Este documento trata sobre el cálculo y ajuste de protecciones eléctricas. Explica los objetivos de las protecciones, los tipos de fallas, los criterios para detección de fallas y los diferentes tipos de protecciones como sobrecorriente, tiempo inverso, fusibles, interruptores, límites térmicos de cables y transformadores. Incluye también características, curvas y parámetros relevantes para el diseño y ajuste de protecciones.

1. 1
Cálculo de Protecciones
con PowerFactory
Protection Training
Del ajuste de las protecciones
Se busca evitar:
• Daños de equipos debido a los efectos térmicos y
mecánicos de la corriente de falla.
• Interrupción del suministro
• Pérdida de la estabilidad de la red
• Riesgo para la vida de las personas
Protection Training

2. 2
Exigencias
• Selectividad
Desconexión de la minima zona posible alrededor del lugar donse se
presenta la falla.
• Confiabilidad
– Confiabilidad: despeje seguro de la falla, cuando esta se encuentra
dentro de la zona de actuación del dispositivo de protección.
– Seguridad: no se produzca disparo, cuando la falla se encuentre fuera
de la zona de actuación del dispositivo de protección.
• Velocidad
• Sensibilidad
– Que el dispositivo de protección distinga de manera confiable entre un
estado de servicio normal y uno de falla.
Protection Training
Tipos de Fallas Típicos
• Cortocircuitos
• Cortocircuitos a tierra
• Interrupción de un conductor
• Fallas internas entre arrollamientos de transformadores
y máquinas eléctricas en general
• Sobrecarga
• Déficit de potencia activa
• Marcha asincrónica de generadores sincrónicos
(Pérdida de estabilidad de la red)
Protection Training

3. 3
Criterios para detección de Fallas
• Sobrecorriente (Cortocircuitos, Sobrecargas)
• Diferencias de corrientes (Cortocircuito)
• Sobretensión/Baja Tensión (Cortocircuito, Estabilidad de
tensión)
• Dirección flujo de potencia (Cortocircuitos, Fallas a tierra)
• Asimetrías (Interrupción de conductores, cargas
desbalanceadas)
• Impedancia (Cortocircuito, Pérdidas de estabilidad)
• Frequencia (Déficit de potencia activa)
• Temperatura (Sobrecarga)
Protection Training
Transformadores de Medición
Protection Training

4. 4
CTs: Saturación
• Saturación en CTs cuando:
• La tensión AC secundaria sobrepasa la tensión de
codo.
• Componente de continua en la corriente primaria.
• La corriente secundaria aparece deformada y resulta
menor que en el caso en que el CT no esté saturado.
• CTs especiales con comportamiento dinámico mejorado
son clasificados por IEC como TPX,TPY o TPZ.
Protection Training
Modelos
CT Ideal VT Ideal
Modelo Detallado del CT
Protection Training

5. 5
Saturación de CTs
0.2000.1000.000-0.1000 ..
1200.0
800.00
400.00
0.000
-400.00
-800.00
-1200.0
Stromwandler: Mag.-Fluss L1 in V
0.2000.1000.000-0.1000 ..
1200.0
800.00
400.00
0.000
-400.00
-800.00
-1200.0
Stromwandler: Mag.-Fluss L2 in V
0.2000.1000.000-0.1000 ..
1200.0
800.00
400.00
0.000
-400.00
-800.00
-1200.0
Stromwandler: Mag.-Fluss L3 in V
DIgSILENT
Protection Training
Clasificación de CTs
Clases según IEC:
ej.: 15VA Clase 10 P 20
• 15VA : Carga límite in VA
• 10 : Exactitud segun la clase
• P : Apto para Protecciones : P por “Protection”
• 20 : Factor límite para la exactitud
Protection Training

6. 6
Protección por Sobrecorriente
Protection Training
Unidad Disparo Instantáneo (IOC)
1000 10000 100000[pri.A]
0.01
0.1
1
10
[s]
I>/I>>
DIgSILENT
Tfct=Trelay+Tbrk
Tfct=Trelay+Tbrk
I>>
I> • Tiempo despeje de Falla
Tpo. Actuación Relé
Tpo. Apertura Interruptor
• Tiempo Actuación del Relé
Tiempo de arranque
Temporizador
• Ajuste de Corriente
Ajuste de Corriente
brkrelayfct TTT 
relayT
brkT
setsrelay TTT 
sT
setT
 IyI
Protection Training

