Recordemos que el objetivo principal del TC es transformar corrientes de un valor alto a un valor fácil de manejar para relés de protecciones e instrumentos de medición. Y, al mismo tiempo, aislar el circuito de medición del sistema primario de alta tensión.

En este artículo describiremos los principales tipos de aislamiento de TC que existen, así como los diferentes tipos de diseño de este equipo. Al finalizar, resumiremos los esfuerzos mecánicos que se deben tomar en cuenta durante la planificación y diseño de la subestación para evitar problemas operativos si se elige el TC con características constructivas que no estén adaptadas al entorno donde se instalará.

Características de Aislamiento en los TC de Alta Tensión

A continuación, describiremos los tipos de aislamiento con los que se suelen fabricar los transformadores de corriente, dependiendo de la marca, del presupuesto y del entorno en que se van a instalar.

‣ Transformadores de Corriente Sumergidos en Aceite

Los transformadores de corriente sumergidos en aceite tienen aislamiento externo de porcelana y son los más comunes. Generalmente, se dividen en dos tipos principales: «Hair-pin» y «Top-core».

El transformador de corriente tipo «Hair-pin», también llamado «tipo tanque», tiene los núcleos situados en un tanque cerca del suelo, y el conductor primario tiene la forma de «U» como se muestra en la figura de abajo.

Mientras que, el transformador de corriente tipo «Top-core», también llamado «tipo invertido», tiene los núcleos situados en la parte superior del transformador. En este caso, el conductor primario suele tener la forma de una barra, aunque en algunos casos puede tener forma de bobina.

‣ Transformadores de Corriente Moldeados en Epoxi

Los transformadores de corriente con aislamiento epoxi tienen el devanado primario y los núcleos secundarios incrustados en una mezcla de epoxi y harina de cuarzo que proveen una buena fijación. Este tipo de aislamiento en TC es común en subestaciones por debajo de los 110kV.

Sin embargo, para el montaje al aire libre el epoxi no es el mejor material para soportar el estrés climático en las superficies de fuga. En estos casos, la porcelana y la goma de silicona son más resistentes a la corrosión atmosférica. Por lo tanto, es mejor optar por transformadores de corriente aislados con epoxi con superficies de fuga hechas de porcelana para que pueda soportar los entornos agresivos.

‣ Transformadores de Corriente Aislados en Gas SF6

Los transformadores de corrientes aislados en gas SF6 tienen diseño típico con el núcleo ubicado en la parte superior (Top-core). En este caso, el gas SF6 es únicamente para fines aislantes y debe mantenerse a altas presiones, por lo que el recipiente y las juntas deben ser más robustos que los demás modelos de TC para poder contener la presión del gas.

‣ Transformadores de Corriente con Aislamiento de Goma de Silicona

El aislamiento de goma de silicona es una alternativa a los aisladores cerámicos para los TC debido a las propiedades únicas de no humectación.

Dependiendo del tipo de equipo (TC, pararrayo, interruptor) la goma de silicona es el material polimérico más dominante en subestaciones de alta tensión. Ya que, la silicona es más liviana que el aislamiento cerámico y no es quebradiza, otorgando ventajas técnicas adicionales y mejoras de seguridad a los equipos de la subestación.

Diseños Típicos de los Transformadores de Corriente

En general, se pueden encontrar cuatro tipos de diseño de transformadores de corriente: Tipo Horquilla, Tipo Cáncamo, Tipo Núcleo Superior, y Tipo Combinado. A continuación, describiremos las características de cada uno de estos modelos de TC de alta tensión.

1. Transformador de Corriente «Tipo Horquilla» o «Tipo Tanque»

El TC tipo horquilla suele tener aislamiento en aceite y tiene los núcleos secundarios en la parte inferior, por lo que tiene un centro de gravedad bajo y tiene alta resistencia a los terremotos. Esto trae como ventaja que se puedan utilizar núcleos pesados sin estresar el aislante de porcelana. Por lo tanto, es un diseño flexible para adaptar el volumen del núcleo a diferentes requerimientos.

Este tipo de diseño se denomina «Hair-pin» en inglés, aunque también se le suele llamar «Tipo Tanque» porque el tanque donde se encuentran los núcleos es parte del soporte.

Otra ventaja de este diseño es que la circulación de aceite en el tubo del conductor primario garantiza una temperatura uniforme y sin puntos calientes. Sin embargo, como el conductor primario es largo, tiene mayores pérdidas térmicas.

2. Transformador de Corriente «Tipo Cáncamo»

El transformador de corriente tipo cáncamo (Eye-bolt Type en inglés) tiene un diseño híbrido entre el modelo de horquilla y el de núcleo superior. Pero tiene muchas desventajas.

Como el conductor primario es largo, tiene pérdidas térmicas y el TC no es tan competitivo como lo son los demás modelos. Además, este arreglo presenta dificultad para enfriar el conductor primario y tiene baja capacidad de soporte de corriente de cortocircuito.

Por otra parte, este diseño tiene poca flexibilidad para considerar grandes volúmenes de núcleos. Por lo que tiene aplicaciones muy limitadas.

3. Transformador de Corriente «Tipo Núcleo Superior»

Este tipo de transformador de corriente, también llamado «Top-core Type», tiene el conductor primario con menor longitud que los modelos anteriores, por lo que las pérdidas térmicas son más bajas. Además, tiene capacidad para altas corrientes nominales y puede soportar altos niveles de cortocircuito.

Sin embargo, como en este modelo el núcleo está ubicado en la parte superior, el centro de gravedad del equipo es muy alto, y el gran volumen del núcleo estresa el aislante de porcelana. Por lo tanto, el diseño del volumen del núcleo es limitado, y no es apto para instalarse en zonas sísmicas cuando se utilizan núcleos grandes.

Otra desventaja es su dificultad para enfriar los devanados secundarios, que están incrustados en el aislamiento de papel.

4. Transformador «Tipo Combinado de Corriente-Tensión»

Este tipo de transformador mide la corriente y el voltaje en la misma unidad, ahorrando espacio y soporte. Por lo que es ideal para aplicación en proyectos con poco espacio disponible para construir una subestación de alta tensión.

Sin embargo, es menos flexible con el diseño de las capacidades nominales de los núcleos, particularmente con los de medición de corriente.

Tensión Mecánica en Transformadores de Corriente

Los transformadores de corriente en funcionamiento se someten a esfuerzos mecánicos de diferentes maneras. Los esfuerzos mecánicos más importantes que debemos tomar en cuenta para diseñar las características constructivas de los TC de alta tensión son los siguientes:

• Fuerzas en los Terminales Primarios: Las barras y los cables conectados al TC desarrollan fuerzas en los terminales primarios. Hay una tensión estática por el peso del conductor conectado. Y, hay una tensión dinámica por el ciento y las vibraciones en el funcionamiento del disyuntor. También se producen fuerzas electrodinámicas cuando ocurre un cortocircuito.

• Carga de Viento: Un transformador de corriente también debe soportar la tensión del viento, cuya velocidad depende de las condiciones climáticas. La velocidad máxima del viento que puede ocurrir es de unos 180km/h (50m/s), dependiendo de posibles huracanes que sobrepasen esa velocidad. Sin embargo, la cifra típica de velocidad del viento en condiciones normales es de 35m/s.

• Resistencia Sísmica: En las regiones sísmicas, el transformador de corriente debe soportar la tensión sísmica causada por un terremoto. La cifra de aceleración está determinada por la región donde se instala el transformador de corriente. La tensión en el TC depende de la configuración total del diseño del soporte, los espectros de respuesta y la amortiguación. Para verificar exactamente la tensión en el TC, se debe realizar un cálculo de caso a caso.

Conclusiones

Las características constructivas de los TC de alta tensión son muy diversas y están vinculadas a diferentes factores a los que se expone el transformador de corriente en condiciones operativas. En la etapa de planificación y diseño del proyecto, no sólo se debe tomar en cuenta el presupuesto que se tiene destinado para la partida del transformador de corriente, sino que también se debe tomar en cuenta el diseño constructivo del transformador y el aislamiento adecuado para soportar las condiciones climáticas sin dañarse a largo plazo.

→ Artículo Recomendado: Precisión y Burden en Transformadores de Corriente

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Fuentes

ABB. Instrument Transformers. Application Guide.

Instrument Transformers – OSKF (gevernova.com)

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Cuando se diseña una subestación eléctrica, se debe tomar en cuenta que para cada transformador de corriente se pueden combinar núcleos diferentes. Normalmente se especifican uno o dos núcleos para fines de medición, y dos o más núcleos para fines de protección.

En este artículo daremos un resumen acerca de las diferencias entre un Núcleo de Medición y un Núcleo de Protección acorde a las normativas IEC e IEEE.

Precisión de Transformador de Corriente para Medición Comercial

La salida requerida de un Transformador de Corriente depende de la aplicación. Por ejemplo, si el objetivo de la medición de la corriente es comercial, entonces se requerirá una alta precisión, una baja carga de salida (Burden) y un bajo voltaje de saturación. En este caso, los TC deben funcionar en el rango de 5% a 120% de la corriente nominal según las clases de precisión.

• Precisión de 0,2 o 0,5 para medición comercial según normativa IEC.
• Precisión de 0,15 o 0,3 o 0,6 para medición comercial según normativa IEEE.

Cabe destacar que, cada vez que se habla de «medición comercial» se refiere a que se conectará un Dispositivo de Medición al TC (además de ser conectado a un Transformador de Voltaje) con el objetivo de medir Potencia (kW, kVar), Corriente (A) y Energía (kWh o kVArh) bajo condiciones normales de carga. Incluso, esos dispositivos de medición pueden servir para análisis de calidad de energía, y para propósitos de facturación de la energía consumida.

Núcleos de TC para Medición Comercial

Es importante tomar en cuenta que los dispositivos de medición de energía tienen poca capacidad para soportar altas corrientes. Por lo tanto, para evitar que estos dispositivos se dañen por altas corrientes durante condiciones de falla, el núcleo del TC de medición comercial debe saturarse típicamente entre 5 y 20 veces la corriente nominal.

El Factor de Seguridad o Factor de Servicio (FS) nominal del dispositivo de medición indica la sobrecorriente como un múltiplo de la corriente nominal a la que se saturará el núcleo de medición. Es decir, limita la corriente secundaria a «FS» veces la corriente nominal. Dicho de otro modo, la corriente secundaria del TC está limitada cuando llega a un valor igual a FS multiplicada por la corriente nominal del secundario del TC. Por esta razón, también se le llama «Factor de Saturación» e influye en la precisión de los transformadores de corriente.

La seguridad del dispositivo de medición es mayor cuando el valor de FS es pequeño. Los valores FS típicos son 5 o 10. Este es un valor máximo y sólo es válido en la carga nominal (Burden nominal). De lo contrario, si la carga es inferior al Burden nominal del TC, aumentará el valor de saturación y el dispositivo de medición correrá el riesgo de percibir altas corrientes por encima de su capacidad de soporte. Es decir, el dispositivo de medición podría dañarse por sobrecorriente cuando ocurre una falla en el sistema primario.

Debido a lo anterior, es recomendable diseñar bien cuál será la carga del TC y especificar el Burden Nominal adecuado a la aplicación del proyecto y al dispositivo de medición que se pretende conectar en el secundario del TC.

Precisión de Transformadores de Corriente para Relés de Protección

En el caso de los relés de protección y los registradores de perturbaciones, es imprescindible que toda la información sobre una perturbación primaria se transfiera al lado secundario sin saturación, para que los equipos de protecciones puedan ejecutar eficientemente su lógica de disparo.

Es decir, la medición en condiciones de falla en el rango de sobrecorriente requiere una precisión menor cuando se trata de relés de protecciones. Porque, es necesario que el relé de protección pueda medir esas altas corrientes para determinar correctamente cuál es la zona de protección en la que se encuentra la falla y evitar un disparo erróneo. De este modo, el relé podrá tomar la decisión de disparo acorde al criterio de selectividad, coordinación y seguridad que se haya diseñado en el sistema de protección de la subestación.

Las clases de precisión típicas de TC para relés de protección son:

• Precisión 5P, 10P, PR, PX o TP para protección según normativa IEC.
• Precisión C100-C800 para protección según normativa IEEE.

