Clase de precisión de salida de protección 5p20

Conexión DE Polarización

La conexión de polarización queda definida por el ángulo de la impedancia de la línea, tal que se elige la conexión con el ángulo de desfase del voltaje respecto de la corriente mas próxima al ángulo de la línea, que en este caso corresponde a la conexión ""XXº"" (60º o 90º), ya que en tal condición, cuando se produzca una falla en la línea, la corriente de falla quedara prácticamente en paralelo con el voltaje de polarización, permitiendo así discriminar la dirección de donde ocurrió la falla y permitir la operación del relé direccional que controla o superbisa el relé 51/50

Explique  que se entiende por “control direccional” y “supervisión direccional”

Los relés direccionales de sobrecorriente constan fundamentalmente de un elemento de sobrecorriente convencional, y de un elemento direccional.

El control direccional

Es cuando se combinan ambos elementos de modo que mientras no opere el elemento direccional no puede operar el elemento de sobrecorriente, a esto se le denomina “control direccional” Supervisión direccional:
Es cuando se conectan los contactos de los elementos  de sobrecorriente y direccional en serie en el circuito de desenganche del interruptor, ya a esto se le denomina “supervisión direccional”, de manera que mientras no se cierren ambos contactos no se completa dicho circuito y por consiguiente no se produce “trip”.

Explique la razón del porque los TCs que alimentan un relé diferencial de transformador deben ser conectados en forma inversa a la conexión del transformador de poder. ¿Esto debe ser siempre así?
La conexión inversa de los TCs respecto a la conexión del trafo de poder es producto de tener que compensar el desfase de las corrientes de cada lado del trafo de poder para corrientes que están en fase, tanto en condición normal de operación como en condición de falla interna o externa. Esta condición debe ser siempre así para el caso de relés electromecánicos que protegen transformadores en conexión D-Y o Z/Y. Si el relé es de tecnología numérica, digital microprocesador, no es necesario, ya que el relé puede compensar internamente al desfasaje entre las corrientes medidas mediante software producto de la información entregada al relé en la etapa de ajuste, indicándole la conexión del trafo de poder y de los TCs de ambos lados.

Explique ampliamente porque razón un relé diferencial se dice que es una protección de alcance definido

Porque solo opera para fallas que ocurren en la zona de operación delimitada por los TCs instalados a ambos lados del elemento o parte del SEP protegido, siendo inmune a la ocurrencia de fallas fuera de la zona protegida (llamadas fallas de corriente pasante) puesto que en tal circunstancia (idealmente) la corriente diferencial resulta cero.

Explique si un relé direccional (67) puede o no por si mismo detectar una condición de falla y dar la orden de operación a un interruptor.
El relé 67 funciona como un compremento direccional del relé 51, el cual solo detecta magnitudes sin importar dirección, por lo que el relé 67 no detecta una falla  por si mismo sino que orienta el funcionamiento del relé 51 frente a algunas condiciones en la dirección de la corriente.

Explique cuál es la utilidad de disponer en un relé diferencial, de una segunda carácterística de pendiente (slope 2) o sensibilidad. Complemente gráficamente.

La pendiente slope 2(segunda pendiente) en un relé diferencial de %, permite insensibilizar el relé diferencial para fallas externas a la zona de protección (falla pasante de un trafo) ya que producto de la saturación de un TC que por naturaleza del núcleo se los TCs, su saturación es normalmente diferente, se produce una corriente diferencial que puede hacer operar al relé 87 no habiendo falla en la zona protegida, zona entre los TCs de ambos lados del elemento protegido.

Porque se establece que la protección diferencial es inherentemente selectiva

La protección diferencial es totalmente independiente de cualquier otra, esto es, no necesita estar coordinada con ninguna, razón por la cual es “inherentemente selectiva” y por consiguiente se puede hacer extremadamente rápida. Un relé diferencial es inherentemente selectivo, dado que el principio de operación es por diferencia de corriente medida a la entrada y a la salida del elemento protegido, corrientes que idealmente son idénticas en condición normal pero cuando ocurre una falla en la zona interior, zona entre los TCs de cada lado una de las corrientes medidas cambia de dirección con lo cual Id es igual a I1-(-I2) distinto de 0, para el caso de I2 menor que I1, de esta forma su operación es independiente

