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Más sobre este recurso: Catalogado en base de datos como: Protecciones de las Líneas Eléctricas: Relés de protección. Tipos de relé de protección y vigilancia de líneas y redes. Corrientes de cortocircuito. Interruptor de potencia. Fusibles. Sobretensiones. Pararrayos - autovalvulas. Agregado: 26 de JULIO de 2003 (Por Michel Mosse) | Palabras: 3249 | Votar! | Sin Votos | Sin comentarios | Agregar Comentario Categoría: Apuntes y Monografías > Electrónica > |
"Protecciones
de las Líneas Eléctricas "
Indice
1.-
Generalidades
2.-
Relés de protección.
2.1.-
Tipos de relé de protección y vigilancia de líneas y redes.
2.1.1.-
Relé de intensidad.
2.1.2.-
Relés de tensión.
2.1.3.-
Rele de vigilancia de contacto a tierra.
2.1.4.-
Relé diferencial.
2.1.5.-
Relé de distancias.
3.-
Protección contra sobrecargas.
4.-
Corrientes de cortocircuito.
4.1.-
Clases de cortocircuitos.
4.2.-
Calculo de intensidad de cortocircuito ( Icc).
5.-
Protección de instalaciones contra cortocircuitos.
5.1.-
Interruptor automáticos de potencia.
5.2.-
Interruptor de potencia de alta tensión.
5.2.1.-Apertura
de contactos de un interruptor de potencia.
5.2.2.-
Interruptor en baño de aceite.
5.2.3.-Interruptor
de pequeño volumen de aceite.
5.2.4.-
Interruptores de gas a presión
5.3.-
Fusibles.
6.-
Sobretensiones.
6.1.-
Sobretensiones externas.
6.2.-
Sobretensiones internas.
6.2.1.-
Sobretensiones de maniobra.
6.2.2.-
Sobretensiones de puesta a tierra.
6.2.3.-
Sobretensiones a la frecuencia de servicio.
6.2.4.-
Sobretensiones de puesta en servicio de líneas.
7.-
Protección de líneas eléctricas contra sobretensiones.
7.1.-
Dispositivos y aparatos de potencia.
8.-
Pararrayos.
8.1.-
Pararrayos - autovalvulas.
8.2.-
Características de un pararrayos - autovalvulas.
8.3.-
Elección de un pararrayos.
8.4.-
Montaje.
1.-
Generalidades
La
seguridad en el suministro de energía eléctrica desde la central al punto de
consumo depende, en gran parte, del grado de protección previsto en las
subestaciones y líneas intermedias. Una línea eléctrica bebe estar protegida
contra sobreintensidades, cortocircuitos y sobretensiones.
2.-
Relés de protección.
Los
reles de protección son derivados de los reles de medición, los cuales por su
funcionamiento rápido y automático, hacen posible la agrupación.
Los
reles de protección deben reponder a diversas exigencias :
- Consumo propio reducido.
- Sensibilidad.
- Capacidad de soportar cortocircuitos sin
deformarse.
- Exactitud de los valores de funcionamiento.
- Indicación de los valores de funcionamiento
mediante señales ópticas.
- Posibilidad de transmisión de los valores medidos
para la indicación a distancia.
El
funcionamiento general de los reles de protección es tal que, al sobrepasar o
descender por debajo de un valor de la magnitud de acción que ellos vigilan,
hace dispararse al interruptor de potencia.
2.1.-
Tipos de relé de protección y vigilancia de líneas y redes.
Según
su funcionamiento los reles de protección pueden ser :
-
Sobreintensidad.
-
Mínima y máxima tensión.
-
Vigilancia de contactos a tierra.
-
Diferenciales.
-
Distancia.
2.1.1.-
Relé de intensidad.
El
aparato actúa cuando la corriente que circula sobrepasa la corriente nominal.
El relé de sobreintensidad no retrasado tiene el mismo funcionamiento pero
tiene un contacto auxiliar.
-
El relé temporizado de sobreintensidad independiente : es la combinación
de reles de tiempo y de intensidad, cuando se detecta una sobreintensidad se
pone en funcionamiento el mecanismo de tiempo que es totalmente independiente
de la magnitud de la intensidad.
