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CONSULTORA PARA ELABORAR MANUAL DEPROCEDIMIENTOS PARA LA COORDINACIN DE

PROTECCIONES EN EL CND

Contrato de Prestacin de Servicios No. 4500012147

GUAS PARA EL BUEN AJUSTE Y LA COORDINACIN DEPROTECCIONES DEL STN

DOCUMENTO IEB-0350-00-01

Revisin 0

Itag, julio de 2000

INTERCONEXIN ELCTRICA S.A.. E.S.P. IEB S.A.

Guas para el buen ajuste y la coordinacin de protecciones del STN Pgina i

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TABLA DE CONTROL Y REVISIN

NMERO DE REVISIN 0 1 2 3

Nombre LAG/BHG/JCA/JJT

Elaboracin Firma

Fecha 00/07/15

Nombre JDA/JMT

Aprobacin Firma

Fecha 00/07/20

Nombre JAB

Auditora Firma

Fecha 00/07/25BHG: Beatriz Helena GonzlezJCA: Juan Carlos Arias

JJT John Jairo TobnLAG Luis Alfonso GiraldoJDA: Jos Dariel ArcilaJMT Juan Manuel TrillosJAB: Jaime Alberto Blandn

RESPONSABLES

IEB S.A. INTERCONEXIN ELCTRICA S.A.. E.S.P.

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TABLA DE CONTENIDO

1. OBJETO................................................................................................................. 9

2. INTRODUCCIN.................................................................................................... 9

3. TERMINOLOGA, SIMBOLOGA Y CONSIDERACIONES SOBRE LOSTRANSFORMADORES DE CORRIENTE .............................................................. 9

3.1 TERMINOLOGA................................................................................................................93.1.1 Exactitud ..........................................................................................................................103.1.2 Clase de exactitud ............................................................................................................103.1.3 Confiabilidad.....................................................................................................................113.1.4 Fiabilidad o redundancia...................................................................................................113.1.5 Seguridad .........................................................................................................................113.1.6 Sensibilidad ......................................................................................................................123.1.7 Rel de parmetros conmutables......................................................................................123.1.8 Impedancia aparente ........................................................................................................123.1.9 Resistencia de arco ..........................................................................................................123.1.10 Seal de bloqueo..............................................................................................................123.1.11 Seal permisiva................................................................................................................123.1.12 Seal de aceleracin ........................................................................................................133.1.13 Falla interruptor ................................................................................................................133.1.14 Coordinacin de protecciones...........................................................................................133.1.15 Polarizacin cruzada ........................................................................................................133.1.16 Polarizacin dual ..............................................................................................................143.1.17 Rel diferencial de corriente .............................................................................................143.1.18 Rel de distancia ..............................................................................................................143.1.19 Impedancia de falla ..........................................................................................................143.1.20 Transformador de puesta a tierra......................................................................................143.1.21 Corriente de Infeed...........................................................................................................153.1.22 Corriente de Outfeed ........................................................................................................153.1.23 Multiterminal .....................................................................................................................153.1.24 Proteccin por comparacin de fases ...............................................................................153.1.25 Esquema de comunicacin piloto......................................................................................153.1.26 Comparacin de fase segregada ......................................................................................153.1.27 Impedancia de la fuente ...................................................................................................153.1.28 Fuente de corriente de falla ..............................................................................................153.1.29 Oscilacin.........................................................................................................................163.1.30 Disparo transferido ...........................................................................................................163.1.31 Desbloqueo ......................................................................................................................163.1.32 Esquema hbrido...............................................................................................................163.1.33 Proteccin principal de equipos ........................................................................................163.1.34 Proteccin principal sistmica...........................................................................................163.1.35 Proteccin de respaldo .....................................................................................................163.1.36 Autochequeo ....................................................................................................................173.1.37 Rel de sobrecorriente temporizado .................................................................................173.1.38 Rel de sobrecorriente direccional ....................................................................................173.1.39 Discrepancia de polos.......................................................................................................17


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3.1.40 Rel de baja frecuencia ....................................................................................................183.1.41 Registrador secuencial de eventos (Sequence Of Events, SOE).......................................183.1.42 Registrador de fallas.........................................................................................................183.2 SIMBOLOGA DE DISPOSITIVOS USADOS EN SISTEMAS DE PROTECCIN............183.2.1 Norma ANSI/IEEE ............................................................................................................193.2.2 Norma IEC........................................................................................................................203.2.3 Diferencia filosfica entre normas ANSI e IEC..................................................................213.2.4 Simbologa segn Norma ANSI/IEEE e IEC....................................................................213.3 CONSIDERACIONES SOBRE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE........................253.3.1 Seleccin de acuerdo con normas ANSI ...........................................................................253.3.2 Seleccin de acuerdo con normas IEC .............................................................................283.3.3 Valores secundarios de los ajustes de las protecciones.....................................................28

4. PROTECCIONES DE LNEAS ............................................................................. 29

4.1 CARACTERSTICAS BSICAS .......................................................................................294.1.1 Confiabilidad.....................................................................................................................304.1.2 Selectividad y coordinacin ..............................................................................................304.1.3 Velocidad o tiempo de despeje de fallas ...........................................................................314.1.4 Sensibilidad de la proteccin ............................................................................................314.1.5 Simplicidad.......................................................................................................................314.1.6 Respaldo ..........................................................................................................................314.2 SELECCIN DEL ESQUEMA DE PROTECCIN DE LNEA ..........................................324.2.1 Importancia y funcin de la lnea ......................................................................................324.2.2 Factores del Sistema ........................................................................................................324.2.3 Comunicaciones ...............................................................................................................354.2.4 Tecnologas nuevas vs. Tecnologas viejas ......................................................................354.2.5 Compromisos del diseo del esquema de proteccin........................................................354.3 CONSIDERACIONES DE REDUNDANCIA Y RESPALDO...............................................35

4.4 ESQUEMAS DE RELS...................................................................................................364.4.1 Esquemas sin seales piloto o no completamente selectivos............................................364.4.2 Esquemas pilotos o completamente selectivos .................................................................534.4.3 Esquemas de Teleproteccin............................................................................................554.4.4 Funciones adicionales.......................................................................................................644.4.5 Protecciones de sobre y baja tensin................................................................................724.4.6 Rel de recierre y verificacin de sincronismo ..................................................................724.4.7 Proteccin de falla interruptor ...........................................................................................744.4.8 Proteccin de lneas compensadas en serie......................................................................77

5. PROTECCIONES DE TRANSFORMADORES..................................................... 86

5.1 PROTECCIN DIFERENCIAL DE TRANSFORMADOR..................................................875.1.1 Tipos de rels diferenciales para proteccin de transformadores ......................................885.1.2 Formas de conectar la proteccin diferencial en el devanado terciario..............................915.1.3 Conexin diferencial larga y conexin diferencial corta.....................................................925.1.4 Factores a considerar en el ajuste de la proteccin diferencial..........................................925.1.5 Anlisis de estabilidad de la proteccin ante falla externa.................................................945.1.6 Clculo de factores de compensacin...............................................................................955.1.7 Seleccin de la corriente diferencial de umbral .................................................................955.1.8 Verificacin de la sensibilidad de la proteccin diferencial ante falla interna .....................96


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5.2 PROTECCIN DE SOBRECORRIENTE..........................................................................965.2.1 Proteccin de fases ..........................................................................................................975.2.2 Sobrecorriente de fase instantnea...................................................................................985.2.3 Proteccin de falla a tierra ................................................................................................995.2.4 Proteccin de sobrecorriente para el devanado terciario...................................................995.2.5 Proteccin del transformador de puesta a tierra..............................................................1005.3 PROTECCIONES MECNICAS.....................................................................................1035.3.1 Rel de presin sbita o vlvula de sobrepresin (SPR).................................................1035.3.2 Rel Buchholz ................................................................................................................1035.3.3 Detectores de nivel de aceite..........................................................................................1045.3.4 Detectores de temperatura .............................................................................................1045.3.5 Rel de imagen trmica..................................................................................................1045.4 PROTECCIN DE FALLA INTERRUPTOR...................................................................104

5.5 REL DE VERIFICACIN DE SINCRONISMO..............................................................105

6. PROTECCIONES DE COMPENSACIONES ...................................................... 105

6.1 COMPENSACIN REACTIVA .......................................................................................1056.1.1 Configuraciones tpicas...................................................................................................1056.1.2 Principales tipos de fallas en reactores de terciario.........................................................1076.1.3 Esquemas de proteccin asociados con reactores de terciario tipo seco.........................1086.1.4 Principales tipos de fallas en reactores de lnea..............................................................1106.1.5 Esquemas de proteccin asociados con el reactor sumergido en aceite..........................1116.2 COMPENSACION CAPACITIVA EN DERIVACIN .......................................................1146.2.1 Configuraciones tpicas...................................................................................................1146.2.2 Esquemas de proteccin asociados con bancos de condensadores ................................1176.2.3 Consideraciones del Sistema..........................................................................................125