Núcleos de TC para Relés de Protección

Los transformadores de corriente de protección funcionan en el rango de corriente por encima de las corrientes nominales. Las principales características de estos TC son:

1. Tienen baja precisión. Por lo que se permiten errores mayores que para los núcleos de medición.
2. Tienen alta tensión de saturación.
3. Tienen poca o ninguna corrección de vueltas.

El voltaje de saturación viene dado por el factor límite de precisión (ALF: Accuracy Limit Factor). Este factor indica la sobrecorriente como un múltiplo de la corriente primaria nominal hasta la cual se cumple la precisión nominal con el Burden nominal conectado. Se da como un valor mínimo. El valor del ALF puede variar si se conecta una carga diferente al Burden nominal del TC.

Conclusión

La Precisión de los Transformadores de Corriente no sólo depende de los datos de placa del fabricante del TC, sino que también depende de la aplicación correcta de ese TC. Si no se toma en cuenta el Burden nominal del TC para que corresponda a la carga real de los dispositivos que se conectan en el secundario del TC, entonces la precisión se verá impactada, los relés podrían hacer disparos erróneos y los medidores podrían dañarse por sobrecorriente. Incluso, en los casos de modernización de subestaciones eléctricas, se debe tomar en cuenta que las cargas de hoy en día en los relés y medidores son puramente resistivas y mucho más bajas que las cargas de hace varios años cuando se usaban relés y medidores electromagnéticos.

→ Artículo Recomendado: Características Constructivas de los TC de Alta Tensión

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Fuentes

ABB. Instrument Transformers. Application Guide.

High Voltage Current Transformers | Arteche

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Los apartarrayos son descargadores de sobretensión y se utilizan para proteger a los equipos de potencia contra los efectos de las sobretensiones entrantes. Esas sobretensiones pueden ser causadas por la caída de un rayo, por un pulso electromagnético, por una descarga electrostática o por operaciones de conmutación en el sistema de alimentación.

En otras palabras, cuando ocurren sobretensiones muy altas en energía, la corriente de la sobretensión se desvía a tierra través del pararrayos. Por lo tanto, los pararrayos deben instalarse en puntos de entrada o salida de equipos de potencia que tengan alta probabilidad de sufrir sobretensiones.

Por ejemplo, las líneas de transmisión que llegan a las subestaciones de alta tensión están muy propensas a recibir el impacto directo de un rayo, lo que podría ocasionar una sobretensión en los transformadores de la subestación. Entonces, para proteger los equipos de la subestación, se deben instalar pararrayos en la llegada de cada línea a la subestación.

Además, como los transformadores de potencia son los equipos más costosos de la subestación y son muy sensibles a los efectos de las sobretensiones, también se deben colocar pararrayos en el lado de alta tensión del transformador, o en ambos lados en caso de que en el lado de baja también haya líneas aéreas.

En general, existen muchas aplicaciones en las que se requiere el uso de pararrayos, por lo que existen muchos tipos de pararrayos que se pueden adaptar a las exigencias particulares de cada proyecto. Sin embargo, en este artículo haremos referencia solamente a los pararrayos que se utilizan en subestaciones de alta tensión aisladas en aire.

¿Cómo Ocurre la Descarga de Sobretensión en los Apartarrayos?

Durante condiciones normales de operación, los pararrayos no deben ocasionar efectos negativos en el sistema de potencia, pero, al mismo tiempo, deben ser capaces de soportar sobretensiones típicas sin sufrir ningún daño.

Existen varias tecnologías con las que se pueden lograr estos objetivos en los apartarrayos. Aunque, las más comunes hoy en día son las resistencias no lineales, especialmente las que son hechas de óxido de metal (MO: Metal Oxide) debido a que tienen las siguientes propiedades:

• Se comportan como «baja resistencia» durante las sobretensiones. Por lo tanto, cuando ocurren sobretensiones, el exceso de energía puede eliminarse rápidamente del sistema de eléctrico mediante una alta corriente que se descarga a través del pararrayos por ser el camino a tierra con menor resistencia.

• Se comportan como «alta resistencia» durante el funcionamiento normal. Esto evita efectos negativos en el sistema de potencia cuando no hay condiciones de sobretensión.

• Tienen suficiente capacidad de absorción de energía para un funcionamiento estable.

Varistores de Óxido de Metal (MOV)

Hoy en día, las resistencias no lineales usadas en la fabricación de los apartarrayos son los Varistores de Óxido de Metal, también identificados como «MOV» por sus siglas en inglés «Metal Oxide Varistors«.

Los MOV se caracterizan por su alta capacidad de absorción de energía frente a impulsos de corriente de larga duración, y por evitar fugar térmicas. Es decir, minimizan el autocalentamiento del pararrayos y reducen la probabilidad de autodestrucción durante la absorción de esa energía.

Tipos de Apartarrayos de Alta Tensión

Hoy en día existen varios tipos de pararrayos de alta tensión, sin embargo, los más comunes son los siguientes:

• Apartarrayos con Carcasas de Porcelana.

• Apartarrayos con Carcasas de Silicona.

Cada tipo de apartarrayos se utiliza en aplicaciones diferentes dependiendo de las exigencias de los proyectos. Aunque en todos los casos, estos equipos deben tener alta estabilidad mecánica para garantizar seguridad frente a eventos sísmicos.

En algunos casos, los apartarrayos deben equiparse con protección especial para alivio de presión altamente confiable para evitar que la carcasa explote por no poder soportar la cantidad de energía que está descargando.

Por otra parte, si se usan en regiones costeras, desérticas, o en áreas con extrema contaminación atmosférica, entonces los apartarrayos deben equiparse con capas de contaminación especiales.

1. Apartarrayos con Aislamiento de Porcelana

Los pararrayos de porcelana cuentan con un dispositivo de alivio de presión direccional que garantiza la máxima protección en caso de sobrecarga. Además, están equipados con bridas de aluminio que se cementan a la carcasa en ambos extremos. De esta manera, se aumenta la resistencia mecánica de toda la carcasa y se evita la entrada de humedad y el riesgo de corrosión.

Este tipo de pararrayos tienen un alto grado de seguridad y fiabilidad, por lo que se pueden instalar muy cerca de otros componentes costosos del sistema eléctrico en subestaciones de extra alta tensión. Además, este tipo de diseño es prácticamente indestructible durante el transporte, las instalaciones, las tormentas y los terremotos, además, son inmunes al vandalismo.

2. Apartarrayos con Aislamiento de Goma de Silicona

Este tipo de apartarrayos tienen carcasa de polímero que utiliza goma de silicona como material aislante debido a que es altamente hidrofóbico y de larga duración. Entre las principales ventajas del aislamiento de goma de silicona tenemos las siguientes:

• Impide que se forme humedad conductiva en la superficie del pararrayos, evitando así corrientes y descargas en la superficie.

• La silicona es altamente ignífuga y autoextinguible.

• La silicona no está sujeta a la erosión ni es sensible a la radiación ultravioleta.

El principal beneficio de este material aislante es que asegura la larga vida útil de los pararrayos, sin degradarse por condiciones ambientales agresivas, como la niebla salina en las regiones costeras o el aire cargado de polvo en áreas industriales.

Conclusión

La protección de los equipos de potencia en las subestaciones de transmisión no solamente depende de los relés de protección, sino que también dependen de equipos externos, como los apartarrayos, que puedan resistir mecánicamente los efectos de las perturbaciones en el sistema eléctrico. En el caso de los pararrayos, soportan las sobretensiones de forma segura y disipan esa energía de tal modo que la tensión que llega a los equipos protegidos de la subestación permanezca siempre por debajo de su tensión soportada.

Adicionalmente, la principal ventaja de los pararrayos es que están dimensionados para permanecer estables tanto eléctrica como térmicamente mientras maneja todo el estrés transitorio, temporal y a largo plazo que resulta de la operación de la red.

→ Artículo Recomendado: Interruptores de Potencia de Alta Tensión • LeiryChinchilla.com

Fuentes

catalogue-hv-surge-arresters-en.pdf (siemens.com)

High-voltage station arresters | Surge arresters | Siemens Energy Global (siemens-energy.com)

La entrada Apartarrayos de Alta Tensión se publicó primero en LeiryChinchilla.com.

Cuando un relé de protección detecta una falla, envía una señal de disparo al mecanismo de operación del interruptor de potencia para que interrumpa la corriente de cortocircuito tan pronto como sea posible sin que ocurran daños severos dentro del interruptor ni en el equipo fallado.

En otras palabras, la función general de un interruptor de potencia es cerrar y abrir los circuitos de la subestación tanto para despejar fallas como para conectar y desconectar partes de la red eléctrica.

¿Cuál es la Diferencia entre un Interruptor de Potencia y un Seccionador?

Los seccionadores (definidos en inglés como «switch disconnector») tienen la capacidad de abrir la corriente normal de carga, pero no tiene la capacidad de despejar una corriente de cortocircuito. Por lo tanto, sólo se usan para aislar los equipos de la subestación durante trabajos de mantenimiento, o durante cambios en los arreglos de barra de la subestación.

A pesar de que tienen la capacidad de abrir corrientes normales de carga, para alargar la vida útil de los seccionadores es recomendable operarlos sin carga, y realizar todos los comandos de apertura y cierre de carga con los interruptores de potencia.

¿Cuáles son los Principales Tipos de Interruptores de Potencia de Alta Tensión?

Existen varios tipos de interruptores de potencia, y en este artículo definiremos los tipos más comunes hoy en día en subestaciones de alta tensión: Interruptor de Tanque Vivo, Interruptor de Tanque Muerto, e Interruptor de Desconexión (DCB).

1. Interruptor de Tanque Vivo

Los interruptores de potencia de tanque vivo son aquellos que tienen alto potencial en condiciones normales de operación, debido a que la cámara de interrupción está aislada de la tierra por un aislante de porcelana o de algún otro material compuesto. Y, debido a esto, no es posible que haya corrientes de falla entre la unidad de interrupción y la cubierta, por lo que no es necesario considerar transformadores de corriente (TC) a ambos lados del interruptor, sino que bastaría con un sólo TC externo por polo a un solo lado del interruptor.

En este tipo de interruptores, la altura de los aisladores para la cámara de interrupción está determinada por el nivel de voltaje de la subestación, y tiene los compartimientos de gas más pequeños que otros tipos de interruptores de potencia de alta tensión. En este sentido, al requerir bajo volumen de gas para su operación normal, entonces requerirá baja cantidad de gas durante los trabajos de mantenimiento, lo que conlleva a ahorros operativos en comparación con los costos de mantenimiento de los interruptores de tanque muerto.

2. Interruptores de Potencia de Tanque Muerto

Los interruptores de potencia de tanque muerto son aquellos cuya carcasa de la cámara de interrupción es de material metálico y está conectada a tierra. El interior del tanque está lleno de gas SF6 (o de otros tipos de gases de menor impacto ambiental) para aislar la carcasa de las partes vivas de los contactos internos. Adicionalmente, tiene aisladores (bushings) externos para conectar la cámara de interrupción con los terminales de alta tensión.

Las desventajas de este tipo de interruptores es que corren el riesgo de fallas internas a tierra o cortocircuitos dentro de la carcasa del tanque. Por lo que, para detectar las fallas internas del interruptor, se necesitan equipar los bushings de ambos lados del interruptor con transformadores de corriente que, a su vez, deberán estar conectados a los relés de protección de forma que solapen sus zonas de protección adecuadamente para discernir entre las fallas internas y externas del interruptor.

3. Interruptor de Desconexión (DCB)

El interruptor de desconexión se identifica con las siglas DCB por su descripción en inglés «Disconnecting Circuit Breaker», y reemplaza la combinación convencional de interruptor y seccionador separados. Es decir, la función del seccionador está integrada en la cámara de interrupción, por lo que el DCB cumple con ambos requerimientos de «interrupción» y «desconexión» en un sólo equipo.

La ventaja del uso del DCB es que reduce el tamaño de la subestación al ahorrar el espacio que ocuparía el seccionador típico separado del interruptor. Pero, la desventaja es que toda la barra colectora de la subestación deberá desenergizarse cada vez que se deba hacer el mantenimiento a alguno de los DCB. Porque, aunque se abra el interruptor para mantenimiento, el lado fuente del DCB siempre estará energizado al no haber un seccionador externo que desconecte todo el circuito del interruptor para gestiones de mantenimiento.

