Clasificacion de Reles

B-V. Curso: IPROSEP, Sistemas de Proteccin de SEP, IIE-FING-UdelaR 2015. Pg. 1 de 10

B-V. CLASIFICACIN DE RELS, SEGN SU FUNCIN.

Rel de proteccin

Detecta defectos y condiciones anormales y generalmente dispara interruptores, adems de

dar alarma, etc.

Rel de monitoreo

Verifica condiciones en el sistema de potencia o en el sistema de proteccin.

No manda abrir interruptores.

Por ej. detector de faltas, unidad de alarma, monitoreo de canales de proteccin,

verificacin de sincronismo, coincidencia de fases, supervisin de circuitos de disparo.

Rel de recierre

Establece una secuencia de cierre del interruptor, luego de su disparo por proteccin.

Al recierre automtico tambin se lo llama reconexin automtica.

Rel de regulacin

Se activa cuando parmetros operativos se desvan de los lmites predeterminados.

Trabaja vinculado al control de equipos.

Rel auxiliar

Opera como consecuencia de las seales de apertura o cierre de un circuito, para

suplementar la accin de otro rel o dispositivo.

Por ej. temporizadores, multiplicadores de contactos, rels de sellado (seal-in) y

sealizacin, rels biestables de bloqueo de cierre y enclavamiento de disparo, rels

aisladores, rels de disparo, rels de apertura, etc.

Rel de sincronismo

Asegura las condiciones apropiadas para la interconexin de dos secciones de un sistema

elctrico.

Hoy en los rels modernos es ms exacto hablar de funciones de proteccin, etc. en un rel de

proteccin, que referirse a rels de proteccin como funciones aisladas.

Este curso trata de los rels de proteccin, as como de rels de recierre y de sincronizacin pues

sus funciones estn ntimamente asociadas a las funciones de proteccin.

Es ms, en los rels modernos las funciones de recierre y sincronizacin estn incorporadas dentro

de los rels de proteccin.

Por supuesto que los sistemas de proteccin cuentan tambin con otros tipos de rels y funciones:

de monitores (rels de supervisin de circuitos de disparo), rels auxiliares (disparo, enclavamiento

y bloqueo, etc.)

TERMINOLOGA. PROTECCIN DE SISTEMAS ELCTRICOS DE POTENCIA.

El equipo.

Proteccin o Rel de Proteccin (Protection or Protection Relay)

La accin.

Proteccin (Protection or Protective Relaying)


CLASIFICACIN DE RELS DE PROTECCIN POR SU TECNOLOGA.

Primarios. o Electromecnicos

Secundarios o Electromecnicos o Electrnicos o estticos (analgicos y digitales, electrnica discreta e integrada) o Digitales microprocesados o Numricos

Rels primarios.

Son rels que miden una sola magnitud a nivel primario.

No hay aislacin galvnica entre la entrada y la salida, ya que miden del propio sistema de

potencia y operan sobre el mismo en forma mecnica.

El ejemplo tpico es el rel de sobrecorriente.

Estn en desuso y eran para baja y media tensin, no para alta tensin.

Rels electromecnicos.

Los primeros rels de proteccin electromecnicos son de principios del siglo XX.

Se basan en que debido a un estmulo elctrico se producen fuerzas electromecnicas que causan la

operacin de un contacto del rel.

Dicha fuerza es producida por el flujo de corriente en uno o ms bobinados en uno o ms ncleos

magnticos.

Su principal ventaja respecto a los rels primarios y fusibles es que hay aislacin galvnica entre la

entrada y la salida.


Hay de distintas variantes segn su principio concreto de operacin o cmo se aplica el mismo:

Rels de atraccin de armadura

Rels de disco o copa de induccin.

Rels de bobina mvil

Rels trmicos

Rels operados por motor.

etc.

Solo los 2 primeros tipos subsisten hoy en da (atraccin de armadura y disco de induccin).

En particular el principio electromecnico de atraccin de la armadura es el que se utiliza en los

rels auxiliares, biestables, etc. (que no son de proteccin).

Son rels que generalmente cumplen una nica funcin por dispositivo o caja.

