protecciones en sistemas de distribucion

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  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 1

    PROTECCIONES EN SISTEMAS DE DISTRIBUCION. INDICEI Introduccin Pg. 2-3 Dispositivos Pg. 4-14 Coordinacin dispositivos Pg. 15-38 Proteccin Clientes en M.T. Pg. 39-44 Proteccin Transformadores Pg.45 55 Bibliografa : IEEE recommended practice for protection and coordination of industrial and commercial system. Material de ctedra Instalaciones Elctricas Universidad de Morn Ing. Rivera Material Universidad de San Juan / Curso de postgrado en proteccin de sistemas Ing. J.C.Gomez Manual de equipamiento elctrico / Joao Mamede Filho

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    1. Introduccin.

    La funcin primordial de la proteccin es retirar del sistema elctrico, tan rpido como sea posible, a cualquier elemento en el cual se ha desarrollado una falla. Si esto no ocurre el sistema en general queda en riesgo, y no solamente las partes involucradas en el desperfecto. Teniendo en consideracin que el objetivo del sistema elctrico es proveer energa a los clientes, manteniendo la calidad de los parmetros, con la mayor continuidad posible. De acuerdo con lo descrito, la tarea de los especialistas en la operacin de los sistemas es compatibilizar las funciones de proteccin con las necesidades del sistema.

    Existen algunos criterios que deben siempre ser considerados en el anlisis de sistemas de protecciones, estos son:

    Selectividad: Capacidad del sistema de protecciones de, ante una

    falla, sacar de operacin la menor cantidad de instalaciones posible, garantizando la aislamiento de la falla.

    Confiabilidad: Capacidad de un sistema de dar continuidad al servicio.

    Los sistemas de distribucin requieren de protecciones para su normal

    operacin. Al igual que en las restantes instalaciones de un sistema (generacin y transmisin), el costo de los sistemas de protecciones, comparados con los costos de las instalaciones son bajos, aproximadamente un 3 %. El costo del sistema de proteccin, sin duda es funcin del nivel de proteccin que se desea tener, en cada caso debe ser considerado:

    Riegos Humanos Costo de equipamiento protegido. Tiempo de reparacin de los elementos involucrados. Costo de la energa no suministrada. Costo de las multas asociadas a las desconexiones. Factores polticos y sociales.

    Los sistemas de protecciones utilizados de manera general en las

    instalaciones de distribucin son del tipo amperomtricos, basando su operacin en la deteccin de corrientes, que indican el desvo de las condiciones de operacin. Tomando en consideracin lo anterior, los dispositivos utilizados para el diseo del sistema de protecciones de redes de distribucin, poseen la capacidad de responder de manera prevista ante variaciones en los valores de corriente.

    En los sistemas de distribucin, a diferencia de los de transmisin y/o

    generacin de porte, el diseo de los sistemas de protecciones en la mayora de los casos, nno son considerados ni en los diseos originales de los sistemas ni en las ampliaciones de estos. Teniendo en cuenta esto, en la explotacin de los sistemas de protecciones de distribucin es de gran importancia tener conocimiento de las caractersticas de los distintos dispositivos disponibles

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    para realizar soluciones, posiblemente particulares en muchos casos. Lo anterior es la manera de actuar como consecuencia a lo que normalmente acontece, no despreciando ni minimizando la importancia que tiene el considerar el sistema de protecciones en las instancias de diseo, ya que de esta manera muchas veces no solo es posible encontrar la mejor solucin tcnica, sino tambin la mas econmica.

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    2. Dispositivos.

    a. Reles de sobrecorriente : Estos son dispositivos de medicin, requiriendo de ser utilizados conjuntamente con algn otro dispositivo responsable por la interrupcin de las corrientes, y consecuente aislado de la falla. En la mayora de las aplicaciones, estos reles trabajan asociados a transformadores de medicin, responsables de la generacin de variables analgicas con valores compatibles con las tecnologas disponibles en los dispositivos. Estos dispositivos pueden tener las siguientes caractersticas en su respuesta: Direccional y/o no direccional, requiriendo en el primer caso la

    medicin de las tensiones. Tiempo independiente y/o dependiente del valor de corriente.

    Estos dispositivos, son utilizados para muchas aplicaciones especiales donde se requiere la medicin de corriente, tal como protecciones diferenciales, protecciones de cuba, etc. La tecnologa micro-procesada en los reles de sobrecorriente, permiti resolver de mejor forma algunos inconvenientes en la ingeniera de protecciones de sistemas de distribucin, a travs de funciones especficas que las protecciones modernas poseen, tales como:

    Funcin de carga fra: En funcin del tipo de carga de los circuitos alimentados, en la energizacin de estos pude generarse una sobrecarga temporaria (iluminacin, motores, etc) de algunos segundos de duracin (cercano a los 10 seg). El tener en cuenta estas sobrecargas en los ajustes de las protecciones de sobre-corriente, podra generar la necesidad de colocar temporizaciones mayores de las necesarias para el rgimen nominal de los circuitos, llegando en el extremo a la posible sub-proteccin de las instalaciones. Para optimizar el sistema de protecciones en estas situaciones, los reles microprocesador poseen la funcin de carga fra, mediante esta los ajustes del rele pueden ser modificados durante un periodo de tempo, permitiendo de esta manera mantener los ajustes ideales para la operacin nominal, adaptando los ajustes para el transitorio de conexin. Normalmente esta funcin es activada con contactos auxiliares del interruptor asociado.

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    Funcin Carga Fra

    0,01

    0,1

    1

    10

    100

    1000

    10 100 1000 10000 100000

    Corriente

    Tiem

    po

    Funcin conductor roto:

    Esta funcin esta diseada internamente para discriminar la presencia de carga en dos de las tres fases, tomando esta como hiptesis de rotura de conductor. Una lgica general / simplificada del diseo de esta funcin es : Como es destacado en el diagrama de bloques, esta funcin requiere que os niveles de corriente sean superiores a un determinado valor (superior a I>> t >>>

    2/3

    &

    &

    t >>> t >>>

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    Funcin T reset :

    Esta funcin esta diseada para facilitar la deteccin de fallas intermitentes en el sistema. Si el rele posee un tiempo terico de reset de 0, cualquier falla intermitente provocara que el rele re inicie su conteo, siendo la falla despejada solo despus que la misma tenga una duracin superior al temporizado del rele. Posiblemente la proteccin ser capaz de despejar la falla, en ese caso, solo cuando esta se transforme en permanente. Normalmente los procesos de intermitencia de fallas generan en cada repeticin una duracin mayor y los intervalos entre fallas son menores. Grficamente la integracin de tiempos de operacin es: Las curvas en azul describen la operacin de una proteccin con tiempo de reset = 0, ante una falla intermitente, y las rojas la respuesta ante la misma falas de una proteccin cuyo t reset > que los intervalos de repeticin de la falla. La utilizacin de esta funcin debe ser cuidadosamente estudiada cuando los sistemas posean sistemas de recierres habilitados, ya que cuando los tiempos muertos sean cortos (rpida) el no reseteo de los temporizadores en el tiempo muerto, generar que en el segundo ciclo las protecciones puedan responder integrando timepos de fallas, con posibles descoordinaciones, en caso esto no sea considerado.

    Capacidad de generar lgicas entre reles. Las protecciones micro procesadas, normalmente son del tipo multifuncin, lo que implica que en un mismo dispositivo se posee de varias funciones de proteccin, as como de disponibilidad de lgicas (compuertas and, or, etc). Adems de las caractersticas descriptas, estos dispositivos disponen de contactos de salida, asi

    0,1 s 0,3 s 0,6 s 0 A

    2000 A

    NIVEL DE DISPARO

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 7

    como de entradas digitales que facilitan la generacin de lgicas particulares para las aplicaciones. Alguna de las aplicaciones conocidas son, proteccin de sistemas con alimentadores paralelo (ser descripto en detalle mas adelante), protecciones de barras, etc. El siguiente esquema ilustra la aplicacin de estas lgicas para la proteccin de barras. Desde el punto de vista elctrico para el dispositivo 1, la falla en A o en B poseer las mismas caractersticas, ahora desde la coordinacin de las protecciones, la falla en B debe ser despejada por el dispositivo 3 y la falla en A despejada por el dispositivo 1. Realizando una ingeniera de protecciones sin comunicacin entre los dispositivos de proteccin, la falla en A seria despejada por el dispositivo 1 en el mismo tiempo que la falla en B, siendo en esta ultima la operacin como respaldo ante la falla del dispositivo 3. Disponiendo de reles microprocesados con funciones direccionales de corriente, es posible realizar un esquema de protecciones que permita despeja la falla en barras en tiempos menores, es decir realizando la coordinacin de las protecciones a travs de lgicas y no a travs de tiempo. Para implantar la ingeniera anterior, es posible colocar un nivel de sobre corriente del dispositivo 1, en direccin adelante, con una temporizacin baja (para evitar operaciones intempestivas en transitorios) , con su disparo bloqueado por el arranque de cualquiera de los alimentadores en direccin adelante. Tomando como hiptesis que todos los alimentadores tienen el mismo ajuste, grficamente los ajustes serian:

    A

    1

    2 3 4

    B

    5

    Adelante Atras

    Adelante Atras

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 8

    Coordinacin lgica

    0,001

    0,01

    0,1

    1

    10

    100

    1000

    100 1000 10000 100000

    Corriente

    Tiem

    po

    Las conexiones entre los reles para esta lgica deben ser:

    Donde el nivel >>> corresponde a la cura de tiempo independiente de 0,150 ms del grafico anterior.

    b. Fusibles: Fusibles son los los mas antiguos e simples dispositivos de proteccin amperomtrica. Los fusibles, a diferencia de los reles de sobre corriente, son tanto el elemento de medicin como el de interrupcin . Los fusibles son conectados en serie con el circuito a proteger, respondiendo a travs de la fusin del elemento fusible, de manera proporcional a la energa generada por la corriente que por ellos circula.

    Ajuste dispositivo 1

    Ajuste dispositivos 2,3,4,5

    Ajuste dispositivo 1, com bloqueo logico

    I 2 > I 3 > I 4 > I 5 >

    +

    Block I>>> t>>>

    DISPOSITIVO 1

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    Estos dispositivos tienen las siguientes caractersticas en su respuesta: Tiempo dependiente del valor de corriente, basado en su

    principio fisico de funcionamiento, responden de manera inversa al valor de corriente.