¿Cuáles son los Medios de Interrupción de los Interruptores de Potencia de Alta Tensión?

Los interruptores de potencia de alta tensión pueden clasificarse en tres tipos dependiendo del medio de interrupción: gas, vacío y aceite. En este artículo hablaremos de los más comunes, que son los de gas SF6 y los de vacío, aunque actualmente el gas SF6 está siendo sustituido por otros tipos de gases menos contaminantes, pero el principio de operación es muy similar.

1. Interrupción en Gas SF6

El hexafluoruro de azufre (SF6) es un gas pesado, inerte y electronegativo. Es decir, los electrones libres son atraídos por el gas y no son libres de moverse, por lo que el SF6 tiene alta resistencia dieléctrica y aumenta con la presión, contribuyendo a una mejor propiedad de extinción del arco.

La desventaja del uso del gas SF6 como medio de interrupción es que la formación de arco puede producir una serie de subproductos de descomposición tóxicos que imponen grandes exigencias al reciclaje y la eliminación del gas. Por esta razón, los fabricantes están desarrollando nuevas tecnologías para poder sustituir el SF6 por gases que no sean tóxicos.

2. Interrupción en Vacío

Los interruptores en vacío suelen utilizarse en subestaciones de hasta 70kV, y el espacio de aislamiento es más pequeño que el de otros medios de interrupción dado que no contiene ningún gas que ionice el arco eléctrico. En este caso, las placas de contacto están formadas para conducir la corriente de una manera que crea un campo magnético que hace que el arco gire y se apague. El beneficio de que el arco gire es que el calor se distribuye uniformemente en la cámara de interrupción y los contactos de erosionan de forma uniforme.

Otras ventajas de los interruptores en vacío es que su vida útil es relativamente larga y su impacto en el medio ambiente es limitado, ya que están diseñados sin gases venenosos y requieren pocos componentes constructivos.

Conclusión

Es importante conocer las diferencias entre seccionador, interruptor de tanque vivo, interruptor de tanque muerto y DCB antes de implementarlos en la planificación y diseño de nuestros proyectos. Ya que, si conocemos las ventajas y desventajas constructivas de cada equipo, podremos garantizar la eficiencia de nuestro diseño y del presupuesto requerido para construir la subestación.

→ Artículo Recomendado: Pararrayos de Alta Tensión • LeiryChinchilla.com

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Referencias Bibliográficas

SIEMENS Energy Global Live tank circuit breakers.

SIEMENS Energy Global Disconnecting circuit breakers.

ALSTOM Grid. Network Protection & Automation Guide.

Megger. Circuit Breaker Testing Guide.

La entrada Interruptores de Potencia de Alta Tensión (ANSI 52) se publicó primero en LeiryChinchilla.com.

Específicamente, los LOR son relés auxiliares multicontacto de alta velocidad aplicables cuando se desea que varios disparos se realicen simultáneamente desde la operación de un solo relé. En este sentido, las funciones típicas que pueden realizar los Lock-Out Relays son las siguientes:

• Disparar el interruptor principal de un sistema determinado.

• Disparar los interruptores auxiliares de la subestación.

• Disparar los interruptores de campo, ya sean los principales o los auxiliares.

• Disparar y bloquear todos los interruptores del arreglo de barras de una subestación.

¿Cuál es la importancia de un Lock-Out Relay?

La importancia del uso de los relés LOR en transformadores de potencia y en máquinas rotativas proviene del hecho de que estos equipos tienen varios relés de protección mecánica que operan con un simple contacto. Como, por ejemplo, los relés de temperatura, relés del nivel de aceite, relés de presión del gas, entre otros. Todos esos relés mecánicos deben agregarse al esquema de protección del equipo, en el que también se agregan los relés numéricos que monitorean los parámetros eléctricos para detectar condiciones anormales.

Función de Disparo

Por lo tanto, se necesitaría un cable de control por cada relé mecánico y numérico asociado al equipo protegido (transformador, máquina rotativa o arreglo de barras), que envíe la señal de disparo al interruptor de potencia para despejar la falla. Lo que se traduce en una bornera más robusta en la caja de control del interruptor de potencia para poder recibir todas esas señales de disparo, aumentando los posibles puntos de falla de disparo por complejidad del cableado y conexionado de control.

Para evitar esa complejidad en los esquemas de protección de transformador, máquinas rotativas o de arreglos de barra, se sugiere enviar todas las señales de disparo de los relés mecánicos y de los relés numéricos a un sólo relé auxiliar de disparo (LOR). Por lo tanto, el relé LOR concentrará todas las señales de disparo de todas las protecciones del equipo protegido, y enviará sólo una señal de disparo al interruptor en caso de que al menos una protección haya detectado una condición de falla. De este modo, se enviará sólo un cable de control al interruptor para enviar la señal de disparo.

Función de Bloqueo

Además, al tratarse de protecciones mecánicas, se entiende que si hay una falla mecánica no debe permitirse el recierre automático del interruptor sin antes asegurar que un operador haya chequeado físicamente la salud del equipo protegido. Es decir, si un relé térmico ha detectado un aumento excesivo de la temperatura, quiere decir que hay un problema grave en el equipo y que requiere de la intervención de un operador para solventar el problema. Lo mismo se interpreta de los relés de nivel de aceite, de los relés de presión, entre otros.

En este sentido, el relé de disparo y bloqueo debe tener la funcionalidad de «bloquear» el interruptor después de haberlo disparado, para evitar que haya un recierre automático o por negligencia humana. De esta forma, la única manera en la que se podrá recerrar el interruptor es si se desbloquea intencionalmente el relé LOR por un operador después de corregir la causa de la falla.

Redundancia de aplicación del Lock-Out Relay

Dado que debemos cumplir con el criterio de redundancia en nuestros esquemas de protección, si enviamos a un solo LOR absolutamente todas las señales de disparo de las protecciones de un equipo (transformador, máquina rotativa o arreglo de barras), corremos el riesgo de perder toda la filosofía de protección si se daña ese único LOR, o ese único cable de disparo que sale del LOR.

Por lo tanto, es recomendable utilizar dos unidades de relés LOR, uno principal y otro de respaldo, con un cable de disparo independiente hacia el interruptor de potencia. De este modo, no limitamos todo el esquema de protección a la falla operativa de un sólo relé auxiliar LOR. Sino que tendremos la confiabilidad de que, si falla un LOR, el otro de respaldo seguirá operando y enviando la señal de disparo al interruptor para despejar la falla.

Operación del Lock-Out Relay

El LOR tiene un contacto normalmente abierto que se suele identificar como «S1» para disparar el relé. Los contactos LOR que se muestran en la siguiente Figura normalmente están cerrados en la posición de reinicio, listos para disparar. B y G son los puntos de enlace que conectan el LOR al circuito de control. Mientras que C y F son los puntos de conexión para la bobina de disparo integral.

El estado del contacto S1 determina si el LOR está en la posición TRIP (disparo, y bloqueando al interruptor) o RESET (reinicio, listo para disparar). Cuando el LOR está en la posición RESET, el contacto de S1 se cierra para energizar la bobina de disparo del LOR. Esto hace que el LOR abra sus contactos normalmente cerrados, se bloquee en la posición DISPARO y se retire del circuito. En este caso, una bandera mecánica naranja o negra indica la posición TRIP. Usualmente la bandera negra indica la posición RESET.

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Referencias Bibliográficas

Technical Publication ITILOR95. General Electric Multilin. ITILOR95.qxp (gegridsolutions.com)

Diagrama: Electroswitch 78 LOR.

Circuito: Electroswitch SERIES 24 LOCK-OUT RELAYS.

Brochure: Electroswitch SERIES 24 LOCK-OUT RELAYS NEW.

Tabla Comparativa: Lock-Out Relays for the Utility Market (electroswitch.com)

Offline Testing on Power Transformers – OMICRON (omicronenergy.com)

La entrada ¿Qué es un «Lock-Out Relay» y cómo funciona? (ANSI 86) se publicó primero en LeiryChinchilla.com.

Con el objetivo de evitar cualquier posible confusión o conflicto, se utiliza una letra de sufijo o prefijo para darle un significado único a una función individual del equipo. Y debe ser listada en la leyenda del plano o esquema, indicando su definición.

¿Cuáles son los Prefijos Sugeridos?

El prefijo «RE» se utiliza para las funciones que son controladas directamente por un sistema de supervisión remoto. Por ejemplo, para las funciones ANSI «1», «5» y «94» que son operadas vía remota, se identificarán como «RE1», «RE2» y «RE94» respectivamente.

Por otro lado, para instalaciones que tienen múltiples equipos con funciones similares, se debe distinguir a qué equipo corresponde cada función. Es decir, si la función ANSI “1” la tienen los equipos 1, 2 y 3, entonces al equipo se le identificará con el prefijo “10”, “20” y “30” respectivamente. En este sentido, la identificación de la función ANSI “1” para el equipo 1 se identificará como “101”. Para el equipo 2 se identificará como “201”. Para el equipo 3 se identificará como “301” y así sucesivamente.

¿Cuáles son las Letras de Sufijos Sugeridas?

Existen muchas letras de sufijos sugeridas para combinarlas con los números ANSI. Algunas de las letras tienen múltiples significados dependiendo de la aplicación. Por esta razón, los Ingenieros de diseño deberán ser cuidadosos con la elección adecuada de la letra que mejor se adapte a la aplicación. Y deberá enlistar su significado en la Leyenda del Plano o del Diagrama en cuestión, para que los lectores puedan comprender de qué se trata.

A continuación, describiremos las letras más comunes y recomendadas para aplicarlas cuando sea requerido.

1. Letras de Sufijos Sugeridas para Dispositivos Auxiliares

Estas letras se utilizan como sufijo de los números ANSI para describir a los dispositivos auxiliares:

• «C» Contactor o Relé de Cierre.

• «CL» Relé Auxiliar «Cerrado».

• «CS» Conmutador de Control.

• «D» Relé Conmutador de Posición «Abajo».

• «L» Relé de Bajada.

• «O» Contactor o Relé de Apertura.

• «OP» Relé Auxiliar «Abierto».

• «PB» Botón Pulsador.

• «R» Relé de Elevación.

• «U» Relé Conmutador de Posición «Arriba».

• «X» Relé Auxiliar (como los relés auxiliares de los interruptores de potencia que energizan la bobina de cierre).

• «Y» Relé Auxiliar (como los que proporcionan la función antibombeo del interruptor automático).

• «Z» Relé Auxiliar.

2. Letras de Sufijos Sugeridas para Cantidades de Actuación

Estas letras se combinan con los números ANSI para indicar la cantidad eléctrica o la condición en la que los dispositivos deben responder. También representan el medio en el que están ubicadas.

• «A» Aire, Amperios, o Alterno.

• «C» Corriente.

• «D» Directo, o Descarga.

• «E» Electrolito.

• «F» Frecuencia, Flujo, o Falla.

• «GP» Presión del Gas.

• «H» Explosivo, o Armónicos.

• «I0» Corriente de Secuencia Cero.

• «I-«, «I2» Corriente de Secuencia Negativa.

• «I+», «I1» Corriente de Secuencia Positiva.

• «J» Diferencial.

• «L» Nivel, o Líquido.

• «P» Potencia, o Presión.

• «PF» Factor de Potencia.

• «Q» Aceite.

• «S» Velocidad, Sección, o Humo.

• «T» Temperatura.

• «V» Voltaje, Voltios, o Vacío.

• «VAR» Potencia Reactiva.

• «VB» Vibración.

• «W» Agua, o Watts.

3. Letras de Sufijos Sugeridas para Equipos Principales

Las siguientes letras describen a los Equipos Principales en los que se aplica en Número de Función de Protección ANSI.

• «A» Alarma, ó Potencia Auxiliar.

• «AC» Corriente Alterna.

• «AN» Ánodo.

• «B» Batería, Secador, o Barra.

• «BK» Freno.

• «BL» Bloque (válvula).

• «BP» Bypass.

• «BT» Enlace de Barras.

• «C» Capacitor, Condensador, Compensador, Compresor, Corriente Portadora, o Caja.