7. PROTECCIONES DE GENERADORES ............................................................ 126

7.1 PROTECCIONES PARA FALLAS EN LA MQUINA.....................................................1277.1.1 Fallas elctricas..............................................................................................................1277.1.2 Fallas mecnicas............................................................................................................1537.2 PROTECCIONES PARA FALLAS EXTERNAS .............................................................1547.2.1 Proteccin contra sobretensiones ...................................................................................1547.2.2 Proteccin contra bajas tensiones...................................................................................1557.2.3 Proteccin contra motorizacin o potencia inversa .........................................................1557.2.4 Proteccin contra corrientes desbalanceadas en el estator .............................................1567.2.5 Proteccin de respaldo contra fallas externas.................................................................1587.2.6 Rel de baja frecuencia ..................................................................................................1607.2.7 Rel de falla interruptor ..................................................................................................1617.2.8 Proteccin de prdida de sincronismo.............................................................................1637.3 ARREGLOS DE PROTECCIONES DE GENERADORES ..............................................164

8. PROTECCIONES DE BARRAS ......................................................................... 169

8.1 CARACTERSTICAS DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE......................1708.1.1 Corriente directa transitoria.............................................................................................1708.1.2 La Impedancia de los cables del secundario del CT y sus rels asociados, medidores y

CTs auxiliares................................................................................................................1718.2 ESQUEMAS DE PROTECCIN DE BARRAS ...............................................................171


Guas para el buen ajuste y la coordinacin de protecciones del STN Pgina v

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8.2.1 Proteccin diferencial de barras......................................................................................1718.2.2 Proteccin diferencial parcial ..........................................................................................1728.2.3 Zonas diferenciales combinadas.....................................................................................1738.2.4 Proteccin de barras con comparacin direccional..........................................................1738.3 CONEXIN DE LA PROTECCIN DIFERENCIAL SEGN LA CONFIGURACIN DE LA

SUBESTACIN..............................................................................................................1748.3.1 Barra sencilla..................................................................................................................1758.3.2 Barra con secciones mltiples y acople de barras ...........................................................1758.3.3 Barra principal y barra de transferencia...........................................................................1768.3.4 Doble barra.....................................................................................................................1768.3.5 Interruptor y medio..........................................................................................................1778.4 AJUSTE DE LA PROTECCIN DE BARRAS................................................................1788.4.1 Anlisis de estabilidad de la proteccin ante falla externa...............................................1788.4.2 Clculo de factores de compensacin.............................................................................1788.4.3 Seleccin de la corriente diferencial de umbral ...............................................................1798.4.4 Verificacin de la sensibilidad de la proteccin diferencial ante falla interna ...................179

9. GUA PARA LA COORDINACIN SISTMICA DE PROTECCIONES DEL STN180

9.1 ANTECEDENTES ..........................................................................................................180

9.2 RESPONSABILIDADES DE LOS AGENTES Y DEL CND.............................................181

9.3 RESPONSABILIDADES POR LOS ESTUDIOS ESPECFICOS ....................................1849.3.1 Disparos de generacin por inestabilidad........................................................................1849.3.2 Disparos por oscilacin de potencia en lneas de transmisin .........................................1849.3.3 Disparos de generadores por sobretensin .....................................................................1859.3.4 Disparos por baja tensin en generadores ......................................................................1859.3.5 Disparos por sobretensin en el sistema.........................................................................1859.3.6 Disparos por baja tensin en el sistema..........................................................................1869.3.7 Bloqueos y disparos por oscilacin de potencia en el sistema.........................................1869.3.8 Deslastres de carga ........................................................................................................1879.3.9 Recierres en las lneas....................................................................................................1879.4 METODOLOGA PARA LA COORDINACIN DE PROTECCIONES SISTMICAS ......1879.4.1 Disparos por inestabilidad. Rels de Prdida de Sincronismo en Generadores ..............1889.4.2 Disparos por sobretensin...............................................................................................1939.4.3 Disparos por baja tensin................................................................................................1949.4.4 Bloqueos por oscilacin de potencia ...............................................................................1959.4.5 Disparos por oscilacin de potencia en lneas.................................................................1979.4.6 Disparos sistmicos por sobretensin .............................................................................1999.4.7 Disparos sistmicos por baja tensin ..............................................................................1999.4.8 Recierres y verificadores de sincronismo........................................................................200

10. REFERENCIAS .................................................................................................. 202

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Nomenclatura de TC segn norma IEC ........................................................................11


Pgina vi Guas para el buen ajuste y la coordinacin de protecciones del STN

Figura 2 Seales en cuadratura..................................................................................................14Figura 3 Curva de excitacin transformador de corriente 2000:5 A ..............................................27Figura 4 Caractersticas bsicas del rel de distancia ..................................................................37Figura 5 Caracterstica general alcance de zonas proteccin distancia ........................................38Figura 6. Alcances de zona..........................................................................................................39Figura 7. Diagrama unifilar tpico para ajustar las zonas de la proteccin distancia......................39Figura 8. Efecto Infeed en Zona 1................................................................................................40

Figura 9 Variacin de Zaparente por el efecto Infeed en Zona 1....................................................41Figura 10 Coordinacin de las zonas 2 de lneas adyacentes.......................................................44Figura 11 Efecto Infeed en Zona 2 ...............................................................................................44Figura 12 Esquema de disparo directo subalcanzado...................................................................56Figura 13 Esquema de disparo permisivo subalcanzado ..............................................................57Figura 14 Esquema de disparo permisivo sobrealcanzado ...........................................................58Figura 15 Esquema de aceleracin de zona.................................................................................59Figura 16 Esquema de disparo transferido permisivo por comparacin direccional ......................60Figura 17 Esquema de bloqueo por comparacin direccional .......................................................61Figura 18 Esquema hbrido por comparacin direccional .............................................................62Figura 19. Lgica de inversin de corriente: preinversin.............................................................63Figura 20. Lgica de inversin de corriente: postinversin ...........................................................64Figura 21. Banda de evaluacin de la oscilacin de potencia........................................................65Figura 22. Zona de deteccin de carga .........................................................................................66Figura 23 Lgica de eco y terminal dbil ......................................................................................69Figura 24 Lgica de eco...............................................................................................................70Figura 25 Proteccin tramo de lnea.............................................................................................71Figura 26 Rel de verificacin de sincronismo .............................................................................73Figura 27. Ajuste rel de falla interruptor configuracin barra sencilla ..........................................75Figura 28 Ajuste rel de falla interruptor configuracin en anillo...................................................75Figura 29 Ajuste rel de falla interruptor configuracin interruptor y medio...................................76Figura 30 Proteccin zona muerta rel falla interruptor ................................................................76Figura 31 Proteccin convencional de condensadores con gap....................................................80Figura 32 Proteccin de un condensador con conjunto gap-resistencia ........................................82Figura 33 Ajuste de zonas en lneas compensadas ......................................................................82Figura 34 Proteccin distancia con sobrealcance permisivo.........................................................83Figura 35 Compensacin serie de lneas paralelas.......................................................................84Figura 36 Protecciones principales de un transformador ..............................................................87Figura 37 Conexin proteccin diferencial porcentual transformador U- D ....................................89Figura 38 Proteccin diferencial porcentual autotransformador sin carga en la delta del terciario.89Figura 39 Proteccin diferencial porcentual autotransformador con carga en la delta del terciario90Figura 40 Proteccin diferencial de alta impedancia para un autotransformador sin carga en el

terciario ................................................................................................................................91Figura 41 Esquemas de conexin de la proteccin diferencial en el devanado terciario ...............92Figura 42 Proteccin diferencial de autotransformador ante falla externa.....................................96Figura 43 Proteccin diferencial de autotransformador ante falla interna......................................96Figura 44 Proteccin de falla a tierra de una delta usando rels de sobrecorriente residual y rels

de tierra conectados diferencialmente.................................................................................100Figura 45 Proteccin de transformadores de tierra (a) Zigzag (b) U- D .......................................101


