UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA
T
E
S I SQUE PARA OBTENER
EL
TITULO DE:INGENIERO ELECTRICISTA CON AREA DE CONCENTRACION EN SISTEMAS DE POTENCIA
\ PRESENTA:
y , * . . . . i-.---.<-...-rx... " .*-. - . , , . .
. . .
.
.
.
.
.
/NTRODUCCtON
...
'f
I CARACTERtSTIcr?S
DE
LAS LINEASDE
EXTRA-ALTA TENSIONY
SUS PROTECC1ONES...
3¡I
ESTUDIO DELA
PROTECClON DE DISTANCIA...
28
111 ESTUDIO DE LA PROTECCION DIFERENCIAL Y DE LOS DE LOS CANALES DE COMUNlCAClON
...
B4
1V
METODOLOGIAY
APLiCACION ENUN CASO PRACTICO
...
85
V ESTUDiO TECNICO-ECONOMICO
...
105
CONCLUSIONES
...
109
. .
IN7RODüCCION.
La
enetgiadectrica
es
de vital importancia en el desamllo de la sociedad y poco a poco se ha Mo convlrüendoen
un sistema controlado y gobernadoautomátleamente que se opümlza durante su crecimiento y operacldn.
En
forma general, se deflne como sistema e/&tdm de potsncla, al conjunto de eilementos, encargados de getmar, transmltlr y distribuir energlaeh%wca.
Psta energla Wttiea se o b t h e de la Wansfomclón del calor y
de
dhmntesfonnas de energía, y
es
transíniiíúa a través de grandes distanelasdesda
b scentn>s
de
generacl6n hasta los centros de distrlbuehh donde nuevamentees
transformada.
El conjunto de elementos intmledonados que conforman el sistema eléctrico
de
potencia son los siguientes:Elementos de potencia: (de producción) generadores con
sus
motores primarlos. (de conversi3n) tfanshmdores, recutlcadores, inversores,etc.,
(de
transmlslcin y distribución) líneas de tfansmidón,redes
de dlstdbuclóny
(consumMores de la energía eilectrlca ) cargas.
Uementos de controi: Los que regulan
o
modifican el estado del sistema,como
son; reguladoresde
excItaci6nde
las máqulnas slncmnas, reguladoresde
lhcuencla,
relwadores, lntesrupporese..
Todos los elementos del sistema están vlnculados por la unidad de generación, tfansmlsl6n y consumo de la energia el&3rica.
Las líneas de iransmision de extra alta tensión, constituyen un eslabón muy importante en el sistema eléctrico de potencia
por
consiguiehte el requerlhrkntode
una protección es mas que obligado, los disturbios (todo cambio nodeseado
en
una red el&trlcase
denomina dlsturblo)pueden
ser ocasionadospor
falas o por variaclón de algcin parCímetm que deñne la red, en lineas de transmlande
extra
atto voitaje pueden llevar a una pérdlda de establlldadde
todo elsishma
si
la -#n y elimlnaclbn de la parte aíectada no se reallzaen
el menor tiempoposlble.
Los principales causantes
de
dlsíurbiosen
el sistema eiléctrlcode
potencbson
los agentes atmoslerlcos, fa- de los materlales y equipos, errores hunmnos,e..
Los
disturbios pudleranreduehe
al mínimo sí los sistemas se Iwoyeclan Conecramene con matgenes de seguridad econ6mlcamente razonabhq una &lada selección de equlpos, una organizada secciónde
mantenEmlento que tienda a detectar la parte de la reden
que han dlsmhuhfosus
coetldentes
de
SegUrMad y por
rSIIho,
una adecuada sekccitin. formación y motlvecEdn del personal encargado de la operpclbn.Sln embargo aún
en
los casosen
que los slstemas eléctricos estén cuidadosamente proyectados, consewados y opemdos, slempm exlsten poslbllidadesde
que se pzodumn dlsturblos yen
tal caso éstos deben serellmlnados de modo que quede desconectada del sistema la menor parte posible, a
iin
de mantener la continuidad del servicio, lo anterior selogra
medlaintela
ímplontaclón de los equipos de pmtecch5n necesarios.U numero de fallas
en
un sistema esthen
función de muchos pammetms, enire&tos
el nivel de tenshin,se
puede observaren
las esiadlstkas que el nr5nmr> dealias
por año y 100 Umde
linea
aumenta al dlsmlnuir la tenslón nomlnal de la red,por 4emplo las redes de 400 KV
tlenen
0.25 fallas / lo0üm
mlenlras que la redesde
25KV
pueden
alcanzar hasta 20 fallas / 100 Km.Por o m parte aunque el número de fallas
en
las líneas de transmislbn deextra
alta tenskin
es
menos frecuente,sus
efectos son más drástkos. PelEgrandOincluso la estabilldad del sistema, por
lo
que el requerimiento de una pmteccMn contiable y r5phia es de vital Importancia.El desarrollo de las líneas de transmlslón de extra alto voltaje es el resultado del cmlmieníu expomcial de la utfílzaclón de energh elécWca, priclpalmente
en
los
pa&más
desarrollados del mundo, puesto que la capacidad delsistema
eilécoiro de potencia está Ilmltada por la capacidad de carga desus
lineas.
Estasllnass pueden transmnlr de manera mhs económica, grandes cant&iades
de
potench
a través de grandes distanclas, sallsfaclendo de manera m8s elkknte la demanda deenergh ekirka.