• «CA» Cátodo.

• «CH» Chequeo (válvula).

• «D» Descarga (válvula).

• «DC» Corriente Continua.

• «E» Excitatriz.

• «F» Alimentador, Campo, Filamento, Filtro, o Ventilador.

• «G» Generador, o Tierra.

• «H» Calentador, o Cubierta.

• «L» Línea, o Lógica.

• «M» Motor, o Medición.

• «MOC» Contacto Operado por Mecanismo.

• «N» Red, o Neutro.

• «P» Bomba, o Comparación de Fase.

• «R» Reactor, Rectificador, o Cuarto.

• «S» Sincronización, Secundario, Colador, Sumidero, o Succión (válvula).

• «T» Transformador, o Tiratron.

• «TH» Lado de Alta Tensión del Transformador.

• «TL» Lado de Baja Tensión del Transformador.

• «TM» Telemedición.

• «TOC» Truck-operated contacts.

• «TT» Lado de Tensión Terciaria del Transformador.

• «U» Unidad.

4. Letras de Sufijos Sugeridas para Partes de Equipos Principales

A continuación, describiremos las letras que denotan las partes del equipo principal. A excepción de los contactos auxiliares, conmutadores de posición, conmutadores de límite, y conmutadores de límite de torque, que ya fueron descritos en los puntos anteriores.

• «BK» Freno.

• «C» Bobina, Condensador, o Capacitor.

• «CC» Bobina de Cierre, o Contactor de Cierre.

• «HC» Bobina de Retención.

• «M» Motor de Operación.

• «MF» Motor Fly-ball.

• «ML» Motor de Límite de Carga.

• «MS» Motor de Sincronización o Ajustador de Velocidad.

• «OC» Contactor de Operación.

• «S» Solenoide.

• «SI» Sellador.

• «T» Objetivo.

• «TC» Bobina de Disparo.

• «V» Válvula.

5. Letras de Sufijos Sugeridas para otras Aplicaciones

Las siguientes letras cubren todas las otras características, definiciones o condiciones que no fueron descritas en los puntos 1, 2, 3 y 4 de este artículo. Estas letras sirven para describir el uso de los dispositivos en el equipo primario.

• «A» Acelerador, o Automático.

• «B» Bloquear, o Respaldo.

• «BF» Falla de Interruptor de Potencia.

• «C» Cerrar, o Frío.

• «D» Desacelerar, Detonar, Bajar o Desenganchar.

• «E» Emergencia, o Enganchar.

• «F» Falla, o Adelante.

• «GP» Propósito General.

• «H» Caliente, o Alto.

• «HIZ» Falla de Alta Impedancia.

• «HR» Reinicio Manual.

• «HS» Alta Velocidad.

• «L» Izquierda, Local, Bajo, Más Bajo, o Delantero.

• «M» Manual.

• «O» Abrir, o Encima.

• «OFF» Apagar.

• «ON» Encender.

• «P» Polarizar.

• «R» Derecho, Aumentar, Recierre, Receptor, Remoto, o Inverso.

• «S» Oscilación, o Envío.

• «SHS» Velocidad Semi-Alta.

• «T» Prueba, Disparo, o Trasera.

• «TDC» Contacto de Cierre con Retardo de Tiempo.

• «TDDO» Bobina de Salida del Relé de Retardo de Tiempo.

• «TDO» Contacto de Apertura con Retardo de Tiempo.

• «TDPU» Bobina de Restablecimiento del Relé de Retardo de Tiempo.

• «THD» Distorsión Armónica Total.

• «U» Arriba, ó Debajo.

Ejemplos de Aplicación de las Letras de Sufijos con Números ANSI

A continuación, mostramos algunos ejemplos de combinaciones de letras de sufijos con números de función ANSI aplicado a Subestaciones Eléctricas de Transmisión.

• 87L: Protección Diferencial de Línea.

• 87G: Protección Diferencial de Generador.

• 87T: Protección Diferencial de Transformador.

• 87B: Protección Diferencial de Barra.

• 87M: Protección Diferencial de Motor.

• 87C: Protección Diferencial de Banco de Capacitores.

• 50BF: Protección de Falla de Interruptor de Potencia.

• 50N: Protección de Sobrecorriente Instantánea de Neutro.

• 50HS: Protección de Sobrecorriente Instantánea de Alta Velocidad.

• 51N: Protección de Sobrecorriente Temporizada de Neutro.

• 21T: Protección de Impedancia de Transformador.

• 60C: Protección de Desbalance de Banco de Capacitores.

• 67N: Protección de Sobrecorriente Direccional a Neutro.

• 81U: Protección de Baja Frecuencia.

• 81O: Protección de Alta Frecuencia.

Como hemos visto, existe gran variedad de combinaciones de letras de sufijo con los números ANSI, cuyo significado varía ampliamente dependiendo de la aplicación. Lo importante es conocer las bases teóricas para que se nos sea más fácil entender los proyectos de la vida real.

Espero que este Artículo te haya sido útil. Te invito a compartirlo con tus colegas.

Todos los días se aprende algo nuevo. ¡Que tengas un gran día!

Referencias Bibliográficas

IEEE Std C37.2-1996(R2001). IEEE Standard Electrical Power System Device Function Numbers and Contact Designations. Reaffirmed 2 May 2002.

La entrada Prefijos y Sufijos de los Números ANSI se publicó primero en LeiryChinchilla.com.

Según el Estándar C37.2 de la IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), los números de función ANSI del 1 al 94 están asignados a definiciones estándares a nivel mundial. Mientras que los números desde el 95 hasta el 99 deben asignarse solamente para aquellas funciones donde ninguno de los números estándares son aplicables en casos específicos.

Es importante tomar en cuenta que para cada aplicación de los números de función ANSI, el ingeniero de diseño debe proveer una descripción breve de todos los números de función utilizados en esa aplicación. Incluyendo todas las combinaciones de prefijos y sufijos, dado que cada combinación tiene un significado diferente.

Descripción Estándar de los Números de Función ANSI

Función ANSI 1: Elemento Maestro

El número de función ANSI «1» representa a un dispositivo que sirve para poner en funcionamiento a un equipo o para sacarlo de funcionamiento. Generalmente, este número se usa para dispositivos manuales, eléctricos o mecánicos para el que no es adecuado ningún otro número de función. Por ejemplo, puede ser un interruptor de control que ponga en funcionamiento a un equipo, ya sea directamente o a través de relés de protección o de retardo de tiempo.

Función ANSI 2: Relé Temporizado de Arranque o de Cierre

El número de función ANSI «2» representa a un dispositivo que funciona para dar un tiempo predeterminado de retardo antes o después de cualquier punto de operación en una secuencia de conmutación o lógica de operación de un relé de protección. Es importante no confundirlo con los números de función 48, 62, 79 y 82.

Función ANSI 3: Relé de Comprobación o de Enclavamiento

El número de función ANSI «3» representa a un dispositivo que opera en respuesta a la posición de uno o más dispositivos. También puede operar en respuesta a predeterminadas condiciones en un equipo o circuito.

La operación de este dispositivo permite que proceda la secuencia de operación, o de parada, de una secuencia operativa. Además, provee la comprobación de la posición o condición de los demás dispositivos para cualquier propósito que se requiera.

Función ANSI 4: Contactor Maestro

El número de función ANSI «4» representa a un dispositivo que sirve para conectar e interrumpir los circuitos de control necesarios para poner un equipo en operación bajo las condiciones deseadas, y para sacarlo de operación bajo condiciones anormales. Este dispositivo suele controlarse desde otros dispositivos permisivos o de protección.

Función ANSI 5: Dispositivo de Parada

El número de función ANSI «5» representa a un dispositivo de control que sirve para apagar un equipo y mantenerlo fuera de operación. Este dispositivo puede ser de operación manual o eléctrica. Pero, no tiene la función de bloqueo eléctrico bajo funciones anormales (como lo es la función ANSI «86»).

Función ANSI 6: Interruptor de Arranque

El número de función ANSI «6» representa a un dispositivo que sirve para conectar una máquina a su fuente de voltaje de arranque.

Función ANSI 7: Relé de Tasa de Cambio

El número de función ANSI «7» representa a un dispositivo que opera cuando la tasa de cambio de una cantidad medida excede un valor de umbral. Es importante no confundirlo con el dispositivo ANSI «63».

Función ANSI 8: Dispositivo de Desconexión de la Alimentación de Control

El número de función ANSI «8» representa a un dispositivo que sirve para conectar y desconectar la fuente de alimentación de control hacia y desde la barra o equipo de control. Este dispositivo puede ser un seccionador de cuchilla, un interruptor o un bloque de fusibles extraíbles.

Función ANSI 9: Dispositivo de Inversión

El número de función ANSI «9» representa a un dispositivo que sirve para invertir el campo de una máquina o para realizar cualquier otra función de inversión.

Función ANSI 10: Conmutador de Secuencia de Unidad

El número de función ANSI «10» representa a un dispositivo que sirve para cambiar la secuencia en aquellas unidades que deben ponerse dentro y fuera de servicio en un equipo de múltiples unidades.

Función ANSI 11: Dispositivo Multifunción

El número de función ANSI «11» representa a un dispositivo que realiza tres o más funciones importantes que sólo se designan al combinar diferentes números de función ANSI.

Todas las funciones realizadas por el dispositivo «11» deben definirse en las leyendas de los planos, en la lista de definición de funciones del dispositivo, o en el registro de configuración de los relés.

Función ANSI 12: Dispositivo de Exceso de Velocidad

El número de función ANSI «12» representa a un dispositivo que opera en máquinas con exceso de velocidad. Suele conectarse directamente a la máquina.

Función ANSI 13: Dispositivo de Velocidad Síncrona

El número de función ANSI «13» representa a un dispositivo que opera aproximadamente a la velocidad síncrona de una máquina. Este dispositivo puede ser un conmutador de velocidad centrífuga, un relé de frecuencia de deslizamiento, un relé de voltaje, un relé de baja corriente, entre otros.

Función ANSI 14: Dispositivo de Baja Velocidad

El número de función ANSI «14» representa a un dispositivo que funciona cuando la velocidad de una máquina cae por debajo de un valor predeterminado.

Función ANSI 15: Dispositivo de Adaptación de Velocidad o Frecuencia

El número de función ANSI «15» representa a un dispositivo que sirve para emparejar o mantener la velocidad o frecuencia de una máquina o sistema igual (o aproximadamente igual) a la de otra máquina, fuente, o sistema.

Función ANSI 16: no usado

Entre todos los números de función ANSI, el «16» aún no se utiliza para definir a un dispositivo. Está reservado para futuras aplicaciones.

Función ANSI 17: Conmutador de Derivación o Descarga

El número de función ANSI «17» representa a un dispositivo que sirve para abrir o cerrar un circuito en derivación alrededor de cualquier pieza de aparato. Como, por ejemplo: el campo de una máquina, la armadura de una máquina, un capacitor, o un reactor, excepto una resistencia.

Función ANSI 18: Dispositivo de Aceleración o Desaceleración

El número de función ANSI «18» representa a un dispositivo que sirve para cerrar o causar el cierre de los circuitos involucrados al incremento o disminución de la velocidad de una máquina.

Función ANSI 19: Contactor de Transición de Arranque a Marcha

El número de función ANSI «19» representa a un dispositivo que opera para iniciar la transferencia automática desde la conexión del arranque hacia la conexión de energía de puesta en marcha.

Función ANSI 20: Válvula Accionada Eléctricamente

El número de función ANSI «20» representa a un dispositivo operado, controlado y monitoreado eléctricamente, que se usa en líneas de fluido, aire, gas o vacío.

Función ANSI 21: Relé de Distancia

El número de función ANSI «21» representa a un dispositivo que funciona cuando la admitancia, impedancia o reactancia de un circuito aumenta o disminuye por debajo de un valor predeterminado.

Función ANSI 22: Interruptor de Ecualizador

El número de función ANSI «22» representa a un dispositivo que sirve para controlar, conectar o interrumpir el ecualizador o las conexiones de equilibrio de corriente para el campo de una máquina, o para regular el equipo, en una instalación de múltiples unidades.

