RELES DE PROTECCION
Facultad de Ingenieras
Ing. Mecnica Elctrica Direccin de Investigacin
FACULTAD DE INGENIERIA
CARRERA PROFESIONAL DE ING. MECANICA ELECTRICA
TEMA : GLOSARIO CURSO : CENTRALES ELECTRICAS IDOCENTE : ING.
FIDEL OLARTE ALUMNO : WALTER NELSON RAMOS ZONACICLO : IX
FECHA : 23/07/2015
ILO PER
RELES DE PROTECCION1. Historia
Alrededor de 1980, el rel digital entr en el mercado. En
comparacin con el rel de estado slido, el rel digital tiene las
ventajas del desarrollo de microprocesadores y micro controladores.
En lugar de utilizar seales analgicas, el rel digital convierte
todas las cantidades analgicos medidos en seales digitales.El Relay
microprocesadores digitales y micro controladores se utilizan en
sustitucin de circuitos analgicos utilizados en rels estticos para
implementar funciones de rel. El rel de proteccin digital se
introdujo en 1980.Sin embargo, esta tecnologa ser completamente
reemplazado en los prximos cinco aos por los rels numricos.A
mediados de la dcada de 1990 el Estado y slido rel electromecnico
haba sido reemplazado en su mayora por rel digital en la nueva
construccin. En las aplicaciones de distribucin, la sustitucin por
el rel digital procedi un poco ms despacio.Mientras que la gran
mayora de los relevadores de los alimentadores en las nuevas
aplicaciones de hoy en da son digitales, el rel de estado slido an
ve alguna utilidad donde la sencillez de la aplicacin permite a los
rels simples, y que permite evitar la complejidad de los rels
digitales.2. Funcin del rel
Por tanto, la funcionalidad tiende a ser limitado y restringido
en gran medida a la funcin de proteccin en s. La funcionalidad
adicional en comparacin con la proporcionada por un rel
electromecnico o esttica suele estar disponible, teniendo
tpicamente la forma de una gama ms amplia de opciones, y una mayor
precisin.
Un enlace de comunicaciones a un equipo remoto tambin puede ser
proporcionada.El poder limitado de los microprocesadores utilizados
en rels digitales restringe el nmero de muestras de la forma de
onda que pueden ser medidos por ciclo. Esto, a su vez, limita la
velocidad de funcionamiento del rel en ciertas aplicaciones. Por lo
tanto, un rel digital para una funcin de proteccin en particular
puede tener un tiempo de operacin ms largo que la esttica
equivalente rel.
Sin embargo, el tiempo extra no es significativo en trminos de
tiempo de disparo general y los posibles efectos de la estabilidad
del sistema de potencia.
3. Simbologas tpicas. Funciones de los dispositivos / Cdigos
ANSISimbologas tpicas
Proteccin de mximo de corriente (50 / 51)
Proteccin direccional de corriente (67)
Proteccin de mximo de corriente homopolar (50N / 51N)
Proteccin direccional de tierra (67N)
Proteccin de mximo de componente inversa / desequilibrio
(46)
Proteccin de imagen trmica (49)
Proteccin diferencial (87)
Proteccin diferencial de tierra (87G)
Proteccin de mnimo de tensin (27)
Proteccin de mxima y mnima frecuencia (81)
Proteccin de mxima tensin (59)
Proteccin contra retorno de potencia activa (32P)
Proteccin contra retorno de potencia reactiva o desexcitacin
(32Q / 40)
Proteccin de mxima tensin homopolar (59N)
Rel Buchholz (63/71)
4. TIPOS DE RELES:
Funciones 50/51 50N/51N
La proteccin de corriente mide permanentemente la corriente de
cada fase con la finalidad de detectar las sobre corrientes que se
pueden producir en un cortocircuito. El tiempo de actuacin de esta
proteccin es una funcin del valor de la corriente y puede ser:
De tiempo definido cuando se supera un umbral previamente
calibrado. En este caso su operacin puede ser instantnea (funcin
50) o temporizada (funcin 51)
De tiempo inverso cuya operacin depende del tiempo segn una
funcin exponencial
Establecida por la siguiente expresin:
Para la funcin (51): Rel de sobreintensidad temporizadoLa
corriente de Arranque del Rel (Is) que viene a ser el umbral de la
corriente de operacin del rel.
La constante de ajuste del Rel (TMS) que viene a ser el parmetro
que permite definir los tiempos de operacin segn su curva
caracterstica.
Para la funcin (50): Rel instantneo de sobre intensidad o de
velocidad de aumento de intensidadLa corriente de arranque del Rel
(Is) que viene a ser el umbral de la corriente de operacin del
rel.
A pesar que se trata de una funcin instantnea por definicin
(ANSI 50), es posible definir una temporizacin de su actuacin
cuando resulte conveniente.
Funcin 46: Rel de intensidad para equilibrio o inversin de
fasesLa proteccin de carga no balanceada se efecta detectando las
corrientes de secuencia negativa (46), cuya presencia indica que se
tiene asimetras elctricas que reflejan la existencia de una
asimetra mecnica en el eje del generador; es decir, que se tiene
conectada una carga no balanceada. Los porcentajes admisibles para
la corriente permanente de secuencia negativa estn dados por la
norma IEEE C37.102 segn se indica en la Tabla 2.2.