Rels electrnicos (estticos)

Surgen en los comienzos de los 60 con el uso de la electrnica analgica discreta sustituyendo a las bobinas y ncleos magnticos como herramientas para lograr las caractersticas y principios de

proteccin.

Inicialmente se usaban transistores y diodos para realizar comparadores, amplificadores,

cuadradores, funciones lgicas, etc.

Posteriormente hay una segunda era de protecciones pero ya con circuitos integrados lineales y

digitales (amplificadores operacionales, compuertas, flip-flops, etc.). Surgen tambin las funciones

lgicas ms elaboradas.

Pese a llamarse estticos, por supuesto que tienen partes mviles por ej. sus rels de salida. No hay

elementos mviles para obtener los principios de operacin.

Bsicamente los rels electrnicos mantenan los conceptos de proteccin de los rels

electromecnicos. Se puede ver como una sustitucin tecnolgica caja a caja de los rels

electromecnicos.

Se segua manteniendo una funcin por dispositivo o caja, excepto cuando se agrupaban funciones

similares (por ej. 3 sobrecorriente de fase y a de neutro en un solo dispositivo, lo que no era comn

en rels electromecnicos).


El cambio de ajustes era ms sencillo y flexible (dip-switches, potencimetros, etc.)

El consumo sobre los circuitos de medida baj radicalmente, reduciendo los requerimientos sobre

los transformadores de medida.

Aumentaron los problemas con al interferencia electromagntica y el ambiente ruidoso que es una

subestacin.

Su calibracin y reparacin dej de ser una actividad de campo, pasndose a realizar en

laboratorio.

Su fuente de alimentacin pas a ser un elemento crtico, que deba ser altamente confiable.

Pero tenan supervisin de la fuente de alimentacin y contacto de alarma ante su falla.

Rels digitales.

Con la aparicin del microprocesados y la computacin, se empez a aplicar esta tecnologa a los

rels de proteccin en los aos 80. Las funciones de proteccin se implementan en programas y algoritmos programados.

El procesamiento de las seales analgicas (corrientes y tensiones) puede ser al menos de dos

maneras:

Se rectifican y se realiza una conversin analgica digital (A/D). De all en adelante se utilizan esos valores para los algoritmos de operacin (comparadores de amplitud).

Se cuadran las seales analgicas. Luego circuitos lgicos o el microprocesador se compara las fases de las seales cuadradas y desarrolla los algoritmos de operacin (comparadores de fase).

Las capacidades y velocidades de procesamiento y memoria de datos eran reducidas, lo que

limitaba las aplicaciones y cantidades de las mismas a incorporar.


No son ms rpidos que los rels de tecnologas anteriores, pero ese tiempo extra de procesamiento

no aumenta significativamente el tiempo total de operacin del sistema de proteccin.

Surgen las funciones de autodiagnstico (watch-dog) adems que la de prdida de alimentacin.

Rels numricos.

Los rels numricos son rels microprocesados que mediante el muestreo de las magnitudes

elctricas medidas varias veces por ciclo, la retencin de dichos valores instantneos (sample &

hold o S/H) y su posterior conversin analgica digital (A/D), desarrollan sofisticados algoritmos

de proteccin mediante tcnicas numricas (por ej. calcular fasores de las magnitudes medidas y a

partir de ellos desarrollar algoritmos de proteccin).

La alta capacidad y velocidad de procesamiento y memoria que existe en el estado actual de la

computacin permiten este desarrollo y el muestreo varias veces por ciclo.

Generalmente se usa procesadores especializados en el procesamiento digital de informacin (DSP

o digital signal precessor). Las seales se procesan en tiempo real.

Las capacidades de E/S y comunicacin tambin crecen, junto con el desarrollo del software de

aplicacin para gestin.

Los avances tecnolgicos y aumentos de velocidad, y ancho de banda de las comunicaciones,

potencian los aumentos en velocidad y capacidad de procesamiento y memoria de las protecciones

numricas.

Se pueden implementar un nmero muy importante de funciones de proteccin en un slo equipo,

tanto principales, de respaldo, como auxiliares o de monitoreo. Son sumamente flexibles en el

ajuste y configuracin, y tienen auto-supervisin.

Cada funcin es tpicamente una rutina o algoritmo computacional.