Función ANSI 23: Dispositivo de Control de Temperatura

El número de función ANSI «23» representa a un dispositivo que sirve para controlar la temperatura de una máquina, aparato, o cualquier medio. Este dispositivo opera cuando la temperatura disminuye o aumenta por encima de un valor predeterminado.

Función ANSI 24: Relé de Voltios por Hertz

El número de función ANSI «24» representa a un dispositivo que opera cuando la tasa entre el voltaje y la frecuencia está por encima de un valor predeterminado, o si está por debajo de otro valor predeterminado. Este relé puede tener cualquier combinación de características instantáneas o con retardo de tiempo.

Función ANSI 25: Relé de Sincronización o de Verificación de Sincronismo

El número de función ANSI «25» representa a un dispositivo de sincronización que produce una salida que provoca el cierre entre dos circuitos cuando la diferencia de ángulo de fase es cero. Podría incluir o no incluir el control de velocidad y voltaje.

Un relé de verificación de sincronismo permite la conexión en paralelo de dos circuitos que están dentro de límites prescritos de magnitud de voltaje, ángulo de fase, y frecuencia.

Función ANSI 26: Dispositivo Térmico de Aparatos

Entre los números de función ANSI, el «26» representa a un dispositivo que funciona cuando la temperatura del aparato protegido excede un valor predeterminado. O, funciona cuando la temperatura del aparato protegido disminuye por debajo de un valor predeterminado. Este dispositivo también funciona para líquidos o para cualquier medio.

Este dispositivo no se aplica en los transformadores de potencia ni en los devanados de máquinas que soportan cargas. Dado que, para estos casos, esa función de protección está cubierta por el número de función ANSI «49».

Función ANSI 27: Relé de Bajo Voltaje

El número de función ANSI «27» representa a un dispositivo que opera cuando su voltaje de entrada es menor que un valor predeterminado.

→ Ver Artículo: Colapso de Voltaje: Un Desafío para la Operación Continua de los Sistemas Eléctricos

Función ANSI 28: Detector de Incendios

El número de función ANSI «28» representa a un dispositivo que monitorea la presencia de la llama piloto o de la llama principal en aparatos tales como una turbina de gas o una caldera de vapor.

Función ANSI 29: Seccionador o Contactor de Aislamiento

El número de función ANSI «29» representa a un dispositivo que sirve para desconectar un circuito de otro circuito bajo operaciones de emergencia, mantenimiento o prueba.

Función ANSI 30: Relé Anunciador

El número de función ANSI «30» representa a un dispositivo de reinicio no automático que da un número o indicaciones visuales separadas sobre el funcionamiento de los dispositivos de protección. Y, que también puede estar dispuesto a realizar una función de bloqueo.

Función ANSI 31: Dispositivo de Excitación Separado

El número de función ANSI «31» representa a un dispositivo que conecta un circuito a una fuente de excitación separada durante la secuencia de arranque. Ese circuito podría ser el campo de derivación de un convertidor síncrono.

Función ANSI 32: Relé de Potencia Direccional

El número de función ANSI «32» representa a un dispositivo que opera con un valor predeterminado de flujo de potencia en una dirección dada. Como por el ejemplo, el flujo de potencia inverso que resulta del funcionamiento de un generador ante la pérdida de su motor primario.

→ Artículo Relacionado: ¿Qué es la Motorización de un Generador de Potencia?

Función ANSI 33: Seccionador de Posición

El número de función ANSI «33» representa a un dispositivo que conecta o interrumpe el contacto cuando el equipo principal ocupa una posicion dada.

Función ANSI 34: Dispositivo de Secuencia Maestra

El número de función ANSI «34» representa a un dispositivo conmutador multicontacto motorizado, o un dispositivo programable, que establece la secuencia de operación de los principales dispositivos del equipo durante el arranque y la parada, o durante las operaciones de conmutación secuencial.

Función ANSI 35: Dispositivo de Cortocircuito de Anillo Deslizante o de Funcionamiento con Escobillas

El número de función ANSI «35» representa a un dispositivo que funciona para subir, bajar o mover las escobillas de las máquinas. También sirve para cortocircuitar los anillos colectores. O para activar o desactivar los contactos de un rectificador mecánico.

Función ANSI 36: Dispositivo de Polaridad o de Polarización de Tensión

Entre los números de función ANSI, el «36» representa a un dispositivo que opera, o permite la operación, de otro dispositivo solamente en una polaridad determinada. O, sirve para verificar la presencia de una tensión polarizada en el equipo.

Función ANSI 37: Relé de Baja Corriente o Baja Potencia

El número de función ANSI «37» representa a un dispositivo que funciona cuando el flujo de la corriente o de la potencia disminuye por debajo de un valor predeterminado.

Función ANSI 38: Dispositivo de Protección de Rodamientos

El número de función ANSI «38» representa a un dispositivo que funciona con una temperatura excesiva del cojinete o con otras condiciones mecánicas anormales asociadas con el rodamiento. Como el desgaste excesivo, que eventualmente puede resultar en una temperatura excesiva del cojinete o en una falla.

Función ANSI 39: Monitor de Estado Mecánico

El número de función ANSI «39» representa a un dispositivo que funciona sobre la ocurrencia de una condición mecánica anormal. Estas condiciones anormales pueden ser: vibración excesiva, excentricidad, expansión, choque, inclinación, o falla del sello.

Esta función no está asociada a la protección de rodamientos cubierta por la función «38».

Función ANSI 40: Relé de Campo

El número de función ANSI «40» representa a un dispositivo que funciona en un valor dado de corriente de campo de la máquina, ya sea un valor anormalmente alto, bajo, o de falla. Adicionalmente, este dispositivo funciona en un valor excesivo del componente reactivo de la corriente de armadura en una máquina de corriente alterna que indica una excitación de campo anormalmente alta o baja.

Función ANSI 41: Interruptor de Campo

El número de función ANSI «41» representa a un dispositivo que sirve para aplicar o eliminar la excitación de campo de una máquina.

Función ANSI 42: Interruptor de Puesta en Marcha

El número de función ANSI «42» representa a un dispositivo cuya función es conectar a una máquina a su fuente de alimentación de puesta en marcha o de operación.

Esta función también se puede usar por un contactor en serie con un interruptor, para aperturas y cierres frecuentes del circuito.

Función ANSI 43: Dispositivo de Transferencia o Selector Manual

El número de función ANSI «43» representa a un dispositivo de operación manual que transfiere circuitos de control o de potencia con el objetivo de modificar el plan de operación del equipo asociado, o de algunos de los equipos asociados.

Función ANSI 44: Relé de Arranque de Secuencia Unitaria

El número de función ANSI «44» representa a un dispositivo que funciona para iniciar la siguiente unidad disponible en un equipo de unidades múltiples en caso de falla o de falta de disponibilidad de la unidad precedente en la secuencia normal.

Función ANSI 45: Monitor de Condiciones Atmosféricas

El número de función ANSI «45» representa a un dispositivo que funciona ante la ocurrencia de condiciones atmosféricas anormales. Estas condiciones anormales pueden ser humo dañino, mezclas explosivas, o fuego.

Función ANSI 46: Relé de Corriente de Fase Inversa o de Equilibrio de Fase

El número de función ANSI «46» representa a un dispositivo en un circuito polifásico que opera cuando las corrientes polifásicas están en secuencia inversa. O que opera cuando las corrientes polifásicas están desbalanceadas, o cuando la corriente de secuencia negativa excede un valor predeterminado.

Función ANSI 47: Relé de Tensión de Secuencia de Fase o de Equilibrio de Fase

El número de función ANSI «47» representa a un dispositivo en un circuito polifásico que opera ante un valor predeterminado de voltaje polifásico en la secuencia de fase deseada. También opera cuando el voltaje polifásico está desbalanceado, o cuando la secuencia negativa de las fases del Voltaje excede un determinado valor.

Función ANSI 48: Relé de Secuencia Incompleta

El número de función ANSI «48» representa a un dispositivo que devuelve el equipo a la posición normal o de apagado y lo bloquea si la secuencia normal de arranque, operación o parada no se completa correctamente dentro de un tiempo predeterminado.

Función ANSI 49: Relé Térmico de Máquina o de Transformador

El número de función ANSI «49» representa a un dispositivo que opera cuando la temperatura del equipo protegido excede un valor predeterminado. El equipo protegido puede ser un elemento de una máquina, o un transformador de potencia.

→ Ver Artículo: Protección Térmica del Estator del Generador

Función ANSI 50: Relé de Sobrecorriente Instantáneo

El número de función ANSI «50» representa a un dispositivo que opera sin retraso de tiempo intencional cuando la corriente excede un predeterminado valor.

Función ANSI 51: Relé de Sobrecorriente de Tiempo Inverso, de Corriente Alterna

El número de función ANSI «51» representa a un dispositivo que funciona cuando la corriente alterna de entrada excede un valor predeterminado. Y en el que la corriente de entrada y el tiempo de funcionamiento están inversamente relacionados en una parte sustancial del rango de rendimiento.

→ Ver Artículo: Protección de Sobrecorriente (50/51)

Función ANSI 52: Interruptor de Potencia, de Corriente Alterna

El número de función ANSI «52» representa a un dispositivo que se usa para cerrar e interrumpir un circuito de potencia de corriente alterna bajo condiciones normales. O para interrumpir el circuito bajo condiciones de falla o de emergencia.

→ Ver Artículo: Interruptores de Potencia de Alta Tensión

Función ANSI 53: Excitador o Relé del Generador de Corriente Continua

El número de función ANSI «53» representa a un dispositivo que obliga a la excitación del campo de la máquina de corriente continua a acumularse durante el arranque. O que funciona cuando el voltaje de la máquina ha alcanzado un valor determinado.

Función ANSI 54: Dispositivo de Acoplamiento de Engranajes Giratorios

El número de función ANSI «54» representa a un dispositivo que funciona para hacer que el mecanismo de giro enganche o desenganche el eje de la máquina.

Función ANSI 55: Relé de Factor de Potencia

El número de función ANSI «55» representa a un dispositivo que opera cuando el factor de potencia en un circuito de corriente alterna aumenta por encima de un valor predeterminado, o cae por debajo de un valor predeterminado.

Función ANSI 56: Relé de Aplicación de Campo

El número de función ANSI «56» representa a un dispositivo que controla automáticamente la aplicación de la excitación de campo a un motor de corriente alterna a un punto predeterminado en el ciclo de deslizamiento.

Función ANSI 57: Dispositivo de Puesta a Tierra o de Cortocircuito

El número de función ANSI «57» representa a un dispositivo que funciona para cortocircuitar o para poner a tierra a un circuito en respuesta a medios automáticos o manuales.

Función ANSI 58: Relé de Falla de Rectificación

Entre los números de función ANSI, el «58» representa a un dispositivo que funciona si un rectificador de potencia no conduce o bloquea correctamente.

Función ANSI 59: Relé de Sobretensión

El número de función ANSI «59» representa a un dispositivo que opera cuando su entrada de voltaje excede un valor predeterminado.

Función ANSI 60: Relé de Balance de Tensión o de Corriente

El número de función ANSI «60» representa a un dispositivo que opera en una diferencia de voltaje determinada de dos circuitos. También puede operar en una diferencia de entrada o salida de corriente entre dos circuitos.

Función ANSI 61: Conmutador o Sensor de Densidad

El número de función ANSI «61» representa a un dispositivo que opera en un valor determinado de densidad, o en una tasa dada de cambio de densidad.

Función ANSI 62: Relé Temporizado de Parada o Apertura

El número de función ANSI «62» representa a un dispositivo que impone un tiempo de retardo en conjunto con el dispositivo que inicia el apagado, parada o apertura de operación en una secuencia automática o de un sistema de relés de protección.

Función ANSI 63: Conmutador de Presión

El número de función ANSI «63» representa a un dispositivo que opera a un valor de presión dado, a una tasa de cambio de presión dada.

Función ANSI 64: Relé Detector de Tierra

El número de función ANSI «64» representa a un dispositivo que opera ante la falla del aislamiento a tierra de una máquina u otro aparato.

Función ANSI 65: Gobernador

El número de función ANSI «65» representa a un dispositivo que consiste en un conjunto de equipos de control de fluidos, eléctricos o mecánicos que se utilizan para regular el flujo de agua, vapor y otros medios hacia el motor primario con fines tales como arrancar, mantener la velocidad o la carga, o detener.

