Pág. Tema: “Protección y coordinación con relés de sobrecorriente

Tema:
“Protección y coordinación con relés de
sobrecorriente”.
Facultad de Ingeniería.
Escuela de Eléctrica.
Asignatura “Protección y
Coordinación de
Sistemas de Potencia”.
I. OBJETIVOS.
Coordinar en un sistema de potencia las protecciones de sobrecorriente direccional e
instantáneo.
Realizar el ajuste y calibración de tiempo – corriente necesaria para la coordinación de un
sistema de potencia de varios relés de protección.
II. INTRODUCCIÓN.
Existen muy frecuentemente casos en que el empleo de los denominados relevadores de sobrecorriente
resulta más adecuado emplear, por ejemplo, algún tipo de relevador de distancia sofisticado usado en
Líneas de Transmisión. Se necesita conocer las corrientes de carga máxima para determinar si la
relación de la corriente mínima de falla a la corriente de carga máxima es lo suficientemente alta para
permitir que operen correctamente los relevadores accionados por sobrecorriente. Los relevadores de
sobrecorriente tienen su mejor aplicación en sistemas de distribución radiales y a que en estos sistemas
no se requiere de algunas características direccionales, mientras que los elementos direccionales son
normalmente requeridos en alimentadores en malla.
Existen diferentes tipos de relevadores de sobrecorriente en el mercado de tal forma que se puede
seleccionar el más adecuado para cada aplicación específica.
Algunas de las situaciones que se presentan para la aplicación de relevadores de sobrecorriente se
describen a continuación:
Coordinación por ajuste de corriente: el concepto más simple en la coordinación de relevadores
de sobrecorriente es el gradiente de corriente de tal forma que los relevadores de sobrecorriente
tienen diferente tiempo de disparo.
Coordinación por ajuste de tiempo: esto significa que los relevadores de corriente son definidos y
que tienen un valor específico de disparo por corriente una vez que se ha alcanzado ese valor de
corriente para disparar. El calor real del tiempo de operación del relevador de sobrecorriente es
independiente de la corriente.
La protección de los alimentadores por sobrecorriente puede dividirse en dos tipos de relevadores de
sobrecorriente los cuales se describen a continuación:
Relevadores de sobrecorriente de tipo instantáneo: si el relevador opera instantáneamente sin
ningún retardo intencional en el tiempo se denominan instantáneos y esta característica se puede
lograr por medio de relevadores de tipo de armadura de atracción no polarizada, tienen la ventaja
de reducir el tiempo de operación a un mínimo de fallas muy cercanas a la fuente cuando la
corriente de fallas es muy grande y es efectivo sólo cuando la impedancia entre el relevador y la
fuente es pequeña con la impedancia de la zona protegida. Los relevadores de acción
instantánea se emplean para fallas de línea a tierra restringidas y otras formas de circulación de
corriente. Para que la protección sea eficiente se requiere que la mínima corriente de falla exceda
a la máxima corriente de carga.
Relevadores de corriente direccionales: la protección selectiva no se puede obtener en sistema
de anillo o malla con relevadores de sobrecorriente instantáneo en la misma forma que en
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sistemas radiales. En tales casos el relevador de sobrecorriente debe estar provisto de un
elemento direccional para retroalimentar a la falla de otra fuente.
III. MATERIALES Y EQUIPO.
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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11
12
13
Cantidad
4
4
3
4
3
3
1
1
1
1
1
3
1
Descripción
Fuente de corriente alterna ST 7006 – 1D
Interruptores de potencia SO 3301 – 5P
Transformadores monofásicos ST 7007 – 9B
Medidor RMS SO 5127 – 1L
Relevadores de sobrecorriente direccionales SO 3301 – 4D
Panel excersice (barras)
Relevador de sobrecorriente instantáneo SO 3301 – 4C
Línea de Transmisión SO 3301 – 3A
Carga para Línea de Transmisión SE 2662 – 8T
Fuente de poder de corriente alterna variable ST 7007 – 4M
Set de resistencias SO 3213 – 6M
Set de transformadores de corriente SO 3213 – 1B
Fuente de alimentación DC 24V, ST 7007 – 5C
Tabla 7.1.
IV. PROCEDIMIENTO.
Parte A: “Protección con relevador de sobrecorriente direccional”.
Paso 1. Construir el circuito de la Figura 7.1.
Figura 7.1: “Protección con relé direccional de corriente”.
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Paso 2. Ajuste la corriente de excitación del relevador de sobrecorriente direccional en un valor de 0.5
Amperios. En las tres fases y colocar el tiempo de disparo a su valor mínimo (5 segundos).
Paso 3. Simular una falla trifásica a la salida de la Línea de Transmisión, colocando una carga trifásica en
estrella.
Paso 4. Cerrar el interruptor de potencia e incremente lentamente el voltaje de la fuente (generador),
tomando en consideración de no sobrepasar 0.5 Amperios.
Parte B: “Protección y coordinación utilizando dos relevadores de sobrecorriente direccionales”.
Paso 1. Construir el circuito de la Figura 7.2 e interconectarlo con el circuito de la Figura 7.1. Para la
interconexión utilice los nodos del Panel Excercise como barra (Nodo Común).
Figura 7.2: “Protección con dos relevadores direccionales de corriente”.