Por lo antes menelonado, la Importancia de las lineas de transmlsión de
extra
alta tensidn en el sistema
eléctrko
de poíenclase
hace más que evidente.Por lo tanto, se requkm que el sistema de protecciones Uollzado para resguardar este tipo de circuitos
sea
lo más conílable y rápM0 posíble.Este trabajo üene por obJetho mostrar las caracteristkas más s&nM?catlvas de
las
lineas de transmlslón deextra
a h voltaje, su funclonalMad dentro d dslstema
e l # c ~
de
potencla, así comolos
esquemas
báslcos de protección p ~ peste
tlpode clrcultos, t a b como, pmteccMn de dlstancla, protection dMBnmcial y
ptecclbn de alta
íiwxmnch.
Talesesquemas
de
pmtección, sonlos
mlsmos
para
cuakpler sisiema de transmish, pero presentpn ciMas modlíkaclones áeóidas alnivel
de
voltah que se ma@en
laextra
alta tenstón, por lo que para poáw demlhr&ras
camctdsücas e s p t a hde
las prvtticciones, sededica
un cap/tuEoal
esíud&
de los prlnclpbs y camdwistkas fundamentales de la prohcdón con*&ES.
&a vez cubEertos los pun- anlwlores, se propone una
metodo-
pan, la pNecci15n de Iltmasde
exira
allo mlisje a d como su aplicacm a un casopr0cdlco,
se
mallza un estudio técnb-económlcode
las dlñ?rentes ahmatlvasde
esquemas
bsslcosde
pfoteeción yse
emlten
ñnalmente las concíuslones yCAPITULO I
PROTECCIONES.
CARACTERISTICAS DE LAS UNEAS DE EXTRA-ALTA TENSION Y
SUS
1.1 DEFINICION.
El conjunto de elementos del slstema
elécrrico
de potencia. encargados de rransponar grandes bloquesde
eneqia desde los cenlros de genemeion hasta los centtvsde
consumo constituyenel
llamado slstetna de transmkldn.Las
tensiones en un slstema de transmlsitin
se
normalizan, en @mer t & n h , dependlendo de las normas que se uüllzan en cada pais y,en
segundo
t&mlno, segan las normsInternas
delas
empresps pmpietarlas de losslstemos
de
transmlsíón. Un ejempto de tendones normaílzadas son las sigulentes: Extra-Alta Tensión: De 400 KV en adelante.
Alta
Tensibn: 230 KV, 150KV,
195KV,
85KV. Media Tensidn: 23KV. 13.8 KV y 6KV.Baja Tenskin:
440
V, 220 V y i27 Volts. 1.2 ELEMENTOS CONSi7iiJYENTES DE LASUNEAS DE iRANSMISION.
La
llnea de transmísl6nes
un elementode
lared
e k t r k a queperm&
transportar la energh,eMctrIca desde
el puntode
generacl6n hastalos
centros
de
consumo. Los dementes ffslcos que componen a una linea son princlp#tnente
las Ir>rres de transmlshin, los hlbs
de
guardo. lascadenas
de
alsiadores y loJconductores
defase;
las tomson los elementos dela
llnea que soportan losconductoms
de
fasee
hllosde
gua-, estas son dlseítwiadas para cumpllr conlos
requerlmkpitos mec8nlcos yeMctdcos.
Los
hMos de guarda son cablesco&csdos
en la parte superiorde
la torre con d fln de proteger a los conductomsde
fasecontra descargas atmosfkrkas
directas.
estos normalmente son consttuldos de acero; finalmentelos
conductomsde
fase son los elementospor
donde
setranspotta la eneqia eléctrica; el U p , forma y numero de conductoms dependerá
de
la potencia por tranJportar. A contlnuacion se presenraen
la ffg. 1.1 unas tomsde
transmisi8n tipicas.Ftg.
1.1 Toms de brinsmlslbnLos
conductores utilizados para el transportede
energia. son diserisdos paraobtener un minim0 porcentak
de
W i d a s a lo largo delproceso.
En un prlmipfo los conductoresuüiizados
en la transmisibn normaünente erande
cobre. éstosen
la actualidad han sido reempiazados por conductoresde
aluminio, d e b h a Ips ventajas que presentan en el costo y peso comparado con los de cobmde
la misma resistencia. As¡ con un mayor dMmeím se thane un menor gradlbnir,de
tensiónen
la superticle del conductor y m o r tendemla a lonizar el a h que lo rodiea,por
consiguiente se reduce el indesenbte efecto corona, que serrZ dhcuodo posteriormente.1.3 PARAMETROS ELEClRICOS QUE INFLUYEN EN LAS UNEAS DE TRANSMiSION.
Una linea de transmisión Uene cuatro p a h m m s que influyen en su aptitud para cumplir con
su función como componente de una
red eléctrica; estos paramews son resistencia, inductancia, capacitancia y conductancia.La conductanch entre conductores o entre conductores y tierra cuenta para la
corríente
de fuga en los aisladores de las líneas, puesto que larugP
en
los alsiadores de las lineas es muy pequecla, la conductancia entre conductoms de la linea se supone igual a cero.La resistencia y la inductancia unlbrmemente disttibuidas en los conduc1DIiBs
de
una linea forman una impedancla en serie en esta. Así mismo la conductancla yla capacitancia que existen
enire
conductores de una linea monofisica otiasde
un conductor de fase a neutroen
las Iineas trifoscas, forman una admitanciaen
paralelocon
la linea.1.3.1 RESISTENCIA.
ia
reslstencla de los conduciwes al pasode
la cowhntees
la
prlncipd -usade
pé&tda de -¡a en las limasde
tronsmlslón.esfa
realstenches
laneskrtenclp efectWa
de
un conductor la cual se define como:R = P é r d
idas
de
P o M a
en
el
COndUCrO r f fP
Donde la potencla esta dada en wetts y 19 corriente I es la corriente eikaz del conductor
en
amperes. La msistench efecuva es igual a la reslsteftckdel
conductor a la corriente continua, la cual se eahwla por la fWnuki:,, , . .
