Conceptos Clave en Sistemas de Protección Eléctrica (SPE)

1) Indicar la principal desventaja de la selectividad lógica y cronométrica.

• Selectividad lógica: La fiabilidad de la red de comunicación entre relés.
• Selectividad cronométrica: El alto tiempo de coordinación requerido en presencia de tres o más relés.

2) ¿Qué se entiende por punto ANSI? (Fórmula: $ANSI = K \cdot I_{nom} / Z_{PU}$)

• $K$ depende de la conexión del transformador.

23) Características funcionales de un SPE.

• Sensibilidad: Capacidad de operación y no operación ante fallas.
• Selectividad: Debe operar solo en el área que está protegiendo el relé.
• Rapidez: Despejar la falla lo más rápido posible.
• Respaldo: Eliminar o aislar la falla cuando la protección principal no lo hace.

Transformadores de Medida (T/C y T/P)

3) Condición básica que se debe cumplir para que un T/P o un T/C no sufra daño.

• T/C (Transformador de Corriente): Nunca dejar abierto el secundario.
• T/P (Transformador de Potencial): Nunca dejar en corto el secundario.

7) Para un T/C, indicar cómo se interpreta la abreviatura 5P20, indicando la norma asociada.

• Norma asociada: VDE (o IEC, dependiendo del contexto, pero se mantiene la referencia original).
• Interpretación: Error de precisión menor al 5% (5P), con una corriente primaria igual a 20 veces la corriente nominal ($20 \cdot I_{nom}$). (Nota: El texto original indicaba 10 veces $I_{nom}$, pero se corrige a 20 para ser coherente con la designación P20).

15) ¿Qué efecto perjudicial origina la saturación de un T/C?

• Se pierde la linealidad entre la corriente primaria ($I_p$) y la corriente secundaria ($I_s$), resultando en que la relación $I_s/I_p$ no es constante.
• Para fallas de alta magnitud, el relé no recibe la corriente real ($I_R$) que le permite operar.
• Esta situación es especialmente grave en la operación de la unidad 50 (sobrecorriente instantánea).
• Para contener o disminuir la saturación, se debe bajar el burden o aumentar la relación de transformación.

17) Indicar dos clases de precisión en T/C empleando norma ANSI.

• Clases de precisión: 0.3, 0.6, 1.2.

21) Indicar el tipo de conexión de un T/P para disponer de una medida secundaria de tensión de secuencia cero.

• Conexión delta secundario abierto, tal que $V_m = V_a + V_b + V_c$.

24) En el cálculo del burden en un T/P, ¿en cuál de ellos es más importante el consumo del cable de control? Justificar.

• En un T/C, dado que la corriente secundaria nominal es $I_s = 5 A$, el consumo de potencia en el cable es $P = 2 \cdot R_c \cdot 5^2$ (donde $R_c$ es la resistencia del cable), lo que resulta en una potencia considerablemente mayor que en un T/P.

28) Precisión norma ANSI para T/C aplicados a medición.

• Clases de precisión: 0.5F, 0.6M, 1.2P, 1.8P.

Funciones de Protección NEMA y Dispositivos

4) Principales características que justifican el uso de un contactor fusible en aplicaciones de media tensión.

• Capacidad de un gran número de maniobras.
• El contactor más el relé protegen frente a sobrecargas y desbalances.
• El fusible protege frente a cortocircuitos.
• El fusible permite despejar la falla y limitar las corrientes de cortocircuito elevadas.

5) Limitaciones de la función que presenta un 52 (interruptor de poder) al instalarlo a una altura mayor a 3000 metros.

• Se reduce la tensión máxima nominal, el Nivel Básico de Aislamiento (BIL) y la corriente nominal.

6) Principal característica de un fusible limitador de corriente de cortocircuito.

• Permite aislar el circuito en falla antes de que la corriente de cortocircuito alcance su valor máximo (pico).

Funcionalidad e Importancia de las Protecciones NEMA

8) Indicar funcionalidad e importancia de la función de protección NEMA 49.

• NEMA 49 (Relé Térmico de CA): Opera cuando la corriente máxima de una máquina excede su valor nominal, protegiendo contra sobrecalentamiento.

