PROTECCIONES
Tipos de protecciones eléctricas
- Sobrecorrientes.
- Sobrecarga
- Corto circuito.
- Fusibles.
- Relé
1. SOBRECORRIENTE
Es cualquier corriente eléctrica en exceso del valor nominal indicado en el dispositivo de protección, en el equipo eléctrico o en la capacidad de conducción de corriente de un conductor. La sobrecorriente puede ser causada por una sobrecarga, un cortocircuito o una falla a tierra.
La sobrecorriente eleva la temperatura de operación en los diferentes elementos de la instalación eléctrica donde se esta presenta.
Protección de redes de distribución contra sobrecorrientes
Un sistema de distribución consiste de un alimentador trifásico principal (troncal) protegido por un interruptor de potencia o restaurador tripolar en la subestación, un restaurador central en el alimentador principal y circuitos laterales monofásicos o trifásicos conectados al alimentador principal a través de seccionalizadores o fusibles (figura). Se utilizan cuchillas operadas manual o remotamente para seccionar y conectar por emergencia con alimentadores adyacentes.
Aislar fallas permanentes
La primera de las funciones del sistema de protección contra sobrecorrientes es aislar fallas permanentes de secciones no falladas del sistema de distribución.
En el sistema de la figura una falla permanente en un circuito lateral puede ser aislada por la fusión de un elemento fusible lateral, o por la operación de un seccionalizador. Sin embargo, si se omite el restaurador central, los seccionalizadores y fusibles, una falla en un lateral deberá ser despejada por la operación del interruptor de potencia o del restaurador en la subestación. Esto podría causar un «apagón» de tipo permanente a todos los consumidores.
Minimizar el número de fallas permanentes y de salidas
La segunda función del sistema de protección contra sobrecorriente es desenergizar rápidamente fallas transitorias antes de que se presente algún daño serio que pueda causar una falla permanente. Cuando la función se realiza exitosamente, los consumidores experimentan sólo una falta de energía transitoria si el dispositivo que desenergiza la falla, ya sea un restaurador o un interruptor de potencia, es automáticamente restaurado para reenergizar el circuito. Sin embargo, no es posible prevenir que la totalidad de las fallas transitorias no se vuelvan permanentes o causen «apagones» permanentes debido al tiempo limitado requerido para desenergizar el circuito fallado.
Minimizar el tiempo de localización de fallas
Esta es otra función del sistema de protección contra sobrecorrientes. Por ejemplo, si los circuitos laterales estuvieran sólidamente conectados al alimentador principal y no se instala el restaurador central en el alimentador, una falla permanente en cualquiera de los circuitos laterales o en el alimentador principal obligaría al restaurador o al interruptor de potencia en la subestación a operar y pasar a la posición de «bloqueo» permanente, causando un «apagón» a todos los consumidores. Estos consumidores, “fuera de servicio”, al quejarse a la compañía suministradora de energía eléctrica, no proporcionarían un patrón que ayude a localizar la falla, y un tiempo muy prolongado podría requerir el recorrido de línea para localizarla.
Prevenir contra daño al equipo
La cuarta función es prevenir contra daño al equipo no fallado (barras conductoras, cables, transformadores,etc.). Todos los elementos del sistema de distribución tienen una curva de daño, de tal forma que si se excede ésta, la vida útil de los elementos se ve considerablemente reducida. El tiempo que dure la falla y la corriente que lleva consigo, combinadas, definen la curva de daño. Estas curvas deben ser tomadas en cuenta en la aplicación y coordinación de los dispositivos de protección contra sobrecorriente.
Minimizar la probabilidad de caída de conducores
La quinta función es minimizar la posibilidad de que el conductor se queme y caiga a tierra debido al arqueo en el punto de falla. Es muy difícil establecer valores de corriente contra tiempo para limitar el daño en los conductores durante fallas de arqueo debido a las múltiples condiciones variables que afectan este hecho. Esto incluye valores de corriente de falla, velocidad y dirección del viento, calibre de conductores y tiempo de despeje de los dispositivos de protección.
Para fallas de arqueo en conductores cubiertos donde las terminales que definen el arco no se mueven o lo hacen sólo en una corta distancia, el conductor puede resultar quemado.