..-
, . ~ .. . ,.... -. 2,. 4. .,_ -.. -,...,,.. . r r *.-s.-*".p"~... -<,, I-
.,...._
~. I . <. ,.. ...
... ..,r
=
( p IOOO)/ s
( n / U m )En la que :
p
=
ResistivMad del m e 1 conductor en fYcdc&s
=
Seccidnen mm'Para
rener el
valor real de la redstencia, sedebe
referr a la tempersturnde
trabajo por la f6nnula siguiente:R t - Ro
( I
+
a t )Donde Ro es la resistencia a O "C,
t
la temperaturaen
"C, aes
el coeikhtede
temperamra,
quevale
0.0039 para el cobre y 0.004para
d
alumlnlo - a m .LIS
tabiasde
resistencias ektricasde
los calibres normailzados se tabulan usando la fomnrlaanterior.
1.3.2 INDClcTANClA
.
El
coeilclentede
Inducclónde
un conductor perteneciente a una linea bMidcpy
cups
conductoms están dlspuesfos sobre una rnlsma línea hwimmtal, yc o ~ n d o
una pcmnerbllHdrd nsküva Igual aI
secalcula
porde
la
JIBurenie
ecuach5n.L
=
0.7411 log (Deq
/Ds
) LümMáseOesp
Dkrtancla medla geom&icaentre
los
conductonos.Ds=
Radlo mediogeoméirfco
delos
conductores.La maciancia inductiva a
60
HZ
se
encuenfra muMpilcando la lnduclancben
Henrys
por27zi:-5
Xi.
=
7.51
*
I O In (Deq / Ds1
fYmh%seIB
Deq
= ( D a b D p c D c a )ll9
Ds
=
(DaaDa5DacDbaDbbDbcDcaDcbDcc)~ ._--* -,..-_-.- .,,,.,.. .,< ,.... ~ ...., .. ...,. . ... .~ .
1.3.3 CAPACKANCIA
.
La
dlíiefencia de potencialenúe
losconductoms
de
una Uneade
TransmMn hace que éstos se carguen como las píacasde
un condensador cuandoe x l e
una dKemncla de potenchl entre&&s.
La firmula
de
Fkher-Hlnnen, para una líneaen
la
que losconductores
d n dlynresros a una mima ahum en la tom, esla
siguiente:C
=
0.024 / (zl + l o g ( D i n ) )pWKm
D
=
separaclón entreconductoresencm.n
=
radio del conductoren
em.z l
=
para
los conduclores A y C:zí
=
0.15;y
para
elconductor
B
(centm): zí=
O.f
3.4
iñiPEDANClA.
h ímpedancla esta compuesta
por
dos etementos que son la mactanch y ngslstencla por lo tanto su valoreslo
dado por la ecuaclbn:Es declr,
es
Iguala
hmi.
cuadradade
le sumade
los
clwdradar.
elde
lo
mskmcla
r yel
de
la reQcipllClpwi.
Los
v-s deambos
vakues &nralrssadoJ
entre
sl&P
ypor @io
su vakr7
en canodpdes corn- es:Z = r + J w i
1.3.5 EFECTO CORONA.
Debldo a que el aire no
es
un aislante &to; los conductores desnudos, tendidos en él y somefMos a una tensldn elevada dan lugar a pdnfhiasde
mwgla,las cuales aumentsn con la tenMn y dependen asi mEsmo de la distan&
en-
conductores y de
su
dMme6v. Cuantomenores
sonéstas
mayoms
son
lasW M a s
por elñrvlos. U efecto Coronase
caracteriza por la m i ade
una lumlnkencla alredeclor de los conductores.1.4 CLASIUCAMON DE LAS UNEAS DE TRANSHISION.
Las Ilneas de tansmish5n normalmente se clasiflcan por
su longitud (no esta
normalizado ) en:Kneas cortas.
Kneas medianas.
Uneas largas.
1.4.1 UNEAS
DE
TRANSMlSlON CORTAS.Las llneas de transmislón cortas son aquellas que operan a 60
Hz
y su Eongrcud es infarfor a 50 millas ( 80.5 kms ). Pare el cálculo de la tensi6n y la corrientede
una linea de tansmlslón corta,
se
considera ésta como un circuito equlvahmte conppr;irnebos concentfa&s.
La
capacltanch de éstas líneases
muy pequeña y se puededespmckr,
ad al c l m b se resuelve comoun
cirmrlto seriede
corrkwlte anibmrr; donde/a
conleniedel ememo transmisor
es
Igual
alo
corrientedel
exbwno receptor. Verm.
1.2..