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Figura 46. Esquema de protecciones de un transformador de puesta a tierra.............................102Figura 47 Reactor conectado al terciario de un transformador de potencia.................................106Figura 48 Reactor conectado a una barra...................................................................................107Figura 49 Reactor con o sin reactor de neutro y conectado a una lnea conmutable o no ...........107Figura 50. Proteccin de tierra restringida barra terciaria ............................................................109Figura 51 Protecciones reactor de lnea .....................................................................................112Figura 52 Configuracin fsica de un banco de condensadores ..................................................115Figura 53 Energizacin bank to bank .......................................................................................119Figura 54 Protecciones compensacin capacitiva en paralelo ....................................................125Figura 55 Caracterstica del rel diferencial porcentual ..............................................................128Figura 56 Rel diferencial de alta impedancia............................................................................129Figura 57 Esquema de conexin de la proteccin de autobalanceo............................................129Figura 58 Conexin de rel diferencial para generador de seis bujes conectado en estrella .......130Figura 59 Generador de doce bujes ...........................................................................................130Figura 60 Generador de fase partida..........................................................................................131Figura 61 Generador conectado en delta....................................................................................131Figura 62 Proteccin de fase partida usando transformadores de corriente separados...............132Figura 63 Proteccin de fase partida usando transformadores de corriente de una ventana........133Figura 64 Proteccin de fase partida usando transformadores de corriente de dos ventanas .....134Figura 65 Aplicacin de rel diferencial y rel de fase partida ....................................................134Figura 66 Proteccin de falla a tierra sensible ............................................................................136Figura 67 Proteccin de falla a tierra del generador con aterrizaje de alta impedancia...............137Figura 68 Proteccin de tierra para generador (A) de dos devanados y (B) compuesto ..............138Figura 69 Esquema de baja tensin de tercer armnico para proteccin de falla a tierra del

generador. ..........................................................................................................................142Figura 70 Esquema de sobretensin de tercer armnico para proteccin de falla a tierra del

generador ...........................................................................................................................143Figura 71 Esquema diferencial de tercer armnico para proteccin de falla a tierra del generador143Figura 72 Esquema de inyeccin de tensin subarmnica para proteccin de falla a tierra del

generador ...........................................................................................................................144Figura 73 Proteccin de respaldo con sobrecorriente .................................................................145Figura 74 Proteccin para falla a tierra con puesta a tierra a travs de un transformador zigzag146Figura 75 Circuito de deteccin de tierra ....................................................................................147Figura 76 Aplicacin de rel de balance de tensin....................................................................149Figura 77 Ejemplo ajuste de nivel dual volts / Hz .......................................................................151Figura 78 Ejemplo de ajuste inverso volts /Hz............................................................................152Figura 79 Proteccin de corriente desbalanceada ......................................................................157Figura 80 Caracterstica de rel de corriente desbalanceada......................................................157Figura 81 Aplicacin de la proteccin contra fallas externas para una unidad generador

transformador .....................................................................................................................158Figura 82 Aplicacin de la proteccin contra fallas externas para un generador conectado

directamente al sistema......................................................................................................159Figura 83 Diagrama funcional de esquema de falla interruptor para generador ..........................162Figura 84 Diagrama funcional de esquema de falla interruptor con deteccin de arco elctrico con

interruptor abierto ...............................................................................................................163Figura 85 Configuracin unidad generador transformador ..........................................................165Figura 86 Configuracin unidad generador transformador con interruptores...............................166


Pgina viii Guas para el buen ajuste y la coordinacin de protecciones del STN

Figura 87 Generadores compuestos...........................................................................................167Figura 88 Proteccin para generadores compartiendo una unidad de transformador..................168Figura 89 Proteccin para generadores conectados directamente a un sistema de distribucin..169Figura 90 Proteccin diferencial de barras .................................................................................170Figura 91 Principio de la proteccin diferencial porcentual .........................................................172Figura 92 Esquema de proteccin de barras con zonas diferenciales combinadas .....................173Figura 93 Configuracin en anillo...............................................................................................175Figura 94 Proteccin diferencial en una barra sencilla................................................................175Figura 95 Proteccin diferencial en una barra con seccionamientos mltiples............................176Figura 96 Proteccin diferencial en una S/E con barra principal y barra de transferencia ...........176Figura 97 Proteccin diferencial en una S/E con doble barra .....................................................177Figura 98 Proteccin diferencial en una S/E interruptor y medio ................................................178Figura 99 Corrientes diferenciales ante falla externa..................................................................179Figura 100 Corrientes diferenciales ante falla interna.................................................................180Figura 101 Lugar geomtrico de la impedancia en un deslizamiento polar .................................189Figura 102 Caracterstica de actuacin de un rel de prdida de sincronismo............................190Figura 103 Ejemplos de diversas condiciones de oscilacin.......................................................191Figura 104 Caracterstica de un rel de prdida de sincronismo.................................................192Figura 105 Operacin de bloqueo del rel ante la oscilacin......................................................196Figura 106 Separacin en subsistemas ante la prdida de sincronismo ....................................198

INTERCONEXIN ELCTRICA S.A. E.S.P. IEB S.A.

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1. OBJETO

Presentar un manual de procedimientos para la coordinacin de protecciones convisin sistmica, es decir, observando la conveniencia de su actuacin, bloqueo ocontrol suplementario, en funcin de las necesidades del STN (Sistema deTransmisin Nacional).

Estas guas atienden los requerimientos de la Resolucin 080 de 1999, emitidapor la Comisin de Regulacin de Energa y Gas, CREG, en el sentido de que laresponsabilidad de observar una adecuada coordinacin de protecciones en elSTN, le corresponde al Centro Nacional de Despacho CND.

2. INTRODUCCIN

El presente manual tiene como objetivo la homologacin de criterios para el ajustede las protecciones del STN, considerando las redes de alta y Extra-Alta tensinlos puntos de conexin, y los generadores despachados centralmente por el CND,as como considerando las conexiones internacionales.

La filosofa de los criterios establecidos se basa en garantizar la adecuadacalidad del suministro y del transporte de la energa elctrica, con niveles deconfiabilidad ptimos para el sistema (criterios de fiabilidad y de seguridad),manteniendo las caractersticas de selectividad y velocidad con las prcticas msmodernas utilizadas hoy en da sobre el tema, aplicadas al STN colombiano yconsiderando sus aspectos particulares tales como la radialidad de la red, laconformacin de reas globales y operativas, las condiciones de guerra, loselevados niveles cerunicos, la composicin energtica hidrulica/trmica, lasregulaciones existentes en materias operativas y de conexin, las caractersticasdel mercado de energa mayorista, etc.

3. TERMINOLOGA, SIMBOLOGA Y CONSIDERACIONES SOBRE LOSTRANSFORMADORES DE CORRIENTE

3.1 TERMINOLOGA

Se presenta una recoleccin de los trminos ms usados en los sistemas deproteccin, al igual que de la simbologa segn las normas IEC y ANSI/IEEE delos dispositivos y trminos ms comnmente empleados en la proteccin delneas de transmisin, generadores, transformadores y barras.


Pgina 10 Guas para el buen ajuste y la coordinacin de protecciones del STN

Los trminos relacionados con la calidad de la medida y filosofa de la proteccinson definidos a continuacin.

3.1.1 Exactitud

Este trmino es usado para al menos dos propsitos diferentes, uno paradescribir la precisin de un dispositivo y el otro para especificar la precisin deuna medida.

En el primer contexto, la exactitud es el grado en el cual un dispositivo (rel,instrumento o medidor) opera conforme a una norma aceptada. La declaracin deuna exactitud depender de los mtodos utilizados para expresarla considerandocomponentes individuales de la exactitud y la manera en la cual estoscomponentes individuales afectan la exactitud global del dispositivo.

En el segundo caso, la exactitud de una medida especifica la diferencia entre lomedido y el valor real de una cantidad. La desviacin del valor real es laindicacin de cun exactamente fue tomada una lectura o hecho un ajuste.

3.1.2 Clase de exactitud

La definicin de la clase de exactitud de los transformadores de medida, difiereentre la corriente americana, representada por las normas de la organizacinANSI y la corriente internacional, originada en Europa y representada por laorganizacin IEC.

El trmino clase de exactitud es empleado para definir la calidad en el desempeoen estado estable de un transformador de medida.

En la norma IEEE C57.13-1993 Standard Requirements for InstrumentTransformers, la clase de exactitud de un transformador de corriente usado parala conexin de protecciones est descrita por una letra la cual indica si laexactitud puede ser calculada (Clase C) o puede ser obtenida a travs de pruebasfsicas (Clase T). Esta letra es seguida por un nmero que corresponde al mximovoltaje terminal secundario que el transformador de corriente producir a 20 vecesla corriente nominal secundaria con un error no mayor al 10%.

La clase de exactitud de un transformador de corriente utilizado en protecciones,segn la norma IEC 60044-1 1996 Instrument Transformers - Part I: CurrentTransformers, se especifica por el porcentaje de exactitud, seguido de la letra P(proteccin) y por el nmero de veces la corriente nominal del transformador, alcual se garantiza la exactitud indicada.