Minimizar las fallas internas de los equipos
Esta función consiste en minimizar la probabilidad de fallas en equipos que están sumergidos en líquidos, tales como transformadores y capacitores. Una falla disruptiva es aquella que causa grandes presiones, fuego, o cantidades excesivas de líquido que son expulsados del interior de los equipos. Pruebas y experiencias han demostrado que la probabilidad de fallas disruptivas debido a arcos de alta energía y potencia puede ser minimizada con la aplicación correcta de fusibles limitadores de corriente.
2. SOBRECARGAS
Producen sobrecorrientes que conllevan a calentamiento de los conductores cuando estas son sostenidas también pueden averiar el aislamiento en el equipo asociado de la subestación. Si el deterioro del aislamiento es severo y progresivo puede producir un arco eléctrico provocando incendio, destruyendo total o parcialmente el equipo involucrado.
Las sobrecargas son producidas por altas transferencias de energía que proporcionan aumentos considerables de corriente y que producen a su vez efectos mecánicos destructivos.
Es necesario que cuando una de las fallas mencionadas anteriormente suceda, sea despejada, aclarada o aislada lo más rápidamente posible, por los interruptores involucrados en las fallas. Para ello, se debe proveer la línea con un adecuado sistema de protección.
Condiciones que debe cumplir el sistema de protección de sobrecorriente.
Seguridad: El sistema debe ser seguro contra operaciones falsas, de tal forma que reenergice el circuito cuando se tenga carga desbalanceada, corrientes de arranque de carga en frío, armónicos, y otros transitorios o condiciones de estado estable que no sean peligrosos para los componentes o causen daños mortales a personas.
Sensitividad: El sistema debe tener suficiente sensitividad, de manera que pueda realizar sus funciones. Por ejemplo, el interruptor de potencia o el restaurador en la subestación debe detectar fallas transitorias o permanentes al final del alimentador principal y prevenir la fusión de los fusibles instalados en los más remotos ramales debido a fallas transitorias en los mismos.
Selectividad
El sistema debe estar selectivamente coordinado, de manera que el dispositivo de protección más cercano a una falla permanente debe ser el que la despeje. Si dos o más dispositivos de protección se encuentran en serie, sólo el dispositivo que se encuentre más cercano a la falla debe operar en una falla permanente.
Observando la figura se diría que una falla permanente en x debe quemar el fusible A y no el fusible B y mucho menos hacer operar R o I. El propósito es sacar del servicio el menor número de usuarios posible.
Efecto de la distancia sobre la corriente de falla
Como se observa en la figura 10.2, la corriente de falla disminuye a medida que la distancia a la subestación se incrementa por el efecto de la impedancia de la línea. La figura se refiere a un ejemplo específico y solo se aplica a él (no es general).
3. CORTOCIRCUITOS
Producen altas corrientes que se manifiestan por el calentamiento excesivo de los conductores que se dilatan y por tanto, van a presentarse acercamientos con tierra y con las otras fases. • Estas corrientes también circulan por el equipo de patio asociado, deteriorando el mismo debido a los efectos dinámicos y térmicos.
Gravedad de cortocircuitos
Trifásicos: consisten en el contacto de las tres fases, directamente o a través de una impedancia de valor bajo. Un ejemplo de cortocircuito trifásico es la caída de una torre de transmisión. Este tipo de cortocircuitos es el más grave en el sistema, produciendo las mayores corrientes. Por consiguiente, debe ser detectado rápidamente y eliminada la fuente de fallo del sistema (por medio de la actuación del sistema de protección) en el plazo menor posible. Desde el punto de vista de análisis, es el mas simple de ser calculado, porque al estar involucradas las tres fases en la misma forma las Corrientes de cortocircuito son iguales en las tres fases, siendo representado por un sistema de Corrientes simétrico.
Bifásicos: los cortocircuitos bifásicos consisten en el contacto de dos fases entre si. Como ejemplos de cortocircuito bifásico puede citarse: el roce de dos fases en líneas aéreas y la falla de aislamiento puntual en cables aislados. Este tipo de cortocircuito produce un sistema desequilibrado de corrientes, con intensidades diferentes en las tres fases.
Bifásicos con contacto a tierra: en este tipo de cortocircuitos, dos de las fases toman contacto entre sí y con la tierra en el punto de fallo. Es este el tipo de cortocircuito estadísticamente menos frecuente.
