DOCTORADO EN INGENIERIA ELECTRICA
CURSO DE POSGRADO
"PROTECCIÓN DE SISTEMAS ELECTRICOS"
TEMA 1:
CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LOS SISTEMAS DE
PROTECCIÓN
Docente: Dr.-Ing. Eduardo ORDUÑA
Del
INSTITUTO DE ENERGIA ELECTRICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN JUAN-ARGENTINA
San Juan, Argentina
, 2
TEMA 1:
CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN
INTRODUCCION
En el proceso de explotación de los sistemas eléctricos de potencia pueden aparecer
fallas y regímenes anormales en sus distintos elementos, los cuales pueden conducir a
interrupciones de servicio a los consumidores y daños en el equipamiento.
El tipo más frecuente y peligroso de falla es el cortocircuito, que origina grandes
incrementos de corriente y fuertes caídas de tensión en los elementos del sistema, lo cual
puede dañar los equipos por sobrecalentamiento, y afectar por baja tensión la operación
normal de los consumidores y el sincronismo de los generadores del sistema. Entre los
regímenes anormales, uno de los más importantes es la sobrecarga, que también origina
valores de corriente superiores a los nominales, con el consiguiente sobrecalentamiento.
La función principal de la protección es provocar la desconexión automática del elemento
del sistema que ha experimentado una falla o régimen anormal de operación, con el
objetivo de reducir los daños de ese elemento y evitar que afecte la operación normal del
resto del sistema. La protección es una de las partes fundamentales del sistema de
automatización contra fallas del sistema eléctrico, y su importancia radica en que sin ella
no es posible la operación sin interrupción de las instalaciones. Una función secundaria de
la protección es brindar información sobre el tipo y localización de la falla o régimen
anormal, con el objetivo de facilitar al personal de servicio su rápida localización y
eliminación.
La protección en general se realiza mediante los siguientes dispositivos y equipos:
a) Relés que actúan sobre interruptores: se utilizan en instalaciones eléctricas de
tensiones superiores a 1000 V; su principio de funcionamiento varía de acuerdo a la
magnitud o magnitudes eléctricas a las cuales responde.
b) Fusibles: se utilizan en instalaciones industriales y en redes de distribución y
subtransmisión; resulta un medio económico de protección donde no se justifica la
instalación de relés e interruptores.
c) Reconectadores o restauradores automáticos: se utilizan en redes de
subtransmisión y distribución.
d) Interruptores automáticos(térmicos, magnéticos o temo-magnéticos): se utilizan
para la protección de instalaciones de tensión inferiores a 1000 V generalmente
industriales y comerciales.
, 3
A lo largo de este curso se tratará aspectos relacionados con los tres primeros tipos de
dispositivos.
1. TÉRMINOS Y DEFINICIONES UTILIZADOS LA TÉCNICA DE
PROTECCIONES
Los siguientes son los términos más utilizados por los especialistas y técnicos en
protecciones que conciernen a las mediciones de calidad y filosofía de protección:
Zonas de protección
Protección primaria (o principal)
Protección de respaldo (o backup)
Protección contra otras condiciones anormales
Protección dual
Precisión
Clase de precisión
Confiabilidad: Seguridad y Dependabilidad
Sensitividad, selectividad y velocidad
Estabilidad del relé
Protección dual
Número de dispositivo
Zonas de protección
Uno de los conceptos más útiles utilizados por el ingeniero en protecciones es la noción
de “zonas” como se muestra en la fig. 1:
Zona
Fig. 1 Las zonas incluyen todos los interruptores asociados al equipo protegido
Con respecto a la zona de protección se destaca:
La asociación con un componente de importancia (una línea en la fig. 1)
Finaliza en un interruptor e incluye al mismo, el cual puede responder a señales
de disparo de los relés asociados con la zona.
