES CONTRA OTRASA CONDICIONESANORMALES

………………………………………………………………………………………pág.11

5.- PROTECCION DE EQUIPOS ELECTRICOS

……………………………………………………………………………………..pág.11

6.- DISPOSITIVOS DE PROTECCION……………………………………………………………………………………..pág.13

7.- BIBLIOGRAFIA

………………………………………………………………………………………pag.15



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1. COORDINACIÓN DE PROTECCIÓN DE SISTEMAS ELÉCTRICOS

La función de la protección por reveladores es originar el retiro rápido delservicio de cualquier elemento de un sistema de potencia cuando este sufre uncortocircuito o cuando empieza a funcionar en cualquier forma anormal que

pueda originar daño e interferencia de otra manera con el funcionamientoeficaz del resto del sistema.

El equipo de protección esta ayudado, en esta tarea, por interruptores que soncapaces de desconectar el elemento defectuoso cuando el equipo deprotección se los manda. Estos interruptores están localizados de tal maneraque cada generador, transformador, barra colectora, línea de transmisión, etc.Pueda desconectarse por completo del resto del sistema. Estos interruptoresdeben tener la capacidad suficiente para que puedan conducirmomentáneamente la corriente máxima de cortocircuito que puede fluir através de ellos, e interrumpir entonces esta corriente; deben soportar también

el cierre de un cortocircuito semejante e interrumpirlo de acuerdo con ciertasnormas prescritas. Los fusibles se emplean donde los reveladores deprotección y los interruptores no son justificables económicamente.

Aunque la función principal de la protección por reveladores es reducir losefectos de los cortocircuitos, surgen otras condiciones anormales defuncionamiento que también necesitan esta protección. Esto es más ciertocuando se trata de generadores y motores.Una función secundaria de la protección por reveladores es indicar el sitio y eltipo de falla.

Dichos datos no solo ayudan en la reparación oportuna, sino que también porcomparación con las observaciones humanas y con los registros automáticos,proporcionan medios para el análisis de la eficacia de la prevención de fallas ylas características de atenuación que incluye la protección por reveladores.

2. CARACTERISTICAS FUNCIONALES DE UNS SISTEMA DEPORTECCION

Tanto un sistema de protección en su conjunto como cada una de lasprotecciones que lo componen, deben satisfacer las siguientes característicasfuncionales:

Sensibilidad

La protección debe saber distinguir inequívocamente las situaciones de falla deaquellas que no lo son. Para dotar a un sistema de protección de estacaracterística es necesario:

Establecer para cada tipo de protección las magnitudes mínimasnecesarias que permiten distinguir las situaciones de falla de las

situaciones normales de operación.



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Establecer para cada una de las magnitudes necesarias las condicioneslimite que separan las situaciones de las situaciones normales.Las “condiciones limite” son u concepto mas amplio que el de los“valores límite” ya que, en muchas ocasiones, el solo conocimiento delvalor de una magnitud no basta para determinar si ha sido alcanzado

como consecuencia de una situación anómala de funcionamiento o es elresultado de una incidencia normal dentro de la explotación del sistema.

Selectividad

La selectividad es la capacidad de tener protección para, una vezdetectada la existencia de falla, discernir si la misma se ha producidodentro o fuera de su área de vigilancia y, en consecuencia, dar orden dedisparar los interruptores automáticos que controla, cuando así seanecesario para despejar la falla.

Tan importante es que una protección actué cuando tiene que actuarcomo que no actué cuando no tiene que actuar. Si la falla se haproducido dentro del área vigilada por la protección esta deben dar laorden de abrir los interruptores que aíslen el circuito en falla. Si, por elcontrario, la falla se ha producido fuera de su área de vigilancia, laprotección debe dejar que sean otras protecciones las que actúen paradespejarla, ya que su actuación dejaría fuera de servicio un número decircuitos más elevado que el estrictamente necesario para aislar la fallay, consecuentemente, implicaría un innecesario debilitamiento delsistema.

