PROTECCIÓN DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE DISTRIBUCIÓN
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Misión de los Sistemas Eléctricos de Potencia: “Suplir Energía Eléctrica a los Consumidores en Forma tan confiable como Sea Económicamente Factible”. Factible”.
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Misión de un Sistema de Protección:
1. 2.
Ais isla larr el el equ equip ipoo o equ equip ipoos que que fal alle lenn de de ta tal for form ma que que el resto del sistema pueda seguir operando exitosamente, con el mínimo de disturbio para los consumidores Eviita Ev tarr o lim imiita tarr el da daño ño a eq equi uipo poss ady dyac acen ente tess.
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El Sistema de Protección debe:
1. 2. 3.
Detectar las fallas Localizarlas Inic In icia iarr la ac acci ción ón co corr rrec ecto tora ra:: In Inic icia iarr la ap aper ertu tura ra de lo loss Interruptores, sonar alarmas y/o iniciar acciones de control
PROTECCION DE SISTEMAS DE DISTRIBUCION OBJETIVOS: 1. Prevenir daños a los equipos y circuitos 2. Prevenir de peligros al público y al personal de la Empresa de Servicios Eléctricos (ESE). 3. Mantener un alto nivel de servicio, previniendo interrupciones de servicio cuando sea posible y minimizando sus efectos cuando éstas ocurran.
CONFIABLIDAD: Término cualitativo cualitativo que indica el grado de seguridad que se tiene de que el servicio estará disponiblee cuando se requiera. disponibl La percepción del cliente sobre la confiabilidad del servicio es afectada por la FRECUENCIA y DURACIÓN de las INTERRUPCIONES INTERRUPCIONES.. El esfuerzo para mejorar la confiabilidad debe estar dirigido a estos dos aspectos.
INTERRUPCION: Típicamente se describe como una pérdida de servicio más prolongada que el intervalo normal de recierre del reconectador o del interruptor operado. Luego, se puede definir como una pérdida de servicio de un mínimo de un minuto. Para medir la confiabilidad en términos de las Interrupciones Registradas, se utilizan INDICES DE DESEMPEÑO,, los cuales permiten comparaciones DESEMPEÑO significativas entre empresas o entre divisiones de una misma empresa. Más importante aún permite evaluar los cambios, comparando directamente los índices pasados y presentes de un alimentador o de un sistema.
Los cinco INDICES de DESEMPEÑO normalizados son: 1. Indice de Frecuencia Promedio de Interrupciones en un Sistema (SAIFI): Se define como el número promedio de veces que se interrumpe el servicio a un cliente durante un año. Una Interrupción-Cliente se define como una interrupción a un cliente. Número Total de Interrupciones-Cliente SAIFI=-----------------------------------------------------Número Total de Clientes Servidos
2. Indice de Duración Promedio de las Interrupciones en el Sistema (SAIDI): Se define como la Duración Promedio de Interrupción por cliente servido por año Suma de la duración de Interrupciones-Cliente
=-----------------------------------------------------------------------------SAIDI=------------Número Total de Cliente
3. Indice de Fr Frec ecuuenci ciaa Promedio de Interrupción del Cliente (CAIF): Se define como el número promedio de interrupciones por cliente interrumpido por año. Número Total de Interrupciones-Cliente CAIFI= ---------------------------------------------------------Número total de Clientes Afectados
4. Indice de la Duración Promedio de Interrupción del Cliente (CAIDI): Se define como la duración promedio de interrupción para aquellos clientes interrumpidos en un año. Suma de la Duración de las Interrupciones-Clientes CAIDI= ------------------------------------------------------------------Número Total de Interrupciones-Cliente
5. Indice Promedio de Disponibilidad de Servicio (ASAI): Se define como la relación entre el número total de horascliente en el cual el servicio estaba disponible y el número de horas-cliente demandadas (horas-cliente demandadas = 24h/día x 365 días = 8760 horas). 8760 - SAIDI ASAI = ----------------------------------------------------------------8760
La confibilidad es afectada por : • Nivel Nivel de Te Tens nsió iónn (4K (4KV, V, 13 13.9 .9KV KV,, 24K 24KV, V, 33KV, 69KV). • Longi gittud del del al aliimen enta taddor • Nú Núme mero ro de cli clien enttes por por ali alime ment ntad ador or • Car argga del al aliimentad adoor
Fallas en Sistema de Distribución: • 1. 2. 3. 4.