    Operacin no direccional. El elemento fusible es destruido en la operacin. Poseen capacidad de interrumpir corrientes, siempre que

    estas sean superiores a las nominales. Pueden tener capacidad de limitar la corriente de cortocircuito,

    interrumpiendo esta antes que alcance el pico mximo.

    Las caractersticas nominales de los fusibles son suministradas de manera explicita, en cambio la respuesta de estos frente a las sobrecorrientes son representadas en forma grafica. Las denominadas caractersticas nominales son: Tensin Nominal: Es la mxima tensin de operacin del fusible, con la cual tien capacidad de interrupcin sin riesgos de re encendidos peligrosos. En un primer anlisis, pareciera posible utilizar fusibles de tensin nominal mayor a la de la instalacin, lo cual no puede ser exagerado para el caso de los fusibles limitadores, ya que de acuerdo con sus caractersticas operativas estos generan sobre tensiones, siendo magnificado este fenmeno en caso de tener tensiones nominales mayores a las de la aplicacin. Como regla general en el caso de fusibles limitadores la tensin del fusible no debe superar en ms de un 30 % a la de operacin. Para fusibles de expulsin o abiertos la mencionada limitacin no existe. Corriente Nominal Es la mxima intensidad de corriente de trabajo, sin que se superen las temperaturas ni valores de perdidas limites. Un fusible puede trabajar con sobrecargas temporales, siempre y cuando estas no superen el 15 %, mas all de este valor comienzan algunos procesos que generan el envejecimiento del fusible, pudiendo desviar las caractersticas de respuesta de este. Capacidad de Ruptura Es la maxima corriente de falla que pueden interrumpir a tensin, factor de potencia y ngulo de conexin especificado. Usualmente se expresa en kA para los NH e D y en MVA para los HH, siendo los valores usuales 100 kA y 300 MVA.

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 10

    Para los de expulsin estos valores van desde los 1,2 kA hasta los 12 kA. Para los de baja tensin estos valores van desde 2kA hasta 10 kA. Frecuencia de trabajo Los diseos actuales permiten trabajar en 50 o 60 Hz de manera indistinta. Es importante destacar que la regla general de utilizar fusibles en continua, con el doble de la tensin nominal que la del sistema no es valida, debiendo consultarse expresamente sobre la aplicacin al fabricante.

    Clase Es la aplicacin para la cual fue diseado el fusible, que se indica mediante letras, a continuacin sern detalladas algunas de estas. En lo que respecta a las curvas caractersticas estas son: Corriente / Tiempo Siempre son representadas en forma grafica en coordenadas doble logartmicas.

    Dentro de estas curvas es interesante destacar 2:

    o Mximo tiempo de despeje. En estas es posible verificar el mximo tiempo de despeje que para cada corriente debe ser considerado para un determinado fusible. o Mnimo tiempo de marcado En estas son indicados los tiempos a partir de los cuales, los fusibles, sin llegar a un proceso de interrupcin, quedan con sus caractersticas alteradas, pudiendo generar una descoordinacin en posteriores fallas en el sistema..

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    Es de grande importancia la correcta utilizacin de cada una de estas curvas en los estudios de selectividad, para garantizar que la respuesta sea la esperada.

    Para la falla en A, en el estudio de selectividad se debe verificar la coordinacin de las curvas de Tiempo de despeje del F2, con las curvas de Tiempo de marcado del F1. Para la falla en B, anlogamente debe coordinarse con la curva de Tiempo de despeje de F6, con las curvas de Tiempo de marcado del F3 y del F1.

    Para el caso de fusibles no limitadores, es importante destacar que la necesidad de paso por cero para la interrupcin genera que Lara altas corrientes la curva responda a una linea horizontal con tiempos de 13,33 o 16 ms, segn sean 60 o 50 Hz. Para el caso de fusibles limitadores e poseen tambin, grficos de limitacin de la corriente de pico, as como grficos de energas especficas.

    Alta tensin /alta capacidad de ruptura:

    Comnmente conocidos como HH (Alta tensin / 2,3 kV 36 kV / 0,5A a 400 A), denominacin que surge de las iniciales en Alemn de estos dispositivos. Por sus caractersticas constructivas normales, los mismos son aptos para uso interior. Bsicamente constan de un cuerpo cilndrico cermico, relleno de arena de cuarzote alta pureza y contando con varios elementos fusibles de plata con reducciones de seccin. Estos dispositivos poseen un percutor, que adems de ser

    F1

    F2 F3

    F4 F5 F6

    M

    A

    B

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 12

    un elemento de sealizacin de la actuacin, tiene la capacidad mecnica de iniciar el comando de una llave seccionadora asociada.

    Sus principales caractersticas operativas son:

    9 Alta velocidad 9 Control de la corriente de pico 9 Generacin de sobre tensin (generan alta dI/dt)

    Alta tensin /Expulsin:

    Estn formados por un tubo de papel, dentro del cual se coloca la lamina o hilo fusible, normalmente de plata. El elemento fusible es tensionado a travs de un resorte, por lo que para bajas corrientes nominales es requerido de algn otro elemento en paralelo para brindar resistencia mecnica. Normalmente son del tipo de cada, por lo que al operar se sueltan de su contacto superior pivoteando sobre el inferior, brindando una fcil identificacin de la ubicacin de la falla. La capacidad de ruptura de estos dispositivos, esta influenciada por la calidad del tubo portafusible, que en funcin de su relleno tiene capacidad de generar gases que colaboran en la extincin del arco.

    Sus principales caractersticas operativas son:

    9 Capacidad de ruptura funcin del tubo portafusibles :

    o 1,2 kA tipo ballesta ( sin tubo) o 2 kA normal o 12 kA porta fusible impregnado

    9 Tiempo de operacin dependiente de la corriente :

    o Tipo K (rpidos) o Tipo T (lentos) Existen, de acuerdo al fabricante categoras intermedias, as como los denominados Slow Fast, con caractersticas lentas para bajas corrientes y rpidas para altas corriente, especialmente diseados para proteger transformadores de distribucin.

    Baja tensin /alta capacidad de ruptura:

    Comnmente conocidos como NH (0.5 kV / 6 A a 1600 A), denominacin que surge de las iniciales en Alemn de estos dispositivos. Las caractersticas de estos fusibles, requieren de personal idneo para su manipuleo, existe una categora de menor potencia y corriente, tipo D, que pueden ser utilizados por personal inexperto, sin colocarse en riesgo.

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 13

    Sus principales caractersticas operativas son:

    9 Alta variedad en funcin de las aplicaciones : Bsicamente, las caractersticas de respuesta estan definidas por un par de letra, siendo las primeras la a o g, y las segundas R,L,Tr,B, M. La primer letra indica la capacidad mnima de interrupcin ,y la segunda la segunda esta directamente relacionada con la aplicacin ( se detallan las mas comunes) :

    o a : son mas veloces que los g, solo interrumpen corriente mayores a 4 a 6 veces la nominal

    o g : Capaces de interrumpir cualquier corriente superior a 1,25 a 1,3 In

    o gL Aplicaciones en general contra sobrecargas y corto circuito

    o gTr : Proteccin de transformadores o aM: Proteccin de motores asincrnicos de induccin,

    solo interrumpen corrientes mayores a 7 In. o gB: Aplicaciones mineras (mnimo riesgo de

    explosin)

    Baja tensin /baja capacidad de ruptura:

    Comnmente conocidos como fusibles abiertos o semi cerrados, la tension de operacioin es de 400 V, con corrientes de 10 a 400 A y capacidades de interrupcion de 2,5 a 5 kA. Por las caractreristicas constructivas, asi como por la facilidad con la que un operador puede repararlos, presentan serios inconvenientes : 9 Operacin violenta en caso de fallas importantes con

    expulsin de material fundido. 9 Curvas caractersticas inexistente por el fcil reemplazo del

    elemento fusible.

    c. Interruptores: Los interruptores son elementos de interrupcin, estando siempre conjuntamente con algn dispositivo de medicin, para satisfacer la funcin completa de proteccin. Para el caso de interruptores de media tensin (1 a 72,5 kV), poseen el dispositivo de medicin separado completamente del interruptor, para tensiones menores existen dispositivos de interrupcin (caja moldeada) con el dispositivo de medicin incluido en este. Para el caso de los interruptores de

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 14

    media tensin, la clasificacin de los mismos es realizada, principalmente, en funcin del medio de extincin de arco dispuesto:

    Pequeo volumen de aceite Gran volumen de aceite SF6 Vacio.

    d. Reconectadores: Los reconectadotes son equipos de interrupcin, que poseen un elemento de medicin y control asociado. Estos dispositivos son utilizados para proteger instalaciones donde existe una alta probabilidad de fallas transitorias (aquellas que son despejadas por la aislamiento temporaria de la instalacin, no requiriendo de ninguna accin correctiva). Estos dispositivos tienen las siguientes caractersticas en su respuesta :

    Operan de manera coordinada con seccionalizadores y fusibles.

    Poseen caractersticas de interrupcin similares a las de los interruptores.

    e. Seccionalizadores: Los seccionalizadores son dispositivos de proteccin, que aslan la zona afectada, no teniendo capacidad de interrupcin de las corrientes de falla, quedando esta funcin delegada en interruptores o reconectadotes asociados al seccionalizador. Dentro de las caracteristicas generales pueden dividirse dos tipos de sistema de cuenta :

    Pasaje de corriente de falla Ausencia de tensin.

    Estos dispositivos tienen las siguientes caractersticas en su respuesta:

    Poseen capacidad de contar pasajes de corriente por encima de un valor predeterminado.

    Tienen capacidad de maniobra en funcin de expirar el ciclado previsto.