-
El rele temporizado de sobre intensidad térmico : este tipo de rele actúa
al cabo de unos segundos de producirse la sobrecarga, disminuyendo el tiempo de
disparo fuertemente al aumentar la intensidad
2.1.2.-
Relés de tensión.
Su
comportamiento es similar al rele de sobreintensidad no retardado,
distinguiéndose dos tipos: de mínima y máxima tensión.
-
El rele de mínima tensión actúa cuando la tensión de red disminuye a un valor
que pudiera ser peligroso para los receptores( < 85 % de VL ) y
que persiste durante cierto tiempo.
-
El rele de máxima tensión tiene la misión de evitar la elevación de la tension
de red a valores superiores al máximo previsible
-
El rele de vigilancia de la tensión trifasica se coloca en redes trifasicas
para la vigilancia de las tres tensiones en reles de protección o contadores y
así evitar disparos o mediciones erróneas. Generalmente señalan fuertes
descensos o la caída de una o varias tensiones.
2.1.3.- Relé de vigilancia de contacto a tierra.
El
relé de vigilancia de contacto a tierra tiene la misión de señalizar
inmediatamente, en redes sin puestas a tierra del punto estrella, los contactos
a tierra que se presenten en la red. Los dispositivos de extinción de contactos
a tierra disminuyen la corriente en los puntos de contacto a tierra a una
medida no perjudicial, evitando poner inmediatamente fuera de servicio las
partes de la línea afectadas por el contacto a tierra
2.1.4.-
Relé diferencial.
Tiene
la misión de detectar la corriente de defecto de una línea por comparación de
las corrientes en sus dos extremos captadas por medio de transformadores de
intensidad. Cuando la comparación de corrientes se hace de dos líneas en
paralelo, se llama relé diferencial transversal.
2.1.5.-
Relé de distancia.
Es
un dispositivo que actúa al producirse cortocircuitos en las líneas durante un
tiempo que resulta proporcional a la distancia donde se haya producido dicho
defecto. Este tipo de protección es el más generalizado en líneas de media y
alta tensión
3.-
Protección contra sobrecargas.
Este
tipo de protecciones suele utilizarse en líneas subterráneas como medida de
precaución para evitar el paso de intensidades superiores a las nominales, con
el consiguiente peligro para el aislamiento, por causas térmicas. Naturalmente
este exceso de intensidad es siempre muy inferior a la corriente de
cortocircuito, utilizándose para su prevención dispositivos térmicos o
magnéticos, similares a los utilizados el las protecciones de motores. También
puede utilizarse fusibles, como dispositivo para interrumpir el paso de
corriente. También puede conseguirse una protección eficaz de sobre
intensidades con seccionadores en carga combinado con fusibles de apertura rápida
y relés térmicos.
4.-
Corrientes de cortocircuito.
Debido
al constante incremento de producción de energía eléctrica, las corrientes de
cortocircuitos, en los sistemas de transporte y distribución actuales alcanzan
valores elevados, que en muchos casos pueden afectar gravemente las
instalaciones.
La
corriente de cortocircuito de una instalación eléctrica, en general, va
acompañada, en el momento inicial, de fenómenos transitorios seguidos de una
situación permanente. Los efectos básicos del cortocircuito sobre la
instalación se pueden resumir en dos :
a)
Efecto electrodinamico, debido a la fuerza que aparece en los conductores al
ser atravesados por fuertes corrientes y estar bajo campo magnético. El campo
magnético lo crea la misma corriente o bien la corriente que circule por los
conductores vecinos de la misma o distintas fases. Esta fuerza es proporcional
al cuadrado de la intensidad. La fuerza máxima se producirá, por tanto, cuando
la corriente tenga el valor máximo.
Q
= R· I2 · D t
en donde :
R = resistencia ohmica del
conductor.
I = intensidad que circula por
él.
D t = tiempo de duración del
cortocircuito.
Q = capacidad calorifica del
cable, que depende de su sección, clase de conductor ( Cu o Al ) y
temperatura máxima admisible.
A partir de la ecuación de
equilibrio podrá calcularse la intensidad de cortocircuito máxima que es capaz
de soportar el cable. Además de los efecto anteriores, un cortocircuito produce
una caída de tensión elevada, que a su vez puede dar lugar a desequilibrios de
tensiones y corrientes en la red.
4.1.- Clases de Cortocircuitos.
En las redes trifasicas y neutro
a tierra se pueden distinguir :
- Cortocircuto trifásico.
