Relés de Protección para redes de MT • Los relés empleados en la protección de redes troncales de M.T. de 10 y 22.9 kV, son : – Directo (HB) ó – Indirecto(única función y multifunción). Evolución de la tecnología de relés El primer relé aparece alrededor de 1900. Clasificación de los relés por su tecnología • Electromecánicos (Por ejemplo los relés directos HB). • De estado sólido – Analógicos – De electrónica convencional – Multifunción (DPU, DFP300). Relés Electromecánicos 1. Tecnología establecida 2. Amplia experiencia 3. Solo tienen una sola función de protección 4. No tienen auto chequeo 5. Ocupan bastante espacio 6. Requieren permanente mantenimiento 7. La información de su operación es discreta(indicador mecánico o luminoso) Sistema de alarmas y registros convencionales. RELE DE DISCO DE INDUCCIÓN PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO El campo magnético de la bobina y la espira de sombra producen un par de giro en el disco,proporcional a la corriente o tensión aplicada a la bobina Por lo que se obtiene un tiempo de actuación inversamente proporcional a la corriente o tensión,en efecto a mayor corriente en la bobina,mayor será el torque y por lo tanto mas rapido la rotación del disco. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE RELE DE SOBRECORRIENTE Relé de disco de inducción I/Is Característica tiempo corriente de un disco de inducción típico en función del multiplicador de ajustes de la clavija TM=Multiplicador de tiempo Relés Electrónicos Analógicos 1. Mayor velocidad de respuesta que los electromecánicos 2. Flexibilidad a las características de operación 3. Insensibles a alas vibraciones 4. Soporta mayor numero de operaciones que los Relés electromecánicos 5. Fiabilidad depende de un elevado numero de componentes 6. Rapida obsolescencia por desarrollo tecnológico 7. La información de su operación es discreta(indicador mecánico o luminoso), auto chequeo es limitado. Relés Digitales Multifunción FUNCIONAMIENTO A BASE DE MICROPROCESADORES VARIOS TIPOS DE PROTECCIONES EN UN SOLO DISPOSITIVO, BAJO COSTO FUNCIONES DIFERENTES A LA PROTECCION: INDICADORES, REGISTRADOR DE EVENTOS, LOCALIZADOR DE FALLAS, OSCILOGRAFIA, SUPERVISION DE INTERRUPTORES, ETC. GRAN CAPACIDAD DE AUTOCHEQUEO PERMANENTE EXPLOTACION DE LA INFORMACION EN FORMA LOCAL CON EL MMI O EN FORMA REMOTA MEDIANTE UNA PC LA INTERFAZ CON EL USUARIO ES DIFERENTE ENTRE LOS FABRICANTES, IEEE 61850 ESTANDARIZA PROTOCOLO DE COMUNICACIONES SISTEMAS DE PROTECCION DIGITALES S A/I MUX H COM DSP I> U< Z< 1 DiffGen on 2 Current on COM Analog to digital conversion A/D MMI SCS/ SMS Numerical signal processing 3 BinInp 2 off etc. Trip B/I etc. Binary signal B/O processing SISTEMAS DE PROTECCION DIGITALES Algorithm and Logic processor Analog input isolation A/ I 0 0 ms Low pass Shunt filter Amplifier MUX S H 3 0 ms Digital filter 2 3 ms A/D Z< I> I CAP316 et c et c B/ O 9 7 5 ms Binary output isolation 12 ms 4 21 ms 25 ms Temporizaciones típicas de disparos Relé Digital Combinado De Sobre corriente Y De Falla A Tierra Para Protección De Redes Relé Multifunción para alimentadores: 1. Detección de fallas de alta impedancia, capaz de distinguir entre un conductor caído y una falla de con formación de arco 2. 50/51N, 67P(dir de corriente), 67N, 81, 27, 59, 46(secuencia negativa), 79(Recierre) 3. Localización de fallas 4. Característica de carga adaptiva Evolución de los Relés Antes Ahora 1. Un relé por equipo 1. Se colocan sensores o transductores y hay un relé principal que actúa sobre todo los interruptores 2. Un relé por función 3. Mas lentos 4. Sin comunicación 5. Mucho espacio 6. Requiere mantenimiento 7. Ajuste físico 2. Los Relés protegen, miden, actúan, se auto ajustan, informan y se comunican. 