Paso 2. Ajuste la corriente de excitación y el tiempo de disparo de los relevadores de sobrecorriente en
los siguientes valores:
• Relevador direccional 1: IL1 = IL2 = IL3 = 0.6 Amperios y tiempo » 10 segundos.
• Relevador direccional 2: IL1 = IL2 = IL3 = 0.5 Amperios y tiempo » 5 segundos.
Paso 3. Simular una falla trifásica a la salida de la Línea de Transmisión, colocando una carga trifásica en
estrella.
Paso 4. Cerrar los interruptores de potencia e incremente lentamente el voltaje de la fuente (circuito
Figura 7.1). No sobrepase 0.5 Amperios.
Paso 5. Observe el comportamiento de ambos relevadores de sobrecorriente direccionales.
¿Qué sucede?________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
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Paso 5. ¿Qué relevador se activo y abrió el interruptor? _______________________________________
____________________________________________________________________________________.
Parte C: “Protección y coordinación utilizando dos relevadores direccionales y un relevador
instantáneo”.
Paso 1. Construir el circuito de la Figura 7.3 e interconectarlo con el circuito de la Figura 7.2. Para la
conexión utilice los nodos del Panel Excersice como Barra (Nodo Común).
Figura 7.3: “Coordinación de dos relés direcciones de sobrecorriente y uno de sobrecorriente
instantáneo”.
Paso 2. Ajuste la corriente de excitación y el tiempo de disparo de los relevadores de sobrecorriente a los
siguientes valores:
o Relevador direccional 1: IL1 = IL2 = IL3 = 0.65 Amperios y tiempo » 15 segundos.
o Relevador direccional 2: IL1 = IL2 = IL3 = 0.60 Amperios y tiempo » 10 segundos.
o Relevador instantáneo: IL1 = IL2 = IL3 = 0.50 Amperios y tiempo » 5 segundos.
Paso 3. Simular una falla trifásica a la salida de los transformadores de corriente, colocando una carga
trifásica en estrella.
Paso 4. Cerrar los interruptores de potencia e incremente lentamente el voltaje de la fuente (Figura 7.1).
No sobrepasar 0.5 Amperios.
Explique el comportamiento de los relés de sobrecorriente.
¿Qué relevador se activo y abrió el interruptor? ______________________________________________
____________________________________________________________________________________.
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Parte D: “Protección y coordinación de un sistema eléctrico de potencia completo con relevadores
de corriente”.
Paso 1. Construir el circuito de la Figura 7.4 e interconectarlo con el circuito de la Figura 7.3. Para la
interconexión utilice los nodos del Panel Exercise como barra nodo común.
Figura 7.4: “Protección completa con relevadores de sobrecorriente”.
Paso 2. Ajuste la corriente de excitación y el tiempo de disparo de los relevadores de sobrecorriente a los
siguientes valores:
Relevador direccional 1: IL1 = IL2 = IL3 = 0.7 Amperios y tiempo » 20 segundos.
Relevador direccional 2: IL1 = IL2 = IL3 = 0.65 Amperios y tiempo » 15 segundos.
Relevador instantáneo 1: IL1 = IL2 = IL3 = 0.60 Amperios y tiempo » 10 segundos.
Relevador instantáneo 2: IL1 = IL2 = IL3 = 0.50 Amperios y tiempo » 5 segundos.
Paso 3. Simular una falla trifásica a la salida de los transformadores de corriente, colocando una carga
trifásica en estrella.
Paso 4. Cerrar los interruptores de potencia e incremente lentamente el voltaje de la fuente (Figura 7.1).
No sobrepasar 0.5 Amperios.
Paso 5. Explique el comportamiento de los relés de sobrecorriente.
¿Qué relevador se activo y abrió el interruptor? ______________________________________________
____________________________________________________________________________________.
Paso 6. Reducir la corriente y abra los interruptores.
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V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS.
1. Presentar las respuestas con su debida explicación de las asignaciones propuestas en cada una
de las partes de la guía.
2. ¿Qué sucede sí se cambia la polaridad de los transformadores de corriente?. ¿Actúan los
relevadores?.
3. ¿Qué sucede si se produce una falla entre la barra A y B?. ¿Qué protección actuaría?.
4. Explique los funcionamientos de los relevadores de sobrecorriente e instantáneo.
VI. INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA.
1) Calcular los tiempos de disparo de los relés hasta el generador del circuito mostrado en la Figura
7.5, para una falla en el punto “X” y colocar dichos tiempos en el diagrama unifilar.
Figura 7.5: “Diagrama unifilar y ubicación de protecciones”.
El tiempo de operación del relé # 15 para falla en el punto “X” es: T15 = 0.014 segundos.
El tiempo de apertura para todos los disyuntores para la falla es: TD = 0.07 segundos.
El tiempo de inercia para todos los relés es TI = 0.11 segundos.
El tiempo de seguridad para todos los relés es de TS = 0.1 segundos.
VII. BIBLIOGRAFÍA.
C.R. Paul, Nasar S. A., Unnewerh L.E. “Introducción a la Ingeniería Eléctrica”.
Carlson A. Bruce, Gisser David G. “Electrical Engineering Concepts and Applications”. AddisonWesley Publishing Company.
IEEE “Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial
Power Systems”. Buff Book Standard 1994.
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