Función ANSI 66: Dispositivo de Muescas o de Trote

El número de función ANSI «66» representa a un dispositivo que funciona para permitir sólo un número específico de operaciones de un equipo dado. O funciona para permitir un número específico de operaciones sucesivas dentro de un tiempo dado. Además, es un dispositivo que funciona para energizar un circuito periódicamente o por intervalos de tiempo específicos. También es usado para permitir aceleración intermitente de una máquina a baja velocidad por posicionamiento mecánico.

Función ANSI 67: Relé de Sobrecorriente Direccional, en Corriente Alterna

El número de función ANSI «67» representa a un dispositivo que funciona en un valor deseado de flujo de corriente alterna en una dirección predeterminada.

Función ANSI 68: Relé de Bloqueo o «Fuera de Paso»

El número de función ANSI «68» representa a un dispositivo que inicia una señal piloto para bloquear el disparo por fallas externas en el equipo protegido. O coopera con otros dispositivos para bloquear el disparo o el recierre en una condición fuera de paso o una condición de oscilación de potencia.

Función ANSI 69: Dispositivo de Control Permisivo

El número de función ANSI «69» representa a un dispositivo con dos posiciones que en una posición permite el cierre de un interruptor de potencia, o poner un equipo en operación. Y en la otra posición, previene que se opere el interruptor de potencia o cualquier equipo en particular.

Función ANSI 70: Reóstato

Entre los números de función ANSI, el «70» representa a un dispositivo que se usa para variar la resistencia en un circuito eléctrico cuando el equipo es operado eléctricamente o tiene otros accesorios eléctricos, como conmutadores auxiliares, de posición o de límite.

Función ANSI 71: Conmutador de Nivel

El número de función ANSI «71» representa a un dispositivo que opera a un valor de nivel dado, o a una tasa de cambio de nivel dada.

Función ANSI 72: Interruptor de Potencia, de Corriente Continua

El número de función ANSI «72» representa a un dispositivo que se usa para cerrar e interrumpir un circuito de potencia de corriente continua bajo condiciones normales. O para interrumpir ese circuito bajo condiciones de falla o de emergencia.

Función ANSI 73: Contactor de Resistencia de Carga

Entre los números de función ANSI, el «73» representa a un dispositivo que se utiliza para derivar o insertar un paso de limitación de carga, desplazamiento o resistencia indicadora en un circuito de alimentación. También se utiliza para cambiar un calentador de espacio en el circuito. O para cambiar una resistencia de carga ligera o regenerativa de un rectificador de potencia u otra máquina dentro y fuera del circuito.

Función ANSI 74: Relé de Alarma

El número de función ANSI «74» representa a un dispositivo que se utiliza para operar una alarma visual o audible.

Este dispositivo no opera igual que un anunciador, por lo que no debe confundirse con el número de función «30».

Función ANSI 75: Mecanismo de Cambio de Posición

El número de función ANSI «75» representa a un dispositivo que se utiliza para mover un dispositivo principal de un equipo de una posición a otra. Por ejemplo, cambiar una unidad de interruptor de potencia removible hacia y desde las posiciones: conectado, desconectado y de prueba.

Función ANSI 76: Relé de Sobrecorriente, en Corriente Continua

El número de función ANSI «76» representa a un dispositivo que funciona cuando la corriente de un circuito excede un valor dado. Esta función se utiliza exclusivamente en circuitos de corriente continua.

Función ANSI 77: Dispositivo de Telemedida

Entre los números de función ANSI, el «77» representa a un dispositivo de transmisión utilizado para generar y transmitir, hacia una ubicación remota, una señal eléctrica que representa una cantidad de medición. También puede operar como un recibidor de la señal eléctrica proveniente del transmisor remoto y convertir la señal para representar la cantidad medida original.

Función ANSI 78: Relé de Medición de Ángulo de Fase

El número de función ANSI «78» representa a un dispositivo que funciona a un ángulo de fase predeterminado entre dos voltajes, entre dos corrientes, o entre voltaje y corriente.

Función ANSI 79: Relé de Recierre

El número de función ANSI «79» representa a un dispositivo que controla el recierre automático y el bloqueo de un interruptor de potencia de corriente alterna.

Función ANSI 80: Conmutador de Flujo

Entre los números de función ANSI, el «80» representa a un dispositivo que opera a un valor de flujo dado, o a una tasa de cambio de flujo predeterminado.

Función ANSI 81: Relé de Frecuencia

El número de función ANSI «81» representa a un dispositivo que responde a la frecuencia de una cantidad eléctrica. Y opera cuando la frecuencia o la tasa de cambio de la frecuencia excede o disminuye considerablemente frente a un valor predeterminado.

→ Ver Artículo: Deslastre de Carga por Baja Frecuencia

Función ANSI 82: Relé de Reconexión de Medición de Carga de Corriente Continua

El número de función ANSI «82» representa a un dispositivo que controla el cierre y recierre automático de un interruptor de corriente continua, generalmente en respuesta a las condiciones del circuito de carga.

Función ANSI 83: Control Selectivo Automático o Relé de Transferencia

El número de función ANSI «83» representa a un dispositivo que opera o selecciona automáticamente entre ciertas fuentes o condiciones en equipos, o que realiza una operación de transferencia automáticamente.

Función ANSI 84: Mecanismo de Operación

El número de función ANSI «84» representa a un dispositivo que consiste en el mecanismo eléctrico completo, o servomecanismo (incluyendo el motor de operación, solenoides, conmutadores de posición, entre otros) que se utiliza para el cambiador de tomas, regulador de inducción, o cualquier pieza similar.

Función ANSI 85: Teleprotección

El número de función ANSI «85» representa a un dispositivo que es operado o restringido por medio de una señal transmitida o recibida por medio de cualquier medio de comunicación usado para relés de protección.

→ Ver artículo relacionado: ¿Qué son los Esquemas de Teleprotección Tipo Comando?

Función ANSI 86: Relé de Bloqueo (Lock-Out Relay)

El número de función ANSI «86» representa a un dispositivo que dispara y mantiene inoperativos a los equipos asociados hasta que es reiniciado por un operador, ya sea local o remotamente.

→ Ver artículo relacionado: ¿Qué es un «Lock-Out Relay» y cómo funciona?

Función ANSI 87: Relé de Protección Diferencial

El número de función ANSI «87» representa a un dispositivo que opera en un porcentaje, ángulo de fase, u otra diferencia cuantitativa de dos o más corrientes, u otras cantidades eléctricas.

→ Ver artículo relacionado: Protección Diferencial de Motor (ANSI 87M)

Función ANSI 88: Motor Auxiliar o Generador de Motor

Entre los números de función ANSI, el «88» representa a un dispositivo que se usa para operar equipos auxiliares. Como bombas, sopladores, excitadores, amplificadores magnéticos de rotación, entre otros.

Función ANSI 89: Seccionador de Línea

El número de función ANSI «89» representa a un dispositivo que se utiliza para desconectar, interrumpir la carga, o como seccionador de aislamiento de un circuito, ya sea de alimentación en corriente alterna o en corriente continua.

Función ANSI 90: Dispositivos de Regulación

El número de función ANSI «90» representa a un dispositivo que funciona para regular una cantidad a ciertos valores o dentro de ciertos límites para máquinas, líneas de enlace, u otros aparatos. Las cantidades que suele regular son: voltaje, corriente, potencia, velocidad, frecuencia, temperatura, y carga.

Función ANSI 91: Relé Direccional de Voltaje

El número de función ANSI «91» representa a un dispositivo que opera cuando el voltaje a través de un interruptor de potencia abierto excede un valor dado en una dirección dada.

Función ANSI 92: Relé Direccional de Tensión y Potencia

El número de función ANSI «92» representa a un dispositivo que permite o causa la conexión de dos circuitos cuando la diferencia de voltaje entre ellos excede un valor dado en una dirección predeterminada. Y causa que esos dos circuitos sean desconectados cuando el flujo de potencia entre ellos exceda un valor dado en la dirección opuesta.

Función ANSI 93: Contactor de Cambio de Campo

El número de función ANSI «93» representa a un dispositivo que funciona para aumentar o disminuir, en un paso, el valor de la excitación del campo de una máquina.

Función ANSI 94: Relé Basculante o Sin Disparo

El número de función ANSI «94» representa a un dispositivo que funciona para disparar un interruptor de potencia, contactor o equipo. Sirve para permitir el disparo inmediato de otros dispositivos. O para evitar el recierre inmediato de un interruptor de potencia si debe abrirse automáticamente, aunque su circuito de cierre se mantenga cerrado.

Función ANSI 95-99: Utilizados sólo para Aplicaciones Específicas

Los números de función ANSI «95», «96», «97», «98» y «99» son utilizados en instalaciones específicas individuales en caso de que no sean adecuadas ninguna de las funciones asginadas a los números del «1» al «94».

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Referencias Bibliográficas

IEEE Std C37.2-1996(R2001). IEEE Standard Electrical Power System Device Function Numbers and Contact Designations. Reaffirmed 2 May 2002.

GE Grid Solutions

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1. Protección de Sobrecorriente (ANSI 50/51).
2. Protección Direccional de Sobrecorriente (ANSI 67).
3. Protección Diferencial (ANSI 87).
4. Protección de Distancia (ANSI 21).
5. Protecciones Mecánicas de los Transformadores de Potencia.

Es importante recordar que el objetivo fundamental de un sistema de protección es aislar rápidamente un área problemática del sistema de potencia. De modo de minimizar el impacto en el resto del sistema y dejarlo intacto en lo que sea posible.

La lógica de aplicación de las Funciones de Protección en Subestaciones de Transmisión consiste en dividir el sistema de potencia en varias zonas. Y, asignarle a cada una un grupo de relés que tendrán diferentes funciones de protección dependiendo del equipo a proteger:

• Transformador.
• Línea de Transmisión.
• Barra.
• Entre otros.

A continuación, describiremos las funciones de protección más comunes en los relés numéricos.

1. Protección de Sobrecorriente (ANSI 50/51)

Consiste en configurar un valor umbral de sobrecorriente en el relé para que actúe instantáneamente o por configuración de sobrecorriente de tiempo inverso. La temporización que se programe en el relé debe ser menor al tiempo de daño del equipo a proteger. Y, al mismo tiempo, debe corresponder al orden de selectividad que se diseñó en el sistema de protección. La protección de sobrecorriente instantánea se define con el número ANSI 50; mientras que la de sobrecorriente temporizada se define con el número ANSI 51. Esta es la función más simple, y es la base de las demás funciones de protección.

→ Artículo Recomendado: Protección de Sobrecorriente (50/51) • LeiryChinchilla.com

2. Protección Direccional de Sobrecorriente (ANSI 67)

La protección direccional de sobrecorriente generalmente se usa en líneas de transmisión. Consiste en comparar la dirección de la corriente de falla en ambos extremos de la línea (se define con el número ANSI 67). Si la medida indica que la falla se dirige hacia la línea protegida, significa que es una falla interna y que el relé debe disparar.

En cambio, si una de las medidas indica una corriente circulando hacia afuera de la zona protegida significa la existencia de una falla externa. En este caso, el relé no debe ordenar el disparo.

Los relés direccionales que detectan fallas entre fases se polarizan con tensiones de fase en el punto del relé. Mientras que los relés direccionales que detectan fallas a tierra se pueden polarizar con la tensión de secuencia cero o con alguna corriente de referencia. Como por ejemplo, la corriente de la conexión del neutro a tierra de un transformador de potencia local en el punto del relé.

3. Protección Diferencial (ANSI 87)

Los sistemas de protección diferencial (definidos por el número ANSI 87) son las funciones de protección más utilizadas en las subestaciones de transmisión.

La Protección Diferencial opera en base al principio de comparación de corriente. Es decir, parten de que la corriente que entra a un objeto protegido sano es la misma que sale de él. De este modo, la corriente medida por el elemento “M” debe ser cero. Cualquier medida de corriente diferente de cero es un indicador de falla en algún lugar de la zona de protección.