1.4.2 UNEAS DE TRANSMISION MEDIANAS.
Las lineas de transinisión medlanas son aquellas cuya longitud es mayor a 50 millas (80.5 kms) y menor a 150 millas í 241.5 kms ) apmx/madamente. En
estas
Iíneas se considera que la ::;;rad dela
c a p a c i t a ~ x ; ~ esra ,-gs!:!::auaen
¡os
enremosde la linea y sil :inpedancia serie
en
el centro, a este circuir0 se denomina circuilvnominal R. Ver
tis.
1.3.Fig.
1.3 : Circuito equivalente nomlnaí x a) Con impeorancra capacitiva. b) Con suceptancia c a m b a .1.4.3 UNEAS DE TRANSñílSlON LARGAS.
Se denominan líneas l a m s a las
de
bngiíud mayor a I50 miilas( h t m
de
esta clasMcacidn se encuentran las lineas de transmMdn de extm atta renslon), el an&lIsis de éstas para calcular los pardmetros de línea, exige considerar que sus padmettvs no esan concentrados, sino unilQnnememe dlslrlbuidos en toda su
longitud. Lps ecueclones de fensidn y corriente para una íínea de uansmlsbn larga son las siguientes:
aL
i9L
4 -@LiB
-aL-la
V
=
((VR+IRZc)i2) ex
e +((VR-IRZc)/Z) ex
eI
= ((IR
+
vRG?c)L?) e x e+
((Ni -vR/zc)LZ) e x eDonde
Zc
es la Impedancia caracWstka
de
Is linea y pes
la constantede
pmpagacldn.Donde pa
+I$.
Para el caso de
la ecuaclón
de
tenskin,
d primer thinese
denomina ten&n ínchientey
el segundb temrinose
üenomínatenslón
re-;en
d
caso
que la línea en suextremo
receptor se termineen
su impedancia caracteristlca, la t e m h h& . M -l-.-;l_..,,
,-.-
.,..._ _
,. .. ....,.,. . .... ~ ....en
el extremo receptor seráIR
Zc
y no exlstlrh onda reflejada; denominándose a la linea con el nombre de linea inñnlta, derivandose el hecho de aflmr que ésta no t h e on& reflejada;en
ocasiones se denomina a la impedancia caraci8ristka. como impedanciade
sobretensidn,esie
es el caso de las líneas sinphihias
dondese
considera su resistencia y conductancia igual acero,
por lo que la impedancia característica se d u c e en ( L í e ) % , quedando rosistencla pura.La
longitud de onda se deflne como la distancia a lo largo de la línea entre dospuntos de onda que dMeren
3600
en
fase 62r
radianes, por lo que la longt&udde
ondaen
mlilas se representa:a.
=
z z t p
donde Les el delase
en
radianes por mliia y pes la constante de íase.A la frecuencia de 60 Hz la longitud de onda es aproximadamente
3000
milks, y la velocidad de propagachh en mliias por segundo es producto de la tongltud de onda en millas por la frecwncin, enHz.
Velocidad
=
f?.c
En el
caso
que no existacaw
IR es Igual a cero y las componentes Inchhnte ynei@iada son iguales en magniiud pero d&sadas IsO*, por lo que
so
CoIICIuyB queen
una linea abierta las componentesImldente
y de la coniente se anulan; lo cual no ocum en ningún otro punto de la linea. Ver flg. 1.4.L
diFlg.
1.4: Cimuito equivahmtede
una línea larga.~ ,.. ,,,.., . .,,._, . ... ,' ^1
~-..
I .. , . ~ ~ .... ..1.5 DESCRIPCION DE LOS SISTEMAS DE PROTECCION.
CARACTERlSTlCAS DE LOS RELEVADORES
DE
PROTECCION
.
Los
rekvadores son aparatos utllhados para detectar, locallzar e Inklar la remoción de fallasen
los sistemaseEBcb.lcos
de
potencia.Los devadores son dlsposlttvos sensibles a los
par4mettvs
de
operación detodos
los elementosdel
sistema
de
potencla y emiten señales que a m a n uno ovarios Intewuptores. lámparas de serlallzación, letrwos indkadoms,
de
tal
fwma que ubkan y aislan la zonack
falla.En
conjunto con los lnterfuptores fomian el sistemade
protección, cuyo dlseño Uene como objetivo mantener un alto grado de continuidad en el servlclo yevltar el daño al personal y al equipo.
1.6 CLASIFICACION.
-Isten
dMrentes criterios para cladtlcar a los rrdevadores a cominuaclón sep s e n t a
la dlvlslónen
clnco categorías lirnclonaks.1) Retevadores de pr0teCclbn.- Estos relevadores detectan faltas
en
tas Hmas,equipo
dekmoso
y oms daiíos o condkbnes lntderables.Pueden
inklar y permlür la desconexhinde
la
parte fabda o simptemente affmentar unaalarma.
2) Relevadores de monltoreo ( transmisor -receptor de sdates ).- Este tipo de
relevadoir?s verifican las condlclones
en
el sistema ehktdcode
potencia o en elsisttma
de
pmtecclón. Estos rdevwlores incluyen de&ctoms de falla, unmades dealarma.
relevadores con canaknonltoreo. vertt-aclbn desincronismo
y sistema de fpses,no
involucran la apertumde
Intermpaores dinante una falta y puedenser
monlforeados para la verttlcaclónde
su
estado
de operaebn.3) Relevadores pmgramabk-
Los
cuatas esta- o defisctpn secumcias ehktrieas.Son
generalmenteuühdos
para mhmms yslnctvnizacl6n.4) ReJevadoms reguladores.- Estos son
acüvaüos
cuando elpadmetro
de operación se desvla de los Ilmites pmdetemlnados. La ibnclónde
losndevBdores
perskte hasta mstablecer la canthlad PredeQennnada por los Ilmltes.
