1 e - protecciones en sistemas electricos de distribucion (imp)

Protecciones de Sistemas Elctricos

Protecciones en Sistemas Elctricos de Distribucin 1-31 Apuntes preparados por: Prof. Sr. Ral Saavedra C..

PROTECCIONES EN SISTEMAS ELECTRICOS DE DISTRIBUCION

A. Introduccin

El problema de la Proteccin en Sistemas Elctricos de Distribucin ha venido adquiriendo cada vez ma-yor importancia ante el crecimiento acelerado de las redes elctricas y la exigencia de un suministro de energa a los consumidores con una calidad de servicio cada vez mayor. A pesar de existir abundante bibliografa sobre Protecciones de Sistemas Elctricos, stas en su mayora estn enfocadas con objeti-vos muy especficos, lo que hace que este tema en algunos casos se presente como poco atractivo. No son muy abundantes las publicaciones que traten este tpico tan interesante y hoy en da tan necesario, a nivel de distribucin con un inters especial a la seleccin, aplicacin y coordinacin de los equipos de proteccin comnmente usados en los Sistemas Elctricos de Distribucin. Es por esta razn que el objetivo de esta publicacin est orientado a dar una visin lo ms completa posible sobre la gran mayo-ra de los equipos de proteccin utilizados en distribucin.

Se aborda el asunto de la Proteccin de Sistemas Elctricos de Distribucin, bajo un enfoque equilibra-do, tratando los temas de esquemas de proteccin, seleccin de equipos y coordinacin de operacin de los mismos en forma simple, ms orientados a los conceptos, clculos preliminares y recomendaciones generales, que a aspectos de construccin o mantencin de los equipos.

Se pretende entregar los elementos necesarios para realizar los clculos elctricos involucrados en la

proteccin y determinar los parmetros pertinentes, todo ello dentro del marco de la filosofa de las pro-tecciones en sistemas elctricos.

Con el fin de facilitar la comprensin del tema y asegurar la claridad conceptual pretendida, ste se pre-

senta en el siguiente orden:

i ) Clculo de corrientes de fallas, cortocircuitos simtricos y asimtricos.

ii ) Conceptos bsicos de sistemas de protecciones.

iii ) Elementos de protecciones, fusibles, reconectadores, seccionalizadores.

iv ) Coordinacin entre elementos de proteccin

A.1 Clculo de Corriente de Cortocircuito Un factor importante que debe considerarse en el anlisis de operacin o en la etapa de planea-

cin de los sistemas elctricos de potencia o parte de l, es el comportamiento de ste en condi-ciones normales y en condiciones anormales de operacin.

La condicin normal de operacin de un sistema elctrico es aquella sin falla, no obstante por

diferentes causas, es prcticamente imposible evitar la presencia de fallas en las instalaciones, muchas de ellas fuera del control humano.

Los estudios de estas condiciones anormales, permiten obtener informacin valiosa y vital para el

ingeniero proyectista o analista de sistemas de protecciones. Las condiciones de operacin anormales que interesan en este caso, se puede clasificar en fallas

y perturbaciones. Naturalmente que ambas atentan contra la calidad y continuidad de servicio y someten a los equipos involucrados a condiciones muy severas. Sin embargo, las condiciones



clasificadas como perturbaciones no revisten una gravedad inmediata para los equipos ni para la calidad de servicio, stas pueden permanecer durante un tiempo prudencial, pero, deben ser des-conectadas para evitar que evolucionen a situaciones ms peligrosas. Entre las perturbaciones ms comunes se pueden citar algunas como: oscilaciones, cargas desequilibradas, contactos a tierra en sistemas aislados, sobrecargas razonables, etc.

Situaciones de una magnitud y gravedad superiores a las perturbaciones son las fallas. Estas

pueden causar en breve tiempo daos severos a los equipos afectados; por esta causa se requie-re que sean desenergizadas lo antes posible. Entre las fallas se pueden distinguir dos tipos: las fases abiertas y los cortocircuitos.

Las fases abiertas consisten en la apertura o desconexin de una o dos de las fases, sin contacto

con otras fases o tierra. Estas no producen sobrecorrientes de grandes magnitudes, pero si pro-vocan la circulacin de corrientes de secuencia, en especial de secuencia negativa, que son de peligro para los equipos por el fuerte calentamiento que ellas ocasionan. Las causas que originan este tipo de falla son, entre otras, los cortes de lneas por accidentes, fusibles quemados, inter-ruptores o reconectadores monofsicos, etc.

Los cortocircuitos son fallas originadas por un contacto, generalmente, mediante un arco elctri-

co, entre conductores o entre un conductor y tierra. Esta condicin anormal, provoca una situa-cin de emergencia debido a las grandes magnitudes de corrientes que se presentan en todos los elementos cercanos al punto de falla. Estas corrientes de gran magnitud dan origen a calenta-mientos y esfuerzos mecnicos severos en los equipos afectados y, tambin, serias perturbacio-nes en los circuitos de telecomunicaciones vecinos.

En los sistemas trifsicos pueden acontecer cuatro tipos de cortocircuitos: monofsicos a tierra, bifsicos a tierra, bifsicos y trifsicos.

La mayora de las fallas comienzan como fallas monofsicas a tierra y si no se les eliminan con

prontitud, alcanzan otras fases y se convierten en cortocircuitos bifsicos a tierra. Los cortocircui-tos trifsicos por lo general son los ms severos ya que producen altas corrientes y descenso brusco de la tensin en las tres fases. La probabilidad de la ocurrencia de los diferentes tipos de cortocircuitos, depende de varios factores, entre muchos de stos se pueden citar los siguientes: configuracin de circuito, tipo de circuito (areo o subterrneo), nivel de tensin, nivel de aislacin a tierra y entre fases, velocidad de aclaramiento de la falla, condiciones meteorolgicas, etc. En distribucin estas probabilidades [4], a modo de referencia, son del orden de:

Cortocircuito Monofsico a tierra 70% Cortocircuito Bifsico 15% Cortocircuito Bifsico a tierra 10% Cortocircuito Trifsico 5%

Debe considerarse obviamente que estas probabilidades pueden diferir substancialmente de un

sistema a otro. Como se mencion, usualmente el cortocircuito trifsico es el ms severo, sin embargo, en oca-

siones la falla monofsica a tierra es mayor, esta circunstancia se da especialmente cuando:

i ) Los generadores del sistema tienen sus neutros slidamente conectados a tierra o median-te una impedancia pequea y,

ii ) Cuando ocurren en el lado estrella de un banco de transformadores con conexin tringulo-estrella, con neutro conectado a tierra



Por consiguiente, para un sistema dado se debe calcular cada tipo de falla en todas las localizacio-

nes de inters. Por las razones recin mencionadas, en distribucin es muy frecuente encontrar las magnitudes de las corrientes de cortocircuitos en el siguiente orden: trifsica o monofsico a tierra, bifsica a tierra y bifsica. Por lo general, dado que a nivel de distribucin la magnitud de la corriente de la falla bifsica a tierra, es menor que la mxima y mayor que la mnima corriente de cortocircuito, sta no se considera usualmente necesario calcularla.

Para el clculo de los diferentes tipos de corriente de cortocircuito se utilizan las frmulas que se

indican a continuacin, las cuales resultan de la interconexin correspondiente de las mallas de se-cuencia de acuerdo al tipo de falla:

( )( ) b3cc I Zf1Z

VI

Trifsico itoCortocircu

+=f

(1)

( )( ) ( ) b2cc I Zf1Z2

V3I

Bifsico itoCortocircu

+=f

(2)

( )( ) ( ) ( ) bT1cc I Zf0Z1Z2

V3I

o MonofsicCircuito

++=f

(3)

base

baseb

KV3KVAbase corrienteI ==

Icc3f = corriente de cortocircuito trifsico, en amperes

Icc2f = corriente de cortocircuito bifsico, en amperes

Icc1fT = corriente de cortocircuito monofsico, en amperes

(V) = fasor de tensin en condiciones de pre-falla, en p.u.

(Z1) = fasor de la impedancia de secuencia positiva del sistema, vista desde el punto de

falla, en p.u.

(Z0) = fasor de la impedancia de secuencia homopolar del sistema, vista desde el punto,

en p.u.

(Z) = impedancia de falla, en p.u.

KVAbase = potencia base expresada en KVA

KVbase = tensin base de fase a fase del alimentador o barra donde acontece la falla, en

KV.

La impedancia (Z0) de un circuito de distribucin con mltiples tomas a tierra, es muy difcil de

determinar tericamente con una precisin aceptable, pero es mucho mayor que (Z). Sin embar-go, se puede admitir ciertas aproximaciones de carcter emprico, como por ejemplo[8]:



(Z0) = Ko (Z1) (4)

en donde Ko es una constante cuyos valores se muestran en la tabla 1; pero en circunstancias en que no es posible determinar las condiciones exactas o como para el empleo de esta tabla, se puede utilizar un valor comprendido entre 3 y 4.

Tabla 1. Valores estimados de la constante Ko Condicin Ko. Sistemas de mltiples conexiones a tierra 1.0 Cable de guardia de menor tamao que el conductor de fase 4.0 Cable de guardia de menor tamao que el conductor de fase 4.6 Cable de guardia de la mitad del tamao que el conductor de fase 4.9 Impedancia de tierra infinita 3.8 a 4.2

Es muy importante para el especialista en protecciones conocer los valores mximos y mnimos

de la corriente de cortocircuitos en cada punto de inters del sistema. El valor mximo de la co-rriente de cortocircuito en cualquier punto en estudio, se calcula en base a las siguientes suposi-ciones:

i) Mxima generacin conectada al sistema,

ii) La impedancia de falla se supone nula,

iii) Mxima carga conectada y

iii) Se supone una configuracin factible del sistema que permita obtener la mnima impedancia

vista desde la fuente hacia el punto de falla

Por otro parte, para obtener el valor mnimo de corriente de falla se supone que: i) La generacin conectada al sistema es mnima.

ii) La impedancia de falla es diferente de cero (30 a 40 ohms.),

iii) Suponer una configuracin factible de la red que permita obtener la mxima impedancia vi sta

desde la fuente hacia el punto de la falla, y

iv) La mnima carga conectada.

