Coordinacion de protecciones 1

COORDINACION DE
PROTECCIONES ELECTRICAS
ING. GUSTAVO ESPINOSA BARREDA.
CONSULTOR.
ASESORIA
INDUSTRIAL

 Protecciones Básico
 Justificacion para Estudios de Ingeniería
COORDINACION DE PROTECCIONES ELECTRICAS

 Introducción al corto circuito
Ejercicio coordinación de
protecciones.
Calidad, Energía y
protecciones.
Fenómeno del Rayo
Diseño de Malla de Tierra
Comentarios de Pararrayos.
I.I.E. CFE Pararrayos
DIVERSOS ENFOQUES
A LA COORDINACION DE
PROTECCIONES.

 Icc. Protección de Conductores
 Cortacircuitos Protecciones.

 Protección de Generadores
Guía de Aplicación
(Relevadores de distancia.)
Manejo de Graficas X-R.
Introducción de
Relevadores.

 Introducción de fusibles.
Coordinación con fusibles
Selectividad ejemplo 1
Selectividad ejemplo 2

 Interruptores G.E.
 Interruptor de potencia
( tanque muerto.)

 TC´s – 1
 TC´s - 2

 Coordinación de Protecciones
Eléctricas

COORDINACION DE PROTECCION
Relés de Tiempo Inverso
Cuando los sistemas de potencia consisten de secciones cortas de cable,
así que la impedancia total de línea es baja, el valor de la corriente de falla
seran controladas principalmente por la impedancia del transformador o
otra planta Fija, y no variara grandemente con la ubicación de la falla. En
tales casos, podría ser posible a graduar los Relés de Tiempo Inverso
(Inverse Time Relays) en muchisimos de la misma manera que los relés
de Tiempo Definido (Definite time relays).
Sin embargo, cuando los probables corrientes de falla varíe
sustancialmente con la ubicación de falla, es posible hacer uso de este
hecho empleando ambas graduaciones de tiempo y corriente así como
mejoras en el performance del Equipo de trabajo (Overall) del Rele.
Este es uno de los mayores ventajas del Rele de Tiempo Inverso (Inverse
Time Relay) sobre el Rele de tiempo definido (Definite Time Relay) en
sistemas en el cual hay una gran variación en la corriente de falla entre
los dos entremos del Alimentador (Feeder), debido a la rapidez del tiempo
de operación pueden ser logrado para el relé mas cercano a la fuente,
donde el Nivel de Falla es el mas alto.

Los cálculos de graduación de Rele de Sobrecorriente son mejor ponerlos en
forma tabular y el sistema de distribución mostrado en figura será usado a
ilustra el método. En este ejemplo la Barra de SSEE A de 11 KV son
alimentados (fed) vía dos transformadores en GRID (paralelo).
Las cuales están conectados a un sistema EHV (Extra High Voltage) de
despreciable impedancia de fuente . Así la potencia de cortocircuito sobre la
barra de 11KV en la SSEE A con los dos transformadores en Grid en servicio
es de 150MVA, el cual corresponde una impedancia de la Fuente de 0.81W.
La SSEE A suministradora es mostrado alimenta a SSEE B, C, D, E a través
de un sistema de distribución radial que incluye una sección del alimentador
(Feeder) teniendo la impedancia de fase mostrada en el Diagrama.
Los cargas son alimentadas desde cada SSEE, la suma las corrientes de
carga fluyen en el circuito del alimentador siendo como se muestra.

La cuarta y quinta columna contiene el correspondiente corriente de Falla máxima y mínima.
Ubicación Impedancia Total (Ω)
=KV2/MVA
Corriente de falla
=KV/(1.73xZ)
Corrien
Carga
Máxima
(A)
Relación
De CT
Relay Current Setting
(Corriente de Reglaje de Rele)
Min. Max. Min. Max. % I Primario (A)
A 0.81 1.62 7850 3920 420 400/5A 150 600
B 1.41 2.22 4500 2860 300 400/5 125 500
C 2.36 3.17 2690 2003 130 200/5 100 200
D 4.56 5.37 1395 1182 50 100/5 100 100
La data son analizadas en tabla 9.1 . La impedancia total incluyendo la
impedancia de la fuente en cada SSEE es dado en la segunda columna.
La tercera columna da la impedancia correspondiente con la potencia
de barra de cortocircuito en la SSEE A reducido a un asumido mínimo,
en este ejemplo por desconexión de uno de los dos transformadores
alimentadores .