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    3. Coordinacin de dispositivos

    Fusible vs Fusible. La circulacin de corriente en el fusible genera calor, lo que incrementa la temperatura hasta llegar a la de fusin del elemento fusible, momento a partir del cual las caractersticas del fusible son alteradas. A continuacin el elemento fusible se vaporiza, finalizando el periodo de prearco y dando inicio al de arco, continuando la circulacin de corriente hasta que la resistencia del metal vaporizado alcanza un valor tal que la tensin aplicada en sus bornes no es capaz de mantener la circulacin de corriente, extinguindose. El anlisis anterior, puede ser realizado desde el punto de vista de la selectividad. Suponemos tener dos fusibles, de diferente corriente nominal, por los cuales circula la misma corriente de falla, la elevacin de temperatura de ellos sern distintas, y como la resistencia es funcin de la temperatura, tambin sern diferentes sus dr / dt. La variacin de resistencia del fusible menor ser mayor. En el periodo de prearco, la variacin de resistencia es menos brusco que en el de arco. En funcin de este analisis, es posible observar, que la selectividad se ve enrtre fusibles no se ve afectada por las resistencias de estos, sino por la velocidad de cambio de estas. El calor generado puede expresarse como : Q = I2 x t El siguiente anlisis de selectividad tiene valides para tiempos cortos, donde los procesos desde el punto de vista termodinmico pueden ser considerados adiabticos (no existe intercambio de calor entre el elemento en estudio y el medio). Bajo estas hiptesis la energia necesaria para fundir el elemento fusible es constante considerando la no disipacin de calor. DE aqu se deduce que dos fusibles seran selectivos cuando I2 x t de prearco del fusible mayor sea mayor que el I2 x t total (pera arco + arco ) del fusible menor. Lo anterior implica que el fusible menor interrumpir la corriente antes que el fusible mayor alcance el punto de irreversibilidad., siendo este aquel en que algn punto del elemento fusible alcanza la temperatura de fusin. La energa de arco no es constante, por lo que normalmente los fabricantes suministre este valor para la denominada corriente critica ( aquella para la cual la energa de arco es mxima), por ende verificada la selectividad con esta, cualquier otra energa mantendr la selectividad.

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 16

    En caso que la corriente detalla genere la operacin de los fusibles en tiempos mayores a los 10 ms, no es correcto considerar el proceso como adiabtico, motivo por el cual la energa de pre arco deja de ser constante (esta aumenta a medida que la corriente disminuye). En estos casos la selectividad debe ser analizada con las curvas I vs t de los fusibles. En este ultimo caso la selectividad ser verificada analizando la ausencia de cruzamientos entre las curvas y/o franjas de tolerancia de los fusibles analizados. Por lo expuesto el anlisis de selectividad debe ser realizado considerando los dos aspectos anteriores: Energa especifica (I2 x t) I2 x t (prearco) fus mayor > I2 x t(total) fus menor Curvas I vs t Verificar la inexistencia de cruzamientos. Cuando el anlisis de selectividad entre fusibles, es para dispositivos del mismo fabricante, muchas veces estos proveen de tablas de selectividad par sus productos entre ellos. Cabe destacar que las tablas estan basadas en los conceptos anteriores, siendo simplemente una simplificacin para los anlisis. Las tablas de los fabricantes pueden estar basadas en : Tensin de trabajo

    FUSIBLE MENOR 10 16 20 25 35 16 20 25 35

    FUSIBLE MAYOR

    50

    No selectivos Selectivos hasta 380 v Selectivos hasta 600 v

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 17

    Corrientes de cortocircuito

    FUSIBLE MAYOR 10 15 20 25 30

    3 980 1300 1630 2100 2600 5 980 1300 1630 2100 2600 7 980 1600 2100 2600

    10 780 1650 2600

    FUSIBLE MENOR

    15 1000 1900 En esta se encuentran las mximas corrientes hasta las cuales los fusibles presentan una respuesta selectiva. Se debe considerar que para el caso de fusibles de expulsin siempre se esta analizando para los tiempos de operacin de mas de 16 ms, ya que como analizado para corrientes que implican tiempos menores la selectividad es imposible por las caractersticas de estos dispositivos.

    Fusible expulsin vs Fusible expulsin. Considerando las caractersticas de operacin de estos dispositivos, los mismos poseen buenas alternativas de selectividad para corrientes bajas, o mas especficamente para tiempos de operacin superiores a los 20 ms. Teniendo en cuanta que los dispositivos requieren del apso natural por cero de la corriente para el corte de la misma, para tiempos de operacin menores a los 10 ms, es imposible que los fusibles presenten caractersticas de coordinacin, ya que ambos fusibles abriran en el mimo paso natural de la corriente por cero.

    Fusible limitador vs Fusible limitador.

    En este caso el anlisis de coordinacin debe ser realizado con las curvas I vs t para tiempos superiores a los 10 ms, y mediante clculos de energas especificas para tiempos menores.

    Fusible expulsin vs Fusible Limitador.

    o Fusible expulsin lado carga Esta topologia es solo valida para instalaciones donde las corrientes esperables de falla generen la operacin del fusible de expulsin en tiempos mayores a los 10 ms, ya que en caso de prever corrientes de fallas superiores a aquellas, el limitador mantendr su energa especifica constante, en cambio el de expulsin permitir cada ves mayores energias especificas generando la descoordinacin de los dispositivos.

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 18

    o Fusible expulsin lado fuente Para este caso es suficiente comparar las vurvas I vs t, ya que si la corriente es mayor a la que genera la operacin del de expulsin en 10 ms, siempre responder antes el limitador.

    Fusible vs Reconectador. Recordando la funcin del reconectador, siendo este un dispositivo diseado para mejorar las condiciones de selectividad en un sistema, permitiendo en primera instancia la auto extincin de una falla (para aquellas fallas transitorias), o dando el tiempo para la operacin del dispositivo mas prximo a la falla. Un ciclo tpico de trabajo es tal como el graficado, con dos operaciones denominadas rpidas y dos operaciones denominadas lentas. Luego de la ltima operacin, el reconectador queda abierto.

    Los reconectadotes trabajan de manera asociada con fusibles y con seccionalizadores, en el caso especfico de los fusibles, estos deben ser analizados teniendo en cuenta que estarn sometidos a cargas repetitivas, que implica en un stress trmico que de no considerarse, puede alterar las caractersticas de operacin del fusible. Deben ser consideradas las siguientes premisas, en funcin de la ubicacin relativa fusible reconectador:

    o Fusible lado fuente: El fusible debe permanecer inalterado para el ciclo completo de operaciones del reconectador, entendindose que no fueron afectadas las caractersticas para futuras operaciones

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 19

    o Fusible lado carga: El fusible debe permanecer inalterado para el ciclo incompleto de operaciones del reconectador, entendindose que no fueron afectadas las caractersticas para futuras operaciones. En el periodo lento previsto este debe despejar al falla antes que el reconectador abra definitivamente.

    Basado en lo descripto, el punto a analizar es la respuesta del fusible ante los ciclos de carga a los que podr verse sometido. Teniendo en cuenta los periodos de tiempo involucrados, el proceso trmicamente no puede considerarse como adiabtico, por lo que debern ser analizados los procesos de calentamiento y enfriamiento. Los fusibles son cuerpos, cuyo calentamiento y enfriamiento responden a las siguientes expresiones exponenciales: Calentamiento: T = Tf (1-e t/) Enfriamiento : T = Tf (e t/) Donde es la constante de tiempo del cuerpo, en este caso el fusible. El calculo de esta constante, es realizado mediante la siguiente expresin : = 0,1 S2 Donde S es la relacin de velocidades dada por la relacin de las corrientes para la fusin en 0,1seg y la corriente de fusin para 300, 600 o 1000 seg, de acuerdo a tipo de fusible elegido. Las normas NEMA establecen: Calibres < 100 300 seg Mayores de 100 600 seg Tipo C 1000 seg.

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 20

    Grficamente :

    Cargas ciclicas

    0102030405060708090

    100

    0 5 10 15 20

    Mtodo Simplificado: El mtodo consiste en modificar las curvas de los reconectadores, em funcin de la cantidad de ciclos, asi como de los tiempos de reconexin. Con estas curvas, conjuntamente com las de los fusibles se podra verificar la mxima y mnima corriente para las cuales existe coordinacin de los dispositivos.

    Seccionalizador medicion de corriente vs Reconectador. En este caso los principios generales a considerar para la coordinacin son :

    La corriente mnima de actuacin del seccionalizador debe ser del 80 % de la corriente mnima de operacin del dispositivo lado fuente. Este valor esta estrechamente ligado con la tecnologa aplicada, pudiendo ser mas ajustadas las diferencias.

    La coordinacin debe realizarse con parmetros

    compatibles, es decir que en caso que el seccionalizador no posea disparo por tierra, el mismo debe ser coordinado mediante sus ajustes de fase.

    El seccionalizador debe estar ajustado para quedar abierto

    con una operacin menos que el reconectador de respaldo. En caso de tener varios seccionadores en serie, deben disponerse con una, dos o tres operaciones menos que el reconectador.

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 21

    Los tiempos de operacin y muertos del reconectador se deben coordinar con el tiempo de retencin del seccionalizador. La suma de estos tiempos, excepto el primer tiempo de operacin, debe ser mas corta que el tiempo de memoria del reconectador. Si esto no ocurre, ambos dispositivos pueden quedar abiertos.

    Los seccionalizadores trifsicos solo podrn ser aplicados

    con reconectadores trifsicos. La utilizacin de seccionalizadores trifsicos con reconectadores monofsicos, coloca el riesgo de que el seccionalizador abra corrientes de falla.

    Para el caso de seccionalizadores hidrulicos: Teniendo presente que el temporizador de estos dispositivos tiene una influencia directa con el fluido, la temperatura de este impactara en la viscosidad, modificando las caractersticas de respuesta. La temperatura del aceite ser funcin de la temperatura ambiente y de la carga del equipamiento. Para tener en cuenta estas correcciones se cuenta con tablas con los siguientes datos :

    TEMPERATURA ACEITE TIEMPO DE MEMORIA (seg) 0 132 10 75 20 45 30 . 32

    . 40 . 25

    . 50 . 20 Corriente de Carga (% In) Elevacin de la temperatura

    5. 25 . 2 . 50 . 7 . 75 . 15 Con el objetivo de clarificar estos conceptos, consideremos un reconectador con 4 operaciones, respaldando seccionalizadores, que debern tener menos operaciones que 4 como limite.

