SISTEMAS DE PROTECCIÓN ELÉCTRICA

DEFINICIÓN

Los sistemas de protección se implementan en los mecanismos eléctricos de alta y baja potencia, para impedir la pérdida o daño de aparatos o espacios arquitectónicos por consecuencia de un error, que alcanza iniciar de forma sencilla para luego difundirse en todo el sistema eléctrico, sin ningún control de forma dominante, logrando ocasionar grandes daños si no se detiene. Los sistemas de protección deben apartar la parte donde se ha desarrollado el error sondeando lo menos permitido en la red, restringir el deterioro al aparato fallado, disminuir la probabilidad de un incendio, disminuir el riesgo para los individuos, disminuir el peligro de deterioro de los aparatos eléctricos anexos.  

CARACTERÍSTICAS

 1. Fiabilidad

Es el grado de certeza con el que el relé de protección actuará, para un estado pre diseñado. Es decir, tendrá un grado de fiabilidad óptima, cuando éste actúe en el momento en que se requiere, desde el diseño. Y en ningún otro momento.

2. Seguridad

La seguridad, se refiere al grado de certeza en el cual no actuará para casos en los cuales no tiene que actuar. Por lo que un dispositivo que no actúe cuando no es necesario, tiene un grado de seguridad mayor que otros que actúan de forma inesperada, cuando son otras protecciones las que deben actuar.

3. Selectividad

Este aspecto es importante en el diseño de un SP, ya que indica la secuencia en que los  actuarán, de manera que si falla un elemento, sea la protección de este elemento la que actúe y no la protección de otros elementos. Asimismo, si no actúa esta protección, deberá actuar la protección de mayor capacidad interruptora, en forma jerárquica, precedente a la protección que no actuó. Esto significa que la protección que espera un tiempo y actúa, se conoce como dispositivo de protección de respaldo.

4. Velocidad

Se refiere al tiempo en que el tarda en completar el ciclo de detección-acción. Muchos dispositivos detectan instantáneamente la falla, pero tardan fracciones de segundo en enviar la señal de disparo al interruptor correspondiente. Por eso es muy importante la selección adecuada de una protección que no sobrepase el tiempo que tarda en dañarse el elemento a proteger de las posibles fallas. esto puede ser o no verdad

5. Simplicidad

Forma sencilla para operar en cuanto a un diseño de protección.

6. Economía

Cuando se diseña un SP lo primero que se debe tener en cuenta es el costo de los elementos a proteger. Mientras más elevado sea el costo de los elementos y la configuración de la interconexión de estos sea más compleja, el costo de los SP será de mayor magnitud. A veces el costo de un SP no es el punto a discutir, sino la importancia de la sección del SEP que debe proteger, lo recomendable es siempre analizar múltiples opciones para determinar cuál de ellas es la que satisface los requerimientos de protección al menor costo.

FUNCIONAMIENTO

Los Sistemas de Protección se utilizan en los sistemas eléctricos de potencia para evitar la destrucción de equipos o instalaciones por causa de una falla que podría iniciarse de manera simple y después extenderse sin control en forma encadenada.

TIPOS DE SISTEMAS DE PROTECCIÓN

Protección de generadores

Un generador eléctrico es una máquina rotatoria que gira gracias a la energía mecánica aplicada a su eje o flecha. La energía mecánica aplicada a este eje debe poseer la fuerza o torque adecuado para lograr un giro adecuado en el generador lo que se convertirá finalmente en energía eléctrica a través del fenómeno de inducción, donde luego se destinará esa energía a los centros de consumo.

Protecciones de motores

El motor eléctrico es una máquina rotatoria, destinada al uso de la energía eléctrica para obtener energía mecánica, proceso opuesto al del generador. Los motores son la principal fuerza de trabajo industrial en el mundo, ya que no emiten residuos contaminantes al aire, su adaptabilidad es mucho mayor que la de los motores de combustión interna, y su control va de lo más simple a lo más complejo. En un sistema de potencia, su uso es, principalmente para el bombeo de líquidos y vapores en el sistema de alimentación de las calderas, donde las plantas generadoras lo requieran. De aquí radica la importancia de su adecuada protección, ya que si éstas máquinas fallan, seguramente lo hará el sistema de potencia en general, debido a un fenómeno llamado 'avalancha de frecuencia', creado por la baja de velocidad en los generadores, que a su vez dependen de la cantidad y de la intensidad de los flujos que mueven a la turbina.

Protección de motores eléctricos. Se realiza a través de dispositivos que aseguran la desconexión oportuna de los motores eléctricos de la red ante la ocurrencia de alteraciones del régimen normal de trabajo, con el fin de evitar el deterioro del aislamiento del motor, de los devanados y de las conexiones eléctricas

Protecciones de transformadores

Se dice que el transformador es el alma de un sistema de potencia, ya que es éste el que se encuentra en cada uno de los puntos donde las tensiones cambian de valor. Siempre están dispuestos en una subestación, ya sea de interconexión, elevación, o reducción. El tipo de protección más comúnmente utilizado es la diferencial de corriente. Se basa en la aplicación de la ley de Kirchoff, según la cual el sumatorio de las corrientes entrantes y salientes debe ser igual a cero. En nuestro caso el relé de protección es alimentado por los transformadores de corriente instalados en los devanados principales (ya sean estos dos, tres o incluso más). Para eliminar posibles errores en la medición tanto de fase como de ángulo se le aplica un frenado a la protección. Este frenado se basa en la corriente a frecuencia fundamental, pero también en los armónicos segundo y quinto, para de ese modo evitar transitorios durante la excitación del transformador que se protege.