3. Menor tiempo 4. Menor espacio Evolución de los Relés Protección adaptiva de Sobrecorriente de tiempo inverso T K Ir n ( ) 1 Ia Ia y K permanecen constantes, independiente de los cambios del sistema Ir n K n 1 Kn (( ) 1 T Ia ( Ir ) n 1 I an1 Kn curva de tiempo vigente Para el relevador adaptivo, conociendo los parámetros de ajuste de n-1(Ian-1 y Kn-1) y la curva es T=F(I) RELÉS DIRECTOS • Se emplean para la protección contra cortocircuitos en redes de distribución de Media Tensión • Son montados directamente delante del interruptor. • Su característica de operación es de tiempo definido • Cuenta con dos unidades de disparo. Unidades de Disparo t (s) CARACTERISTICA DE OPERACIÓN Unidad temporizada (51) 0,6 Unidad instantánea (50) 0,1 Is I inst I (A) • Unidad temporizada Ajuste Corriente (Is): 1,2 - 2 IN Ajuste de tiempo: 0 - 3 seg. ó 0 - 6 seg. • Unidad instantánea Ajuste corriente (Iinst): 3 - 6 IN ó 6 - 12 IN (puede ser bloqueada). Tiempo: 100 mseg RELÉS DIRECTOS • El ajuste de los relés HB es en función de la capacidad térmica del cable. • El intervalo de coordinación entre dos relés contiguos, es de 0,4 segundos, en el se toman en cuenta, el tiempo de operación del interruptor y los errores de tiempo y corriente de los relés. Cables de M.T. para 8,7/10kV NKY Curva de calentamiento de 80°. N2YSY Curva de calentamiento de 90°. RELÉS INDIRECTOS 10 kV TC 50 / 51 Relé de sobrecorriente indirecto CB Alimentador • Se les denomina relés de sobrecorriente indirectos, porque la corriente a controlar no pasa directamente por el relé, ésta señal es reducida por el transformador de corriente y entregada al relé en los bornes del secundario. • La corriente nominal en el secundario de los transformadores es 5A o 1A. RELÉS INDIRECTOS Relé I> I >> 50 / 51 • Los transformadores de corriente son conectados en estrella, con el neutro puesto a tierra. • Para detectar cortocircuitos trifásicos o entre fases, de un sistema aislado se requieren como mínimo dos relés. Tipos de relés indirectos Los relés de sobrecorriente indirectos, pueden ser del tipo tiempo definido o del tipo inverso. t (s) CARACTERISTICA DE OPERACIÓN DEFINIDA CARACTERISTICA DE OPERACIÓN INVERSA t (s) Unidad temporizada (51) Unidad temporizada (51) t> TMS = 0,4 Unidad instantánea (50) Unidad instantánea (50) 0,05 0,05 I> I >> I (A) 2 8 ( I / Is ) Relés de tiempo definido • Este tipo de relé, para todo valor t de sobre intensidad superior al valor de calibración operará siempre en el mismo tiempo. • Si no incluye retardo en la actuación, se trata de un relé de característica instantánea (50). • Si se incluye retardo, es de característica temporizada (51). I> t> I >> t >> I Relés de tiempo definido • El relé de tiempo independiente (también llamado de tiempo definido), está compuesto de dos elementos : Un elemento de control de corriente, del tipo todo o nada, que a su vez excita al elemento de temporización, el que se encuentra ajustado a un valor determinado que puede ser nulo. Aplicación de relés de tiempo definido • Se aplican en mayoría a los alimentadores radiales. • Principalmente en sistemas en los que no varían muchos niveles de falla de un punto a otro, donde no se puede aprovechar la ventaja del relé de tiempo inverso. Ventaja de los relés de tiempo definido • Facilita el cumplimiento de los criterios de t (s) selectividad. El tiempo de operación es más preciso ya que es 0,6 independiente, lo cual permite una graduación más precisa de los tiempos entre los 0,1 interruptores sucesivos. CARACTERISTICA DE OPERACIÓN Unidad temporizada (51) Unidad instantánea (50) Is I inst I (A) Selectividad entre los relés Para asegurar la selectividad bajo cualquier circunstancia en un alimentador radial, se aumenta el tiempo de operación a partir del extremo alejado del circuito protegido hasta la fuente de A B C generación. 1.3 s 0.8 s 0.3 s t 1.3 s 0.8 s 0.3 s Distancia Desventajas de los relés de tiempo definido • Al aumentar el número de relés conectados en serie, aumenta hacia la fuente el tiempo de operación. En consecuencia, las fallas más severas, se aíslan en mayores tiempos. • Por lo tanto se debe tener especial cuidado en que los tiempos de operación de la protección no sean demasiados prolongados. Relés de tiempo inverso t t1 t2 3 8 I / IS • En los relés de característica inversa, se cumple que a mayor sobreintensidad, menor es el tiempo de operación. • Se emplea en la protección de líneas de transporte, alimentadores, máquinas AC, transformadores y en muchas aplicaciones donde se requiera la característica inversa. Regulación de Corriente y tiempos t TMS = 1 TMS = 0.9 I / Is • El ajuste