Protecciones 1

1. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSION MATURIN
CATEDRA: TECNOLOGIA ELECTRICA
FACILITADOR: BACHILLERES:
Mariangela Pollonais Joaquín Piñero CI: 23.535.877
Maturín, 15/08/2014.

2. Protecciones
Los Sistemas de Protección se utilizan en los sistemas eléctricos de potencia para evitar la
destrucción de equipos o instalaciones por causa de una falla que podría iniciarse de manera
simple y después extenderse sin control en forma encadenada. Los sistemas de protección
deben aislar la parte donde se ha producido la falla buscando perturbar lo menos posible la
red, limitar el daño al equipo fallado, minimizar la posibilidad de un incendio, minimizar el
peligro para las personas, minimizar el riesgo de daños de equipos eléctricos adyacentes.
Componentes
Los sistemas de protección de un sistema de potencia se componen generalmente de los
siguientes elementos:
 Elementos de medición; que permiten saber en qué estado está el sistema. En esta
categoría se clasifican los transformadores de corriente y los transformadores de
voltaje. Estos equipos son una interfaz entre el sistema de potencia y los relés de
protección. Reducen la señales de intensidad de corriente y tensión, respectivamente, a
valores adecuados que pueden se conectados a las entradas de los relés de protección.
 Los relés de protección ó relevadores; que ordenan disparos automáticos en caso de
falla. Son la parte principal del sistema de protección. Contienen la lógica que deben
seguir los interruptores. Se comunican con el sistema de potencia por medio de los
elementos de medida y ordenan operar a dispositivos tales como
interruptores, reconectadores u otros.
 Los interruptores; que hacen la conexión o desconexión de las redes eléctricas. Son
gobernados por los relés y operan directamente el sistema de potencia.
 Sistema de alimentación del sistema de protecciones. Se acostumbra alimentar, tanto
interruptores como relés con un sistema de alimentación de energía eléctrica
independiente del sistema protegido con el fin de garantizar autonomía en la operación.
De esta forma los relés e interruptores puedan efectuar su trabajo sin interferir. Es
común que estos sistemas sean de tensión continua y estén alimentados por baterías o
pilas.
 Sistema de comunicaciones. Es el que permite conocer el estado de interruptores y relés
con el fin de poder realizar operaciones y analizar el estado del sistema eléctrico de
potencia. Existen varios sistemas de comunicación. Algunos de estos son:
 Nivel 0. Sistema de comunicaciones para operación y control en sitio.
 Nivel 1. Sistema de comunicaciones para operación y control en cercanías del sitio.

3.  Nivel 2. Sistema de comunicaciones para operación y control desde el centro de
control local.
 Nivel 3. Sistema de comunicaciones para operación y control desde centros de
control nacional.
Esquemas de protección con relé
Los diseños y prestaciones específicas varían mucho con los requerimientos de aplicación,
con las diferencias de construcción así como con el ciclo de vida del diseño en particular.
Originalmente, todos los relevadores de protección fueron del tipo electromagnético y
electromecánico, los que siguen estando en gran uso, pero los diseños de estado sólido
están proliferando.
Característica
Fiabilidad
Es el grado de certeza con el que el relé de protección actuará, para un estado pre diseñado.
Es decir, un relé tendrá un grado de fiabilidad óptima, cuando éste actúe en el momento en
que se requiere, desde el diseño.
Seguridad
La seguridad, se refiere al grado de certeza en el cual un relé no actuará para casos en los
cuales no tiene que actuar. Por lo que un dispositivo que no actúe cuando no es necesario,
tiene un grado de seguridad mayor que otros que actúan de forma inesperada, cuando son
otras protecciones las que deben actuar.
Selectividad
Este aspecto es importante en el diseño de un SP, ya que indica la secuencia en que los
relés actuarán, de manera que si falla un elemento, sea la protección de este elemento la que
actúe y no la protección de otros elementos. Asimismo, si no actúa esta protección, deberá
actuar la protección de mayor capacidad interruptiva, en forma jerárquica, precedente a la
protección que no actuó. Esto significa que la protección que espera un tiempo y actúa, se
conoce como dispositivo de protección de respaldo.
Velocidad
Se refiere al tiempo en que el relé tarda en completar el ciclo de detección-acción. Muchos
dispositivos detectan instantáneamente la falla, pero tardan fracciones de segundo en enviar
la señal de disparo al interruptor correspondiente. Por eso es muy importante la selección
adecuada de una protección que no sobrepase el tiempo que tarda en dañarse el elemento a
proteger de las posibles fallas.
Economía
Cuando se diseña un SP lo primero que se debe tener en cuenta es el costo de los elementos
a proteger. Mientras más elevado sea el costo de los elementos y la configuración de la

4. interconexión de estos sea más compleja, el costo de los SP será de mayor magnitud. A
veces el costo de un SP no es el punto a discutir, sino la importancia de la sección del SEP
que debe proteger, lo recomendable es siempre analizar múltiples opciones para determinar
cuál de ellas es la que satisface los requerimientos de protección al menor costo.
Protección de equipos eléctricos
Protección de generadores
Un generador eléctrico es una máquina rotatoria que gira gracias a la energía mecánica
aplicada a su eje o flecha. La energía mecánica aplicada a este eje debe poseer la fuerza o
torque adecuado para lograr un giro adecuado en el generador lo que se convertirá
finalmente en energía eléctrica a través del fenómeno de inducción, donde luego se
destinará esa energía a los centros de consumo.
Protecciones de motores
El motor eléctrico es una máquina rotatoria, destinada al uso de la energía eléctrica para
obtener energía mecánica, proceso opuesto al del generador. Los motores son la principal
fuerza de trabajo industrial en el mundo, ya que no emiten residuos contaminantes al aire,
su adaptabilidad es mucho mayor que la de los motores de combustión interna, y su control
va de lo más simple a lo más complejo. En un sistema de potencia, su uso es,
principalmente para el bombeo de líquidos y vapores en el sistema de alimentación de
las calderas, donde las plantas generadoras lo requieran. De aquí radica la importancia de su
adecuada protección, ya que si éstas máquinas fallan, seguramente lo hará el sistema de
potencia en general, debido a un fenómeno llamado 'avalancha de frecuencia', creado por la
baja de velocidad en los generadores, que a su vez dependen de la cantidad y de la
intensidad de los flujos que mueven a la turbina.
Protecciones de transformadores
Se dice que el transformador es el alma de un sistema de potencia, ya que es éste el que se
encuentra en cada uno de los puntos donde las tensiones cambian de valor. Siempre están
dispuestos en una subestación, ya sea de interconexión, elevación, o reducción. El tipo de
protección más comúnmente utilizado es la diferencial de corriente. Se basa en la
aplicación de la ley de Kirchoff, según la cual el sumatorio de las corrientes entrantes y
salientes debe ser igual a cero. En nuestro caso el relé de protección es alimentado por los
transformadores de corriente instalados en los devanados principales (ya sean estos dos,
tres o incluso más). Para eliminar posibles errores en la medición tanto de fase como de
ángulo se le aplica un frenado a la protección. Este frenado se basa en el corriente a
frecuencia fundamental, pero también en los armónicos segundo y quinto, para de ese modo
evitar transitorios durante la excitación del transformador que se protege.
Protecciones de líneas de transmisión

