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PROTECCIN DE BARRAS
Las Barras se encuentran a todo lo largo del sistema de potencia
donde dos o ms circuitos se
interconectan. El nmero de circuitos
interconectados vara ampliamente dependiendo de
la configuracin del sistema. Las fallas en las
Barras pueden originar grandes perturbaciones en
el Sistema ya que cuando se producen, todos los
circuitos asociados a dicha barra deben
desconectarse. Frecuentemente las barras se
seccionan o se usan arreglos de barras para
minimizar el nmero de circuitos que se deben
desconectar en el caso de una falla.
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PROTECCIN DE BARRAS
Afortunadamente las fallas en las barras no son muy comunes,
pero son muy serias debido a que pueden resultar en una
considerable prdida de servicio por el nmero de circuitos que se
deben abrir para aislar la falla. Las causas ms comunes de fallas
son: Fallas en los equipos, contacto de animales pequeos,
aisladores que se rompen, objetos impulsados por el viento y
contaminacin.
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PROTECCIN DE BARRAS
La proteccin diferencial provee sensibilidad y velocidad para la
proteccin contra fallas de
fase y tierra y se recomienda generalmente
para todo tipo de barras.
Las zonas de proteccin (en los siguientes diagramas) se indican
en lneas punteadas
indicando la proteccin primaria. La
proteccin de respaldo es, usualmente,
provista por las protecciones asociadas a los
circuitos que conectan con la barra.
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PROTECCIN DE BARRAS
Existen muchos arreglos de barras en servicio para minimizar el
problema de las fallas y
motivados por razones econmicas y de
flexibilidad en la operacin
Algunos de estos arreglos son:
1. Barra Simple-Interruptor Simple
2. Barra Doble con Interruptor de enlace sencillo
3. Barra Principal y de Transferencia con
Interruptor sencillo
4. Barra de Interruptor y medio
5. Barra y transformador con interruptor sencillo.
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Barra Simple-Interruptor Simple
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Barra Simple-Interruptor Simple Es el diseo de barra ms bsico,
sencillo y
econmico y es usado ampliamente, particularmente en sistemas de
distribucin y de transmisin de baja tensin.
La Proteccin Diferencial es fcil de aplicar, siempre que se
disponga de los CTs adecuados, con la zona de proteccin encerrando
toda la barra.
Este arreglo no tiene ninguna flexibilidad. Todas las fallas
requiere que se abran todos los circuitos. Problemas en los
interruptores o el mantenimiento requiere que la barra salga de
servicio.
Un juego de Transformadores de Potencial en la barra puede
suministrar tensin para la proteccin de todos los circuitos.
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Barra Doble con Interruptor de
Enlace e Interruptor Sencillo
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Barra Doble con Interruptor de Enlace e
Interruptor Sencillo
Es una extensin del arreglo anterior y se utiliza cuando existe
un alto nmero de circuitos,
especialmente en S/E de Distribucin o Industriales.
Provee flexibilidad cuando la S/E se alimenta desde
dos fuentes separadas. Cuando cada barra se
conecta a una fuente se puede operar con el
Interruptor 52T abierto o cerrado. Si se pierde una
fuente, todos los circuitos se pueden alimentar con
52T cerrado. Se aplica una zona de proteccin para
cada barra. Una falla en una barra permite todava
servicio parcial de la S/E a traves de la otra barra.
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Barra Principal y de Transferencia
con Interruptor Sencillo
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Barra Principal y de Transferencia con
Interruptor Sencillo
Se incrementa la flexibilidad de operacin al agregar una barra
de transferencia. La operacin normal es similar a la del primer
caso con todos los circuitos conectados a la barra principal. Esta
barra es protegida por una zona de proteccin simple. Una falla en
la barra requiere disparar todos los interruptores, sacando de
servicio la barra.
Normalmente la barra de transferencia no est energizada. Cuando
hay problema con algn interruptor o por mantenimiento, ese circuito
se conecta a la barra de transferencia cerrando su seccionador NA y
cerrando el interruptor 52T para mantener el servicio.
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Barra Principal y de Transferencia
con Interruptor Sencillo
Slamente se puede conectar un circuito a la barra de
transferencia en un momento dado. La
proteccin asociada con el interruptor de enlace
(52T) debe ser adecuada y adaptable para
cualquiera de los circuitos de la barra principal.
Esto puede requerir diferentes ajustes que deben
ser hechos para cada circuito transferido. Esta es
una desventaja desde el punto de vista de
protecciones.