4. Protección de Distancia (ANSI 21)

La protección de distancia (definida por el número ANSI 21), sirve para proteger líneas de transmisión. Se encarga de medir constantemente la impedancia de carga de la línea. Esta impedancia se expresa como U_L/I_L = Z_L. Es decir, la relación entre la tensión y la corriente vistas por el relé en su sitio de instalación. Si hay una falla, la medida de la impedancia será menor que la impedancia de carga y la protección operará. La ventaja de medir la impedancia es que esta depende de la longitud de la línea. De modo que, el relé es sensible a la distancia en que ocurren las fallas, y puede decidir cuándo disparar y cuando no.

5. Protección de Transformadores de Potencia

La protección principal de los transformadores es la protección diferencial. Pero se debe complementar con relés de sobrecorriente, tanto de fase como residuales, del tipo tiempo inverso (ANSI 51 y 51N). Ya que el relé 51 se considera más una protección de respaldo contra fallas externas del transformador.

Adicionalmente, se tienen protecciones propias del transformador:

• Protección térmica (número ANSI 49) para sobre cargas.
• Relé Buchholz (número ANSI 63B, opera atrapando el gas que resulta de alguna anomalía).
• Relé de presión (ANSI 63P, válvula de alivio de presión) para fallas internas.
• Relé del nivel de aceite (número ANSI 71) para detectar pérdidas de aceite.
• Entre otras.

Como los transformadores tienen numerosos elementos de protección, se debe diseñar que todas las órdenes de disparo de los diferentes relés de protección vayan a los interruptores a través de un relé de disparo y bloqueo (número ANSI 86). Este relé dispara los interruptores asociados y los bloquea para evitar que se cierren nuevamente hasta que no haya una reposición intencional. Puesto que, las fallas en los transformadores no suelen ser transitorias. Sino que, requieren de la intervención de personal capacitado para solventar el problema que causó la falla.

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Fuentes

Line Protection :: GE Grid Solutions

Transformer Protection :: GE Grid Solutions

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Adicionalmente, los SACC proporcionan la energía a las bobinas de disparo de los interruptores para aislar adecuadamente los cortocircuitos. Por esta razón, los SACC son los componentes más importantes de las Subestaciones Eléctricas de alta y media tensión.

¿Por qué son importantes los SACC?

La Subestación Eléctrica suministra energía alterna a los demás componentes que integran la subestación: Iluminación, Aire Acondicionado del cuarto de control, etc. Estos servicios vienen de un transformador auxiliar que se conecta directamente en la Barra de la Subestación. Y, se conocen como Servicios Auxiliares de Corriente Alterna (SACA).

Los relés de protección no se deben alimentar con los SACA. Porque, si ocurre un cortocircuito en la S/E, se ve afectada la tensión en las barras y, por lo tanto, también en los SACA. Esto causará que los relés de protección también sean afectados. Ya sea por una alimentación débil durante el momento de la falla, ó por el corte de energía de la S/E cuando otro relé opere. En este caso, los equipos de protección no podrán operar correctamente ni enviar señales de comunicación.

Para evitar la problemática anterior, se diseñó una sección de Servicios Auxiliares de Corriente Continua en las Subestaciones Eléctricas. Que consiste en un banco de baterías con cargadores de baterías, también llamados rectificadores. Su principal objetivo es alimentar a los relés de protección para que no dependan de los eventos que ocurran en el sistema de Corriente Alterna.

Cargadores de Batería (Rectificadores) en las Subestaciones Eléctricas

Generalmente los cargadores de baterías se alimentan desde los SACA. Y, se encargan de rectificar la corriente alterna de la S/E para mantener cargado al banco de baterías. Al mismo tiempo, estos rectificadores alimentan directamente a los relés de protección y a los equipos críticos de la subestación.

En condiciones normales, la batería proporciona muy poca corriente. La batería comienza a contribuir corriente cuando la carga incrementa más allá de la capacidad de salida del rectificador. Esto es cuando se alimentan las bobinas de cierre o disparo, cuando se cargan los motores de los interruptores, etcétera. Típicamente, estas operaciones tardan entre pocos ciclos a pocos segundos. Sin embargo, la capacidad de corriente del cargador debe ser mayor que la corriente de máxima carga del sistema de Corriente Continua. Esto es para asegurar que el cargador supla toda la corriente CC requerida en el caso de que las baterías no estén disponibles.

Banco de Baterías en las Subestaciones Eléctricas

El banco de baterías se diseña para soportar toda la carga de CC durante ocho (8) horas aproximadamente.

Cuando hay una falla eléctrica en la barra de la subestación, y los relés envían el disparo a los interruptores, se desenergiza la subestación. Por lo tanto, dejan de funcionar los SACA y deja de funcionar el rectificador. Pero, los relés se mantienen energizados por el banco de baterías para enviar señales de alarma al SCADA y comunicarse con las subestaciones adyacentes. Esto permite que se mantenga ejecutando la filosofía de protección hasta que se descargue el banco de baterías.

Redundancia en Servicios Auxiliares de Corriente Continua

Para aumentar la confiabilidad de los Servicios Auxiliares de Corriente Continua (SACC), se recomienda instalar cargadores de baterías redundantes. Es decir, con configuración de compartición de carga, para que la pérdida de uno de los cargadores no ponga en peligro el sistema de CC.

Cada cargador de batería debe alimentarse por una fuente de CA, independientes entre sí. La falla de uno de los cargadores debe iniciar una alarma de alta prioridad. En el caso de que no se pueda instalar un segundo rectificador, se recomienda tener un rectificador de repuesto. De este modo, si se daña el rectificador principal, se puede reemplazar dentro de un rango de duración de carga del banco de baterías.

→ Artículo Recomendado: ¿Cuáles son los riesgos de los BESS en las Redes Eéctricas?

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Referencias Bibliográficas

D. Pieniazek, Substation Battery Charger, TB002, High-Voltage Consulting & Engineering Services, Febrero 2012.

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Las barras son utilizadas, generalmente, para interconectar dos o más circuitos de un sistema de potencia. Estos circuitos pueden ser generadores, transformadores, líneas de transmisión, motores, entre otros.

Fallas en las Barras

Cuando ocurre una falla en una barra, el sistema queda ampliamente afectado debido al nivel de corriente de cortocircuito de la barra. También afecta a la cantidad de circuitos que deben abrirse para despejar la falla.

Por lo tanto, se suelen dividir las barras con un interruptor de enlace o se diseñan arreglos de barras complejos. Esto es para minimizar el número de circuitos que deben abrirse cuando ocurre una falla. De esta forma, se garantiza la continuidad del suministro eléctrico en lo demás circuitos de la barra.

Los interruptores que conforman los arreglos de barras de las subestaciones eléctricas, usualmente tienen seccionadores en cada lado. Estos seccionadores se operan sin carga, y sirven para aislar al interruptor del sistema después de alguna contingencia o por mantenimiento.

Las fallas en las barras no son comunes, pero son de las que proporcionan mayores pérdidas de servicio en el sistema de potencia. Estas fallas suelen ocurrir por las siguientes causas:

• Contactos de animales.
• Ruptura de aislamiento.
• Fallas en los equipos involucrados.
• Contaminación.
• Por objetos llevados por el viento.

Por lo general, el tipo de protección que se utiliza en las barras es la Protección Diferencial (ANSI 87B). Esta función de protección proporciona la sensibilidad y rapidez requeridas para cortocircuitos entre fases y fallas a tierra.

Tipos de Arreglos de Barra

A continuación, se describen los Arreglos de Barra de las Subestaciones Eléctricas más sencillos a utilizar. La complejidad del arreglo depende de la importancia que se les dé a los circuitos interconectados en la S/E.

1. Barra simple

El tipo de arreglo de Barra Simple es el diseño más básico y económico, usado particularmente en distribución y transmisión de media tensión. La protección diferencial de barra se proporciona a través de los Transformadores de Corriente (TC) conectados a los relés de protección. Los TCs deben ubicarse de forma adecuada para que la zona de protección encierre a la barra completamente. En la siguiente Figura se muestra el caso de cuatro (4) circuitos interconectados en una Barra Simple.

La desventaja de este arreglo es que no proporciona flexibilidad operativa. Las fallas que ocurran en la barra provocarán que las protecciones abran todos los circuitos conectados. Además, el mantenimiento de los interruptores requiere que el circuito involucrado salga de servicio. Pero, se puede tomar la ventaja de programar el mantenimiento de todo ese circuito y su sistema de protección al mismo tiempo. Adicionalmente, se puede conectar un transformador de potencial (TP) en la barra para suplir la tensión a los equipos de protección de todos los circuitos.

2. Barra simple seccionada con interruptor de enlace

Este tipo de arreglo de barra es utilizado cuando hay gran número de circuitos interconectados. Se usa en Subestaciones Eléctricas Industriales, porque proporciona flexibilidad cuando la S/E es alimentada por dos fuentes separadas.

Una fuente se conecta a cada barra y se permite la operación sin importar que el interruptor de enlace se encuentre abierto o cerrado. Tal como se muestra en la siguiente Figura, donde los circuitos 1 y 3 representan las fuentes de las barras A y B respectivamente. Si se pierde una fuente, todos los circuitos asociados se pueden alimentar por la otra fuente cuando se cierra el interruptor de enlace. En este caso, se aplican zonas de protección diferencial de barra por separado, una zona de protección para cada barra. LA zona de protección es delimitada a través de los TC utilizados por cada relé de protección. Si falla una barra, aún se permite el servicio de la S/E por medio de la otra barra.

3. Doble barra con interruptor de enlace

El arreglo de Doble Barra con Interruptor de Enlace proporciona alta flexibilidad para la operación del sistema. Consiste en dos barras paralelas con un interruptor de potencia para enlazarlas.

Es decir, cualquier línea puede operar desde cualquier barra. Las barras pueden operar juntas (con el interruptor de enlace cerrado) como se muestra en la siguiente Figura. Ó pueden operar independientemente (con el interruptor de enlace abierto). En este caso, una barra puede usarse como barra de transferencia si un interruptor de línea sale de servicio. La desventaja de este arreglo es que se complica la distribución de las zonas de protección. Se requieren dos zonas diferenciales, una para cada barra.

En esta Figura se muestra que por medio de las posiciones de los seccionadores los circuitos 1 y 2 están conectados a la Barra 1. Mientras que, los circuitos 3 y 4 están conectados a la Barra 2. En caso de que la distribución de los circuitos en las barras cambie, cambiará la zona de protección diferencial de cada barra.

Si ocurre una falla en alguna barra, se requerirá el disparo de todos los circuitos conectados a la barra al mismo tiempo. Pero la otra barra no es afectada. Si la falla ocurre en el interruptor de enlace, se deben disparar las protecciones de ambas barras y de todos los circuitos.

Existen más tipos de arreglos de barra en las subestaciones eléctricas que suelen ser más complejas y que requieren un criterio de protección más robusto.

→ Artículo Recomendado: ¿Es necesario modernizar los sistemas de protecciones?

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El controlador de bahía proporciona las herramientas y funcionalidades necesarias para crear automatización personalizada y control de esquemas que incluye:

• Control de bahía avanzado y enclavamiento.
• Monitoreo y control del interruptor de potencia y de los seccionadores adyacentes.
• Esquemas automáticos de barras de transferencia.
• Esquemas de desconexión y restablecimiento de carga.

Las principales funciones del controlador de bahía son: protección, automatización, medición, registro digital de fallas (del inglés DFR: Digital Fault Recorder), gestión de equipos, y representación de datos con interface en panel frontal (pantalla digital).

La operación de cada una de esas funciones del controlador de bahía es autónoma de las otras, es decir, cada función tiene su propia configuración de parámetros y generan sus propias señales de salida. Todas las funciones comparten el mismo hardware y los mismos puertos de comunicación dentro del dispositivo.

A pesar de la separación de la lógica de estas funciones, se pueden intercambiar señales entre ellas. Por ejemplo, para el registro digital de fallas es muy útil guardar las salidas de las funciones de protección, por lo que es válido fijar un conjunto de señales predeterminadas como entradas para cada función.

La capacidad de automatización del controlador de bahía permite controlar el sincronismo, el interruptor, los seccionadores y la configuración local/remoto del interruptor de potencia.

A continuación, se definirán las funciones de protección más importantes que debe incluir un Controlador de Bahía.