- Cortocircuito entre dos fases
sin contacto a tierra, que afecta a dos fases cualquiera
- Cortocircuito entre dos fases
con contacto a tierra, que afecta a dos fases y tierra
- Cortocircuito entre fase y
tierra, es el caso más normal en las líneas de A. T..
Un cortocircuito equivale a una
carga cuya intensidad solo viene limitada por la impedancia de la parte de red
afectada.
4.2.- Calculo de la intensidad
de cortocircuito ( I cc ).
El cortocircuito trifasico
equivale a una carga simétrica de la red ; por tanto, el calculo puede
realizarse por fase como si se tratara de una línea normal. Los restantes
cortocircuitos son asimétricos y tienen que calcularse por métodos difíciles
por lo que se omitirá su resolución.
Los pasos a seguir para la
resolución de Icc es el siguiente :
1º.- Determinar la impedancia
total del tramo de línea afectada por el cortocircuito.
2º.- Determinar la Icc permanece
en el punto considerado.
La impedancia de la línea
afectada por el cortocircuito estará formada por circuitos serie o paralelo, o
mallas que habían de resolverse y obtener la Z equivalente. Las componentes de
la impedancia total serán la resistencia ( Rcc ) y reactancia ( Xcc ) de
cortocircuito :
Zcc
= Rcc + j · Xcc
½ Zcc ½ = 
Normalmente las componentes Rcc
y Xcc se expresan en W / Km y suelen darse en los catálogos de fabricantes de
cables.
El valor de la corriente de
cortocircuito I cc se obtiene a partir de la formula :
V fase V L
Icc =---------- = ------------
Zcc 
· Zcc
en donde :
VL = tensión de línea
( Kv ).
Zcc = impedancia de
cortocircuito por fase ( W ).
Icc= Corriente de cortocircuito
permanente ( KA ).
A su vez, la potencia de
cortocircuito es:
VL V2 L
Pcc = · VL
· Icc = · VL
· ------------- = ---------
· Zcc Zcc
en donde :
VL = tensión de línea
( Kv).
Pcc = Potencia de cortocircuito
( MVA ).
5.- Protección de instalaciones
contra cortocircuitos.
Tanto en M.T. como en A.T.,
pueden utilizarse los siguientes dispositivos de protección :
- Interruptor de potencia
automático
- Fusibles.
- Procedimientos mixtos;
ejemplo : fusibles - seccionadores en carga, fusibles - interruptor
automático.
5.1.- Interruptor automático de
potencia.
Es un aparato mecánico de
conexión capaz de establecer, soportar e interrumpir corrientes en condiciones
normales del circuito, así como de establecer, soportar durante un tiempo
especificado e interrumpir corrientes en conducciones anormales especificas del
circuito tales como el cortocircuito.
Un Interruptor de potencia se
llama automático cuando es maniobrado automáticamente mediante relés ( relé
temporizador de máxima intensidad, relé térmico directo, relé electrónico de
protección de líneas, etc.).
5.2.- Interruptor de potencia de
alta tensión.
Los interruptores de potencia de
A. T. se utilizan en las redes de suministro de energía eléctrica para unir o
separar partes de dichas redes, bien sea en condiciones normales de servicio o
en caso de averías. En el caso de producirse avería, el interruptor ha de
separar las partes defectuosas de las redes, a ser posible, en el mismo
instante de producirse. Las redes están vigiladas por relés de protección,
que, en caso de detectar un cortocircuito, envían un impulso de desconexion a
los interruptores correspondientes. Es interesante que los reles realicen una
protección selectiva, es decir, que eliminen a ser posible, solamente la parte
de línea comprendida entre dos interruptores. En las maniobras de servicio, las
intensidades que han de cortar los interruptores pueden llegar hasta algunos
miles de amperios ; sin embargo en las desconexiones por cortocircuito,
las intensidades alcanzan valores muy elevados( 150000 A para media tensión).
La elección del interruptor para un caso determinado depende principalmente de
su potencia de ruptura, que es la mayor potencia de cortocircuito que
puede desconectar dicho interruptor y suele expresarse en MVA.
5.2.1.- Apertura de contactos de
un interruptor de potencia.
