04 - RELE DE SOBRECORRIENTE.pdf

PROTECCION DE SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA
RELE DE SOBRECORRIENTE

RELE DE PROTECCIÓN
Es un dispositivo Digital/Electrónico que utiliza un
microprocesador para analizar tensiones y corrientes de la
red de energía u otras magnitudes del proceso con el
propósito de detectar fallas en un sistema eléctrico de
potencia. Entre las protecciones de un SEP se tiene:
Relé de protección diferencial
Relé de protección de distancia
Relé de protección de sobre corriente fase-fase
Relé de protección de sobre corriente fase-neutro
Relé de protección de Frecuencia
Relé de protección de Tensión
Relé de protección de secuencia negativa

Las nomenclaturas usadas generalmente en la práctica común en todo el mundo, en relación a las funciones de varios
relevadores y equipo misceláneo anexo, están identificadas en el Capitulo-Estandarización de funciones de dispositivos
dado en la norma ANSI/IEEE. Los números claves de dispositivos mayormente usados son los sig:
NOMENCLATURA E IDENTIFICACIÓN DE DISPOSITIVOS
1.- Elementos Maestro
2.- Rele temporizador de arranque o cierre.
3.- Rele verificador de cierre.
4.- Contactor maestro.
5.- Dispositivo de paro.
6.- Interruptor de arranque.
7.- Interruptor de ánodo.
8.- Dispositivo de desconexión circuito de control.
9.- Dispositivo inversor.
10.- Switch de secuencia de unidad.
12.- Dispositivo de sobre velocidad.
13.- Dispositivo de velocidad sincrónica.
14.- Dispositivo de baja velocidad.
15.- Dispositivo regulador de velocidad o frecuencia.
17.- Switch de descarga o derivación.
18.- Dispositivo de aceleración o desaceleración.
19.- Contactor de transición arranque-marcha.
20.- Válvula operada eléctricamente.
21.- Rele de distancia.
22.- Interruptor de igualación o compensador.
23.- Dispositivo de control de temperatura.
25.- Dispositivo de sincronización o verificación de sincronismo.
26.- Dispositivo térmico en instrumentos.
27.- Relé de bajo voltaje.
28.- Detector de flama.
29.- Contactor de desconexión o aislamiento.
30.- Relé anunciador o indicador.
31.- Dispositivo de excitación separada
32.- Relé direccional de potencia.
33.- Switch de posición.
34.- Dispositivo maestro de secuencia.
35.- Dispositivo para operar escobillas o poner en C.C anillos
colectores.
36.- Dispositivo de voltaje de polarización o polaridad.
37.- Relé de baja potencia o baja corriente.
38.- Dispositivo de protección de chumacera.
40.- Relevador de campo.
41.- Interruptor de campo.
42.- Interruptor de marcha
43.- Dispositivo manual de transferencia o selección.
44.- Relé de secuencia de arranque de unidades.
46.- Relé de inversión de fases o balance de fases (corriente).

47.- Rele de secuencia de fases (voltaje).
48.- Rele de secuencia incompleta.
49.- Rele térmico de maquinas o transformadores.
50.- Rele instantáneo de sobrecorriente.
51.- Rele de sobrecorriente C.A. con tiempo.
52.- Interruptor de C.A.
53.- Rele de excitación o generador C.D.
54.- Interruptor de sobrevelocidad para C.D.
55.- Rele de factor de potencia.
56.- Rele de aplicación de campo.
57.- Dispositivo de corto circuito o poner a tierra.
58.- Rele de falla de rectificador.
59.- Rele de sobrevoltaje.
60.- Rele de balance de voltaje.
61.- Rele de balance de corriente.
62.- Rele temporizador para paro o apertura.
63.- Rele de presión.
64.- Rele detector de tierra.
65.- Gobernador.
66.- Dispositivo contador de operaciones.
67.- Rele direccional de sobrecorriente C.A.
68.- Rele de bloqueo.
69.- Dispositivo permisivo de control.
70.- Reóstato.
NOMENCLATURA E IDENTIFICACIÓN DE DISPOSITIVOS
71.- Switch de nivel.
72.- Interruptor de C.D.
73.- Contactor de resistencia de carga.
74.- Rele de alarma.
75.- Mecanismo cambiador de posición.
76.- Rele de sobrecorriente en C.D.
77.- Transmisor de pulsos.
78.- Rele de med. De ángulo de fase o protec. De fuera de paso.
79.- Rele de recierre C.A.
80.- Switch de flujo.
81.- Rele de frecuencia.
82.- Rele de recierre.
83.- Rele automático de transferencia o selección.
84.- Mecanismo de operación.
85.- Rele de onda portadora o hilo piloto.
86.- Rele de bloqueo sostenido.
87.- Rele de protección diferencial.
88.- Motor o motor generador.
89.- Cuchillas.
90.- Regulador.
91.- Rele direccional de voltaje.
92.- Rele direccional de voltaje y potencia.
93.- Contactor cambiador de campo.
94.- Rele de disparo o disparo libre.

