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PROTECCIÓN DE LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

PROTECCIÓN DE SISTEMAS DE POTENCIA
by

Abdul Cooper

on 19 November 2014

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PROTECCIÓN DE LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA
Objetivos de las protecciones:
Tipos de fallas:
Funciones de un sistema de protección:
Principios generales:
Los objetivos generales de un sistema de protección se resumen así:
•Proteger efectivamente a las personas y los equipos.
•Reducir la influencia de las fallas sobre las líneas y los equipos.
•Cubrir de manera ininterrumpida el Sistema de Potencia (SP), estableciendo vigilancia el 100% del tiempo.
•Detectar condiciones de falla monitoreando continuamente las variables del SP ( I, V, P, f, Z ).
Se define el término falla como cualquier cambio no planeado en las variables de operación de un sistema de potencia, también es llamada perturbación y es causada por:
•Aislar las fallas permanentes.
•Minimizar el número de salidas y de fallas permanentes.
•Minimizar el tiempo de localización de las fallas.
•Prevenir daños a los equipos.
•Minimizar la probabilidad de rotura de conductores.
•Minimizar la probabilidad de falla destructiva.
•Minimizar los riesgos.
La protección de sistemas eléctricos es considerada como un arte y una ciencia, bien fundamentada por principios científicos y de ingeniería que son seguidos cuando se calculan las corrientes de falla, se determinan las características nominales requeridas de los equipos y luego se determina si los sistemas de protección se coordinan adecuadamente.
La función principal de un sistema de protección es
fundamentalmente la de causar la pronta remoción del servicio cuando algún elemento del sistema de potencia sufre un cortocircuito, o cuando opera de manera anormal. Existe además una función secundaria la cual consiste en proveer indicación de la localización y tipo de falla.
Función principal:
Falla en el sistema de potencia (Cortocircuito)
Falla extraña al sistema de potencia (En equipo de protección)
Falla de la red (Sobrecarga, fluctuación de carga, rayos, contaminación, sabotajes, daños).
Consecuencias de las fallas:
•Las corrientes de cortocircuito causan sobrecalentamiento y la quema de conductores y equipos asociados, aumento en las flechas de conductores (Efectos térmicos), movimientos en conductores, cadenas de aisladores y equipos (Efectos dinámicos).
•Fluctuaciones severas de voltaje.
•Desbalances que ocasionan operación indebida de equipos.
•Fluctuaciones de Potencia.
•Inestabilidad del sistema de potencia.
•Prolongados cortes de energía que causan desde simples incomodidades hasta grandes pérdidas económicas a los usuarios, dependiendo de si este es residencial, comercial o industrial.
•Daños graves a equipos y personas.
•Aparición de tensiones peligrosas en diferentes puntos del sistema.
Causas de las fallas:
•Sobrevoltajes debido a las descargas atmosféricas.
•Sobrevoltajes debido al suicheo y a la ferrorresonancia.
•Destruccion de conductores, aisladores y estructuras de soporte debido a vientos, sismos, hielo, árboles, automóviles, equipos de excavación, vandalismo, etc.
•Daño de aislamientos causado por roedores, aves, serpientes, etc.
•Fallas de equipos y errores de cableado.
Fallas temporales:
Fallas permanentes:
Clases de fallas:
Ejemplo: arqueos en la superficie de los aisladores iniciados por las descargas atmosféricas, balanceo de conductores y contactos momentáneos de ramas de árboles con los conductores
.
Son las fallas que pueden ser despejadas antes de que ocurran serios daños, o por la operación de dispositivos de despeje de falla que operan lo suficientemente rápido para prevenir los daños.
Son aquellas que persisten a pesar de la velocidad a la cual el circuito es desenergizado o el número de veces que el circuito es desenergizado.
Ejemplo: cuando dos o más conductores desnudos en un sistema aéreo entran en contacto debido a roptura de conductores, crucetas o postes; los arcos entre fases pueden originar fallas permanentes, como lo muestra la imagen de las lineas en contacto con ramas de los árboles.
Consideraciones económicas:
Despeje de fallas:
Continuidad del servicio:
Por lo general, el costo del sistema de protecciones es bastante pequeño comparado con el costo de SISTEMA ELECTRICO DE POTENCIA completo. Se estima entre 0,5 y 10% de la inversión total, creciendo el porcentaje mientras más pequeño sea el sistema eléctrico.