Corrientes Simtricas y Asimtricas de Cortocircuito

Los valores de corriente de cortocircuito determinados segn las ecuaciones 1, 2 y 3, correspon-

den a la corriente simtrica de cortocircuito (Isim) en rgimen permanente.

Los oscilogramas de las corrientes de cortocircuito son en la mayora de los casos asimtricos (Isim) durante los primeros ciclos de ocurrencia de una falla y a los pocos ciclos despus se tornan simtricos, como se puede apreciar en forma esquemtica en el oscilograma mostrado en la figura 1.



2.00

1.50

1.00

0.60

-1.60

-1.00

-0.00

0.00

-2.00

0.00 0.000.00 0.120.00

Tiempo (seg.)

Frec. base: 50 hz Razn X/R: 6

I Asim

Io

I sim

Figura N1: Oscilogrma de una corriente de cortocircuito

El valor de la corriente asimtrica de cortocircuito puede ser expresada por la siguiente ecuacin:

( ) ( ) ( ) ( ) XR

t

simsimasim eItItItItI 00 sen -+=+= qw (5)

Es decir, se comporta como si fuesen dos corrientes fluyendo simultneamente, una componente simtrica de corriente alterna Isim(t) y una componente I0(t) conocida como componente unidirec-cional o de desplazamiento. La suma de estas componentes en un instante dado, es igual a la magnitud de la corriente asimtrica total en ese mismo instante.

La componente unidireccional decrece durante los primeros ciclos hasta que su efecto desapare-

ce completamente. Es por esta razn que la corriente asimtrica total se transforma gradualmente en corriente simtrica.

Para un instante dado, el valor efectivo de la corriente asimtrica total queda determinado por:

( )xsimasim tIII 202 += (6)

Isim = valor efectivo de la componente alterna I0(tx) = valor de la componente unidireccional en el instante t x

1.8

1.0

1.2

1.1

0.00 0.01 0.070.060.050.04 0.080.02 0.090.03 0.120.110.10

1: X/R = 1202: X/R = 603: X/R = 24

4: X/R = 125: X/R = 66: X/R = 37: X/R = 1.2

1

2

6

4

57

3

1.0



Figura N2 Factores Kasim

Pero en la prctica, el valor de la corriente asimtrica total se determina a partir del valor simtrico de acuerdo a la relacin (7). El valor de la constante Kasim se obtiene de la figura 2, donde basta conocer el tiempo tx y la razn X/R del sistema visto desde el punto de la falla.

sinasimasim IKI = (7)

Dependiendo de la naturaleza de las fallas, stas se pueden clasificar como Temporales y Perma-nentes, siendo las temporales aquellas que se pueden interrumpir en perodos de tiempos breves antes que puedan causar daos. Estas se interrumpen por si solas o bien mediante dispositivos de proteccin. Entre las causas que provocan estos tipos de fallas temporales son: cadas de ramas de rboles sobre los conductores, descargas atmosfricas cercanas a las lneas, vientos arremolinados, etc.

Las fallas permanentes corresponden a aquellas que prevalecen sin que influya la rapidez de des-

conexin de los equipos de proteccin, por ejemplo: la cada de conductores, falla del aislamiento en cables subterrneos, etc.

Por lo tanto, en gran parte el origen de las fallas se debe a razones atmosfricas, tales como ra-

yos que caen sobre las lneas o cercanamente, temporales que cortan los conductores, neblinas, hielo, nieve, etc., y tambin se originan por razones mecnicas, como rotura intencional de con-ductores o aisladores, cadas de ramas sobre conductores y estructuras, impacto de vehculos sobre postes en zonas rurales, etc. Adems deben mencionarse las razones elctricas, tales como aislantes envejecidos o daados, o sobretensiones transitorias causadas por operaciones de interruptores, etc.

Por consiguiente, resulta de suma importancia poder calcular lo ms exactamente posible las co-

rrientes que aparecen en condiciones de fallas, con el fin de especificar y/o ajustar los equipos de proteccin correspondientes o para calcular la capacidad de ruptura de los equipos interruptores de acuerdo con tales corrientes [7, 6, 2].

A.2 Conceptos Bsicos de Sistemas de Proteccin Los sistemas a nivel de distribucin, y en general todos los sistemas elctricos de potencia, estn

sujetos a muchos tipos de fallas. Cuando ocurre una falla en cualquier parte de un sistema elc-trico, sta debe ser rpidamente detectada y desconectada, por las siguientes razones:

i ) Si la falla no es aclarada rpidamente, puede causar interrupciones innecesarias de

servicio a los consumidores, y ii ) Una rpida desconexin de los aparatos fallados, limita el dao causado por lo altos

valores de corrientes de falla que circula por ellos. Existen muchos tipos de esquemas y dispositivos de proteccin y una amplia variedad de mto-

dos para aplicarlos. En cualquier caso, el objetivo es el mismo, detectar una falla tan pronto como sea posible y eliminarle procurando en lo posible causar el mnimo de perturbaciones en el siste-ma.

Sistemas de Protecciones Elctricas Se conoce con el nombre de Sistemas de Protecciones Elctricas, al conjunto de elementos y de

sus circuitos de control asociados que se encuentran interconectados o dependientes entre s,



cuya funcin es proteger un equipo o un conjunto de equipos componentes de un sistema elctri-co.

Componentes de un Sistema de Proteccin

- Transformadores de medidas de potencial y/o de corriente. - Rel - Circuitos de control - Interruptor de poder

Esquemticamente se muestra todos estos elementos en la figura 3 [12]. Hay ocasiones en que

estas componentes estn contenidas en un slo equipo, y tambin hay esquemas de proteccin

en que algunos de estos elementos no existen. Figura N3. Componentes de un Sistema de Proteccin

Objetivos del uso de Protecciones Como se mencion anteriormente, el objetivo del uso de protecciones es tratar de evitar o dismi-

nuir al mximo los efectos de las perturbaciones y fallas, como tambin el dao en los equipos y las prdidas de servicio elctrico a los consumidores.

Las protecciones deben tener por misin aislar a la brevedad la parte del sistema que origina este

fenmeno cuando no puede ste recuperarse por s mismo. Aunque los equipos de proteccin estn constantemente progresando con la incorporacin de los

nuevos logros cientficos y tecnolgicos, ciertos principios fundamentales permanecen inaltera-bles. Por ejemplo, las caractersticas que deben reunir todo buen sistema de proteccin para cumplir eficientemente su funcin, son las siguientes: a) Selectividad Significa que debe ser capaz de discriminar la ubicacin de la falla con el fin de

aislar exclusivamente aquel equipo fallado, manteniendo en funcionamiento aquel que no es necesario desconectar

b) Rapidez Es la alta velocidad de operacin que debe poseer con el fin de aislar la parte fallada lo antes posible y permitir disminuir daos en los equipos; evitar que el efecto de una falla se propague al resto del sistema y, aumentar la efec tividad en la reconexin automt ica.

c) Sensibilidad es decir, todo esquema de proteccin debe operar holgadamente bajo condicio-nes de falla mxima y falla mnima que se presenten en la parte del sistema que est prote-giendo y permanecer inalterable para fallas externas a su zona.

52

EquiposAuxiliares Rel

TT.PP

Barra Interruptor TT.CC



d) Confiabilidad es la cualidad que permite garantizar la operacin de los dispositivos de protec-cin e interruptores que comanda el esquema, cada vez que se ocurra una falla para la cual se tiene destinado proteger.

Tambin, no debe olvidarse de otras caractersticas que debe cumplir un buen sistema de protec-

ciones, como son la simplicidad y la economa. Condiciones que deben cumplir un sistema de proteccin Adems, todo esquema de protecciones debe ser independiente de la operacin del sistema elc-

trico de potencia; discriminar entre falla y perturbacin, y no debe ser afectado por anormalidades en el circuito de control, es decir:

a) Independencia de la operacin, significa que, al desconectarse parte de los equipos, las

protecciones del resto debe continuar cumpliendo con sus funciones sin que sea preciso mo-dificar sus ajustes o sus circuitos.

b) Discriminar entre carga, sobrecarga y cortocircuito, generalmente los equipos que consti-tuyen los esquemas de un sistema de protecciones, estn diseados para soportar en forma permanente una sobrecarga de aproximadamente un 20% del nivel normal. Por otra parte, an-te ciertos casos, la corriente de falla mnima puede ser de un valor menor al nominal o de ser-vicio de un determinado equipo.

c) Discriminar entre falla y perturbacin d) No debe ser afectado por anormalidades en el circulo de control, para esto la fuente de

alimentacin de los circuitos de control deben ser de gran confiabilidad y seguridad de servi-cio. El circuito de control debe ser simple, eficaz y a prueba de daos que puedan ocasionar-le agentes extraos y atmosfricos.

Zonas de Proteccin No es prctico proteger desde un punto todo un sistema elctrico, por esta razn, el sistema se

divide en mltiples zonas, las cuales se pueden proteger adecuadamente utilizando los dispositi-vos de proteccin pertinentes.

Las zonas dentro de sus lmites contienen ciertos elementos del sistema elctrico, como pueden

ser: barras, lneas y/o alimentadores. Esto permite que el esquema de proteccin sea diseado de acuerdo a los requerimientos especficos del elemento en particular que define la zona. Los lmites de stas estn definidos por la ubicacin de los transformadores de medidas, de manera que cada una de ellas comprende el elemento protegido ms los interruptores que lo conectan al sistema; por lo tanto, al ocurrir una falla dentro de una zona, causar que operen todos los inter-ruptores contenidos en ella (ver figura 4).