En la actualidad son protecciones confiables tanto en software como en hardware, siendo tan

confiables como rels de otras tecnologas.

Los costos decrecen o al menos los costos se mantienen para un aumento de funcionalidades y

prestaciones.


CARACTERSTICAS DE LOS RELS NUMRICOS.

Los rels numricos de proteccin modernos tienen las siguientes funciones, capacidades y

caractersticas:

Flexibilidad (muchas de las siguientes caractersticas hacen a esta flexibilidad)

Integracin. o Varias funciones de proteccin rels multifuncin (detectar y despejar las faltas y

condiciones anormales predefinidas),

funciones principales y de respaldo (e incluso de monitoreo) amplios rangos de ajuste

o Puede integrar funciones de control y monitoreo o Mltiples grupos de ajustes (seleccionables o conmutables por hardware y software) o Lgicas y configuraciones lgicas definidas por el usuario (tanto de proteccin como de

control)

o Cada magnitud se mide una vez y las utilizan todas las funciones de proteccin o A veces funciones de mando y control (proteccin y control integrado, protection and

automation, sobre todo en MT),

o No son necesarios TIs auxiliares (las correcciones de amplitud, defasaje y filtrado de armnicos se realizan en el propio rel),

o Disminucin de espacio en los paneles (mltiples funciones, lgicas, etc.)

Proteccin adaptiva y lgicas adaptivas

Sealizacin y alarmas visuales (propias y salidas a otros equipos por comunicacin y/o cableado)

Interfase humano-mquina (HMI) (display y teclado),

Comunicacin para su gestin (local y a distancia),

Localizacin de faltas (proteccin de lneas y cables),

Sincronizacin horaria (GPS, IRIG-B o IEEE 1588),

Registro oscilogrfico de faltas y condiciones anormales. Consiste en el registro de valores instantneos de tensiones y corrientes de falta y pre-falta (post-trigger y pre-trigger) durante

varios ciclos, de manera de poder analizar luego lo ocurrido en el sistema de potencia,

Registro Cronolgico de Eventos (RCE), tambin llamado Sequence of Events (SOE) o Sequence Events Report (SER)

o de las funciones de proteccin (arranques, disparos, bloqueos, etc.) o de falla o defecto interno o otros eventos (cambio de ajustes, prdida de referencia temporal, reinicio, etc.)

Medida de magnitudes de servicio on-line

Baja carga a los circuitos de medida de corriente y tensin.

Las magnitudes residuales pueden calcularse en vez de (o adems de) medirse

Chequeos o Supervisin de coherencia de las medidas de corrientes y tensiones trifsicas, deteccin

de falla en trafos de medida y circuitos secundarios

o Deteccin de saturacin de los TIs. o Supervisin de circuitos disparos, o Supervisin de posicin de interruptores y seccionadores, o Supervisin del estado de interruptores (cantidad de aperturas, I2t acumulado, etc.) o Auto-supervisin muy exhaustiva y alarma de falla interna, o Supervisin de la calidad de la continua de alimentacin.

Funciones de ensayo (forzado de salidas, forzado de seales internas, verificacin y forzado de entradas digitales, debug de lgicas, modo ensayo para habilitar y deshabilitar funciones, etc.)


Posibilidad de actualizar el firmware (software interno, correccin de bugs, nuevas funcionalidades)

Algunas dificultades o inconvenientes que presenta la tecnologa moderna son:

Genera cantidades enormes de datos, que deben poder ser informacin

Gran complejidad (para entender funcionamiento y relaciones, implementar ajustes, implementar lgicas, lgicas y funciones adaptivas, IEC61850, ensayo, etc.)

Vida til limitada. o Depende de la obsolescencia tecnolgica (nuevas necesidades, funcionalidades o

compatibilidades no cubiertas)

o La vida de los componentes (que son productos comerciales) limita la confiabilidad y disponibilidad.

La integracin de funciones, lgicas, proteccin y control integrados, aumenta la susceptibilidad a las fallas de modo comn y afecta la confiabilidad.

Susceptibilidad a interferencia de radio (RFI) y electromagntica (EMI). El rechazo es muy bueno, pero menor que en algunas tecnologas previas.