Pcc detras de tranformadores es muy grande… entonces Zcc. detras es despreciable.
Pcc con un transformador 150MVA
Pcc con dos transformadores 300MVA

UBICACION DE FALLA
Rele D C B A
MV
Acc
26.5 51.2 85.6 149
PSM T
C
TMS Ta PSM TC TMS Ta PSM TC TMS Ta PSM TC TM
S
Ta
D 13.95 2.
6
0
0.05 0.13
1395.0A/1
00
C 6.975 3.
6
0
0.17
5
0.63 13.45 2.60 0.17
5
0.45
5
1395.0A/2
00
TaC/
TC
TaD
+.5
2690.0A/2
00
B 5.38 4.10 0.23
3
0.95
5
9.00 3.15 0.23
3
0.73
5
2690.0A/5
00
TaB/
TC
TaC
+.5
4500.0A/5
00
A 7.50 3.45 0.35
8
1.23
5
13.08 2.65 0.35
8
0.95
4500.0A/6
00
TaA/
TC
TaB
+.5
7850.0A/6
00

Las corrientes máximas de carga trasmitida a través de cada SSEE dentro
de la proxima seccion alimentador (Feeder) son listados en la sexta
columna. De esta data, Convenientes Relaciónes de Transformador de
corriente y (Relay Current Setting) son seleccionado.
Deberá ser notado que la (primary current setting) deberá ser seguramente
aproximado a la corriente de Carga Máxima estimada, en orden a permitir
algún margen de crecimiento de carga, Cargas Altas inesperadas, Cargas
Picos transitorias y el reseteo completo de Rele después hasta el fin de la
falla.
Con los circuitos transportadores la corriente de carga máxima esperada.
El Reglaje de (Relay Setting) Rele deberá se bajo la corriente de falla
mínima en la quinta columna.
Los Relés de sobrecorriente son proyectados a proveer una
discriminación de protección contra fallas del sistema y no da protección
precisa contra sobrecarga.

El TMS (Relay Time Multiplier Setting) del rele son calculados como se pone en
fig. 9.20
La graduación es calculada para el valor relevante máximo de la corriente de falla
el cual debido de la forma inversa de la curva característica del Rele asegura que
el margen de graduación sea correspondientemente incrementado por algún
menor valor de corriente de arranque con el Rele en la SSEE D mas rápido de la
fuente de energía, El PSM (Plug Setting Multiplier) es calculado de un
conocimiento de las corrientes de falla máxima fluyendo a través de este punto y
del (Relay current setting).
SSEE D
Relación de CT 100/5A
Rele de corriente CDG11 (normado IDMT)
Setting =100%
=100A
Nivel de Falla máxima en la Barra de SSEE D =1395
Por esto el PSM del Rele =1395/100 = 13.95
Ahora de la figura 0.14 el tiempo de operación del Rele normado IDMT a
13.95 y a un 1.0TMS es 2.6 Segundos.

No seguir Rele D (No relay follows D), pero un pequeño retardo de tiempo es aun
requerido a permitir la discriminación con la protección del sistema de menor
tensión .
Además el viaje de los contactos del Rele D deberá ser hecho sin ser hecho
fluctuaciones pequeñas, así como prever la posibilidad de Shock de operación
mecánica.
Un TMS (Time Multiplier Setting) de 0.05 es tan bajo como es prudente en este
ultimo respecto es adoptado en este ejemplo, asumiendo que la discriminación
con Interruptor de Menor Tensión es satisfactorio. Desde un actual tiempo de
disparo (actual tripping time) para relé D es obtenido.
0.05 x 2.6 = 0.13 segundos
Un margen de graduación de 0.5s es adoptado en este ejemplo así que el Rele en
la SSEE C deberá tener un tiempo de operación, para una falla en SSEE D, como
sigue.

