TEMA 1
Introducción
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales

INSTALACIONES ELÉCTRICAS (53001244) y
PROTECCIONES ELÉCTRICAS (53000552)
 Índice


1 Vocabulario Electrotécnico Internacional

2 Características de las protecciones

3 Protecciones de reserva

4 Elementos de un sistema de protección

5 Zonas de protección

6 Consideraciones estructurales del sistema

7 Subestaciones



Instalaciones Eléctricas (53001244) y Protecciones Eléctricas (53000552) 2/19
 Introducción
Definición de protección




En el Vocabulario Electrotécnico Internacional (VEI) se define el término protección
como el conjunto de dispositivos destinados a detectar faltas u otras situaciones
anormales en una red de energía eléctrica para permitir la eliminación de faltas, poner
fin a las situaciones anormales y emitir órdenes o señales [448.11.01]. El término
protección puede utilizarse para describir la protección de una red de energía eléctrica
en su conjunto o bien la protección de elementos de dicha red, por ejemplo, la
protección de un transformador, de una línea o de un generador.




Instalaciones Eléctricas (53001244) y Protecciones Eléctricas (53000552) 3/19
 Características de las protecciones

Selectividad, capacidad para identificar la parte de un sistema y/o las fases
afectadas por una falta. Con ello se busca que la actuación de la protección deje
fuera de servicio el menor número de elementos.

Fiabilidad, probabilidad de que una protección realice la función requerida para
ella en unas condiciones dadas y en un intervalo de tiempo especificado. En el
caso de las protecciones el requerimiento de fiabilidad es doble: La protección
tiene que actuar cuando debe hacerlo (obediencia o confiabilidad,
dependability), y la protección no tiene que actuar cuando no debe hacerlo
(seguridad, security).

Rapidez, es la actuación en el menor tiempo posible desde la aparición de la
perturbación. Al imponer esta condición se busca limitar los efectos de la
perturbación que serán tanto mayores cuanto más tiempo esté esta presente.
En el momento actual los tiempos de respuesta de los dispositivos de protección
son del orden de un ciclo de la señal o, incluso, inferiores.


Instalaciones Eléctricas (53001244) y Protecciones Eléctricas (53000552) 4/19
 Características de las protecciones



En un segundo nivel de importancia:

Sensibilidad, o capacidad para detectar perturbaciones que producen
variaciones pequeñas en las magnitudes de la red.

Transparencia, que es el grado de información sobre el tipo y localización de la
perturbación.

Flexibilidad, o capacidad de adaptación a las modificaciones que se produzcan
en el sistema de energía eléctrica.

Adaptabilidad, esto es, la exigencia de determinadas características al resto de
los equipos de la subestación.

Facilidad de mantenimiento.




Instalaciones Eléctricas (53001244) y Protecciones Eléctricas (53000552) 5/19
 Protecciones de reserva



En general, hay que contar con que un dispositivo de protección o un interruptor
pueden fallar. Esto debe estar previsto en la planificación de un sistema de protección,
por lo que se establecen dispositivos redundantes que entren en acción al no
disponerse o no ejecutarse la orden de disparo del dispositivo responsable de forma
prioritaria de la protección del elemento, lo que se conoce como protección principal.




Instalaciones Eléctricas (53001244) y Protecciones Eléctricas (53000552) 6/19
 Protecciones de reserva
Disparo y reenganche mono y trifásico



Una vez que el sistema de protección ha actuado y el fallo ha desaparecido, se deberá
realizar el reenganche de la línea. Este puede ser trifásico, en el que se desconectan y
por tanto se vuelven a conectar las tres fases del sistema, o bien monofásico, en que
solo se actuará sobre las fases afectadas. La ventaja de tener un sistema de disparo y
reenganche monofásico es principalmente la posibilidad de seguir transmitiendo
potencia a través de las fases sanas, lo que repercute en una mayor continuidad de
servicio. Dentro del mencionado reenganche se podrá distinguir entre el de alta
velocidad, cuando el tiempo transcurrido desde el disparo a la vuelta de puesta en
servicio es de menos de un segundo, y el retardado, cuando el tiempo exceda de
dicho valor.