En los interruptores de C. A. no
se interrumpe la corriente en un momento cualquiera, sino que se aprovecha el
hecho de que dicha corriente pasa dos veces por cero dentro de cada periodo, es
decir 100 veces cada segundo para una frecuencia. Si se intenta interrumpir
repentinamente una intensidad muy elevada ( miles de amperios ), se producirían
en la red sobretensiones muy elevadas, que , además de perjudicar su
aislamiento, formarían un arco entre los contactos abiertos del interruptor,
anulando así la maniobra de apertura.
5.2.2.- Interruptor en baño de
aceite
Este tipo de interruptor hace
tiempo que no se fabrica, dado su elevado volumen y precio.
5.2.3.- Interruptor de pequeño
volumen de aceite.
Los interruptores de pequeño
volumen de aceite producen por si mismos el fluido extintor aprovechando la
energía del arco. El arco origina gases, por evaporación del aceite, que se
desplazan en forma de fluido de aceite a través de diversos canales para
extinguirlo.
5.2.4.- Interruptores de gas a
presión.
Como medio de extinción,
utilizan normalmente aire comprimido depositado en un recipiente de acero,
siendo el proceso de extinción independiente de la energía del arco y, por
tanto, de la corriente que debe interrumpirse. La camara de ruptura de estos
interruptores puede ser de tobera metálica o tobera de material aislante. En
ambas, el arco se extiende al interior de una tobera en forma de anillo y es
rodeado por el aire comprimido, que fluye a gran velocidad en dirección axial y
transversal ; normalmente es más utilizada la tobera metálica.
5.3.- Fusibles.
Los fusibles tienen la misión de
interrumpir el paso de la corriente en un circuito al aparecer
sobreintensidades o corrientes de cortocircuito. La interrupción se realiza por
la fusión de un conductor fusible, que normalmente es hilo de plata, que rodea
a un soporte aislante y va soldado a las caperuzas externas. Por el efecto de
la arena de cuarzo, la extinción del arco se realiza rápidamente, limitando la
amplitud del cortocircuito. Normalmente los fusibles de ALTA TENSIÓN vienen con
dispositivos de señalización o disparo para facilitar la detección de averías.
6.- Sobretensiones.
Sobretensión es toda tensión que
puede poner en peligro la existencia o servicio de una instalación eléctrica. A
su vez pueden ser de origen externo o interno.
6.1.- Sobretensiones externas.
Tienen su origen en descargas
atmosféricas, y una velocidad de propagación próxima a la velocidad de la luz (
300000 Km / s ). Normalmente las descargas se manifiestan en forma de ondas de
frente escarpado, alcanzando su valor medio en el corto espacio de tiempo de 1m
s (micro segundo) y disminuyendo el valor a cero en unos 100 m s.
Las sobretensiones de origen
externo pueden ser de varios tipos, por :
- Descarga directa sobre la
línea ; son las más importantes.
- descargas entre nubes próximas
a líneas ( descarga inductiva ).
- Descarga entre líneas y tierra
( descarga indirecta).
- El efecto pantalla de las edificaciones ( descarga
reflejada ).
6.2.- Sobretensiones internas.
Tienen su origen en las
variaciones de carga en una red, maniobras de desconexion de u interruptor,
formación o cese de un fallo a tierra, corte de alimentación a un transformador
en vacío, puesta en servicio de línea aérea o subterránea, etc.
6.2.1.- Sobretensiones de
maniobra.
Las principales sobretensiones
de maniobra se deben a aperturas de interruptores, fusión de un fusible y
desconexion de un transformador que funcione en vacío. Este tipo de
sobretensiones, tanto por su larga duración como por su elevada frecuencia ( M.
F. o A. F. ), influyen considerablemente a la hora de la elección de
protecciones como el pararrayos.
6.2.2.- Sobretensiones de puesta
a tierra.
Se consideran solo las que
forman parte de fenómenos transitorios producidos durante la puesta a tierra e
interrupción de la misma. Los arcos que se producen son muy peligrosos y las
sobretensiones pueden alcanzar valores de 3,1 veces la tensión nominal entre
fases.
6.2.3.- Sobretensiones a la
frecuencia de servicio.
Son las originadas en las
centrales eléctricas por causa de disminución bruscas de carga en la red que
alimentan, al permanecer constante la excitación del alternador, motivando el
embalamiento de la turbina. Las sobretensiones alcanzan valores del orden de
1,2 a 1,3 veces la tensión nominal.