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 22

    Grficamente los ajustes del reconectador sern: Se denomina tiempo acumulado total al tiempo transcurrido desde la primer interrupcin, hasta el momento en el cual el seccionalizador debe abrir. Considerando un seccionalizador con ajuste para abertura despus de contar 3, el tiempo acumulado ser: Tm1+Tf2+Tm2+Tf3 Considerando un seccionalizador con ajuste para abertura despus de contar 2, el tiempo acumulado ser: Tm1+Tf2 Para garantizar la coordinacin debe considerarse :

    El tiempo con corriente de falla no debe superar el 70 % del tiempo acumulado.

    Para el caso de 3 conteos debe cumplirse

    0,7 x (Tf2+Tf3) < Tm1+Tf2+Tm2+Tf3

    Para el caso de 2 conteos debe cumplirse

    0,7 x Tf2 < Tm1+Tf2

    El tiempo acumulado no debe superar el valor de memoria del seccionalizador, debidamente corregido con la temperatura ambiente y carga del sistema.

    Accesorios:

    Restablecimiento Rpido: Disminuye el tiempo del de restablecimiento a 60 segundos, valor compatible con los homlogos de los reconectadores.

    Supresin de voltaje: Evita el conteo cuando la falta es aguas

    abajo, ya que la presencia de tensin evita el conteo.

    Tf1

    Tm1

    Tf2 Tf3 Tf4

    Tm2 Tm3

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 23

    Supresin de corriente de conexin: Eleva el mltiplo de la corriente de carga para no contar a 2,4,6 o 8, o bloquea la cuenta cuando existe tensin aplicada.

    Medicin de corriente de tierra.

    Seccionalizador medicion de tension vs Reconectador.

    El seccionalizador con medicin de tensin es un equipo cuyas caractersticas elctricas corresponden con un seccionador bajo carga, o sea tiene bajo poder de apertura, e importante capacidad de cierre, lo que permite que el mismo cierre sobre falla. Su operacin se basa en la medicin de tensin de alimentacin mediante un TV de medicin / alimentacin cuya relacin es de 13.2 Kv / 240 Vca, detectando de esta manera la posicin del equipo de reconexin asociado. Al producirse una falla en el alimentador, el equipo de reconexin abre, lo cual es detectado en el seccionalizador por ausencia de tensin, luego de un tiempo ajustable TA (tiempo de apertura), donde se confirma que la ausencia de tensin es debida a la apertura del equipo de reconexin, se provoca la apertura del seccionalizador el cual permanecer as hasta que retorne la tensin de alimentacin y permanezca durante en tiempo ajustable TC (tiempo de cierre), lo que confirmara el cierre del equipo de reconexin, y la ausencia de falla en otra parte del alimentador. Dadas estas condiciones de presencia de tensin durante un tiempo TC, el seccionalizador cerrar provocando en caso que la falla est aguas debajo de l, la actuacin del equipo de reconexin, lo que se detectar por una ausencia de tensin luego del cierre. Esta situacin provoca la apertura inmediata y bloqueo definitivo del seccionalizador.

    Por el principio de funcionamiento, es importante analizar la identificacin de las fallas en la red, donde sean utilizados estos dispositivos.Para ejemplificar el funcionamiento del seccionalizador TVS27 se da el esquema simplificado de la figura siguiente, en donde tenemos un reconectador o equipo con recierre a la salida de SE, y el seccionalizador colocado en una derivacin de la troncal.

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 24

    Cuando una falla ocurra aguas abajo del seccionalizador, el equipo de reconexin abre dejando sin tensin la troncal, esto hace que el seccionalizador TVS abra luego del tiempo ajustado en TA, pasado el tiempo de la pausa, el equipo de reconexin cierra, energizando la troncal, y despus de un tiempo ajustado en TC el seccionalizador cierra, esto hace aparecer la falla nuevamente, provocando la apertura de la proteccin, dejando nuevamente sin tensin la troncal, el seccionalizador abre instantneamente y queda bloqueado dado que al producir su cierre la tensin de medicin se interrumpi. Esto es lo que determina el bloqueo del seccionalizador. Luego del tiempo de la siguiente pausa el equipo de recierre cierra el interruptor, energizando nuevamente la troncal quedando la falla perfectamente aislada e indicada aguas abajo del seccionalizador dado que este queda abierto.

    Para el caso de una falla que ocurra aguas arriba del seccionalizador el equipo de reconexin abre dejando sin tensin la troncal, esto hace que el seccionalizador TVS abra, luego de una pausa el equipo de reconexin cierra, energizando la troncal, tantas veces como cantidad de recierres tenga programado, terminando abierto en la SE, la troncal sin tensin y el seccionalizador TVS abierto tambin.

    Como se ve en este caso si bien el seccionalizador quedo abierto la falla no esta aguas abajo de l, determinando de esta manera que cuando la troncal

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 25

    no tenga tensin y el seccionalizador quede abierto la falla no esta aguas abajo del seccionalizador. Este ejemplo se aplica tambin para el caso de tener ms de un seccionalizador de este tipo en el alimentador. A continuacin segn se ilustra en la figura se dan una serie de condiciones de fallas identificadas como A; B; C; D y E, adems se colocaron cuatro seccionalizadores identificados como 1; 2; 3 y 4, en la tabla adjunta se indican el estado que quedan cada elemento luego de localizada la falla. La coordinacin entre distintos seccionalizadores se logra escalonando los tiempos de cierre de los mismos en forma secuencial, haciendo que el prximo seccionalizador cierre luego que el anterior haya cerrado y superado el tiempo de reset ajustado en TR.

    EQUIPO Falla en A Falla en B Falla en C Falla en D Falla en E

    Reconectador Cerrado Cerrado Cerrado Cerrado Abierto

    TVS 1 Abierto y Bloqueado Cerrado Cerrado Cerrado Abierto

    TVS 2 Cerrado Cerrado Cerrado Abierto y Bloqueado Abierto

    TVS 3 Cerrado Abierto y Bloqueado Cerrado Cerrado Abierto

    TVS 4 Cerrado Abierto Abierto y Bloqueado Cerrado Abierto

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 26

    Segn puede verse para el caso de la falla en el punto E, hace que el equipo de reconexin de la SE complete su ciclado y termine abierto, y como consecuencia los seccionalizadores quedan todos abiertos. La diferencia entre posicin ABIERTO y ABIERTO Y BLOQUEADO es que en sta ltima condicin No Cierra al detectar tensin de alimentacin, en cambio en la condicin ABIERTO cerrar luego de un tiempo TC de haber detectado tensin de alimentacin.

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 27

    4. Esquemas tpicos de redes de distribucin. Red area:

    1234

    567

    132 KV

    REFERENCIAS:INTERRUPTOR DE SALIDA DES.E. CON RECIERRESECCIONALIZADOR TRIPOLARDETECTOR DECORTOCIRCUITO

    AUTODESCONECTADOR FUSIBLE

    JUEGO DE SECCIONALIZADORES UNIPOLARESSECCIONADORBAJOCARGASECCIONADOR DECUCHILLAS

    40MVA

    AT/MT

    6

    40MVA

    AT/MT

    13,2 KV

    1

    4

    35

    2

    7

    4Cierre conotra SE

    TramoCASMT Lnea Troncal

    Ramal derivadoS 500KVA

    Cierre con la otra Seccin

    7

    Ramal derivadoS > 500KVA

    7

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 28

    Ubicacin de los elementos de proteccin:

    1. Equipo de recierre: Siempre que sea posible el equipamiento de recierre estara ubicado en el alimentador de salida de la estacin, debern ser estudiados los siguientes casos particulares:

    Trechos de salida de CASMT de longitudes superiores a los 2,5 kM. Cuando existan clientes conectados en el tramo subterrneo de

    salida, independientemente de la longitud del cable. Como regla general no se colocaran equipos de recierre en serie, siendo estudiados los casos en los que por las longitudes de las lneas, las corrientes de c.c. en el final no puedan ser detectadas por la proteccin de la cabecera, en cuyo caso se podrn estudiar soluciones con dos equipos de recierre en serie. 2. Fusibles de expulsin: Teniendo en cuenta las caractersticas de estos dispositivos, los mismos poseen descoordinacin, independientemente de los calibres, a partir de determinadas corrientes de falla, por lo anterior la utilizacin de estos deber ser siempre analizada con esta limitacin. Los mismos son utilizados en los incios de ramales, teniendo que ser consideradas detalladamente las limitaciones enunciadas.

    Como surge del grafico, para corrientes superiores a los 4200 A, estos fusibles descordinan, independientemente de los calibres elegidos. Teniendo en cuenta que estos fusibles son muchas veces utilizados para

    COORDINACIN FUSIBLES DE EXPULSIN

    0 . 0 0 1

    0 . 0 10

    0 . 10 0

    1. 0 0 0

    10 . 0 0 0

    10 0 . 0 0 0

    10 0 0 . 0 0 0

    10 10 0 10 0 0 10 0 0 0 10 0 0 0 0

    In te ns idad (Am pe r )

    C ur va d e F u s i n F us i b l e K 6 A

    C ur v a d e M et a l i z ac i n

    F u s i b l e K 10 0 A

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 29

    proteger transformadores, esta descoordinacin esta latente, por lo que para su aplicacin se deben analizar:

    Potencia de c.c. en el punto a ser instalado: En puntos de alta c.c., en general se encontrar el problema de descoordinacin para altas corrientes.

    Potencia instalada en el ramal: Para potencias elevadas es posible que se requiera de un fusible en el inicio de calibre alto, que obliga a temporizaciones que pueden llevar a la cabecera a niveles inadmisibles. Ciclados de recierre : La utilizacin de fusibles de bajo calibre, debe ser cuidadosamente analizada, ya que los mismos pueden tener una zona de descoordinacin con el ciclado rapido de reconexin, aumentando la probabilidad de quemado de fusibles para fallas transitorias.

    3. Seccionalizadores:

    Estan siempre asociados a esquemas de recierre, siendo principalmente utilizados en los siguientes casos :

    En el nacimiento de ramales cuando :

    o Las potencias de C.C. impiden la coordinacin de fusibles. o En las instalaciones del ramal se poseen cargas protegidas

    con calibres altos de fusibles, que generaran la necesidad de tener un fusible en el inicio con tiempo s que no podran coordinarse con la cabecera.

    o Cuando exista un cliente de alta penalidad, puede colocarse

    un seccionalizador aguas debajo de este para minimizar los cortes en el cliente por fallas en las derivaciones.

    o En el caso de los seccionalizadores con deteccin por tensin,

    considerando que estos cierran bajo falla, y de manera secuencial, la instalacin de ms de 3 en un alimentador pueden generar la energizacin de una falla luego de algunos minutos de ocurrida. Esto no es recomendable desde el punto de vista de seguridad.