5) Relevadores auxlllam.- Estos operan a la apedura o clerre
de
un clrculdDde
operaelón suplementada, relevador o aparato. En
este
tipode
mhwdoms
sede
.dio, rrlevadores receptoms,mhwaúoms
de
ckrre y de dlspam.incluyen.
-dores
de
uempo,rdevrdores
de
contactos rm'rltlples,unfdwes
.
..
"
Admas
de la clasificacicin por, carpcieristicas funcionales, losrekv.doreb
pueden
ser clasiiicados por
suentrada
( allmentacitin ) ypor
su principio de íunclonamiento.a) Entrada (allmentaci6n).
Cowlenre: Por 4empio. Relevador 37 de Ba/a Conlente, Relevador 46
de
Corriente Eakinceada, Relevador 50
de
Sobrricowknte Instantánea, eic..V&je: Por elempo, Rdevador 27 de Baja Tensii>n. Relevador 47 de VoItaJe de Secuencia
de
Fase,
etc..Potencia: Por ejemplo, Relevador 32 Dl-ionai de Potencia, Relevador 55
de
kctor de Potencia, etc..
b) Principio
de
operacicin o esuumra.Eiectmmecanicos.
Estado
sólldo.1.7 PRINCIPIO DE FUiWiOMMIENTO.
Los
reievadores
que se uoHzsn para slstompsde
pmteccl6nse
i&bricansobre
una o varlas unl-
de
decldon
o detectores deialki,
junm con su h i g hnecesaria
y unldades auxilhms. Los &vadores íunclonanen
rai~puesta auna
om&
magniíudes eldctricas.De acuerdo a
su
principio de funcionamiento existen dos categorias óáslcas:1.- Relevadores efectmmecán&os.
2.- Relevadores
de
estado
sciitdo.1.7.1 RELEVADORES ELEC7'ROMECANCOS.
Denttv de esta categoth existen
dos
tipos @nclpaks: abacclon eInámión
a)
Reie~adores
de
atracción magn8t-a.Esta gmpo eSa formado bikkamente por los rekwrdorehl de
Upo
pislbn.Upo
En
la flgura 1.5 se muestran los tres princl~t@s tiposde
ndevrdores magndtka que son los mdsutlüzados.
blsrgro.
y los &%vadores poiarizathds
h k mM i l .
d n a d o s .
.
.
I
,- .
í-
n O
Figura 1.5 Relevadores de atracción magnetita.
A) pIst6n. 6) bisagra, C) hlem> m&vil.
Los relevadores que se muestran en esta ñgua son los
mas
s4npfes. funelonan a pamr de una camhiad opetante de c.a. o c.d.(corriente
o voitab), creado unñulo
rnagn6tlc0, con el cual se conslgtm atraer un émbolo hada unsolenoide.
o una annaiiua hacia losporos
de un elecirolrnán.La
iuerza magnética eiercrpraen
el rdevodor es pmporclonal alcuadrado
del#u10
en
elenirehkrm.
SI se despmcia el e h t o de saturaciOn, la fuetza seexpresará con
la relacidn.F
=
K1
1'- K2 En donde :F
= Fuerzaneta.
I
=
Magnitud eikazde
la conkmteen
la boblnaactuante.
K I
=
C o n s t a n t e d e c o n d n d e k m .K2 5: Fuemaderetenclón.
La
utllllzacclón dek>s
reievadoresde
esteU p
noea
muy coniloblepara
tmbawcontbwos de c.a.
debM0
a la tendemlade
reposfcEdn
por cadamedio
ckb,
es&
provoca vlbracclón
en
el
relevador, datiandolos
contactos y Wlzar&m&s
cnergia.
L solución
de
este pmbíama se obtkm cohxando a n M sde
sombra quees
k,usual, o cobcando
en
Is Bm)4dursdevma&s
ycapadoms
pan, logrsr eldafrsamknro
comose
muesúaen
la
mum
1.6. Con esto la Fucana neta 50 obilbnecomo la suma
de
dos
tberzas&Masadas.
con
io cualskmpm resub mayor quela
da/
-He.r
O I OPALID
-Bobina
de Sombra
Flg. 1.6: Relevadoms de atracción magnerlca a) Con anillo de sombra, b) Con bobina y capacitor
Los reievadorris de bisagta, se emplean principalmente como
rekvsdores
auxiiiares
(rdevadores
de
dlsparo, de vol&& yde
corriente).Exlste una variante en los relevadoms
de
armadura que se opefan con c.d. o ea. müñeada, son los relevadoras: po~rlzrdos de hianv móvll loscualeJ
cuentan con un ImSn permanente que aumenta la senslbiildad.En la tigura 1.7 se puede apraclar el principio de funclonamlento.
I I - I b
Flg. 1.7: Rekvador de armadura
de
C. O..Se observa que
en
el entmhhmv, pwnmdlo
de un imSn oun
elecwoim&n se consígw un fmánde
poiarizacf6n, que fntiuirásobre
una barra
rodhpdapor
una boblna actuante, que al reclblr la energia actunnte sed aídda ompeWa en sus -
s
,
con lo que se logra abrir o cerrarlos
contactos.La
polaridad de la magnitud de influencla es la que dará la característica deEste Upo de relevadores se uüllzan generalmente en la pmtección
de
dstetnasdimccbnalldad.
de c.d. aún cuando
en
los de c.a. se pueden utllizar empleando r??ctiflcadoms.b) Relevadores de Inducción magnetlca.