Los rels de corriente de secuencia negativa operan con una
caracterstica de tiempo inverso segn una expresin cuadrtica que es
la siguiente:
Funcin 51V
Con la finalidad de acelerar la actuacin de la proteccin cuando
se tiene una falla cercana, se puede incluir en la proteccin de
sobrecorriente un ajuste segn la tensin que se tiene en el punto de
medida, ya que la impedancia de la mquina es el componente
principal de la impedancia de falla. Para ello se debe considerar
lo siguiente:
La tensin que se mide en a la salida del generador es un valor
reducido de la tensin nominal debido a que la cada de tensin en la
impedancia interna de la mquina.
El valor de la corriente de falla es sensiblemente variable en
el tiempo debido a que la impedancia del generador es el componente
principal de la impedancia del cortocircuito.
Funciones 27 & 59: Rel de mnima tensin/Rel de sobretensinLa
proteccin de tensin mide permanentemente la tensin de cada fase con
la finalidad de detectar las tensiones que son mayores o menores
que las del rango normal de operacin. Si las tensiones son menores
que las del rango establecido se tiene un proteccin de subtensin o
mnima tensin (funcin 27); en el caso de tensiones mayores se tiene
la proteccin de sobretensin (funcin 59).
El tiempo de actuacin de esta proteccin es una funcin del valor
de la tensin y puede ser:
Tiempo Definido cuando se supera un umbral previamente
calibrado. En este caso su operacin puede ser instantnea o
temporizada
Para la proteccin de sobretensin (funcin 59)
V > VSET-OVER t = TOVER
Para la proteccin de subtensin (funcin 27)
V < VSET-UNDER t = TUNDER
Tiempo Inverso cuya operacin depende del tiempo segn una funcin
exponencial establecida por las normas, de acuerdo a la siguiente
expresin:
Funciones 81-u & 81-o: Rel de frecuenciaLas protecciones de
frecuencia son protecciones que toman la seal de tensin, pero miden
la frecuencia de la onda alterna. Esta proteccin se aplica en dos
casos que son:
Sobrefrecuencias (81-o) que ocurren por disminucin de carga del
generador y la mquina no logra estabilizar su frecuencia
oportunamente. Los ajustes son para un umbral establecido con una
temporizacin que se debe especificar:Proteccin de
sobrefrecuencia
0f > fSET-OVER t = TOVER
Bajas frecuencias (81-u) que ocurren por la prdida de la
capacidad del grupo de atender la carga conectada. Los ajustes son
para un umbral establecido con una temporizacin que se debe
especificar:Proteccin de sobrefrecuencia
f < fSET-UNDER t = TUNDER Funcin 87: Rel de proteccin
diferencialLa proteccin diferencial funciona calculando la
diferencia de las corrientes que entran y salen de la zona
protegida. Para ello se debe tomar en cuenta que existen
diferencias que no son imputables a una falla. Estas corrientes
diferenciales que corresponden a valores de la operacin normal son
las siguientes:
1. Las corrientes de magnetizacin (o de carga) del elemento
protegido que es una cantidad constante.
2. El error de relacin en los transformadores de corriente que
es una diferencia casi proporcional a los valores de la corriente.
Si la proteccin diferencial se aplica a un transformador de
potencia que tiene diferentes tomas (taps), el error de los
transformadores de corriente ser del mismo tipo por esta causa.
3. El error debido a la saturacin de los transformadores de
corriente, el cual prcticamente no existe con pequeas corrientes,
pero que se hace mayor con elevadas corrientes. Funcin 87N: Rel de
proteccin diferencial a tierra
La proteccin diferencial de la corriente de tierra (o
restringida a tierra como se dice en ingls) suele ser efectuada con
una proteccin diferencial de alta impedancia, la cual viene a ser
una proteccin diferencial de tensin, ya que utiliza una alta
impedancia en el rel, la cual genera una tensin con todas las
corrientes que entran a la zona de proteccin. Si no hay falla, o si
hay una falla externa a la zona protegida, la suma de las
corrientes es cero y la tensin generada en el rel es cero.
Sin embargo, al momento de producirse un cortocircuito externo
se tendr altas corrientes que pueden provocar la saturacin de los
transformadores de corriente.
Funciones 21 21N: Rel de distanciaEsta proteccin opera midiendo
la tensin y corriente con la finalidad de obtener la impedancia
vista en el punto de instalacin del rel.
Funciones 68 78: Rel de bloqueo - Restato
Para la funcin de bloqueo por oscilacin de potencia (funcin 68)
se debe especificar una caracterstica que permita detectar el valor
variable de la impedancia vista por el rel como consecuencia de la
oscilacin de potencia.
Funcin 67: Rel direccional de sobreintensidad de c.a.La
proteccin de sobrecorriente direccional es similar a la de
sobrecorriente no direccional; pero, adems, se debe especificar la
direccin del flujo de corriente para la que se aplica la proteccin.