6.2.4.- Sobretensiones de puesta
en servicio de líneas.
La puesta en servicio de una
línea, aérea o subterránea ( cable ), origina una onda estacionaria de corta
duración que normalmente se amortigua a lo largo de la red.
7.- Protección de líneas
eléctricas contra sobretensiones.
El material de A. T. instalado
en las líneas ha de poder soportar los efectos de cualquier sobretension, bien
sea de origen externo o interno.
Las sobretensiones que alcanzan
valores superiores a las tensiones de ensayo del material
( conductores, aparato, etc. )
son muy peligrosas, tanto por la amplitud de la tensión como por el gradiente
de potencial de su frente escarpado. En el calculo de líneas, hay que tener en
cuenta los dispositivos para evitar que las sobretensiones puedan dañar las
instalaciones.
7.1.- Dispositivos y aparatos de
protección.
Los dispositivos y aparatos de
protección contra sobretensiones conectados permanentemente a las líneas
eléctricas son :
- Cables de tierra :
destinados a prevenir ondas de sobretensiones externas y derivarlas a tierra..
Solamente son eficaces en líneas de 1ª categoría.
- Puesta a tierra del neutro,
bien sea directamente o a través de resistencias o impedancia débiles.
- Pararrayos, que entran en
servicio cuando la tensión alcanza un valor superior a la de servicio y
comprendidas entre los limites inferior y superior a la tensión de cebado,
provocando la descarga a tierra de la corriente que a él llega, a través de las
líneas a las que está conectado.
8.- Pararrayos.
El pararrayos tiene una función
principal que cumplir, que es la de proteger la instalación eléctrica (
transformador, interruptor, conductores de línea, etc.) contra sobretensiones
de origen externo o interno, a la vez que absorbe parte de su energía. Los
pararrayos de cuernos ( antenas ) van siendo reemplazados por el tipo autovalvulas,
también llamado resistencia valvular y descargador de sobretension.
8.1.- Pararrayos - autoválvula.
Este aparato se compone básicamente
de dos partes, el explosor y la resistencia variable unida a él en seria.
Cuando la amplitud de una sobretension supera la tensión de cebado del
pararrayo, saltan arcos en el explosor y cierran el circuito de A. T. a tierra
a través de la resistencias variables. La resistencia variable esta formada por
un material conglomerado capaz de variar con rapidez su resistencia eléctrica,
disminuyendo su valor cuando mayor sea la tensión aplicada y pasándolo a un
elevado valor al reducirse la tensión. Se comporta, pues, el aparato como una
válvula, cerrada para la tensión nominal del sistema y abierta para las
sobretensiones.
8.2.- Características de
pararrayos - autovalvulas.
La eficacia de un pararrayos
estará en función de las siguientes características :
1.- Tensión nominal o tensión de
extinción ( VL ) : es el valor más elevado de la tensión eficaz
a frecuencia industrial admisible entre bornes del pararrayos
2.- Frecuencia nominal : es
el valor de la frecuencia para la que esta previsto el pararrayos.
3.- tensión de cebado a
frecuencia industrial : es el valor eficaz de la mínima tensión que,
aplicada entre bornas al pararrayos, provoca el cebado de los componentes
adecuados del mismo.
4.- Tensión de cebado a la onda
de choque : es el valor cresta de la tensión que aparece antes del paso de
la corriente de descarga.
5.- Tensión residual : es
la tensión que aparece entre el terminal de línea y el terminal de tierra de un
pararrayos durante el paso de la corriente de descarga.
6.- Corriente de descarga :
es la onda de corriente derivada a tierra por un pararrayos después de un
cebado.
8.3.- Elección de un pararrayos.
En la elección de un pararrayos
influyen considerablemente las características del tipo de instalación que ha
de proteger. Entre los factores que se deben tener en cuenta se pueden
citar : altura sobre el nivel del mar, frecuencias anormales, etc.
8.4.-Montaje.
Los pararrayos - autovalvulas de
M. T. solo pueden ofrecer una protección segura cuando se montan lo más cerca
posible de las partes de instalación que han de protegerse, casi siempre de los
transformadores. Es conveniente siempre mantener una resistencia de contacto a
tierra lo más pequeña posible.
Bibliografía utilizada:
www.lafacu.com
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