SSEE C
Relación de CT 200/5A
Rele de corriente CDG11 (normado IDMT)
Setting =100%
=200A
Graduación de Rele C con D a Nivel de Falla máxima en la Barra de
SSEE D =1395
Por esto el PSM del Rele =1395/200 = 6.975
Ahora de la figura 9.14 el tiempo de operación del Rele normado IDMT a
6.975 y a 1.0TMS es 3.6 Segundos.
Tiempo de discriminación de Relés requerido = 0.13 + 0.5s = 0.63s
Por esto TMS requerido de Rele = 0.635/3.6 = 0.175s
Los cálculos ahora proceden para relé C con una falla (close up) en SSEEC
dando un PSM (Plus Setting Multiplier) que es calculado como sigue.
Corriente de falla máxima para una falla inmediatamente cercanamente
fuera de Barra SSEE C : = 2690A
Por esto el PSM de Rele =2690/200 = 13.45

Ahora de la figura 9.4 el tiempo de operación del Rele normalizado a
13.45 veces (Relay Plug Setting) es 2.6 segundos el cual en unión con
el TMS (Time Multiplier Setting) previamente determinado para Rele C
como 0.175 da un tiempo de operación actual de Rele C para una falla
cercana (close up) a un nivel de falla máxima, de:
0.175 x 2.6 = 0.455 segundos
La graduación de relés restantes procede por pasos similares a aquellos
puestos arriba (ver cuadro) .
Es apreciable algunas de los valores puestos (set out) en tabla 9.2 son
mostrados en un orden mayor de precisión que es justificado en la
practica.
Esto es deseable en este ejemplo teórico en orden que dirigir a las
figuras de graduación no se confundir por aproximación . Será notado
que aunque incrementan los tiempos de disparo (tripping times) en
secuencia desde el Rele D al A. El tiempo de operación del Rele
(operating time relay) A para una falla cercana (close up) es mucho
menor que tres pasos de graduación mayores que aquel del Rele D, una
ganancia en performance del equipo de trabajo (Overall) el cual es
debido a la característica del Relé Tiempo / Corriente .

Finalmente para completar el ejercicio las curvas de discriminación por los Relés
en SSEE A, B, C, D son ploteados en figura 9.15 desde el cual puede claramente
ser vistos que a los niveles de Falla Máximo las varias Barras SSEE , un margen
de graduación de 0.5s. ha sido logrado y que los Relés también operan
satisfactoriamente con la corriente de Falla mínima disponible.
Se empieza por D, el TMS en las filas son los mismos ya que se trata del
mismo rele vee la falla cercana o lejana de este Rele.
En las columnas se da el margen de graduacion de 0.5s para una misma falla entre dos
reles. Rele de fila superior es mas rrapido ya que esta mas cerca de la falla.
z=
KV2/MVA
Z acumulado Imax (A)=
11/
(1.73xZmin)
Imin(A) =
11/
(1.73xZmax)
Max.Corrie
nte
carga (A)
Rela
cion
TC
Relay Current
Setting
UBICACI
ÓN
Zmi
n
oh
m
Zm
ax
oh
m
ohm % Ipri(A)
A MVAcc
fuente
0.8
1
1.6
2
0.81 (Zmax
=1.62)
7850 3925 420 400/5
A
15
0
600
B 1.4
1
2.2
2
0.81+0.6 4509 2864 300 400/5
A
12
5
500
C 2.3
6
3.1
7
0.81+0.6+0.95 2694 2006 130 200/5
A
10
0
200
D 4.5
6
5.3
7
0.81+0.6+0.95+2
.2
1394 1184 50 100/5
A
10
0
100

Tc = Relay operating time from standard curve at given PSM (segundos) el Tc se
obtiene con PSM y TMS=1.
PSM = Relay Plug Setting Multiplier = Corriente maxima de falla calculada /
Valor primario del TCTMS: Relay Time Multiplier Setting
Ta : Relay Actual Operating Time(segundos) .Ta se obtiene multiplicando Tc
x TMS nuevo: El TMS nuevo es menor a uno (o al TMS inicial).
Cuando la corriente de falla es muy alta y en el grafico de rele inverso no se
graficase puede asumir el tiempo de 0.28segundos
Cuando la corriente de falla es muy alta y en el grafico no se graficase puede
asumir el tiempo de fusible de 0.01segundos
Margen de Graduacion permitido entre Rele y fusible t' = 0.4 x t +
0.15segundos = 0.4 X 0.01 + 0.15 = 0.154 segundos Tiempo de Operación de
Rele Extremadamente Inverso = t' + 0.01 = 0.154 + 0.01 = 0.17segundos

