curso de coordinación

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•Conceptos generales de la protección contra sobrecorriente.

•Cálculo de corto circuito.

•Corriente de arranque y 

energización.•Sobrecarga de corta y larga 

duración.

CONTENIDO 

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duración.

•Generalidades sobre dispositivos de protección.

•Transformadores de instrumento.

•Tipos de relevadores 

•Fusibles.

•Restauradores y seccionalizadores

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•Relevadores de nueva tecnología.

•Principios de coordinación de protecciones.

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CALCULO DE CORTO CIRCUITO 

Utilización del programa de corto 

circuito. Alimentación de datos.

 Aplicaciones e interpretación de resultados.

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COORDINACION DE PROTECCIONES 

Utilización del programa de 

coordinación de protecciones.Entrada de datos.

 Aplicaciones e interpretación de resultados.

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  CONSECUENCIAS DEL CORTO CIRCUITO Al circular la corriente de corto circuito a través de los componentes de unainstalación eléctrica, se presentan los siguientes efectos:

obrecalentamiento.- Todos los componentes del sistema eléctrico soportan corrientes de corto circuito, pero por tiempos muy cortos. Si no se libera rápidamente la corriente de falla, se provoca daño irreversible en los aislamientos, en los 

conductores y en los núcleos. En casos extremos se puede producir un incendio.

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Esfuerzos mecánicos.

Para valores de corriente de corto circuito muy altos, se producen daños mecánicos en las bobinas por deformaciones y cambios en la geometría de los aparatos.

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 ANALOGIA DE LA CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO 

C o r r i e n t e

d e C a r g a

C o r r i e n t e d e

C o r t o C i r c u i t o

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•FILOSOFÍA DE LA PROTECCIÓN CONTRA SOBRECORRIENTE  

La función primordial de la protección contra sobrecorriente es la de 

desconectar rápidamente cualquier elemento de un sistema eléctrico que sufra un corto circuito o que empiece a 

operar en una forma anormal que pudiera causar daño o interferir con la operación efectiva del resto del sistema. 

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•Clasificación de las operaciones de los

dispositivos de protección.

orrecta y deseada.

orrecta pero indeseada.

isparo incorrecto.

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• Protección Primaria

La protección primaria opera para 

disparar el dispositivo de protección más cercano al componente fallado, haciendo posible que se desconecte únicamente el 

elemento con falla.

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Las zonas de protección primaria se traslapan alrededor de los dispositivos de protección.

En caso de ocurrir una falla en las zonas de traslape, se desconectaran dos elementos: el 

fallado y uno adyacente sin falla. Si no hubiera traslape, pudiera quedar una parte del sistema sin protección. El traslape es el menor de los males.

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• Protección de Respaldo 

 La protección de respaldo se aplica únicamente para protección contra corto circuito.

Puesto que los corto circuitos son la falla más común en los sistemas eléctricos, hay más posibilidades de que no opere correctamente la protección primaria.

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Es deseable que la protección derespaldo se arregle de manera que la

causa que haya provocado la operaciónincorrecta de la primaria no afecte a lade respaldo. En tanto sea posible, es

deseable localizar a la protección derespaldo en una instalación diferente.

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Una segunda función de la protección de respaldo es lade proporcionar protección primaria cuando el equipoprimario esta fuera de servicio para reparación o

mantenimiento.Es evidente que cuando funciona el respaldo sedesconecta una parte más grande del sistema que con laprimaria.

El respaldo debe operar con un retraso de tiempoadecuado para permitir que la protección primaria operecuando pueda hacerlo.

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1

1

34

4

3

3

3

2

5 5

5

2

2

34

4

1.- GENERADORES

2.- TRANSFORMADORES

3.- BARRAS

4.- LINEAS5.- MOTORES

SISTEMA TIPICO Y SUS ZONAS DE PROTECCION

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SISTEMA DE DISTRIBUCION RADIAL

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•CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES DE LA PROTECCIÓN 

ens ib i l i dad . - Todos los equipos de protección deben ser lo suficientemente sensibles para que operen correctamente cuando se requiera.

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Con f i ab i l i dad .- Es un requerimiento básico que el equipo de protección sea confiable; y su aplicación,

instalación y mantenimiento debe ser tal que asegure su buen funcionamiento.

La confiabilidad es debida a un diseño basado en la experiencia.

La robustez contribuye a la confiabilidad pero no lo es todo.

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La mano de obra y los materiales utilizados también son de consideración, así como una buena selección tanto de los relevadores como de los transformadores 

de voltaje y corriente que los energizan.

Las pruebas periódicas en los relevadores sirven para 

detectar cambios o deterioro en los relevadores o en su equipo asociado, y el personal que las realice debe ser experimentado.

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S imp l i c i d ad .- Es conveniente tener el mínimo de equipos y de conexiones entre ellos.

E c on om í a . - Lo que significa tener la máxima protección al mínimo costo.

