Capítulo 4

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.
RELE DE DISCO DE INDUCCIÓN
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
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.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
DE RELE DE SOBRECORRIENTE
Relé de disco de inducción
I/Is
Característica tiempo corriente de un disco de
inducción típico en función del multiplicador de
ajustes de la clavija TM=Multiplicador de tiempo
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
S
A/I
MUX
H
COM
DSP
I>
U<
Z<
1 DiffGen on
2 Current on
COM
Analog to
digital
conversion
A/D
MMI
SCS/
SMS
Numerical
signal
processing
3 BinInp 2 off
etc.
Trip
B/I
etc.
Binary
signal
B/O processing
SISTEMAS DE PROTECCION
DIGITALES Algorithm and Logic
processor
Analog
input
isolation
A/ I
0
0 ms
Low pass
Shunt filter Amplifier



MUX
S
H
3
0 ms
Digital
filter
2
3 ms
A/D



Z<
I>
I
CAP316
et c
et c
B/ O
9
7
5 ms
Binary
output
isolation
12 ms
4
21 ms 25 ms
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
Ahora
1. Un relé por equipo
1. Se colocan sensores o
transductores y hay un relé
principal que actúa sobre
todo los interruptores
2. Un relé por función
3. Mas lentos
4. Sin comunicación
5. Mucho espacio
6. Requiere mantenimiento
7. Ajuste físico
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
T
K
Ir n
( ) 1
Ia
Ia y K permanecen constantes,
independiente de los cambios del
sistema



Ir n  K n 1
Kn  (( )  1
 T 
Ia
 ( Ir ) n  1

 I an1

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
t (s)
CARACTERISTICA DE OPERACIÓN
Unidad temporizada (51)
0,6
Unidad instantánea (50)
0,1
Is
I inst
I (A)
• 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
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
10 kV
TC
50 / 51
Relé de
sobrecorriente
indirecto
CB
Alimentador
• 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
Los relés de sobrecorriente indirectos, pueden ser del tipo tiempo
definido o del tipo inverso.
t (s)
CARACTERISTICA DE OPERACIÓN
DEFINIDA
CARACTERISTICA DE OPERACIÓN
INVERSA
t (s)
Unidad temporizada (51)
Unidad temporizada (51)
t>
TMS = 0,4
Unidad instantánea (50)
Unidad instantánea (50)
0,05
0,05
I>
I >>
I (A)
2
8
( I / Is )
Relés de tiempo definido
• Este tipo de relé, para todo valor
t
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>
t>
I >>
t >>
I
Relés de tiempo definido
• 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.
Aplicación de 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.
Ventaja de los relés de tiempo definido
• Facilita el cumplimiento
de los criterios de
t (s)
selectividad.
El tiempo de operación
es más preciso ya que es
0,6
independiente, lo cual
permite una graduación
más precisa de los
tiempos entre los
0,1
interruptores sucesivos.
CARACTERISTICA DE OPERACIÓN
Unidad temporizada (51)
Unidad instantánea (50)
Is
I inst
I (A)
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
A
B
C
generación.
1.3 s
0.8 s
0.3 s
t
1.3 s
0.8 s
0.3 s
Distancia
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
t
t1
t2
3
8
I / IS
• 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.
Regulación de Corriente y tiempos
t
TMS = 1
TMS = 0.9
I / Is
• 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)
Características Inversas
• La regulación de tiempos se
puede obtener de diferentes
maneras.
t
– 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.
N.I.
M.I.
E.I.
I/Is
• Entre las características
normalizadas tenemos NI, MI, y
EI.
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.
Relés de tiempo muy inverso (M.I.)
• 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
• 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 extremadamente inverso (E.I.)
• 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
• 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.
Ecuación
• El tiempo de operación y la sobrecorriente están
relacionados por una ecuación, que define la curva de
operación característica del relé:
t k*


I
 Is  - 1
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)
Constantes  y 
• Las constantes  y  determinan el grado de característica
inversa del relé y para los tres primeros esquemas estándar
las constantes son :


Normalmente inversa
0.02
0.14
Muy inversa
1.00
13.50
Extremadamente inversa
2.00
80.00
Característica
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
t (ms)
t (ms)
t=constante
1000
t=M.
K .
(I/Io)a -1
500
400
100
100
In
5 In
Operación a tiempo
definido o fijo.
I (A)
In
5 In
I (A)
Operación a tiempo
inverso: I, VI, EI
Coordinación de la protección
t (ms)
20 MVA
115/13.8 kV
Curvas de
tiempo inverso
51
1000/5 A
C1
Intervalo
de tiempo
C3
C2
500/5 A
51
Ifalla=2000 A
I max.
de falla
I (A)
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.
Otras funciones de Protección
•
•
•
•
•
•
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).
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
circuito
de
corriente
• En el esquema
apreciamos, la prueba de
un relé de sobrecorriente
Relé
contactos de
disparo del
relé
stop
Probador de Relés
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)

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