reles de sobrecorriente
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RELES DE SOBRECORRIENTE
Presentado por:
David Cubillos R 42031011Lida J Ibáñez 42031044
Presentado a:
ING. JOSE ROMERO.
UNIVERSIDAD DE LA SALLEFACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA
CATEDRA DE PROTECCIONES ELECTRICASBOGOTA D.C. FEBRERO
2008
INTRODUCCION
Las fallas en los sistemas eléctricos representan a las industrias millones de pesos al año por pérdida de producción. No solo los costos de pérdidas sino todo lo relacionado al hecho de tener una máquina fuera de producción, por eso se hace necesario tener un sistema de protecciones confiable, seguro, veloz, económico, selectivo, sensitivo y simple.
Los relés son dispositivos analógicos y/o digitales compactos que son conectados a través de los sistemas de potencia para detectar condiciones intolerables o no deseadas dentro de un área asignada.
El objetivo de un sistema de protección consiste en reducir lainfluencia de una falla en el sistema, hasta tal punto que no seproduzcan daños relativamente importantes en él ni tampoco ponga en peligro seres humanos o animales. Esto sólo se puede conseguir cubriendo de una manera ininterrumpida los sistemas de producción, transmisión y distribución de energía mediante unos esquemas de protección y relés que hayan sido diseñados con la atención requerida.
Existen muchas tendencias o filosofías de diseño con respecto a los sistemas de protección, encontrándose diferentes tipos de relés, según sea el fabricante, para un mismo defecto o falla del equipo.
OBJETIVOS
• Conocer e identificar los diferentes tipos de relés de sobrecorriente, con el fin de lograr un paso mas hacia la correcta filosofía de diseño de un sistema de protecciones.
• Proporcionar información acerca de los relés de sobrecorriente, de manera clara y precisa para lograr entender el comportamiento de estos instrumentos de protección normales de operación y en condiciones de falla de los sistemas de potencia.
• Dar a entender, por medio de este trabajo y la exposición correspondiente, lo concerniente a los relevadores de sobrecorriente 50 y 51.
PROTECCION DE SOBRECORRIENTE
Los relés de sobrecorriente se construyen como los dispositivos de protección más comunes, para operar cuando ocurren sobrecorrientes en sistemas de potencia haciendo énfasis en los criterios de ajuste.
La detección de altos niveles de corrientes en sistema eléctrico, es una de las técnicas más utilizadas para determinar la existencia de fallas. y por lo tanto operar dispositivos de protección.
Los relés de sobre corriente son dispositivos más comunes para operar ante sobre corrientes en sistemas de potencia.
La protección de sobre corriente no debe ser utilizada como protección central sobrecargada, porque esta ultima es asociada a la capacidad terminal de las maquinas o líneas, mientras que la protección de sobré corriente actúan en condiciones de falla.
La detección de altos niveles de corriente en sistemas eléctricos, es una de las técnicas más utilizadas para determinar la existencia de fallas y por lo tanto para operar dispositivos de protección. Estos pueden ser de muchos tipos de acuerdo a su grado de complejidad y precisión.
Entre los tipos más comunes de dispositivos de protección se pueden mencionar interruptores termomagnéticos y de caja moldeada, fusibles y relés de sobrecorriente. Los dos primeros tipos se emplean principalmente en la protección de equipos de media y baja tensión; los fusibles son muy utilizados también en baja tensión y en la protección de líneas y transformadores de distribución. Los relés de sobrecorriente constituyen los dispositivos de protección más comunes para operar ante sobrecorrientes en sistemas de potencia.
Los relés de sobrecorriente pueden ser construidos con elementos electromagnéticos o de estado sólido.
TIPOS DE RELÉS DE SOBRECORRIENTE
Tenemos en cuenta la característica de operación, los relés se clasifican en tres tipos:
AJUSTE DE LAS UNIDADES INSTANTÁNEOS
Las unidades instantáneas son necesarias cuando las impedancias de los elementos a proteger son grandes, en comparación con las impedancias de la fuente.
OFRECEN DOS VENTAJAS:
Reducen el tiempo de operación de los reles para fallas severas en el sistema.
Evitar la perdida de selectividad en un sistema de protección construidos por reles de características diferentes.
CRlTERIOS DE AJUSTES DE UNIDADES QUE PROTEGEN TRANSFORMADORES
Al instalar los reles de sobrecorriente en el lado primario se ajustaran a 125% de el corto existente en el barraje del lado de baja referido al lado de alta.