Rapidez

Tras haber sido detectada, una falla debe ser despejada lo másrápidamente posible. Cuanto menos tiempo se tarde en aislar la falla,menos se extenderán rápidamente sus efectos y menores daños yalteraciones se producirán al reducirse el tiempo de permanencia bajocondiciones anormales en los diferentes elementos. Todo ello redundaen una disminución de los costes y tiempos de restablecimiento de lascondiciones normales de operación, así como de reparación o reposiciónde equipos dañados, y, por tanto, en un menor tiempo de

indisponibilidad de las instalaciones afectadas por la falla, lo queposibilita un mayor y mejor aprovechamiento de los recursos ofrecidospor el SEP.

La rapidez con que puede actuar una protección depende directamentede la tecnología empleada en su construcción y de la velocidad derespuesta del sistema de mando y control de los interruptoresautomáticos asociados a la misma.Sin embargo, un despeje óptimo de la falla no exige que todas lasprotecciones que la detectan actúen de forma inmediata. En función deesta característica las protecciones se clasifican en:





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El sistema de protección de red se estructura en base a:1Protecciones primaria2Protecciones de respaldo

Protecciones primarias

Las protecciones primarias son aquellas que tienen la responsabilidad dedespejar la falla en primera instancia. Están definidas para desconectar elmínimo número de elementos necesarios para aislar la falla.

Con el fin de optimizar sus prestaciones, el SEP se divide en zonas deprotección primaria definidas en torno a cada elemento importante, tal y comose indica en la figura. Cada zona se traslapa con sus adyacentes con el fin deevitar que se produzcan zonas muertas no cubiertas por proteccionesprimarias. El traslape entre dos zonas se establece alrededor del interruptorcomún a ambas que sirve de separación entre los dos elementos contiguoscorrespondientes.

Protecciones de respaldo

La protección de respaldo se emplea sólo para protección de cortocircuitos.Debido a que éstos son el tipo preponderante de falla del sistema de potencia,hay más posibilidades de que falle la protección primaria en caso decortocircuitos. La experiencia ha mostrado que la protección de respaldo no es justificable económicamente para casos distintos de los cortacircuitos.

Es necesaria una clara comprensión de las causas posibles de fallas de laprotección primaria, para una mejor apreciación de las prácticas comprendidasen la protección de respaldo. Cuando decimos que la protección primariapuede faltar, entendemos cualquiera de las diversas cosas que puedensuceder para impedir a la protección primaria que origine la desconexión deuna falla del sistema de potencia. La protección primaria puede fallar debido auna falla en cualquiera de los siguientes puntos:



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A. Corriente O tensión de alimentación a los relevadores. E. Disparo de la tensión de

alimentación de c-d.

B. Disparo de la tensión de alimentación de c-d

C. Relevadores de protección.

D. Circuito de disparo o mecanismo del interruptor.

E. Interruptor.

Es muy deseable que la protección de respaldo esté dispuesta de tal manera que

cualquier cosa que pueda originar la falla de la protección primaria no origine también

la falla de la protección de respaldo. Es evidente que este requisito se satisface

completamente si los relevadores de respaldo están localizados de tal manera que no

empleen o controlen cualquier cosa en común con los relevadores primarios que vayan a

ser respaldados. En la medida de lo posible, la práctica es localizar los relevadores de



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respaldo en una estación diferente. Considérese, por ejemplo, la protección derespaldo para la sección EF de la línea de transmisión.

Los relevadores de respaldo de esta sección de línea están normalmentedispuestos para disparar los interruptores A, E, I y] .Si el interruptor E fallara al

disparar, para una falla en la sección de línea EF, se dispararían losinterruptores A y E; los interruptores A y E y su equipo asociado de protecciónde respaldo, que están físicamente aparte del equipo que ha fallado, no son losidóneos para ser afectados al mismo tiempo, como podría suceder si seescogieran los interruptores C y D en su lugar .

Los relevadores de respaldo en las localidades A, E y F proporcionanprotección si ocurren fallas en las barras colectoras en la estación K. Losrelevadores de respaldo en A y F proporcionan también protección para fallasen la línea DE. En otras palabras, la zona de la protección de respaldo seextiende en una dirección desde la localidad de cualquier relevador de respaldo

y al menos superpone cada elemento de sistema adyacente. Donde lassecciones adyacentes de líneas son de diferente longitud, los relevadores derespaldo deben sobrealcanzar algunas secciones de línea más que otras paraproporcionar protección a la línea más larga.