Causas de las Fallas: Vientos y árboles....................................46% Rayos......................................................19% Equipos y conductores............................11% Varios......................................................24%
• -
Ubicación de las Fallas: En lí líne neas as......................................................................................................77 77% % En los los Po Posste tes. s.........................................................................................23 23% %
•
Tipos de Fallas:
1. 2. 3. 4.
Trifásicas.............................................5% Dos Fases a Tierra......... Tierra........................ ....................10% .....10% Bifásicas.............................................15% Monofásicas.......................................70%
Características de las Fallas en Sistemas de Distribución: • En ge gene nera ral,l, la lass cor corri rien ente tess no no son son de al alto toss amperajes, luego el tiempo de despeje no es limitante. • La ma mayo yorí ríaa de de las las fal falla lass (en (entr tree 70 70 y 80 80%) %) so sonn TEMPORALES.
Una falla temporal es aquella en la cual su causa es de naturaleza transitoria. Si la falla puede ser interrumpida antes de que el arco cause daños permanentes, el servicio puede ser restablecido inmediatamente (operación de recierre). Como el tiempo entre la interrupción de d e la falla y la re-energización es tan breve este tipo de fallas normalmente no se registran como interrupciones. Una Falla Permanente es aquella en la cual ocurre daño ya sea proveniente de la causa de la falla o el arco de la falla. Cuando ocurre una falla permanente, la línea se desenergiza y una cuadrilla de mantenimiento debe viajar al sitio para corregirla y restablecer el servicio. Este tipo de fallas se registran como interrupción. Una Confibilidad Máxima de Servicio se obtiene cuando el Sistema de Distribución se diseña y se opera para minimizar los efectos de cualquier falla que pueda ocurrir.
Dado el alto número de fallas temporales, surgen dos REGLAS BÁSICAS de protección: 1. A todas las fallas de les debe “dar la oportunidad” de ser transitorias, mediante operaciones de recierre, para fallas en cualquier parte del sistema donde las interrupciones momentáneas sean aceptables. 2. Pa Para ra el baj bajoo por porccen enta taje je de fa fall llas as qu quee res resul ultten permanentes, después de ejecutar las operaciones de recierre establecidas, los dispositivos de protección sólo deben sacar de servicio la porción más pequeña del sistema que sea necesaria para aislar el elemento en falla.
Dispositivos de Protección: 1.Fusibles
Símbolo:
Definición:
Dispositivo de protección de sobrecorriente con una parte que se Funde y Abre el Circuito cuando es calentada por el paso de una corriente (ANSIc37.40). Tipos de Fusible: a) Tipo Lám ámin inaa
B) Li Lim mit itaado dorr de Cor orrriente
• Cara Caract cter erís ísti tica cass de de Ope Opera raci ción ón.. • Dimensionado: 6-10-15-25-45-65-140-20 Tamaño Preferido: 8-12-20-30-50-80 Tamaño No Preferido: 1-2-3-5 Por debajo de 6: (ProteccióndeTransformadores)
• Tipos de Láminas: 1) K (Rápida), T (Lenta). 2) Tipo H (High Surge): Proveen Protección de Sobrecarga No son afectados por Corrientes Transitorias. 3)Tipo N: Modelo Modelo Antigu Antiguo.o.- Simil Similar ar al al Tipo Tipo K Superado por K y T
Fusibles Tipo T y Tipo K: Se diferencian por su relación de velocidad (RV) Hasta 100 A: Por encima de 100: I0.1 I0.1 RV= ------RV= -----I300 I600 - Ti Tipo po T (L (Len ento to)) : RV RV:: Ent ntre re 10 y 13 - Ti Tipo po K (Rá (Rápi pido do): ): RV RV:: Ent Entre re 6 y 8. 8.11
Cortacorrientes: Dispositivo que soporta las Láminas Fusibles y que también tienen la función de interrumpir el arco y de servir de Seccionador de Maniobra. Tipos: - Cerrados De Expulsión - Abierto - De Lámina abierta
Información del Sistema para Especificaciones. Vs, X/R, Ifmáx, Icmáx, Nivel de Aislamiento (Bil) Definen:
Inominal, Vmáx, II(R.M.S.) a) I N Icmáx (Ic + Isc + % Crecimiento). b) Si Sisste tem mas sin Pu Pueesta a Tierra: Vn ≥ VL-L Sistem Sis temas as Pue Puesto stoss a Tie Tierra rra:: 1Φ : Vn ≥ VL-t 3Φ : Vn ≥ VL-L c) IInterrupción (R.M.S.) Ifmáx para X/R Normales X/R ≅ 16 ≥
≥
Si X/R es más Alto debe Reajustarse el Cortacorriente. Co rtacorriente. Capacidad Simétric Simétricaa De interrupción para = Capacidad Dada x F.M.(X/Rdada F.M.(X/Rdada)) X/R nuevo. F.M.(X/Rnuevo)
IRMSAsimétrica FM=--------------------IRMSSimétrica Ejemplo: Sistema: 7.2/12.47kv ; IF(rms)= 7kA; X/R=25 Se dispone de dos Cortacorrientes: 1) 7.1 KA KA Sim Simeetricos y 10 10 KA KA As Asim iméétricos. 2) 10. 0.66 KA KA Si Simétricos y 16 KA KA As Asimétricos os.. ¿Cúal debe seleccionarse?