de la corriente de operación del relé, se efectúa con los tap´s de ajuste de corriente (Is). A menor ajuste, mayor es la sensibilidad del relé y viceversa. • El retardo en tiempo la operación se efectúa con el dial de tiempos (TMS) Características Inversas • La regulación de tiempos se puede obtener de diferentes maneras. t – Se selecciona para una aplicación concreta de acuerdo con los tiempos de operación de otros dispositivos de protección, para lograr una correcta coordinación, con un tiempo mínimo de eliminación de falta. N.I. M.I. E.I. I/Is • Entre las características normalizadas tenemos NI, MI, y EI. Relés de tiempo normalmente inverso (N.I.) • Se aplican generalmente cuando el valor de la corriente de cortocircuito depende grandemente de la capacidad de generación del sistema en el momento de la falta. Aplicable a sistemas de generación. Es decir cuando a lo largo de la línea existen grandes variaciones de la corriente de falla (cortocircuito). Cuando ZS << ZL , ZS = impedancia de la fuente. ZL = impedancia de la línea hasta el punto de falla • Su principal ventaja es la de tener menores tiempos de operación a altas potencias de cortocircuito. Relés de tiempo muy inverso (M.I.) • Se caracteriza por tener una curva más inversa que la anterior, lento para valores bajos de sobrecorriente y rápido para valores altos de sobrecorriente. • Se aplican preferentemente en sistemas donde el valor de la intensidad de cortocircuito circulando a través de cualquier relé depende mayormente de la posición relativa de donde se halla instalado el relé a la falta y en poca cuantía de la capacidad de generación del sistema, ya que se supone se alimenta de una red muy grande. Relés de tiempo muy inverso • Dicho en otras palabras, es conveniente en sistemas de gran capacidad de generación donde el nivel de cortocircuito depende prácticamente de la impedancia donde ocurre el cortocircuito ( la corriente de falla se reduce notablemente a medida que aumenta la distancia a la fuente). Relés de tiempo extremadamente inverso (E.I.) • Son adecuados para aplicaciones tales como alimentadores de sistemas de distribución de las empresas eléctricas, donde se tenga una temporización suficiente para permitir la reenergización del circuito sin que haya disparos innecesarios en el período inicial de avalancha (picos de corriente por conexión de bombas, molinos, calentadores, etc.) y al mismo tiempo coordine bien con los fusibles de alto poder de ruptura. Relés de tiempo extremadamente inverso • También se les emplea para actuar con componentes de secuencia negativa, en la protección de grandes generadores. Ajuste de I22.t = 7 70 • Permite ajustes más precisos para evitar sacar de servicio al generador. Ecuación • El tiempo de operación y la sobrecorriente están relacionados por una ecuación, que define la curva de operación característica del relé: t k* I Is - 1 donde : t = tiempo de operación (s) k = ajuste del multiplicador de tiempos (TMS) I = corriente por el relé (A) Is = corriente de ajuste o calibración de corriente (A) Constantes y • Las constantes y determinan el grado de característica inversa del relé y para los tres primeros esquemas estándar las constantes son : Normalmente inversa 0.02 0.14 Muy inversa 1.00 13.50 Extremadamente inversa 2.00 80.00 Característica Curvas De Ajuste De Tiempos Ecuación de la curva de sobre intensidad con retardo de tiempo Constantes Para las Características de sobre intensidad con retardo de tiempo Relés de Sobrecorriente • Los relés de sobre intensidad son los más utilizados en subestaciones y en instalaciones eléctricas industriales. • Suelen tener disparo instantáneo y disparo temporizado. • Estos relés se calibran para que operen con señales de corriente por encima del valor máximo de la In del circuito protegido. Curvas de operación t (ms) t (ms) t=constante 1000 t=M. K . (I/Io)a -1 500 400 100 100 In 5 In Operación a tiempo definido o fijo. I (A) In 5 In I (A) Operación a tiempo inverso: I, VI, EI Coordinación de la protección t (ms) 20 MVA 115/13.8 kV Curvas de tiempo inverso 51 1000/5 A C1 Intervalo de tiempo C3 C2 500/5 A 51 Ifalla=2000 A I max. de falla I (A) Relé multifunción