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•COMPONENTES SIMÉTRICAS 

 El método de las componentes simétricas desarrolladoen 1918 por Chester L. Fortescue.

Es una poderosa herramienta para analizar un circuitotrifásico desbalanceado como tres circuitos trifásicosbalanceados.

 A cada uno de estos sistemas se les llama redes desecuencia y se identifican como: secuencia cero,secuencia positiva y secuencia negativa.

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n conjunto de t r e s vo l t a j e s def a se V

a, V

by V

cse pueden

resolver en tres conjuntos decomponentes de secuencia:

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Com ponen te s de se cuenc i a ce ro . Consistente detres fasores de igual magnitud y con desplazamientocero entre ellos.

Com ponen te s de se cuenc i a pos i t i v a . Consitentede tres fasores de igual magnitud, desplazamiento defases +- 120º entre ellos y secuencia positiva.

Com ponen te s de se cuenc i a nega t iv a .  Consistente de tres fasores de igual magnitud,desplazamiento entre fases de +- 120º entre ellos ysecuencia negativa.

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Las componentes de fase de los voltajes en funciónde las componentes de secuencia se definen por latransformación: 

 Va

= 

1 1 1    V0

 Vb 1 a2 a V1

 Vc 1 a a2  V2

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 a = 1 cis(120º) = -1/2 + j Raíz (3) / 2

a2= 1 cis (240º).

Un fasor multiplicado por “a” lo gira 120º en

sentido contrario a las manecillas del reloj; unfasor multiplicado por a2 lo gira 240º.

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Las relaciones se pueden escribir como tres ecuaciones separadas,

 Va = V0 + V1 + V2

 Vb = V0 + a2 V1 + a V2

 Vc = V0 + a V1 + a2 V2

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 Vp =

 Va

 Vb

 Vc

 Vs =

 V0

 V1

 V2

 A = 

1 1 1

1 a2 a

1 a a2

Utilizando notación matricial:

Utilizando estas definiciones se tiene:

 VP = A VS

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La inversa de la matriz A es

 A-1

= 1/3

1 1 1

1 a a2

1 a2 a

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 Premultiplicando por la matriz A-1 , se tiene la transformaciónde fasores de fase a fasores de secuencia

 Vs = A-1 Vp

 V0  

= 1/3 

1 1 1    Va

 V1 1 a a2  Vb

 V1 1 a2 a Vc

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Escribiéndolas como ecuacionesseparadas:

 V0 = 1/3(Va + Vb + Vc)

 V1 = 1/3(Va + a Vb + a2 Vc)

 V2 = 1/3(Va + a2 Vb + a Vc) 

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La transformación de componentes simétricas también se puede aplicar alas corrientes

IP = A IS

Siendo IP el vector de corrientes de fase

Ip =

Ia

Ib

Ic

 IS es el vector de corrientes de secuencia

Is =

I0

I1

I2

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También

Is = A-1 Ip

La relación entre voltajes y corrientes de fase Vp = Zp Ip

Zp es la matriz de impedancias de fase, de3x3;

para una red pasiva, esta matriz es simétrica. 

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Zs =

Z0 0 0

0 Z1 0

0 0 Z2

Impedancias de secuencia para circuitosbalanceados

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 A los voltajes, corrientes e impedancias

originales, de fase (abc), se lestransforma en voltajes, corrientes eimpedancias de cada una de las tres

secuencias (0,1,2). 

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Se realiza el análisis de los circuitosdesbalanceados con las componentessimétricas, lo cual es más sencillo.

Posteriormente se transforman los

resultados a valores de fase (abc).

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Para los cálculos de corto circuitose emplean las impedancias de

secuencia cero, positiva y negativa(Zo, Z1, Z2) de los elementos queforman parte de la instalación.

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Por lo general, la impedancia desecuencia positiva Z1 es igual a laimpedancia de fase Z1=Za=Zb=Zc.

Para transformadores y líneas, la

impedancia de secuencia negativa Z2es igual a la impedancia de secuenciapositiva Z2=Z1.

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La impedancia de secuencia cero Zo, sedebe calcular para cada uno de los

componentes del sistema, empleando latransformación correspondiente.

Existen programas de computadora paracalcular las impedancias de secuenciapara líneas aéreas y cables de energía.

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Las redes de secuencia positiva ynegativa son iguales que las redes

de fase, pero la red de secuenciacero depende de la conexión de lostransformadores.

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La conexión delta de un transformadordeja abierta la red de secuencia cero.

La conexión estrella con el neutrosólidamente aterrizado conecta a tierra esepunto de la red de secuencia cero.

La conexión estrella con impedancia en elneutro, conecta ese punto a tierra a travésde una impedancia de tres veces la Zn.

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•SISTEMA POR UNIDAD.

 Las cantidades eléctricas, como voltaje,corriente, impedancia y potencia, seexpresan con frecuencia en por unidad o enporciento de un valor base especificado.