Compamtlvamente los relevadores de inducclón magdtka con respec& a los relevadores
de
atracción magn&a sonde
mayor empleoen
p p & b sde
pteccfbn debldo a la versatilldad
en
el ajuste de vebeldadde
operpclbn,diversidad de cuwas de opemCh5n. elc..
Este
conhnto de tdevadoms no se uüllzan con magnltudesde
c.d., debido a que el principio de funcionamlento esta basadoen
la teoria del motorde
inducción.Los
relevadores de inducción porsu
esttuctuta se han dividido endos
grupos,Los
relevadores de disco de inducción se clasíffcan en: losde
dlsco de inducción ylos
de copa de Inducchh.i)
Relevadores de disco de inducclón de estructura de polo sombreado (verfig.
í.8)-
u
Fig. 1.8:
Esirucnñp
de polos sombreados.Ei
rekvadar se
acclona por unaamiente
que ckuiaen
la Onhx bobina.otiglnando
unnulo
msgnésfco quechculs
porkestnrcdure
magnéacs.U
ilu@
ma%nWcoen
el enbrc?hleno se d i v e endos
componentes
que se encuenttan defasados debldo ael
uso del anillode
sombra que seencuentra
rodemclo
parte de
la carapiar
de cada poloen
el entrehienv.El
derasamien&
orlglnedo pmduce
el
par
de torsión necesarioen el
disco(de
cobre o akunlnlo)para que se ponga en movimknto.
Los anlllos
de
sombra pueden ser reemplazados por bobinas para controlar el funcionamlenmdel
rdevador.
teniendo la posibilidad deoperar
el rekvpdor ba/oclertas caracterisllcas pfedennidas, como lo es la dlreccbnalldad.
¡I)
Esiruciua de warthorfmeiro.Es denomlnaab de esía manera debido a que se uhlllza el prlnclplo de construcción de los wafthorímems.
Su estructura
básica
está COnJtlluMB por dos bobinas en cl~ultos magn#cosdiferentes, los cuales producen dos flqhmagneuCos necesarios para poner
en
movimiento
el rotorde
la u n M . Ver ñg. 1.9.1 \ \ \
u w
I
Fig. 1.9: Estnrchrn de Wizhorimem.
Dentro
de losreh?vsdoms
del
tipo
decopa
de lnduccldn seencuentran
las
slguhwtes estructuras:I] Est~ctura de tambor o de copa de inducción y de anillo doble de inducclcin.
Estas estructuras semuesbpn en las ñgms 1.10 y 1.11.
m.
1.11: Est~~cíura de anillo doblede
inducción.Como
se
puede apreciar las dos esirucíurasson
muy
m a n t e s (funcionalmente las dos estructuras son pr&cücarnente idénticas ).El fU~Cbnamk?MO
está
basado en el principio del motor de inducclbn, a tpmncia que en estas estructuras se t h e d rotorf f !
ysolo
gbala
parte coI)<Iuctora, slendo 4st.a un cilindro hueco para la estmcwra decopa,
y
para la esbuciura de doble aniliose
empie8n dos anillos con hngulo -to enire si.Ei
empleo deeste
Up0 de esintcwrase
debe a que prvduce unpar
mlkr
elscknte que los anteriores por tener poca i m l a , uülh;indose pork
Collsdgulente en relevadoresde
Pla) VdOCldad.ll) EslnrcWra de anillo de inducción.
Esta
estructura
produce el par con mayor eficiencia en relevadoriesde
inducct6n, sólo que presenta una seria desventaja, la vibracion
debida
a la tendencia de restablecimlento cada medio ciclo. En la fig. 1.12 semuestra
un
esquema simple de este Up0 de estructura.fa f m a
actuante o par de torsicin se prvduce por dos flujos que están deiasados uno con respecto delotro
por un anillo de sombrao
una bobinade
afraso,
estosfhios
altemos inducen fuerzas electromotrices enel
dlsco y las corrientes fluyen en d rotor bajo la infkrencia de las fuerzas eiecmrnotrkes. Las corrientes producidas por los flujos twccionan, con losflujos
amos,produciendo ñmnas actuantes sobre el Tofor.
Las magnitudes de
los
flujos son representadasen
la fig. í.13 yse
expmsande
la slgulenre manera:ec.
1.1ec.
1.2Fig.
1.13:Uujo
magnético actuante en un relevador.Supongamos que las comienfes PprsSltes
se
encuentranen
fasecon
las
tensiones (rcmis). Donde aes
una cte.de
proporciomlldad.I+ a d # / d i a Cpl C O J d
Sustihryendo
en esta
uttlma ecuación las ecuaclones 1.1 y 1.2 se obtlene lo slgulente:F a @i@2 Sen8
ec.