Los ajustes de los relés instalados en el secundario de un transformador, se anulan cuando se tenga que el nivel de corto máximo para el cual deben operar los réles de los alimentadores.
Al anular entonces los instantáneos de los reles del lado de baja de los transformadores se evitan perdidas de selectividad que se podría presentar si estos instantáneos no se cancelaran.
Existen cuatro tipos básicos de relés de sobrecorriente:
• Relés de corriente definida.
• Relés de tiempo definido.
• Relés de tiempo inverso.
• Relés direccionales.
RELÉS DE CORRIENTE DEFINIDA
En este tipo de relés se presenta una operación instantánea cuando la corriente alcanza un valor prefijado. El ajuste de este tipo de relés se hace de tal forma que el extremo mas alejado de la fuente opere con el valor más bajo de corriente y progresivamente ajustes cada vez mas altos se vayan colocando en las subestaciones, a medida que se vayan acercando a la fuente. Según esto el
dispositivo con menor ajuste, opera primero y desconecta la carga en el punto más cercano a la falla.
Desventajas:
Este tipo de protección es poco selectivo para altos valores de corto circuito, porque hay dificultad para distinguir la corriente de falla entre un punto y otro cuando la impedancia entre ellos es pequeña en comparación con la impedancia de la fuente.
Utilización:
Los relés de corriente definida no son muy utilizados como única protección de sobrecorriente, se usan como unidad instantánea cuando hay otro tipo de protección.
RELES DE TIEMPO DEFINIDO
Permite ajustar la operación para diferentes niveles de corriente con diferentes tiempos de operación. Los ajustes se hacen en forma tal que el interruptor que alimenta la carga se dispare en el tiempo más corto y después sucesivamente los demás interruptores hacia la fuente, en tiempos cada vez mayores. Como el tiempo de operación es independiente de la magnitud de la corriente de falta, no se presentan los inconvenientes del relé de corriente definida, la protección es más selectiva.
Desventajas:
Las fallas que se presentan cerca de la fuente, que son las que ocasionan las mayores corrientes, son despejadas en un ‘tiempo relativamente largo”.
Utilización:
Se emplea mucho este tipo de relés cuando la impedancia de la fuente es grande respecto a la del elemento a proteger.
TIEMPO INVERSO
Como lo índica su nombre estos relés operan en un tiempo inversamente proporcional a la magnitud de la corriente de falta, de acuerdo a una serie de curvas características.
Su principal ventaja sobre los relés de tiempo definido es que, ante muy altas corrientes pueden obtenerse tiempos de disparo muy cortos sin tener que sacrificar la selectividad.
Utilización:
Se pueden utilizar en cualquier sistema de potencia ya que las curvas características se clasifican en tres tipos:
• inverso • muy inverso• extremadamente inverso
Lo que redunda en que coordinando estos tres tipos se puede llegar a la selectividad deseada en un sistema de protecciones. Según ANSI. Este es el criterio con el que se puede afirmar que una protección es inversa, muy, o extremadamente inversa.
RELÉS DIRECCIONALES.
Cuando además de la magnitud de la corriente se quiere sensar la dirección de la misma, es necesaria la utilización de este tipo de relés, estos necesitan un valor de referencia contra la cual medir la corriente del circuito a proteger.
Estos relés van conectados en serie con un CT, y en este montaje es preponderante la polaridad magnética del mismo, la cual está claramente señalada tanto en el diseño como físicamente para efectos de montaje.
Se clasifican por el valor de ángulo de desfase entre corriente en el dispositivo y una de referencia (polarización), al que ocurre el máximo torque, para dispositivos electromecánicos, y por comparación matemática del ángulo de desfase para relés de estado sólido. El relé da una señal en caso de la corriente ir en dirección opuesta a la esperada, pero solo hace operar el sistema de protecciones en cuando su magnitud supera los valores establecidos, en cualquier dirección,
Utilización:
Son muy utilizados en aplicaciones donde no solo limitan la magnitud de la corriente de falla, sino también conocer la dirección del flujo de corriente son determinantes en la operación óptima del sistema, es el caso de la protección de generadores y líneas de transmisión.
Se encuentran comúnmente asociados con relés instantáneos o de tiempo inverso.