APLICACIÓN DE RELEVADORES EN FALLA A TIERRA
FALLA A TIERRA DE ALTA IMPEDANCIA
APLICADO A SISTEMAS ELECTRICOS
OBJETIVO
• Se analiza tensiones y corrientes en el caso de presencia de la falla tanto en
sistemas puestos a tierra, como en sistemas no puestos a tierra. A fin de ilustrar el
problema de la:
• FALLA A TIERRA DE ALTA IMPEDANCIA
¿Que es una falla a tierra de alta impedancia? Rpta: Es cuando una fase hace contacto a tierra a traves de un
material de alta resistencia.
¿Que sucede si Ud. tiene esta falla en una fase que tiene interruptor? Rpta: Cada vez que Ud encienda el
interruptor, crea sobretensiones en la otras faces.
Problema En Sistema Puesto A Tierra
• La protección dependera de ZO que incluye resistencia de falla de tierra y resistencia de arco

P R O B L E M A S Q U E P R O V O C A
L A F A L L A A T I E R R A
Este Circuito Se Formara Una Vez Que El Cable Toque Tierra
• Sobre tensión transitoria en fases sanas
• Sobre corriente fase a tierra (KA) = 3 Ia0
• Sobre temperatura = cteT x KA2
• Sobre esfuerzos mecanicos = cteM x KA2
• La tensión de paso = cteP x KA

Problema En Sistema No Puesto A Tierra
•   En el circuito de falla esta la Resistencia falla de tierra, y XC del sitema, pero si XC es muy grande se
inserta una resistencia, a fin de detectar y ubicar circuito fallado.
Este Circuito Se Formara Una Vez Que El Cable Toque Tierra
•             La protección depende de la resistencia de falla a tierra
•             Se presenta la sobretensión en sistemas aislados con estrella
•             El problema de la detección es acentuado debido a que circula baja corriente de falla

Problema Común de Las Protecciones Actuales
• Tiempo de Espera: El Cable Debe Tocar Tierra
• Luego Se Cree Una Ruta Por Tierra
• Luego Comenzara La Detección
• Dependen de la resistencia de falla a tierra
Sistema Puesto A Tierra
Se usa Reles de distancia, reles diferenciales
• Y Rele de sobrecorriente de tiempo inverso
• Con Elemento direccional por corriente inductiva

Sistema Puesto A Tierra Con BOBINA
•
Se usa Rele de sobrecorriente de tiempo inverso
• Y Rele direccional de sobre corriente homopolar
• Si XC>XL con elemento direccional por corriente inductiva
• Si XC=XL con elemento direccional por corriente resistiva

Sistema Puesto A Tierra Con RESISTENCIA
• Se usa Rele de sobrecorriente de tiempo inverso
• Y Rele direccional de sobre corriente homopolar
• Con Elemento direccional por corriente resistiva

Sistema NO Puesto A Tierra (XC<<)
• Se usa Rele direccional de sobrecorriente homopolar
• Con Elemento direccional por corriente capacitiva
• I/O con Elemento direccional por corriente resistiva

Sistema NO Puesto A Tierra (XC>>)
• Se usa Rele direccional de sobrecorriente homopolar.
Se ingresa en el momento de falla una resistencia a tierra
• Con Elemento direccional por corriente resistiva

El Problema De La SENSIBILIDAD }
• La capacitancia, las pérdidas por fuga en aislamientos, el efecto
corona, el desbalance de cargas permiten una baja corriente
homopolar, en condiciones del sistema sin falla.
• La corriente de excitación de los transformadores de corriente puede
ocasionar una falsa operación de la protección
El Problema De La DETECCIÓN
• El problema de la sensibilidad no permite bajos valores de setting
del rele
• En el momento de falla la detección dependera de la resistencia del
terreno.
Una alta resistencia podria hacer lento la operación de la
proteccion.