1.3Slendo esta úttlma relación la
fuerra
netaen
cada Instante.Los relevadores pueden
ser
accionadospor
una o mas magnitudes (conknie o tenslbn ). En los relevadores acclonadospor
una sola magnitudes
comdn Wllzar la esmtcturade
polos sombreados, aun cuando sepueden
empleer lasestructuras tomando algunas consideraciones, como son conectar los circuitos actuantes en serie o paralelo y
el
ángulo de fase requerido entre loos dos flujosse
ootlene haciendo
que
los dos circuitoS tenganr e í a c m
X/RdHhntes.
al Uiillzar redstencia auxlliar y/o capacitanclaen
comblnaclón con unode
los clrcuttos.La ecuacidn representaüva
del
par general para relevadores deuna
magnitudes
la siguiente:Skndo A tenslón o comhmte.
La
relacl6n anteriorno
es
MI cuando
settata
de
rdevadores de lnducchín dedos
magnitudes por io que sedebe
aJustar la ecuachn í.3.que
opera
condos
conlendeJ.
Ii e h,y
que
prodrrcen los ffuJosda y@ mspecüvametm, y despreciando la Impedancia
del
disco,es
v & I hsusdlhrlr
lasconkndBs
por
los l7qjos queéstas
producen, Pside
la
e c ~1.3 ctenemos: ~aonSMerpnd0 un
T
3 K~ ir itS e n e - &ec.
1.4En donde:
Ir
e k=
Valores eflcaces de las coden&s actuantes.%
=
Angulo de fase entre losf i b s
de
producidos por Iie
12.Para
que el parsea
máxlmo, el ángulo %debe
ser
Igual a 90'. perode4ldo
a que esto no sucedeen
condkhmes
mks. es necesario colocar una itnpedamhen
alguna de las bobinas conel
06-0de
queel
par Mxlmoocurra
a valweJde
6 más pequeños.Asi. conshierando a
Ir
como referencia y conectando a esta la impedancia menclonada. tenemos el diagrama fasorkl de la figura 1.14.1 5
iNDuCt
Flg. 1.15: Olagrama fasorial de los parámetros de una unidad d l ~ l o n a l .
En
la iigura anterior.se
observa que las corrientes que actrianpan
producirel
pison
It y la componente lnductlvade
Ir,
por io cual la ecuación 1.4 semodlñca
a:T
=
K~ i f i z s e n ( e - + ) - f i ec.1.5De
la
Wgun 1.14, tamblén se ob-las
sIgulentes relaciones:t
m
7-900Susoluyendo <p
en
la ecuación 1.5, se tkme que:T
=
kc I1h
sen(O-r+ 90")-
IGDe la Igualdad Mgonométrka.
sen
(A i B )= senA cosa
+
COSA s e n 6Considerando A
=
B-
r y B=
W, tenemos finalmente que:T 3 Ki Ii
It
C O S ( 8 - Z )-
fi ec.1.6Con la ecuaclón 1.6, es
posible
calcular el valor d d par de opemclónen
función del ángulo entre las canüdaúes de operación y de referenclom4s
d
ángulo enire la mferencla y
la
direccióndel
par máximo.Exlsten rekvadores que t h e n
otras
magnitudes actuantes como son corrkntetenslón, tenshimtensh5n. los cuales se representan por la mlsma ecuacldn. silo se vatia el témrlno delas
magnitudes actuantes.Des@s
de
examlnar los dhkmntes üposde
tekvadores se llega a laecwcidn
universal d d par delrelevador.
la cuales
la unldn de las ecuaclbnespara
rekvsdores
de
una sola magnitud y los mievaüoresde
m&
de
unamngnW,
resultando la siguhte:T
=
K ~ I Z + K z V + K ~ V l ~ ~ ~ ( B - ~ ) + K 4ec. 1.7
1.7.2 RELEVADORES DE ESTADO SOUDO.
Los relevadores
de
estado sólMo o esEothms han surgido a partirde
locrnuevas
necesidades de pvteccion. origln¿?úas por la camHhiad cmclentede los
&temasektrkos
de
potencla; por otra patte los reievadomsdebldo
aestos
nuevas m q ~ ~ t o s , dknden aser
mas
mbustos, aimen maprmpkJMad
mecgnicp y mayor costo,siendo
reemplpza~#~~ por los devadoresen
estado
sólido,
quedebldb
al pmgmsoen
d
campode
la dactmhlca han mejorado su conilabüldad, mdm-Oempos
de operachin al notenerpattes
s u m s
a movimiento, lo que repercuteen
la
estabühiaddel
sistema.Independlentemante
de
la función que desempeñe un refevador deestado
solydo. todospuedan
represerilprJede
acuwdo a un esquema básico, que semuaslra
en
la ñgum 1.15.*
I
,.,
-
' X '
7 -
I
:ELPIILNTO DE ENTRADA]
I
F@ 1.15: Representación esquem&lca
de
un rekvadorde
estado s6lhio.4
Bementode
entradao
allmentacl6n.- Se Uollza como mezclador de las señales obtenidas a panir de los transformadoms de conlente yde
potenclal.E m
los clrcultos que se empleanen
esta operación se encueman los amplMCadores operaclonales que responden perfectamente a las mceskhdes de sumar o mezclar setiales.lo
Elementode
medklh- Estaes
la parte mas importante, es donde se müzaistoma de deciJldn
para
qued
relevador opereo
no.
Elelemento
de medlcldnes
un
dlsposlüvode
una,dos
o rmls entradas ( compamúores).
IU) Eknmento de dlda.- Este
eiamento
amplitlcp la setíal, la mulüpflca y la comblna con clertas señales, a la vez quelas
a m .
S b b pn>ctsss ssnplesbbuufas,
sus
requldlosde
calidad son menores queen
los e&wmnfosde
medlcli6n.