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Por ejemplo, con un voltaje base de 20 KV.Un voltaje dado de 18 KV es 18/20 = 0.9

por unidad o 90 porciento.

Los cálculos se pueden hacer en cantidadespor unidad en lugar de valores reales.

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Una ventaja del sistema por unidad es que elcircuito equivalente de los transformadores sesimplifica.

Los voltajes, corrientes e impedancias nocambian cuando se refieren a un lado deltransformador o al otro.

Esto evita que se puedan cometer errorescuando se refieren las cantidades de un ladodel transformador al otro.

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Otra ventaja es que las impedancias de losequipos varían poco cuando se expresan

en por unidad en base de la capacidadpropia.

Esto sirve para evitar errores.

Por otra parte, los datos de placa expresanlas impedancias en porciento o en porunidad.

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as cantidades en por unidad se calculan como sigue:

antidad en por unidad =

antidad real / Valor base de la cantidad

l valor base tiene siempre las mismas unidades quela cantidad real.

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Los valores base seleccionados son dos

cantidades independientes.

Generalmente son el voltaje nominal delsistema Vbase y la potencia aparente Sbase.

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Por convención se adoptan las siguientes reglas para lascantidades base:

a. El valor de Sbase es el mismo para todo elsistema bajo estudio. Para sistemas industriales

se acostumbra seleccionar 10 MVA y para elsistema de potencia se utiliza una base de 100MVA.

b.  El voltaje base se selecciona para cada partedel sistema conforme al nominal, según larelación de transformación real de lostransformadores de potencia.

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Por convención se adoptan las siguientes reglas para lascantidades base:

a. El valor de Sbase es el mismo para todo elsistema bajo estudio. Para sistemas industriales

se acostumbra seleccionar 10 MVA y para elsistema de potencia se utiliza una base de 100MVA.

8/3/2019 Curso de Coordinación

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Por convención se adoptan las siguientes reglas para lascantidades base:

a. El valor de Sbase es el mismo para todo elsistema bajo estudio. Para sistemas industriales

se acostumbra seleccionar 10 MVA y para elsistema de potencia se utiliza una base de 100MVA.

• El voltaje base se selecciona para cada parte delsistema conforme al nominal, según la relaciónde transformación real de los transformadores depotencia.

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Para que las leyes eléctricas sigan siendo válidas enel sistema por unidad, se usan las siguientesrelaciones:

S base 1F = S base 3F / 3

 V base LN = V base LL / Raíz(3)

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I base = S base 1F / V base LN =

S base 3F / (Raíz (3) * V base LL)

Z base = V base LN / I base =

 V2 base LN / S base 1F = V2 base LL / S base 3F

 Y base = 1 / Z base

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Cuando se requiere convertir un valor de impedanciade una base “vieja” a una “nueva”, se usa:

Z pu nueva = Z pu vieja * ( V base vieja / V base nueva)2 * (S base nueva / S base vieja)

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•PROGRAMAS PARA EL CALCULO DE CORTO CIRCUITO 

El cálculo de la corriente de corto circuito consiste endeterminar la impedancia equivalente del sistema hastael punto en consideración.

Se tienen programas para computadora personal querealizan este tipo de cálculos.

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Los programas de corto circuito, calculan la corriente decorto circuito simétrica para cada una de las siguientes

fallas para un sistema de N nodos: Trifásicabalanceada, monofásica a tierra, doble linea y doblelinea a tierra.

Para cada tipo de falla los programas calculan los

voltajes del bus y las contribuciones a la corriente defalla de los elementos adyacentes a cada nodo fallado.

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os datos de entrada son:

áquinas síncronas y motores de inducción.-Impedancia de secuencia cero, positiva y negativa(Zo, Z1, Z2). Reactancia en el neutro para conexióna tierra (Zn). Bus al que esta conectada la máquina.

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Líneas y cables de energía.- Impedancia desecuencia cero (Zo) y impedancia de secuenciapositiva (Z1). Buses entre los que esta conectada la

linea.

Transformadores.- Bus al que esta conectado yconexión del devanado de baja tensión. Bus al queesta conectado y conexión del devanado de altatensión. Reactancia de dispersión (X1) e impedanciade la conexión del neutro a tierra (Zn).

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Los programas calculan las impedancias de secuenciaequivalentes del sistema desde cada uno de los buses y lasutilizan para determinar las corrientes de falla y los voltajes desecuencia. Entonces convierten los valores al dominio de lasfases.

Los datos de salida seleccionados por el usuario son: Corrientede falla en cada fase, las contribuciones a la falla desde cadauna de las ramas conectadas al nodo, para cada fase, losvoltajes de fase y se pueden obtener las impedanciasequivalentes de secuencia del sistema.

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Cálculo de corto circuito en sistemas

radiales.

Se parte de la impedancia equivalente delsistema en el punto de alimentación y seagregan las impedancias de loscomponentes del sistema.