Monofásico: el cortocircuito monofásico (contacto de una fase y tierra) es responsable de la mayor cantidad de cortocircuitos en el sistema (en líneas aéreas, 80% de los cortocircuitos son monofásicos). Las corrientes de cortocircuito que provoca dependen de la impedancia de la falla y de las conexiones a tierra de los transformadores en la línea.
De los cuatro tipos de cortocircuitos descritos, solo el primero (trifásico) produce un sistema de intensidades simétricas en las tres fases. A fin de calcularse las corrientes circulantes por las fases en cortocircuitos bifásicos, bifásicos con contacto a tierra y monofásicos se usará el método de las componentes simétricas. Por ser el más simple de estudiar y el que produce las condiciones más críticas, será estudiado en primer lugar el cortocircuito trifásico.
4. FUSIBLES.
Los fusibles o cortacircuitos, según se ve en la figura no son más que una sección de hilo más fino que los conductores normales, colocado en la entrada del circuito a proteger, para que al aumentar la corriente, debido a un cortocircuito, sea la parte que mas se caliente, y por tanto la primera en fundirse. Una vez interrumpida la corriente, el resto del circuito ya no sufre daño alguno.
Los fusibles son los dispositivos de sobrecorriente más baratos y simples que se utilizan en la protección de redes de distribución. Al mismo tiempo son uno de los más confiables, dado que pueden brindar protección un tiempo muy prolongado (por arriba de 20 años) sin estar sujeto a tareas de mantenimiento. Antiguamente los fusibles eran finos hilos de cobre o plomo, colocados al aire, lo cual tenía el inconveniente de que al fundirse saltaban pequeñas partículas incandescentes, dando lugar a otras averías en el circuito.
Si llamamos If a la intensidad a la cual ha de fundir un fusible, los tres tipos antes mencionados, se diferencian en la intensidad que ha de atravesarlos para que fundan en un segundo. • Los fusibles lentos funden en un segundo para I = 5 If
Los fusibles rápidos funden en un segundo para I = 2,5 If
Los de acompañamiento funden en un segundo para I = 8 If
Los fusibles de acompañamiento (aM) se fabrican especialmente para la protección de motores, debido a que aguanten sin fundirse las puntas de intensidad que estos absorben en el arranque. Su nombre proviene deque han de ir acompañados de otros elementos de protección, como son generalmente los relés térmicos. Cada cartucho fusible tiene en realidad unas curvas de fusión, que pueden diferir algo de las definiciones anteriores, dadas por los fabricantes.
Cortacircuito fusible de expulsión de MT para uso intemperie (Tubos Portafusibles)
• El contacto superior entre la base portafusible y el tubo portafusible deberá ser en la parte superior del tubo portafusible y no sobre los laterales del mismo
• El diámetro interno del tubo portafusible de 100 A debe ser mayor o igual a 11 mm y el del tubo de 200 A mayor a 17,5 mm.
• El tubo portafusible debe ser de fibra prensada, fenolite, fibra de vidrio o similar, preferentemente de color gris, con revestimiento en fibra vulcanizada o material similar. NO-DIS-MA-8501
• Las áreas de contacto deben ser plateadas.
• El ojal del tubo portafusible debe soportar una tracción mecánica de 200 daN
• El elemento que asegura el hilo fusible al tubo portafusible en su parte inferior deberá ser del tipo imperdible.
• La absorción máxima de agua del tubo portafusible en 24 horas es de 7%.
• En caso de disponer de prolongadores, los mismos deben cumplir las siguientes
Características básicas:
– ser solidario con la tapa del tubo portafusible
– el acople del hilo fusible se realizará mediante una rosca interna φ1/4”x28dpi, con una profundidad mínima de 5 mm
5. RELÉ
Un relé es un interruptor accionado por un electroimán. Un electroimán está formado por una barra de hierro dulce, llamada núcleo, rodeada por una bobina de hilo de cobre (Fig. 1). Al pasar una corriente eléctrica por la bobina (Fig. 2) el núcleo de hierro se magnetiza por efecto del campo magnético producido por la bobina, convirtiéndose en un imán tanto más potente cuanto mayor sea la intensidad de la corriente y el número de vueltas de la bobina. Al abrir de nuevo el interruptor y dejar de pasar corriente por la bobina, desaparece el campo magnético y el núcleo deja de ser un imán.