BLOQUES FUNCIONALES PRINCIPALES DE UN REL NUMRICO TPICO.

Los rels numricos son rels microprocesados que calculan sus algoritmos mediante tcnicas

numricas.

Los rels numricos generalmente pueden representarse con el siguiente diagrama de bloques.


A continuacin se muestra otro diagrama en bloques ms detallado de un rel microprocesado

tpico.

Las salidas de los transformadores de medida de corriente y tensin (1 o 5 Aac nominales,

3/100100 o hasta 3/200200 o Vac nominales) se aplican a las entradas analgicas de las

protecciones.

El subsistema de entradas analgicas:

Aisla al rel de los circuitos secundarios de medida,

Reduce el nivel de las tensiones,

Convierte las corrientes en tensiones proporcionales,

Elimina las componentes de alta frecuencia de las seales mediante filtros analgicos pasabajo (antialiasing).

Las tensiones de salida del subsistema anterior, son aplicadas a la interfase analgica que realiza

las siguientes funciones sobre las seales:

Muestrearlas (sample and hold o S/H),

Multiplexarlas

Realizar su conversin analgica-digital (A/D o ADC) convirtiendo los valores analgicos en sus equivalentes valores digitales que son guardados en

memoria RAM.

Dado que los conversores A/D manejan solamente tensiones, el subsistema de entradas analgicas

convierte las corrientes en tensiones utilizando resistores de precisin.

El subsistema de entradas digitales (o binarias) enva el estado de interruptores, seccionadores, etc.

del sistema de potencia, seales de teleproteccin, etc. a la memoria RAM.

Las entradas son optoacopladas de manera de aislar a la proteccin del sistema de potencia.

El algoritmo de proteccin (parte del software del rel) procesa la informacin adquirida usando

tcnicas de procesamiento numrico de seales para estimar:

Amplitudes

ngulos de los fasores de voltaje y corriente, y a veces para tambin estimar la

Frecuencia del sistema.


Estas magnitudes son manejadas utilizando los principios de operacin (nivel, zona, direccin,

distancia, etc.) y algoritmos especficos, calculando otras magnitudes o resultados (por ej.

impedancias) y comparndolos con los ajustes (settings) predefinidos en la proteccin, para as

determinar si el equipo o sistema protegido experimenta una falta o condicin anormal de

funcionamiento, o no.

Existen otros algoritmos de proteccin que no calculan fasores, sino que trabajan en el dominio del

tiempo (por ej. estimacin de parmetros del sistema, ondas viajeras, etc.).

Las lgicas programables complementan este mdulo brindando flexibilidad y posibilidades de

automatizacin y control.

El subsistema de salida digital enva las salidas de disparo a los interruptores en caso de falta o

condicin anormal, as como otras rdenes y seales (recierre, alarmas, teleproteccin, etc.)

Tanto las entradas como las salidas digitales, asi como magnitudes analgicas pueden ser

intercambiadas con otros equipos mediante protocolos de comunicacin, por ejemplo DNP3, IEC

61850.

Los ajustes (settings), configuraciones, lgicas y otra informacin vital es almacenada en memoria

no voltil (EPROM, E2PROM, etc.).

La memoria RAM es usada para almacenar informacin temporal.

Los rels computarizados generalmente tiene una pila o batera interna que permite, ante la prdida

de la alimentacin externa al rel de proteccin, mantener ciertas funcionalidades o datos que no se

guarden en E2PROM. Por ej. se mantiene operativo el reloj interno, por lo que la proteccin no

pierde la hora durante una prdida de alimentacin, se conservan los registro oscilogrficos y la

lista de eventos, etc.


Dimensiones.

Ntese el ahorro de espacio al sustituir todos los rels estticos de proteccin de un sistema por un

solo rel numrico Adems el nuevo rel agrega funciones que no tena el sistema original.

Bibliografa y figuras:

Network Protection & Automation Guide (NPAG), ALSTOM (2002 y 2011).

Protective Relaying Theory and Applications, W. A. Elmore.

Power System Relaying. Stanley H. Horowitz, Arun G. Phadke.

Protecciones ORIGINALES Proteccin

NUEVA

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