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Para una falla trifásica, a través de una impedancia de falla Zf ,la corriente de corto circuito es

Ia = Vf  / (Z1 + Zf )

Siendo

 Vf .- Voltaje de prefalla

Z1.- Impedancia de secuencia positiva equivalente del sistemavista desde el punto de falla.

Zf .- Impedancia de falla o de arco. Si no se tienen datos seconsidera de 40 Ohms.

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Para una falla monofásica a tierra, con la fase aaterrizada a través de una impedancia de falla Zf , con

una impedancia Zn de conexión del neutro a tierra.

Ia = 3 Vf  / (Z0 + Z1 + Z2 + 3 Zf + 3 Zn)

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Variación de la Corriente de Corto Circuito Monofásico,

en función de la Resistencia de Falla

4293

1506

782

526396

199

133

80

128 120 113 10787

72

54

52215248

136

10

100

1000

10000

0 20 40 60 80 100 120

Resistencia de Falla o del Neutro

   C  o  r  r   i  e  n   t  e   d  e   F  a   l   l  a

  a   T   i  e  r  r  a ,

   A

I FALLA MONOFASICA BARRAS 13.8 KV

I FALLA MONOFASICA FINAL CIRCUITO 13.8 KV

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•CORRIENTE DE ENERGIZACION DE TRANSFORMADORES 

Cuando un transformador se conecta alcircuito, la corriente y el flujo no tomaninmediatamente la magnitud y forma de onda

finales.El valor máximo de la corriente transitoria(inrush) y el número de ciclos antes de que la

corriente tome la forma de estado establedepende del punto de la onda de voltaje en elcual se cerró el circuito y del magnetismoresidual y su dirección con respecto al valor

instantáneo del voltaje.

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Bajo ciertas condiciones, la corriente en el

momento en que se energiza el transformadorpuede ser de varias veces la corrientenominal. La duración del transitorio es devarios ciclos.

 Amplitudes de armónicas de una corriente deinrush típica

Componente ---> CC 2a. 3a. 4a. 5a. 6a. 7a.

 Valor típico, %-> 55 63 27 5 4 3.7 2.4

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La corriente de energización detransformadores debe tomarse en cuenta enlos ajustes y operación de las proteccionesdel lado primario del transformador.

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Para la protección diferencial se usanrelevadores con restricción de armónicas ocon un retardo de tiempo que permita que el

transitorio no haga operar la protección.

Los relevadores de sobrecorriente debenajustarse de manera que permitan que eltransformador tome las siguientes corrientessin disparo:

CURVA I t RECOMENDADA PARA EVITAR DISPAROS POR CORRIENTE DE ENERGIZACION

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CURVA I-t RECOMENDADA PARA EVITAR DISPAROS POR CORRIENTE DE ENERGIZACIONDE TRANSFORMADORES.

I, pu , respecto a la nominal deltransformador

Tiempo, Seg.

3 10  

6 1 

12 0.1 

25 0.01 

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•CARGA FRIA

Se entiende por carga fría o carga caliente, el

valor de la corriente que toma un circuito ouna instalación después de una interrupciónprolongada del suministro eléctrico.

SOBRECARGA DE CORTA Y LARGA

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SOBRECARGA DE CORTA Y LARGADURACION ADMISIBLE

RANSFORMADORES 

Sobrecarga permanente entransformadores.

La capacidad nominal de los

transformadores de potencia se estableceº

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Si la temperatura ambiente a la hora demáxima carga del transformador es diferentede 45 ºC, se puede aumentar o disminuir un

1% por cada grado de diferencia detemperatura.

Por ejemplo, si la temperatura ambiente en el

momento de máxima carga es de 30 ºC, eltransformador puede admitir una sobrecargadel 15%.

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En instalaciones de distribución no sedebe sobrecargar en forma

permanente un transformador.

La sobrecarga es sólo para condiciones

de contingencia.

Para tiempos cortos se pueden tener valores de tolerancia de

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Para tiempos cortos se pueden tener valores de tolerancia decorriente mucho mayores. Las normas IEEE establecen lossiguientes:

SOBRECARGA DE CORTA DURACION DE SEGURIDAD ENTRANSFORMADORES

I, pu respecto a la nominal Tiempo, Seg.

2 250

50/Z 0.5*Z^2

50/Z 8

4*(50/Z) 0.55

Z = Impedancia del transformador en porciento.

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CONDUCTORES DESNUDOS Y FORRADOS 

Capacidad permanente de conductores.

La capacidad de corriente permanente de losconductores depende de las condiciones deventilación y del calor recibido de los rayossolares en cables a la intemperie.

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La capacidad permanente de cables deenergía esta basada en la capacidad de

conducción de calor del medio querodea al cable. Las siguientes tablas danvalores promedios obtenidos depublicaciones del Instituto Americano deCables.