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 30

    Criterios de proteccin y ajuste: En funcin de las instalaciones debern ser definidos los limites trmicos de los equipos a proteger, a travs del I2 x t de cada uno, como regla general siempre que posible sern utilizadas curvas inversas intentando satisfacer la proteccin, permitiendo la mxima explotacin del sistema. En este tipo de instalacin, el esquema de recierre es fundamental para mejorar la calidad de servicio en lo referente a continuidad. Los ajustes posibles para este pueden ser :

    Alimentadores con seccionalizadores ajustados con 3 ciclos. En este caso el esquema de recierre propuesto es Rpida + Lenta + Semi Rpida + Semi Rpida. Alimentadores con seccionalizadores ajustados con 2 ciclos o sin

    seccionalizadores. En este caso el esquema de recierre propuesto es Rpida + Lenta + Semi Rpida Alimentadores con centros de distribucin o transformacin aguas

    abajo. En este caso se mantendrn los criterios anteriores, reemplazando los disparos rpidos por lentos, para permitir la coordinacin de las protecciones del centro de distribucin o transformacin con las del alimentador en cabecera. NOTA : En los casos en que no sea posible el ajuste de caractersticas semi rpidas, estas debern ser reemplazadas pro caractersticas lentas.

    Caractersticas de los Disparos

    Dentro de las caractersticas de disparo de una proteccin con sistema de reconexin se pueden distinguir las siguientes: - Disparo rpido: El objetivo de esta accin es despejar fallas del tipo transitorias sin provocar un corte definitivo en ningn punto del alimentador, por lo tanto se busca darle a la proteccin la mxima velocidad posible, lo cual se logra ajustando los tiempos de disparo al

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 31

    valor mas bajo posible, pero evitando su operacin por fenmenos transitorios de la red. - Disparos Lentos: Este criterio de operacin busca lograr la coordinacin con los elementos de proteccin ubicados en el alimentador y no someter a la instalacin a esfuerzos trmicos intolerables. Dado que los tiempos de actuacin de los elementos de proteccin existentes en el alimentador (Fusibles) y los esfuerzos trmicos en la instalacin son proporcionales al cuadrado de la corriente de falla es que se utilizan para este tipo de disparo las caractersticas de tiempo inverso dadas por las normas ANSI y/o IEC. - Disparos Instantneos: El criterio de este nivel de operacin, sin perder coordinacin con las protecciones del alimentados, es el de suspender el ciclado de la falla, o sea bloquear la accin de recierre. Esto se provoca cuando los valores de las corrientes de falla indican que esta se localiza en el CASMT de salida de S.E. o son tan elevados que la repeticin de la falla (Ciclado) pueda daar la vaina del CASMT.

    Disparo Rpido:

    Como se observa en el grfico indicativo, de aparecer una corriente residual de neutro superior a la mnima regulacin se produce el disparo instantneo de la proteccin tratando de evitar que si hubiese un fusible en serie con la falla ste opere. Dado que el tiempo total de corte de los interruptores de S.E. est en el

    Curvas de Operacin Rpida

    0.001

    0.010

    0.100

    1.000

    10.000

    100.000

    1000.000

    10 100 1000 10000 100000

    Corriente [A]

    HH100Amper

    K65Amper

    HH63Amper

    Disparo Rpido de Fase

    Disparo Rpido de Neutro

    Corriente mxima de coordinacin

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 32

    orden de los 50 a 90 mSeg, slo se puede evitar la operacin del fusible para corrientes de falla menores a la indicada como mxima de coordinacin. De aqu la recomendacin de no colocar fusibles de calibres pequeos como proteccin de los ramales. En el caso de fallas sin contacto a tierra, el valor de la mnima corriente de operacin est definido por la corriente necesaria de coordinacin y la carga mxima esperada. Para evitar que transitorios de insercin, (producto de maniobras realizadas en el alimentador tanto sean propias como de clientes de M.T., o fallas del lado B.T. de los transformadores), provoquen la operacin del disparo rpido, se ajusta para corrientes entre la mnima de operacin y la mxima corriente reflejada en 13,2 KV para fallas en BT con una temporizacin al disparo de 0.15 Seg.

    Disparo lento En el grfico siguiente se muestra un ejemplo para red de 13,2 KV

    Lmite superior del ajuste de fase Este lmite est fijado a partir de la necesidad de coordinacin con ajuste de la proteccin de sobrecorriente secundaria del transformador AT/MT. Los ajustes de las protecciones secundarias del transformador, pueden estar limitadas estrictamente por las posibilidades de sobrecargas de la maquina, o puede estar limitado tambin por alguna caracterstica particular de proteccin que las

    Curvas de operacin Lentas

    0.001

    0.010

    0.100

    1.000

    10.000

    100.000

    1000.000

    10 100 1000 10000 100000

    Corriente [A]

    HH100Amper

    K65Amper

    HH63Amper

    Disparo Lento de Fase

    Icc en Barras de S.E:

    Icc en Final CASMT

    Icc Final Alimentador

    Disparo Lento de Neutro

    K100 Amper

    Disparo Fase Trafo AT/MT lado MT

    Lm.Termico Vaina CASMT

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 33

    instalaciones requiera. Este ltimo caso puede ser la decisin de proteger las vainas de los cables ante falla en la apertura de un interruptor de cable. En el ejemplo anterior, se establece como limite la proteccion de la vaina hasta una corriente de 10 000 A. Los lmites establecidos en el caso de rels del tipo micro procesados respecto del ajuste de la proteccin de sobrecorriente secundaria del transformador AT/MT son de 1,2 veces la Intensidad nominal y 200 mSeg, (es decir que para el caso de un transformador de 40MVA en 13,2KV, si a la caracterstica de disparo de la proteccin de un cable saliente, le sumamos 2000 A y un tiempo de 200 mSeg no alcanzamos la caracterstica de disparo de la proteccin de sobrecorriente secundaria del transformador AT/MT). Lo expresado hace que para el caso de 13,2KV debajo de un alimentador de media tensin solo sea posible coordinar con fusibles de calibres no mayores de 100 A (tanto del tipo HH como del tipo K), y tolerar una proteccin mas en serie que puede ser la proteccin de salida a un Cliente de M.T. o un reconectador.

    Ajuste del nivel de actuacin instantneo Este nivel de actuacin deber provocar la interrupcin del ciclo de recierre. El criterio de ajuste est dado por el clculo de las corrientes de falla esperadas al final del CASMT de salida. Independientemente de la longitud del cable pueden adoptarse lmites dados por las potencias de CC involucradas en las fallas, o cuando los limites trmicos sean superados por el ciclado completo. En lo que respecta al tiempo de operacin, solo se podr ajustar en tiempo 0 (Cero) en los casos que el algoritmo de la proteccin no responda a la componente unidireccional transitoria que se presenta ante una falla asimtrica. En el caso contrario, que el algoritmo contemple el valor RMS, el tiempo de actuacin del nivel instantneo se deber fijar en forma tal de no bloquear el recierre por este fenmeno

    Ajuste del nivel bajo de actuacin de neutro Se ajusta al mnimo valor de corriente posible, previendo una resistencia de falla de al menos 100 (siempre que el alimentador cuente con todas sus cargas en conexin tringulo). El objetivo de este escaln de ajuste es tratar de detectar la corriente homopolar resultante de un cable a tierra. Para corrientes de neutro mayores detectables por fusibles o seccionalizadores, el tiempo de operacin estar definido por la coordinacin necesaria.

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 34

    Disparo Semi rpido El objetivo de esta caracterstica de disparo es continuar con la cuenta de los seccionalizadores bajando las solicitaciones trmicas de los conductores durante el ciclado de la falla. Si se realiza la caracterstica de disparo lenta, implica que no hay fusibles interpuestos con el punto falla, por lo tanto los ciclados restantes se realizan para hacer actuar los seccionalizadores ( generar la cuenta de estos), esto hace que se pueden realizar disparos ms rpidos. La nica precaucin que se debe tener, es que la corriente de insercin no provoque la operacin de la proteccin (motivo por lo que no es recomendable que estos disparos sean rapidos), por lo que se temporiza su actuacin para corrientes por debajo de las esperadas de insercin. En el grfico siguiente se muestra un ejemplo para red de 13,2 KV

    Condiciones para interrumpir el ciclado de recierre:

    El ciclo de recierre se interrumpir automticamente cuando la proteccin detecte cualquiera de las siguientes situaciones: Altas corrientes de falla:

    Baja corriente de neutro:

    Curvas de operacin Semi rpidas

    0.001

    0.010

    0.100

    1.000

    10.000

    100.000

    1000.000

    10 100 1000 10000 100000

    Corriente [A]

    Disparo Semi Rpido de Fase

    Icc en Barras de S.E:

    Icc en Final CASMT

    Icc Final Alimentador

    Disparo Lento de Neutro

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 35

    En alimentadores cuyas cargas se encuentren conectadas en tringulo, para corrientes de falla muy bajas no detectables por fusibles y/o seccionalizadores, por razones de seguridad, se provocar la apertura definitiva del alimentador interrumpiendo el ciclado de recierre luego de efectuar el disparo rpido. Para esta configuracin es necesario que la proteccin presente la funcin T RESET en los ajustes de primer nivel de corriente.

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 36

    Red subterrnea: Ubicacin de los elementos de proteccin: Para este tipo de topologa, los criterios de proteccin son estrictamente basados en capacidad de sobrecargas (de corta o larga duracin), considerndose que no existen fallas transitorias, tal como en las redes areas. En funcin de las caractersticas de la red (equipamiento de proteccin en los ramales), as como de las potencias de las maquinas que alimentan la instalacin, es posible seccionar el alimentador , colocando un interruptor con proteccin en este. Con esto se intenta lograr una mayor confiabilidad en parte del alimentador.(aguas arriba del interruptor mencionado) Criterios de proteccin y ajuste: Bsicamente las protecciones en este tipo de red poseen dos zonas, las de bajas corrientes de falla, y las de alto valor de falla. El criterio para los ajustes es el de coordinar con las protecciones instaladas (fusibles y protecciones ) para el caso de las fallas de bajo valor de corriente, y estudiar los puntos de quiebre para la operacin con bajo valor de tiempo para las altas corriente. En general este tipo de ajustes, responde a los criterios enunciados para la respuesta lenta de las protecciones en las redes areas.

