Protección direccional

Protección Direccional Relé Direccional

Protección Direccional. Las protecciones direccionales se pueden catalogar como un tipo particular de las protecciones de Sobrecorriente, porque al igual que estas, reaccionan a un valor prefijado de corriente, pero actúan cuando la potencia de falla circula en un sentido determinado (el sentido positivo de operación, en la protección de líneas, es de la barra a la línea donde esta conectada la protección).

Las protecciones direccionales constan de órganos de medida (de corriente ó de potencia), relés de tiempo y relés auxiliares, todos los cuales deben actuar para que el Interruptor opere. De los componentes, el que tipifica la protección es el órgano de medida direccional de potencia que generalmente es un relé, y se conecta de manera que responda únicamente en caso que la potencia, circule en el sentido prefijado anteriormente.

Uso de la protección direccional

Esquema de un sistema de protección direccional

Lo dicho anteriormente permite plantear que esta protección se emplea en líneas independientes con más de una fuente de alimentación, en circuitos de lazo alimentados por una sola fuente, con voltajes menores de 35kV; a veces se recomienda su uso en líneas de voltajes superiores (incluso cuando se emplean protecciones de distancia).

Se tiene en cuenta que las protecciones direccionales actúan ante fallos monofásicos en tanto las de distancia solo accionan ante fallos polifásicos. También se usa a la salida de generadores para su protección contra motorización (potencia invertida).

Tipos de relés direccionales

Un diagrama de flujo para este tipo de protección es el mostrado en la fig.4.2. Un nuevo elemento está incluido en el esquema (el relé direccional), los demás elementos coinciden con los de una protección de sobrecorriente.

Donde, 1: es un relé direccional; 2: relés de sobrecorriente; 3: relé de salida; 4: relés de tiempo; TP: transformadores de potencial; TC: transformadores de corriente; I: interruptor.

El relé direccional de potencia es alimentado a través de transformadores de corriente y potencial y se conecta de manera que responda solo a un sentido de la potencia de cortocircuito.

Los relés direccionales deben ser alimentados por dos cantidades eléctricas distintas, propias del sistema que se pretende proteger, una de las cuales se toma como referencia. De acuerdo a las magnitudes necesarias para su alimentación los relés pueden ser:

a) Corriente - corriente.
b) Voltaje - voltaje.
c) Voltaje - corriente.

El último es el más utilizado y se le conoce como relé direccional de potencia.
De acuerdo a sus principios constructivos, puede ser clasificado como:

A. Electromecánicos. Se subdividen en:

• Electromagnéticos.
• Inductivos.
• Ferroelectrodinámicos.
• Inductivo - dinámicos.

B. Estáticos

Tanto los relés estáticos como los electromecánicos (que tienen principio de operación electromagnético) comparan valores absolutos de las cantidades actuantes, los demás comparan las fases de las magnitudes eléctricas.

Características de las protecciones direccionales

El funcionamiento de todos los relés que comparan las amplitudes son de corriente-voltaje, dependen del sentido en que fluye la potencia aplicada a sus terminales (Sr.), según la expresión: Sr =Vr x Ir x sen(φsm -φr)
donde:
Vr e Ir son la tensión y la corriente respectivamente en la entrada del relé, φr es el desfasaje entre Vr e Ir, φsm es un ángulo que depende del relé y posee un valor constante.
De acuerdo al valor de vsm los relés direccionales pueden ser:

• tipo seno (φsm = 0° )
• tipo coseno (φsm = 90° )
• tipo combinado (0 < φsm < 90° )

La condición de operación de los relés direccionales más comunes se describe:
-(90° - φsm) ≤ (90°+φsm) 
donde:
φsm es el ángulo de máxima sensibilidad.
La expresión (4.2) es la base para la representación de la característica angular del relé direccional en el plano complejo: Zr = Vr*Ir

En dicho plano el ángulo φr es positivo para impedancias inductivas (corriente adelantada con respecto a la tensión).

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Fuente

• Molina Conde, Gustavo, Protección de Sistemas Eléctricos, Tesis de Maestría, (2002). Universidad de Camagüey.