Por sus características de constitución los relés de sobrecorriente se pueden clasificar como:
 Relés electromecánicos.
 Relés estáticos.
 Relés digitales o microprocesados
Por sus características de tiempo de operación pueden ser:
 Relés de sobrecorriente instantáneo. Numero ANSI 50.
 Relés de tiempo. Numero ANSI 51.
Por sus características de tiempo – corriente, pueden ser:
 Tiempo definido.
 Tiempo inverso.
 Tiempo muy inverso.
 Tiempo extremadamente inverso.
Por sus características de rango de corriente y forma de conexión, pueden ser:
 Relés de sobrecorriente de fase.
 Relés de sobrecorriente de neutro.
 Relés trifásicos.
RELES DE SOBRECORRIENTE

Relé de sobrecorriente instantáneo (50)
Es un relevador con una “respuesta instantánea” para un valor pre-determinado de corriente. Su
tiempo de respuesta u operación es menor a 3 ciclos (0.06 segundos).
Relé de sobrecorriente con retardo de tiempo (51).
Es un relevador con una “respuesta retardada” la cual se ajusta a una curva característica de
tiempo-corriente definida o inversa que funciona cuando la corriente en el circuito excede de un
valor pre-determinado.
Se conoce como tiempo inverso a la característica de tiempo–corriente en que a mayor corriente,
menor es el tiempo de “respuesta” del relevador; y consecutivamente a menor corriente, mayor
será el tiempo de operación del relevador. Es decir, existe una relación de inversidad entre el
comportamiento de ambos parámetros.
Relé de recierre (79)
El equipo permite efectuar hasta 4 recierres
Los tiempos de los recierres se pueden programar.

Principio Básico de la protección de sobrecorriente:

TIPOS DE RELES DE SOBRECORRIENTE

24.9 kV
A B C
2500 A
6MVA
2MVA
9MVA
RA RB RC
24.9 kV 24.9 kV
4000 A
7000 A
500:5 200:5 200:5
COORDINACION RELES DE SOBRECORRIENTE

COORDINACION DE RELES DE SOBRECORRIENTE
100 2 3 4 5 7 1000 2 3 4 5 7 10000 2 3 4 5 7 100000 2 3 4 5
CURRE NT (A )
S
E
C
O
N
D
S
2
3
4
5
7
10
20
30
40
. 01
. 02
. 03
. 04
. 05
. 07
. 1
. 2
. 3
. 4
. 5
. 7
1
1
1. P has e relay RA I E C_I T D= 0. 24
A 69. kV - B 69. kV 1 L
CT R= 500: 5 P ick up= 4. 52A No inst . T P @ 1. 1= 17. 61s
2
2. P has e relay RB I E C_I T D= 0. 14
B 69. kV - C 69. kV 1 L
3
3. P has e relay RC I E C_I T D= 0. 05
C 69. kV - D 69. kV 1 L
DECALAJE
Δt
RA
RB
RC

EJERCICIO # 1
24.9 kV
A
51
1800 A
500:5
DETERMINAR EL TIEMPO DE ACTUACION DEL RELE 51 PARA EL CORTOCIRCUITO DE 1800 A, EL CUAL ESTA
CONFIGURADO CON UN ARRANQUE DE 3A sec, CURVA IEC-NI Y UN DIAL DE 0,2
Alimentador
FORMULAS:
𝑇𝑂𝑃 =
𝐷𝑖𝑎𝑙 × 𝑘
𝑀𝛼 − 1
𝑀 =
𝐼𝑐𝑐
𝑅𝑇𝐶 × 𝐼𝑇𝐴𝑃
𝑀 =
1800𝐴
500
5
× 3𝐴
𝑴 = 𝟔
𝑇𝑂𝑃 =
0,2 × 0,14
60,02 − 1
𝑻𝑶𝑷 = 𝟎, 𝟕𝟕 𝒔 𝟑𝟖, 𝟓 𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐𝒔
DESARROLLO:

EJERCICIO # 2
24.9 kV
A
51
1800 A
500:5
DEL EJERCICIO ANTERIOR CALCULAR EL DIAL PARA UN TAP DE 3A sec CON UN TIEMPO DE OPERACIÓN DE 0,9s
Alimentador
FORMULAS:
𝑇𝑂𝑃 =
𝑀𝛼 − 1
𝑫𝒊𝒂𝒍 = 𝟎, 𝟐𝟑
𝐷𝑖𝑎𝑙 =
𝑇𝑂𝑃 × 𝑀𝛼
− 1
𝑘
𝐷𝑖𝑎𝑙 =
0,9 × 60,02
− 1
0,14

Calcular las corrientes de arranque de cada relé en valores secundarios
EJERCICIO # 3
DEL SIGUIENTE DIAGRAMA CALCULAR LOS AJUSTES DE ARRANQUE DE LAS PROTECCIONES R1, R2 Y R3; ASI COMO
TAMBIEN LOS DIALES DE CADA RELÉ
1
𝐼𝐴𝑅𝑅(𝑅𝐶) = 1,2 × 251,02A
𝐼𝑁𝑅𝐶 =
30𝑀𝑉𝐴
3 × 69𝑘𝑉
𝐼𝑁𝑅𝐶 = 251,02𝐴
𝐼𝐴𝑅𝑅(𝑅𝐶) = 301,22𝐴
𝐼𝑇𝐴𝑃(𝑅𝐶) =
301,22𝐴
300/5
𝐼𝑇𝐴𝑃(𝑅𝐶) = 5,02 𝐴𝑠𝑒𝑐
𝐼𝐴𝑅𝑅(𝑅𝐵) = 1,2 × 334,69A
𝐼𝑁𝑅𝐵 =
40𝑀𝑉𝐴
3 × 69𝑘𝑉
𝐼𝑁𝑅𝐵 = 334,69𝐴
𝐼𝐴𝑅𝑅(𝑅𝐵) = 401,63𝐴
𝐼𝑇𝐴𝑃(𝑅𝐵) =
401,63𝐴
350/5
𝐼𝑇𝐴𝑃(𝑅𝐵) = 5,74 Asec
𝐼𝐴𝑅𝑅(𝑅𝐴) = 1,2 × 376,53A
𝐼𝑁𝑅𝐴 =
45𝑀𝑉𝐴
3 × 69𝑘𝑉
𝐼𝑁𝑅𝐴 = 376,53𝐴
𝐼𝐴𝑅𝑅(𝑅𝐴) = 451,84𝐴
𝐼𝑇𝐴𝑃(𝑅𝐴) =
451,84𝐴
500/5
𝐼𝑇𝐴𝑃(𝑅𝐴) = 4,52 𝐴𝑠𝑒𝑐
DATOS:
𝑇𝑂𝑃 =
𝑀𝛼 − 1
𝐷𝑖𝑎𝑙 =
𝑇𝑂𝑃 × 𝑀𝛼
− 1
𝑘
∆𝑇= 300ms Curva = IEC-NI
𝐼𝑁 =
𝑆
3 × 𝑉
𝐼𝑇𝐴𝑃 =
𝐼𝐴𝑅𝑅(𝑝𝑟𝑖)
𝑅𝑇𝐶
𝐼𝐴𝑅𝑅(𝑅𝐴) = 𝐹𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 × 𝐼𝑁
𝑀 =
𝐼𝑐𝑐
𝑅𝑇𝐶 × 𝐼𝑇𝐴𝑃
69 kV
A B C
4000 A
30MVA
10MVA
5MVA
RA RB RC
69 kV 69 kV
5500 A
6500 A
500:5 350:5 300:5