    40 MVA

    AT/MT

    40 MVA

    AT/MT

    132 KV13,2 KV

    12

    3

    4

    5

    3

    Referencias

    1 Cmara protegida con fusibles tipo HH2 Salida a Cliente en M.T. protegida con interruptor y proteccin3 Interruptor con proteccin4 Plataforma con fusible tipo expulsin5 Divisin red

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 37

    El siguiente grafico muestra un ejemplo apra una res de 13,2 kV, alimentada por un transformador de 40 MVA. Para los ajustes de bajo valor de corriente de falla, las protecciones en los alimentadores poseen como limite superior al ajuste de la proteccin secundaria del transformador, que tal como mencionado en las redes aereas puede tener como limitacin no solo la capacidad de sobrecarga de la maquina, sino alguna funcin de proteccin adicional (vaina del cable). Respecto de la operacin instantnea los criterios de ajuste varan segn los casos: En el alimentador slo existen fusibles tipo HH

    Estos fusibles son del tipo limitador, es decir que a partir de un cierto valor de corriente, el cual depende del calibre del fusible, este interrumpe la corriente de falla en un tiempo menor a 10 mSeg., esto hace que la proteccin ubicada aguas arriba mida un valor menor que el real de falla, hecho que se utiliza para definir el valor a partir del cual se provoca la actuacin instantnea de la proteccin, adoptando 50 mSeg como el tiempo mnimo de actuacin de la proteccin para permitir la correcta operacin de los indicadores de corto circuito.

    En el alimentador existen interruptores con proteccin

    El nivel de operacin instantnea se regular para corrientes de falla mayores que las correspondientes a la ubicacin del interruptor con proteccin ms prximo. En caso que el interruptor est ubicado muy

    Curvas de operacin Red Subterrnea

    0.001

    0.010

    0.100

    1.000

    10.000

    100.000

    1000.000

    10 100 1000 10000 100000

    Corriente [A]

    HH100Amper

    K65Amper

    HH63Amper

    Disparo Lento de Fase

    Icc en Barras de S.E:

    Icc Final Alimentador

    Disparo Lento de Neutro

    Disparo Fase Trafo AT/MT lado MT

    Lm.Termico Vaina CASMT

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 38

    cercano a la S.E. y la potencia de corto circuito en la cmara supere los 220 MVA la coordinacin se realizar temporizando la actuacin instantnea hasta 0.2 Seg.

    En el alimentador existen fusibles tipo explosivo

    Como en estos casos el fusible no limita la corriente de falla, la coordinacin se realizar observando los tiempos dados por las curvas de operacin

    Red mixta:

    Este tipo de alimentador se refiere a los casos donde se tiene un cable subterrneo, que alimenta a varios centros, con una longitud mayor a los 3 KM., que luego pasa a ser LAMT, continuando con la distribucin. El criterio de proteccin surge de una combinacin de los casos descriptos anteriormente, o sea, en S.E. se contar con una proteccin de sobrecorriente con las caractersticas descriptas en el caso de red subterrnea, instalando en el inicio de la red area un reconectador, o un interruptor con proteccin electrnica autoalimentada, los cuales sern calibrado con los criterios enunciados para red area de M.T.

    40 MVA

    AT/MT

    132 KV13,2 KV

    Reconectador

    Proteccin sinreconexin

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 39

    Proteccin de Clientes en M.T.: En funcin de las potencias contratadas, as como de las posibles caractersticas de cada cliente estos podrn tener alimentaciones exclusivas o formar parte de un alimentador compartido con otros clientes de iguales o diferentes caractersticas. En funcin de la exclusividad o no del alimentador, la ingeniera de protecciones debe ser adaptada, como regla general pueden tratarse clientes sin o con alimentador exclusivo, y en este ultimo caso con o sin alternativas.

    Clientes con alimentador no exclusivo En funcin de sus caractersticas, siempre que sea posible es recomendable la instalacin de fusibles limitadores en la entrada de alimentacin al cliente, de esta manera se aprovecha la caracterstica de limitacin de estos, adems de facilitar los ajustes de las cabeceras para el cambio de curva inversa a de tiempo definido (instantneo de ser posible). Esta solucin presenta los siguientes casos que deben ser analizados de manera particular:

    o Cuando la potencia o protecciones del cliente requieran de la instalacin de fusibles HH de mayor calibre que el tolerado por los ajustes del alimentador para una correcta coordinacin.

    o Cuando el cliente posea en su entrada un interruptor con

    proteccin. En este caso es prcticamente imposible conseguir una adecuada coordinacin con un fusible.

    o Cuando el cliente posee en su entrada un fusible del tipo expulsin. En este caso se deber hacer un estudio particular para el caso.

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 40

    Clientes con alimentador exclusivo Las caractersticas que posee un cliente para que sea atendido con un alimentador exclusivo, son definidas por cada empresa. Normalmente el principal punto a considerar es la potencia contratada. Normalmente este tipo de cliente posee, adems de la alimentacin exclusiva, uma alimentacin alternativa, que es un alimentador con capacidad de carga para tomarlo. Por razones geogrficas es probable que el alimentador alternativo sea tomado de la misma E.T., de otra barra que el principal. Como regla general los clientes que poseen caractersticas para alimentacin exclusiva, poseen una pequea distribucin en M.T., esto implica que existan ms protecciones en serie con las del alimentador, impidiendo una coordinacin de tiempos acorde con las necesidades, fundamentalmente para altos valores de corriente. Basado en lo anterior una arquitectura posible para estos casos es la indicada en la figura anterior, donde en la salida al cliente se instala un equipo de maniobra sin proteccin, con indicacin de pasaje de corriente de cortocircuito, instalando un interruptor con proteccin en la entrada del alimentador reserva. De este modo, cuando el Cliente se est llevando en forma normal, las protecciones del alimentador en S.E. se ajustarn coordinando con las internas del Cliente, y ante su actuacin, el indicador de corto circuito ubicado en la salida a cliente permitir discriminar si la falla se encuentra en el alimentador o en el cliente.

    40 MVA

    AT/MT

    40 MVA

    AT/MT

    132 KV13,2 KV

    1

    3

    2

    Salida a Cliente

    Alimentador exclusivo Alimentador Reserva

    4

    5

    Referencias

    1 Indicador de corto circuito2 Medicin3 Interruptor con proteccin4 Divisin red5 Seccionador bajo carga

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 41

    En el caso, que el Cliente se encuentre temporalmente alimentado por la reserva, y ocurra una falla en el operar la proteccin ubicada en la entrada de la reserva, cuyo criterio de ajuste ser la selectividad con las protecciones del alimentador de S.E. y no con las protecciones internas del Cliente. De igual modo cuando se est llevando el alimentador de reserva desde la alimentacin principal del cliente y en el alimentador de reserva ocurra una falla, operar la proteccin instalada en la cmara, quedando el Cliente alimentado. Especial atencin debe ser tomada para el caso de tener en el cliente conmutacin automtica del alimentador principal al reserva, colocando algn dispositivo de bloqueo de esta conmutacin para el caso de deteccin de falta de tensin posterior a deteccin de corriente de c.c., evitando una conmutacin sobre falla.

    Clientes con doble alimentador exclusivo En caso que sea requerido, ya sea por la potencia contratada, as como por la necesidad de extrema seguridad en la continuidad del servicio, pueden existir clientes con alimentaciones dobles exclusivas, de acuerdo al siguiente esquema:

    Criterios adoptados: Proteccin de salida Cliente Referencia 3 de la figura En este caso el criterio de ajuste de esta proteccin ser el de coordinar con la protecciones internas del Cliente, la proteccin ante cortos circuitos del cable de salida a Cliente y permitiendo para altas corrientes de falla, la coordinacin con un solo interruptor de entrada a Cliente, esto implica que, si la instalacin

    40

    AT/ MT

    40

    AT/ MT

    132 KV13,2 KV

    3

    Salida a Cliente

    Alimentadores exclusivos

    Alimentadores Reserva

    4

    1 2

    2

    Referencias

    1 Protecciones en S.E. 2 Protecciones de entrada a Cra 3 Proteccin Salida a Cliente 4 ProteccinAcoplador

    1

    2

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 42

    elctrica interna del Cliente tiene en serie mas de un interruptor con proteccin, y desea mantener selectividad entre ellos, deber lograrlo sin escalonar tiempos, por ejemplo utilizando esquema de selectividad lgica entre ellos. Proteccion de acoplador Referencia 4 de la figura La proteccin correspondiente al interruptor de acoplamiento llevar un ajuste superpuesto a de la proteccin de salida a Cliente y se utilizar un esquema de selectividad lgica con esta. Cabe destacar que este acoplador solo estar cerrado cuando los alimentadores principales esten fuera de operacin, por lo que estas logicas puden ser activadas con la posicin de este interruptor de acoplamiento. ] Proteccion de interruptores de entrada Referencia 2 de la figura Estas protecciones deben tener funcin direccional, o sea, responder a ajustes diferentes en funcin si la falla ocurre en el alimentador falla a espaldas u ocurre en la salida a Cliente o en barras falla adelante. Con el objeto de bajar los tiempos de actuacin de protecciones para fallas en barras de cmara, se utilizar un esquema de selectividad lgico con la proteccin de salida a cliente, es decir que el arranque de esta ultima inhibir algn nivel de instantneo de las protecciones, cuando esta ultima no arranque y las protecciones de entrada cliente no debern coordinar en tiempo, ya que la falla es en barras.