Relés eletromecánicos
Relés de tipo armadura: pese a ser los más antiguos siguen siendo lo más utilizados en multitud de aplicaciones. Un electroimán provoca la basculación de una armadura al ser excitado, cerrando o abriendo los contactos dependiendo de si es NA (normalmente abierto) o NC (normalmente cerrado).
Relés de núcleo móvil: a diferencia del anterior modelo estos están formados por un émbolo en lugar de una armadura. Debido a su mayor fuerza de atracción, se utiliza un solenoide para cerrar sus contactos. Es muy utilizado cuando hay que controlar altas corrientes.
Relé tipo reed o de lengüeta: están constituidos por una ampolla de vidrio, con contactos en su interior, montados sobre delgadas láminas de metal. Estos contactos conmutan por la excitación de una bobina, que se encuentra alrededor de la mencionada ampolla.
Relés polarizados o biestables: se componen de una pequeña armadura, solidaria a un imán permanente. El extremo inferior gira dentro de los polos de un electroimán, mientras que el otro lleva una cabeza de contacto. Al excitar el electroimán, se mueve la armadura y provoca el cierre de los contactos. Si se polariza al revés, el giro será en sentido contrario, abriendo los contactos ó cerrando otro circuito.
Relés de protección
Los relés de protección son derivados de los relés de medición, los cuales por su funcionamiento rápido y automático, hacen posible la agrupación.
Los relés de protección deben responder a diversas exigencias :
- Consumo propio reducido.
- Sensibilidad.
- Capacidad de soportar cortocircuitos sin deformarse.
- Exactitud de los valores de funcionamiento.
- Indicación de los valores de funcionamiento mediante señales ópticas.
- Posibilidad de transmisión de los valores medidos para la indicación a distancia.
Tipos de relé de protección y vigilancia de líneas y redes
Según su funcionamiento los relés de protección pueden ser de:
• Sobreintensidad.
• Mínima y máxima tensión.
• Vigilancia de contactos a tierra.
• Diferenciales.
• Distancia.
Relé de intensidad
El aparato actúa cuando la corriente que circula sobrepasa la corriente nominal. El relé de sobreintensidad no retrasado tiene el mismo funcionamiento pero tiene un contacto auxiliar.
El relé temporizado de sobreintensidad independiente: es la combinación de relés de tiempo y de intensidad, cuando se detecta una sobreintensidad se pone en funcionamiento el mecanismo de tiempo que es totalmente independiente de la magnitud de la intensidad.
El relé temporizado de sobre intensidad térmico : este tipo de relé actúa al cabo de unos segundos de producirse la sobrecarga, disminuyendo el tiempo de disparo fuertemente al aumentar la intensidad.
Relés de tensión
Su comportamiento es similar al relé de sobreintensidad no retardado, distinguiéndose dos tipos: de mínima y máxima tensión.
El relé de mínima tensión actúa cuando la tensión de red disminuye a un valor que pudiera ser peligroso para los receptores(< 85 % de VL) y que persiste durante cierto tiempo.
El relé de máxima tensión tiene la misión de evitar la elevación de la tensión de red a valores superiores al máximo previsible.
El relé de vigilancia de la tensión trifásica se coloca en redes trifásicas para la vigilancia de las tres tensiones en relés de protección o contadores y así evitar disparos o mediciones erróneas.
Generalmente señalan fuertes descensos o la caída de una o varias tensiones.
Rele de vigilancia de contacto a tierra
El relé de vigilancia de contacto a tierra tiene la misión de señalizar inmediatamente, en redes sin puestas a tierra del punto estrella, los contactos a tierra que se presenten en la red. Los dispositivos de extinción de contactos a tierra disminuyen la corriente en los puntos de contacto a tierra a una medida no perjudicial, evitando poner inmediatamente fuera de servicio las partes de la línea afectadas por el contacto a tierra.
Relé diferencial. Tiene la misión de detectar la corriente de defecto de una línea por comparación de las corrientes en sus dos extremos captadas por medio de transformadores de intensidad. Cuando la comparación de corrientes se hace de dos líneas en paralelo, se llama relé diferencial transversal.
Relé de distancia. Es un dispositivo que actúa al producirse cortocircuitos en las líneas durante un tiempo que resulta proporcional a la distancia donde se haya producido dicho defecto. Este tipo de protección es el más generalizado en líneas de media y alta tensión.
Fuente: es.slideshare.net