EJERCICIO # 3
PARA COORDINAR SE AGARRA DE A 2 RELES: COMENZAMOS CON RC Y RB
69 kV
A B C
4000 A
30MVA
10MVA
5MVA
RA RB RC
69 kV 69 kV
5500 A
6500 A
500:5 350:5 300:5
Calcular del Dial para RC
2
Se toma el dial mas bajo que permita el relé
En este caso como el relé es digital se toma:
𝑫𝒊𝒂𝒍𝑹𝒄 = 𝟎, 𝟎𝟓
Utilizar la IMAX_CC que circula por RB y RC a la
misma vez que es 4000 A
Como ya se conoce el DialRC, se puede calcular
el TOP para RC con la IMAX_CC = 4000A
𝑇𝑂𝑃_𝑅𝐶 =
𝐷𝑖𝑎𝑙𝑅𝐶 × 𝑘
𝑀𝑅𝐶
𝛼
− 1
𝑇𝑂𝑃_𝑅𝐶 =
0,05 × 0,14
𝑀𝑅𝐶
0,02 − 1
𝑀𝑅𝐶 =
𝐼𝑀𝐴𝑋_𝐶𝐶_𝑅𝐶
𝑅𝑇𝐶𝑅𝐶 × 𝐼𝑇𝐴𝑃(𝑅𝐶)
𝑀𝑅𝐶 =
4000𝐴
60 × 5,02𝐴
𝑴𝑹𝑪 = 𝟏𝟑, 𝟐𝟖
𝑻𝑶𝑷_𝑹𝑪 = 𝟎, 𝟏𝟑 𝒔
Calcular del Dial para RB
3
𝑻𝑶𝑷_𝑹𝑩 = 𝑻𝑶𝑷_𝑹𝑪 + ∆𝑻
𝑇𝑂𝑃_𝑅𝐵 = 0,13𝑠 + 0,3𝑠
𝑻𝑶𝑷_𝑹𝑩 = 𝟎, 𝟒𝟑𝒔
𝐷𝑖𝑎𝑙𝑅𝐵 =
𝑇𝑂𝑃(𝑅𝐵) × 𝑀𝑅𝐵
𝛼
− 1
𝑘
𝐷𝑖𝑎𝑙𝑅𝐵 =
0,43𝑠 × 𝑀𝑅𝐵
0,02
− 1
0,14
𝑀𝑅𝐵 =
𝐼𝑀𝐴𝑋_𝐶𝐶_𝑅𝐶
𝑅𝑇𝐶𝑅𝐵 × 𝐼𝑇𝐴𝑃(𝑅2)
𝑀𝑅𝐵 =
4000𝐴
70 × 5,74𝐴
= 𝟗, 𝟗𝟔
𝑫𝒊𝒂𝒍𝑹𝑩 = 𝟎, 𝟏𝟒
Para los
4000A
Para los
4000A
4000 A

EJERCICIO # 3
CONTINUAMOS CON RB Y RA
69 kV
A B C
4000 A
30MVA
10MVA
5MVA
RA RB RC
69 kV 69 kV
5500 A
6500 A
500:5 350:5 300:5
Calcular del Dial para RA
4
Utilizar la IMAX_CC que circula por RA y RB a la
misma vez que es 5500 A
Como ya se conoce el DialRB, se puede calcular
el TOP para RB con la IMAX_CC = 5500A
𝑇𝑂𝑃_𝑅𝐵 =
𝐷𝑖𝑎𝑙𝑅𝐵 × 𝑘
𝑀𝑅𝐵
𝛼
− 1
𝑇𝑂𝑃_𝑅𝐵 =
0,14 × 0,14
𝑀𝑅𝐵
0,02 − 1
𝑀𝑅𝐵 =
𝐼𝑀𝐴𝑋_𝐶𝐶_𝑅𝐵
𝑅𝑇𝐶𝑅𝐵 × 𝐼𝑇𝐴𝑃(𝑅𝐵)
𝑀𝑅𝐵 =
5500𝐴
70 × 5,74𝐴
= 𝟏𝟑, 𝟔𝟗
𝑻𝑶𝑷_𝑹𝑩 = 𝟎, 𝟑𝟔 𝒔
𝑻𝑶𝑷_𝑹𝑨 = 𝑻𝑶𝑷_𝑹𝑩 + ∆𝑻
𝑇𝑂𝑃_𝑅𝐴 = 0,36𝑠 + 0,3𝑠
𝑻𝑶𝑷_𝑹𝑨 = 𝟎, 𝟔𝟔𝒔
𝐷𝑖𝑎𝑙𝑅𝐴 =
𝑇𝑂𝑃(𝑅𝐴) × 𝑀𝑅𝐴
𝛼
− 1
𝑘
𝐷𝑖𝑎𝑙𝑅𝐴 =
0,66𝑠 × 𝑀𝑅𝐴
0,02
− 1
0,14
𝑀𝑅𝐴 =
𝐼𝑀𝐴𝑋_𝐶𝐶_𝑅𝐵
𝑅𝑇𝐶𝑅𝐴 × 𝐼𝑇𝐴𝑃(𝑅𝐴)
𝑀𝑅𝐴 =
5500𝐴
100 × 4,52𝐴
= 𝟏𝟐, 𝟏𝟕
𝑫𝒊𝒂𝒍𝑹𝑨 = 𝟎, 𝟐𝟒
5500 A
Para los
5500A
Para los
5500A