Explique fundamentalmente, de qué forma es posible bloquear la operación de un relé diferencial de porcentaje numérico de un transformador durante la etapa de energización del transformador.
Cuando un transformador de energiza, la corriente I inrush actúa sobre la protección diferencial (I inrush hasta 25 Inom)
Entonces, con un relé diferencial de porcentaje numérico se realiza retención o bloqueo producto de detección de la componente de la 2° armónica presente en la I inrush
Es posible bloquear la operación producto de la I de Inrush(I de partida) durante la energización utilizando bloques por contenido(presencia) de componente armónica de segundo orden que se encuentra presente en la I de Inrush y que no esta presente en la I de cc. De esta forma el relé determina que se esta en la etapa de energización del trafo y se bloquea la operación. ******Bajo condiciones de energización de un trafo se produce una “I inrush”, de gran magnitud y no sinusoidal la cual es del orden de 12 a 25 veces la In. Si se energiza el trafo en vacío la “I inrush” se constituye en la I diferencial. Lo que haría operar al relé. Para evitar la operación de puede realizar lo sgt:
-relés electromagnéticos: considerando retardo para la respuesta del relé
-relés numéricos: por retención o bloqueo producto de detección de la componente de 2° armónico presente en la “I inrush”.

 Exprese cuales son las carácterísticas de la corriente inrush de un transformador y que aspectos determinan su magnitud.

La corriente Inrush o de partida de un trafo es una corriente transitoria de valor elevado de entre 4 a 40 veces la I nominal del devanado excitado del trafo y que contiene armónicos pares, siendo relevante el segundo armónico que alcanza del orden del 60% en relación con la componente fundamental.La magnitud de la I inrush depende de:
-La potencia del transformador (tamaño).
-Las carácterísticas del material del núcleo.
-La magnitud del núcleo remanente (Vr en el núcleo al momento de la energización).
-El instante en que la onda de voltaje produce la energización.

Exprese y explique cuáles son las consideraciones que se debe tener en cuenta para la correcta selección de TCs correspondientes a un relé diferencial de porcentaje para protección de un transformador de poder.

-La I nominal del trafo en cada lada lado para especificar la razón de transformación de los TCs.
-La máxima I de cocí en cada lado, con el objeto de especificar la I térmica del relé, y con ella, la I dinámica, y luego el número de veces de la Iccmax respecto de Ip de c/TC con el objeto de especificar el índice de saturación ‘n’ según VDE o el factor de sobrecorriente o factor límite de precisión nominal según IEC que corresponde a 5,10,15,20 o 30, esto para evitar saturación producto de fallas externas y en el caso de la norma Ansí/IEEE se debe especificar la tensión en bornes secundarios máximos para clase de precisión.

Explique el principio de operación de la protección diferencial. Confeccione un diagrama explicativo de ayuda

La protección diferencial se basa en la comparación de corrientes que entran y salen de un equipo o parte de un sistema de energía eléctrica., valíéndose de transformadores de corriente  ubicados a la entrada y salida del equipo o parte del sistema.
Su aplicación está limitada exclusivamente por la distancia entre ambos juegos de transformadores  de corriente, debido al “burden” que significan los cables de control que conducen la corriente de los TC al relé.

En el esquema de la figura se puede apreciar que la corriente que detecta el relé diferencial R, en las condiciones indicadas, es igual a cero. Al ocurrir una falla, sea monofásica, bifásica o trifásica, en la zona protegida (entre los TT/CC), se produce un desequilibrio que hace fluir una corriente diferencial Id distinta de cero, por el relé R, de modo que éste da la orden de abrir el interruptor correspondiente

Explique cual es el principio básico de implementación de la protección direccional

El principio básico de implementación de la protección direccional es operar cuando el flujo de potencia lleva la dirección de falla y para esto se utiliza el principio del wattmetro ya que la potencia posee unidireccionalidad. Para esto se coloca una bobina adicional en el relé de sobrecorriente, la cual se polariza a través del voltaje. Teniendo así una bobina polarizada por corriente y otra por voltaje, las cuales determinan la dirección del flujo de potencia.

 Explique en qué circunstancias se podría producir la operación de un relé diferencial de porcentaje que protege un transformador, producto de una falla externa y cómo es posible evitar que ello ocurra.

La operación de un relé diferencial para una condición de falla se puede producir a causa de la saturación del núcleo de los TCs producto de la elevada corriente primaria y de su contenido de componente de corriente continua que también satura el núcleo de los TCs, originándose así una corriente diferencial mayor que la de condición de % de sensibilidad propio del relé. Esta condición de operación errada se evita mediante la incorporación del relé de una segunda pendiente de mayor valor tal que permita disminuir la sensibilidad propia del relé para condición de fallas internas.

Exprese y explique qué elementos deben considerarse en la determinación del porcentaje de pendiente o sensibilidad de un relé diferencial de porcentaje.
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Rango mx de cambio de tap del trafo de poder (manual o auto, generalmente no excede el 10%)

% de error por tap elegido en el relé no mayor al 5%

Error debido a saturación de los TC para fallas externas
La suma de estos tres errores permite elegir la sensibilidad del relé.

Dibuje el diagrama elemental de CA de la conexión de un relé diferencial de % para la protección de un generador en conexión delta.