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nn

mm veces el voltaje nominal Exactitud de proteccin Error; 5%, 10%

P mm

Ejemplo: Un CT de 30 VA, clase 5P10, de 5 A significa que ste CT tiene un error mximo del 5%, cuando el voltaje sea de 60 V (10 veces 6 voltios). El voltaje nominal es 30 VA / 5 A

Figura 1 Nomenclatura de TC segn norma IEC

3.1.3 Confiabilidad

La confiabilidad expresa el atributo de un rel o sistema de proteccin de operarcorrectamente ante situaciones en las cuales est diseado para operar. Esteconcepto se expresa en trminos de las propiedades de dos conceptos : fiabilidad(o redundancia) y seguridad.

3.1.4 Fiabilidad o redundancia

La fiabilidad es el aspecto de la confiabilidad que expresa el grado de certeza deque el sistema de proteccin operar correctamente ante la presencia de unafalla, retirando las fuente de alimentacin a la misma. Se mide como laprobabilidad de que el sistema acte efectivamente en presencia de una falla.

3.1.5 Seguridad

La seguridad es el aspecto de la confiabilidad que expresa el grado de certeza deque el rel no operar incorrectamente ante ausencia de fallas o sin considerar lanaturaleza de la operacin del sistema de potencia. Se mide como laprobabilidad de que el sistema de protecciones no presente actuaciones enausencia de falla o que acten otras protecciones diferentes a las que debieronactuar, o que lo haga sin considerar la naturaleza del estado operativo delsistema de potencia.



3.1.6 Sensibilidad

En el campo de las protecciones, la sensibilidad se expresa como el valor mnimode la seal de entrada o el cambio en la seal de entrada, que hace que el relopere.

3.1.7 Rel de parmetros conmutables

Consiste en la propiedad de un rel para cambiar sus ajustes y/o lgicas deoperacin ante la ocurrencia de alguna seal o evento externo, como por ejemplo,cuando salen lneas de servicio, o generaciones importantes el rel cambiaautomticamente sus parmetros de ajuste.

3.1.8 Impedancia aparente

La impedancia aparente vista por un rel est determinada por la relacin entre elvoltaje y la corriente medidos por el rel. Esta impedancia puede variar conrespecto a la impedancia real en el punto de falla, dependiendo de si existen o nofuentes de corriente intermedias en puntos entre el rel y la falla.

3.1.9 Resistencia de arco

Es la relacin entre el voltaje y la corriente en una arco elctrico. La impedanciade un arco elctrico es principalmente resistiva y es una funcin inversamenteproporcional a la magnitud de la corriente y directamente proporcional a lalongitud del arco.

3.1.10 Seal de bloqueo

Corresponde a una seal lgica que es utilizada para impedir la accin de undispositivo. Las seales de bloqueo son empleadas generalmente en esquemasde proteccin coordinados de lneas de transmisin, para evitar el disparo delinterruptor local cuando el sistema de proteccin del extremo remoto hadeterminado que la falla se encuentra fuera de la zona protegida por el sistemacoordinado.

3.1.11 Seal permisiva

Corresponde a una seal lgica que es utilizada para permitir la accin de undispositivo. Las seales permisivas son empleadas generalmente en esquemasde proteccin coordinados de lneas de transmisin, para motivar el disparo delinterruptor local cuando el sistema de proteccin del extremo remoto hadeterminado que la falla se encuentra dentro de la zona protegida por el sistemacoordinado.



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3.1.12 Seal de aceleracin

Corresponde a una seal lgica que es utilizada para suprimir la temporizacinintencional de un dispositivo. Las seales de aceleracin son empleadasgeneralmente en esquemas de proteccin coordinados de lneas de transmisin,para motivar el disparo inmediato del interruptor local cuando el sistema deproteccin del extremo remoto ha determinado que la falla se encuentra dentro dela zona protegida por el sistema coordinado.

3.1.13 Falla interruptor

El fracaso de un esquema de proteccin para eliminar una falla detectada por unrel de proteccin se denomina falla interruptor. Un rel de falla interruptor midela condicin de flujo de corriente en el interruptor una vez ha transcurrido unperodo razonable de tiempo despus de la orden de disparo de la proteccinprincipal. Una vez reconocida tal condicin, el rel falla interruptor inicia laaplicacin de medidas correctivas al hecho, tales como repetir la orden de disparoo posteriormente iniciar el ciclo de disparo de todos los circuitos que puedanalimentar la falla a travs del interruptor que no abri, o al cual no arrib la ordende apertura.

3.1.14 Coordinacin de protecciones

Es el proceso de seleccin de ajustes o curvas caractersticas de dispositivos deproteccin, de tal manera que la operacin de los mismos se efecte organizada yselectivamente, en un orden especfico y con el mnimo tiempo de operacin, paraminimizar la interrupcin del servicio al cliente y para aislar adecuadamente lamenor porcin posible del sistema de potencia como consecuencia de la falla.

3.1.15 Polarizacin cruzada

Es la polarizacin de un rel para brindarle direccionalidad hacia adelante o haciaatrs usando alguna proporcin del voltaje de una fase(s) sana(s). Un ejemplo deesto es la polarizacin en cuadratura: el voltaje polarizante est en cuadraturacon el voltaje de la fase fallada.



VA

VB VC

La tensin de fase VC est en cuadratura (90) con respecto a la tensin de lnea VAB

Figura 2 Seales en cuadratura

3.1.16 Polarizacin dual

Corresponde a la polarizacin de un rel usando fuentes de corriente y voltaje.

3.1.17 Rel diferencial de corriente

Es un rel diseado para detectar fallas a travs de la medida de la magnitud y ladiferencia angular entre las corrientes medidas en los extremos de la zonacubierta por el sistema de proteccin. En esencia su fundamento se basa en quelas sumas de las corrientes que entran y salen a la zona de proteccin, debe sersiempre cero, excepto cuando exista una falla interna.

3.1.18 Rel de distancia

Es un rel cuya respuesta a las cantidades de entrada es principalmente unafuncin de la distancia elctrica del circuito entre la ubicacin del rel y el puntode falla. Para hacerlo utiliza la relacin Voltaje/Corriente en el punto deinstalacin del rel.

3.1.19 Impedancia de falla

Es la impedancia, resistiva o reactiva, entre los conductores en falla o entre elconductor en falla y tierra.

3.1.20 Transformador de puesta a tierra

Es un transformador, conectado en zig-zag o Estrella - Delta instalado paraproveer una impedancia equivalente de Thvenin de secuencia cero en su puntode instalacin, de forma tal, que en sistemas aislados de tierra, se tenga unacorriente limitada de falla monofsica que permita detectarla cuando ocurra.



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3.1.21 Corriente de Infeed

Es una fuente de corriente de cortocircuito ubicada entre el punto donde estconectado el rel y el punto de ocurrencia de la falla, de tal forma que cuandodicha falla ocurra, la impedancia de falla presente un mayor voltaje total.

3.1.22 Corriente de Outfeed

Es una corriente saliente en el intermedio de una lnea no fallada. Solamente sepresenta en lneas multiterminales o en lneas compensadas en serie.

3.1.23 Multiterminal

Una lnea de transmisin con ms de dos extremos que incluyen fuentes depotencia.

3.1.24 Proteccin por comparacin de fases

Es una proteccin que compara la posicin relativa del ngulo de fase decorrientes especficas en los extremos de un circuito.

3.1.25 Esquema de comunicacin piloto

Es un esquema de proteccin que involucra rels en dos o ms subestacionesque comparten datos o estados lgicos a travs de un canal de comunicacionespara mejorar la velocidad de disparos y/o coordinacin.

3.1.26 Comparacin de fase segregada

Esquema similar a la comparacin de fases, excepto que los datos en cada fase ytierra son enviados separadamente al terminal remoto para su comparacin conlos datos locales de este terminal.

3.1.27 Impedancia de la fuente

Es la impedancia equivalente Thvenin de un sistema elctrico en el extremo deuna lnea de transmisin. Esta impedancia puede variar dependiendo de lalocalizacin de la falla y del estado (abierto o cerrado) de otros terminalesasociados con el circuito.

3.1.28 Fuente de corriente de falla

Es un extremo que contribuye con una cantidad significativa de corriente a unafalla en el elemento protegido. Se debe tener en cuenta que no es necesario queexista generacin en ese extremo para que sea fuente de corriente de falla.



Algunas cargas, tales como motores, pueden contribuir a la corriente de falladurante unos pocos ciclos dentro del tiempo de despeje de la falla.

3.1.29 Oscilacin

Consiste en un flujo de potencia transitorio debido al cambio en los ngulos degeneracin relativos del sistema, causado por un cambio en la configuracin de latransmisin o la generacin.

3.1.30 Disparo transferido

Es el envo de una seal de disparo a travs de un canal de comunicaciones alextremo remoto de la lnea.