Las zonas adyacentes se traslapan en el interruptor que las interconecta, lo cual es muy

beneficioso dado que asegura que no existan puntos sin proteccin, por otra parte, una falla dentro de los lmites de un traslape har actuar las protecciones de ambas zonas y esto es especialmente conveniente en caso que el interruptor falle; de todas maneras, la extensin de esta zona de traslape es muy limitada y la probabilidad de que acontezca una falla en esta rea es muy remota.



Figura N4. Zonas de Proteccin

Proteccin de Respaldo Los sistemas de proteccin tambin se les puede clasificar en protecciones principales y proteccio-

nes de respaldo. Las protecciones principales son aquellas que constituyen la primera lnea de defensa para despejar

una falla; mientras que las protecciones de respaldo, son aquellas que tienen como objetivo eliminar la falla cuando las protecciones principales no han cumplido su cometido.

Los criterios para proveer proteccin de respaldo son dos: remoto y local. El respaldo remoto est localizado a una o ms zonas de ubicacin de la proteccin principal, y

cumplen con la funcin dual de ser proteccin de respaldo y tambin de ser proteccin principal para su propia zona; una ventaja de esta modalidad es que se puede utilizar el mismo tipo de dispositivo tanto para la proteccin principal, como para la proteccin de respaldo (por ejemplo, fusible-fusible, reconectador-reconectador, etc.); y entre las desventajas, se puede mencionar, que se desconecta una gran porcin del sistema que no necesariamente tendra que serlo con el fin de aislar la falla. La proteccin de respaldo local, consiste en la duplicacin total o parcial de los dispositivos localizados en una misma zona.

En general, la proteccin de respaldo se usa, aunque no siempre, slo para fallas debido a cortocir-cuitos, dado que para otros tipos de fallas resultan antieconmico y su empleo obedece siempre que se considere importante una de las siguientes razones: la importancia y costo de los equipos prote-gidos, la alta probabilidad de falla, la importancia de no provocar perturbaciones en el resto del sis-tema y el grado de confiabilidad requerido.

Por ltimo, se debe destacar que al ocurrir una falla, los dispositivos de ambas protecciones, principal

y de respaldo, detectan al mismo tiempo la condicin de falla e inician simultneamente sus funcio-namientos, pero la proteccin de respaldo siempre deber tener un tiempo de operacin mayor. Es-ta diferencia de tiempo entre las operaciones se denomina tiempo de coordinacin o de paso, factor importante en la coordinacin de las protecciones, de la cual se hablar ms adelante.



Capacidad de Interrupcin de los Equipos El tema puede parecer no pertinente al rea de protecciones, pero es un factor importante que siem-

pre debe considerarse al seleccionar o aplicar equipos en esquemas de proteccin de sistemas elc-tricos.

La aplicacin apropiada de un interruptor, de un fusible, de un reconectador o cualquier otro dispositi-

vo de interrupcin, debe estar basada en la mxima corriente de cortocircuito disponible en la parte del sistema elctrico donde uno de estos dispositivos ser instalado y debe ser interrumpida sin que estos elementos sufran dao. Evidentemente que al determinar o especificar estos dispositivos de in-terrupcin, no deben dejar de considerarse las posibles futuras condiciones de operacin y niveles de cortocircuitos por ampliaciones del sistema.

Los sistemas estn en un constante y rpido crecimiento, y la concentracin de generadores y el

tendido de lneas subterrneas con cables que son inherentes de baja impedancia, han elevado las corrientes de cortocircuito a niveles tales que algunos equipos ya viejos y todava en servicio, no son adecuados para manejar estos niveles de corrientes. Tambin puede suceder que equipos nuevos es-tn muy "al justo", es decir, que los niveles de falla estn muy cercanos o sobrepasen los valores nominales mximos de estos dispositivos en muy corto plazo. Por lo tanto, el proyectista deber considerar con mucha atencin estas magnitudes, y si fuese necesario, instalar reactores en serie, o transformadores de alta impedancia o utilizar algn otro esquema, para mantener estas corrientes dentro de los lmites permisibles de los equipos que se empleen.

Las capacidades de interrupcin nominales de los elementos de proteccin pueden ser simtricas o

asimtricas, dependiendo del elemento de proteccin de que se trate. Se entiende por capacidad de interrupcin simtrica al mximo valor efectivo de la corriente de corto-

circuito en el instante de separacin de los contactos principales, que el elemento de proteccin debe interrumpir a una tensin de operacin especificada, independientemente de la componente unidirec-cional de la corriente de cortocircuito total, es decir, de la corriente asimtrica. [7]

De la misma manera, se entiende por capacidad de interrupcin asimtrica al mximo valor efectivo

de la corriente de cortocircuito total, en el instante de separacin de los contactos principales, que el elemento de proteccin debe interrumpir a una tensin de operacin especificada. [7]

Por ejemplo, la capacidad de interrupcin nominal de los reconectadores automticas o interruptores

de fabricacin posterior al ao 1964, se da en amperes simtricos, en tanto que los desconectadores fusibles se da en amperes asimtricos.

Luego, para verificar si es posible instalar un elemento de interrupcin en un punto dado, ser necesa-

rio calcular el valor de cortocircuito mximo simtrico o asimtrico [2] y comprobar que es menor que la capacidad de interrupcin nominal del elemento de proteccin. Si se cumple esto ltimo, se tiene la certeza que el equipo soportar trmica y mecnicamente bien las interrupciones de las corrientes de los cortocircuitos mximos en el punto del sistema donde se haya instalado o deba instalarse.

B. Elementos de Proteccin

B.1. Fusibles

Es la proteccin contra cortocircuitos y sobrecargas en los sistemas de baja tensin, ha sido muy

comn la utilizacin de fusibles por su simplicidad y bajo costo. Estas caractersticas han hecho que su empleo se haya extendido tambin a la proteccin en alta tensin, en los niveles de distri-bucin y subtransmisin especialmente.



Como se sabe, en cualquier instalacin ya sea en sistemas primarios o secundarios de distribu-

cin, se requiere de una proteccin contra cortocircuitos. Una forma de hacerlo es insertando en el sistema elctrico un "punto dbil" que responda a las condiciones de exceso de temperatura desarrolladas por el paso de magnitudes altas de corrientes. Esto constituye el principio bsico de funcionamiento del fusible, es decir, este dispositivo de proteccin est reservado para la interrup-cin automtica del circuito que protege cuando acontecen condiciones anormales asociadas con las corrientes de cortocircuitos. Esta interrupcin se logra mediante la fusin del elemento fusible, que en s representa la parte fundamental y determinante debido a la forma y material de que est hecho. Por consiguiente, el elemento fusible es un conductor de una aleacin metlica especial, calibrado de manera que el calentamiento producido por la corriente normal de carga no sea lo bastante alto como para afectar las propiedades conductoras de esta aliacin y altere las caracte-rsticas de operacin del fusible. Naturalmente que debe fundirse y cortar el paso de la corriente cuando sta sobrepase un cierto valor especfico. Los elementos fusibles tienen el propsito de interrumpir en el rango considerado como cortocircuito y no es un elemento de proteccin contra sobrecarga a nivel de distribucin.

En general, los fusibles poseen dos curvas de operacin caractersticas "tiempo/corriente", una

que indica el tiempo mnimo probable de fusin y otra que corresponde al tiempo total probable de aclaramiento; ambas son funcin de la corriente de falla. Estas curvas son esenciales para lograr una coordinacin adecuada entre fusibles o con otro elemento de proteccin.

El tiempo de fusin corresponde al intervalo entre el inicio del cortocircuito y la iniciacin del arco.

El tiempo de extincin del arco es el intervalo durante el cual el arco permanece. El tiempo total de aclaramiento es la suma de estos dos tiempos, es decir, el tiempo de fusin ms el tiempo de arco.

Los fusibles diseados para el uso de sistemas cuyas tensiones sean superiores a 600 volts, se

clasifican en desonectadores fusibles y fusibles de poder (figura 5). Estos ltimos se emplean preferentemente en sistema de tensiones iguales o superiores a 34 KV.

Entre los desconectadores fusibles, el tipo expulsin es el elemento ms profusamente ut ilizado en distribucin, consiste de un tubo de material aislantes dentro del cual est el elemento fusible y en algunos casos slo uno o ninguno de los extremos del tubo estn sellados. Cuando se pro-duce la fusin del elemento fusible y se inicia el arco, la presin generada por los gases causa que ste sea soplado hacia afuera a travs del o los extremos abiertos del tubo y de este modo el arco se alargue y se extinga. En ciertos diseos, el tubo est interiormente recubierto con una sustancia desionizante que produce gran

cantidad de gas cuando se calienta debido al arco. Desde 1951 [13] los elementos fusibles de los desconectadores usados en distribucin, estn es-

tandarizados y se les ha clasificado de acuerdo a sus corrientes nominales y caractersticas de operacin tiempo/corriente, en: Preferidos y No Preferidos.

Los valores nominales de los elementos fusibles correspondientes al grupo de los Preferidos son

6, 10, 15, 25, 40, 65, 100, 140 y 120 amperes, y para el grupo de los No prefer idos son 8, 12, 20, 30, 50 y 80 amperes. Esta clasificacin est basada en el hecho que fusibles de capacidades adyacentes y del mismo grupo, el fusible de calibracin menor resguarda adecuadamente al de mayor capacidad, as por ejemplo, el elemento fusible de 6 amp protege al de 10 amp dado que son capacidades adyacentes del mismo grupo; mientras que la combinacin de 6 y 8 amperes, no es posible, aunque siendo de capacidades nominales adyacentes, estos no son del mismo



grupo; por otro lado, la combinacin 8 y 15 amperes, si es posible, dado que no siendo del mis-mo grupo, no son de capacidades adyacentes.