5. La Línea de Transmisión (LT) es el elemento del sistema eléctrico de potencia destinado a
transportar la energía, desde su generación hasta el punto de distribución para su consumo,
por lo que se considera como el elemento más importante en el suministro de energía
eléctrica. Y forma parte de la Red de transporte de energía eléctrica.
El esquema de protección de una LT está formado por una protección primaria y
protecciones de respaldo, siendo la primaria de alta velocidad y las de respaldo con acción
retardada.
El objeto de la característica de alta velocidad de la protección primaria es debido a que
ésta debe actuar en la menor cantidad de tiempo posible tratando de aislar la falla del
sistema, las de respaldo son de acción retardada, ya que tienen que esperar a que la
protección primaria actúe, si no es así lo harán éstas otras. Esto no significa que las de
respaldo solo actuarán en caso de que la primaria no actúe.
La gran desventaja es que la protección de respaldo aisla una sección de mayor dimensión
que la primaria.
Existen varios factores que afectan el diseño y operación de un SP en Líneas de
Transmisión, los cuales son: configuración de la red y niveles de tensión, entre otros.
Los esquemas de protección que se pueden utilizar en una LT, son: Protección contra sobre
corriente (PSC), Protección de distancia (PD), Protección de hilo piloto (PHP), y la
protección híbrida (PH).
Las protecciones que se aplican a las líneas de transmisión se dividen en dos grupos
principales, el de protecciones primarias y el de protecciones de respaldo como se describen
a continuación:
1. Primaria
(a) Diferencial con hilo piloto
(b) Comparación de fase con onda portadora (carrier), o hilo piloto con tonos de audio
(c) Comparación direccional con relevadores de distancia y onda portadora, o hilo piloto
con tonos de audio
2. Respaldo
(a) Distancia
(b) Sobre corriente direccional de fases y tierra
Protecciones de barrajes[editar]
Los barrajes o barras de colección son un conjunto de elementos mecánicos (estructuras
metálicas), destinados a la estabilidad mecánica de los centros de interconexión de los
demás elementos eléctricos que comprenden el sistema de potencia.
Esquema básico de una protección

6. Línea principal
Funciones de las protecciones.
El objetivo de los sistemas de protección es remover del servicio lo más rápido
posible cualquier equipo del sistema de potencia que comienza a operar en una forma
anormal.
El propósito, es también, limitar el daño causado a los equipos de potencia, y sacar de
servicio el equipo en falta lo más rápido posible para mantener la integridad y estabilidad
del sistema de potencia.
Dado que la estabilidad transitoria está relacionada con la habilidad que tiene el
sistema de potencia para mantener el sincronismo cuando está sometido a grandes
perturbaciones, el comportamiento satisfactorio de los sistemas de protección es importante
para asegurar la estabilidad del mismo.
- El Interruptor de Control de Potencia (ICP) es un interruptor magnetotérmico automático
que instala la compañía suministradora de energía eléctrica al inicio de la instalación
eléctrica de cada vivienda que controla la potencia consumida por el cliente en cada
momento, de tal forma que, cuando dicha potencia consumida supera la potencia
contratada, entra en acción automáticamente cortando el suministro eléctrico y es necesario
rearmarlo para reanudarlo.
En España está regulado por la norma UNE 20317, que define la curva de disparo, es decir,
el tiempo de disparo en función de la sobrecorriente.
- Un interruptor diferencial, también llamado disyuntor por corriente diferencial o residual,
es un dispositivo electromecánico que se coloca en las instalaciones eléctricas de corriente
alterna, con el fin de proteger a las personas de las derivaciones causadas por faltas de
aislamiento entre los conductores activos y tierra o masa de los aparatos.
En esencia, el interruptor diferencial consta de dos bobinas, colocadas en serie (una en cada
extremo de la carga) con los conductores de alimentación de corriente y que
producen campos magnéticos opuestos y un núcleo o armadura que mediante un dispositivo
mecánico adecuado puede accionar unos contactos.
Órgano de
entrada
Fuente auxiliar de
tensión
Órgano
accionador
Órgano
convertidor
Órgano de
medida
Órgano de
salida