SELECCIÓN DE LÁMINAS FUSIBLES a. Si se protegen transformadores ó capacitores dependen del equipo. b. Cuando se utilizan en líneas los requerimientos de coordinación DICTAN el tipo y tamaño de la lámina.
A1-PROTECCIÓN A1-PROTECCIÓ N DE TRANSFORMADORES CON FUSIBLES
Un esquema completo de protección de sobrecorriente para transformadores debe lograr: 1. Pr Prot oteg egeer al al sis siste tem ma de de fa fall llas as en el el tra trans nsffor orm mado dor r 2. Pr Prot oteg egeer al al tr tran anssfo forrmado dorr co cont ntrra sob sobrreca carrga gass severas 3. De Desc scon onec ecta tarr el el tra trans nsfo form rmad ador or de dell si sist stem ema, a, ta tann ráp rápid idoo como sea posible, y limitar la energía que pueda absorver. 4. So Sopo port rtar ar so sobr brec ecar arga gas, s, in inof ofen ensi siva vas, s, de co cort rtaa du dura raci ción ón 5. So Sopo port rtar ar la lass co corr rrie ient ntes es tr tran ansi sito tori rias as mag agne neti tiza zant ntes es (Inrush) y de carga fría 6. So Sopo porrta tarr sob sobrrevo vollta tage gess oc ocaci cioona naddos po porr ray rayoos.
B. Protección de Líneas: - Lá Lámi mina nass K: So Sonn más más ráp rápid idas as y cooord co rdin inan an mej mejor or co con re relé léss de tie tiem mpo muy inverso y extremadamente inverso. - Lám Lámina inass T: T: Sopo Soporta rtann mejo mejorr los los Transitorios y sobrecargas y tienen un rango de coordinación más amplio.
Coordinación Fusible-Fusible - Regla de Coordinación:
El Fusible de la Fuente (Protegido) no debe ser dañado por fallas en la zona del fusible de la carga (Protector). Esto implica que: tMD-F2 < tmf-F1. Se debe cumplir que:
tMD-F2
Factor de Coordinación ≥-----------------
tmf-F1
El Factor de Coordinación depende de: 1. Tolerancia de las Curvas. 2. Efecto de la Temperatura Ambiente. 3. Efecto de la Precarga. 4. Efecto de Predaño.
Ejemplo N° 1: Seleccionar el fusible de tamaño mínimo que coordine con el fusible 25T (de Estaño), según las condiciones de temperatura ambiente y precarga que se dan.
Ejemplo N° 2: Seleccionar los fusibles tipo K, de tamaño mínimo, utilizando un factor de coordinación de 0.75.
Recloser. (Recon Recloser. (Reconectador ectadores es Autom Automáticos áticos de Líneas) Líneas) -Definición -Características de Operación R Clasificación: Tipo: Trifásico y Monofásico
-Control: Hidráulico y Electrónico - Co Cont ntro roll Hi Hidr dráu áuli lico co o Bo Bobi bina na en Se Seri riee - IN INTE TERV RVAL ALO O DE DE REC RECIE IERR RRE: E: Ha Hast staa 200 200 A Fi Fijo jo:: 1, 1, 1 ½, 2 Seg Seg >400 Variable: 2 Seg o ½-2-2 Seg.