FUSIBLES PARA ALTA TENSIN

DESCONECTADORFUSIBLE

FUSIBLE DEPODER

EXPULSION LIQUIDO

TUBO DEFIBRA

EN ACEITE

CERRADO

ACEITE

SELLADO

LIMITADORES

ARENA

SELLADO

LIQUIDO

TETRACLORURODE CARBONO

SELLADO

EXPULSION

ACIDOBORICO

TUBO DEFIBRA

NO SELLADOCERRADO SELLADO

Figura N5. Clasificacin de los Fusibles para Alta Tensin

Tambin se les clasifica en elementos tipo K (rpidos) y en elementos tipo T (lentos). Esta clasi-

ficacin est basada en un parmetro que se denominar para esta ocasin, como razn de velo-cidad de fusin. Se le define como

seg.600 o seg.300 a fusin de corriente seg.0.1 a fusin de corrienteRVF =

donde los tiempos de fusin 0.1 y 300 seg., son para elementos fusibles menores o o iguales a

100 amperes nominales y 0.1 y 600 seg. son para los elementos fusibles de corrientes nominales superiores a 100 amperes. Por otra parte, son del tipo K todos los elementos fusibles cuya RVF est comprendida en el rango 6 a 8 y son del tipo T cuando est comprendida entre 10 y 13.

Los valores nominales o caractersticos de los desconectadores fusibles en distribucin son bsi-

camente: la corriente de carga, la tensin nominal, la tens in mxima de diseo y su capacidad de ruptura. En general, los desconectadores fusibles son seleccionados considerando fundamen-talmente los siguientes datos:

i ) El tipo de sistema en el cual el desconectador ser utilizado, por ejemplo, lnea area o

lnea subterrnea, sistema de conexin en tringulo o en estrella con neutro a tierra. ii ) Nivel de tensin del sistema. iii ) La razn X/R vista desde el punto de aplicacin iv ) Otros factores como: ritmo de crecimiento de la carga, duracin y magnitud de las co-

rrientes transitorias y, si es posible, tambin conocer la curva de dao de cada elemento que se debe proteger.

Otro tipo son los desconectadores fusibles en aceite, que son utilizados principalmente en la pro-teccin de cables subterrneos, debido a que son sellados y no desprenden gases ni llamareos, adems, son de alta capacidad de ruptura y de bajo nivel de ruido cuando operan.



Entre la categora de los fusibles de poder, se encuentran los de expulsin, cuyo principio de fun-cionamiento son idnticos al descrito anteriormente slo que el tubo interiormente est recubiertos con cido brico, y los limitadores de corriente, con un principio de funcionamiento diferente. Es-tos ltimos tienen un elemento fusible que consiste en una o ms lminas de plata enrolladas en espiral dentro de una cpsula cilndrica resistente a las altas temperaturas. Esta cpsula se re-llena con cuarzo o arena. La arena debe ser muy pura, porque las impurezas metlicas o las sus-tancias orgnicas, son particularmente problemticas. Al operar esta proteccin, el elemento fusible se funde en forma casi instantnea y debido al calor producido por el arco, la arena o el cuarzo se funde envolvindolo. El arco de esta manera pierde rpidamente su energa y se extingue. En este punto es interesante examinar brevemente la filosofa de la aplicacin de este tipo de pro-teccin, el limitador fusible. El alto nivel de corriente de falla causa daos en los equipos por:

i ) Esfuerzos mecnicos y magnticos que estn relacionados con el valor mximo (peak) de la corriente de cortocircuito.

ii ) Efectos trmicos, los cuales estn relacionados al rea bajo la curva del primer ciclo de la

corriente de cortocircuito.

La filosofa de proteccin es simple, idealmente consiste en limitar el valor mximo (peak) de la corriente y reducir el rea bajo la curva; luego, un fusible limitador de corriente es un dispositivo de proteccin que cuando interrumpe corriente dentro de un rango de limitacin, reducir la co-rriente a un nivel substancialmente menor que la corriente de cortocircuito disponible en el punto de aplicacin de este dispositivo en el sistema. Por otra parte, el trmino limitador de corriente es-t solamente asociado a corrientes de cortocircuito.

Cuando un limitador de corriente opera dentro de su rango, aclara la falla durante el primer medio

ciclo. Recientemente se ha desarrollado los fusibles hbridos, provistos de una alta capacidad de ruptu-

ra para un amplio rango de corriente. Este elemento para sistemas de baja y mediana tensin, que combina la alta capacidad de ruptura que poseen con la rapidez de operacin de un fusible, ha sido desarrollado para proveer a los modernos sistemas de transmisin y distribucin, de una proteccin donde la corriente de falla pueda alcanzar valores de hasta 200 KA simtricos. El di-seo bsico de este limitador fusible contiene tres elementos: un sensor, un circuito de control y un elemento fusible en paralelo, como se muestra esquemticamente en a figura 6.

SENSORCIRCUITO DE

CONTROLCIRCUITO DE

DISPAR0

T.C.

Figura N6. Diagrama en bloque de un fusible hbrido

En operacin normal, la mayor cantidad de corriente fluye a travs de una barra de cobre de resis-tencia extremadamente baja, de este modo slo una pequea cantidad fluye a travs del elemento fusible. En la eventualidad de una falla, el sensor al detectar el exceso de corriente y mediante el circuito lgico que discrimina, activa un circuito generador de un gas que produce una fuerza me-



cnica que separa rpidamente la barra de cobre, con lo cual la corriente conmuta hacia el fusible y ste acta como lo hace un fusible de aclaramiento rpido.

Hay dos tipos de fabricacin de estos fusibles hbridos, Corte por Explosin Directa y Corte por

Pistn. En ambos se utiliza el mismo principio, usan cargas explosivas; solamente difieren en la forma en que se emplea esta carga explosiva para romper la barra conductora de cobre.

Los de Corte de Explosin Directa tienen los valores nominales indicados en la Tabla 2 y se les

denominan Fusible CLP. En la figura 7 se ilustra el proceso de operacin de un fusible hbrido y sus caractersticas nominales en la Tabla 2.

Tabla N2 Valores Nominales de fusibles Hbridos CLP [10]

Tensin (KV) 4, 7, 15, 38 Corriente de carga (amp) 1000 y 1200 Capacidad de ruptura (KA simtricos) 40 Corriente de paso (amperes peak) 10, 15, 20 Sensibilidad (KA instantneos) 4 a 15 Tamao 15 cm de dimetro x 71 cm de largo Cpsula Cilndrica de fibra de vidrio

Los fusibles hbridos de Corte Pistn, tienen a un lado de la unidad sensoria y del control de des-

carga la barra de cobre conductora (ver figura 7) la que en este caso es cortada o abierta mecni-camente por un pistn, el cual es impulsado por una descarga explosiva.

Figura N7. Proceso de operacin del fusible CLP

Algunas de las aplicaciones iniciales de este sistema de proteccin en Europa y los Estados Unidos son, entre varias: Sistemas AC con tensin y frecuencia variable, sistema rectificadores AC-DC a 1000 V y 10KV y en sistema de distribucin de las ms grandes plant as manufactureras de papel.

En ambos se puede utilizar una seal desde sus circuitos de control para ser utilizada por un

control remoto, anunciando su operacin y la necesidad de corregir la condicin de falla para re-



emplazar la unidad, o bien, esta seal puede accionar el circuito de apertura de un interruptor asociado, de manera que el sistema no opere con menos de tres fases despus de que uno de los fusibles ha operado.

Un tercer tipo de fusible de poca difusin hasta el momento, es el fusible hbrido electrnico Mir C

que se compone principalmente de dos mdulos, uno de interrupcin y otro de control. Estos estn unidos verticalmente mediante rosca. El mdulo de control contiene el aparato sen-

sor y el de cartucho con el explosivo que inicia el proceso de interrupcin (ver figura 8).

Figura N8. Fusible Hbrido Mfr C

El mdulo de interrupcin ofrece dos vas al paso de la corriente dispuestas coaxialmente. En condiciones normales prcticamente la totalidad de la corriente circula por la parte central, esta parte con-siste de un tubo de plata el que en los extremos est unido a unos vstagos de cobre. La otra va consiste de una cinta de cobre enrollada en espiral. Este conjunto est cubierto por arena. Cuando ocurre una falla, el mdulo de control sensa y evala la rapidez de la corriente y cierra un

interruptor electrnico, activando la carga explosiva. La explosin separa la parte central interrum-piendo el paso de la corriente por esa va, la que es transferida totalmente a la seccin limitadora (cinta en espiral). La limitacin de la corriente comienza cuando se funde la cinta en varias partes creando una serie de arcos.

Luego que la falla ha sido aclarada, el mdulo de interrupcin debe ser reemplazado en tanto que el modulo de control es vuelto a usar.

B.2. Reconectadores Automticos El reconectador es un pequeo interruptor con reconexin automtica, instalado preferentemente

en lneas de distribucin. Es un dispositivo de proteccin capaz de detectar sobrecorriente, inte-rrumpirla y reconectar automticamente para reenergizar la lnea. Est dotado de un control que permite varias reconexiones sucesivas y adems permite variar el intervalo y la secuencia de es-tas reconexiones. De esta manera, si la falla es de carcter permanente el reconectador abre en forma definitiva despus de cierto nmero programado de operaciones (generalmente tres o cua-tro), de modo que asla la seccin fallada de la parte principal del sistema.

El empleo del reconectadores automticos en sistemas de distribucin como elementos de pro-

teccin, es bastante comn; esto se fundamenta en que se ha comprobado que un gran porcentaje de las fallas que ocurren en las lneas de distribucin son de carcter temporal.



Este tipo de falla temporal (o transitoria) requiere de un elemento de proteccin, como es el reco-nectador, que sea capaz de aislarla antes que operen innecesariamente otras protecciones, tales como: interruptores automticos, fusibles, que traen como consecuencia de sus operaciones, lar-gas interrupciones del suministro de energa a los clientes, especialmente en reas apartadas donde se requerir de un operario para reconectar o reponer la unidad operada.

