Sistema de protección por relevadores

Sistema de protección por relevadores:

1. Elementos de protección por relevadores en sistemas eléctricos.

1.1 Filosofía de las protecciones.

1.2 Principio y características de funcionamiento.

1.3 Clasificación de lo relevadores.

2. Construcción y operación de los relevadores de protección.

2.1 Relevadores de sobre corriente.

2.2 Relevadores diferenciales.

2.3 Relevadores de voltaje.

2.4 Relevadores de distancia.

2.5 Relevadores direccionales.

3. Esquemas de protección para equipos eléctricos.

3.1 Protección de transformadores.

3.2 Protección de motores.

3.3 Protección de generadores sincronos.

3.4 Protección de buses y líneas de transmisión.

4. Mantenimiento a relevadote s de protección.

4.1 Principio de mantenimiento.

4.2 Intervalos y tipos de prueba.

4.3 Procedimientos de prueba.

4.4 Calibración y ajustes.

Función de la protección

En el proceso de la explotación de los SEP’sapareceen fallas y regimenes anormales en sus distintos elementos. El tipo mas frecuente de falla es el corto circuito, que origina grandes incrementos de corriente y reducciones de voltaje, lo que puede dañar

Los equipos por sobrecalentamiento y afectar con bajos voltajes la operación de los consumidores y el sincronismo de los generadores del sistema.

La función principal de la protección es la de provocar la desconexión automática del sistema que ha experimentado falla o régimen anormal de operación, con el objeto de reducir los daños de ese elemento y evitar que afecte la operación normal de resto del sistema.

La protección se ayuda de interruptores que desconecta el elemento. La segunda función de la protección es dar información sobre el tipo y localización de la falla.

La protección se realiza mediante:

a) Relevadores.- de 1Kv o superiores (instalaciones, son mas caros).

b) Fusibles.- se utilizan en instalaciones industriales y redes de distribución.

c) Restauradores.- redes de distribución.

d) Interruptores automáticos.- de 1Kv para abajo.

Nota.- Una falla demanda potencia reactiva; corriente atrasada 90 grados con el voltaje

Fallas { Serie.- fases abiertas

Paralelo.-corto circuito {1fase-tierra →65%

2fases →10%

2fases-tierra →20%

3fases →5%

1er. Recierre se liberan 88%

2do. Recierre se liberan 5%

3ro. 2% y 5%→Francas.

Protección primaria.- Primera línea de defensa, desconecta solo el elemento defectuoso, no cuenta con retardo de tiempo, es instantáneo.

Protección de respaldo.- Esta se emplea solo para protección de corto circuito, ya que es mas posible que falle la protección primaria en caso de corto circuitos y no se justifica económicamente para otros casos que no sean de c.c. Respalda a la primaria en caso de falla y normalmente es remota.

Regimenes anormales {sobre corriente.-debido a sobrecargas y fallas Ext.

Oscilaciones de potencia y pérdida de sincronización.

Corrientes de magnetización.

Corrientes de auto arranque.

Características funcionales de la protección por relevadores.

a) Sensibilidad.-Funcionar cuando sea necesario y tender a un funcionamiento mínimo.

b) Selectividad.-Seleccionar entre las condiciones en las que debe operar y aquellas en las que no debe (detectar solo el elemento fallado).

c) Velocidad.-Funcionar con la velocidad requerida”sobre todo”.

Confiabilidad.-cuando la protección no funciona adecuadamente las características de reducción implicadas son muy inefectivas.

Como funcionan los Reles.

Todos los reles utilizados en la protección de c.c. funcionan en virtud de la corriente y/o tensión proporcionada por los transformadores de instrumentación.

Esquema estructural de una protección

1.- Elemento de entrada.

2.- Elemento de conversión. Señales apropiadas.

3.- Elemento de comparación operación vs. restricción (resorte).

4.- Elemento de tiempo.

5.- Elemento de salida.

6.- Elemento de ajuste.

Los relevadores funcionan en respuesta a una o mas magnitudes ya sea para cerrar o para abrir contactos; dicha magnitud es proporcionada por los transformadores de corriente T.C. y/o por los transformadores de potencial T.P. que proporcionan aislamiento contra la alta tensión.

Relevador.- dispositivo automático destinado a provocar un cambio brusco en los sistemas por el controlado para valores dados de las señales de entrada, que caracterizan determinados fenómenos.

El tiempo admisible en la desconexión depende fundamentalmente de su efecto en:

a) estabilidad del sistema.

b) Reducción de voltaje sobre los consumidores.

c) Sobre corriente y calentamiento en los equipos.

Por su construcción los relevadores se clasifican en:

a) Electromecánicos.

b) Estáticos.- carecen de partes móviles.

Los electromecánicos se clasifican en dos principios de funcionamiento:

1. De atracción electromagnética.- Que funcionan en virtud de un embolo que es atraído dentro de un solenoide, o una armadura que es atraída por los polos de un electroimán. Pueden ser atraídos por magnitudes de c.d. o c.a.

2. De inducción electromagnética.- Este viene a ser un pequeño motor de inducción de fase auxiliar con contactos. La fuerza actuante se desarrolla en un elemento móvil, generalmente un disco de material no magnético conductor de la corriente, por la interacción de los flujos de las corrientes parásitas que se inducen en este. Este principio se aplica solo a relevadores de c.a.

Relevadores de sobre corriente

Relevador de sobre corriente instantáneo (50).- El mas comúnmente utilizado es del tipo de atracción electromagnética y es básicamente un electroimán alimentado a través de un T.C. la fuerza generada ejercida sobre el elemento móvil es proporcional al cuadrado del flujo en el entre hierro.

La formula derivada del principio de operación es:

Donde

F: Fuerza de atracción neta que hará cerrar los contactos.

I: Corriente del T.C.(en la bobina actuante)

K1: Constante de conversión (0.85 para este tipo).

K2: Fuerza de restricción del resorte u oposición del núcleo magnético, según el tipo del rele.

El punto de arranque para operar el relevador será cuando las fuerzas de restricción y operación se equilibran, es decir, cuando F = 0, de donde:

Característica de tiempo-corriente del relevador 50

Relevador de sobre corriente con retardo de tiempo (51).- Es un relevador con una característica de tiempo inversa, que funciona cuando la corriente en el circuito excede un valor predeterminado, a mayor corriente menor tiempo en la característica inversa.

Su estructura es de polo sombreado que esta accionada por corriente que fluye en una sola estructura magnética que contiene un entrehierro. El flujo del entrehierro producido por esta corriente se encuentra dividido en dos componentes fuera de fase por el anillo de sombra, por lo común de cobre, que rodea parte de la cara polar de cada polo del entrehierro. El rotor es un disco de cobre o aluminio, fijado por un pivote para girar en el entrehierro entre los polos.

Los anillos de sombra pueden ser reemplazados por bobinas, que si están en circuito abierto, no se producirá el par debido a que no habrá división de fase de flujo.

El flujo principal se divide en dos, desplazados en tiempo y espacio, quedando el flujo del entrehierro de los polos sombreados en atraso con respecto al flujo que pasa por los polos no sombreados.

La característica inversa la da principalmente la restricción a través de un resorte helicoidal.

Característica de tiempo-corriente del relevador 51 (tiempo inverso)

La selectividad de las protecciones de sobre corriente puede lograrse por dos métodos:

1. Por tiempo.- Las protecciones primaria y de respaldo son sensibles al corto circuito, pero tienen tiempos de operación diferentes;

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