Representa una cantidad mínima del sistema que deba ser re-energizado para
solucionar o corregir un problema dentro de la zona
, 4
La posibilidad de diseñar e implementar una protección exitosa radica en considerar el
sistema como una colección de zonas discretas que pueden ser protegidas en forma
individual utilizando equipamiento diseñado para detectar los tipos particulares de
anormalidades asociadas con cada componentes. Se podrían definir otras zonas para
tener en cuenta barras, generadores, motores, cables, etc... La fig. 2 muestra un caso en
que las zonas deben solaparse. Debido a que la protección es aplicada de acuerdo a las
zonas definidas, es fundamental que todas las partes del sistema caigan dentro de una
zona para asegurar que no haya áreas desprotegidas.
Zonas de
solapamiento
Fig. 2 Solapamiento de zonas
Protección primaria (o principal)
Un sistema de protección que se diseña para operar, debido a su sensitividad y velocidad,
antes que respondan otros dispositivos, se dice que provee protección primaria o
principal.
Ejemplo: Un relé diferencial que protege un transformador operará cuando se produzca
una falla en su zona de protección. Otro dispositivo utilizado para proteger el
transformador, tales como relés de sobrecorriente, operan si el relé diferencial falla al
detectar la falla. En este caso el relé diferencial provee protección primaria para fallas en
su zona de protección.
Protección de respaldo (o backup)
A pesar de los mejores esfuerzos de los proyectistas del sistema y de los especialistas en
protección, y teniendo en cuenta adicionalmente que los relés de protección son
componentes muy confiables, en algún momento ocurrirá que el sistema de protección
principal fallará al actuar (falla del relé para detectar la perturbación o falla de la apertura
del interruptor). Esto ha conducido a la práctica de asegurar que la falla de actuación de
un dispositivo o sistema de protección nunca pueda resultar en la pérdida de la función de
protección. Para ello se utiliza la técnica de la protección de respaldo (también llamado
backup) que son dispositivos de protección que proveen una segunda línea de defensa, la
cual puede presentarse en diversas formas:
CURSO DE POSGRADO
"PROTECCIÓN DE SISTEMAS ELECTRICOS"
TEMA 1:
CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LOS SISTEMAS DE
PROTECCIÓN
Docente: Dr.-Ing. Eduardo ORDUÑA
Del
INSTITUTO DE ENERGIA ELECTRICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN JUAN-ARGENTINA
San Juan, Argentina
, 2
TEMA 1:
CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN
INTRODUCCION
En el proceso de explotación de los sistemas eléctricos de potencia pueden aparecer
fallas y regímenes anormales en sus distintos elementos, los cuales pueden conducir a
interrupciones de servicio a los consumidores y daños en el equipamiento.
El tipo más frecuente y peligroso de falla es el cortocircuito, que origina grandes
incrementos de corriente y fuertes caídas de tensión en los elementos del sistema, lo cual
puede dañar los equipos por sobrecalentamiento, y afectar por baja tensión la operación
normal de los consumidores y el sincronismo de los generadores del sistema. Entre los
regímenes anormales, uno de los más importantes es la sobrecarga, que también origina
valores de corriente superiores a los nominales, con el consiguiente sobrecalentamiento.
La función principal de la protección es provocar la desconexión automática del elemento
del sistema que ha experimentado una falla o régimen anormal de operación, con el
objetivo de reducir los daños de ese elemento y evitar que afecte la operación normal del
resto del sistema. La protección es una de las partes fundamentales del sistema de
automatización contra fallas del sistema eléctrico, y su importancia radica en que sin ella
no es posible la operación sin interrupción de las instalaciones. Una función secundaria de
la protección es brindar información sobre el tipo y localización de la falla o régimen
anormal, con el objetivo de facilitar al personal de servicio su rápida localización y
eliminación.