Por consiguiente, la tarea principal es discriminar entre una falla temporal y una de carcter per-

manente, dndole a la primera tiempo para que se aclare sola a travs de sucesivas reconexiones; o bien, sea despejada por el elemento de proteccin correspondiente instalado aguas abajo de la posicin del reconectador, si esta falla es de carcter permanente. De otro modo, si despus de haber ejecutado todas sus reconexiones programas, la falla persiste o no ha sido aclarada por otro elemento de proteccin, el reconectador la cons idera de carcter permanente, quedndose definitivamente abierto.

Para una mejor comprensin de funcionamiento de este elemento de proteccin, es necesario

precisar los siguientes conceptos:

a) Secuencia de Operacin: Los reconectadores pueden ser programados para un mximo de cuatro aperturas y tres reconex iones. Los tiempos de apertura pueden determinarse de curvas caractersticas tiempo/corriente. Cada punto de la curvas caractersticas representa el tiempo de aclaramiento del reconectador para un determinado valor de corriente de falla. Se debe des-tacar que este dispositivo de proteccin consta de dos tipos de curvas, una de operacin rpi-da y una segunda de operacin retardada.

b) Nmero total de operaciones o aperturas: Los reconectadores permiten programar desde una apertura hasta un mximo de cuatro, dependiendo esto del estudio de coordinacin con otros elementos de proteccin y que resulta ms favorable para cada caso en particular.

c) Tiempo de reconexin: Son los intervalos de tiempo en que los contactos del reconectador permanecen abiertos entre una apertura y una orden de cierre o de reconexin.

d) Tiempo de reposicin: Es el tiempo despus del cual el reconectador repone su programa-cin, cuando su secuencia de operacin se ha cumplido parcialmente, debido a que la falla era de carcter temporal o fue aclarada por otro elemento de proteccin.

e) Corriente mnima de operacin: Es valor mnimo de corriente para el cual el reconectador comienza a ejecutar su secuencia de operacin programada.

La secuencia de operacin tpica de un reconectador para abrir en caso de una falla permanente

se muestra en la figura 9 donde se ha supuesto que la programacin es C 22, es decir, dos aper-turas rpidas con tiempos obtenidos de la curva A para la magnitud de corriente de falla corres-pondiente; y dos aperturas lentas con tiempos obtenidos de la curva C para la misma magnitud de corriente de falla.

C B A

tb

LB

ta



Figura N9. Secuencia de operacin de un Reconectador

Segn esta figura, en condiciones normales de servicio, por la lnea protegida circula la corriente

de carga normal, si ocurre una falla aguas abajo de la instalacin del reconectador y la corriente del cortocircuito es mayor a la corriente mnima de operacin preestablecida, el reconectador ope-ra por primera vez segn la curva rpida, demorando tA segundos en abrir. Permanece abierto du-rante un cierto tiempo, usualmente 1 seg., al cabo del cual reconecta la lnea fallada. Si la falla ha desaparecido el reconectador permanece cerrado y se restablece el servicio. Si por el contra-rio, la falla permanece, el reconectador opera por segunda vez en curva rpida y despus de tA segundos abre nuevamente sus contactos, luego de cumplirse el segundo tiempo de reconexin el reconectador cierra sus contactos y si an la falla persiste, abre por tercera vez pero de acuerdo al tiempo de aclaramiento tC correspondiente a la curva lenta tipo C. Una vez que se cumple el tiempo de la tercera y ltima reconexin, reconecta por cuarta y ltima vez cerrado sus contactos, si an la falla est presente, el reconectador al cabo de tC segundos abre definitivamente.

Como se dijo anteriormente, si el reconectador no ha contemplado su secuencia de operacin,

despus de transcurrido el tiempo de reposicin, ste repone su programacin que tena antes que ocurriera la falla, quedando en condiciones de ejecutar completamente su secuencia de ope-racin en caso de presentarse una nueva condicin de falla en la lnea.

Factores de Seleccin Cuando se requiere instalar un reconectador para la proteccin de un sistema de distribucin, se

deben considerar factores de ubicacin y factores tcnicos, los cuales son determinantes para una adecuada y eficiente seleccin del reconectador.

a) Factores para la ubicacin, la primera decisin importante que se debe tomar en considera-

cin, es la de determinar el punto adecuado de instalacin en el sistema, y estos factores pueden ser: i ) En la fuente de alimentacin con el fin de proteger la mayor seccin del sistema elctri-

co. El reconectador se ubicar tan cerca de la fuente, como las limitaciones de corriente nominal y ruptura del aparato lo permitan y no cause otro tipo de perturbacin, especial-mete en la subestacin.

ii ) Dependiendo del sistema, pueden instalarse otros reconectadores en serie en puntos seccionadores lgicos, para limitar el retiro del servicio al menor segmento prctico pos i-ble.

iii ) Idealmente, puede instalarse un reconectador en cada ramal de importancia. iv ) Por ltimo, las facilidades de acceso a ciertas secciones de la lnea, el grado de protec-

cin requerido y factores econmicos, son determinantes. b) Factores tcnicos, estos deben cumplir que:

i) La tensin nominal del sistema debe ser igual o menor a la tensin del diseo del reco-nectador.

ii) La corriente mxima permanente de carga en el punto del sistema donde se ubicar, debe ser menor o igual a la corriente nominal de reconectador.

iii) Debe tener una capacidad de ruptura mayor o igual, a la corriente mxima de iv) Falla en el punto de aplicacin. v) La corriente mnima de operacin debe escogerse de modo que detecte todas las fallas

que ocurran dentro de la zona que se ha encomendado proteger (sensibilidad) vi) Las curvas tiempo/corriente caracterstica y la secuencia de operacin deben seleccio-

narse adecuadamente, de modo que sea posible coordinar su operacin con otros ele-mentos de proteccin instalado en el mismo sistema.

Tipos de Reconectadores



Existen dos tipos que son los ms comnmente usados, los reconectadores con mecanismos

hidrulicos y los con control electrnico. Tambin los hay actualmente aquellos con control me-diante un microprocesador, los que deberan definirse dentro de otra categora.

A su vez, en los hidrulicos pueden, o podan hasta hace poco tiempo, encontrarse dos tipos, los sistemas hidrulicos duales y los de sistema hidrulicos sencillos. En los primeros se utilizaba un tipo de aceite para el proceso de interrupcin de la corriente, aislacin de las partes energiza-das, operacin de cuenta (memoria) y reconexin, sin embargo, empleaba otro tipo de aceite dife-rente para calibrar las operaciones; mientras que en el segundo tipo, utilizaba el mismo aceite pa-ra todas estas funciones.

Los reconectadores con control electrnico son ms flexibles, de ms fcil calibracin y ms

exactos que los de control hidrulico. Suministrado en un gabinete separado del reconectador propiamente tal, el control electrnico es ms conveniente, ya que permite cambiar las curvas ca-ractersticas tiempo/corriente y secuencia de operacin, sin desenergizar el sistema. Consta de varios accesorios que puede ser suministrado para modificar las operaciones bsicas y resolver muchos problemas de aplicacin.

Un diagrama en bloque simplificado del control electrnico se ilustra en la siguiente figura.

MECANISMORECONEXION

TCC

SENSORESDE

CORRIENTE

CIRCUITODETECTORDE NIVEL Y

TIEMPO Circ

uito

de

Dis

paro RELE DE

SECUENCIATIEMPO

RECONEXION

REPOSICIN

CIRCUITODETECTORDE NIVEL Y

TIEMPO

SENSOR DECORRIENTERESIDUAL

Figura N10. Diagrama simplificado de un control electrnico Por ltimo, estos elementos de proteccin no requieren de fuente de alimentacin externa y su

ajuste es relativamente sencillo. La corriente mnima de operacin en los reconectadores electr-nicos es de un 100% de la corriente nominal de la bobina de disparo o ajuste, mientras que en los hidrulicos era de un 200%.

B.3 Seccionalizadores Este es un dispositivo de proteccin que asla automticamente las fallas en las lneas de distri-

bucin. Este elemento se instala necesariamente aguas abajo de un equipos con reconexin au-tomtica (por ejemplo: reconectadores). Para fallas ocurridas dentro de la zona de proteccin del seccionalizador, este cuenta las aperturas y cierres efectuadas por el equipo dotado de reco-nexin automtica instalado aguas arriba del seccionalizador, y de adecuado a un ajuste previo, este dispositivo de proteccin abre en el momento en que el reconectador est abierto, es decir, el seccionalizador cuenta los impulsos de corriente de falla que fluye en el sistema, ajustndose pa-ra que abra despus de un determinado nmero de pulsos que pueden ser uno, dos o tres como



mximo. Pero siempre debe ajustarse su calibracin para un pulso menos que le nmero de ope-raciones del reconectador asociado.

Estos se usan a menudo en lugar de desconectadores fusibles en arranques donde es necesario

reponer el servicio rpidamente y donde no se justifica el uso de otro reconectador en serie. No tienen curvas caractersticas de operacin tiempo/corriente, y se coordinan con los reconectado-res, como ser ver ms adelante, simplemente por sus corrientes nominales y sus secuencias de operacin.

Los requisitos bsicos que deben considerarse para una adecuada aplicacin de los seccionaliza-

dores, son los siguientes:

i ) El dispositivo de proteccin con reconexin automtica, ubicado aguas arriba del seccionali-zador, debe tener la sensibilidad suficiente para detectar la corriente mnima de falla en toda la zona asignada para ser protegida por l.

ii ) La corriente mnima de falla del sector de la lnea que debe ser aislada por el seccionalizador debe exceder a su corriente mnima de operacin.

iii ) El seccionalizador debe ajustarse como mximo para que abra en una operacin menos que las del dispositivo con reconexin automtica aguas arriba.

iv ) No debe excederse los valores de corrientes mxima de corta duracin del seccionalizador. v ) Puede ser usado en serie con otros dispositivos de proteccin, pero no entre dos reconecta-

dores. Las ventajas de usar seccionalizadores en lneas radiales de distribucin son:

i ) Cuando se emplean en lugar de un reconectador, resulta de un costo de inversin ini-cial y de mantencin menor.

ii ) Cuando se emplean sustituyendo un desconectador fusible, no presentan dificultades de coordinacin como se presentara, al ser reemplazado por otro desconectador fusi-ble de tamao diferente.

iii ) Pueden ser utilizados para desconectar o conectar lneas de carga, siempre que stas estn dentro de su rango admisible.