    40

    AT/ MT

    40

    AT/ MT

    132 KV13,2 KV

    3

    Salida a Cliente

    Alimentadores exclusivos

    Alimentadores Reserva

    4

    1 2

    2A

    Referencias

    1 Protecciones en S.E. 2 Protecciones de entrada a Cra 3 Proteccin Salida a Cliente 4 ProteccinAcoplador

    1A

    Iap

    A

    B

    2

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 43

    En el caso de una falla en el punto A de la figura, lo necesario es que terminen abiertos los interruptores asociados a las protecciones 1A y 2 A, para que esto ocurra la funcin direccional de la proteccin 2 A debera tener su corriente de mnima operacin ajustada a un valor suficientemente bajo como para detectar la corriente de aporte Iap, cuyo valor depende de la impedancia de los cable y sobre todo de la distancia del punto de falla A de barras de la S.E. y un tiempo de operacin rpido para evitar que opere la proteccin 2 del alimentador sin falla. Un ajuste de corriente mnima de operacin de la funcin direccional muy bajo, puede traer aparejados disparos intempestivos por aporte de la carga ante fallas en cualquier alimentador de la red perteneciente a la misma barra de la S.E. Por lo expuesto, la solucin a implementar es ajustar la corriente mnima de operacin direccional levemente inferior a la mnima corriente de operacin de la funcin no direccional, asegurando de este modo que si la Iap es detectada por la proteccin 2 la 2 A tambin la detecte. Con este criterio de ajuste, en caso de una falla en A, si la corriente Iap no es detectada, en primer instancia operar la proteccin 1A en S.E., esto har que la Iap tome valoras suficientes para que sea detectada por las protecciones de la cmara operando la proteccin 2 A y quedando librada la falla de ambos lados. Para el caso de fallas hacia delante (Falla en punto B), las protecciones de entrada a cmara (2) se ajustarn selectivamente con la proteccin de salida a Cliente utilizando la funcin de bloqueo por selectividad lgica, teniendo en cuenta, que al estar los dos alimentadores operando en paralelo, la corriente de falla vista por cada uno de ellos es la mitad de la corriente de falla vista por la proteccin de salida a Cliente. Este criterio de ajuste hara que, en el caso de estar uno de los dos alimentadores principales transitoriamente fuera de servicio, la proteccin del otro pasar a ver, en caso de falla, la misma corriente que proteccin de salida a Cliente lo que provocara una descoordinacin. Para evitar esta situacin es necesario que las protecciones de entrada a cmara, al igual que las protecciones de subestacin deban contar con dos grupos de ajuste, de manera tal de contemplar en un grupo de ajustes la situacin de paralelo y en el otro la de alimentador individual. El cambio de ajustes de un grupo a otro se deber realizar en forma automtica con la presencia o no del otro alimentador en servicio, siendo la manera mas segura contando tanto en la cmara como en subestacin con la informacin de la posicin de ambos interruptores, lo que obliga a realizar un vnculo de comunicacin entre ambas. Si por razones de costos y/o tcnicas no se pudiera contar con esta comunicacin, se podra suplir esto contando con la funcin I< (mnima corriente de fase) tanto en las protecciones de entrada a cmara como salida de subestacin. De esta manera, cuando uno de los alimentadores se saque de servicio, se activar la funcin I

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 44

    forma tal que se activen en las protecciones la funcin I

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 45

    Proteccin de Transformadores de distribucin: El transformador de distribucin es uno de los equipos mas robustos dentro de un sistema elctrico en lo que se refiere a capacidad de sobrecarga y habilidad para soportar cortocircuitos. La explotacin de estas caractersticas es de inters para el operador del sistema, pero no debe olvidarse que existen lmites para estas solicitaciones. El rgimen general de operacin de estas maquinas es de carga variable en funcin de la hora y los das, pasando por momentos de sub. cargas y sobrecargas, estas ltimas deben ser controladas para que las temperaturas no superen los lmites especificados para evitar el consumo de vida til. La evaluacin del consumo de vida til de un equipo, generado por las sobrecargas, es siempre emprico y existen diversos mtodos para esto, un ejemplo es el mtodo de Montsinger, que considera que la vida til se disminuye a la mitad por cada 6 grados de aumento de temperatura, respecto de la mxima, y se duplica con la disminucin en el mismo valor. Los diseos actuales de todos los equipos elctricos generan que estos temas sean de gran importancia a la hora de disear la explotacin del sistema, ya que las maquinas actuales no soportan las exigencias que permitan los antiguos diseos. En este sentido es importante entender que las maquinas modernas no son peores que las antiguas, sino que se ajustan estrechamente a las especificaciones, obligando a que la explotacin de los sistemas tambin lo haga. Las maquinas pueden ser sometidas a esfuerzos generados por fallas internas o externas, siendo las ultimas denominadas comnmente sobrecargas severas o no dependiendo de su valor. La falla externa puede tener sus orgenes muy variados, siendo el objetivo del sistema de protecciones evitar que estas generen consecuencias en el transformador. En el lmite una sobrecarga puede ser considerada como una falla externa, sin que necesariamente tenga elevado valor de corriente, lo que no implica que tenga capacidad para daar la maquina. Las fallas internas pueden tener sus orgenes en, procesos de envejecimiento, defectos de material no detectados, defectos en la mano de obra, falta de mantenimiento, sobrecargas no controladas, o una combinacin de cualquiera de estas. En el caso de fallas internas, debe ser adicionalmente considerado que la aparicin de arco en la maquina genera importantes disipaciones de energa en el aceite, descomponiendo a este ultimo en gases, algunos combustible que pueden llevar a la explosin de la maquina, con emisin de aceite encendido. Para evitar estas consecuencias las cubas de las maquinas deben ser diseadas con esta hiptesis, y adems se debe reducir la energa puesta en juego ante una falla interna, para esto debemos minimizar la corriente de C.C.. posible en la maquina. En principio existen dos maneras de limitar la C.C. en una instalacin:

    Colocar equipamiento que limite la potencia de C.C (ej: reactancias).: Esta solucin no es recomendable ya que trae aparejadas cadas de tensin con el aumento de la carga, adems de aumentar las perdidas en el sistema.

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 46

    Conectar algn dispositivo interruptor que limite la corriente de C.C. El fusible de alta capacidad de ruptura rene las condiciones para limitar la energa puesta en juego en estas fallas, adems de minimizar los efectos electrodinmicos, al reducir el valor de pico de la corriente de falla.

    Requisitos para el esquema de proteccin.

    Capacidad de interrupcin de la mxima corriente de falla

    que pueda aparecer en el punto de conexin.

    Capacidad para soportar, permaneciendo sus caractersticas inalteradas, las corrientes transitorias propias de la maquina:

    Insercin. Sobrecarga pos energizacin. Falla de alta corriente prxima a la maquina Descarga atmosfrica prxima a la maquina

    Capacidad de evitar consecuencias ante una falla severa

    en la maquina (descarga de aceite, explosiones, etc.).

    Proteccin ante sobrecargas

    Selectividad y coordinacin con el sistema de protecciones.

    Permitir la operacin en regimenes de sobrecarga emergenciales.

    Dispositivos de proteccin ms utilizados.

    De acuerdo con lo detallado, las protecciones del transformador son del tipo amperomtrico, siendo las alternativas fusibles o interruptores con rels asociados. Esta ultima posibilidad posee una serie de ventajas tales como posibilidad de adicionar protecciones intrnsecas de maquina (vlvula de sobre presin, rele Bz ), utilizacin de protecciones diferenciales o rels de cuba, pero requieren de una complejidad en al instalacin y de costos asociados que en para maquinas de pequeo porte no son justificados. En la mayora de los casos la proteccin de las mquinas en distribucin es realizada con fusibles, y como se vera para realizar un esquema completo se deben tener fusibles en M.T. y en B.T.

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 47

    Eleccin de los parmetros para el fusible primario. Tensin Nominal:

    Para la eleccin de la tensin nominal del fusible se debe estudiar el tipo de puesta a tierra del sistema, en caso de un sistema rgido, la tensin mxima que podr ser aplicada corresponder a la tensin de fase. Para el caso de sistemas con puesta a tierra a travs de impedancias, debe ser estudiada la tensin que podra aparecer en el fusible ante la cada de un conductor a tierra (en el extremo podra ser la de lnea). Lo anterior corresponde a los anlisis respecto a la mnima tensin nominal que debe tener el fusible para determinada aplicacin, adems de lo anterior, en el caso de utilizacin de fusibles de alta capacidad de ruptura debe ser considerada la sobre tensin asociada al corte sin necesidad del paso por cero. Esta sobre tensin es estimada entre 2 y 3 veces la tensin nominal del fusible, por lo que la tensin nominal del fusible pude generar en el momento de la interrupcin sobre tensiones no soportadas por el resto de la instalacin.

    Capacidad de interrupcin: Es la mxima corriente de falla que es capaz de interrumpir exitosamente. Esta siempre relacionada con parmetros tales como:

    Tensin aplicada Grado de asimetra Factor de potencia.

    Muchas veces la capacidad de ruptura es expresada en MVA, en este caso debe ser considerado que no es posible aumentar la corriente de ruptura disminuyendo la tensin de aplicacin, es decir los fusibles no poseen capacidad de ruptura basada en la potencia. En este punto es de gran importancia comenzar a realizar una separacin en fusibles de alto poder de ruptura y fusibles de expulsin. Las principales diferencias son que los primeros tienen la capacidad de interrumpir la corriente sin necesidad del paso por cero de esta, limitando de esta manera el pico de la misma. En la actualidad las potencias de c.c. de las instalaciones suelen ser de gran valor, generando consecuentes corrientes de falla. En este punto es importante analizar las consecuencias que tiene esta alta corriente, y consecuente alta energa liberada en una falla. Bsicamente ya no se esta discutiendo la proteccin de un equipo, sino las consecuencias que para el resto de las instalaciones, o parte del equipo tiene la alta energa puesta en juego en las fallas. Teniendo en cuenta que la energa puesta en juego es proporcional a I2 x t, vemos que el nico dispositivo capaz de limitar esto es el fusible de alta capacidad de ruptura, ya que a diferencia de fusibles de expulsin e interruptores no requiere del paso por cero de la corriente para su interrupcin. En este punto debe ser considerado que el fusible de alta capacidad de ruptura no posee buenas caractersticas para sobrecargas de bajo valor, por lo que su utilizacin

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 48

    resuelve uno de los aspectos, necesitando de otros dispositivos para la proteccin completa de la maquina.

    Corriente Nominal: En funcin de las caractersticas propias de la maquina, las curvas de carga prevista, y las protecciones con las cuales se debe coordinar, es definida la corriente nominal del fusible para una determinada aplicacin.