TIPOS PRINCIPALES DE RELES DE PROTECCIÓN
Los principales tipos de relés de protección son:
• Relé de sobrecorriente, de sobretensión y subtensión.• Relé direccional (CA CD)• Relé de balance• Relé diferencial• Relés pilotos
RELES DE SOBRECORRIENTE.
Estos relevadores se derivan directamente de los tipos básicos de atracción electromagnética o de los de inducción electromagnética.
El prefijo “sobre” significa que el relé se pone en trabajo para cerrar unos contactos normalmente abiertos cuando la cantidad actuante (corriente o tensión) sobrepasa el valor para el cual esto ajustado para funcionar.
El prefijo “sub” significa que el relé se repone para cerrar un conjunto de contactos normalmente cerrados cuando la cantidad actuante disminuye por debajo del valor de reposición para el cual esta ajustado.
Un relevador de corriente es aquel cuya fuente de cantidad actuante es una corriente en un circuito, proporcionada por un transformador de corriente. Un relevador de tensión es aquel cuya fuente de cantidad actuante es una tensión del circuito proporcionada por un transformador de tensión.
Ajustes:
Puesta en trabajo:
Los relés de sobrecorriente tienen una amplia zona de ajuste, sin embargo, esta está limitada a la misma construcción física del relé. Los relés de atracción se ajustan mediante el ajuste del entrehierro inicial, de la tensión del resorte o tomas a la bobina.
Tiempo:
Los relés de atracción tiene un tiempo de operación instantáneo, entonces, lo acción del relé se puede controlar por un temporizador adicional (tiempo definido).
Los relés de inducción de tiempo inverso tienen un tiempo de operación ajustable cambiando el recorrido del disco, por el cambio o ajuste de la posición del tope de reposición.
SOBRECARRERA Y TIEMPO DE REPOSICIÓN
La sobrecarrera se da por la continuidad en el movimiento de las partes móviles, cuando la cantidad actuante es retirada, debido a la inercia de las mismas.
La duración de la sobrecarrera es de 0.1 s generalmente. El tiempo de reposición varía directamente con el ajuste del disco de tiempo.
CONEXIONES
Los relés de sobrecorriente se conectan a los secundarios de los transformadores de corriente conectados en Y; se instala uno en una fase y uno en el neutro.
Se incluye un relé instantáneo y un relé de tiempo inverso en una misma caja cerrada porque a menudo se requieren las dos funciones.Los relés de sobre o subtensión también se conectan en los secundarios de los transformadores de tensión; se conectan fase a tierra o fase a fase.
RELES DIRECCIONALES DE CA
Están capacitados para distinguir el flujo de corriente en una dirección o en otra reconociendo la diferencia en el ángulo de fase entre la corriente y la magnitud de polarización.Se dividen en dos grupos:
RELES DIRECCIONALES DE POTENCIA
Se utilizan generalmente para la protección contra condiciones distintas de los cortocircuitos. El par máximo es producido cuando se conduce carga de factor de potencia cercano a la unidad. El relé se pone en trabajo para el flujo de potencia en una dirección opuesta del flujo de carga.
CONEXIONES
- Conexión en fase: No se dispone de la tensión de fase a neutro.
Conexión a 30º la corriente adelanta la tensión del relevador en 30º
AJUSTES:
Pueden ajustarse para responder a cualquier potencia deseada que se proporciona en una dirección dada.Se pueden calibrar ya sea en función de los amperes mínimos de puesta en trabajo a la tensión nominal o de los watts mínimos de puesta en trabajo.
RELES DIRECCIONALES DE SOBRECORRIENTE
Se utilizan para la protección contra cortocircuito.
Las corrientes en un cortocircuito tienen factores de potencia de ángulos grandes, entonces, los relés deben desarrollar par máximo bajo estas condiciones.Generalmente los relés direccionales de sobrecorriente son una combinación de dos relés: Uno direccional (de alta velocidad) y uno de sobrecorriente (de tiempo inverso) el cual es ajustable y controlado por el direccional.
RELES DE EQUILIBRIO DE CORRIENTES
Se utilizan dos tipos de relevador de equilibrio de corriente, basados en la producción del par actuante uno sería del tipo de sobrecorriente y otro del tipo direccional.