3.1.31 Desbloqueo

Lgica que permite a un esquema permisivo disparar por falla interna dentro deuna ventana de tiempo, aunque la seal de disparo no est presente cuando stase ha perdido debido a la falla.

3.1.32 Esquema hbrido

Es el esquema de un rel que combina la lgica de dos o ms esquemasconvencionales.

3.1.33 Proteccin principal de equipos

Es el sistema de proteccin que est diseado para operar antes que otrosdispositivos en respuesta a un evento en un elemento protegido. La proteccinprincipal de equipos tiene como objetivo aislar dicho equipo en caso de fallainterna.

3.1.34 Proteccin principal sistmica

Es un rel o conjunto de rels, los cuales han sido coordinados para actuarconjuntamente para evitar que ante un evento se puedan producir prdidasimportantes de la configuracin de la red generacin transmisin.

3.1.35 Proteccin de respaldo

Las protecciones de respaldo tienen la misin de despejar fallas en elementos delsistema de potencia que ya tienen una proteccin principal de equipo, para lo cualdeben esperar un tiempo a fin de establecer que dicha proteccin no actu y ensu defecto entran a operar.



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Pueden ser respaldos locales, cuando estn ubicados en la misma instalacin, orespaldos remotos, cuando se trata de protecciones ubicadas en otrasinstalaciones.

El ejemplo clsico de proteccin de respaldo local es la proteccin falla interruptory el de proteccin remota es el de las zonas 2 y 3 de los rels de distancia

3.1.36 Autochequeo

Es la autoprueba del rel basado en microprocesadores que chequean laoperacin del software del procesador.

3.1.37 Rel de sobrecorriente temporizado

Es un rel de sobrecorriente de tiempo inverso que opera cuando la corrientesupera un umbral de ajuste. El tiempo inverso significa que ante una granmagnitud de corriente, el tiempo de operacin es muy pequeo y viceversa. Estodepende del tipo de curvas caractersticas tiempo-corriente que seanseleccionada, tales como :

Inversa

Moderadamente Inversa

Muy Inversa

Extremadamente Inversa

Tiempo Definido

La calibracin de un rel de sobrecorriente se hace seleccionando el valor dearranque que corresponde al mnimo valor de corriente a partir del cual la curvaentra a operar y el ajuste de tiempo o seleccin de la curva a utilizar

3.1.38 Rel de sobrecorriente direccional

Son rels de sobrecorriente que operan durante fallas en el sistema en una u otradireccin desde el punto de localizacin del rel. Constan de un elemento desobrecorriente y una unidad direccional (por lo que requiere seal depolarizacin). El rel responder slo si la falla est en la direccin programada(adelante o atrs). Son usados con conexin por fase en sistemas trifsicos ocomo proteccin direccional de tierra, usando la tensin y la corriente residual, detierra o de neutro.

3.1.39 Discrepancia de polos

Esta es la condicin en la cual los polos de un interruptor trifsico estn enposiciones diferentes. Esta condicin causa corrientes de secuencia negativamuy peligrosas en el equipo controlado por el interruptor, en especial en



mquinas rotativas. Esta condicin tambin puede causar corrientes desecuencia cero en el sistema que pueden llevar al disparo indeseado de rels detierra.

La discrepancia de polos es supervisada por contactos auxiliares o por lacomparacin de las corrientes en las tres fases. Cuando se identifica un poloabierto, el rel de discrepancia arranca un temporizador y, si la discrepanciapermanece por un perodo de tiempo ajustable, aparece una seal de alarma otodos los tres polos del interruptor son disparados

3.1.40 Rel de baja frecuencia

Estos rels son ajustados para eliminar carga del sistema automticamentecuando la frecuencia de operacin decrece a un valor especfico por debajo de lafrecuencia nominal o si su tasa de decrecimiento (df/dt) excede un niveldeterminado. Se hace un disparo selectivo de la carga para prevenir un colapsodel sistema y restaurar el balance entre la demanda y la generacin.

Los rels de baja frecuencia permiten ajustes mltiples para asegurar que lascargas sean deslastradas en pequeos cantidades a medida que la frecuenciadecrece.

3.1.41 Registrador secuencial de eventos (Sequence Of Events, SOE)

Es un sistema que vigila y registra el estado de eventos discretos tales como laposicin abierta o cerrada de un interruptor o la activacin o desactivacin de unaalarma o proteccin. Adems de la informacin binaria, estos registradoresindican el tiempo absoluto o relativo de la ocurrencia de los eventos observados.

3.1.42 Registrador de fallas

Es un dispositivo que guarda en memoria, a travs de registros, las magnitudesde diferentes cantidades del sistema como tensiones y corrientes durante untiempo determinado, luego de recibida una seal de arranque (corriente, voltaje,frecuencia). Cada registrador posee un ancho de banda y un rango dinmico quedicta la calidad de las observaciones. Las seales pueden ser registradas paravigilancia de cambios transitorios en el sistema, incluidos componentes de altafrecuencia, o para observacin de fenmenos de larga duracin, tales comooscilaciones de potencia.

3.2 Simbologa de dispositivos usados en sistemas de proteccin

Dentro de los sistemas internacionales de normalizacin de elementos desistemas de potencia, se encuentran las normas ANSI/IEEE e IEC. Cada una de



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ellas ha definido un mecanismo de representacin de los diferentes rels oequipos de proteccin.

3.2.1 Norma ANSI/IEEE

La simbologa empleada por esta norma se basa en nmeros aplicados a losdispositivos usados en subestaciones elctricas y plantas de generacin y eninstalaciones donde existan aparatos de conversin.

Un nmero funcional del dispositivo, con un sufijo en letras cuando es necesario,identifica la funcin de cada dispositivo. Estos nmeros son usados en planosesquemticos, en diagramas elementales y de conexin, en libros de instruccin,en publicaciones y en especificaciones, encerrados dentro de un pequeo crculo.

3.2.1.1 Letras sufijosEn algunos casos se emplean letras como sufijos (despus del nmero) con el finde permitir la multiplicacin de una misma funcin para aplicarla a una granvariedad de dispositivos. Permiten tambin resaltar partes individuales oespecficas o contactos auxiliares de estos dispositivos. Estos sufijos debenusarse de tal manera que slo tengan un significado para un equipo en particular.Sin embargo, cada sufijo no deber consistir de ms de tres letras, procurandomantener la funcin tan corta y simple como sea posible.

Cuando el mismo sufijo tiene diferentes significados en el mismo equipo,dependiendo del nmero del dispositivo, entonces se lista como el nmero ms laletra en cada caso, por ejemplo: 63V, rel de vaco; 90V, regulador de voltaje.

3.2.1.2 Dispositivos auxiliaresEstas letras indican dispositivos auxiliares independientes, tales como :

LETRA SIGNIFICADO

C Rel de cierre o contactorCL Rel auxiliar en posicin cerradaCS Conmutador de controlO Rel de apertura o contactor

OP Rel auxiliar en posicin abiertaX, Y, Z Rel auxiliar o repetidor

Tabla 1 Sufijos ANSI para dispositivos auxiliares



3.2.1.3 Cantidades actuantesEstas letras indican la condicin o cantidad elctrica a la cual el dispositivoresponde en el medio en el cual est localizado, tales como :

LETRA SIGNIFICADO

A Aire o amperiosC CorrienteF Frecuencia o flujo o fallaJ DiferencialL Nivel o lquidoP Potencia o presin

PF Factor de potenciaQ AceiteS Velocidad o humoT TemperaturaV Voltaje o voltios o vacoW Vatios o agua

Tabla 2 Sufijos ANSI para cantidades actuantes

3.2.2 Norma IEC

El dispositivo relacionado con algn tipo de medida se representa a travs de unrecuadro como se muestra en la siguiente figura.

*

El asterisco debe ser reemplazado por una o ms letras o smbolos indicando losparmetros del dispositivo, en el siguiente orden : cantidad caracterstica y sumodo de variacin, direccin del flujo de energa, rango de ajuste, accintemporizada, valor del retardo de tiempo, etc.

El smbolo usado representa solamente la cantidad actuante en el mismo.



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3.2.3 Diferencia filosfica entre normas ANSI e IEC

La filosofa constitutiva subyacente en los lenguajes simblicos de ambas normases radicalmente distinta, por lo cual es una prctica indebida mezclar ambasnormas al elaborar planos.

Mientras que la norma ANSI establece un nmero funcional que designatotalmente una funcin de proteccin y todos los elementos constitutivos de unamisma funcin, independientemente de su naturaleza o principio de operacin,recibiendo el mismo nmero funcional, con sufijos para diferenciarlos y haciendola diferencia en la naturaleza del principio de funcionamiento del elemento aldibujarlo, la norma IEC est orientada a representar en el dibujo mismo elprincipio de funcionamiento y la cantidad actuante, utilizando la designacin delos elementos con otros fines. De hecho, la designacin de elementos segn lanorma IEC tiene cuatro posibles connotaciones: Designacin por divisinjerrquica de la instalacin (designacin =), designacin por localizacin fsicadel elemento (designacin +), designacin funcional (designacin -) eidentificacin de punto de conexin (designacin :).