- I MÍNIMA DE OPERACIÓN: Ajustable - Int Interv ervalo alo de de Recierr Recierre: e: Ajus Ajustab table le . Valores Típicos. a) Inst., 2 Seg., 2 Seg. b) INST, 2 Seg. después de operaciones rápidas > 2 Seg. después de operaciones lentas - Medi Medioo de interr interrupció upción: n: Aceite, Aceite, Vací Vacíoo ó SF6 SF6
Factores de Aplicación: 1. VN ≥ VLL (3Φ ); VN ≥ VL-T (1Φ ) en sistemas puestos a tierra 2. IN ≥ I CMAX (3 (3Φ Φ) 3. I OPERACIÓN < I Mim de Falla Falla en la la Zona Zona de Protecc Protección ión 4. II ≥ IMAX DE FALLAS (no es necesario chequear X/R) 5.Coordinación con otros dispositivos.
COORDINACIÓN FUSIBLE-RECLOSER -Caso 1: Fusible de la Fuente con Recloser. Objetivo: Para la peor condición de falla en el Recloser, éste debe ser capaz de efectuar todas sus operaciones sin que el fusible se dañe. t mf(Ifmax/Nt) > t L(Ifmax)
Explicación del Efecto Acumulativo del Calor.
Para coordinar se utiliza el factor K (Tabla 4)
tmf(Ifmax) ≥ tL(Ifmax) x K
EJEMPLO N° 3: Seleccionar el fusible, Tipo H, de tamaño mínimo, que coordine con el Recloser 25L, en el sistema de la Figura.
Caso 2: Coordinación Fusible de la Carga-Recloser Objetivo: El Recloser debe ejecutar sus operaciones rápidas sin que el fusible sufra daños. Durante la primera operación lenta, el fusible debe fundirse y despejar la falla.
1º Condición: La coordinación depende de la tolerancia de las curvas, de la precarga, temperatura ambiente ambi ente,, predaño predaño y efecto efecto acum acumulat ulativo ivo del calor. Se utiliza el Factor K de la Tabla 5 Se debe cumplir: tmf-(Ifmax) ≥ K x tA(Ifmax) 2º Condición: Se debe cumplir que: tLE LENT NTA A (I (IfMI fMIN) N) – Tolerencia ≥ tMD(Ifmin)
Ejemplo N° 4: Coordine los Dispositivo de la figura, Utilizando fusibles tipo T y Recloser Tipo L (I.R= 90 ciclos). Suponga una secuenc secuencia: ia: 2 Rápida Rápidass - 2 Lentas. Lentas.
Coordinación Recloser-Recloser Objetivo: Para fallas permanentes en la zona de R 2 sólo debe abrirse este recloser.
Caso 1: Coordinación con Reclosers Hidráulicos a) Hasta 200 amperios: ∆t > 12 ciclos Para mayores de 200 amperios: ∆t > 8 ciclos b) El recloser protegido debe tener un número de operaciones rápidas menor o igual a las del recloser protector Caso 1.1: Se pueden coordinar reclosers con iguales bobinas siempre y cuando se mantenga el ∆t.
Caso 2: Coordinación con Reclosers Electrónicos Condición: Si el Recloser Protector opera primero que el Recloser Protegido hay coordinación. El tiempo de operación del protegido menos la tolerancia debe ser mayor que el tiempo del protector más la tolerancia, para la máxima corriente de falla. Se debe cumplir el requerimiento de las secuencias.
TR1(Ifmax) – To Tole lera ranc ncia ia > tR2(Ifmax) + Tolerancia
Ejemplo N° 5: Coordine la línea de distribución de la figura utilizand util izandoo recl reclosers osers Tipo “L”.
Coordinación Relé de Sobrecorriente con Recloser
Casos: a) Con Rel eléés Est stát átic icos os b) Co Conn Re Relé léss El Elec ectr trom omag agné néti tico coss c) Con Rel Relés és Ele Electr ctroma omagné gnétic ticos os y Reclos Recloser er Elect Electrón rónico ico
Caso a:
t51(Ifmax) ≥ tlenta + ∆t Normalmente ∆t= 0.2 Seg. Caso b: Problemas: -Integración de los tiempos de operación -Sobre Paso Método: Se evalúa el movimiento del disco, durante las operaciones del recloser y se coordina en función del viaje neto.
Método Exacto: %Viaje en A= (tA + tsp)/to x 100 %Viaje en L = (tL + tsp)/to x 100 % Reposición= (tIR )/tREP x 100 Donde: tA: tiempo de operación según la curva A tL: tiempo de operación según la curva lenta to: tiempo de operación del relé tsp: tiempo de sobrepaso del relé (Tabla 6) tIR : tiempo del intervalo de recierre de R tREP: tiempo de reposición del relé (Fig. 27)
• EJEM EJEMPPLO N° 6: De Dete term rmiine si hay coordinaciónn entre el recloser y el relé de coordinació sobrecorriente en el sistema de la figura.