Este
elemento puede ser const~~ldoen
m a robusta.lv)
Elemento
de allmentack5n.- P r o p o r c h el v-Je de c.d. requerido por losekrmenlos deconónk'os.
Los mediospor
los que se propomlona elvohb
de
c.d.(mcükacbn
en
lasalida
del
transibnnador de corrienteo
de
potenchi, b.airksauxiüares,
e&.) son
muy varisnlbs. En el slgulente capüulo se am@ el pworpmade
estetipo
de
mkvador.1.8 DlSEm DE
LOS
SISTEMAS DE PRO7ECCldNCON RELNADORES.
Los slstemas de protección
con
raievpdorr?s incluyen a los intempfoms, su labor es conjunta nofendrla
ningún vakw el ñfnclonamlento de uno sln elom.
Los relevadores de pmtecclón no son requeridos pata funclonar durante la operación normal del slstema
de
potencla, pero deben estar continuamente disponibles para manejar condlclones Intokrablesen
el slstema y evltarsatias
Intewupciones y dahs.Por io anterlor la vertiadefa vkia
de
operaclón
delos
rdwadoreses
deloden
de
unos cuaníos segundos y éstosse
encuentran conectados al shñemade
potemla pormuchos
alios. En laprbctlca.
los reteVad0m.s operan mas a menudo durante pruebas y mantenlmlento queen
respuesta a condicionesdel
sefvkio
adversas.En
teorla un sistema de rehwadomsdebe
ser
capaz de responder a la intinidadde
anormalidades que posiblemente puedan ocurriren
dsistema
de porncia,en
la @&a la lngeniena derelevadoms
obtlene un compnwnlso basadoen
cuatro
factoms
que iniluyenen
la apllcaci6n decualquhw
rehwador.1) Econ6mlco.- Comprende
el
costo Inklal, de operación yde
mantmlmlento.2) Recursos acceSIbleS para fallas y avedas.- Magnitudes
de
fa&, locallzaci6n3) Práctkas
de
opemci6n.- Coniimnidadcon
normas y prsctlcas aceptadas4J Experiencia previa.- Suñclente Inlbrmacidn pare antlcipar los
tlpos
de fallas adecuada de transformadoresde
potencial y transformadores de cotriente.asegurando una operaclón eflclente del slstema.
probables a enconbarse en el slstema.
del
s i m a y la ingenkfa de relevadores.Los útümos dos factoms son
tal
vez m@or expmsadoscomo
la pemonalidadEs
clam que estos factomsson
un tanto Idealistasen
vlstade
que Sknplemente noes
facobk &seíiar un&&ma
de
W l ó ncon
t&mdoms
-pezde
manq/ar cualquier pblema poslbfe,En
vlstade
lo anteflor tos pmblemas quetkmn
las
primwasconddevaclones
son los que
en
base a la experlencla seesperp
puaa%n sucatar. Nelwalmena, quaia
ekboraci6n de losmlevadon?s
es
todo un arte, se pueden dkeiíar dñbmmbs sbtmmasdeproiecclonpamelmlsmo~depotencla.que gran cantidad
de
relwadores es casl ienmalo cotno
pocos.oba
delasñtosoñas
Rrndsmeriitales
en
eldhiio
de
proiecclones conskrieen
La ingenleria de relevadores debe
tener
una básica comprensión de todos los componentes del sistema de potencia ysu operación
en
el mismo.Por lo tanto los relevadores consütuyen una especialidad vertical que requlemn de un horizontal punto de vista. Este horizontal o sistema total en el concepto de relevadores inckive fallas
i n
kprotección
(pmitxcioiies conm esteipo
de anormalidades y el luncionamiento del sistema de protecci6n durante la operación del sistema de potencia ba/o condiciones anormales. mies como,
sobrecargasseveras,
generación defkiente, condkiones de dlscordamhde
fases, sobmtensiones,etc..
SI bien estas áreas
son
vitalmente importantes para la ingenleria de relevadores su importancia no siempreha sido apreciada
en su totalidad.Por esta razón aumentar la comunicación entre
la
planeación, el dlsetio de &vadores y el depammento de operación es esenclal, asi como el incremento de revisiones delos
sistemas de protección deben ser mas que obligadas, ya que los sistemas de potencia crecen y las condlciones de operackin cambian.(ki complejo sistema de protección con relevadores puede resultar de un
d i d o muy pobre, la economía neceMa de la utilización de el menor n ú m de Interruptores posible,
en
la
mayoriade
b s
casos,ya
que es consMenble el a h mque se obtlene por
e/
uso de menos de &tosequlpos.
1.9
CRIiERIOS
DE
DISE&.
La
aplicación Iwka de la protecch con relevadores, divlde al sistemade
poiencla en dlfemntes zonas,
en
ia que cada una requkesu
plopk> gmpo denileVadOreS.
En todos los casos los cinco crircarfos de diJaAo mencionados a conünuacMn
se
dMen
cumplir para obtener un d M o aceptaHenmnte effcientedel
slsíema de
pmtecci6n.
a) Coniiabil1dad.- Esta caracterisüca se detlne como la capacidad que t h e el relevador de opera correctamente
cuando
es requeddo (funcioneliüad), evitando omcionesinnecesarias
y por consiguiente desconexionesindebMas
(seguridad).Desaforhnaúamnte estos dos aspectos tienden a oponerse, incrementar la seguridad tiende a reducir