Por ejemplo, el rel de falla interruptor, designado bajo norma ANSI con elnmero funcional 51BF, no se distingue de un rel de sobrecorriente cualquierabajo la norma IEC.

3.2.4 Simbologa segn Norma ANSI/IEEE e IEC

De acuerdo con lo anterior, a continuacin se presenta la simbologa msempleada en el campo de los sistemas de proteccin de lneas, transformadores,barras y generadores. En la columna izquierda est la definicin de la proteccino rel, en la columna central la representacin ANSI/IEEE y en la columnaderecha la simbologa IEC.

Funcin ANSI/IEEE IEC

Proteccin distancia es un rel que funcionacuando la admitancia, impedancia o reactancia seincrementa o decrece superando limitespredeterminados.

21

Z<

Rel de verificacin de sincronismo es undispositivo que opera cuando dos circuitos AC seencuentran dentro de los limites deseados defrecuencia, ngulo de fase y voltaje para permitirla conexin en paralelo de los mismos.

25

Syn




Rel de bajo voltaje es un rel que funcionasobre un valor dado de baja tensin. 27

3U<

Rel direccional de potencia es un dispositivoque funciona sobre un valor deseado de flujo depotencia en una direccin dada.

32

P

Rel de baja potencia o baja corriente es unrel que funciona cuando el flujo de potencia ocorriente decrece por debajo de un valordeterminado.

37

P<

I<

Rel de campo es un rel que opera ante unvalor bajo anormal o por falla en el campo de lamquina, o un exceso en el valor de la reactanciade la corriente de armadura en una mquina ACindicando anormalidad en el campo de excitacin.

40

If<

Q>

Rel de corriente de fase inversa o de balancede fases es un rel que funciona cuando lascorrientes estn en inversin de fases odesbalanceadas o contienen componentes desecuencia negativa.

46

I2>

Rel de secuencia de fases es un rel quefunciona sobre un valor predeterminado de voltajepolifsico en una secuencia de fases deseada.

47 No Definido

Rel trmico de transformador o mquina es unrel que funciona cuando la temperatura de unamquina u otro dispositivo de carga otransformador de potencia o rectificador depotencia excede un valor determinado.

49 s>

Rel de sobretemperatura del aceite49D

s>



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Rel instantneo de sobrecorriente es un relque funciona instantneamente ante un valorexcesivo en la corriente indicando una falla en elaparato o circuito protegido.

50

3I>>

Rel instantneo de sobrecorriente de tierra 50N

I >>

Rel de falla interruptor 51BF

3I>

Rel temporizado de sobrecorriente es un relcon caractersticas de tiempo inverso y definidoque funciona cuando la corriente en circuitos ACexcede un valor determinado.

51

3I>

Rel temporizado de sobrecorriente de tierra 51N

I >

Interruptor de corriente alterna 52

Rel de sobretensin es un rel que opera a untiempo determinado cuando se supera un valor devoltaje especfico.

59

U>

Rel de balance de corriente o tensin es unrel que opera sobre una diferencia dada en elvoltaje o corriente de entrada o salida de doscircuitos.

60

U1U2

Rel de presin es un suiche que opera con elaumento o descenso de la presin o rangos devariacin en la misma.

63




Rel Buchholz: Es un rel que detecta lapresencia de gases en el aceite.

63B

B

Rel de flujo de aceite: Es un rel que detecta lasuperacin del flujo de aceite en una tubera

63D

D

Rel de presin sbita: Es un rel que detectael incremento sbito de la presin en un tanque.

63P

P

Dispositivo de alivio de presin: Es undispositivo mecnico que acta permitiendo lasalida de aceite, cuando la sobrepresin dentrodel tanque supera un valor.

63Q

Q

Rel de tierra es un rel que funciona ante la fallaen el aislamiento de una mquina, transformadoru otro aparato a tierra, o por el flameo de unamquina DC a tierra.

64 No Definido

Rel direccional de sobrecorriente de fases 67

I>

Rel direccional de sobrecorriente de tierra 67N

I >

Rel de desfasaje o medida de ngulo de fasees un rel que funciona en un ngulo de fasepredeterminado entre dos voltajes o entre doscorrientes o entre voltaje y corriente.

78 No Definido

Rel de recierre es un rel que controla elrecierre y bloqueo automtico de un interruptorAC.

79

1-3 PH 01



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Rel de frecuencia es un rel que funciona sobreun valor determinado de frecuencia (alto/bajo) opor rangos de variacin de la misma.

81

f

Rel de bloqueo es un dispositivo de bloqueo alcierre, desenergizado manual o elctricamente,que funciona para apagar o mantener fuera deservicio un equipo bajo la ocurrencia decondiciones anormales que ameriten una revisin.

86

01

BLOQUEO

Rel diferencial es un rel que funciona sobre unporcentaje o ngulo de fase o sobre unadiferencia de corrientes o de alguna otra cantidadelctrica.

87 3Id>

Rel de proteccin diferencial de barras 87B

3Id>

Rel de proteccin diferencial detransformador

87T

3Id>

3.3 CONSIDERACIONES SOBRE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

3.3.1 Seleccin de acuerdo con normas ANSI

Para la seleccin de un transformador de corriente asociado con un rel deproteccin, utilizando las normas ANSI, es necesario considerar los efectos de lasaturacin de estos elementos. Para ello, se debe tener en cuenta la corriente demagnetizacin medida en los terminales secundarios del transformador decorriente (CT). La corriente de excitacin tiene valores definidos para cada nivelde voltaje como se muestra en la Figura 3. Esta curva muestra el voltaje deestado estable y la corriente de excitacin para un CT con precisin C400(2000:5), la cual puede ser usada para determinar los factores de correccin de larelacin de transformacin en varios niveles de excitacin en estado estable. Ancuando la curva de excitacin tiene bien definido el punto de codo, no es clara laubicacin del punto de saturacin del CT. Por esta razn, los rangos de precisindel rel estn basados en la correccin de la relacin del CT y seleccionados por



la clase y el voltaje secundario. El voltaje secundario nominal es el voltaje que elCT soportar a la carga nominal cuando cruza una corriente de 20 veces lanominal sin exceder un 10% de error en la relacin de transformacin.

Las cargas nominales de CTs asociados con proteccin son 1, 2, 4 y 8 ohmios,todas con un ngulo de 60. En consecuencia, a 20 veces los 5 amperiossecundarios, los rangos son 100, 200, 400 y 800 voltios. Cuando circulan 100amperios secundarios con un factor del 10%, el valor de voltaje puede ser ledodesde la curva de excitacin con una corriente de 10 amperios. Para la relacinde 2000:5, el voltaje ledo es de 496 voltios. En este caso el voltaje es menor a800 y mayor a 400. Por tanto el rango es C400 siempre que en la relacin de 400la resistencia D.C. sea menor a 0.0024 ohmios por vuelta para garantizar undescenso en el voltaje interno de 96 voltios.

El voltaje de carga V est relacionado con el nmero de espiras N y la variacindel flujo en el tiempo:

=

dtd

NVf

(1)

Si se integra la ecuacin (1) se puede mostrar que el flujo est representado porla densidad de flujo B que cruza el rea transversal A del ncleo. Considerandoque la magnitud del rea bajo la onda seno representa la densidad de flujo B, seencuentra que sta seala un umbral de saturacin del CT indicando su lmite deoperacin.

En la anterior expresin el lmite de la integral del trmino exponencial es larelacin X/R, lo que lleva a expresar el voltaje del CT en trminos de parmetrosfsicos del mismo como la densidad de flujo B, la relacin entre espiras N, laseccin transversal A y la frecuencia del sistema w. Adems, esto determina elrango de operacin sin saturacin en trminos de la relacin X/R, la mximacorriente de falla IF y la carga del CT.



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Curva de Excitacin

0.001 0.01 0.1 1 10 100Corriente de Excitacin ( A )

Vo

ltio

s d

e E

xcit

aci

n (

V )

Figura 3 Curva de excitacin transformador de corriente 2000:5 A

De acuerdo con lo anterior y con el fin de conservar la exactitud de lostransformadores de corriente de protecciones durante fallas externas, seconsidera que el voltaje nominal secundario del CT debe ser 20 veces el voltajeque aparece sobre la carga a una corriente dada. Por tanto si se expresa lacorriente de falla IF en por unidad de la corriente secundaria y ZB en por unidad dela carga nominal, se puede establecer un criterio de seleccin de CTs a travs dela siguiente expresin :

BF ZIRX

**120

+ (2)

donde IF es la mxima corriente de falla en por unidad

ZB es la carga del CT en por unidad de la carga nominal (1,2,4,8 W)

X/R es la el factor de calidad del circuito de falla primario

Por ejemplo, para una lnea de transmisin con una relacin de X/R igual a 12 yuna corriente de falla de 4 veces la corriente nominal del CT, se encuentra que deacuerdo con la ecuacin ZB debe ser menor o igual a 0.38 P.U. de la carganominal de 8 ohmios. Por tanto, la saturacin ser minimizada manteniendo unacarga en el CT de 3.04 Ohm o menos.