CAPACIDAD DE CABLES DE ENERGÍA 15 KV

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Calibre KCM/AWG Corriente en Amp.Conductores de cobre

1500 KCM 8231250 7641000 695750 600600 542500 494400 431350 409300 368250 331

4/0 AWG 3093/0 2602/0 2301/0 2002 1504 120

CAPACIDAD DE CABLES DE ENERGÍA 15 KV 

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Calibre KCM/AWG Corriente en Amp.Conductores de aluminio

1500 KCM 700

1250 6451000 568750 486600 430

500 391400 340350 321300 290250 260

4/0 AWG 2423/0 2062/0 1821/0 1582 1214 100

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Para sobrecargas sostenidas por tiemposmuy cortos, se considera que no haydisipación de calor del conductor hacia elmedio ambiente.

El límite de corriente se debe a la

temperatura máxima que puede soportarel aislamiento sin dañarse o el metal delcable sin recocerse.

SOBRECARGA DE CORTA DURACION DE CONDUCTORES

C d t C i t á i T t d l

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Conductor Corriente máximaadmisible, Amp.

Temperatura delcond.ºC

Cobre desnudo o cubierto I = 67.5 A/RAIZ(t) 150 ºC

 Aluminio desnudo o cubierto I = 44 A/ RAIZ(t) 150 ºC

 ACSR I = 64 A/ RAIZ(t) 300 ºC

Cobre con aislamiento

termoplástico

I = 52.7 A/ RAIZ(t) 150 ºC

Cobre con aislamiento Butilo I = 66 A/ RAIZ(t) 200 ºC

Cobre con aislamiento EPR I = 75.5 A/ RAIZ(t) 250 ºC

 Aluminio con aislamientotermoplástico I = 34.8 A/ RAIZ(t) 150 ºC

 Aluminio con aislamientoButilo

I = 43.1 A/ RAIZ(t) 200 ºC

 Aluminio con aislamientoEPR 

I = 49.7 A/ RAIZ(t) 250 ºC

I.- Corriente de falla en Miles de Amp., t=Tiempo, Seg. A=Area en KCM

Ó

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•GENERALIDADES SOBRE DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN

CONSIDERACIONES BASICAS 

Todos los relevadores operan en respuesta a una omás cantidades eléctricas para cerrar o abrircontactos en forma rápida, y enviar de esta forma laseñal de disparo a los interruptores.

 Aparentemente hay una gran variedad en apariencia

y tipos de relevadores, pero en realidad, son pocaslas diferencias.

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PRINCIPIOS DE OPERACIÓN 

Existen los siguientes tipos de relevadores:

Electromecánicos:a. De atracción electromagnética.b. De inducción electromagnética.

Electrónicos con componentes discretos.

Basados en microprocesadores.

Digitales con memoria interna y posibilidad decomunicaciones.

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Los relevadores electromagnéticos tienenpartes móviles para cerrar o abrir loscontactos.

En este tipo de aparatos se llegó a acumularmucha experiencia y se desarrollaron equiposde calidad, muy confiables.

La descripción del funcionamiento de losrelevadores se hace con referencia a este tipode equipos.

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DEFINICIONES DE OPERACIÓN 

Cuando se dice que un relevador operasignifica que abre o cierra sus contactos.Los contactos se clasifican comonormalmente abiertos o tipo "a" ynormalmente cerrados o tipo "b". Al operar

un relevador abre un contacto "b", o cierrauno tipo "a".

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El "pick up" de un relevador es el valormínimo de la cantidad actuante (corriente o

voltaje), con el que empieza a operar.

El mayor valor de la cantidad actuante con

el cual el relevador regresa a su posicióninicial se llama valor de restablecimiento.

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•INDICADORES DE OPERACIÓN 

  Generalmente, los relevadores deprotección están provistos de un indicadorque muestra cuando el relevador ha

operado para disparar el interruptor.Tales indicadores de operación o"banderas", son elementos que están

arreglados para restablecerse manualmenteuna vez que se haya tomado nota de suoperación.

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Los relevadores modernos indican en unapantalla la causa del disparo y los valores de

la cantidad actuante que causaron el disparo.Esta información se almacena en una

memoria no vólatil del relé y, vía un puerto

de comunicaciones, puede enviarse a unsistema de control supervsorio.

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•BOBINAS O RELEVADORES DE SELLO  

Con el fin de proteger los contactos del relevadorcontra el daño resultante de un intento inadvertido de

interrumpir la corriente de la bobina de disparo delinterruptor, algunos relés están provistos de undispositivo para mantener cerrados los contactosmientras circule por ellos la corriente de disparo.

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La corriente de disparo solo puede interrumpirse

por un contacto auxiliar del interruptor, que estaen serie con la bobina de disparo y el cual abrehasta que el interruptor esta abierto.

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• AJUSTE DEL PICK UP 

El ajuste del pick up o del restablecimiento serealiza por medio de derivaciones en las bobinas de

corriente, derivaciones en transformadores depotencial auxiliares, posición de microswitches,potenciómetros o mediante programación directa conuna computadora personal, en los relevadoresmodernos con posibilidad de comunicación concontrol supervisorio.