La evaluación de la protección por relevadores

Aunque un sistema de potencia moderno no podría funcionar sin la protecciónpor relevadores, esto no la hace apreciable. Como en toda buena ingeniería, laeconomía juega un papel muy importante. Aunque el ingeniero de protecciónpuede justificar por la común desembolsos para la protección por relevadores

sobre la base de una práctica normalizada, las circunstancias pueden alterardichos conceptos, ya menudo viene a ser necesario evaluar los beneficios quevan a lograrse. Esta no es una cuestión de si la protección por relevadorespuede justificarse, sino hasta dónde podría uno invertir con la mejor proteccióndisponible.

Como todas las otras partes de un sistema de potencia, la protección porrelevadores se evaluaría sobre la base de su contribución al mejor servicioeconómicamente posible a los consumidores. La contribución de la protecciónpor relevadores es ayudar al resto del sistema de potencia a funcionar con lamayor eficiencia y efectividad posible frente a la falla." Como realiza esto laprotección por relevadores es como sigue. Disminuyendo el daño cuandoocurren las fallas, la protección por relevadores reduce:



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A. El costo de la reparación del daño.

B. La probabilidad de que la falla pueda extenderse e involucrar otro equipo.

C. El tiempo que el equipo está fuera de servicio.

D. La pérdida en ingreso y la tirantez de las relaciones públicas mientras elequipo está fuera de servicio.

Con el regreso oportuno del equipo al servicio, la protección por relevadoresayuda a reducir la cantidad del equipo de reserva requerido, ya que hay menorprobabilidad de otra falla antes de que la primera pueda repararse.

La habilidad de la protección por relevadores para permitir el uso más completode la capacidad del sistema está mostrada enérgicamente por la estabilidad delsistema.

La Fig. 4 muestra cómo influye la velocidad de la protección por relevadores enla cantidad de potencia que puede transmitirse sin pérdida de sincronismocuando ocurren cortocircuitos.-l Más carga puede conducirse por un sistemaexistente, aumentando la velocidad de la protección por relevadores.

Se ha mostrado que esta forma va a ser casi sin costo para incrementar ellímite de estabilidad transitoria. Donde la estabilidad es un problema, laprotección por relevadores puede evaluarse con frecuencia contra el costo dela construcción adicional de líneas de transmisión o estaciones de distribución.

Se mostrarán más adelante otras circunstancias en las que ciertos tipos deequipos de protección por relevadores pueden permitir ahorros en interruptoresy líneas de transmisión.

La calidad del equipo de protección por relevadores puede afectar los gastosde ingeniería al aplicar el equipo de protección mismo.



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El equipo que puede funcionar adecuadamente, aun cuando se hagan cambiosfuturos en el sistema o en su funcionamiento ahorrara más ingeniería futura yotros gastos relacionados.

Uno no debe concluir que el gasto justificable para un equipo dado de

protección por relevadores es necesariamente proporcional al valor oimportancia del elemento de sistema que va a ser protegido de un mododirecto. Una falla en ese elemento de sistema puede afectar la capacidad paradar servicio del sistema completo y, por lo tanto, ese equipo de protección estáprotegiendo realmente el servicio del sistema completo. Algunos de los parosmás serios han sido ocasionados por los efectos que provienen de una fallaoriginal en equipo de relativa importancia que no se protegió como se debía.

¿Como funcionan los relevadores de protección?

Hasta aquí hemos tratado los relevadores mismos en una manera muy

impersonal, diciendo lo que hacen sin tomar en cuenta cómo lo hacen. Estaparte fascinante de la historia de la protección por relevadores se expondrá conmucho más detalle más adelante. Pero, para redondear esta consideracióngeneral de la protección y preparar lo que va a venir, aquí está algunaexplicación.

Todos loS relevadores utilizados para protección de cortocircuitos y muchosotros tipos, también funcionan en virtud de la corriente y/o tensiónproporcionada a éstos por los transformadores de corriente y tensiónconectados en diversas combinaciones al elemento del sistema que va aprotegerse. Por cambios individuales o relativos en estas dos magnitudes lasfallas señalan su presencia tipo, y localización a los relevadores de protección.Para cada tipo y localización de falla, hay alguna diferencia característica enestas magnitudes así como varios tipos de equipos de protección porrelevadores disponibles, cada uno de los cuales está diseñado para reconoceruna diferencia particular y funcionan en respuesta a ésta.