    Corriente de conexin: Al conectarse un transformador, o en general al aplicarle un brusco cambio de tensin, el transformador reacciona absorbiendo una importante corriente transitoria, cuya amplitud y duracin depende de varios factores, entre lo cuales los ms destacados son :

    caractersticas contractivas de la maquina Curva de saturacin del ncleo Flujo residual de la maquina Instante de la onda de tensin.

    Como puede verse, las caractersticas de una maquina frente a estos transitorios, si bien pueden ser estudiadas, requieren de muchos datos que no siempre estn disponible para quienes explotan los sistemas. Para el diseo del sistema de protecciones, estas corrientes son importantes, ya que generan efectos trmicos en los fusibles que pueden generar la operacin de estos, o el marcado, impactando en las futuras operaciones del fusible. En el caso de rels, la forma de onda de estas corrientes, con alto contenido de segunda armnica, facilita su identificacin y bloqueo si corresponde. Para el caso de los fusibles, estas corrientes son consideradas trmicamente equivalentes a: 20 In 0,01 seg. 10 In 0,1 seg.

    Sobrecarga por energizacin:

    Este fenmeno es conocido tambin como Carga fra y es la sobrecorriente que toma una carga luego de haber estado desenergizada un cierto tiempo. Esto puede ser consecuencia, entre otras cosas, de arranque simultneo de motores, encendido simultneo de las luminarias, etc. y se caracteriza por ser corrientes de menor valor y mayor duracin que las de insercin. Se pueden estimar entre 2 y 3 Ic durante 10 seg. y entre 4 y 6 Ic durante 1 seg., donde Ic es la corriente de carga nominal.

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 49

    Corriente de descarga atmosfrica:

    Cuando incide una descarga atmosfrica en la zona del transformador, protegido con descargadores adecuados, estos se ceban controlando la elevacin del potencial del sistema pero manteniendo en bornes del transformador una tensin en el orden de 3 a 4 veces la tensin nominal. Esto provoca una saturacin del ncleo magntico, producindose un fenmeno similar al de la corriente de insercin. El efecto trmico que esta corriente produce sobre los fusibles fue evaluado en forma semiemprica por J. Zaborszky, obteniendo una corriente trmica equivalente cuya duracin es de 20 mSeg segn la siguiente expresin:

    I0.02 = 7 x E x In En Donde E Tensin de impulso del transformador (BIL) In Corriente nominal del transformador En Tensin nominal del transformador El fusible seleccionado para la proteccin del transformador no debe ser afectado por la circulacin de las corrientes transitorias enumeradas.

    Capacidad del fusible para detectar sobrecargas: Las sobrecargas de baja intensidad, son una regin de mala respuesta par los fusibles de alta capacidad de ruptura, necesarios para minimizar los impactos de las corrientes de falla. Los anlisis realizados hasta ac, permiten elegir un fusible primario que sea capaz de soportar las caractersticas de operacin de las maquinas, evitando la operacin o envejecimiento del elemento fusible. Normalmente satisfacer estas cuestiones lleva a un fusible de alta capacidad de ruptura que ser prcticamente insensible para sobrecargas de 3 a 4 veces la corriente nominal de la maquina. Este inconveniente, no es tan grave si se considera que estas sobrecargas difcilmente sean generadas en la zona comprendida entre las protecciones primarias y secundarias, por lo que previendo una buena proteccin de sobrecargas a travs del dispositivo secundario es posible resolver el inconveniente. Este inconveniente, tambin en algunos casos puede ser resuelto con la utilizacin de fusibles especficamente diseados para esta

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 50

    funcin, denominados show-fast, los cuales tienen caractersticas rpidas para altas corrientes y lentas para bajas corrientes.

    Capacidad del transformador para soportar sobrecargas y cortocircuitos:

    Para lograr una proteccin efectiva contra cortos circuitos de un transformador la proteccin a instalar deber actuar por debajo de los puntos indicados por la Norma ANSI/IEEE C 57.109-1985 quien define la duracin mxima recomendada de la corriente de falla en un transformador dependiendo del tipo de aislamiento, de su potencia y la corriente mxima posible de falla. Para esto la Norma define 4 categoras a saber:

    Categora Mquinas monofsica Mquinas Trifsicas I 5 a 500 KVA 15 a 500 KVA II 501 a 1667 KVA 501 a 5000 KVA III 1668 a 10.000 KVA 5001 a 30.000 KVA IV mas de 10.000 KVA mas de 30.000 KVA

    Para cada categora se definen curvas corriente tiempo que contemplan los esfuerzos trmicos y mecnicos (dinmicos) a los que se ve sometida una mquina durante una falla. Para las categoras II a IV tambin se tiene en cuenta la cantidad de fallas esperadas en su vida til. Categora I Categora II Para esta categora la norma define dos tipos de curvas en funcin de la cantidad de falla que ocurrirn a lo largo de su vida til, (mas de 10 o menos de

    Categora I

    1

    10

    100

    1000

    10000

    1 10 100Corriente I/In

    Tiem

    po S

    eg

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 51

    10 fallas), definiendo como falla aquella corriente que supere el 70 % del valor mximo. En funcin de lo planteado la caracterstica de corriente resistida ser

    En funcion de lo analizado, es importante destacar las diferencias entre las sobrecargas de bajas corrientes y aquellas severas, ya que en la mayotnn la mayoria de los casos seran protegidas por dispositivos diferentes. Las sobrecargas mas severas sern protegidas por los dispositivos primarios, y las leves por los secundarios. Teniendo en cuenta que la mayoria de las maquinas en distribucin poseen un grupo de conexin DY, es importante tener en cuenta como son vistas las corrientes por los dispositivos primarios en relacion con las corrientes que circulan por las bobinas. Este punto es de gran importancia apra corregir las curvas de acuerdo a este fenmeno. A continuacin el analisis para la distribucin de corrientes para transformadores DY.

    Categora II

    1

    10

    100

    1000

    10000

    1 10 100Corriente I/In

    Tiem

    po S

    eg

    2 3 205

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 52

    De acuerdo con los graficos anteriores tendremos los siguientes tres casos :

    Falla Trifsica: La corriente en el dispositivo primario es equivalente a la que circula en los bobinados. No es necesaria ninguna correccin. Falla Bifsica: La corriente en el dispositivo primario es proporcionalmente mayor a la que circula en los bobinados, la relacin es 1,15 . Falla Monofsica: La corriente en el dispositivo primario es proporcionalmente menor a la que circula en los bobinados, la relacin es 0,58 . Este punto debe ser estrictamente analizado, para verificar que los tiempos de operacin del

    1

    0.581

    Falla Trifsica lado B.T.1

    0.58

    1

    1

    0.58

    1

    1

    1

    0.58

    0.58

    Falla monofsica lado B.T.

    Falla Bifsica lado B.T.

    0.8650.5

    0.5

    0.865

    0.5

    0.5

    1

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 53

    fusible de M.T. con esta corriente sean compatibles con las necesidades de proteccin de la maquina.

    Eleccin de los parmetros para el fusible secundario.

    Tensin Nominal: Los criterios son los mismos que los indicados para este tem en la seleccin de fusibles primarios. Capacidad de interrupcin: Los criterios son los mismos que los indicados para este tem en la seleccin de fusibles primarios. En este punto es interesante tener en cuenta que la presencia del transformador, implica un conocimiento preciso de la mxima corriente de c.c. que podra aparecer en ese punto, a travs de considerar una barra infinita en M.T. y con la Zcc de la maquina. Corriente Nominal: Este dispositivo deber satisfacer las siguientes necesidades:

    Proteger a la maquina frente a sobrecargas leves. Esta solicitacin es normalmente de fcil cumplimiento, ya que los interruptores o fusibles especficos para transformadores, normalmente poseen sus curvas compatibles perfectamente para esta demanda. Ser selectivo con el sistema de protecciones Para hacer este estudio se debe tener especial cuidado al analizar la selectividad con las protecciones primarias. Normalmente este estudio es realizado a travs de grficos, comparando curvas. El tema es que las curvas de los fusibles de M.T. y B.T. corresponden a niveles de tensin diferentes, normalmente las curvas de B.T. son afectadas por la relacin de transformacin y trasladadas al grafico de M.T, en este proceso debe ser verificada la posibilidad de cambio de relacin de la maquina, en cuyo caso la curva secundaria, pasar a ser en el primario una banda. Permitir la operacin con sobrecargas. Para este caso son definidos dos tipos de sobrecarga, denominadas corrientes de arranque en caliente y de arranque en fri. Si el sistema sufre una interrupcin de corta duracin (por ejemplo un recierre exitoso en el alimentador de M.T.), al

  • Titulo Contrato Pagina Protecciones Distribucin COES / 013-2002 54

    reconectarse la maquina, esta sufrir fenmenos transitorios superpuestos con los generados por el cambio brusco de la tensin, que tienen impacto trmico en los fusibles, ara estimar este impacto suelen considerarse 12 In 0,1seg. y 6 In 1 seg. Cuando la desconexin es del orden de los minutos, la corriente de energizacin es denominada corriente de energizacin en fri, siendo la solicitacin trmicamente diferente, en este caso se suele considerar 3In 10 seg. y 2In 600 seg.

    En el estudio de sistemas de protecciones de transformadores suele definirse un parmetro, denominado I.P.T. (ndice de proteccin del transformador), siendo este el punto de interseccin entre la caracterstica de tiempo final de operacin del fusible y la caracterstica de lmite trmico del transformador expresndose en porcentaje de la corriente nominal del transformador. El fusible mas adecuado para la proteccin del transformador, es aquel que tenga un IPT bajo y su curva caracterstica pase por encima y a la derecha de los puntos de insercin, carga fra y punto de Zaborszky, y por debajo y a la izquierda de lmite trmico de la mquina tanto para fallas monofsicas como para trifsicas, a continuacin un ejemplo con las curvas de diferentes fusibles : Del grfico se desprende la siguiente tabla:

    Caracterstica del fusible Calibre IPT

    Punto de Zaborszky

    STD 30 A 295 % NO K 30 A 350 % NO T 25 A 300 % SI

    QR 40 A 305 % NO SLOFAST 21 A 639 % SI

    Transformador de KVA

    0.001

    0.01

    0.1

    1

    10

    100

    1000

    10000

    10 100 1000 10000Corr iente AReferida a 13.2 KV

    Tiem

    po S

    eg

    500

    Fusible tipo T