Luis Fabián Martínez Cabrera - Sistema de protección en estaciones de transmisión

Estos conceptos que están muy relacionados entre sí, se manejan comúnmente entre quienes tienen a su cargo el diseño, montaje, mantenimiento y operación de un sistema de protección.

Sensibilidad

La sensibilidad de una protección es la propiedad de detectar desviaciones en el entorno del punto de equilibrio (llamado también punto de ajuste o de cambio de zona).

Comúnmente se dice que una protección es sensible cuando tiene un ajuste bajo y que es insensible cuando tiene un ajuste alto, pero estas son acepciones del término sensibilidad que no están correctamente aplicadas en el caso de las protecciones, consideradas como instrumentos eléctricos.

El concepto de sensibilidad es, para nosotros, asociado al concepto de ajuste, el siguiente: una protección, para un ajuste dado (alto, medio o bajo), tiene mayor sensibilidad cuanto menor sea la desviación de los parámetros medidos en el entorno del valor ajustado que requiere para discriminar si debe operar o no.

Del mismo modo diremos que tiene menor sensibilidad cuanto mayor sea la desviación que requiere para poder discriminar si debe operar o no.

La sensibilidad está asociada también a la anchura de la zona de indefinición en torno al punto de equilibrio. Mayor sensibilidad implica una zona de indefinición más estrecha y viceversa.

Selectividad

Se denomina selectividad de un sistema de protección a la propiedad de desconectar sólo el elemento fallado del sistema. La selectividad incluye por lo tanto la capacidad de operar efectivamente para defectos en el elemento protegido y no operar para defectos fuera del elemento protegido.

La selectividad se logra coordinando las distintas curvas o zonas de disparo de modo que el defecto sea despejado por el elemento de protección más cercano a él. Todos los elementos de protección ya sean relés de protecciones, fusibles, llaves termomagnéticas, relés térmicos, u otro tipo de relé o protección responden a curvas o zonas de disparo.

Como ejemplo citaremos la curva de disparo de las llaves termomagnéticas.

Velocidad

En la operación selectiva importa la velocidad de operación. Cuando el cortocircuito es dentro de la zona protegida, es necesario que las acciones sean tomadas con una gran velocidad, a efectos de proteger adecuadamente al elemento de los daños que pudiera sufrir.

Estabilidad

La estabilidad de la protección es la propiedad de mantenerse en reposo para defectos fuera de la zona protegida, por más violentos o graves que puedan resultar. Asimismo debe mantenerse sin operar en ausencia de fallas.

Puede hablarse también de estabilidad vinculada a la operación para fallos dentro de la zona protegida que se denomina estabilidad de la sensibilidad de la protección.

También puede hablarse de la estabilidad de la velocidad de operación, que es particularmente importante en las protecciones sin retardo de tiempo.

Confiabilidad o fiabilidad (Reliability)

La confiabilidad es la propiedad de la protección de cumplir con su función en cualquier condición de funcionamiento. Se dice generalmente que una protección es confiable cuando brinda la seguridad de no operar para ausencia de falla o falla fuera de su zona selectiva y de sí operar para fallas dentro de su zona selectiva. La confiabilidad va asociada también al concepto de tiempo o tiempo de servicio de la protección. Así, se considera que una protección es confiable cuando es capaz de mantener sus propiedades y de cumplir sus funciones en el correr del tiempo.

Podemos decir entonces que la confiabilidad o fiabilidad es la probabilidad de que una función, relé o sistema de protección cumpla sin fallar la función para la cual fue diseñado.

• Dependabilidad (Dependability): es la faceta de la confiabilidad que indica el grado en que la función, equipo o sistema opera correctamente cuando debería operar.

• Seguridad (Security): es la faceta de la confiabilidad que indica el grado en que la función, equipo o sistema no dispara cuando no debería operar.

TIPOS DE PROTECCIÓN

Existen muchos tipos de protecciones que pueden hacer a una instalación eléctrica completamente segura ante cualquier contingencia, pero hay cuatro que deben usarse en todo tipo de instalación a cualquier nivel de tensión. Estas cuatro protecciones eléctricas son:

a) Protección contra cortocircuito.

b) Protección contra sobrecarga.

c) Protección de la calidad del suministro.

d) Protección contra electrocución.

a) Protección contra cortocircuito

Se denomina cortocircuito a la unión de dos conductores o partes de un circuito eléctrico, con una diferencia de potencial o tensión entre sí, sin ninguna (o demasiado pequeña) impedancia entre ellos.

Según la Ley de Ohm, al ser el valor de impedancia cercano a cero, hace que la intensidad tienda a infinito ([no image in epub file]), con lo cual peligra la integridad de los conductores y máquinas debido al calor generado por dicha intensidad, debido al efecto Joule. En la práctica la intensidad producida por un cortocircuito, siempre queda amortiguada por la resistencia de los propios conductores que, aunque muy pequeña, nunca es cero.

Los cortocircuitos aumentan considerablemente la magnitud de la corriente que circula por los circuitos eléctricos. Este fenómeno representa la condición más severa a la que se puede someter una instalación ya que en su manifestación más acentuada produce efectos térmicos y efectos dinámicos.

Estadísticamente se observa que la mayoría de las fallas de este tipo tienen su origen en una falla fase-tierra.

Los dispositivos más empleados para la protección contra cortocircuito son:

En alta tensión

• Algunas funciones de relés de protecciones, como ser: sobrecorriente, distancia, diferencial de línea, barra o transformador.

• Dispositivos de protección electromecánicos específicos, como ser relé Buccholz, relé Jansen, sobrepresión.

• Fusibles.

En baja tensión

• Interruptores automáticos magnetotérmicos (termomagnéticas)

• Fusible

b) Protección contra sobrecarga

Entendemos por sobrecarga al exceso de intensidad en un circuito eléctrico, donde se supera la potencia nominal de un equipo.

La sobrecarga es una condición anormal (no una falla), generan calor, y de prolongarse excesivamente pueden dar lugar a la destrucción total de los aislamientos, de un cable, transformador, motor. Una sobrecarga no protegida degenera siempre en un cortocircuito.

La capacidad de sobrecarga de una instalación depende del medio refrigerante, la cantidad de corriente que se puede soportar es tanto mayor cuanto menor es la temperatura del medio y el tiempo transcurrido.

Para proteger las instalaciones de las sobrecargas, podemos emplear:

Ø Protecciones sensibles a las variaciones de corriente(dentro de los límites entre los cuales tales variaciones se encuentran dentro del concepto de sobrecarga)

Ø Protecciones sensibles a las variaciones de temperatura

Los dispositivos más empleados para la protección contra sobrecarga son:

• Funciones de sobrecarga.

• Interruptores guardamotores.

• Relés térmicos.