EJERCICIO # 3
𝑇𝑂𝑃_𝑅𝐴 =
𝐷𝑖𝑎𝑙𝑅𝐴 × 𝑘
𝑀𝑅𝐴
𝛼
− 1
𝑇𝑂𝑃_𝑅𝐴 =
0,24 × 0,14
𝑀𝑅𝐴
0,02 − 1
𝑀𝑅𝐴 =
𝐼𝑀𝐴𝑋_𝐶𝐶_𝑅𝐴
𝑅𝑇𝐶𝑅𝐴 × 𝐼𝑇𝐴𝑃(𝑅𝐴)
𝑀𝑅𝐴 =
6500𝐴
100 × 4,52𝐴
𝑴𝑹𝑨 = 𝟏𝟒, 𝟑𝟖
𝑻𝑶𝑷_𝑹𝑨 = 𝟎, 𝟔𝟏 𝒔
69 kV
A B C
4000 A
30MVA
10MVA
5MVA
RA RB RC
69 kV 69 kV
5500 A
6500 A
500:5 350:5 300:5
CACULANDO EL TIEMPO DE OPERACIÓN PARA RA CON LA ICC_MAX DE 6500 A
Encontrar el TOP del relé RA para la IMAX_CC de 6500 A
5
6500 A
Para los
6500A

EJERCICIO # 3
𝑰𝑻𝑨𝑷(𝑹𝑪) = 𝟓, 𝟎𝟐 𝑨_𝒔𝒆𝒄
𝑰𝑻𝑨𝑷(𝑹𝑩) = 𝟓,74 A_sec
𝑰𝑻𝑨𝑷(𝑹𝑨) = 𝟒, 𝟓𝟐 𝑨_𝒔𝒆𝒄
𝑫𝒊𝒂𝒍𝑹𝑪 = 𝟎, 𝟎𝟓
𝑫𝒊𝒂𝒍𝑹𝑩 = 𝟎,14
𝑫𝒊𝒂𝒍𝑹𝑨 = 𝟎, 𝟐𝟒
𝑻𝑶𝑷_𝑹𝑨 = 𝟎, 𝟔𝟏 𝒔
69 kV
A B C
4000 A
30MVA
10MVA
5MVA
RA RB RC
69 kV 69 kV
5500 A
6500 A
500:5 350:5 300:5
EN RESUMEN SE TIENE:
𝑻𝑶𝑷_𝑹𝑪 = 𝟎, 𝟏𝟑 𝒔
𝑻𝑶𝑷_𝑹𝑩 = 𝟎, 𝟑𝟔𝒔 Para los
4000A
Para los
5500A
Para los
6500A

CURVAS IEC-NI
100 2 3 4 5 7 1000 2 3 4 5 7 10000 2 3 4 5 7 100000 2 3 4 5
CURRE NT (A )
S
E
C
O
N
D
S
2
3
4
5
7
10
20
30
40
. 01
. 02
. 03
. 04
. 05
. 07
. 1
. 2
. 3
. 4
. 5
. 7
1
1
A 69. kV - B 69. kV 1 L
2
B 69. kV - C 69. kV 1 L
3
C 69. kV - D 69. kV 1 L
0,05
0,14
0,24
301,22 A_pri
(5,02 A_sec)
401,63 A_pri
(5,74 A_sec)
451,84 A_pri
(4,52 𝐴_𝑠𝑒𝑐)
4000 A
0,13 s
0,43 s
RA
RB
RC

CURVAS IEC-NI
100 2 3 4 5 7 1000 2 3 4 5 7 10000 2 3 4 5 7 100000 2 3 4 5
CURRE NT (A )
S
E
C
O
N
D
S
2
3
4
5
7
10
20
30
40
. 01
. 02
. 03
. 04
. 05
. 07
. 1
. 2
. 3
. 4
. 5
. 7
1
1
A 69. kV - B 69. kV 1 L
2
B 69. kV - C 69. kV 1 L
3
C 69. kV - D 69. kV 1 L
0,05
0,14
0,24
5500 A
0,36 s
0,66 s
301,22 A_pri
(5,02 A_sec)
401,63 A_pri
(5,74 A_sec)
451,84 A_pri
(4,52 𝐴_𝑠𝑒𝑐)
RA
RB
RC

CURVAS IEC-NI
100 2 3 4 5 7 1000 2 3 4 5 7 10000 2 3 4 5 7 100000 2 3 4 5
CURRE NT (A )
S
E
C
O
N
D
S
2
3
4
5
7
10
20
30
40
. 01
. 02
. 03
. 04
. 05
. 07
. 1
. 2
. 3
. 4
. 5
. 7
1
1
A 69. kV - B 69. kV 1 L
2
B 69. kV - C 69. kV 1 L
3
C 69. kV - D 69. kV 1 L
0,05
0,14
0,24
6500 A
0,61 s
301,22 A_pri
(5,02 A_sec)
401,63 A_pri
(5,74 A_sec)
451,84 A_pri
(4,52 𝐴_𝑠𝑒𝑐)
RA
RB
RC

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