Protecciones de Redes Eléctricas

Protecciones de Redes Eléctricas.

1. Generalidades.

Todos los equipos componentes de un sistema eléctrico están sujetos a fallas que en general afectan el servicio y al mismo tiempo comprometen la integridad del equipo afectado e inclusive la de los equipos instalados entre el punto de la falla y el generador, los cuales no son responsables del defecto.

El sistema de protección tiene por objeto la detección, localización y desconexión en forma automática del equipo afectado a fin de minimizar los efectos que el funcionamiento prolongado en estado de falla tendría sobre la instalación. Para cumplir con estas funciones, el sistema de protección debe cumplir las siguientes condiciones fundamentales: selectividad – estabilidad – confiabilidad.

La selectividad es la cualidad de los sistemas de protección eléctrica por la cual su accionamiento debe sacar de servicio solo la porción de la red afectada por la falla o en su defecto, la menor porción posible.

La estabilidad es la que asegura que el sistema de protección no operará para fallas que se encuentran fuera del tramo o equipo al que se le ha asignado proteger (la protección permanece estable).

La confiabilidad es otro de los requisitos que debe poseer el sistema de protección mediante el cual se determina la seguridad de que cada dispositivo opera en todas las ocasiones en que sea necesario de manera de no afectar la selectividad del conjunto.

Considerando que la confiabilidad no es total, la misma se asegura mediante la protección de respaldo o reserva. Esta actúa solo en caso de falla por falta de la magnitud medida, falta de tensión continua de comando, falla en el relé propiamente dicho o bien en el circuito de comando del interruptor.

Es conveniente que la protección de respaldo esté dispuesta de forma tal que la causa de la falla de la protección principal no afecta su funcionamiento, o sea que no empleen o controlen elementos comunes a la protección principal. En el caso de líneas de transmisión la protección de respaldo suele ubicarse en otra estación transformadora.

Para prevenir fallas en el relé o en el circuito de desconexión del interruptor, en líneas de gran importancia se usan sistemas de protecciones duplicadas la cual consiste en conectar dos sistemas de protección para una misma línea y actuando sobre el mismo interruptor pero sobre bobinas de aperturas independientes.

El sistema de protección debe permitir máxima flexibilidad y operabilidad, pudiéndose conformar todas las configuraciones operativas posibles sin necesidad de modificar la regulación de los relés.

2. Tipos de sistemas de protección.

En el estudio de los sistemas de protección más usuales surge una diferencia fundamental entre dos grupos definidos y diferenciados entre si. Dichos grupos se designan como:

a) Protecciones no limitadas

b) Protecciones limitadas o de zona

Las protecciones no limitadas son aquellas cuyo radio de acción se extiende a lo largo del sistema protegido sin límites perfectamente definidos prolongando su alcance hasta zonas adyacentes con protección propia actuando en ese caso como protección de reserva. En realidad el radio de acción queda de alguna manera definido, con la particularidad que el alcance puede modificarse a voluntad variando el ajuste respectivo.

Las protecciones de zona son aquellas cuyo radio de acción se encuentra perfectamente definido en forma física por el circuito mismo. El ajuste de las protecciones de zona es independiente del ajuste de las protecciones de tramos adyacentes, teniendo en cuenta únicamente necesidades impuestas por el propio equipo a proteger.

Dentro de ambos grupos se encuentran la generalidad de los equipos utilizados para protección de sistemas de AT y MT utilizados en nuestro país y en la generalidad de las redes y equipos.

Protecciones no limitadas.

Dentro de este grupo se encuentran las siguientes protecciones:

a) Protección de sobre corriente o sobre intensidad

Es de aplicación en instalaciones de BT y MT contra cortocircuitos fundamentalmente, siendo utilizada para la protección de generadores, transformadores, líneas, cables, motores, etc.

Es importante diferenciar cortocircuito de sobrecarga, dado que si bien ambos casos se manifiestan por una elevación de la corriente que circula por el equipo, los efectos que producen sobre los mismos son distintos debiendo actuar las protecciones en forma distinta según se trate de un caso u otro.

Los cortocircuitos se caracterizan por valores de corrientes múltiples de la In, grandes caídas de tensión y desfasaje importante entre la tensión y la corriente. Este tipo de falla debe ser eliminada en el menor tiempo posible debido a los perjuicios del tipo térmico fundamentalmente, que producen sobre los equipos.

En cambio las sobrecargas se caracterizan por valores de corrientes fracciones de veces superior a la nominal de los equipos por los que circula, mientras que la tensión y diferencia de fase entre la tensión y corriente no sufren variaciones de importancia. La capacidad de los equipos para admitir sobrecargas depende del tipo de equipo de que se trata y del estado de carga anterior al de la sobrecarga, ya que el efecto de esta última se limita a producir un calentamiento del equipo diseñado para disipar las pérdidas que se producen con corrientes inferiores o iguales a la nominal. La protección contra sobrecargas es fundamentalmente una protección contra sobre temperatura, debiendo ser la temperatura del equipo y no la corriente que por él circula la magnitud de medida de la protección.

En presencia de una sobrecarga habitualmente no es necesario sacar el equipo de servicio ya que hay tiempo suficiente antes que se afecte el mismo, posibilitando al personal de operación tomar medidas a efectos de normalizar las cargas.

La forma más elemental de protección contra sobre corriente es el fusible en sus diversos tipos; utilizándose donde los relés de protección y los interruptores no son justificables económicamente. Cuando se requiere mayor exactitud para la discriminación de la falla se utilizan relés de sobre corriente que pueden ser primarios o secundarios.

Los relés primarios son aquellos que se encuentran instalados en el circuito primario y operan con la corriente real del sistema, no requiriendo por ello TI, ni fuentes auxiliares para comando de interruptor. El principal inconveniente de estos relés es la imposibilidad de mantenimiento sin interrupción del servicio. Un esquema básico se muestra en la Figura 1.

No poseen precisión a causa de la robustez que tienen para soportar los esfuerzos electrodinámicos de las corrientes de cortocircuito.

Figura 1

Se utilizan

...