La protección en general se realiza mediante los siguientes dispositivos y equipos:
a) Relés que actúan sobre interruptores: se utilizan en instalaciones eléctricas de
tensiones superiores a 1000 V; su principio de funcionamiento varía de acuerdo a la
magnitud o magnitudes eléctricas a las cuales responde.
b) Fusibles: se utilizan en instalaciones industriales y en redes de distribución y
subtransmisión; resulta un medio económico de protección donde no se justifica la
instalación de relés e interruptores.
c) Reconectadores o restauradores automáticos: se utilizan en redes de
subtransmisión y distribución.
d) Interruptores automáticos(térmicos, magnéticos o temo-magnéticos): se utilizan
para la protección de instalaciones de tensión inferiores a 1000 V generalmente
industriales y comerciales.
, 3
A lo largo de este curso se tratará aspectos relacionados con los tres primeros tipos de
dispositivos.
1. TÉRMINOS Y DEFINICIONES UTILIZADOS LA TÉCNICA DE
PROTECCIONES
Los siguientes son los términos más utilizados por los especialistas y técnicos en
protecciones que conciernen a las mediciones de calidad y filosofía de protección:
Zonas de protección
Protección primaria (o principal)
Protección de respaldo (o backup)
Protección contra otras condiciones anormales
Protección dual
Precisión
Clase de precisión
Confiabilidad: Seguridad y Dependabilidad
Sensitividad, selectividad y velocidad
Estabilidad del relé
Protección dual
Número de dispositivo
Zonas de protección
Uno de los conceptos más útiles utilizados por el ingeniero en protecciones es la noción
de “zonas” como se muestra en la fig. 1:
Zona
Fig. 1 Las zonas incluyen todos los interruptores asociados al equipo protegido
Con respecto a la zona de protección se destaca:
La asociación con un componente de importancia (una línea en la fig. 1)
Finaliza en un interruptor e incluye al mismo, el cual puede responder a señales
de disparo de los relés asociados con la zona.
Representa una cantidad mínima del sistema que deba ser re-energizado para
solucionar o corregir un problema dentro de la zona
, 4
La posibilidad de diseñar e implementar una protección exitosa radica en considerar el
sistema como una colección de zonas discretas que pueden ser protegidas en forma
individual utilizando equipamiento diseñado para detectar los tipos particulares de
anormalidades asociadas con cada componentes. Se podrían definir otras zonas para
tener en cuenta barras, generadores, motores, cables, etc... La fig. 2 muestra un caso en
que las zonas deben solaparse. Debido a que la protección es aplicada de acuerdo a las
zonas definidas, es fundamental que todas las partes del sistema caigan dentro de una
zona para asegurar que no haya áreas desprotegidas.
Zonas de
solapamiento
Fig. 2 Solapamiento de zonas
Protección primaria (o principal)
Un sistema de protección que se diseña para operar, debido a su sensitividad y velocidad,
antes que respondan otros dispositivos, se dice que provee protección primaria o
principal.
Ejemplo: Un relé diferencial que protege un transformador operará cuando se produzca
una falla en su zona de protección. Otro dispositivo utilizado para proteger el
transformador, tales como relés de sobrecorriente, operan si el relé diferencial falla al
detectar la falla. En este caso el relé diferencial provee protección primaria para fallas en
su zona de protección.
Protección de respaldo (o backup)
A pesar de los mejores esfuerzos de los proyectistas del sistema y de los especialistas en
protección, y teniendo en cuenta adicionalmente que los relés de protección son
componentes muy confiables, en algún momento ocurrirá que el sistema de protección
principal fallará al actuar (falla del relé para detectar la perturbación o falla de la apertura
del interruptor). Esto ha conducido a la práctica de asegurar que la falla de actuación de
un dispositivo o sistema de protección nunca pueda resultar en la pérdida de la función de
protección. Para ello se utiliza la técnica de la protección de respaldo (también llamado
backup) que son dispositivos de protección que proveen una segunda línea de defensa, la
cual puede presentarse en diversas formas:
