sistema de proteccion

1. “Año del Buen Servicio al Ciudadano”
CENTRALES ELECTRICAS
TÍTULO: TRABAJO AUTÓNOMO 3:SISTEMAS DE
PROTECCIÓN DE UNA CENTRAL
DOCENTE:
LA ROSABOTOONERO,JAVIER
NOMBRE:
ORIHUELA ASTETE DANDY 1413068
PERIODO:
2017-3
2017

2. Sistemas de Protección y Control
Los Sistemasde ProtecciónyControl de SistemasEléctricossonunconjuntode dispositivos
eléctricos,electrónicosymecánicosencargadosde realizarlasoperaciones de protección,
supervisiónyexplotaciónde unainstalación.
En líneasgenerales,sumisiónesvigilarymantenerde unaformaeficiente ysegura,unárea
determinadade unainstalacióneléctrica,comopuede serunasubestación,unacentral,ouna
líneade transmisión,enlaque se incluye el equipoasociadoyacopladoadicha área,como puede
serla maquinariaeléctrica(transformadores,motores,generadores),ytodotipode cargas.
El sistemade proteccióndebe operarante todaclase de perturbaciónque tengalugarenun
instante determinadoyque ocasione uncomportamientoanormal de lainstalación.Estasituación
no deseada,produce el deteriorooinclusoladestrucciónde losequiposyde lapropia
infraestructurade lainstalacióneléctrica.Existenperturbacionesde muchostipos:
 Cortocircuitos(faltas).
 Sobretensionesosubtensiones.
 Desequilibriosencorrientesotensiones.
 Aumentopeligrosode temperaturaenmáquinasyequipos.
 Variaciónde lafrecuenciadel sistema.
 Armónicosde corriente otensión.
La naturalezade estasperturbacionespuedenser:
 Fenómenosatmosféricos(Rayos,tormentas,vendavalesetc.).
 Maniobrasde acoplamientode interruptores,seccionadores,contactoresetc.
 Fallosde aislamientopordesgaste yenvejecimientode losequipos.
 Inyecciónde armónicosporconvertidoreselectrónicos.
 Cambiosrepentinosde lageneraciónode lademandade potenciaeléctrica.
Algunosdañosque puedenocasionarlasperturbacionesson:
 Incendios.
 Explosiones.
 Electrocuciones.
 Deformacionesenconductoresymáquinaseléctricas.
 Destrucciónde equiposeléctricosyelectrónicos.
 Cortesprolongadosde suministroeléctrico.
 Inestabilidaddel sistemaeléctrico.
Consecuentemente,podemosapreciarlaenorme importanciade los sistemasde protección
dentrode las instalacioneseléctricas,encuantoala seguridadde laspersonasyequipos,e incluso
a factoreseconómicos.
El elementoprincipaldel sistemade protecciónesel relé de protección,consiste enundispositivo
electromecánicooelectrónicocuyocometidoesevaluarunaserie de variablesyparámetros
eléctricosque determinenunacondiciónanormal de funcionamientoenlainstalaciónoequiposy
tomar lasmedidascorrectorasoportunas,que generalmentese traducenenaislarlaperturbación

3. del sistemadandoórdenesde apertura(disparo) aaquellosdispositivosde conexión
(interruptores) que alimentanel defecto.El esquemageneral de unsistemade protecciónesel
siguiente:
Órgano de Entrada
Detectalas señaleseléctricasprocedentes de unaperturbación(corrientes,tensiones)ylas
transformaenvaloresadecuadosparaser recogidosporel relé de protección.Porlogeneral,
estosdispositivossontransformadoresde corrienteytensión,loscuales,ademásde realizarlas
funcionesdescritas,sirvende aislamientoeléctricoentre laspartesde altay bajatensiónde la
instalación.
Órgano Convertidor
Se encarga de acondicionarlasseñalespreviamente transformadasporel Órganode Entrada para
su tratamientoposterior.Enocasioneseste elementonoexiste.
Órgano de Medida
Es la parte más importante del dispositivode protección,este elementose encargade decidirsi
lasseñalesentrantessonseñalesprocedentesde unasituaciónanormal de funcionamiento
(perturbación) ytomarladecisiónde operacióndel sistema de protección.Estadecisiónse realiza
a travésde algoritmosde cálculopormediode elementoselectromecánicos(relés
electromecánicos),dispositivoselectrónicosestáticos(reléselectrónicosconvencionales) o
microprocesadores(reléselectrónicosdigitales).
Órgano de Salida

4. En este bloque se realizalaamplificaciónde laseñal de operaciónde laprotecciónprocedentedel
Órgano de Mediday ensu caso, englobaloselementosnecesariosparaaumentarel númerode
señalesde salida.LosÓrganosde Salidaclásicossonloscontactoresde mandoy modernamente
loselementoslógicosconsuscorrespondientesdispositivosde amplificación.
Órgano Accionado
Generalmenteeste órganose tratade la bobinade disparode interruptoresydisyuntores,que a
travésde un pequeñocampomagnéticoconsiguenliberarlosmuellesencargadosde realizarla
aperturafísica del interruptor.
Fuente Auxiliarde Alimentación
Este dispositivose encargade proporcionarlaenergíaeléctricanecesariapara el funcionamiento
del sistemade protección.Estatensiónauxiliarpuede serunabateríade acumuladoresde Baja
Tensiónobienlapropiared a travésde transformadores.
CLASIFICACIÓNDE LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN.
La filosofíageneral de aplicaciónde losrelésyequiposde protecciónesdividirel sistemaeléctrico
de potenciaenzonasque puedanserprotegidasadecuadamente porequiposespecíficos.Las
zonasafectadasencaso de faltadeberánserdesconectadasde laredenun tiempomuycorto,
causandoel mínimoimpactoenel resto del sistemaque permanezcaenservicio.Losequiposde
protecciónque comprendencadazonapodemosdividirlosendostipos:
 Proteccionesprimarias
 Proteccionesde respaldo
o Remoto
o Local
Proteccionesprimarias.
En lossistemasde generación,lasproteccionesprimariasse diseñanparaque operencongran
rapidezante cualquiertipode faltaque se produzca.Las proteccionesprimariasdeberánser
aquellasque denlarepuestamásrápidaposible compatibleycoordinadaconlascaracterísticas
del sistema.

5. Proteccionesde apoyo
Las proteccionesde apoyose instalanparacubrirlos posiblesfallosenlosequiposde las
proteccionesprimariasytambién,de losposiblesfallosdel interruptor.Lascausas que pueden
producirlosfallosenlosrelésson:
 Falloenloscircuitosde alimentaciónde C.A.pordefectoenlostransformadoresde
medidaoen suscablesde conexión.
 Falloenla fuente de alimentaciónde C.Cde loscircuitosde disparoycontrol.Falloenlos
dispositivosauxiliares.
 Falloenel propiorelé.
Las causas que puedencontribuiral fallode uninterruptorson:
 Falloenel circuitode disparo(alimentaciónC.C).
 Bobinade disparoen cortocircuitooen circuitoabierto.
 Fallomecánicoenel dispositivode disparo.
 Falloenloscontactos principalesdel interruptor.
Todo esquemade protecciónde apoyodebe servirde soporte tantoparael relé comopara el
interruptorointerruptoresque accionan.Laprotecciónde apoyoideal debe ser instaladade
formaque cualquierelementoodispositivoque produzcaenunmomentodadounfalloenla
protecciónprimaria,noseamotivotambiénde falloenlaprotecciónde apoyo.Espor loque en
casos muyconcretos,se recomiendaduplicarloscircuitos de disparoycontrol,inclusolos
transformadoresde medida.
Una condiciónbásicaesque la protecciónde apoyono opere hastaque la primariahayatenidola
oportunidadde hacerlo.Porello,siempre existe unademoraasociadaala operaciónde las
proteccionesde apoyo.Cuandose produce uncortocircuitoarrancanambas proteccionespara
operar,perosi laprimariadespejalafalta,lade apoyodebe reponerse antesde completarsuciclo
de disparo.Si la faltano esdespejadaporlaprimaria,al cabo de un ciertotiempoprogramado
actuará la protecciónde apoyo,disparandolosinterruptoresnecesariosparaaislarlafalta del
sistema.

6. Proteccionesde apoyo remoto
En las proteccionesde apoyoremoto,lasfaltasse despejandesde lassubestacionesoposiciones
adyacentesadonde se ha producidolafalta.Por ejemplo,consideremosel siguiente esquema:
En la figura13, losreléscondemoraenA hacenla protecciónde apoyode la líneaCD ( por
ejemplo, segundaytercerazonade losrelésde distanciaenA.Si se produce unfalloenel
interruptorCpara una faltaen lalíneaCD, losrelésenA dispararánlosinterruptoresasociados
aislandolafalta.Es decir,losrelésyel interruptorA daránla protecciónde apoyoa los relésyal
interruptorC.De formaanáloga,losrelésyel interruptorDdarán apoyoa losrelése interruptorB,
y por lotanto, losrelése interruptoresenA y D serviránde apoyoa la subestaciónS.Si enlas
proteccionesde laslíneasque se muestranenlafiguraanteriorse utilizanrelésde distancia,el
tiempoendespejarlafaltaporla protecciónde apoyopara unafalta próximaal interruptorC,
estarácomprendidoentre 0,25 s y 0,5 s.(segundazonade losrelésenA),mientrasque parafaltas
próximasal interruptorDpodría ser hastade 3 segundos(tercerazonade losrelésenA).Estos
tiemposseríanaúnsuperioressi laprotecciónde apoyofuese abase de relésde sobreintensidad
de tiempodiferido.
Proteccionesde apoyo local
En las proteccionesde apoyolocal lasfaltasse despejanatravésde losrelésubicadosenlamisma
instalación.Este tipode protecciónhace de apoyodel falloenlosrelés,ytambiéndelfalloenel
propiointerruptor.
El esquemaque se muestraesparauna líneaconectadaa barras y con la utilización de
proteccionesredundantesencadaterminal de línea.Laprotecciónprimariapuede ser,por
ejemplo, unrelé de distancia.Laprotecciónde apoyopuede seridénticaala protecciónprimaria,
aunque normalmentede distintatecnologíaointegradaporequiposconotrasfunciones.Suelen
utilizarse transformadoresauxiliaresdistintosparaambasprotecciones.

7. Si consideramosque se produce unafaltaenla líneaprotegidaambasproteccionesoperarány
darán ordende disparoal interruptorde línea.Laprotecciónde apoyoserá tan rápidacomo la
primaria.Al actuar cualquierade losdosconjuntosde proteccióndandoordende inicioal ciclode
aperturadel interruptor,mandaránal mismotiempoarrancaral temporizadorde lafunciónde
apoyode fallode interruptor.Si este,apesarde recibirlaordennodispara,el relé de línea
permaneceráensuposiciónde operado,permitiendoal temporizadorque alcance el final del
tiempodandoeste temporizadorordende disparoalosotrosinterruptoresasociadosalabarra
correspondiente,losnecesariosparaaislarlafalta.
RELÉS ELECTRÓNICÓS DIGITALES
La apariciónenel mercadode losprimerosmicroprocesadores,afinalesde losañossesenta,
impulsóalosgrandesfabricantesde proteccionesadiseñarsistemasbasadosen
microprocesadoresyaprovecharlosdesarrollosentecnologíade comunicacionesporfibraóptica
que transmitengrancantidadde informaciónaalta velocidad.Lasprimerasaplicacionesfueronen
lasproteccionesde extremosde líneaporserlasmás complejas.Posteriormente se hanido
extendiendoaotroscampos y enla actualidad,esraro el nuevodiseñoque nointegre
microprocesadoresencualquierade lasfuncionesoequiposde protección.
El esquemabásicode lasproteccionesdigitalesesmuyparecidoal de lasproteccionesestáticas,
la diferenciafundamental esque lasproteccionesestáticasrealizanlasoperacionesde medida
(integración,comparación) de formaanalógicaconvalorescontinuos,mientrasque las
proteccionesdigitaleslarealizanpormediode unosalgoritmosque operanconlosvalores
instantáneosmuestreadosde laseñal de entrada.Paraelloesnecesariodisponerde unaunidad
que realice unmuestreode estaseñal yde un convertidoranalógico-digital.

8. Figura15. Esquemade relé electrónicodigital.
En lafigura14 se observael esquemade bloquesde laarquitecturade unrelé digital.Lasseñales
de las intensidadesytensionesprocedentesdel Circuitode Medida(transformadoresde
intensidadytensión),se acondicionanenunoscircuitosacondicionadoresanalógicos,con
eliminadoresde transitorios,filtrosantialiasingetc, antesde sertransformadasenseñales
digitalesatravésde losConvertidoresAnalógicos-DigitalesA/D,paraposteriormente ser
almacenadasa laesperade ser utilizadasenMemoriasRAM,ROM,EPROM, FLASH etc.La
conversiónanalógicadigital se hace normalmente pormuestreode lasseñalesanalógicasatravés
de un Reloj de Muestreoa unasfrecuenciascomprendidasentre 10/30vecesla frecuencia
nominal de lared.Las señalesdigitalizadasse procesanenunaunidadcentral
CPU(Micoprocesador),utilizandoalgoritmosde cálculoydandocomoresultadolasalidasdigitales
correspondiente atravésde unaInterfase de Salidahaciael ÓrganoAccionadoy el Canal de
Comunicaciones.
El algoritmoesel corazónde lafunciónde proteccióndigital,habiéndose desarrolladoypublicado
un gran númerode ellos.Hoyendía se sigue investigandoeneste campodesarrollandonuevos
algoritmos,yaque labondadde losmismosse veráreflejadaenlascaracterísticasycalidadde las
proteccionesdigitalesque lostenganincorporadosensusdiseños.
Las ventajasde este tipode relésrespectoasuspredecesoreselectromecánicosyde electrónica
analógicason:
 Facilidadparaincorporarautodiagnósticosyfuncionesautomáticasde inspección,
locual representaunagranmejoraen lafiabilidadylaseguridaddel sistemade

9. protecciones.Lasupervisióncontinuapermitelaverificaciónde loscircuitosde la
CPU, memorias,dispositivosde ajusteyelementosde entradaysalida.
 Capacidadde almacenamientode informaciónsobreeventosyajustes,que puede
sertratada ymonitorizadade formalocal enla instalaciónpormediodel HMI
(InterfazHombre Máquina),ode formaremotadesde uncentrode operacióndel
sistemaatravés de lasRTU (UnidadRemotade Telecontrol).
 Mejora de la flexibilidadylaaplicación.Se puedennormalizarreléscondiferentes
funcionesque compartanel mismohardware.Unaaplicaciónsoftware determina
la funciónarealizarpor el relé.Actualmente estáncompletamente desarrollados
losrelésde protecciónmultifunción.
 Mayor simplicidad.Lacomplejidadde losactualessistemaseléctricosrequieren
cada vezuna arquitecturahardware másextensaycomplejaenlosrelés
electrónicosconvencionales.A travésde losmicroprocesadoresenlosmodernos
relésdigitales,laarquitecturahardware quedareducidade formaconsiderable.
 Reduccióndel conexionadode losequipos.Laposibilidadde sistemasde datos
jerarquizadosenlos modernosmicroprocesadorespermitetransmitirlasdistintas
señalesporel mismocanal de comunicación.Lautilizaciónde losmodernos
sistemasde comunicaciónyBusesde CampotalescomoProfibus,Modbus,
Devicenet,Ethernet,conllevanlareducciónde cableadode equipos,laboresde
mantenimientoymejoralastareasde control y protección.
SISTEMA DE PROTECCIÓN DE GRUPO
A continuaciónse muestrael esquematípicode laprotecciónde Grupo,que contemplalas
funcionesde proteccióndel Generador(estator yrotor),Barras y Transformador.
El elementomáscrítico del Sistemade Protecciónde Grupoesel Generador,porserel elemento
de mayor coste económico,ysobre todopor seruna máquinarotativa,que se ve afectadaen gran
manerapor perturbacionesde laredque creansolicitacioneseléctricas,mecánicas(juntoconla
turbina) muyseveras.
Las funcionesde protecciónde Grupose puedenclasificaratendiendoasuimportanciacualitativa
en:
 Funcionesde protecciónprincipales(40,27, 59, etc.)
 Funcionesde protecciónsecundariasode respaldo.(21,51V)
Atendiendoalanaturalezay localizaciónde laperturbaciónante laque operanen:
 Funcionesintrínsecas:Actúanexclusivamenteante fallasocurridasdentrode lacentral.
Son completamente selectivas(87,64).
 Funcionesextrínsecas:Actúantambiénde formaretardadaycoordinada(respaldo) ante
perturbacionesexternasde lared(21, 50/51 etc.)

10. El esquemageneral delSistemade Protecciónde Grupoesel siguiente:

11. CASO:
CRITERIOS DE PROTECCIÓN DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA Y DE LAS LÍNEAS DE
TRANSMISIÓN EN 22,9 KV Y 13,8 KV.
CRITERIOS BÁSICOS DE PROTECCIÓN
El objetivo principal del sistema de Protección es proporcionar, en forma rápida, el
aislamiento de un área de falla en el sistema y, de este modo, poder mantener en
funcionamiento la mayor parte del sistema de energía restante. Dentro de este contexto
existen seis requerimientos básicos para la aplicación del relé de protección:
a) Fiabilidad.- Seguridad de que la protección se llevará a cabo
correctamente, tiene dos componentes: confianza y seguridad.
b) Selectividad.- Continuidad máxima del servicio con mínima desconexión
del sistema.
c) Inmunidad a interferencias externas.
d) Rapidez de operación.- Duración mínima de una falla, así como un
menor daño en los equipos del sistema.
e) Simplicidad.- Menor equipo de protección y circuitos asociados para
lograr los objetivos de protección.
f) Economía.- Mayor protección a menor costo total.
El término “protección” no implica que el equipo de protección puede prevenir fallas o
deficiencia de los equipos. Los relés de protección sólo se ponen en funcionamiento
después que haya ocurrido una condición insostenible. Sin embargo, su función es
minimizar los daños a equipos fallados, reducir el tiempo y costo de interrupción así
como el de reparación y problemas afines que pudieran ocurrir.

12. La protección del sistema y de los equipos es muy importante, en vista que una falla en
ella puede dejar sin suministro un área entera. Además de poner en riesgo la estabilidad
del sistema de potencia. Afortunadamente, los diseñadores de equipos de subestaciones
han tomado muy en serio este tipo de fallas, por lo que una falla está considerada
Esta protección debe tener como característica principal la estabilidad y rapidez por tener
las potencias de cortocircuito, la posibilidad de alcanzar valores de decenas de MVA,
incluso para fallas monofásicas.
En estas condiciones, las posibilidades de actuaciones incorrectas por el fenómeno de
saturación de los transformadores de medida aumentan considerablemente, además de
añadirse la aparición de componente asimétrica, que puede ser muy importante ya que
en estas redes se obtienen cocientes X/R elevados.
CRITERIOS DE PROTECCION DE SOBRECORRIENTE PARA FALLAS ENTRE FASES Y
TIERRA (50/51) Y (50N/51N).
Protección de Sobre corriente: 50/51, 50N/51N.
La coordinación entre los diversos elementos de protección de sobrecorriente se ha
realizado mediante la definición de sus ajustes, tanto de corriente como de tiempo, de
modo tal que se obtenga la mejor selectividad posible. Para los ajustes mencionados, se
siguió la siguiente metodología:
a) Todos los ajustes se han verificado, para dos condiciones extremas, que
corresponde a las corrientes de falla máxima y mínima posible. Como una
corriente de falla máxima para los ajustes de los dispositivos de protección de
fallas entre fases, se consideró el suceso de un cortocircuito trifásico en la
condición de máxima generación del sistema. Los ajustes de estos dispositivos
de protección de fallas entre fases han sido además verificados para que no
operen con la corriente de carga de los equipos y circuitos que protegen.
b) Para el caso de fallas a tierra se han simulado fallas en diferentes puntos
de la red en estudio. Para fallas en zonas relativamente alejadas del punto de
ubicación del Relé de Protección las corrientes toman valores relativamente
pequeños. En los casos mas

13. críticos estos valores de corrientes de falla a tierra son sensiblemente menores
a las corrientes de carga. Por lo expuesto se ha tomado como criterio de ajuste
para este tipo particular de fallas el escoger valores de arranque menores que
las corrientes de carga.
c) Para el ajuste de sobrecorriente de fases y tierra se han escogido la
curva de tiempo inverso ( Extremely Inverse EI) de operación en los
alimentadores de 22,9kV esto debido a que tienen que coordinar con fusibles
cut-out.
d) El intervalo de tiempo de coordinación entre dispositivos de protección
es aproximadamente de 200ms a 400ms, determinado principalmente por el
tiempo de actuación del relé más interruptor, con un margen de seguridad para
compensar los errores que pudieran haber en los valores estimados de
corriente de falla, tiempo de operación de los relés y errores en los
transformadores de corriente.
AJUSTES Y CALIBRACIÓN DELOS DISPOSITIVOSDEPROTECCIÓN.
Cálculos Justificativos para el ajuste de los relés de Protección de
Sobrecorriente (50/51), de los Grupos de Generación G1 y G2.
Actualmente estos grupos de generación no poseen protección
contra sobrecargas ni cortocircuitos, y se recomienda instalar relés
de última generación contra sobrecorrientes.
R1 y R2:
Ubicación: GRUPO 1 y GRUPO 2
Tensión: 0 ,40 kV
Potencia: 244 kVA
- Cálculo del Transformador de Corriente / Lado 0,40 kV.

14. I
n


244kVA
3x0,40kV 
 352,18A
Por lo tanto elegimos un transformador de corriente cuyas
características eléctricas son las siguientes:
T .C.  400 / 5A
Pr ec  5P20
- Cálculo de ajustes.
T.C. : 400/5 A
Relé : multifunción de sobrecorriente
FASE:
Escalón de Sobrecorriente de Ajuste Inferior I>
 Corriente de Arranque:
I> = 1xIn = 1 x 5 = 5,00 A <> 400 A
I>/ In = 1 ,00
 Característica de Operación: Tiempo Def inido
t> = 10,00 s