Tipo de sobrecorriente: Tiene un elemento de sobrecorriente arreglado para producir par en
oposición a otro elemento semejante, actuando ambos elementos sobre la misma estructura móvil. Una ilustración de este relé se da en la figura en un esquema de atracción electromagnética de balanza:
Al despreciar el efecto del par negativo del resorte de control, la ecuación del par de cualquier tipo es
222
211 IKIKT −=
Si el relé esta en el limite de funcionamiento el par neto es cero, entonces222
211 IKIK =
Por lo tanto la característica de funcionamiento es la relación de las corrientes que es una constante.
La característica de funcionamiento esta especificada en porcentaje por la expresión de la relación I1 / I2 requerida para la puesta en trabajo cuando el relevador esta funcionando sobre la parte recta.I1 es la corriente de operación e I2 es la corriente de retención.El relevador de equilibrio de corrientes funciona cuando una corriente excede un valor normal en comparación con la otra corriente.
Tipo direccional:
Utiliza un elemento direccional de corriente-corriente en el que la magnitud de polarización es el vector diferencia de dos corrientes y la magnitud de influencia es el vector suma de estas dos.Al despreciar el efecto del resorte de control y suponiendo que las corrientes están en fase, el par es:
T = K1 (I1 + I2) (I1- I2)
Con I1 e I2 valores eficaces.
RELEVADORES DIFERENCIALES
Funcionan cuando el vector diferencia de dos o mas cantidades eléctricas similares excede una cantidad predeterminada.Cualquier tipo de relevador puede hacerse que funcione como un relevador diferencial cuando se conecta en cierta forma.La figura muestra un ejemplo simple de un relé diferencial
FALLA EXTERNA
Suponiendo un cortocircuito en el punto A, la corriente fluirá por el elemento protegido pasando por los das TC. Si los dos TC tienen la misma relación de transformación y están conectados adecuadamente, sus corrientes secundarias circularán entre ellos y no por el relé diferencial.
FALLA INTERNA
Si el cortocircuito es entre los dos TC (punto b), la corriente fluye hacia el cortocircuito en ambos lados, la suma de corrientes secundarias fluirá por el relé diferencial.La corriente del relé diferencial será proporcional al vector diferencia entre las corrientes que entran y salen del circuito protegido y si la corriente diferencial excede el valor de puesta en trabajo del relé, este funcionará.Si el sistema es de más de das salidas este principio se puede extender, solo se necesita que los TC tengan la misma relación de transformación y que estén conectados de tal manera que el relevador no reciba corriente.
La forma mas utilizada de relé diferencial es el tipo diferencial porcentual, el cual es similar al relé de equilibrio pero se conecta en un circuito diferencial.
La ventaja de estos relés consiste en que es menos probable que opere incorrectamente por cortocircuitos o fallas externas a la zona de protección ya que los transformadores de corriente no tienen muy buena precisión y la corriente diferencial durante estas fallos puede ser diferente de cero produciéndose así un disparo erróneo.
PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LOS RELES
Principio Fundamental: Existen sólo tres (3) principiosfundamentales de funcionamiento de los relés, que son:
• Atracción electromecánica: funcionan en virtud de un émboloque es atraído por un solenoide o una armadura que es atraídapor los polos de un electroimán; funcionan igualmente conmagnitudes de c.a. o c.d.
• Inducción electromagnética (o de inducción): utilizan elprincipio de los motores de inducción por medio del cual el troqué es desarrollado por inducción en un rotor; su funcionamiento es sólo con c.a.
• Estado Sólido: son hoy en día los más utilizados y los querepresentan una mayor variedad de diseños. Los hay del tipoanalógicos y del tipo digital e inclusive hoy en día se desarrollanrelés de protección con microprocesadores. Todas las funcionesdesarrolladas por los relés electromecánicos pueden serdesarrollados por los relés de estado sólido, en la mayoría delos casos con mejores características y ventajas económicas.
INFORMACIÓN GENERAL
• Relé de propósito general • Aplicaciones de entrada/salida de PLC • Carga máxima de AC: 10A / 250V AC1 • Carga máxima de DC: 0,5A @ 110V DC1
El C10 es un relé industrial conectable totalmente equipado y características específicas para aplicaciones de entrada/salida de automatización. Tiene una capacidad de corte de 10A, y puede ser alimentado con tensión máxima de 230Vca.
Para aplicaciones de entrada, empleamos un contacto bifurcado especialmente diseñado para manejar cargas de baja señal desde 1mA.
