La protección diferencial es esencial para la seguridad y confiabilidad de sistemas eléctricos modernos de media y alta tensión. Calcular correctamente los parámetros de protección diferencial según IEC e IEEE es crucial para evitar fallas catastróficas.
En este artículo descubrirás cómo funciona una calculadora de protección diferencial, fórmulas, tablas, ejemplos reales y cómo aplicar las normativas IEC e IEEE.
Calculadora con inteligencia artificial (IA) – Calculadora de protección diferencial en sistemas eléctricos – IEC, IEEE
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- Calcular la corriente diferencial para un transformador de 20 MVA, 66/13.8 kV, según IEC 60255.
- Determinar el ajuste de restricción para una protección diferencial de barra de 5000 A, IEEE C37.91.
- Obtener la corriente de disparo para un sistema de 4000 A, relación de TC 800/1, IEC 60044-1.
- Calcular la sensibilidad mínima de disparo para un generador de 10 MVA, 13.8 kV, IEEE C37.102.
Tablas de valores comunes en la Calculadora de protección diferencial en sistemas eléctricos – IEC, IEEE
| Parámetro | Valor típico | Norma IEC | Norma IEEE | Aplicación |
|---|---|---|---|---|
| Corriente diferencial mínima (Id_min) | 0.2 – 0.3 In | IEC 60255-151 | IEEE C37.91 | Transformadores, barras, generadores |
| Corriente de restricción (Ir) | 0.5 – 1.0 In | IEC 60255-151 | IEEE C37.91 | Transformadores, barras |
| Relación de transformación de TC | 100/1, 200/1, 400/1, 800/1 | IEC 60044-1 | IEEE C57.13 | Todos los sistemas |
| Factor de saturación de TC | 5 – 20 | IEC 60044-1 | IEEE C57.13 | Transformadores, barras |
| Tiempo de operación típico | 20 – 40 ms | IEC 60255-151 | IEEE C37.91 | Todos los sistemas |
| Sensibilidad mínima de disparo | 10% – 20% de la corriente nominal | IEC 60255-151 | IEEE C37.102 | Generadores, transformadores |
| Relación de restricción (Slope) | 20% – 50% | IEC 60255-151 | IEEE C37.91 | Transformadores, barras |
| Corriente nominal (In) | 5 A, 1 A | IEC 60044-1 | IEEE C57.13 | Todos los sistemas |
| Corriente de disparo instantáneo | 2 – 4 In | IEC 60255-151 | IEEE C37.91 | Transformadores, barras |
La tabla anterior resume los valores más utilizados en la configuración y cálculo de protecciones diferenciales bajo normativas IEC e IEEE. Estos valores son esenciales para parametrizar correctamente los relés y garantizar la selectividad y sensibilidad del sistema.
Fórmulas de la Calculadora de protección diferencial en sistemas eléctricos – IEC, IEEE
Las fórmulas para la protección diferencial se basan en la comparación de corrientes de entrada y salida de una zona protegida. A continuación, se presentan las principales ecuaciones utilizadas, con su explicación detallada y valores típicos de cada variable.
Id = |I1 – I2|
- Id: Corriente diferencial (A)
- I1: Corriente medida en el lado 1 (A)
- I2: Corriente medida en el lado 2 (A)
Valores típicos: I1 e I2 suelen estar en el rango de 1 A a 5000 A, dependiendo del sistema.
Ir = (|I1| + |I2|) / 2
- Ir: Corriente de restricción (A)
- I1, I2: Corrientes medidas en ambos extremos (A)
Valores típicos: Ir suele estar entre 0.5 y 1.0 veces la corriente nominal (In).
Id > Id_min + Slope × Ir
- Id_min: Corriente diferencial mínima de disparo (A)
- Slope: Pendiente de restricción (adimensional, típicamente 0.2 a 0.5)
- Ir: Corriente de restricción (A)
Valores típicos: Slope entre 20% y 50%, Id_min entre 0.2 y 0.3 In.