B.4 Interruptores Los interruptores son elementos de un esquema de proteccin que son capaces de conectar,

desconectar un elemento o parte de un sistema a un total, bajo toda condicin de operacin, es decir, en condiciones de operacin normal o de falla. Su diseo es difcil, por el hecho de cumplir funciones bastantes opuestas segn sean las circunstancias en que acontece su operacin. Al estar cerrado debe permitir la circulacin de corriente en las mejores condiciones posibles, sin provocar prdidas ni calentamientos ms all de los permisibles segn su diseo y los estableci-dos por normas, por otra parte, al estar abierto debe impedir completamente al paso de la corrien-te, sin presentar fugas de importancia. El paso de un estado a otro debe ser rpido, pero no ins-tantneo, de manera de evitar producir sobretensiones de importancia en el sistema [11].

La funcin ms rigurosa que el interruptor debe cumplir, es la de extinguir el arco elctrico que se

produce al interrumpir grandes magnitudes de corrientes de cortocircuito, mediante la separacin de sus contactos dentro de un medio que favorezca la extincin, por ejemplo, en aires, en aceite, en vaco o en hexafluoruro de azufre. En algunos tipos, el arco es extinguido mediante un chorro de aire comprimido a velocidad supersnica.

La operacin de los interruptores est comandada por rels de sobrecorriente. Se instalan en las

subestaciones para proveer de proteccin contra fallas a los alimentadores primarios. General-mente, los interruptores usados en los sistemas de distribucin son 5 ciclos como mnimo y son



preferidos ante los reconectadores debido a su gran flexibilidad, exactitud y esttica, pero sin em-bargo son mucho ms caros.

B.5 Rel de Sobrecorriente Los rels de sobrecorriente son los tipos ms simple de rels de proteccin. Como su nombre lo

indica, y como todo elemento de proteccin visto hasta el momento, tienen como finalidad operar cuando la corriente en la parte del sistema donde se ubican alcanza valores superiores a un valor predeterminado o mnimo de operacin. Existen dos tipos bsicos de rels de sobrecorriente: los de tipo de operacin instantnea y los de tipo de operacin retardada.

Los rels de sobrecorriente instantneos operan sin retardo cuando la corriente excede de un valor

preestablecido; sin embargo, el tiempo de operacin de estos tipos de rels pueden variar signifi-cativamente (desde 0.016 a 0.1 seg).

Los rels de sobrecorriente con retardo poseen caractersticas de operacin tal que el tiempo

vara inversamente con la magnitud de la corriente que detecta. La figura 11 muestra las caracte-rsticas de los tipos de rels de sobrecorriente ms comnmente usados, y stos son tres: inver-so, muy inverso y extremadamente inverso.

EXTREMADAMENTE INVERSA

VECES LA CORRIENTE

INVERSA

INSTANTANEA

TIEMPO

Figura N11. Caractersticas de rels de sobrecorriente Tanto los rels instantneos como los de tiempo inverso, son inherentemente no selectivos, dado

que pueden detectar condiciones de sobrecorriente en sus zonas de proteccin como tambin en las zonas adyacentes. Sin embargo, en la prctica, esta selectividad se logra mediante una ade-cuada calibracin de sus sensibilidades o mediante una retardo intencional, o bien, combinando estas dos alternativas. Tambin puede obtenerse selectividad combinado sus operaciones con re-ls direccionales, especialmente, en sistemas de distribucin no radiales.

Cualquiera sea el tipo de rel, de induccin o esttico, existen trminos comunes que se definen a

continuacin y que son bsicos para la compresin del empleo y calibracin de estos elementos.

- Tap: Este dispositivo permite variar la sensibilidad del rel permitiendo que opere a diferentes valores de corriente.

- Corriente mnima de operacin (pick up): es aquella corriente mnima que produce el

cambio de los contactos del rel de abierto a cerrado.

- Corriente de partida: es el valor de corriente justa y necesaria que vence la inercia de las partes mviles.

- Escala de tiempo (Lever): en los rels de induccin indica la posicin de reposo del disco,

por lo tanto, determina el recorrido del mismo hasta el cierre de los contactos, en general, tan-



to en los rels de induccin como estticos, el lever permite variar el tiempo de operacin para valores de corriente mnima de operacin.

- Sobrecarrera (overshoot): es el tiempo que puede seguir girando el disco, en los rels de

induccin, debido a su inercia, luego que la falla ha sido desenergizada por otro sistema de proteccin, antes de cerrar sus contactos.

Es recomendable, para lograr un uso ms efectivo de un rel de sobrecorriente de tiempo inverso,

escoger una sensibilidad tal, que ste opere en la parte ms inversa de la curva de operacin para todo el rango de corriente de cortocircuito de su zona de proteccin, es decir, el valor mnimo de la corriente para la cual ste debe operar deber ser igual o a lo menos superior a 1.5 veces la co-rriente mnima de operacin (pick-up), pero no mucho ms.

Tambin es altamente recomendable que su curva caracterstica, en cuanto al grado de la pen-

diente de su curva de operacin, sea lo ms semejante posible a las correspondientes a las cur-vas de operacin de los otros dispositivos de proteccin de sobrecorriente instalados en la misma parte del sistema que se debe proteger, de otra manera, el problema de obtener una adecuada se-lectividad en todo el rango de corrientes de cortocircuito de la zona a proteger, puede convertirse en un problema muy difcil de resolver y a veces imposible.

El rel instantneo generalmente se usa como un elemento complementario, combinando su ca-racterstica de operacin con otros dispositivos de proteccin, principalmente con rels de sobre-corriente de tiempo inverso. Pueden ser usados solamente cuando la corriente de cortocircuito es sustancialmente mayor que cualquier otra condicin posible, por ejemplo, la corriente moment-nea asociada a la energizacin de ciertos componentes del sistema, o bien, cuando existen l-neas largas y/o transformadores cuyas impedancias son relativamente grandes comparadas con la impedancia del circuito; es decir, cuando existe una diferencia apreciable entre las corrientes del circuito. Estas magnitudes deben al menos estar en una razn de 2 a 3 veces. Por esta ra-zn, frecuentemente sucede que stos rels pueden ser utilizados en ciertas lneas y no en otras.

En este tipo de rel, instantneo, slo es necesario ajustar su sensibilidad, de modo que sta sea

de un 20% a un 30% superior a la mxima magnitud de corriente de falla que puede acontecer en el extremo ms alejado, con respecto a su ubicacin, en la lnea a proteger. Con esta calibracin de su sensibilidad, provee de aclaramiento instantneo para todas aquellas fallas que puedan ocu-rrir aproximadamente, dentro del 80% a 70% de la longitud de la lnea.

En general, en sistemas donde las magnitudes de las corrientes de cortocircuitos dependen prin-

cipalmente de la ubicacin del punto del sistema donde ocurre la falla con respecto a la ubicacin del rel, y no lo es tanto a la cantidad de generacin en servicio, generalmente se pueden lograr tiempos de aclaramientos bastantes rpidos utilizando rels de sobrecorriente con caractersticas de operacin muy inversa. Por otra parte, donde la magnitud depende significativamente de la cantidad de generacin en servicio, en el instante de la ocurrencia de la falla, se obtiene resulta-dos mucho mejores si se usan rels con caractersticas de operacin inversa.

Adems, en las zonas cercanas a los extremos de los circuitos de distribucin primaria, es fre-

cuente el uso de fusibles en lugar de rels de sobrecorrientes; en la regin donde ocurre esta transicin, es conveniente usar rels de sobrecorriente que tengan caractersticas de operacin extremadamente inversa. De tal manera que sea posible lograr una buena selectividad en combi-nacin con las caractersticas de operacin de los fusibles, como se mencion ya anteriormente en este mismo prrafo.

Tambin, esta caracterstica extremadamente inversa, se ha hallado que es bastante til bajo

ciertas condiciones, al permitir reconectar alimentadores que han estado fuera de servicio por un



perodo prolongado (con cargas tales como: sistemas de refrigeracin, calefactores, bombas, as-censores, etc.) o con corrientes de Inrush.

C. Coordinacin de Elementos de Proteccin

Para que un sistema de proteccin sea efectivamente selectivo, las operaciones de los elementos de proteccin que lo constituyen deben estar perfectamente coordinados ante la eventualidad de una falla. Es decir, existe coordinacin entre dos elementos de proteccin, cuando para una determinada condi-cin de falla, el elemento adecuado de la proteccin principal opera antes que el elemento adecuado de la proteccin de respaldo. A esto se le denomina coordinacin selectiva, operacin selectiva, simple-mente coordinacin o selectividad entre aparatos de proteccin de sobrecorriente.

De acuerdo a la figura 12, durante una falla todos los elementos de proteccin en serie, desde la fuente hacia el punto de localizacin del cortocircuito, detectan esencialmente la misma magnitud de corriente y ambas protecciones, la principal (1) y la de respaldo (2), inician al mismo tiempo su funcionamiento, pero la proteccin de respaldo deber tener un tiempo mayor para cumplir s u operacin.