9) Indicar funcionalidad e importancia de la función de protección NEMA 66.

• NEMA 66 (Partidas/Hora): Protege el motor ante arranques falsos o excesivos que generan un calentamiento excesivo en el motor.

10) Indicar funcionalidad e importancia de la función de protección NEMA 55.

• NEMA 55 (Factor de Potencia): Opera para un factor de potencia (FP) dado en un circuito de corriente alterna (CA).

11) Indicar funcionalidad e importancia de la función de protección NEMA 36.

• NEMA 36 (Rodamiento RDT): Opera por temperatura excesiva en los descansos (rodamientos).

12) Indicar funcionalidad e importancia de la función de protección NEMA 81U y 91O.

• NEMA 81U: Relé de baja frecuencia.
• NEMA 91O: Relé de alta frecuencia.

13) Indicar funcionalidad e importancia de la función de protección NEMA 21.

• NEMA 21 (Relé de Impedancia): Relé de distancia cuya operación es una función de la impedancia del circuito entre el relé y el punto de falla.

14) Indicar funcionalidad e importancia de la función de protección NEMA 52.

• NEMA 52 (Interruptor o Contactor de CA): Interrumpe corrientes de cortocircuito o falla.

26) ¿Cómo se interpreta la unidad 50/87 NEMA?

• Unidad instantánea diferencial.

Diferenciales, Ajustes y Pruebas

16) Indicar la diferencia entre la funcionalidad 50N/51N y 50G/51G.

• La unidad N (Neutro) contempla emplear los tres T/C de fase para obtener la corriente de neutro.
• La unidad G (Tierra) utiliza un T/C tipo ventana (o toroidal) donde pasan las tres fases.
• La precisión de la protección N depende de la razón del T/C de fase, a diferencia de la conexión G, donde la razón normalmente es 50/5.

18) Indicar la limitación de la función de protección 50N/51N.

• Solo se pueden proteger instalaciones eléctricas donde la corriente de secuencia cero ($I_0$) es distinta de cero (es decir, sistemas puestos a tierra).

19) Considere un conjunto interruptor MT + relé multifunción + 3 T/C (Relación 300/5). Indicar cómo se interpreta un ajuste de relé de $0.47 \cdot CT$.

• La corriente de pickup (arranque) de la instalación será: $I_{pickup} = 300 A \cdot 0.47 = 141 A$.

20) Considere un conjunto contactor – fusible para maniobra y protección de un banco de condensadores.

• Este conjunto puede originar un daño del contactor y de la celda de MT al ocurrir una falla si no está correctamente coordinado.

22) Considere un transformador con conexión primaria en delta y conexión secundaria en estrella a tierra. Si en el primario se instala una protección mediante 52 + 3 T/C + relé VI, indicar ventajas de la protección primaria si en el relé se habilita la función 50N/51N.

• La función 50N/51N no protege el lado primario en conexión delta, ya que la corriente de secuencia cero no puede circular por el devanado primario.

25) Indicar en qué condiciones es necesario habilitar la unidad instantánea de sobrecorriente de forma direccional (en relés de anillos).

• Cuando al proteger un motor, el aporte a la falla del motor es mayor a la corriente de falla en el terminal de alimentación.

27) ¿Qué efectos tiene en el relé la habilitación de la unidad de retención de 3er armónico?

• El relé no detecta la corriente de inrush (corriente de magnetización) ya que la retención de 3er armónico anula su efecto, evitando disparos intempestivos.

29) Considere una detención programada de una planta industrial. Marcar tres pruebas típicas que es necesario efectuar a un relé.

• Inspección visual y limpieza.
• Inyección de corriente secundaria para verificar la corriente de operación (pickup) de cada una de las funciones habilitadas.
• Verificación de las salidas de disparo, alarma y dispositivos de señalización del relé.

30) Funciones de desarrollo de las protecciones.

• Función de nivel de una sola magnitud: Relé de sobrecorriente.
• Función de comparación de dos magnitudes: Relé de impedancia.
• Función de comparación de fase: Protección direccional.
• Función de comparación de magnitud: Protección diferencial.