Protección de Sobrecorriente (50/51)

La protección de sobrecorriente es la función más común en los relés de protección y puede actuar de forma instantánea (ANSI 50) o de forma temporizada (ANSI 51).

Tanto la función 50 como la 51 pueden usarse como protección principal o como protección de respaldo, y suelen incluirse en los esquemáticos de protección de todas las zonas protegidas del sistema eléctrico.

La protección de sobrecorriente temporizada también es conocida como “de tiempo inverso” debido a su característica de disparo retardado versus la corriente aplicada. Mientras que la protección de sobrecorriente instantánea se utiliza para disparos de alta velocidad.

Protección de Sobrecorriente de Tiempo Inverso (ANSI 51)

La protección de sobrecorriente de tiempo inverso es la más utilizada en sistemas eléctricos comerciales e industriales. Esta forma de protección opera con la curva inversa de tiempo-corriente, en la que el tiempo de disparo de los relés es menor conforme aumente la magnitud de la corriente.

En otras palabras, los relés de sobrecorriente de tiempo inverso se encargan de disparar el interruptor rápidamente cuando detecta corriente de falla de alta magnitud, con el objetivo de evitar el daño térmico de los cables y conductores, cuya curva de daño también tiene una relación inversa de tiempo-corriente.

Relé Electromecánico con Disco de Inducción. Fuente: GE IFCV TOC Relay.

Inicialmente, la curva inversa de tiempo-corriente se creó con la característica de operación de los relés electromecánicos de sobrecorriente temporizada, cuyo principal elemento era un disco de inducción. Posteriormente, los relés con tecnologías más avanzadas como los analógicos, digitales y numéricos se han diseñado de tal forma que puedan emular la misma característica de operación de ese disco de inducción.

Curvas de Disparo de Tiempo Inverso

Las curvas de disparo de los relés de sobrecorriente de tiempo inverso varían acorde a los tiempos de disparo requeridos en cada aplicación, y dependiendo de los tiempos de disparo de los demás dispositivos de protección que se encuentran en el mismo sistema eléctrico.

Sin embargo, el estándar IEC 60255 define las curvas de la siguiente manera, en las que se puede configurar el tiempo de disparo a través del parámetro de “Multiplicador de Tiempo” (TMS: Time Multiplier Setting):

  • Curva Inversa Estándar (SI: Standard Inverse).
  • Curva Muy Inversa (VI: Very Inverse).
  • Curva Extremadamente Inversa (EI: Extremely Inverse).
  • Curva de Tiempo Definido (DT: Definite Time).
Proteccion-51-Curva-Inversa
Curvas de Tiempo Inverso acorde con IEC 60255. Fuente: ALSTOM GRID.

Por otro lado, la IEEE define las curvas de la siguiente manera, en las que se puede configurar el tiempo de disparo a través del parámetro de “Dial de Tiempo” (TD: Time Dial Setting):

  • Curva IEEE Moderadamente Inversa.
  • Curva IEEE Muy Inversa.
  • Curva IEEE Extremadamente Inversa.
  • Curva Inversa US CO8.
  • Curva Inversa de Tiempo Corto US CO2.
Protección 51 - Curva Inversa IEEE
Curvas de Tiempo Inverso acorde con IEEE. Fuente: ALSTOM GRID.

Sin embargo, es recomendable realizar el estudio de coordinación de todos los dispositivos de protección de cada sistema eléctrico, para determinar con mayor precisión cuál tipo de curva corresponde mejor para cada relé.

Aplicación de la Curva Muy Inversa (VI)

La curva muy inversa (VI: Very Inverse) se utiliza si hay una reducción sustancial de la corriente de falla a medida que aumenta la distancia desde la fuente de energía, es decir, hay un aumento significativo de la impedancia de falla.

En estos casos, como la curva “VI” es mucho más pronunciada que la curva “SI” (Standard Inverse), opera más rápido y se puede minimizar el tiempo de disparo de la fuente.

Aplicación de la Curva Extremadamente Inversa (EI)

La curva extremadamente inversa (EI: Extremely Inverse) tiene un tiempo de operación inversamente proporcional al cuadrado de la corriente aplicada. Por lo que es la curva más adecuada para la protección de circuitos de alimentación de distribución.

Específicamente, es útil en instalaciones en las que el alimentador está sometido a picos de corriente en condiciones de operación normal al conectarse con refrigeradores, bombas, calentadores de agua, entre otros equipos.

Esta característica de funcionamiento es particularmente adecuada para coordinación de protección con fusibles. Además, es muy útil para aplicarse junto con reconectadores automáticos en circuitos de distribución aérea, dado que la mayoría de las fallas son de naturaleza transitoria y se puede evitar la fusión y sustitución innecesaria de los fusibles presentes en los circuitos finales de distribución. Si la falla persiste, el reconectador automático se bloquea en la posición cerrada después de una apertura y el fusible se funde para aislar la falla.

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Protección de Sobrecorriente Instantánea (ANSI 50)

La protección de sobrecorriente instantánea se utiliza para corrientes de cortocircuito muy altas. Específicamente cuando la impedancia de la fuente es pequeña en comparación con la impedancia del circuito protegido.

Es decir, la protección de sobrecorriente instantánea permite reducir el tiempo de disparo en niveles elevados de corriente de falla, ayudando a tener una mejor coordinación de curvas de protección y evitando daños graves en el lugar de la falla.

Protección de Sobrecorriente Instantánea ANSI 50
Imagen Referencial de Curvas de Tiempo Inverso con Protección de Sobrecorriente Instantánea. Fuente: ALSTOM GRID.

Como se muestra en la imagen de arriba, una de las ventajas de la operación instantánea de ajuste alto es reducir el tiempo de funcionamiento de la protección del circuito en el área sombreada debajo de las curvas. Si la impedancia de la fuente permanece constante, es posible lograr una protección de alta velocidad en una gran sección del circuito protegido.

Conclusión

La protección de sobrecorriente de tiempo inverso es la forma más básica de proteger cables, motores, transformadores y generadores. Permite el paso de sobrecorrientes transitorias de operación normal sin emitir disparos erróneos, y al mismo tiempo, por medio de la coordinación de curvas de operación, tiene la capacidad de discernir el disparo selectivo de sobrecorrientes antes de que se dañe el equipo protegido.

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Fuentes

GE MULTILIN. Relay Selection Guide GET-8048A.

IEEE Std. 242-2001. Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power System.

ALSTOM GRID. Network Protection and Automation Guide.

Feeder Protection :: GE Grid Solutions

IFCV TOC Relay with Voltage Restraint :: GE Grid Solutions

Overcurrent and feeder protection – SIPROTEC 5 – Global (siemens.com)

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