F

(1)

(2)

Figura N12. Flujo de corriente en condicin de falla

Esta diferencia entre los tiempos de operacin, se define como tiempo de paso o tiempo de coordina-cin y es la diferencia de tiempo mnima entre las operaciones de dos elementos de proteccin conse-cutivos, para una misma falla supuesta dentro de la zona principal para uno y dentro de la zona de res-paldo para el otro. Este trabajo de coordinar, hecho manualmente, es en ocasiones fatigoso y requiere de mucho tiempo de dedicacin. La selectividad entre los elementos de proteccin se determina comparando las curvas caractersticas de operacin entre s; tarea que consiste en dibujar las curvas de operacin, referidas a una tensin base comn, en un papel logartmico, o bien, superponiendo estas caractersticas impresas en papel traslcido que generalmente proporciona el fabricante de estos elementos de proteccin. Este proc e-dimiento visual parece ser el ms rpido y de un grado de exactitud aceptable. Afortunadamente hoy existen un sin nmero de programas computacionales que han liberado en alguna medida al proyectista en esta labor. El computador es el medio ms eficiente y econmico, en la m a-yora de los casos, para llevar a cabo la tarea de seleccin, calibracin y coordinacin de los dispositi-vos de proteccin de sobrecorriente. Se puede rpidamente simular y comparar matemticamente las caractersticas de operacin de los elementos de proteccin a emplear y coordinar, liberando de este modo al ingeniero de esta pesada labor. Sin embargo, siempre se deber tener presente que el compu-tador y sus programas, son tan slo herramientas; siempre el ingeniero deber intervenir juzgando los resultados logrados con el programa computacional y aplicando sus conocimientos y experiencia sobre la materia.



Seguidamente, se analizarn las combinaciones ms frecuentes que se pueden encontrar en la coordi-nacin de protecciones en sistemas de distribucin, dejando para otra ocasin las protecciones de banco de condensadores y transformadores en sistemas de distribucin, temas que por si slo dan pa-ra un escrito tan extenso como ste. D. Coordinacin entre Fusibles

D.1 Factores de seleccin de fusibles: Es preciso conocer previamente:

La corriente de carga normal y de sobrecarga del tramo donde se instalar. Las magnitudes de las corrientes transitorias. Curva dao de transformadores y alimentadores.

Adems, debe considerarse los efectos que sobre el fusible tienen las siguientes variables:

Precarga, esta corriente incrementa la temperatura del elemento fusible, causando variacio-nes en los tiempos de la curva corriente/tiempo mnimo de fusin.

Temperatura, puede sta ser considerada igual para todos los fusibles de circuito. En gene-

ral, de acuerdo con los procedimientos descritos en la norma ANSI Standard CS7.41-1981, las curvas caractersticas de tiempo mnimo de fusin de los fusibles, estn determinadas a una temperatura ambiente de 25C y sin carga previa. Cuando estn en servicio, obviamen-te operan a una temperatura ambiente diferente, que afectar, en algunos casos, ligeramente los tiempos mnimos de fusin y su efecto puede ser ignorado. No obstante, donde el rango de variacin de las temperaturas es apreciable, puede ser recomendable considerar el co-rrimiento de la curva.

Calor de fusin, es el calor adicional requerido para convertir un slido a lquido, a la tempe-

ratura de fusin. Las corrientes de fallas de corta duracin pueden suministrar una fraccin de este calor, causando dao al elemento fusible debido a una fusin parcial.

Todos estos factores son importantes en la seleccin de fusibles que se requieren coordinar, y

determinan el factor de 0.75, definido ms adelante, empleado en la coordinacin entre fus ibles. D.2 Mtodos de Coordinacin Se tratarn dos mtodos de coordinacin entre fusibles:

Mediante el uso de las curvas caractersticas de operacin, y Mediante el uso de tablas de coordinacin.

Cualquiera sea el mtodo empleado, vale tener presente que en estos casos al fusible de respal-do se le denomina fusible protegido y al fusible de la proteccin principal se le conoce como fu-sible de proteccin, lo cual se ilustra en la figura 13.

A B

FusibleProtegido

Fusible deProteccin



Figura N13. Fusible protegido y fusible de proteccin

Tambin es imprescindible tener siempre presente las siguientes reglas en toda coordinacin entre estos elementos:

Regla 1. El tiempo mximo de aclaramiento del fusible de proteccin deber ser menor o

igual al 75% del tiempo mnimo de fusin del fusible protegido. Esta regla del 75% provee que la corriente de falla sea despejada por el fusible de proteccin

antes que el fusible protegido sea daado alterando sus caractersticas de operacin. Regla 2. La corriente de carga en el punto de ubicacin del fusible en el sistema, no deber

exceder a la capacidad de carga permanente que el fusible es capaz de conducir.

Si el valor fuese excedido, podra quebrar el fusible causando interrupciones innecesarias del servicio.

- Coordinacin mediante uso de curvas Tiempo-Corriente.

Puesto que como se mencion, las curvas caractersticas de operacin de los fusibles son impresas en papel traslucido, es posible contrastar superponiendo las curvas de tiempo mximo de aclaramiento con las curvas de tiempo mnimo de fusin. Las curvas de los tiempos mnimos de fusin puede desplazarse en un 25% respecto al eje del tiempo de las curvas de los tiempos mximos de aclaramiento. Este corrimiento en el eje vertical, y puesto que la curvas son dibujadas en papel log-log, automticamente provee la tolerancia del 75% que se especifica en la Regla 1. Con las curvas arregladas de este modo, rpidamente se podr determinar el par de fusibles que coordinan convenientemente dentro del rango de co-rrientes de fallas correspondientes a las zonas de proteccin bajo estudio. El mtodo puede comprobarse en base a un ejemplo encontrado en la bibliografa [16] y mos-trado aqu en la figura 14, donde se indican las corrientes de carga de cada alimentador y el nivel de cortocircuito en cada barra. El resultado de esta coordinacin se muestra en el grfico de la misma figura.



C

1000 (A)

105 (A) B 36 (A) A 21 (A)

1630 (A) 1550 (A)

1620

0

300

400

500

600

700

800

1000

1550

1630

2000

3000

6000

5000

4000

1000

0

7000

051

021

016

031

15T 25T 30T

8000

01

015

02

03

04

05000708

1

15

2

B0T

Tie

mpo

(S

eg.)

Corriente (amp.) Figura N14. Coordinacin de fusibles

El fusible en la barra A resulta ser el 15T, debido a que ste soporta 12(A) como corriente mxima permanente. En la barra B debe instalarse un fusible que permita que circulen 36(A) y que adems coordine con el fusible 15T para la falla mxima de 1550 Amp. El fusible 25T permite 30 amp., pero no coordina con el fusible 15T, puesto que, como se puede ver, no cumple con la Regla 1. El fusible 30T cumple bien, por lo tanto coordina.

En la barra C, debe instalarse un fusible que soporte 105 amp. en forma permanente y que coordine con el fusible 30T para una corriente de falla mxima de 1630 amp. El fusible 80T soporta una corriente mxima de 120 amp. por consiguiente cumple con la Regla 1, y, dado que para 1630 amp., su tiempo mnimo de fusin es de 0.16 segundos y el tiempo mximo de aclaramiento del fusible de 30T de la barra B, para la misma magnitud de corriente, es de 0.051 seg., entonces, resulta que este tiempo es el 32% del tiempo de fusin del fusible 80T, por lo tanto, existe una buena coordinacin entre estos fusibles para este caso particular.

- Coordinacin mediante uso de tablas.

Para simplificar el proceso de coordinacin, los fabricantes de estos elementos de proteccin suministran al cliente tablas de coordinacin adecuadas a sus productos . Estas tablas se utilizan para determinar el fusible protegido de tamao mnimo apropiado, cuando se conoce la corriente de cortocircuito mximo de coordinacin y el tamao de fusible de proteccin.

Tabla N3. Tabla de coordinacin de fusibles tipo T

FUSIBLE PROTEGIDO (Amperes)

8K 10K 12T 14T 20T 26T 30T 40T 50T 65T 80T 100T 140T 200T

CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO MAXIMO DE COORDINACION (Amperes)

6T 360 680 920 1200 1500 2000 2540 3200 4100 5000 8100 9700 16200

8T 376 800 1200 1500 2000 2540 3200 4100 5000 8100 9700 16200

10T 530 1100 1600 2000 2640 3200 4100 6000 8100 9700 16200

12T 680 1280 2000 2640 3200 4100 6000 8100 9700 16200

F U

S

I B

L E

S 16T 730 1700 2600 3200 4100 6000 8100 9700 16200



20T 900 2100 3200 4100 6000 8100 9700 16200

26T 1400 2000 4100 5000 8100 9700 16200

30T 1500 3100 5000 8100 9700 16200

40T 1700 3000 8100 9700 16200

50T 1760 4400 9700 16200

65T 2200 9700 16200

80T 7200 16200

100T 4000 13800

D

E

P

R O

T E

C C

I

O N

140T 7600

Estas tablas han sido determinadas de las curvas de operacin de los fusibles correspondien-tes, tomando en consideracin la Regla 1 citada anteriormente, luego se obtendr la misma coordinacin con menos trabajo, como se podr comprobar tomando el mismo ejemplo ante-rior (ver tabla 3).

D.3 Coordinacin con Reconectadores

En todo estudio de coordinacin, en que est involucrada la accin de un reconectador con otro elemen-to de proteccin, se debe tener siempre presente la siguiente regla bsica:

El dispositivo de proteccin ms prximo aguas arriba de la falla, debe despejarla, ya sea sta de

carcter permanente o transitorio, antes que el elemento de proteccin de respaldo opere si no se tiene reconexin automtica, o antes que las agote en caso de tenerlas.

- Coordinacin de reconectadores con fusible.

Se deben distinguir dos casos:

i ) Cuando el fusible est instalado al lado carga del reconectador (aguas abajo) y ii ) Cuando el fusible est instalado al lado del reconectador (aguas arriba).

En ambos casos, se usa el mtodo de trazado de curvas del reconectador y del fusible, con el fin de obtener el rango de corrientes de cortocircuitos en que existe coordinacin. Coordinacin con fusible en el lado carga del reconectador (reconectador-fusible). En este caso el reconectador deber detectar las fallas ocurridas en su zona y tambin las de la zona del fusible (ver figura 15). De acuerdo a la experiencia, se ha hallado que se obtiene mejor coordinacin programando la secuencia de operacin del reconectador como dos operaciones rpidas seguidas de dos lentas. Tambin es aconsejable, pero en menor grado, la secuencia de una operacin rpida seguida de tres lentas. Con cualquier otra programacin es imposible conseguir coordinacin eficientemen-te entre estos elementos.