Instalaciones Eléctricas (53001244) y Protecciones Eléctricas (53000552) 7/19
 Elementos de un sistema de protección


El interruptor automático: será el
encargado de la interrupción de la corriente
de falta.

Los transformadores de medida: obtienen
los valores tanto de tensión como de
corriente que serán enviados al relé para que
tome decisiones en función.

El relé de protección: será el que reciba las señales de los transformadores y
tome las decisiones mediante una lógica programada y será el responsable de
enviar la señal de disparo, en caso de falta, al interruptor automático.

Batería: fuente de alimentación del relé que permite que el equipo pueda actuar
aunque se produzca una falta en sus proximidades y se quede sin suministro.




Instalaciones Eléctricas (53001244) y Protecciones Eléctricas (53000552) 8/19
 Zonas de protección

Región de un sistema de potencia de cuya protección es responsable un relé o un
sistema de protección. Estará delimitada por los transformadores de intensidad y los
interruptores automáticos. Requisitos:

Todos lo elementos deberán estar al menos dentro de una zona

Las zonas deben solaparse

Existen dos tipos:

Cerradas o de alcance definidos, actúan en una zona definida físicamente

Abiertas o de alcance indefinido, la zona de actuación dependerá de los ajustes




Instalaciones Eléctricas (53001244) y Protecciones Eléctricas (53000552) 9/19
 Consideraciones estructurales
Estructura multicapa

A nivel funcional, el sistema de la energía eléctrica se puede dividir en tres niveles.
Dentro de la capa de equipo de potencia, se encuentran los elementos generadores y
distribuidores de la energía eléctrica. En el nivel de control se encuentran los sistemas
que mantienen la tensión y frecuencia de red dentro de unos rangos determinados así
como de mantener en equilibrio la demanda y generación de energía en todo
momento. Por último, el sistema de protección será el encargado de modificar la
configuración del sistema para que este proporcione suministro continuo, actuando
sobre la apertura y cierre de los interruptores.




Instalaciones Eléctricas (53001244) y Protecciones Eléctricas (53000552) 10/19
 Consideraciones estructurales
Redes malladas y radiales



Red mallada
Típica de las redes de transporte.
La alimentación se realiza en
varios puntos




Red radial
Típica de las redes de distribución.
La alimentación del sistema se
realiza en un único punto




Instalaciones Eléctricas (53001244) y Protecciones Eléctricas (53000552) 11/19
 Consideraciones estructurales
Tratamiento del neutro



Otro aspecto muy importante es el relacionado con la forma de conectar el neutro de
los devanados en estrella de transformadores y generadores. Una conexión directa o
sólidamente a tierra puede dar lugar a corrientes de cortocircuito a tierra elevadas. Por
su parte la conexión a tierra del neutro a través de impedancias permite limitar las
corrientes de cortocircuito a tierra aunque se produce un aumento de las tensiones
respecto de tierra en las fases sanas. El caso más extremo se tiene cuando el neutro
se deja aislado o se conecta a tierra a través de una bobina de extinción o bobina
Petersen. Las corrientes pueden hacerse muy pequeñas y las tensiones en las fases
sanas alcanzar los niveles de las tensiones entre fases del sistema. Niveles pequeños
en las corrientes de cortocircuito pueden acarrear problemas en los ajustes de las
protecciones o en la detección de las faltas por parte de éstas.




Instalaciones Eléctricas (53001244) y Protecciones Eléctricas (53000552) 12/19
 Subestaciones
Componentes principales

Las subestaciones, tal y como se definen en el VEI, son una parte del sistema de
energía eléctrica, emplazado en un lugar concreto, donde se realizan las maniobras
sobre las terminaciones de las líneas de transporte o distribución. Incluye, además, los
transformadores y dispositivos para el control y la protección del sistema.
Con el objetivo de normalizar la representación de los elementos del sistema de
energía eléctrica, existen varias normativas en las que cada equipo cuenta con una
numeración o código que permite su rápida identificación. Una de estas normas es el
Std. 37.2 desarrollado por el IEEE. A continuación se muestra una lista con el código
numérico de algunos dispositivos:

21 Relé de distancia
50 Relé instantáneo de sobreinten...