Características:
• Cinco colores para una más fácil identificación • Botón de prueba manual con doble función: pulsa y enclava. Doble
ventana de indicación mecánica
RELÉS DE ESTADO SÓLIDO PARA BAJA POTENCIA
El nuevo relé de estado sólido CSS se presenta en estas tres versiones, dos para corriente alterna y una para corriente continua,
• Relé estado sólido un contacto NA Salida: corriente alterna CSS AC:
Aplicaciones Especialmente indicado para conmutar cargas inductivas en AC así como la conexión de motores, electro válvulas, solenoides…
Control Tensión de operación DC 3,5 - 32 v, Tensión de reposición =2,5 v, Corriente absorbida 10 mA. Incluye estabilizador de corriente e indicación luminosa mediante diodo LED amarillo.
Salida: Número de polos 1 NA, Tensión máxima 264 v, Intensidad máxima 3 A, Temperatura máxima trabajo 60º C, Temperatura máxima almacenamiento 100º C, Caída de tensión <1,5 v, Corriente de fuga (230v/50Hz) 0,55 mA.
RELÉS DE ESTADO SÓLIDO PARA ALTA POTENCIA
Estos dispositivos semiconductores cuentan con posibilidad de montaje en riel DIN, y son ideales para aíslar los elementos de potencia industrial de los PLC. Además posee mayor aprovechamiento del espacio, conmutan válvulas, bobinas y contactores de alta potencia.
Las ventajas que usted tiene con este tipo de Relé son: Corriente hasta de 5Amp, Voltajes AC 110 y 220 Voltios, Voltajes DC 100 y 200 Voltios. Y corrientes hasta de 75Amp, Voltajes de 600 AC/DC
Que aplicaciones podría usted tener con este tipo de dispositivo:
1. Encendido de motores, embragues y frenos magnéticos.Los relés OPTEC para motores reemplazan los contactores utilizados en encendido de motores.
2. Este tipo de dispositivo se utiliza para conmutar motores monofásicos y trifásicos, inversión de dirección de motores, arrancadores suaves de motores, conmutación de bobinas.
VENTAJAS:
• Trabajan en ambientes difíciles con polvo o aceite.No requiere mantenimiento.Ninguna partícula puede penetrar el dispositivo herméticamente sellado.
OTRAS APLICACIONES
Inyectores, Sopladoras, Extrusoras, Termo formadoras, Unidades de enfriamiento, Disificadoras, Mezcladoras, Hornos industriales y de laboratorio.
Módulos de entrada / salida.Empacadoras, Válvulas neumáticas e hidráulicas, Contactores, Dosificadores, Señales de entrada y salidas de PLC
Motores:Bandas transportadoras, Bomba, Compresores, Embragues, Frenos magnéticos, Refrigeración, Ventiladores.
CONCLUSIONES
• La función principal de los relevadores usados para protección es determinar lo más pronto posible la existencia de corto circuito en el sistema por lo que la mayoría de los relevadores opera en mas o menos un ciclo de la frecuencia del sistema (0.0717 segundos a 60 Hz), por lo que pueden enviar la señal de disparo a los interruptores correspondientes, esta función difícilmente podría ser realizada por un operador humano en forma confiable, rápida y económica.
• Los relevadores no solo deben operar en forma rápida, también deben ser precisos en su operación es decir dentro de sus diferentes niveles de
sofisticación deben estar en posibilidad de distinguir entre corto circuitos y algunas otras anomalías como ondas de corriente momentáneas debidas a arranques de motores, picos de carga o corrientes magnetizantes.
• Los relevadores deben ser selectivos en su operación es decir que solo deben aislar aquellas partes del sistema que así se requiera minimizando el número de elementos que se desconectan de la red estando a veces en posibilidades de indicar la causa posible de la falla ocurrida.
• El tiempo de operación varía en forma inversa, con la corriente que circula por el relevador
• La calibración del relé implica: definir su corriente de arranque y su característica de tiempo de operación.
BIBLIOGRAFIA
• Protecciones Eléctricas; ROBERTO AGILAR MERCADO.
• Fundamentos de protecciones para instalaciones comerciales e industriales; ENRIQUEZ HARPER.
• Aplicación de las Protecciones Eléctricas; FERNANDO GERS.
• Protecciones Eléctricas; Revista MUNDO ELECTRICO; EDICION 51.
• Páginas en Internet.
• www.ing.unlp.edu.ar • www.radsur.com • www.lt-automation.com/reles.htm • www.schneider-electric.com.co