Función de Protección de Falla de Interruptor

Por razones económicas no hay redundancia de interruptores en los sistemas de potencia, por lo que es necesario utilizar un esquema de protección local de respaldo contra falla del interruptor (en inglés: Breaker Failure, definido por el número ANSI 50BF) para aislar la subestación afectada sin que operen las protecciones remotas.

En este sentido, cuando ocurre una falla en el equipo protegido, los relés asociados dan órdenes de disparo a los interruptores del equipo. Simultáneamente, se energiza un relé de tiempo que, percibiendo a través de un TC a la sobrecorriente que pasa por el interruptor, comprueba si la orden de disparo se ejecutó durante un período de tiempo (50 ms a 300 ms), que se establece con base en el tiempo de operación de los interruptores más un margen de seguridad. Si no se realiza la interrupción (el TC sigue percibiendo sobrecorriente), se determina cuáles interruptores están conectados a la misma barra, por medio de una réplica de las barras obtenida de los contactos auxiliares de los seccionadores, e inmediatamente la protección 50BF envía orden de disparo a estos interruptores para eliminar la contribución de corriente al cortocircuito.

→ Ver Artículo Recomendado: Interruptores de Potencia de Alta Tensión • LeiryChinchilla.com

Función de Recierre Automático

El recierre automático (identificado con el número ANSI 79) generalmente se utiliza en los interruptores de las líneas de transmisión porque el 80% de las fallas en las líneas suelen ser transitorias. De este modo, si la corriente en el lugar de la falla se interrumpe por un corto tiempo, el punto de falla se desioniza y la línea tendrá su aislamiento completo cuando se re-energice. Si la falla es permanente, las protecciones detectan que luego de las secuencias de recierre sigue existiendo contribución de corriente a la falla, en este caso se procede a abrir el interruptor y bloquear el recierre, para obligar la participación de los operadores de la empresa eléctrica en despejar la falla físicamente.

Existen varios esquemas de recierre automático, los más comunes son:

1. Recierre Monopolar

El recierre monopolar se utiliza cuando el cortocircuito ocurre en una sola fase y el interruptor de potencia se puede operar monofásicamente.

2. Recierre Tripolar

El recierre tripolar se utiliza cuando el interruptor de potencia sólo se puede operar trifásicamente independientemente del tipo de falla.

3. Recierre Temporizado

El recierre temporizado se utiliza para el caso de que el primer recierre rápido no sea exitoso, por lo que existirá un segundo intento algunos segundos después.

4. Restauración Automática

La restauración automática se utiliza cuando ocurre un apagón total, tan pronto se tenga tensión en la línea o barra, automáticamente se cerrarán los interruptores siguiendo cierto orden, hasta restablecer el servicio en toda la subestación.

→ Ver Artículo Recomendado: Recierre Automático de Línea (ANSI 79).

Función de Verificación de Sincronismo

Se encarga de verificar que las tensiones en ambos lados de un interruptor abierto sean aproximadamente iguales en magnitud, ángulo de fase y frecuencia con el objetivo de asegurar que ocurra el mínimo impacto en el sistema de potencia cuando se cierra el interruptor.

Se define con el número ANSI 25 y se utiliza para permitir el cierre de un interruptor para conectar circuitos en condiciones normales de operación, o después de desenergizar una línea por condiciones de falla. En el caso de sistemas débiles, aunque no se pierde el sincronismo del sistema, la transferencia de potencia a través de las líneas restantes puede resultar en el desarrollo de tensiones de fase diferentes entre los terminales de la línea, lo cual produciría un choque intolerable en el sistema si se realiza un recierre.

Función de Disparo y Bloqueo

El relé de disparo y bloqueo (en inglés: lockout relay, identificado por el número ANSI 86) se utiliza para realizar disparo sostenido y bloqueo del circuito de cierre del interruptor de potencia, con reposición manual, en el caso de todo tipo de fallas en elementos con aislamiento no regenerativos como equipos de compensación, transformadores y generadores, que necesitan la participación de un personal operativo para solventar el problema.

En el caso de perturbaciones en cualquier clase de circuitos conectados a la subestación, el relé 86 se utiliza para hacer disparo a los interruptores asociados a la protección 50BF, a la protección de sobretensión, a la protección diferencial de barras, a las protecciones mecánicas de transformadores de potencia (sobrepresión, nivel de aceite, sobre temperatura del arrollado y del aceite, entre otros) o a las protecciones mecánicas del interruptor (baja presión de SF6, discrepancia de polos o falla de mecanismo de operación); es decir, por situaciones que requieren efectuar inspección e intervención de los equipos.

→ Artículo Recomendado: ¿Qué es un «Lock-Out Relay» y cómo funciona?

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El objetivo fundamental de los sistemas de protecciones eléctricas es aislar rápidamente un área problemática del sistema de potencia, de modo de minimizar el impacto en el resto del sistema y dejarlo intacto en lo que sea posible.

La lógica de aplicación de los relés de protección consiste en dividir el sistema de potencia en varias zonas y asignarle a cada una un grupo de relés. Adicionalmente, se utiliza la ventaja de la tecnología numérica de los relés para utilizarlos como elemento principal para la automatización del sistema de protección, monitoreo y control de la S/E. En todos los casos se utilizan los criterios definidos a continuación para diseñar un sistema de protección de manera eficiente. Sin embargo, no es práctico satisfacer completamente todos esos criterios al mismo tiempo, por lo que es necesario realizar evaluaciones en base a comparaciones de riesgos.

1. Sensibilidad

Los relés, o los esquemas de protección, deben ser sensibles, es decir, el parámetro de operación primario (como el umbral de corriente) debe ser suficientemente bajo como para detectar la falla y despejarla antes de que ese parámetro llegue a un valor perjudicial para el sistema protegido. En la mayoría de los casos este criterio también se cumple a través de las características de precisión de los transformadores de instrumentación (TC y TP) utilizados por el relé.

2. Confiabilidad, Fiabilidad y Seguridad

La confiabilidad es la probabilidad de no tener disparo incorrecto, y se define por medio de dos elementos: la fiabilidad y la seguridad. La fiabilidad es el grado de certeza de las operaciones correctas del relé en respuesta a problemas en el sistema (probabilidad de no tener omisión de disparo), mientras que la seguridad es el grado de certeza de que un relé no opere incorrectamente. Estos dos elementos son inversamente proporcionales, un aumento en la seguridad tiende a disminuir la fiabilidad y viceversa, por lo que se hace necesario diseñar un balance entre ellos para que el sistema de protecciones opere correctamente.

3. Selectividad

Consiste en proporcionar la máxima continuidad del servicio con mínima desconexión del sistema. La selectividad, también conocida como coordinación de los relés, es el proceso de configurar los relés de protección a extralimitar la zona de protección de otros relés y servirles de respaldo, de tal manera que operen lo más rápido posible dentro de su primera zona, pero que tengan retardo de tiempo para operar en su zona de respaldo (zona extralimitada). Ese retardo es necesario para permitir que los relés principales de esas zonas respaldadas tengan tiempo para operar primero. En este sentido, ocurre solapamiento de las zonas protegidas para evitar espacios sin protección en el sistema de potencia.

Adicionalmente, al diseñar sistemas de protecciones eléctricas, se deben establecer detalladamente los esquemas de protección de cada equipo primario del sistema de potencia, indicando el tipo de función de protección que deberá tener cada relé, de esta manera podemos identificar eficientemente si nuestro sistema de protecciones es realmente selectivo.

4. Rapidez

La rapidez de operación de los relés garantiza que la duración de la falla sea lo más corta posible, y consecuentemente, que el tiempo de exposición de los equipos al daño y a la inestabilidad del sistema sea mínimo.

El tiempo funciona como un criterio para distinguir entre un problema real y uno falso. Si los relés son muy rápidos podrían incrementar la probabilidad de operaciones indeseables o inexplicables. Usualmente, un relé es rápido si el tiempo de operación no excede 50 ms (tres ciclos a 60 Hz). Cabe destacar que el término “rapidez” no significa lo mismo que el término “instantáneo”, que se refiere a que no se ha introducido a propósito un retardo en la operación del relé.

5. Rendimiento y economía

El alto rendimiento y costo de un sistema de protección no siempre se puede justificar, como cuando se tienen relés tan rápidos que se requiere de un alto costo inicial. Es por esto que al diseñar sistemas de protecciones eléctricas se debe llegar a un equilibrio para obtener máxima protección al más bajo costo total, esto incluye costo inicial de los equipos y costo por mantenimiento.

6. Simplicidad

La simplicidad consiste en utilizar la mínima cantidad de equipos de protección, y de los circuitos asociados, para lograr los objetivos de protección. Es una de las características que define la calidad del diseño, y mejora la confiabilidad del sistema al requerir menos elementos que puedan mal-funcionar. Sin embargo, el diseño más simple no necesariamente quiere decir que es el más económico.

7. Redundancia

La redundancia en un sistema de protección consiste en promover un sistema eléctrico confiable, práctico, robusto y flexible. De este modo, el sistema de potencia debe operar exitosamente lo más cerca al 100% del tiempo si es posible.

En cuanto al medio de comunicación para el disparo, la seguridad se incrementa si se usa doble canal de comunicación conectados en una configuración lógica “AND”. Mientras que la confiabilidad se incrementa usando doble canal conectados en una configuración lógica “OR”, pero se pierde seguridad porque hay dos oportunidades de falla que causen error de operación.

Por otro lado, los sistemas de protección también necesitan redundancia en transformadores de instrumentación. El arreglo más común para la mayoría de los sistemas de media y alta tensión es el que se muestra en la siguiente Figura, en el que los Relés A y B son relés de múltiples funciones, configurados con principio de operación diferentes para que uno trabaje como respaldo del otro, como la función diferencial de línea y la de distancia. Se observa que se utiliza un TC para cada relé y que el TP, conectado directamente a la línea, tiene dos devanados secundarios, uno para cada relé, además, se observa que un relé alimenta a una bobina de disparo independiente del otro relé, pero que ambas bobinas activan por separado al mismo interruptor de potencia.

8. Posibilidad de mantenimiento

Las protecciones se deben suministrar con bloques de prueba que permitan aislar las señales de corriente y de tensión, y aislar los disparos, para realizar pruebas a las protecciones sin que sea necesario sacar de servicio a los equipos.

En principio, se debe contar con sistemas de protección redundantes que permitan sacar de servicio la protección sin dejar desprotegidos los equipos. Pero, si las intervenciones son por corto tiempo (horas) se acepta que la protección sea realizada por protecciones de respaldo, es decir, que no tengan las mismas funciones de protección que los relés principales, pero que complementen la falta de protección durante el mantenimiento.

9. Criterio de selección: falla n-1 en sistemas de protección

El criterio n-1 sirve para dimensionar el sistema de protecciones de respaldo y se basa en las consideraciones enlistadas a continuación.

• Suponer que una línea o un transformador está fuera de servicio.
• Suponer que un cortocircuito trifásico, bifásico o monofásico, aparece en el sistema de potencia.
• Suponer que se presenta una de las siguientes fallas asociadas al sistema secundario, o de respaldo, de protecciones: pérdida de señal desde un transformador de instrumentación (TC o TP), falla en el relé que debería disparar, falla en un circuito de los SACC (Servicios Auxiliares de Corriente Continua), apertura de un circuito de disparo del interruptor de potencia o falla en este equipo para operar.
• Verificar que la falla sea despejada en un tiempo satisfactorio, de acuerdo con los requerimientos de estabilidad y de soporte de los equipos, sea que ocurra en cualquier parte del sistema protegido: en una línea, en barras o en uno de los lados de un transformador de potencia.
• Adicionar protecciones principales o de respaldo hasta que todas las fallas sean aclaradas oportunamente.

Conclusión

Estos son los criterios más importantes para diseñar sistemas de protecciones eléctricas. Sin embargo, cada ingeniero de diseño debe aplicarlos en función de la complejidad de su proyecto y en función del presupuesto que el inversionista tenga dispuesto para la ejecución del proyecto.

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Referencias Bibliográficas

W, Elmore, Protective Relaying Theory and Applications, 2da edición, Nueva York, Estados Unidos, Marcel Dekker, 2004.

SIPROTEC 5 – Protection relays for digital substation – Siemens Global Website

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