Protecciones de líneas de transmisión

La Línea de Transmisión (LT) es el elemento del sistema eléctrico de potencia destinado a transportar la energía, desde su generación hasta el punto de distribución para su consumo, por lo que se considera como el elemento más importante en el suministro de energía eléctrica. Y forma parte de la Red de transporte de energía eléctrica.

El esquema de protección de una LT está formado por una protección primaria y protecciones de respaldo, siendo la primaria de alta velocidad y las de respaldo con acción retardada.

El objeto de la característica de alta velocidad de la protección primaria es debido a que ésta debe actuar en la menor cantidad de tiempo posible tratando de aislar la falla del sistema, las de respaldo son de acción retardada, ya que tienen que esperar a que la protección primaria actúe, si no es así lo harán éstas otras. Esto no significa que las de respaldo solo actuarán en caso de que la primaria no actúe.

La gran desventaja es que la protección de respaldo aísla una sección de mayor dimensión que la primaria.

Existen varios factores que afectan el diseño y operación de un SP en Líneas de Transmisión, los cuales son: configuración de la red y niveles de tensión, entre otros.

Los esquemas de protección que se pueden utilizar en una LT, son: Protección contra sobre corriente (PSC), Protección de distancia (PD), Protección de hilo piloto (PHP), y la protección híbrida (PH).

Las protecciones que se aplican a las líneas de transmisión se dividen en dos grupos principales: el de protecciones primarias y el de protecciones secundarias (de respaldo), como se describen por ejemplo a continuación:

1. Primaria

(a) Diferencial con comunicación con el otro extremo (hilo piloto, onda portadora o fibra óptica).

(b) Comparación de fase con comunicación con el otro extremo.

(c) Comparación direccional con relevadores de distancia y comunicación con el otro extremo.

2. Secundaria.

(a) Distancia.

(b) Sobre corriente direccional de fases y tierra.

Protecciones de barras

Las barras de colección son un conjunto de elementos mecánicos (estructuras metálicas), destinados a la estabilidad mecánica de los centros de interconexión de los demás elementos eléctricos que comprenden el sistema de potencia.

La protección se realiza específicamente con la protección diferencial de barras (PDB).

SISTEMAS DE PROTECCIÓN MÁS USADOS

Sistema de protección contra cortocircuitos:

La protección contra corto circuito se usa para proteger suministros de energía y conductores contra cortos circuitos activados por corrientes inaceptablemente altas.

Durante un corto circuito, la corriente es limitada por la resistencia de conductor muy baja. Como resultado, en el caso de un corto circuito, la corriente alcanza un nivel inaceptablemente alto, lo que puede hacer que el suministro de energía colapse y las líneas sean destruidas. El dispositivo protector debe ser instalado al inicio de la línea y debe asegurar que la línea sea interrumpida en el caso de un corto circuito.Dependiendo del nivel de protección requerida, las soluciones pueden involucrar el uso de interruptores de circuito con una cinta magnética o fusibles. Los interruptores de circuito se activan más rápido, pero pueden ser más costosos. Los fusibles ofrecen un cierto grado de inercia (retraso), el cual es requerido en algunos casos (por ejemplo, cuando se arrancan motores grandes).Se debe distinguir entre la protección contra corto circuito y la protección contra descarga, la cual ofrece protección cuando las personas entran en contacto con conductores vivos.

Sistema de protección contra sobrecargas:

Las sobrecargas no son perjudiciales, siempre que su duración no permita que se alcancen temperaturas inadmisibles. Para una correcta utilización de los circuitos, no deben producirse desconexiones indebidas. Esto implica que el dispositivo de protección contra sobrecargas sea de «tiempo-dependiente» o «característica térmica». Normalmente, el dispositivo mide el calentamiento «indirectamente» mediante el control de la intensidad que recorre el circuito.
Para la aplicación correcta de este sistema, se requiere conocer la «imagen térmica» (curva tiempo-corriente admisible) del aparato que hay que proteger, lo que sucede pocas veces. Si se conoce esta característica, se debe elegir la protección teniendo en cuenta lo indicado en la figura 1.Cuando no se conoce la curva de imagen térmica, la aplicación de relés térmicos que cumplan las normas UNE y CEI establecidas suele ser suficiente.

Sistema de protección contra electrocución:

Los Sistemas de Protección se utilizan en los sistemas eléctricos de potencia para evitar la destrucción de equipos o instalaciones por causa de una falla que podría iniciarse de manera simple y después extenderse sin control en forma encadenada.