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•  RETARDO DE TIEMPO Y SUS DEFINICIONES  

 Algunos relevadores tienen retardo de tiempoajustable y otros son instantáneos.

E l t é rm ino i n s t an t áneo s i gn i f ic a qu e no t ienere t a rdo i n t enc iona l de t iem po .

El tiempo de operación de un relevador instantáneovaría según el tipo de relevador entre 0.017 y 0.1

seg.

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Para relés con retardo de tiempo, la

terminología usada para definir la forma dela curva de operación tiempo - cantidadactuante es la siguiente:

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  Cu rva de t i empo i n ve r so . - Es aquella en la queel tiempo de operación es menor mientras mayor sea la magnitud de la cantidad actuante . Mientras máspronunciado sea el efecto se dice que la curva esmás inversa, se tiene normal inversa, muy inversa yextremadamente inversa.

Cu rva de t i emp o de f i n i do . - Estrictamente esaquella en la que el tiempo de operación no dependede la magnitud de la cantidad actuante.

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DEFINICIONES DE RETARDO DE TIEMPO

0.01

0.1

1

10

100

1000

10000

10 100 1000 10000 100000

Corriente, Amp.

   T   i  e  m  p  o ,

   S  e

ExtremadamenteInversa

NormalInversa

ModeradamenteInversa

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DISTURBIOS PROVOCADOS POR FALLAS 

Los relevadores de protección son sensibles paradetectar la presencia de fallas, que son por lo general

las siguientes:

umento en la magnitud de la corriente

aída en el voltaje

isminución en la impedancia aparente

CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS

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CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS RELEVADORES 

 Algunas características se aplican a todos lostipos de relevadores:

Capacidad continua y de corta duración.Todos los relevadores llevan su capacidad decorriente o voltaje para su correcta aplicación.De acuerdo con las normas, la capacidad

continua se especifica para temperaturaambiente de 40 C.

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También se especifica la capacidad a 1 seg.Para otros tiempos se usa la relación

I^2 * t = Constante.Por ejemplo, si un relevador tiene unacapacidad de 100 Amp. durante 1 seg.,resistirá

100 * RAIZ(t).5 = 70.7 Amp.

durante 2 segundos.

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No es conveniente suponer que un relevadorpuede resistir cualquier corriente que le lleguede los transformadores de corriente por todoel tiempo que le tome al interruptor abrir elcircuito.

Debe tomarse en cuenta que puede operar la

protección de respaldo sin que haya dañotérmico en los relevadores.

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Capacidad de los contactos.

Los contactos de los relevadores tienen una

cierta capacidad para abrir y cerrar en circuitosinductivos y no inductivos con magnitudesespecificadas de voltaje.

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Bobinas de sello.

En los relevadores generalmente se tienendisponibles dos capacidades.

La capacidad más alta se usa cuando elrelevador dispara directamente un interruptor.

La capacidad más baja se usa cuando elrelevador dispara el interruptor indirectamentea través de un relevador auxiliar.

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Impedancia (Burden)

La impedancia (carga) de los relevadores sedebe conocer para determinar si lostransformadores de corriente y de potencialtienen suficiente capacidad para alimentar a

los relés y a las demás cargas que tenganconectadas.

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•TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTO 

En los sistemas eléctricos de distribución semanejan voltajes y corrientesconsiderablemente altos, que no se pueden

alimentar directamente a los equipos deprotección, además de aislar y proteger alpersonal, tanto los equipos de proteccióncomo los de medición se alimentan por

magnitudes menores copiadas fielmente delsistema a través de dispositivos especialesllamados transformadores de instrumento.

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La reducción de las magnitudes de corriente yde potencial logra también una disminución deniveles de aislamiento y capacidad. Con esto se

tienen equipos de menor tamaño y costo.

Existen dos tipos de transformadores deinstrumento: Transformadores de corriente

(TC's) y transformadores de potencial (TP's).

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

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Un transformador de corriente es undispositivo que suministra una corrienteproporcional a la del circuito primario.

El devanado primario esta conectado en seriecon la línea. En el secundario se conectan los

aparatos de medición y protección.

•TRANSFORMADORES DE CORRIENTE 

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La impedancia de estos aparatos tiene siempre

una magnitud pequeña para ofrecer unaoposición mínima al paso de la corriente y nosacar al TC de sus características de diseño.

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El número de espiras del primario es de 1 y

del secundario es de N, por lo que encondiciones normales de operación la corrientesecundaria será 1/N veces la corrienteprimaria del TC.

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El aumento en la corriente de magnetización

causa calentamiento del núcleo por histéresisy un posible daño del TC si la exposición esprolongada.

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Impedancia de carga demasiado grande.

Si la impedancia de carga es mayor que laespecificada, el voltaje en las terminalessecundarias se incrementa y por lo tanto lacorriente de magnetización, con un posible

daño similar al anterior.

