51n funcióndeproteccion

5/7/2018 51N Funcióndeproteccion - slidepdf.com

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Relevadores 51N – Falla a Tierra

En sistemas solidamente aterrizados,la tierra es común a todos loselementos y una falla a tierra sedetermina por la corriente que circulapor ella.

Lo anterior no siempre se cumple. Ensistemas industriales grandes o en

redes de distribución, esto es común.




La razón principal es el costo elevadoque esto implica.

Porqué es conveniente poner a tierrael neutro de los sistemas?

– Limitar la corriente máxima de falla avalores que no resulten perjudiciales alos generadores, transformadores y

demás equipos del sistema.



Relevadores 51N – Falla a TierraRazones Principales para Reducir las

Corrientes de Falla a Tierra.– Reducir el riesgo de incendio de equipos

eléctricos (cables, transformadores,

máquinas rotatorias).– Reducir riesgos de descarga eléctrica al

personal causado por las corrientes

circulantes en la trayectoria de retornopor tierra.– Permitir el control de sobre-voltajes

transitorios.




– Reducir el riesgode explosión oflameo por arco

al personal quepudiese estarexpuesto a la

Corriente deFalla.




– La puesta a tierra del neutro, deberápermitir un flujo de corriente de fallasuficiente para que las alarmas o

relevadores de protección operen.– Existen dos tipos de resistencia para la

puesta a tierra del neutro.• Baja Resistencia, limita la corriente al nivel

mínimo (> 50 A) que permita que operen losrelevadores de protección.




– Alta Resistencia, ésta se dimensiona demanera que permita una corriente defalla máxima mayor que la corriente de

carga capacitiva a tierra del sistema(usualmente 5A para sistemas menoresde 1kV).




Sobre la Puesta a Tierra por BajaResistencia.– Estandar IEEE 142-1991 Prácticas

Recomendadas para la Puesta a Tierra deSistemas de Potencia Industriales yComerciales.• Este método tiene la ventaja de liberar en

forma selectiva e inmediata el circuitopuesto a tierra. Requiere que la mínimacorriente de falla sea suficiente para operar

el relevador de falla a tierra.




– Estandar IEEE 242-1986 PrácticasRecomendadas para la Coordinación yProtección de Sistemas de PotenciaIndustriales y Comerciales.

• La magnitud de la resistencia de puesta a

tierra debe ser tal que permita circularcorriente suficiente para que los relevadoresde falla a tierra la detecten y liberen elcircuito fallado.



Reles 51N – Falla a Tierra

En los casos en que el Sistema no estasolidamente aterrizado, la falla atierra se determina por el desbalance

en la corriente de carga. Este es elprincipio de funcionamiento de los

relevadores 51N.




En condiciones normales de operaciónestos no deben actuar por desbalance,

ya que desde el punto de vista

práctico este no debe ser mayor al30% del valor nominal de la carga.En casos como el reestablecimiento

de “zonas oscuras” en sistemas dedistribución, el desbalance suele“verse” como una falla a tierra.




En sistemas industriales se presentancasos similares, en arranques deplanta principalmente de cargas

monofásicas.Cuando se hacen operación con

seccionadores monopolares serecomienda bloquear el 51N paraevitar que actue por desbalance.




Puesta del Neutro a “Tierra Sólida”VS. “Tierra a través de BajaResistencia”.

– Los sistemas solidamente aterrizadosson una mejora respecto a los “flotantes” y agilizan la localización de fallas.

– No permiten limitar la corriente de fallacomo en los sistemas en que la puesta atierra del neutro se realiza a través de

baja resistencia.



Reles 51N – Falla a Tierra– La naturaleza del arco por falla a tierra

en sistemas solidamente aterrizados esconocida por la cantidad de energíadisipada durante la falla.

– Una medida aproximada de la energíadisipada puede ser obtenida calculandolos KWC (Kilowatt Ciclo) disipados en el

arco utilizando la siguiente expresión;

KWC=Ifg*Tiempo/10




– La siguiente tabla presenta una relaciónentre magnitud de la energía disipada ysus evidencias en el sistema.



Reles 51N – Falla a Tierra– Ejemplo comparativo.

• Considere un sistema con las siguientescaracterísticas, 480 V, 2000 kVA y unacorriente de falla a monofásica disponible de

30,000 A• Sí el sistema este solidamente aterrizado yconsiderando que el interruptor abre en 10ciclos, KWC = 30000*10/10= 30,000

• Sí el sistema se aterriza con baja resistencia y se limita la corriente de falla a 400A setiene que KWC = 400*60/10 = 2,400




Sistemas no Aterrizados– Ventajas

• Magnitudes de corrientes de falla a tierra

bajas.• No riesgos de arco eléctrico en fallas atierra.

• Operación continua después de la primerfalla a tierra.



Reles 51N – Falla a Tierra– Desventajas

• Se dificulta la localización de las fallas atierra, por lo tanto los costos que involucra laeliminación de manera permanente de la falla

en general son altos.• Riesgo de sobrevoltajes transitorios severos

durante una falla a

• Una segunda falla a tierra da como resultadouna falla entre líneas.



Reles 51N – Falla a TierraUso de Transformadores en Zig-ZAg

– Se emplean en sistemas tipo DELTA y suobjetivo es crear una tierra “artifial” eneste tipo de sistemas.

– Permite detectar y liberar en formaselectiva fallas a tierra en este tipo desistemas.

– La detección se realiza conectando unrelé 51N entre el punto de tierra y el

neutro del transformador.



Reles 51N – Falla a Tierra– La selectividad se puede lograr de la

manera siguiente;• Normalmente el los circuitos fallados existeno pueden existir protecciones de falla atierra (Casi todos los relés electrónicosmultifunción tienen esta función) en el casode la configuración en Delta esta funciónnormalmente está inhibida.

• Al disponerse de una trayectoria para lascorrientes de falla a tierra creadoartificialmente por el TR Zig-Zag se activa lafunción y se coordina con el 51N conectado

entre tierra y el neutro del transformador.



Falla a TierraSistemas solidamente aterrizado.

caI + I + I = 0

cb cc

Total Capacitive Current

IcacbIIcc

AØ BØ

CØ

3Ø Load

480V Wye Source

nI



Falla a TierraDistribución de la corriente de falla.

* IflapuZf

I =1

Estimated Total Fault Current

480V Wye Source3Ø Load

CØ

BØAØ

I

f n

I

cc

I I

cb ca

I

+ (I + I ) = ~Icb cc

~0A (3A)

n= ~60,000A

Example (2500kVA, 480V, Z = 5% )

1I = I =

f 0.05* 3000A

n

~60kA



Falla a TierraUn valor grande de la corriente de falla

causará danos severos.

– Si los dispositivos de protección de sobrecorriente se coordinan adecuadamente liberaran lafalla de manera adecuada y el daño se consideraaceptable.

VoltajesTransitorios

Corrientede Falla



Falla a TierraSistema aterrizado, “falla de alta impedancia”

* I flapuZ

f I =1

Estimated Total Fault Current

480V Wye Source

3Ø Load

CØ

BØAØ

I f nI ccI Icb caI

+ (I + I ) = ~Icb cc

~0A (3A)

n = ~23kA

Example (2500kVA, 480V, Z = 5% )

1I = I =f

0.05* 3000An

~23kA

* .38 * .38



Falla a TierraCorriente de falla baja, los dispositivos de

protección no operan y se pueden causarserios daños al equipo.

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