Existen más diferencias posibles en estas magnitudes de las que uno puedasospechar. Las diferencias en cada magnitud son posibles en una o más de lasque siguen:

A. MagnitudB. Frecuencia.

C. Angulo de fase.

D. Duración.

E. Razón de cambio

F. Dirección u orden de cambio

G. Armónicas o forma de onda



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Entonces, cuando tensión y corriente se consideran en combinación. o relativasa magnitudes similares en diferentes localidades, uno puede empezar a darsecuenta de los medios disponibles para propósitos de discriminación. Esta esuna circunstancia afortunada que, aunque la Naturaleza ha impuesto en suforma contraria la precisión de la falla de un sistema eléctrico de potencia, nos

ha provisto al mismo tiempo con un medio para combatirla.

4. PROTECCIÓN CONTRA OTRAS CONDICIONES ANORMALES

La protección por relevadores para casos distintos de los cortocircuitos seincluye en la categoría de protección primaria. Sin embargo, ya que lascondiciones anormales que requieren protección son diferentes en cadaelemento del sistema, se utiliza la disposición no universal de superposición deprotección como en la protección de cortocircuito.

En lugar de eso, cada elemento del sistema está provisto, independientemente,

de la protección requerida sea cual fuere y ésta se encuentra preparada paradisparar los interruptores necesarios, que pueden ser diferentes en algunoscasos de los disparados por la protección de cortocircuito. Como se mencionóantes, la protección de respaldo no se emplea porque la experiencia no hamostrado que sea económicamente justificable. Con frecuencia, sin embargo,la protección de respaldo para cortocircuitos funcionará cuando ocurran otrascondiciones anormales que produzcan corrientes o tensiones anormales, y seproporciona con eso la protección de respaldo de clases.

5. PROTECCIÓN DE EQUIPOS ELÉCTRICOS

Protección de generadores

Un generador eléctrico es una máquina rotatoria que gira gracias a la energíamecánica aplicada a su eje o flecha. La energía mecánica aplicada a este ejedebe poseer la fuerza o torque adecuado para lograr un giro adecuado en elgenerador lo que se convertirá finalmente en energía eléctrica a través delfenómeno de inducción, donde luego se destinará esa energía a los centros deconsumo.

Protecciones de motores

El motor eléctrico es una máquina rotatoria, destinada al uso de la energíaeléctrica para obtener energía mecánica, proceso opuesto al del generador.Los motores son la principal fuerza de trabajo industrial en el mundo, ya que noemiten residuos contaminantes al aire, su adaptabilidad es mucho mayor que lade los motores de combustión interna, y su control va de lo más simple a lomás complejo. En un sistema de potencia, su uso es, principalmente para elbombeo de líquidos y vapores en el sistema de alimentación de las calderas,donde las plantas generadoras lo requieran. De aquí radica la importancia de

su adecuada protección, ya que si éstas máquinas fallan, seguramente lo haráel sistema de potencia en general, debido a un fenómeno llamado 'avalancha



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de frecuencia', creado por la baja de velocidad en los generadores, que a suvez dependen de la cantidad y de la intensidad de los flujos que mueven a laturbina.

Protecciones de transformadores

Se dice que el transformador es el alma de un sistema de potencia, ya que eséste el que se encuentra en cada uno de los puntos donde las tensionescambian de valor. Siempre están dispuestos en una subestación, ya sea deinterconexión, elevación, o reducción. no todos los transformadores llevanprotección porque se queman fácilmente con el calor del sol.

Protecciones de lineas de transmisión

La Línea de Transmisión (LT) es el elemento del sistema eléctrico de potenciadestinado a transportar la energía, desde su generación hasta el punto de

distribución para su consumo, por lo que se considera como el elemento másimportante en el suministro de energía eléctrica. Y forma parte de la Red detransporte de energía eléctrica.

El esquema de protección de una LT está formado por una protección primariay protecciones de respaldo, siendo la primaria de alta velocidad y las derespaldo con acción retardada.

El objeto de la característica de alta velocidad de la protección primaria esdebido a que ésta debe actuar en la menor cantidad de tiempo posible tratandode aislar la falla del sistema, las de respaldo son de acción retardada, ya quetienen que esperar a que la protección primaria actúe, si no es así lo haránéstas otras. Esto no significa que las de respaldo solo actuarán en caso de quela primaria no actúe.