Curva de aclaramiento

Curva de fusin

RE

65T

K1xA

Tiem

po

Corriente

C

Figura N15. Coordinacin de reconectadores fusible

Las siguientes dos reglas bsicas rigen la coordinacin en este caso: Regla 1. Para toda corriente de falla dentro de la zona de proteccin del fusible, su tiempo mnimo de fusin debe ser mayor al tiempo de operacin del reconectador en curva rpi-da modificada por un factor K1, dado por el fabricante (Tabla 4) y su valor depende de la se-cuencia de operacin programada y del tiempo de la primera reconexin.

Tabla 4. Valor del factor de correccin K1.

Tiempo de Una Rpida Dos rpdas

reconexin (ciclos)

Med. Mx. Med Mx.

20-25 1.3 1.2 2.0 1.8 50 1.3 1.2 1.5 1.35

75 1.3 1.2 1.5 1.35 100 1.3 1.2 1.5 1.35

Regla 2. Para toda la corriente de falla dentro de la zona de proteccin de fusible, su tiempo mximo de aclaramiento debe ser menor que el tiempo de operacin del reconectador en curva lenta. El reconectador debe necesariamente estar programado en dos o ms operaciones lentas, de modo que si las curvas estn muy juntas, el reconectador podr operar simultneamente con el fusible, pero el reconectador repondr el servicio al resto del sistema. Coordinacin de fusible ubicado en el lado fuente reconectador (fusible-reconectador). En la figura 16 se muestra un caso tpico de coordinacin entre fusible y reconectador. El fusi-ble en este caso, protege el sistema de fallas internas en el transformador, o en la barra de la subestacin, que no pueden ser detectadas por el reconectador.



Curva deaclaramiento

Curva de fusin

RE

60ES

K2xCTi

empo

Corriente

A

Figura N16. Coordinacin de fusible-reconectador

Para el estudio de coordinacin en este caso, es necesario considerar las fallas en el lado carga del reconectador. Tambin ser necesario referir las curvas de tiempo mnimo de fusin del fusi-ble, al lado de baja tensin donde est ubicado el reconectador (tensin base comn). Regla La curva de tiempo mnimo de fusible deber estar por sobre la curva de operacin lenta del reconectador en todo el rango de corriente de cortocircuito. Esta ltima debe ser modifica-da, por un factor de correccin K2, dada en la tabla 5, antes de comparar ambas curvas ya ref e-ridas a una tensin base comn.

Tabla 5. Factor de correccin K2. Tiempo de Secuencia de Operacin

Reconeccin 22 13 04 20 2.7 3.2 3.7

25 2.6 3.1 3.5 50 2.1 2.5 2.7 75 1.85 2.1 2.2

100 1.7 1.8 1.9 200 1.4 1.4 1.45

500 1.35 1.35 1.35

- Coordinacin entre reconectador e interruptor En las subestaciones donde el nivel de cortocircuito en la barra de alimentadores primarios es de 250 KVA o mayor, los alimentadores son protegidos mediante interruptores, comandados por re-ls de sobrecorriente de tiempo extremadamente inverso. El rel debe ser ajustado de manera que detecte y de orden de aclaramiento para todas las fallas que ocurran dentro de la zona del



alimentador, comprendidas entre la ubicacin del primer reconectador, pero, no obstante, debe tener un retardo suficiente de manera que no operen simultneamente. El factor crucial para coordinar la operacin entre estos elementos de proteccin, es el tiempo de reposicin del rel de sobrecorriente durante la secuencia de operacin de reconectador. Si el rel usado es un rel electromecnico en lugar de uno de estado slido, sucede que mientras se cumple el tiempo de operacin de reconectador durante una falla, el rel comienza a integrar el tiempo, avanzando su disco en el sentido de disparo. Si la reposicin del disco es lenta cuando el reconectador est en el perodo de reconexin (abierto), el rel ir acumulando avance en la direccin de disparo, de manera que puede suceder una orden de apertura falsa durante las sucesivas operaciones de apertura y cierre de reconectador. Los tiempos tpicos de reposicin de los rels de sobrecorriente electromecnicos, para la curva de operacin de mayor nivel, es de alrededor de 6 segundos para rels de caractersticas extre-madamente inversas. Una regla prctica que algunos ingenieros aplican para determinar si hay o no coordinacin en-tre estos elementos, es la siguiente: Es posible que no se logre una selectividad adecuada, si para un valor cualquiera de corriente de falla, el tiempo de operacin del rel, es menor que dos veces el tiempo de operacin del reconectador en curva lenta, suponiendo que la secuencia de operacin del reconectador incluye dos operaciones en este tipo de curva. - Coordinacin entre reconectador y un seccionalizador Tal como se mencion anteriormente, el seccionalizador es un elemento de proteccin que no posee capacidad de ruptura y que cuenta las operaciones de reconectador asociado instalado aguas arriba. El seccionalizador es un dispositivo de proteccin que se emplea para proteger los arranques principales derivados de la lnea troncal. Para fallas abajo del seccionalizador, ste cuenta las aperturas y los cierres efectuados por el equipo dotado de reconexin automtica y, de acuerdo al ajuste, el seccionalizador abre en el momento en que el reconectador est abier-to. Es decir, el seccionalizador cuenta los pulsos de corriente de falla que pasan por l, ajus-tndose para que abra despus de un determinado nmero de pulsos que pueden ser uno, dos o tres; pero siempre el nmero de pulsos programados para el seccionalizador, debe ser uno menos, como mximo, que el nmero de operaciones del reconectador aguas arriba de l. Lo que no hay que olvidar en este caso es que la corriente de cortocircuito de la zona protegida por el seccionalizador, debe ser mayor que la corriente mnima de operacin del reconectador y del seccionalizador. - Coordinacin entre reconectadores Para coordinar reconectadores en serie en una alimentador de distribucin, existen tres modos: - Por corrientes nominales Este mtodo consiste en escoger las corrientes de operacin de cada reconectador, de modo que vayan decreciendo al alejarse de la fuente, aunque todos tengan programada la misma se-cuencia de operacin, que normalmente son dos operaciones rpidas y dos lentas (ver figura 17).



100A

100(A)

50A

Tiem

po

Corriente

70A

70(A)

50(A)

100(A)

70(A)

50(A)

Figura N17. Coordinacin entre reconectadores por corriente nominal.

Es prcticamente imposible que no haya operacin simultnea cuando operan en curva rpida, sin embargo se debe mantener una diferencia a lo menos de 12 ciclos, entre las operaciones en curvas retardadas para asegurar en estos casos una buena selectividad. - Combinando el nmero de aperturas. Es posible coordinar en serie, de iguales corrientes de operacin, siempre que sus secuencia de operacin sean diferentes, de tal manera que el reconectador ubicado ms cercano a la falla, tenga una operacin menos en curva lenta que el reconectador ubicado ms cercano aguas arri-ba, de tal manera que se produzca el despeje de la falla selectivamente. Con esto se logra que ambos operen simultneamente, pero uno de ellos agotar su secuencia de operacin antes, cuando an al otro le quede una operacin ms.

C22100(A)

C31100(A)

C31100(A)

Figura N 18. Coordinacin entre reconectadores combinando el nmero de aperturas

- Combinando en curvas de operacin retardadas. En este mtodo las corrientes de operacin son idnticas, slo que adems de tener programa-das diferentes secuencias de operacin, tambin realizan las aperturas con retardo en curvas di-ferentes. Esto se puede apreciar en el ejemplo ilustrado en la figura 19.



C13100(A)

B22100(A)

B22100(A)

Figura N19. Coordinacin entre reconectadores combinando curvas de operacin retardadas.

D.4 Coordinacin entre fusibles e interruptores La coordinacin en este tipo de combinacin es similar a la coordinacin entre fusible y reconec-tador. La diferencia est en que si el interruptor tiene capacidad de reconexin, los intervalos entre apertura y cierre son mucho mayores que en los reconectadores. Para encontrar una buena selectividad ent re un interruptor y un fusible, es preciso, como en el caso anterior, distinguir dos situaciones: cuando el fusible est al lado carga o al lado fuente con respecto a la ubicacin del interruptor. - Fusible en el lado carga. Se logra una adecuada selectividad, en este caso, si el tiempo de aclaramiento del interruptor (interruptor + rel) es el 150% del tiempo mximo de aclaramiento del fusible en todo el rango de corrientes de cortocircuitos del tramo a proteger. - Fusible en el lado fuente. Se logra selectividad si el tiempo mnimo de fusin del fusible es el 135% del tiempo de aclara-miento del rel ms el de apertura del interruptor, para todoel rango de corrientes de cortocircui-tos del tramo de lnea a proteger. Adems, cuando el interruptor opera sin retardo, tiene que aclarar la falla antes que se funda el fusible. Por otra parte, el fusible en el lado carga tiene que aclarar la falla antes que opere el in-terruptor en curva con retardo. Del mismo modo, es necesario que la curva caracterstica de los tiempos de operacin del rel, para todo valor de corriente superior al mximo disponible en pun-to de ubicacin del fusible en el sistema, quede por sobre la curva caracterstica de los tiempos mximos de aclaramiento del fusible. Debe cuidarse que la diferencia de tiempos de operacin sea de 0.1 a 0.4 segundos. D.5 Coordinacin entre fusibles limitadores de corrientes. La figura 20 ilustra el principio general de coordinacin entre estos elementos de proteccin. Ntese que para que exista selectividad, la energa de aclaramiento del fusible D debe ser menor que la energa necesaria para completar la fusin del fusible A y las reglas de coordinacin son iguales a las ya vistas para la coordinacin entre fusibles. Tambin en este caso existe el mto-do de coordinacin por tablas.



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