DFP300 Generalidades • El relé multifunción DFP300 GE es un equipo electrónico, con Sistema Digital Multifunción de Protección, Control, Medición, Monitoreo y Registro, diseñado especialmente para alimentadores en sistema con neutro aislado. • La interfase de comunicación es a través de una computadora personal, con la que se puede acceder al relé. Adicionalmente tiene un teclado Display pequeño, enchufable. • Tiene un panel de señalización con LEDs en la parte frontal del relé para facilitar la interpretación de la actuación del relé. Generalidades • La tensión que requiere el relé es fase-tierra, por lo que solo se necesita que los transformadores de tensión tengan un solo devanado en el secundario (10000: 3 / 110: 3 y mediante cálculos internos se determina la tensión homopolar del sistema. • La corriente que toma también es fase a tierra. La corriente homopolar necesita un transformador toroidal que abrace a las tres fases, para que tenga mayor precisión. Funciones principales de protección Las principales funciones son: • Función sensitiva a tierra (67 N). • Detección de Falla de Alta Impedancia. • Protección contra Sobrecorrientes de fases (2 unidades instantáneas y una unidad temporizada). • Función de sobrecorriente de Secuencia negativa (46). • Función de sobre/sub Tensión. • Función Alta/Baja Frecuencia. • Función de Sobretensión Homopolar. Función 67 NU • Es una función direccional diseñado para sistemas aislados. • 67NUH.- Es una unidad, propuesto para ser usado ante una falla a tierra temporal (descarga en los aisladores, ´árboles que tocan una fase, etc.), permite poner un tiempo mayor que el disparo. • 67NUL.- Es una unidad, propuesto para ser usado para detectar fallas a tierras permanentes (caída de un conductor a tierra), permite poner tiempos rápidos de disparo. Detección de Fallas de Alta Impedancia. • Una falla de Alta Impedancia (Hi-Z) se caracteriza por por tener una impedancia suficientemente alta que no es detectada por la protección convencional de sobrecorriente. • Esta función detecta fallas de formación de arcos (eventos previos a una descarga en aisladores) y realiza un análisis de conductor roto. Función de sobrecorriente de fases • Para la protección contra fallas de cortocircuito trifásico y/o bifásico. – 2 unidades instantáneas.- permite poner tiempos rápidos ajustables en milisegundos. – 1 unidad temporizada.- proporciona 5 curvas predefinidas: inversa, BS142 inversa, muy inversa, extremadamente inversa y tiempo definido. Función sobrecorriente de secuencia negativa • Para protecciones ante fallas de cuello o una fase abierta, sin que estos hagan contacto a tierra o hagan cortocircuito. • Tienen 1 unidad instantánea y una unidad temporizada, con las mismas opciones descritas en la función anterior. Otras funciones. • Función Sobre / Sub Tensión.- Para proteger contra la elevación o la caída de tensión del tramo protegido, normalmente esta función se activa como señalización. • Función Alta/Baja Frecuencia.- Para proteger contra la elevación o disminución de la frecuencia del sistema, normalmente ésta función se activa como señalización. • Función Sobretensión Homopolar.- usado en la deteccción de falla a tierra en sistemas aislados, pero por la falla a tierra en sistemas aislados, pero por falta de selectividad es solo propuesto para ser usado como alarma o como respaldo de la función 67NU. Relé multifunción DPU-2000R Aplicación • La unidad de protección DPU2000 basada en microprocesadores, está diseñada para ser aplicada sobre sistemas de distribución de energía eléctrica. • Existen modelos para ser usados con transformadores de corriente cuya corriente nominal del secundario es de 5A y 1A; utiliza transformadores de tensión de 69V, 120V o 208V. Funciones de Protección • • • • • • • La unidad aprovecha la potencia del microprocesador y los algoritmos avanzados, para proporcionar en una única unidad integrada, las siguientes funciones de protección y monitoreo: Protección de sobrecorriente trifásica (instantánea y retardada): 51P, 50P-1, 50P-2, 50P-3. Protección de sobrecorriente a tierra (instantánea y retardada): 51N, 50N-1, 50N-2, 50N-3. Protección de sobrecorriente