Iprimario = Isecundario × Relación_TC
- Iprimario: Corriente primaria (A)
- Isecundario: Corriente secundaria medida (A)
- Relación_TC: Relación de transformación del transformador de corriente (por ejemplo, 800/1)
Valores típicos: Relación_TC de 100/1 a 2000/1.
Id_min = k × In
- Id_min: Corriente diferencial mínima de disparo (A)
- k: Factor de sensibilidad (típicamente 0.1 a 0.2)
- In: Corriente nominal (A)
Valores típicos: k = 0.1 a 0.2, In = 1 A o 5 A.
Estas fórmulas permiten calcular los parámetros clave para la protección diferencial, asegurando la correcta discriminación entre fallas internas y externas, conforme a las normativas IEC 60255-151 e IEEE C37.91.
Ejemplos del mundo real de la Calculadora de protección diferencial en sistemas eléctricos – IEC, IEEE
Ejemplo 1: Protección diferencial de un transformador de potencia 20 MVA, 66/13.8 kV
Supongamos un transformador de 20 MVA, 66/13.8 kV, con relación de TC 400/1 en el lado de alta y 1600/1 en el lado de baja. La corriente nominal en el lado de alta es:
- In_alta = 20,000 kVA / (√3 × 66 kV) = 175 A
En el lado de baja:
- In_baja = 20,000 kVA / (√3 × 13.8 kV) = 837 A
Corriente secundaria de los TC:
- Isec_alta = 175 A / 400 = 0.4375 A
- Isec_baja = 837 A / 1600 = 0.5231 A
Supongamos que durante una falla interna, se miden:
- I1 = 0.60 A (lado alta, secundario TC)
- I2 = 0.10 A (lado baja, secundario TC)
Corriente diferencial:
- Id = |0.60 – 0.10| = 0.50 A
Corriente de restricción:
- Ir = (|0.60| + |0.10|) / 2 = 0.35 A
Si el relé está ajustado con Id_min = 0.2 A y Slope = 0.3:
- Id > Id_min + Slope × Ir = 0.2 + 0.3 × 0.35 = 0.305 A
Como 0.50 A > 0.305 A, el relé opera y dispara el interruptor.
Ejemplo 2: Protección diferencial de barra de 5000 A según IEEE C37.91
En una barra de 5000 A, con TC de 1000/1, se miden las siguientes corrientes secundarias en dos alimentadores:
- I1 = 3.5 A
- I2 = 3.4 A
Corriente diferencial:
- Id = |3.5 – 3.4| = 0.1 A
Corriente de restricción:
- Ir = (3.5 + 3.4) / 2 = 3.45 A
Si el ajuste es Id_min = 0.2 A y Slope = 0.25:
- Id > Id_min + Slope × Ir = 0.2 + 0.25 × 3.45 = 1.0625 A
Como 0.1 A < 1.0625 A, el relé no opera, indicando que no hay falla interna.
Estos ejemplos ilustran cómo la calculadora de protección diferencial, basada en IEC e IEEE, permite ajustar y verificar la operación de los relés de protección en sistemas eléctricos reales.
Consideraciones adicionales y mejores prácticas
- Verificar la correcta polaridad y conexión de los TC para evitar errores de medición.
- Realizar pruebas periódicas de inyección secundaria para validar la sensibilidad y selectividad del sistema.
- Utilizar relés digitales con funciones avanzadas de restricción y supervisión de armónicos para evitar disparos indeseados por corrientes de magnetización.
- Consultar siempre las últimas versiones de las normas IEC 60255-151, IEC 60044-1, IEEE C37.91 y IEEE C37.102 para asegurar el cumplimiento normativo.
Para profundizar en la protección diferencial y sus aplicaciones, se recomienda revisar los siguientes recursos de autoridad:
La correcta aplicación de la calculadora de protección diferencial en sistemas eléctricos, bajo normativas IEC e IEEE, es fundamental para la seguridad, confiabilidad y continuidad operativa de instalaciones eléctricas críticas.