7. 7
Disparo por Tiempo Inverso (TOC)
• Tiempo de Despeje de Falla
Tpo. Actuación del relé
Tpo. Apertura Interruptor
• Tpo. Actuación del Relé
Tpo. Arranque
Característica TOC
• Ajuste de Corriente
Ajuste de Corriente
Corriente de arranque
brkrelayfct TTT 
relayT
brkT
)T,f(I/ITT psetpsetsrelay 
sT
)T,f(I/I psetpset
1000 10000 100000[pri.A]
0.01
0.1
1
10
[s]
AMZ
DIgSILENT
Tpset
Ipset
Tfct=Trelay+Tbrk
Imin
minI
psetI
Protection Training
Características segun IEC
• Normal Inversa
• Muy Inversa
• Inversa Extrema
• Inversa Larga
1)/(
14.0
t 02.0


pset
pset
II
T
1)/(
5.13
t


pset
pset
II
T
1)/(
80
t 2


pset
pset
II
T
1)/(
120
t


pset
pset
II
T
Protection Training

8. 8
Características segun ANSI/IEEE
• Inversa Normal
• Inversa Corta
• Inversa Larga
• Inversa Moderada
• Muy Inversa
• Inversa Extrema
• Inversa Definida
• I cuadrado T










 0.17966
1)/(
8.9341
t 2,0938
pset
pset
II
T










 0982.0
1)/(
922.3
t 2
pset
pset
II
T










 18592.2
1)/(
64143.5
t
pset
pset
II
T










 21359.0
1)/(
4797.0
t 5625.1
pset
pset
II
T










 03393.0
1)/(
2663.0
t 2969.1
pset
pset
II
T










 0243.0
1)/(
64.5
t 2
pset
pset
II
T










 0228.0
1)/(
0103.0
t 02.0
pset
pset
II
T
2
)/(
14.107.50
t
pset
pset
II
T 

Protection Training
10 100 1000 10000 100000[pri.A]
0.01
0.1
1
10
100
1000
[s]
Sicherung 1 Sicherung 2
Max. Schmelzkurve
Min. Schmelzkurve
Durch. Schmelzkurve
Fusibles
• Curva de Fusión Media
• Curvas de Fusión Mínimas y
Máximas
Protection Training

9. 9
Interruptores de Baja Tensión
• Protección de sobrecarga para
tiempos largos.
• Protección contra cortocircuitos para
tiempos cortos
- con o sin característica I²t
• Disparo instantáneo para corrientes
de cortocuito
1000 10000 100000[pri.A]
0.001
0.1
10
1000
[s]
NS-Schalter
DIgSILENT
I²t on/off
Langzeitverzögerter
Überlastschutz
Kurzzeitverzögerter
Kurzschlussschutz
Unverzögerter
Kurzschlussschutz
Ir
Im
I
tm
tr
Protection Training
Curva de Arranque de Motores
• Curva de Arranque
Corriente Nominal
Corriente Arranque
Tiempo Arranque
Corriente Conexión
Tiempo I conexión
• Límites térmicos
en frío
en caliente
n
n
n
U
S
I


3
aI
coldt
hott
startt
pI
inrusht
1000 10000[pri.A]
0
0.1
1
10
100
[s]
Motor - 1
DIgSILENT
Ia
In
tinrush
thot
tcold
Ip
tstart
Protection Training

10. 10
Curvas Límite Térmico de Cables
• Capacidad Carga Térmica
Corriente de Falla p/Ensayo
Duración Ensayo (1s)
Tiempo de Despeje de Falla
• Corriente de Conexión
Corriente de Conexión
Tiempo Corriente Conexión
sTsfür
T
T
II k
k
kr
thrth 1001.0 
thrI
krT
kT
100 10000 100000[pri.A]
0.01
0.1
1
10
[s]
Kabel-1
DIgSILENT
Ithr
Tkr
Ip
tinrush
pI
inrusht
Protection Training
Curvas Límites Térmico de Cables
IEC/VDE
Ctte Aislante del Conductor
Temperatura Inicial
Max. Temperatura Final
Sección en mm²
Tiempo Despeje de Falla
Factor Efecto Skin
Cufürk
i
if
234.5
1ln226 










k
i
kT
Alfürk
i
if
228
1ln148 










f
sTsfür
T
Ak
FII k
k
acthrth 1001.0 


A
acF
ANSI/IEEE
Ctte Aislante del Conductor
Temperatura Inicial
Max. Temperatura Final
Sección en millas circulares
Tiempo Despeje de Falla
Factor Efecto Skin
Cufürk
i
f
234
234
log0.0297 10