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Circuito secundario abierto.

Toda la corriente primaria sirve para

magnetizar el núcleo, provocando que elvoltaje secundario aumente hasta un valor losuficientemente grande para provocar laruptura del aislamiento y en algunos casos laexplosión del TC.

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ara seleccionar la relación del TC se debenseguir las siguientes reglas:

. Para la carga normal, la corriente secundaria del TC

no debe exceder de 5 A.

5 A. < In/RTC

n.- Corriente de carga máxima del circuito.

TC.- Relación de transformación del TC

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Las Normas ANSI definen la clase deprecisión como el error máximo admisible,en porciento que un transformador de

instrumento puede introducir cuando seusa para medición de potencia. Las clasede precisión normalizadas son lassiguientes: 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 1.2,3.0, 5.0

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Para calibración y laboratorio se usa la

precisión de 0.1, en medición para fines defacturación en industrias se usa 0.5-0.6, paratableros 1.2 y para protección de 3 a 5%.

TRANSFORMADORES DE POTENCIAL

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•TRANSFORMADORES DE POTENCIAL 

Los transformadores de potencial se empleanpara medición y/o protección. Su nombre sedebe a que la cantidad principal a variar es latensión.

Permite reducir con precisión un voltaje alto a

uno que pueda ser utilizado por losinstrumentos de medición y protección.

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La precisión de los TP's esta dada por

normas internacionales y se expresa encorrespondencia al error máximo expresadoen porciento.

•RELÉS DIFERENCIALES

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•RELÉS DIFERENCIALES 

Los relevadores diferenciales tienen una granvariedad de formas dependiendo del equipoque protegen.

La definición de este relevador es que "operacuando la diferencia fasorial entre doscantidades eléctricas similares excede decierto valor".

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Casi cualquier relevador conectado en laforma adecuada puede operar comodiferencial ya que no es tanto laconstrucción del relé lo que lo hacediferencial, sino la forma en que se conecta.

Aplicación simple de un relé diferencial. 

8/3/2019 Curso de Coordinación

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RELE DI FERENCI AL

 TRANSFORMADORELEMENTO PROTEGI DO

DE CORRI ENTE

p p

Condiciones para una falla externa

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FALLA OCARGA

EXTERNA

Condiciones para una falla externa. 

Condiciones para una falla interna. 

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F A L L A

I N T E R N A

 Aplicación de la protección diferencial a und l

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RELE

DI FERENCI AL

aparato de tres terminales. 

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Una forma más usada es el tipo de "relédiferencial de porcentaje".

Es esencialmente un relé de balance decorriente pero conectado a un circuitodiferencial.

La corriente diferencial necesaria para operarel relé es variable debido al efecto de labobina de restricción.

8/3/2019 Curso de Coordinación

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La corriente diferencial en la bobina deoperación es proporcional a I1-I2, y la

corriente en la bobina de restricción esproporcional a (I1+I2)/2, puesto que la bobinade operación esta conectada a la mitad de labobina de restricción.

Relevador diferencial de porcentaje en un

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BOBI NA DE

OPERACI ON

RESTRI CCI ON

BOBI NA DE

p jcircuito de dos terminales. 

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La relación de la corriente diferencial deoperación al promedio de la corriente derestricción es un porcentaje fijo, lo cual explica

el nombre de este relé.

Su ventaja es que tiene menos probabilidadesde operar incorrectamente cuando la falla seaexterna a la zona protegida.

Característica de operación de un relé diferenciald t j

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ZONA DEOPERACI ON

ZONA DE

RESTRI CCI ON

(I 1+I 2)/ 2

      I      1   -      I

      2

de porcentaje. 

 Aplicación de un relé diferencial de porcentaje al t d t t i l

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BOBI NA DE

OPERACION

BOBI NAS DE

RESTRI CCI ON

un elemento de tres terminales. 

FUSIBLES

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FUSIBLES

Los fusibles son elementos de aleaciónmetálica que por el efecto térmico se funde alpaso de una corriente mayor que un valorpredeterminado.

Un fusible debe especificarse con base a la

corriente nominal, voltaje de operación, voltajemáximo de diseño y capacidad interruptiva.

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La capacidad nominal es por definición lacorriente que el elemento puede soportarcontinuamente sin sufrir calentamiento quepudiera modificar sus características deoperación.

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Tiempo de arqueo.- (Arcing Time), es elintervalo durante el cual persiste el arcoeléctrico.

Tiempo máximo de operación. (MCTMaximum Clearing Time), es el intervalo detiempo entre la aparición de la falla y la

apertura total del elemento fusible; es la sumadel tiempo mínimo de fusión y el tiempo dearqueo.

ara coordinación de elementos fusibles se

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ara coordinación de elementos fusibles sedeben considerar los siguientes aspectos:

. El elemento fusible no debe operar con la corriente de carga  ni modificar sus

características térmicas originales.