Tomando como base lo expuesto anteriormente, se podra definir unprocedimiento para la seleccin de transformadores de corriente con aplicacinen sistemas de proteccin de acuerdo con normas ANSI:



Determinar la corriente mxima de falla en amperios primarios. Luegoexpresarla en por unidad de la corriente nominal del CT.

Determinar la correspondiente relacin X/R del circuito primario.

Seleccionar el voltaje nominal del CT. Luego determinar la carga total en porunidad de la carga nominal del CT.

Aplicar la ecuacin 2 y seleccionar la carga mxima permitida en el secundariodel CT.

Este procedimiento puede ser usado en diferentes aplicaciones. Sin embargo, lasrelaciones de CTs que evitan saturacin ante corrientes asimtricas no sonprcticas en aplicaciones cercanas a barras de generacin en donde el factor decalidad y la corriente de falla son extremadamente grandes. Cuando la saturacindel CT es inevitable por alguna razn, los CTs nicamente pueden serseleccionados considerando una sensibilidad razonable.

3.3.2 Seleccin de acuerdo con normas IEC

La seleccin de transformadores de corriente para protecciones de acuerdo connormas IEC es substancialmente parecida a las normas ANSI, slo que debetenerse en cuenta que en la Norma IEC, las relaciones secundarias pueden ser1 A, 2 A, y 5 A y que el nmero de veces la corriente nominal del CT a la quedebe garantizarse la exactitud es de 10, 20 30.

3.3.3 Valores secundarios de los ajustes de las protecciones

En el desarrollo de estudios de coordinacin de protecciones, una vez se hanestablecido todas las recomendaciones de ajuste de las diferentes funciones delos rels, ya sean protecciones de distancia, sobrecorrientes de fase y tierra ydireccionales, sobre y baja tensin, rels de falla interruptor, entre otros, esimportante realizar un anlisis de las caractersticas tcnicas garantizadas de losdispositivos de proteccin y en especial lo relacionado con las franjas permitidaspor los mismos. Esto es importante en la medida en que un ajuste en particularno pueda ser ingresado en la programacin del rel debido a la propiedad de lafranja (continua, discreta o por pasos) ya sea porque tenga un limite inferior osuperior o por el valor del paso entre puntos de la misma franja.

Esto conlleva a la necesidad de modificar la recomendacin de ajuste con elpropsito de definir un nuevo ajuste dentro del rango disponible, acorde con losrequerimientos del esquema de proteccin.



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Cuando se presenta la oportunidad de conocer la topologa de un nuevo proyecto,resulta conveniente llevar a cabo un anlisis preliminar de los ajustes en valoresprimarios del sistema. Algunos datos como parmetros de lneas ytransformadores de potencia, generaciones, lmites operativos del sistema, curvasde soportabilidad, corrientes mnimas y mximas de falla en puntos especficosdel sistema, ayudarn a recomendar ajustes que coordinen con otrasprotecciones y ofrezcan selectividad al sistema.

Una vez conocidas las relaciones de los transformadores de medida (Corriente yTensin) es necesario reflejar estos ajustes a valores secundarios del rel y, apartir de all, establecer si el ajuste encuentra ubicacin dentro de la franja delrel no. En este ltimo caso, es necesario entonces redefinir el ajuste o en uncaso extremo, analizar la posibilidad de cambiar el equipo de proteccin.

En el caso de los rels que leen impedancia, la relacin para convertir valores deimpedancia de sistema de alta tensin al nivel de tensin y corriente del rel, estdada por:

TVTC

ZpZs *=

Donde: Zs = Impedancia vista en el secundario, en Ohm (a nivel del rel)

Zp = Impedancia vista en el lado de alta tensin, en Ohm

TC: Relacin de transformacin del transformador de corriente

TV : Relacin de transformacin del transformador de voltaje

4. PROTECCIONES DE LNEAS

Las lneas son los elementos del sistema elctrico que interconectan dos o mssubestaciones y por su longitud son los elementos ms expuestos a falla dentrodel sistema de potencia, razn por la cual, deben ser protegidas de maneraespecial.

4.1 Caractersticas bsicas

Las caractersticas bsicas de las protecciones son: la confiabilidad, laselectividad (coordinacin), la sensibilidad, la velocidad y la simplicidad,caractersticas que estn siempre presentes en todas las situaciones deproteccin.



4.1.1 Confiabilidad

Esta es una de las consideraciones ms importante para el diseo de un sistemade proteccin. La confiabilidad est definida como la probabilidad de que un relo sistema de protecciones no acte inadecuadamente y est compuesta por dosaspectos: fiabilidad y seguridad.

La fiabilidad est definida como el grado de certeza con el que un rel o sistemade rels operar correctamente cuando sea requerido para hacerlo, es decir, queno omita disparos cuando se requieren.

La seguridad est definida como el grado de certeza de que un rel o sistema derels no operar incorrectamente en ausencia de fallas, es decir, que no emitadisparos errneos.

De acuerdo con las definiciones anteriores, se puede decir que la fiabilidad esrelativamente ms fcil de obtener que la seguridad, dado que existen mtodospara asegurarla, como por ejemplo la redundancia en los sistemas de proteccin yel respaldo local y remoto, mientras que para obtener seguridad sera necesariosimular todas las condiciones posibles a las cuales estar sometido el rel y no sepodra garantizar que todas fueron simuladas.

Una forma de lograr la seguridad podra ser la instalacin en serie de loscontactos de disparo de dos protecciones que protegen el mismo equipo, demodo que se requiera que ambas protecciones vean la falla para dar orden dedisparo. La fiabilidad en este caso se lograra colocando los contactos de dichasprotecciones en paralelo, de tal forma que cualquiera de las dos que vea la fallaproduzca el disparo.

En vista de todo lo anterior se puede concluir que cuando se aumenta la fiabilidadse disminuye en cierto grado la seguridad y viceversa.

4.1.2 Selectividad y coordinacin

La selectividad de un sistema de proteccin consiste en que cuando ocurra unafalla, sta sea despejada por los rels adyacentes a la misma, evitando la salidade otros circuitos o porciones del sistema. La coordinacin se refiere al procesode operacin rpida de los rels para condiciones de falla de tal forma que acteninicialmente las protecciones principales (de equipos o sistmicas), aislando elelemento fallado o la porcin del sistema que tiene problemas (por ejemplo laactuacin de la primera zona de proteccin en el caso de lneas) y que se tengarespaldo por parte de otras protecciones en caso de que la proteccin principal nopueda cumplir su cometido (zonas temporizadas en el caso de lneas detransmisin). Para lograr una mxima continuidad en el servicio se debealcanzar, tanto la selectividad como la coordinacin.

Cada proteccin principal de equipos debe tener un rea delimitada de operacin,de acuerdo con la cual las protecciones se clasifican en:



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Protecciones coordinadas o relativamente selectivas: son aquellas que por ssolas no determinan cul es la zona que estn protegiendo. Por ejemplo laproteccin de distancia, la cual tiene varias zonas de proteccin, la primerageneralmente de operacin instantnea y protege un porcentaje relativo de lalnea; las dems zonas protegen toda la lnea y parte de las lneas adyacentesy operan temporizadas.

Protecciones unitarias o absolutamente selectivas: Determinan claramente cules su zona de proteccin. Por ejemplo la proteccin diferencial (detransformador 87T, de lnea 87L, de generador 87G, de barras 87B) cuya zonade proteccin est determinada por los CTs asociados con la proteccin.

4.1.3 Velocidad o tiempo de despeje de fallas

Los requerimientos de velocidad deben determinarse muy cuidadosamente,teniendo en cuenta que si la proteccin es muy lenta el sistema puededesestabilizarse y los equipos pueden sufrir daos adicionales, pero si laproteccin es demasiado rpida se pueden ver comprometidas la seguridad y laselectividad del sistema.

4.1.4 Sensibilidad de la proteccin

sta se refiere a las mnimas cantidades actuantes con las cuales se debe ajustarel rel para que detecte una condicin anormal. Cuando se va a observar lasensibilidad de la proteccin, deben tenerse en cuenta algunos problemas como:fallas a tierra de alta impedancia, desbalances de voltaje inherentes al sistema,etc.