7. Es un dispositivo de protección muy importante en toda instalación, tanto doméstico, como
industrial, que actúa conjuntamente con el conductor de protección de toma de tierra que
debe llegar a cada enchufe o elemento metálico de iluminación, pues así desconectará el
circuito en cuanto exista cualquier derivación. Si no existe la toma de tierra, o no está
conectada en el enchufe, el diferencial se activará cuando ocurra tal derivación en el
aparato eléctrico a través por ejemplo de una persona que toca sus partes metálicas, y está
sobre un suelo conductor, recibiendo la persona entonces un "calambrazo" o descarga, que
será peligroso o incluso mortal si la corriente sobrepasa intensidades de alrededor de 30 mA
. Los diferenciales que protegen hasta 30 miliamperios (mA) se denominan de alta
sensibilidad.
- Un interruptor magnetotérmico, interruptor termomagnético o llave térmica, es un
dispositivo capaz de interrumpir la corriente eléctrica de un circuito cuando ésta sobrepasa
ciertos valores máximos. Su funcionamiento se basa en dos de los efectos producidos por la
circulación de corriente eléctrica en un circuito: el magnético y el térmico (efecto Joule). El
dispositivo consta, por tanto, de dos partes, un electroimán y una lámina bimetálica,
conectadas en serie y por las que circula la corriente que va hacia la carga.
No se debe confundir con un interruptor diferencial o disyuntor.
Al igual que los fusibles, los interruptores magnetotérmicos protegen la instalación contra
sobrecargas y cortocircuitos.
Relé.
El relé o relevador es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor
controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se
acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos
eléctricos independientes.
Es denominado simplemente relé o protección, es el elemento mas importante del equipo de
protección. En sentido figurado puede decirse que desempeña la misión de cerebro, ya que
es el que recibe la información, la procesa, toma decisiones y ordena la actuación en uno u
otro sentido.
 relé de sobrecorriente:
Los relés de sobrecorriente son la forma más barata y simple de proteger una línea de
trasmisión pero además es una protección que necesita ser reajustada cuando cambian las
condiciones del sistema de potencia. Son utilizados de las siguientes formas:
- instantáneo
- temporizado

8. - direccional (instantáneo y/o temporizado)
No pueden discriminar entre corriente de carga y corriente de falta; por lo cual solo se
emplean cuando la corriente de falta es mayor a la corriente de carga.
Las corrientes de cortocircuito en la línea dependen fuertemente de la impedancia de la
fuente en el punto de medida, por lo tanto la zona de la línea protegida por un relé de
sobrecorriente depende fuertemente de la configuración del sistema eléctrico.
Generalmente son utilizados en líneas radiales, como se muestra en la Fig.1, y como faltas
en estos circuitos no afectan la estabilidad del sistema, no son requeridos tiempos
instantáneos de despeje de la misma.
 relé de distancia
En los circuitos de trasmisión de alta tensión, los niveles de corriente de falta son altos, por
lo cual si una falta no es despejada rápidamente, puede causar inestabilidad al sistema de
potencia así como daños al personal o al equipamiento. Por esta razón, los relés de distancia
son empleados en vez de los relés de sobrecorriente.
Las ventajas de aplicación de relés de distancia, en comparación con los relés de
sobrecorriente son:
- mayor zona de operación instantánea
- mayor sensibilidad
- más fáciles de ajustar y coordinar
- no son afectados por los cambios en la configuración del sistema de potencia
Un relé de distancia calcula impedancia como el cociente entre la tensión y corriente, en su
ubicación en el sistema de potencia, para determinar si existe una falta dentro o fuera de su
zona de operación.
Dado que en las líneas de trasmisión la impedancia de la línea es proporcional a su
longitud; es apropiado utilizar relés de distancia para medir la impedancia de la misma
desde la ubicación del relé hasta un punto determinado (lugar de la falta).

9. De allí que a los relés de impedancia se los llame relés de distancia.
 Relé de Protección de comparación de fase
Las protecciones de comparación de fase forman parte de los sistemas de protección
absolutamente selectivos o cerrados. El principio básico de actuación consiste en
comprobar la fase de la intensidad en los dos extremos de la línea.
 Relé de Protección de sobretensión y subtensión
Existen elementos ciertamente sensibles a las sobretensiones; por ejemplo,
transformadores, generadores, batería de condensadores, etc. En contrapartida, existen
elementos que no deben funcionar a tensiones muy inferiores a la nominal, como motores,
reguladores, etc.
 Relé de Protección de frecuencia
En los sistemas eléctricos de corriente alterna, la frecuencia es una de las
magnitudes que definen la calidad del servicio, y para mantener estable su valor nominal es
necesario que exista, permanentemente, un equilibrio entre la generación y el consumo.
PROTECCIONES PRIMARIAS.
Un sistema de protección primaria debe operar cada vez que uno de sus elementos
detecte una falla. Ella cubre una zona de protección conformada por uno o más elementos
del sistema de potencia, tales como máquinas eléctricas, líneas y barras.
Es posible que para un elemento del sistema de potencia se tengan varios
dispositivos de protección primaria. Sin embargo, esto no implica que estos no operarán
todos para la misma falla.
Debe notarse que la protección primaria de un componente de un equipo del sistema
puede no necesariamente estar instalado en el mismo punto de ubicación del equipo del
sistema; en algunos casos puede estar ubicado en una subestación adyacente.
FUNCIONAMIENTO DE LA PROTECCIÓN PRIMARIA.
Las protecciones primarias son aquellas que tienen como función la responsabilidad
de despejarla falla en primera instancia. Están definidas para desconectar el mínimo
número de elementos necesarios para aislar la falla.
Cuando se produce una falla en el interior de una zona las protecciones primarias
correspondientes deben disparar los interruptores pertenecientes a la misma, pero solamente
éstos y ninguno más debe ser disparado para despejar la falla.

