SOBREINTENSIDAD TEMPORIZADA - 51

La función de protección 51 es una protección de sobreintensidad temporizada. A diferencia de la función 50, que actúa instantáneamente, la función 51 aplica un retardo de tiempo que depende de la magnitud de la corriente de falla. Esta característica permite coordinarla con otras protecciones en sistemas eléctricos de potencia, asegurando que solo actúe cuando sea necesario y con la selectividad adecuada.

Definición de la función de protección 51 (Sobreintensidad temporizada)

La función 51 se activa cuando la corriente que pasa por el relé supera un umbral establecido, pero en este caso, la actuación se retrasa en función de la magnitud de la corriente. Cuanto mayor es la sobrecorriente, menor es el tiempo de actuación. Este comportamiento es útil para coordinar con otras protecciones y es ideal para manejar sobrecargas y fallas a cierta distancia en el sistema.

Objetivo de la protección 51

La función 51 está diseñada para:

• Proteger contra sobrecargas y fallas distantes en el sistema.

• Coordinarse con otras protecciones, asegurando que las fallas sean despejadas por el dispositivo más cercano y que el sistema quede dividido de manera selectiva.

• Evitar actuaciones innecesarias, permitiendo que la protección opere solo cuando la situación lo requiera de acuerdo con las condiciones de corriente y tiempo.

Configuración y Cálculo de la Función 51

Para configurar la función 51 correctamente, se tienen en cuenta dos parámetros principales: el valor de ajuste de corriente y la curva de tiempo de operación.

1.- Ajuste de corriente:

1. • La corriente de ajuste o umbral debe estar por encima de la corriente de carga máxima en condiciones normales, para evitar que la función 51 se dispare en situaciones de operación normal.

   • Generalmente, se elige un valor de corriente que sea superior a la carga máxima y que permita la protección contra sobrecargas, típicamente entre 1.2 a 1.5 veces la corriente nominal del circuito.

   • El valor de ajuste Iajuste ​ se puede expresar como:

donde K es un factor de seguridad entre 1.2 y 1.5.

2.- Selección de la curva de tiempo:

1. • La función 51 utiliza una curva de tiempo de operación inverso, lo que significa que el tiempo de actuación disminuye a medida que la corriente de falla aumenta.

   • Existen varios tipos de curvas de tiempo (IEC o ANSI) que se pueden seleccionar según la aplicación y el sistema eléctrico:

     • Curva inversa normal (NI): Tiempo de operación medio; se utiliza cuando se requiere una protección equilibrada entre velocidad y seguridad.

     • Curva muy inversa (VI): Mayor sensibilidad en fallas a distancia; útil para sistemas con coordinación de protecciones en cascada.

     • Curva extremadamente inversa (EI): Muy sensible a fallas a distancia, permitiendo una alta selectividad en redes de distribución.

     • Curva de tiempo definido: Donde el tiempo de actuación es fijo y no depende de la magnitud de la corriente. Es menos común en la función 51, pero se usa en aplicaciones específicas.

La curva de tiempo se puede representar por la fórmula genérica:

donde:

1. • Tbase​ es el tiempo base de operación.

   • I es la corriente medida.

   • Iajuste​ es la corriente de ajuste.

   • p es un exponente que define la "inversidad" de la curva (por ejemplo, normal, muy inversa o extremadamente inversa).

3.- Pruebas de coordinación y operación:

1. • Para garantizar la correcta operación, se realizan pruebas donde se inyectan diferentes niveles de corriente en el relé y se verifica que el tiempo de operación sigue la curva de tiempo seleccionada.

   • Estas pruebas aseguran que el relé actúe en el tiempo adecuado y que se coordine bien con otras protecciones del sistema.

Ejemplo de Cálculo de la Corriente de Ajuste

Supongamos un sistema eléctrico con una corriente nominal de carga de 100 A y donde la carga máxima es de aproximadamente 120 A.

1.- Selecciona el valor de ajuste: Si el factor de seguridad K se decide en 1.5 (una vez y media la corriente nominal), el valor de ajuste será:

2.- Curva de tiempo de operación: Si se elige una curva de tiempo muy inversa (VI), el tiempo de operación variará en función de la corriente de falla, y para valores cercanos al 200% de Iajuste​ (es decir, 300 A), el tiempo de operación podría ser de unos pocos segundos.

3.- Pruebas de coordinación: La función 51 se debe coordinar con otras protecciones (como la función 50) para asegurar que el sistema se mantenga protegido y que la función 51 actúe de forma selectiva solo cuando la falla está en su zona de actuación.

Ventajas y Limitaciones de la función de protección 51

Ventajas:

• Selectividad temporal: El tiempo de operación inverso permite que la protección 51 actúe de manera selectiva en función de la corriente de falla.

• Coordinación fácil: Facilita la coordinación con otras protecciones aguas arriba y aguas abajo.

Limitaciones:

• Tiempo de operación más largo: A diferencia de la función 50, la función 51 no actúa de manera instantánea, lo que puede ser menos eficaz para fallas severas.

• Dependencia de la curva seleccionada: La efectividad de la protección depende en gran medida de la curva de tiempo seleccionada y de su ajuste.

En conclusión, la función de protección 51 es una protección flexible que permite manejar sobreintensidades en un sistema eléctrico de manera selectiva y coordinada.