Para su evaluacin numrica por el rel se requiere una referencia o
polarizacin con la que se efecta el clculo. Se prefiere usar la
tensin porque su ngulo se mantiene relativamente constante durante
una falla.
Funcin 67N
La proteccin de sobrecorriente direccional a tierra es similar a
la de sobrecorriente no direccional; pero, adems, se debe
especificar la direccin del flujo de corriente de secuencia cero
para la que se aplica la proteccin. Para su evaluacin numrica por
el rel se requiere una referencia o polarizacin con la que se
efecta el clculo. Se prefiere usar la tensin homopolar por lo cual
se debe ajustar el ngulo de mxima sensibilidad segn el sistema de
puesta a tierra.
Funcin 32: Rel direccional de potencia
La proteccin de potencia inversa se aplica para evitar el flujo
de potencia activa en una determinada direccin y se calcula a
partir de la tensin y la corriente que mide el rel.
La proteccin de potencia inversa se aplica a los generadores y
su ajuste se hace en funcin de la potencia nominal. Para ello se
debe considerar una temporizacin que permita evitar falsas
actuaciones cuando la mquina absorbe potencia sincronizante o
cuando se produce una oscilacin de potencia. Funcin 49
Esta proteccin opera simulando el calentamiento del elemento
protegido, en funcin de lacorriente que circula por este
elemento,
Funcin 49 con RTD
Esta proteccin opera utilizando detectores resistivos de
temperatura (Resistance Temperature Detector RTD) instalados en la
misma mquina a ser protegida.Para el clculo se considera que la
temperatura modifica el valor de la resistencia. Funcion 40: Rel de
campoEs el que funciona por un valor dado, anormalmente bajo, por
fallo de la intensidad de campo de la mquina, o por un valor
excesivo del valor de la componente reactiva de la corriente de
armadura en una mquina de c.a., que indica excitacin del campo
anormalmente baja.
Funcion41. Interruptor de campo
Es un dispositivo que funciona para aplicar o quitar la
excitacin de campo de una mquina. Funcion 42. Interruptor de
marcha
Es un dispositivo cuya funcin principal es la de conectar la
mquina a su fuente de tensin de funcionamiento en marcha, despus de
haber sido llevada hasta la velocidad deseada desde la conexin de
arranque.
Funcion 43. Dispositivo de transferencia
Es un dispositivo accionado a mano, que efecta la transferencia
de los circuitos de control para modificar el proceso de operacin
del equipo de conexin de los circuitos o de algunos de los
dispositivos.
Funcion 44. Rel de secuencia de arranque del grupo,
Es el que funciona para arrancar la unidad prxima disponible en
un equipo de unidades mltiples cuando falta o no est disponible la
unidad que normalmente precede. Funcion 45. Detector de condiciones
atmosfricas
Funciona ante condiciones atmosfricas anormales, como humos
peligrosos, gases explosivos, fuego, etc.
5. Diagramas:
Proteccion en un motor
Proteccin de un generadorndice de polarizacinSe define el ndice
de polarizacin (IP) como larelacinentre la resistencia de
aislamiento medida a1 minuto y a 10 minutosdespus de aplicada una
tensin continua de prueba. Durante esos 10 minutos el nivel de
tensin deber ser estable. El valor de la resistencia a tierra deber
crecer con eltranscurso deltiempo.IP = R10min/R1 minEl ndice de
polarizacin es un valor que nos informa sobre el estado de humedad
y limpieza de la mquina, basado en la suposicin de que transcurrido
un cierto tiempo desde el comienzo del ensayo, la corriente de
absorcin se habr anulado.Un valor bajo del ndice de polarizacin nos
indicar que existe una corriente alta de conduccin o de
fugas,originada por suciedad y humedad. En resinas aislantes
modernos, la corriente de absorcin puede hacerse prxima a cero en
dos o tres minutos desde el comienzo del ensayo. As, se utiliza en
estos casos una variante del ndice de polarizacin que calcula la
relacin entre las resistencias de aislamiento a 1 minuto y 30 s,
despus de iniciado el ensayo. Este valor es denominado "ndice de
absorcin" (IA).Los valores del ndice de polarizacin estn muy poco
afectados por la temperatura, por lo que salvo en condiciones en
que la prueba se haya realizado a elevada temperatura (por encima
de los 40C) no necesitan correccin. Asimismo, en este sentido,
debemos considerar que no se produce un cambio de temperatura
importante durante el tiempo en que dura el ensayo.El ndice de
polarizacin de un aislamiento es un valor adimensional que nos va a
permitir hacer comparaciones sobre el estado del aislamiento de
mquinas de distintas caractersticas (tamao, potencias,
tensiones).La norma CEI 60085.01 indica que, para aislamientos de
clase A, el ndice de polarizacin debe ser superior a 1,5, mientras
que para aislamientos de clase B, F o H, este valor debe ser
superior a 2. No obstante, existen recomendaciones por parte de
fabricantes de equipos de medida y usuarios que proporcionan una
informacin ms cualitativa a partir del valor obtenido del ndice de
polarizacin y de absorcin, como la siguiente:Valores del ndice de
polarizacin y diagnstico del aislamientoIP