4.1.5 Simplicidad

En los diseos de las protecciones de lnea, es comn que no se tenga en cuentaesta caracterstica tan importante de un sistema de proteccin. Dado que losnuevos rels multifuncionales han creado gran cantidad de soluciones especialespara posibles problemas del sistema, es muy comn que la implementacin deesas soluciones se haga en forma incorrecta o incompleta y por consiguiente sepueden presentar consecuencias ms graves que si no se implementaran dichassoluciones.

4.1.6 Respaldo

En general, el proceso de coordinacin de protecciones requiere que se utilice unsistema de respaldo para el caso en que falle la proteccin principal o elinterruptor. Dicho sistema deber ser ms complejo mientras ms importante seael sistema.

Este sistema de respaldo puede ser:



4.1.6.1 Respaldo local para falla de la proteccinSe utiliza un rel que protege contra la misma anomala, pero ajustado con untiempo de operacin mayor y conectado a otro ncleo del TC.

4.1.6.2 Respaldo local contra falla del interruptorSe utiliza el rel de falla interruptor. Esta proteccin se presentarposteriormente con ms detalle.

4.1.6.3 Respaldo Remoto contra fallas del interruptor y de la proteccinEste respaldo lo suministran protecciones relativamente selectivas colocadas enlas barras adyacentes. Por ejemplo la zona 2 de las protecciones de distancia.

4.2 Seleccin del esquema de proteccin de lnea

La seleccin del esquema de proteccin ms adecuado est influenciado porvarios factores, los cuales se describen a continuacin:

4.2.1 Importancia y funcin de la lnea

Este es uno de los aspectos ms relevantes en la proteccin de la lnea detransmisin, dado que dependiendo de la importancia de la lnea en el sistema sedefine el nivel de confiabilidad requerido.

En general, en las lneas ms crticas del sistema se justifica la redundancia en laproteccin, las comunicaciones y en la fuente auxiliar de DC. Las lneas menoscrticas se pueden proteger adecuadamente con rels de distancia y desobrecorriente.

La determinacin de la importancia de la lnea se debe basar en el nivel devoltaje, longitud de la lnea, proximidad a fuentes de generacin, flujos de carga,estudios de estabilidad, consideraciones de servicio al cliente y otros factores.

En Colombia el Cdigo de Red establece que todas las lneas de 220 kV osuperiores son importantes, razn por la cual exige doble proteccin principal yredundancia en CT y en PT.

4.2.2 Factores del Sistema

En la seleccin de la proteccin de la lnea, se deben tener en cuenta factoresrelacionados con los requerimientos del sistema o con la configuracin de lalnea, as:



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4.2.2.1 Requerimientos de tiempo de despeje de fallaLa consideracin del tiempo de despeje de falla no slo influencia la seleccin delos rels principales sino tambin la de la proteccin de respaldo local o remota,dado que el sostenimiento de una falla por un tiempo muy largo puede afectar laestabilidad del sistema.

Cuando la lnea a proteger tiene incidencia en la estabilidad del sistema, seprefieren los esquemas fiables, como por ejemplo la doble proteccin principal yel respaldo remoto en segunda y tercera zonas.

En Colombia, donde se tiene el esquema tendiente a la fiabilidad, de dobleproteccin principal, las lneas que requieren alta fiabilidad y velocidad porproblemas de estabilidad, se prefieren proteger con rels de proteccin de lneaque tengan principio de funcionamiento diferente. Esto mejora substancialmentela fiabilidad pero afecta la seguridad, como lo ha demostrado la experienciaoperativa.

Las lneas, cuya prdida signifique racionamientos y problemas sociales, ms queproblemas de estabilidad, pueden tener una orientacin ms segura, utilizandopor ejemplo dos rels de distancia de igual principio de proteccin.

4.2.2.2 Longitud de la lneaLas lneas de transmisin pueden ser definidas o clasificadas como cortas,medias o largas. Esta clasificacin no depende nicamente de la longitud de lalnea sino tambin del nivel de tensin de la lnea, el cual a su vez tiene un efectomuy importante en el SIR de la lnea.

El SIR es la relacin entre la impedancia de la fuente situada detrs de laproteccin de la lnea y la impedancia de la lnea (SIR = ZG/ZL).

Normalmente, para una longitud de lnea dada, la impedancia en por unidad(P.U.) vara mucho ms con el voltaje nominal que la impedancia en Ohm. Estefactor conjuntamente con las diferentes impedancias de cortocircuito a niveles devoltaje diferentes, muestran que el voltaje nominal de una lnea tiene un efectosignificativo en el SIR de la lnea.

En conclusin, la lnea se debe clasificar como corta, media o larga segn el valordel SIR y no solamente segn su longitud. De acuerdo a lo anterior, las lneas seclasifican as:

Lneas Cortas: aquellas cuyo SIR es mayor o igual 4.

Lneas Medias: aquellas cuyo SIR est entre 0.5 y 4.

Lneas Largas: aquellas que tienen un SIR menor o igual a 0.5.

A continuacin se presenta un ejemplo de clasificacin de lneas de acuerdo conel SIR:



Considrese una lnea de 500 kV con una reactancia de secuencia positiva de0.332 W/km, la cual corresponde a una reactancia de 0.0001328 P.U. por km,sobre una base de 100 MVA a 500 kV. Si la impedancia de la fuente detrs delrel es 0.01328 P.U.(la cual corresponde a un nivel de falla de 10.000 MVA), setendra la siguiente clasificacin para las lneas:

Lneas Cortas: las que tienen longitudes menores de 19 km

Lneas Largas: las que tienen longitudes mayores de 150 km

La clasificacin de las lneas es muy importante para la seleccin del esquema,dado que las lneas muy cortas o las lneas muy largas pueden requerir esquemasde proteccin especiales.

Para proteccin de lneas cortas se recomienda el uso de esquemas deproteccin completamente selectivos como hilo piloto, corriente diferencial ocomparacin de fases, dado que la diferencia en los aportes de corriente parafalla cerca al rel o en el terminal remoto, es muy pequea, dificultando de estaforma leer la variacin de la impedancia con precisin. Adicionalmente, no serecomienda el uso de proteccin distancia como proteccin principal, dado quefactores tales como la resistencia de arco o la impedancia de falla pueden causarsubalcance en el rel.

Para la proteccin de lneas de longitud media, se puede utilizar sin problema laproteccin de distancia, dado que la discriminacin del rel es ms efectiva enlneas con SIR menor que cuatro (4).

Las lneas largas, conectadas entre sistemas dbiles o siendo ellas mismasdbiles en comparacin con los sistemas que unen, generalmente requierendisparos de alta velocidad para evitar problemas de estabilidad en el sistema.Estas lneas pueden tener otros elementos incluidos, tales como condensadoresen serie, lo cual hace variable la impedancia total de la lnea bajo ciertascondiciones e introduce comportamientos transitorios que hacen difcil laselectividad. Los esquemas de proteccin que ms se recomiendan para estetipo de lneas compensadas son la comparacin de fases y la comparacindireccional, utilizando PLC (Power Line Carrier) o microondas.

4.2.2.3 Tamao de la fuenteEl tamao de la fuente que alimenta la lnea determina los niveles de corriente defalla y afecta la capacidad de los sistemas de proteccin para proveer unaadecuada selectividad. Si el tamao de la fuente est sujeto a variacionessignificativas debido a cambios en las condiciones de operacin, la proteccindebe ser tan flexible que pueda ser fcilmente modificada o adaptadaautomticamente para acomodarse a tales variaciones.



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4.2.2.4 Configuracin de la lneaEl nmero de terminales o la influencia de condensadores en serie o reactores enparalelo, en ocasiones requieren prcticas de proteccin especiales.

4.2.3 Comunicaciones

La seleccin del sistema de comunicaciones asociado con la proteccin de lalnea debe hacerse en forma paralela a la seleccin de la proteccin, paragarantizar que sean compatibles. La tendencia ms moderna es separar loscanales de comunicaciones para cada proteccin principal y para cada proteccinde respaldo de sobrecorriente direccional a tierra.

4.2.4 Tecnologas nuevas vs. Tecnologas viejas

Las nuevas tecnologas suministran grandes ventajas, entre las que se cuentan:cargas ms bajas para los CTs, mayor sensibilidad, rangos de ajuste amplios,posibilidades de varios grupos de ajustes, gran flexibilidad, posibilidades pararesolver problemas especiales de proteccin, etc. Adicionalmente, hoy da, lastecnologas numricas nuevas son ms baratas que las tecnologas antiguasanalgicas electrnicas o electromecnicas.

4.2.5 Compromisos del diseo del esquema de proteccin

El diseo del sistema de proteccin puede

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