10. La función de las protecciones primarias es la de evitar los daños producidos en
la infraestructura de los edificios e instalaciones debidos al impacto directo de una descarga
atmosférica. Estos daños suelen venir en forma de incendios y electrocuciones, debido a la
enorme cantidad de energía contenida en el rayo en el momento del impacto. Estos daños
son aún más importantes en aquellas zonas en las que se almacenen o manipulan materiales
inflamables o radiactivos.
PROTECCIONES DE RESPALDO.
La protección de respaldo es instalada para operar cuando, por cualquier razón, la
protección primaria no opera. Para obtener esto, el relevador de protección de respaldo
tiene un elemento de detección que pude ser o no similar al usado por el sistema de
protección primaria, pero que también incluye un circuito de tiempo diferido que hace lenta
la operación del relevador y permite el tiempo necesario para que la protección primaria
opere primero.
Un relevador puede proporcionar protección de respaldo simultáneamente a
diferentes componentes del equipo del sistema, e igualmente el mismo equipo puede tener
varios relevadores de protección de respaldo diferentes.
En efecto, es muy común que un relevador actué como protección primaria para un
componente de equipo y como respaldo para otro.
FUNCIONAMIENTO DE LA PROTECCIÓN DE RESPALDO.
Hay dos razones por la cual se deben instalar protecciones de respaldo en un sistema
de potencia.
La primera es para asegurar que en caso que la protección principal falle en despejar
una falta, la protección de respaldo lo haga.
La segunda es para proteger aquellas partes del sistema de potencia que la
protección principal no protege, debido a la ubicación de sus transformadores de medida.
El objetivo de las protecciones de respaldo es abrir todas las fuentes de alimentación a
una falta no despejada en el sistema. Para realizar esto en forma eficiente las protecciones
de respaldo deben:
 Reconocer la existencia de todas las faltas que ocurren dentro de su zona de
protección.
 Detectar cualquier elemento en falla en la cadena de protecciones, incluyendo los
interruptores.
 Iniciar el disparo de la mínima de cantidad de interruptores necesarios para
eliminar la falta.

11.  Operar lo suficientemente rápido para mantener la estabilidad del sistema,
prevenir que los equipos se dañen y mantener la continuidad del servicio.
ÁREAS DE PROTECCIÓN.
Protección de las líneas de trasmisión.
Uno de los aspectos importante del estudio de la estabilidad transitoria es la
evaluación del comportamiento de los sistemas de protección durante el período transitorio,
particularmente los relés de protección utilizados en las líneas de transmisión.
Relé de distancia zonas de protección:
El esquema básico de los relés de distancia comprende una zona 1 instantánea y al
menos dos zonas con disparo temporizado. Los ajustes típicos para un relé de distancia de 3
zonas se muestran en la Fig.. Los relés digitales pueden tener hasta 5 zonas y algunas de
ellas se las puede ajustar para operar hacia atrás. Los ajustes típicos de cada zona son:
 Zona 1: Alcance = 80% impedancia de la línea; Tiempo: instantáneo
 Zona 2: Alcance = 120% impedancia de la línea: Tiempo: 0.3 a 0.6 s
 Zona 3: Alcance = respaldo de líneas adyacentes: Tiempo: >1 s