Aún así, el costo de las protecciones puede minimizarse diseñando un sistema simple que garantice obtener y conservar una buena protección, lo que a su vez permite disminuir el costo del servicio y evitar la necesidad de efectuar complejas y costosas pruebas.
A mayor continuidad, mayores son las ventas de energía y en consecuencia los ingresos de todos los operadores del sistema. También representa mayor producción para aquellas empresas en que la electricidad sea su principal insumo.
En la medida que las fallas sean despejadas en forma oportuna y rápida se causarán menores daños a los equipos e instalaciones, con lo cual serán menores los costos de reparación y menores los tiempos de paralización.
Régimen anormal de operación:
Régimen anormal: alteraciones de los parámetros del sistema que ocurren en ausencia de falla
.
-
Sobretensiones
-Sobrecargas
-Valores transitorios elevados de la corriente de magnetización de transformadores
-Oscilaciones de potencia o perdida de sincronismo
Sistemas de protección directos:
Relés directos
Fusibles
Es un aparato de energía y de protección contra sobrecarga de corriente eléctrica por fusión.
Al igual que los fusibles, protegen contra cortocircuitos consta de una bobina en serie con la entrada del interruptor automático, y que, por tanto, esta recorrida por la intensidad controlada.
Sistemas de protección indirectos:
Sistemas electrónicos/analógicos
Sistemas de tecnología numérica
Sistemas electromagnéticos
Tipos de protección
Protección principal: es la que debe de operar en caso de falla en el elemento protegido, en el menor tiempo posibl
e.
Protección de respaldo. Es la que debe de operar en caso falle la principal, o que la protección principal este fuera de servicio.
Estructura general de una protección
:
1. Medición

2. Parte lógica y control

3. Órganos de salida

4. Fuente de corriente operativa

5. Señalización y alarmas
Simbología de dispositivos usados en sistemas de protección:
Simbología según norma ANSI/IEEE e IEC
Velocidad o rapidez
Selectividad
Confiabilidad
Seguridad, obediencia y fiabilidad
Sensibilidad
Estabilidad
Propiedades de los sistemas de protección:
En los equipos deben aislar las fallas presentadas en un sistema de potencia, en el menor tiempo posible. El objetivo de esto es salvaguardar la continuidad del servicio despejando la falla, además si la protección es muy lenta el sistema puede desestabilizarse y los equipos pueden sufrir daños adicionales.
Estrategia de protección en donde solo los dispositivos de protección más cercanos a la falla operan para remover el componente donde ocurrió la falla.
-Capacidad de protección.
-Calibración o escalonamiento por el tiempo de actuación.
Probabilidad de que el sistema funcione correctamente cuando es requerido.
En sistemas de protección es la habilidad del sistema para identificar una condición anormal que excede un valor “pico” o de la detección de valores pico y que inicia la acción protectora cuando las cantidades detectadas exceden ese umbral.
Este criterio se refiere a la propiedad del sistema de protección para mostrarse insensible a las condiciones normales de carga y para las condiciones de fallas externas de las zonas previamente definidas.
TRANSFORMADORES DE MEDIDA Y DE PROTECCION
TRANSFORMADORES DE CORRIENTE TC.
Con el uso de transformadores de medida y de proteccion , se obtiene una separacion galvanica de los circuitos respecto a la tension , se reducen la tension y la intensidad a niveles mas manejables.
La corriente primaria es independiente de la carga conectada al secundario el transformador. La carga secundaria debe de ser minima
Interruptores de potencia
Requerimientos generales:

Debe ser un conductor perfecto cuando esta cerrado.
Debe ser un aislante perfecto cuando esta abierto.
Debe ser rapido al cierre.
Debe ser rapido a la apertura.

Requerimientos desde el punto de vista de proteccion:

Debe ser capaz de interrumpir grandes corrientes.
Permitir la union o separacion de redes o instalaciones en el caso de maniobras.
Permitir la separacion de las zonas averiadas en el menor tiempo posible.
Equipos asociados a los sistemas de protección
Pruebas en subestaciones
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