de secuencia negativa: 46 Protección de sobrecorriente direccional de fase y tierra: 67P / 67N. Recierre multidisparo: 79M. Segregación de carga y restauración por frecuencia: 81 (2 escalones). Control /alarma por subtensión, Alarma por sobretensión: 27/59. Otras funciones de Protección • • • • • • Distancia al lugar de la falla en millas. Detección de falla de interruptor ajustable entre 5 y 60 ciclos. Resumen de fallas y registro detallado de fallas: últimos 32 disparos. Contadores: Disparos por sobrecorriente, operaciones de interruptor y recierres. El modo TEST permite la verificación de las funciones de sobrecorriente y secuencia de recierre, sin simular la operación del interruptor. Los reles extraíbles de montaje horizontal o vertical DPU2000, están provistos de cortocircuitado automático de los transformadores de corriente, y desconexión secuenciada. Otras funciones de Protección • • • Incluye 9 curvas de características de sobrecorriente con retardo, que incluyen las extremadamente inversa, muy inversa, inversa, inversa de tiempo corto, tiempo definido, extremadamente inverso de tiempo prolongado, y curva de reconectador. Incluye 5 curvas características instantáneas (50P/N-1); que incluyen la instantánea standard, inversa instantánea, tiempo definido, inversa de tiempo corto, y extremadamente inversa de tiempo corto. Esquemas de relevos adaptativos preprogramados, incluyendo la coordinación de secuencia de zona, detección de toma en frío de carga y bloqueo automático de la función de recierre cuando se cierra manualmente sobre una falla. Otras funciones de Protección • • • Interfase Hombre-máquina montada sobre el frente del relé, que proporciona indicación continua y en tiempo real de la magnitud de las corrientes y tensiones. Puerta de comunicaciones frontales y posteriores, permiten la adquisición de datos local o remota, la verificación y edición de los ajustes de la protección. Existen 3 curvas programables por el usuario opcionales, y capacidad de memorización de datos oscilográficos (últimos 8 eventos). Funciones de medición • • • • Medición de: corrientes, tensiones, potencias activas y reactivas, Wh, Kvarh, factor de potencia y frecuencia. Corriente, potencia activa y reactiva en la demanda pico con indicación de la hora de ocurrencia. Autoverificación continua de las tensiones de alimentación, elementos de memoria, y procesador digital de señales. La característica opcional de perfil de craga registra tensión por fase, potencia activa y reactiva durante 40 días con intervalos de 15 minutos. PRUEBA DE RELÉS • Los probadores de relés generan una corriente superior al valor calibrado por el relé, para verificar su correcta actuación tanto en corriente como en tiempo. • Para la prueba de relés de sobrecorriente direccional se inyecta señal también tensión, con el desfasaje apropiado. EJEMPLO DE APLICACIÓN circuito de corriente • En el esquema apreciamos, la prueba de un relé de sobrecorriente Relé contactos de disparo del relé stop Probador de Relés Pruebas y Mantenimiento • Concepto de pruebas • Intervalos entre pruebas • Clases de prueba – – – – Aceptación Instalación Mantenimiento Reparación • Accesorios para la prueba • Circuitos de prueba Maleta de Prueba • Es una “caja” que genera tensiones y corrientes ajustables de forma continua e independiente en su amplitud, fase y frecuencia. • Todas las salidas son a prueba de sobrecarga y cortocircuito, y están protegidas contra transitorios externos y sobre temperatura. • Todos los circuitos están separados galvánicamente entre sí. Maleta Omicron CMC-256 • Equipo de prueba portátil • Capacidad – 4 tensiones (0-300V) – 6 corrientes (0-12.5A) • Suministro de c.c. independiente (0..264V, 50W) • Capacidad de probar relés de protección, contadores de energía y transductores. Software Test Universe • El software se compone de módulos o paquetes individuales. • Cada módulo está orientado a un tipo de pruebas. • Le permite automatizar las pruebas. • Crear procedimientos de prueba para pruebas parecidas. • Personalizar el informe de las pruebas. Prueba en 3 pasos: O-H-M 1: Objeto (Datos Relé) Paso 2: Hardware (Maleta) Paso 3: Módulo (Cond. Iniciales)