Un juego de TP puede proveer tensin para la proteccin de todos
los circuitos.
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BARRA EN ANILLO
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Este arreglo es muy comn, sobre todo en tensiones altas. Se
obtiene alta flexibilidad con un mnimo de interruptores. Cada
interruptor sirve a dos lneas y debe ser abierto para fallas en
cualquiera de las lneas que alimenta. La seccin de barra entre las
lneas se convierte en parte de la lnea. Por lo tanto, la proteccin
de barra no es aplicable ni necesaria. Se muestra la interconexin
entre los Cts. Las fallas en las lneas deben disparar dos
interruptores del anillo. Si el anillo est abierto por cualquier
razn una falla en una lnea puede separar las otras lneas de la
barra. Si se requiere tensin de linea para proteccin se obtienen
mediante TPs en cada lnea.
BARRA EN ANILLO
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Barra de Interruptor y Medio
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Barra de Interruptor y Medio
Provee mayor flexibilidad pero requiere ms interruptores que la
barra en anillo. Tambin es ampliamente utilizado, sobre todo en
sistemas multicircuitos de alta tensin. Las dos barras de operacin
tienen proteccin diferencial separadas. Cada seccin de lnea es
alimentada por ambas barras mediante dos interruptores. El
interruptor central sirve ambas lneas, de all la designacin de
medio. Las fallas de lnea abren dos interruptores pero no hay
prdida de servicio en las otras lneas si todos los interruptores
estn Normalmente Cerrados.
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Barra y Transformador con Interruptor
Sencillo
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Barra y Transformador con Interruptor
Sencillo
El arreglo es igual al de Barra Simple-Interruptor Simple con un
transformador conectado directamente a la barra. La ventaja es el
ahorro
de un interruptor entre el transformador y la barra.
Es prctico en S/E pequeas de distribucin
donde slo se tiene un TX para alimentar varios
circuitos. Una falla en la barra o en el TX requiere
interrumpir el servicio en toda la S/E. La zona
diferencial incluye tanto a la barra como al TX y
se deben utilizar rels diferenciales porcentuales
para transformadores.
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PROTECCIN DIFERENCIAL DE BARRAS
La forma ms selectiva de proteger barras es con Proteccin
Diferencial. La condicin ms crtica es una falla externa
justo afuera de la zona diferencial. El CT del circuito
fallado
recibe la suma de todas las corrientes de los otros
circuitos.
Debido a la gran concentracin de energa que puede haber
en una barra se pueden saturar algunos CTs durante fallas
externas.
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MTODOS:
1. Proteccin Diferencial de Corriente
2. Proteccin Diferencial de Corriente con Multirestriccin
3. Proteccin Diferencial de Alta Impedancia
4. Proteccin Diferencial con Acopladores Lineales
PROTECCIN DIFERENCIAL DE
BARRAS
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Proteccin Diferencial de Sobrecorriente
Se utilizan reles de sobrecorriente de tiempo inverso (51)
conectados diferencialmente.
Este arreglo experimenta todos los problemas de saturacin de los
CTs.
Como el rel 51 puede recibir una corriente alta durante fallas
externas su Ipu se debe
ajustar a un valor alto.
Se debe evitar en la medida de lo posible la saturacin de los
CTs durante fallas externas.
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Proteccin Diferencial de Sobrecorriente
Reglas Prcticas:
1. Seleccione Relaciones de CTs de tal forma que la la Imax de
falla externa sea menor a 20 veces la corriente nominal del CT.
2. El burden de los CTs debe ser tan bajo como sea posible para
minimizar la posibilidad de saturacin.
3. La relacin de todos los CTs debe ser la misma.
4. Ajuste la Ipu, como mnimo, a dos veces la corriente de carga
del circuito ms cargado.
5. Use rels de tiempo Inverso para introducir un retardo de
tiempo y evitar operaciones falsas debido a las componente DC.
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Proteccin Diferencial de
Corriente con Multirestriccin
Utiliza rels con multirestriccin y cada devanado se conecta a
cada circuito que sea una fuente mayor de corriente de fallas. Los
alimentadores o circuitos con una baja contribucin de corriente
pueden ser conectados en paralelo.
Todos los CTs se conectan en estrella.
Este esquema se disea para restringir correctamente en caso de
la falla externa ms severa, pero se debe garantizar que los CTs no
se saturen, lo cual no siempre es posible.