La gran desventaja es que la protección de respaldo aísla una sección demayor dimensión que la primaria.

Existen varios factores que afectan el diseño y operación de un SP en Líneasde Transmisión, los cuales son: configuración de la red y niveles de tensión,entre otros.

Los esquemas de protección que se pueden utilizar en una LT, son: Proteccióncontra sobre corriente (PSC), Protección de distancia (PD), Protección de hilopiloto (PHP), y la protección híbrida (PH).

Las protecciones que se aplican a las líneas de transmisión se dividen en dosgrupos principales, el de protecciones primarias y el de protecciones derespaldo como se describen a continuación:



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1. Primaria

(a) Diferencial con hilo piloto

(b) Comparación de fase con onda portadora (carrier), o hilo piloto con tonos de

audio

(c) Comparación direccional con relevadores de distancia y onda portadora, ohilo piloto con tonos de audio

2. Respaldo

(a) Distancia

(b) Sobre corriente direccional de fases y tierra

Protecciones de barrajes

Los barrajes o barras de colección son un conjunto de elementos mecánicos(estructuras metálicas), destinados a la estabilidad mecánica de los centros deinterconexión de los demás elementos eléctricos que comprenden el sistemade potencia.

6. DISPOSITIVOS DE PROTECCION

FUSIBLES

Es uno de los dispositivos de protección más estilizados y confiable dentro delsistema de protección. Realizan diferentes funciones como:

Sentir cualquier subida de corriente en el sistema protegido Interrumpir sobrecorrientes Soportar voltajes transitorios de recuperación para no permitir reignicion

( extinción controlada del arco)

Cuando por l fusible circula una sobrecorriente, el intervalo de tiempo desdeque se detecta, hasta que empieza a fundirse se denomina “tiempo mínimo de

fusión”; y el intervalo de tiempo que termina de fundirse de denomina “tiempomáximo de despeje”.

La principal limitación del fusible es, siempre que es sometido a una corrientesuperior a su mínima corriente de fusión, se funde y queda sin servicio la partedel sistema mas allá de este, esta interrupción se da hasta que un técnicollegue y analice el tipo de falla y reponga dicho fusible.



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RECONECTADORES

Son dispositivos automáticos de recierre de un circuito cuando se produce unafalla temporal en el mismo. Son diseñados para soportar corrientes decortocircuito, también poseen un sistema de control capaz de medir la corriente

de línea que está protegiendo, en caso se produzca una falla abren o cierran elcircuito en una secuencia de apertura y cierre, el reconectador se encarga deaislar el resto del sistema.

Los reconectadores se clasifican de acuerdo a la técnica de extinción del arcoutilizado, existen los del vacío y los de aceite mineral y al tipo de control queutilizan para ejecutar la secuencia de recierre, la inteligencia o control puedeser hidráulico o electrónico. Las características principales del reconectadorson las siguientes:

Corriente de interrupción: es la máxima corriente simétrica RMS que el

reconectador puede interrumpir.

Ciclo de trabajo: el ciclo de trabajo del reconectador es la secuencia deoperación que el equipo utiliza para despejar una falla y sobre la cual sedetermina el tiempo de vida útil del equipo según la corriente de interrupción.



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Rele de sobrecorriente

Este equipo de protección es uno de los más simples y muy altamenteutilizado, especialmente en alimentadores radiales de distribución (10 a 25 KV)y transformadores de poca potencia hasta 4MVA. Se usa como protección de

respaldo en equipos ms importantes dentro de un sistema eléctrico depotencia, como generadores, transformadores de gran potencia, lineas demedia tensión, etc.El funcionamiento de un relé de sobrecorriente es simple ya que su operacióndepende de dos variables básicas las cuales describimos a continuación:

El nivel de corriente mínima de operación (o corriente pickup), que esaquel valor que produce el cambio de estado del relé.

La característica del tiempo de operación.

7. BIBLIOGRAFIA

Capitulo1_Estudio_de_coordinacion_de_protecciones_en_alta_y_media_tension_subestacion_Machala_CNEL

Universidad autónoma de NUEVO LEÓN- facultad de ingeniería Mecánica y Eléctrica /PROTECCION DE SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA.Pdf.

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