CONCLUSIONES
• El problema de la sensibilidad no permite bajos valores de setting
del Rele, la detección se dificulta con una falla a tierra de alta
impedancia
• Cree una ruta de descarga a tierra en caso de falla o transitorios,
segura para la vida y bienes.
• Una carga como un Centro de Computo, Telecomunicaciones,
Equipos de Voz y data, se veran afectados por ruidos, sobretensiones,
no solo puede perder valiosa informacion, sino su PC.
• En niveles de baja tension la falla a tierra de alta impedancia, con
neutro a tierra, la falla puede dañar mucho si Ud. no cuenta con una
adecuada proteccion en corriente y tension.
• Muchos comercios, industrias, hospitales, se suele alimentar a una
carga monofasica con 4 conductores. Y a una carga trifasica con 6
conductores. Lo cual es justificado.

CONCLUSIONES
Se debe poner enfasis a las perturbaciones de tension, pero sin
descuidar a la falla a tierra de alta impedancia.
• En niveles de baja tension la falla a tierra de alta impedancia, en
sistema aislado, la primera falla a tierra no ocasionara
sobrecorrientes, y se asemejara a un sistema puesto a tierra. La
segunda falla a tierra de alta impedancia producira sobrecorrientes.
• Las fallas a tierra de alta impedancia son las mas ocurrentes. Son
las mas perjudiciales por que pueden permanecer por mucho
tiempo sin ser detectadas.
• En alta tension y su sistema es aislado use la proteccion
hompolar y ubique la falla con la capacitancia de la misma red i/o en el
momento de falla inserte una resistencia.
• En alta tension y su sistema esta puesto a tierra. Respaldese por
Proteccion por impedancia, diferenciales de linea, y homopolares,
contra sobretensiones transitorias.

CONCLUSIONES
Su sistema electrico debe ser una de
estas configuraciones, sea en baja, media o
alta tension.
La Sobre tension transitoria, flicker, dip,
interrupciones, perturbaciones de alta
frecuencia serian menores si hacemos
un buen diseño e instalacion.
Sin descuidar los armonicos y las
posibles descargas estaticas a fin de contar
con energia de buena calidad.

ESQUEMAS DE PROTECCIONES
Programa de Calculo Cortocircuito con VISUAL BASIC
Visual Basic es tan util para desarrollar programas de calculo, ejemplo
este programa es un tutorial de protecciones
contiene los esquemas de proteccion mas utilizados.
Datos a Ingresar:
Pcc de barra, Voltios en lado primario y secundario.
Potencia de transformador, Voltios de prueba de cortocircutio de
transformador y Perdidas de cobre.
Luego valores de R y X, tambien con datos
de linea como material de conductor y geometria de la disposicion de
conductores.
Resultado:
Determina R y X de cortocircuito, R y X de transformador, R y X de lineas o
cables, y Corriente de cortocircuito en cada barra.
guardalo todo en una carpeta y ejecuta el rele2003.exe

PROGRAMA PARA SIMULAR LA OPERACION DE TABLERO DE
TRANSFERENCIA
Esta es una forma mas como puede VISUAL BASIC ser tan util
parapresentar nuestros trabajos, es decir antes de proyectar o instalar.
Desarrollar simuladores donde visualizaras las ventajas de modernizar
una instalacion electrica, realmente puedes simular todo, la operación de
sistemas de suministros de emergencia, o la automatización de una
industria.
En este caso simula la operacion de un tablero de transferencia, cuando
pierdas el suministro publico.

CONTROL DE TABLERO DE TRANSFERENCIA

No. DESCRIPTION
2 Time-delay
21 Distance
25 Synchronism-check
27 Undervoltage
30 Annunciator
32 Directional power
37 Undercurrent or underpower
38 Bearing
40 Field
46 Reverse-phase
47 Phase-sequence voltage
49 Thermal
50 Instantaneous overcurrent
51 AC time overcurrent
59 Overvoltage
60 Voltage balance
63 Pressure
64 Apparatus ground
67 AC directional overcurrent
68 Blocking
69 Permissive
74 Alarm
76 DC overcurrent
78 Out-of-step
79 AC reclosing
81 Frequency
85 Carrier or pilot-wire
86 Lock out
87 Differential
94 Tripping
ANSI DEVICE NUMBERS GER-3977 GE Power Management

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