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Proteccin Diferencial de Alta Impedancia
Es un esquema de proteccin diferencial utilizando rels de
sobretensin. Este esquema est diseado para superar el problema de
saturacin de los CTs.
Se utilizan CTs convencionales con devanados secundarios de baja
impedancia.
El rectificador de onda completa adiciona una resistencia
sustancial al circuito.
El circuito L-C est sintonizado a la frecuencia fundamental del
sistema para hacer que el rel responda slo al componente de la
corriente fundamental mejorando, por lo tanto, la selectividad.
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Proteccin Diferencial de Alta Impedancia
Se coloca un rel (50) de alta velocidad en serie con un Varistor
(resistor de oxido
metlico limitador de tensin) cuya funcin
es limitar la tensin que aparece al ocurrir
una falla debido a la alta resistencia del
puente rectificador ( 3000 ohmios aprox.).
La unidad 50 provee el disparo para fallas
severas en la barra y su pick-up se puede ajustar
convenientemente alto para
ignorar fallas externas.
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Proteccin Diferencial de Alta Impedancia
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Proteccin Diferencial de Alta Impedancia
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Proteccin Diferencial de Alta Impedancia
Este tipo de proteccin es muy conveniente cuando hay un gran
nmero de circuitos conectados a la barra. Los requerimientos
esenciales para su aplicacin son:
1. Igual relacin en todos los CTs
2. Baja resistencia en los devanados secundarios de los Cts.
3. Bajo burden en los conductores de conexin secundaria.
4. Salida de tensin adecuada en los CTs.
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Proteccin Diferencial de Alta Impedancia
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Proteccin Diferencial con Acopladores
Lineales
Una solucin efectiva para eliminar el problema de saturacin de
los CTs es eliminar el hierro del circuito magntico.
Esto se logra con un dispositivo llamado acoplador lineal que es
un transformador de ncleo no magntico. Sus ventajas son:
1. Eliminacin de la saturacin
2. Actuacin de alta velocidad con respuesta transitoria
despreciable.
3. Diseo muy confiable
4. Fcil de ajustar y mantener
5. Puede ser operado, si daos, con el secundario abierto.
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Proteccin Diferencial con Acopladores
Lineales
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Proteccin Diferencial con Acopladores
Lineales
Su desventaja es que son costosos y cuando se aplica se deben
utilizar en todos los
circuitos.
Slo se utilizan para la Proteccin Diferencial.
Los acopladores lineales tienen un gran nmero de vueltas
secundarias con una
caracterstica lineal de 5 voltios por 1000
amperios vuelta en el primario. Debido a su
caracterstica nica se utilizan en un
esquema diferencial de tensin.
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Proteccin Diferencial con Acopladores
Lineales
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Proteccin Diferencial con Acopladores
Lineales
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Proteccin Diferencial con Acopladores
Lineales
Si x es 1% (valor tpico) y si el rel se ajusta para operar para
una
determinada Ipu, entonces el rel
tambin operar para una falla
externa mayor o igual a 50.Ipu.
Es decir: 0.02.M.IFE = M.IPU
IFE = 50. IPU
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Proteccin Diferencial con Acopladores
Lineales Procedimiento de Ajuste:
1. Se calcula la Imax de falla externa (IFE) y la Imin
de falla interna (IFI).
2. Detemine la relacin entre estas corrientes. Si es
mayor o igual a 50 la proteccin no es aplicable.
3. Se ajusta el rel para que opere con una Ipu=
IFE/25 (Factor recomendado)
4. Verificar que la Imin de falla interna sea menor
que la Ipu. Si no se cumple se aumenta el factor.
5. Si la precisin de los acopladores es diferente a
1%, se debe determinar un nuevo factor.
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Proteccin Diferencial con Acopladores
Lineales
Otra Forma:
1. Se calcula VR para la mnima condicin de
falla interna.
2. Se calcula VR para la peor condicin de
falla externa y de error.
3. Se ajusta el rel para que se cumpla que:
VRE < VPU < VRI
Se puede ajustar a: VPU = (VRE + VRI)/2
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EJEMPLO La barra de la figura tiene proteccin diferencial.
Determine, en voltios,
el ajuste de los rels si: A) Tiene proteccin diferencial con
acopladores
lineales de M= 0.01 y 2 % de error. B) Tiene proteccin
diferencial de
alta impedancia con CTs de 2000/5. La resistencia de los CTs
saturados es de 15 ohmios, la de las conexiones exteriores 5
ohmios y
la resistencia del rel 1500 ohmios.