sTsfür
T
Ak
FII k
k
acthrth 1001.0 


Alfürk
i
f
228
228
log0.0125 10





k
i
kT
f
A
acF
Protection Training

11. 11
Curvas Sobrecarga de Cables
100 1000 10000[pri.A]
10
100
1000
10000
[s]
Kabel-1
DIgSILENT
In
• Sobrecarga (para t > 10s )
itbetriebfür Kurzze
e1
e
I
I
1
II bt
bt2
b
0
n















nI
0I
bt

 Sobrecarga ANSI/IEEE (para t > 10s )
E
N
K
bt
K
bt2
b
0
0N
0E
n
T230
T230
e1
e
I
I
TT
TT
II


















Corriente nominal en A
Corriente previa en A
Duración de la sobrecarga en s
Constante de tiempo del cable
Constante dependiente del diámetro e instalación
Temperatura max. por sobrecorriente
Temperatura max. de operación
Temperatura del ambiente
Temperatura de resistencia cero (Cu=234, Al=228)
K
ET
NT
0T
230
Protection Training
ANSI/IEEE Curvas Trafos - Cat. I/II
• Curvas Límite Térmico
– Categoria I (0.15 - 0.5 MW)
– Categoria II (0.501 - 5 MW)
• Curvas Límite Mecánico
– Categoria II (0.501 - 5 MW)
• Corriente de Arranque
Corriente de Arranque
Duración Corriente Arranque
10 100 1000 10000[pri.A]
0.1
1
10
100
1000
10000
[s]
Category I Category II
DIgSILENT
5 4781012 uk in %
Sn = 1MVA (10kV)
Sn = 0,1 MVA (10kV)
Ip
tinrush
thermisch
mechanisch
pI
inrusht
Protection Training

12. 12
ANSI/IEEE Curva Trafos Cat. III/IV
• Curvas Límite Térmico
– Categoria III (5.001 - 30 MW)
– Categoria IV ( > 30 MW)
• Curvas Límite Mecánico
– Categoria III (5.001 - 30 MW)
– Categoria IV ( > 30 MW)
• ANSI Desplazamiento Curvas
100 1000 10000[pri.A]
1
10
100
1000
10000
[s]
Category III Category IV
DIgSILENT
Sn = 50MVA (110kV)
Sn = 10 MVA (110kV)
5 4781012uk in % 5 4781012
mechanisch
thermisch
Protection Training
Escalonamiento en el Tiempo
C-DB-CA-B
D
C
B
A
t
t=1.2 s
t= 0.8 s
t= 0.4 s
Einspeisung
Protection Training

13. 13
Escalonamiento Tiempo-Corriente
C-DB-CA-B
D
C
B
A
t
Einspeisung
lmax(0.8*LAB) lmax(0.8*LBC) lmax(0.8*LCD)
Protection Training
Modelado de Protecciones
con PowerFactory
Protection Training

14. 14
Construcción General
G
~
G1
G
~
G2
T1
T2
VT
Relay
Element
CT
Relay
Type
Blockdiagramm
Ajustes
Zona Estructura
Tensión
Corriente
Disparo
Biblioteca
Red
Protection Training
Modelado Características I-t
• Complejidad del modelo definida por el usuario.
• Se disponen de las siguientes características:
– Selección de tipos ANSI-IEEE
– Selección de tipos IEC
– Ecuaciones Matemáticas
– Tablas
• Protecciones Interruptores de Baja Tensión
• Elementos direccionales
• Fusibles
• Curvas límites de transformadores y cables
• Característica de Arranque de Motores
Protection Training

15. 15
Ejemplo de Selectividad
Protection Training
DIgSILENT PowerFactory
Modelado de Fusibles
Protection Training

16. 16
Tipo de Fusible
• Crear tipo de fusible
(TypFuse)
• Tensión Nominal en kV
• Corriente Nominal
(importante)
• Elegir curva de fusión
• Serie de Fusibles
Protection Training
Fusibles: curvas actuación
• Curvas de Fusión Min. y
Max.
• Curva de Fusión
Promedio
Protection Training

17. 17
Digitalización Curva de Actuación
• Insertar nueva gráfica
- Instrumentos Virtuales
• Agregar VI(s)
- Input-Curve (VisDefcrv)
• Editar Diagrama y definir como
Fondo el archivo „Bitmap“ -.
Protection Training
Ajuste del Diagrama
• Ajustar origen de los ejes
• Ajustar eje-X y eje-Y
• Ajustar límites para eje-X y eje-Y
• Elegir matriz para la curva
• Elegir tipo de interpolación
Protection Training

18. 18
Digitalizar característica
• Poner curva activa
• Elegir Ingresar pares X/Y
• Elegir „Drag & Drop“
• Transferir valores ingresados
Protection Training
Protección de Distancia
Protection Training

19. 19
Construcción Relé de Impedancia
Preparación
Señal
Arranque/
Detección
Falla Auslöse-
zonen
Auslöse-
zonen
Zonas
Actuación Auslöse-
zonen
Auslöse-
zonen
Tempori-
zador
Lógica
Disparo
U
I
Protection Training
Métodos de exitación
• Exitación por sobrecorriente (I)
• Exitación por baja impedancia (U/I)
• Exitación por baja impedancia
dependiente del ángulo (U/I/phi)
• Exitación por impedancia (Z)
Reconocimiento de fallas a tierra
En la mayoria de los casos se usa la corriente de tierra (3I0) o en
algunos también el voltaje de desplazamiento (3U0) para diferenciar
entre fallas con o sin conexión a tierra.
Protection Training

20. 20
Exitación por sobrecorriente
• Se puede utilizar
cuando las corrientes de
cortocircuito son muy
diferentes de las
corrientes de carga.
I/IN
Z
U/I
I>
Protection Training
Exitación por baja impedancia (U/I)
• Se usa siempre que la
corriente mínima de
cortocircuito es menor que la
mayor corriente de carga.
• Ajustes típicos de protección:
I>> = (1,00 – 4 ) x IN
I> = (0,25 – 1) x IN
U(I>>) = (0,5 – 0,95) x UN
U(I>) = (0,2 – 0,70) x UN
I/IN
U/UN
I> I>>
U(I>)
U(I>>)
I/IN
Z/ZN
I> I>>
Area de carga
Area de carga
Protection Training

21. 21
R
jX
ZL
Exitación por baja impedancia dependiente del ángulo
(U/I/phi)
• Se usa cuando la falla de
cortocircuito no provoca
altas corrientes ni bajos
voltajes.
• Ajustes típicos de
protección:
j = 50° - 100°
Ij = 0,25 - 1 x IN
I/IN
j
I>>
U<
10
0
80
60
40
20
Area de exitación
I>>Ij>
Area de carga
1 4
jL>
Protection Training
R
jX
ZL
Exitación por impedancia
• Se usa sobre todo en
caso de líneas largas y
muy cargadas lo que
provoca que las
corrientes de falla y las
corrientes de carga no
se puedan diferenciar.
RA2
RA1
jA
X-A
X+A
Protection Training

22. 22
Medición de Impedancia
 Lazo Fase-Fase
21
21
2121
LL
LL
L
LLLLLL
II
U
Z
UIZIZ





1LI
2LI
L2L1U 
LZ
LZ
LZ
EZ
Protection Training
Medición de Impedancia
 Lazo Fase-Tierra
E
L
E
L
EL
L
ELEELL
I
Z
Z
I
U
Z
UIZIZ





1
1
11
independiente lugar falla






 1
1
0
3
1
0
Z
Z
Z
Z
k
L
E
1LI
EIE1LU  EZ
LZ
LZ
LZ
Protection Training

23. 23
Dirección / Polarización
X
R
induktiv
kapazitiv
Z
vorwärts
rückwärts

Protection Training
Dirección / Polarización
Relais
G1
S2
S1
F2 F1
ZG1 ZL ZG2
G2
X
R
ZL+ZG2
ZG1
F1
F2
ZL+ZG2
X
R
ZG1
Protection Training

24. 24
Escalonamiento Impedancia-Tiempo
A B C D
DIgSILENT
Z1 = (0.8...0.9)*ZAB
Z2 = 0.8*(ZAB + (0.8...0.9)*ZBC)
Z3 = 0.8*(ZAB + 0.8*(ZBC+ (0.8...0.9)*ZCD))
Protection Training
L3
B
B3
L2L1
B2
A
B1
DIgSILENT
Alimentación Intermedia (Infeed)
2I
1I
1
2
221
1
21211 )(
I
I
ZZZZ
I
IIZIZ
Z
M
M



MZ
Protection Training

25. 25
Teleprotección
R1 R2Logic
R1
Logic
R2
Protection Training
PUTT: Subalcance Permisivo
R1
R2
R2:Z1
R1:Z1
R1:A
R2:A
R1 dispara cuando (R1:Z1 .or. R1:A .and. R2:Z1)
R2 dispara cuando (R2:Z1 .or. R2:A .and. R1:Z1)
Protection Training

26. 26
PUTT : Subalcance Permisivo
R1
R2
R2:Z1
R1:Z1
R1:A
R2:A
R1 dispara cuando (R1:Z1 .or. R1:Ü .and. R2:Z1)
R2 dispara cuando (R2:Z1 .or. R2:Ü .and. R1:Z1)
R1:Ü
R2:Ü
Protection Training
POTT: Sobrealcance Permisivo
R1
R2
R1 dispara cuando (R1:Z1 .or. R1:Z1B .and. R2:Z1B)
R2 dispara cuando (R2:Z1 .or. R2:Z1B .and. R1:Z1B)
R2:Z1
R1:Z1 R1:Z1B
R2:Z1B
Protection Training

27. 27
Esquema de Bloqueo
R1
R2
R2:Z1
R1:Z1
R1 dispara cuando (R1:Z1 .and. .not. R2:R)
R2 dispara cuando (R2:Z1 .and. .not. R1:R)
R1:R
R2:R
Protection Training
Protection Coordination Assistant
– Rutas de coordinación definidas por el
usario (Paths)
– Coordinación automática de protecciones
de distancia
– Definición del alcance de las zonas
de protección
– Alcance resistivo definible
– Opciones de resultados:
• Reporte Tabular
• Diagrama tiempo-distance
• Actualización de
ajustes de dispositivos
existentes
Protection Training

28. 28
Modelado Proteciones de Distancia
• Complejidad del modelo definida por el usuario.
• Modelos disponibles para relés digitales multifuncionales incluidos los
mas modernos.
• Características:
– MHO
– Cuadrilateral
– Const. X, Const. R
– Const. Z (Círculo)
• Diferentes elementos direccionales disponibles
• Operaciones lógicas complejas son posibles
• Teleprotección
Protection Training
Protection Training
Ejemplo Diagrama R-X
130.120.110.100.90.080.070.060.050.040.030.020.010.0-10.0-20.0-30.0-40.0-50.0-60.0-70.0-80.0-90.0-100...-110. [pri.Ohm]
100.
90.0
80.0
70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
-10.0..
-20.0
-30.0
-40.0
-50.0
-60.0
[pri.Ohm]
R1-Dist
R3-Mho-1
R3-Mho-1
Zl A 131.086 pri.Ohm 4.31 deg
Zl B 26.306 pri.Ohm 81.25 deg
Zl C 129.771 pri.Ohm 161.03 deg
Faulttype: BC
Tripping Time: 0.19 s
Zone:2
Ph-Ph 2: 0.19 s
Zone:3
Ph-Ph 3: 0.29 s
Zone:4
Ph-Ph 4: 0.44 s
R1-Dist
Zl A 141.551 pri.Ohm 17.88 deg
Zl B 60.135 pri.Ohm 82.35 deg
Zl C 140.851 pri.Ohm 147.44 deg
Faulttype: BC
Tripping Time: 0.37 s
Zone3
ZPHPH3: 0.37 s
DIgSILENT

29. 29
Diagrama Escalonamiento
105.84.163.142.021.00.0 [pri.Ohm]
0.46
0.37
0.28
0.18
0.09
0.00
[s]
HV-UT2 SS-D3 SS-D2 SS-D1 HV-Infeed
105. 84.1 63.1 42.0 21.0 0.0[pri.Ohm]
0.46
0.37
0.28
0.18
0.09
0.00
[s]
HV-InfeedSS-D1SS-D2SS-D3HV-UT2
x-Achse: Reaktanz Cub_2Rel-U1 Cub_2Rel-L2-1 Cub_3R1-Dist
Cub_1R2-D1 Cub_2R3-Mho-1 Cub_1R4-Mho-2 Cub_2R5-Mho-4
Cub_1R6-Mho-5 Cub_2R7-Mho-6 Cub_2R8-Dist
R4-Mho-2
Ph-Ph 3
Zone 3
R8-Dist
ZPHPH1
Zone 1
DIgSILENT
Protection Training