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2. Para coordinar equipo adyacente se debetomar en cuenta que para valores cercanos alMMT, el fusible perderá sus características de

diseño y aun cuando no sea fundido, ya notendrá sus tiempos originales.

3. La falla no es librada sino hasta que se

rebasa el valor de tiempo máximo deoperación (MCT).

•RESTAURADORES

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•RESTAURADORES 

El restaurador es un dispositivo autocontenidodiseñado para interrumpir y recerrarautomáticamente un circuito de corrientealterna. Tiene también provisiones paraapertura y cierre manual.

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Básicamente, un restaurador consiste deun mecanismo para iniciar el disparo yel recierre, un juego de contactos dentrode una cámara de interrupción, unintegrador de operaciones y un

mecanismo de bloqueo.

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Después de un tiempo predeterminado,los contactos recierran. A la vez que elrestaurador ha recerrado el circuito, elintegrador de operaciones ha registradoel disparo.

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Si la falla aún persiste en el circuitocuando cierra el restaurador, se repite la

secuencia de disparo y cierre un númeropredeterminado de veces hasta que elrestaurador queda en posición de bloqueo.

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Si la falla ha desaparecido del circuitomientras el restaurador estuvo abierto, elrestaurador cierra y permanece cerrado y elintegrador de operaciones se restablece parainiciar una nueva secuencia de operaciones.

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Si la falla es persistente, el restauradorcontinuará con una operación con retraso detiempo permitiendo que un dispositivo deseccionalización opere para aislar la falla.

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Cuando se usan restauradores en serie, elnúmero de operaciones se puede reducir a

tres o dos para permitir una operaciónselectiva y aislar la falla.

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 Además del disparo serie de la unidad, losrestauradores grandes pueden tener unaccesorio de disparo por fallas a tierra, para

permitir una mayor sensibilidad con valoresbajos de falla a tierra.

Los restauradores tienen algunos accesorioscomo el que permite el bloqueo remoto de launidad.

•SECCIONALIZADORES.

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El seccionalizador automático es un

desconectador con disparo automáticoel cual tiene provisiones par permitir laapertura y cierre manual.

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El seccionalizador es un aparato quecontiene un juego de contactos y uncontador de corriente de falla que inicia la

acción de disparo.

El seccionalizador siempre se usa en seriecon un restaurador o interruptor con recierrelocalizado entre el seccionalizador y lafuente.

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Cuando ocurre una falla después delseccionalizador, si la corriente de falla tieneun valor suficiente, dispara el dispositivo de

recierre y abre el circuito.

Durante el tiempo que el circuito permaneceabierto el contador del seccionalizador avanzauna posición hacia el disparo.

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Si la falla se libera al abrirse el circuito, elseccionalizador se restablece a su posiciónnormal después de que el circuito se energiza.

Si la falla persiste, el mecanismo delseccionalizador se preparará para efectuar el

conteo en la próxima apertura del circuito.

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Si el restaurador está ajustado parabloquearse después de cuatro operaciones,el seccionalizador debe ajustarse para abrirseen la tercera ocasión en que el restauradorabre.

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Puesto que el seccionalizador abre suscontactos mientras el circuito estádesenergizado, no interrumpe corriente de

falla.

La interrupción del servicio se limita a losusuarios después del seccionalizador y se

conserva la continuidad del servicio a los queestán entre el restaurador y el seccionalizador.

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Si se tienen dos restauradores en serie antesdel seccionalizador, el restaurador máscercano a la fuente se puede ajustar paraabrir en cuatro operaciones, el segundorestaurador para abrir en tres operaciones y elseccionalizador en dos operaciones.

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Cuando se tiene un restaurador y dosseccionalizadores en serie, el restaurador se

ajusta a cuatro operaciones, el seccionalizadormás cercano a la fuente en tres operaciones yel segundo seccionalizador a la segunda.

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El seccionalizador es un dispositivo de bajocosto porque no requiere tener capacidadinterruptiva, sin embargo, se puede abrirmanual o remotamente y funciona como undesconectador bajo carga.

PRINCIPIOS DE COORDINACIÓN DE

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PRINCIPIOS DE COORDINACIÓN DE 

PROTECCIONES 

La coordinación de las protecciones desobrecorriente se basa en los siguientes

principios:

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El dispositivo de protección más 

cercano debe desconectar la parte fallada antes que el dispositivo de respaldo.

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El dispositivo de protección no debe 

operar por corrientes de arranque o energización, así como tampoco por la "carga fría".

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Se debe tener un margen de seguridad para que las protecciones operen antes de que ocurra daño en los componentes del sistema por sobrecarga permanente o por corto 

circuito.

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Una suspensión del servicio causada 

por una falla permanente deberá restringirse a pequeñas secciones del sistema y por corto tiempo.

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Los elementos de protección contra 

fallas a tierra no deben operar cuando se conecta o desconecta la carga controlada por un dispositivo de operación monofásico.