Caso C: Se ajustan los intervalos de recierre del recloser de tal forma de garantizar la reposición completa del relé, después de cada una de sus operaciones (rápidas o lentas). Cálculo de los Intervalos de Recierre: 1- t51(Ifmax) ≥ tlenta + ∆t 2- %VA =(tA +tSP) x 100/t51 3- IR ≥ %VA x t51/100 - Lue Luego go de ope operaci raciones ones ráp rápida idass 4- %VL= (tL + tSP) x 100/t51 5- IR ≥ %VL x t51/100 - Lue Luego go de oper operacio aciones nes len lentas tas
Seccio Sec cionali naliza zadore doress Aut Automá omátic ticos os de Lín Línea ea -Definición
-Características: * Operan en combinación con dispositivos de recierre * No tienen curvas tiempo-corriente * Abren con el circuito circuito desenergizado desenergizado * Pueden operar manualmente para interrumpir cargas
A-Corriente de Actuacción: Hidráulicos: Ima=160% de la corriente nominal (80% de la corriente de disparo) Electromagnéticos: Se ajusta al 80% de la corriente de disparo del recloser “Esto garantiza que si el recloser opera el seccio sec cional naliza izador dor cue cuenta nta”. ”. Ejemplo:
C-Tiempo de Memoria Tiempo durante el cual mantienen los conteos realizados. En los Seccionalizadores Hidráulicos es una función de la temperatura del aceite. -En los Electrónicos se puede ajustar. Se debe garantizar que el TTA sea menor que el tiempo de memoria del Seccionalizador.
B-Operación de Conteo y Conteos para Apertura Cuenta si la corriente supera la I ma y luego cae por debajo del 40% de la Ima Puede contar por: -Apertura del dispositivo de recierre -Por apertura de un fusible aguas abajo -Por carga fría o “INRUSH”. Se ajustan a un conteo menos que el número de operaciones del dispositivo protegido.
Factores de Aplicación:
1- VN > V LL (3Ø) VN > VL-t (1Ø pu pueestos a tierra) 2- Corri Corriente ente Moment Momentánea: ánea: La corriente corriente de corto corto tiempo para 1 y 10 segundos debe ser mayor que la corriente máxima simétrica de falla. 3- La Corrient Corrientee Nominal Nominal debe ser ser mayor mayor que que la corriente máxima carga. Depende del dispositivo protegido. 4- La Corrient Corrientee Mínima Mínima de Actua Actuación ción se se seleccion seleccionaa de acuerdo al dispositivos de respaldo.
Tipos: Monofásicos: Trifásicos: Noo deb N debee uti utiliz lizar arse se di disp spar aroo 1-Ф 1-Ф co conn sec secci cion onal aliz izad adore oress 3-Ф
Coordinación Recloser Hidráulico-Seccionalizador Hidráulico.
Se asegura la coordinación seleccionado dispositivos dispositi vos con igual corriente nominal. -No es necesario chequear el tiempo de memoria. -Se debe chequear la Corriente de Corto Tiempo
Coordinac Coord inación ión Recloser Recloser Elec Electrón trónico ico (o Relé Recloser) Recloser) con Seccio Sec cional naliza izador dor Hid Hidráu ráulic lico. o. -El tiempo de memoria depende de la temperatura del aceite. -Temperatura del aceite = f(Temp.Ambiente + Temp.Carga) La Fig. 33 da los valores máximos de TTA posible en función de la temperatura del aceite (TTA ( TTAMAX ) La tabla 7 da los valores de temperatura del aceite en función de la corriente de carga. REGLAS: 1° El TTA< TTAMAX 2° La sumatoria de los tiempos máximos de falla (para la Ifmin) debe ser menor o igual al 70% del TTA T TA MAX
-Para secuencia 1A-3L:
-Para secuencia 2A-2L:
ΣtMAX= 2 . tL(Ifmin L(Ifmin))
ΣtMAX= tA(Ifmim) + tL(Ifmin L(Ifmin))
EJEMPLO N° 7: Dadas las condiciones de temperatura ambiente y precarga, determine la coordinación entre el Seccionalizador y el Recloser de la figura
Coordinaci Coord inación ón Recl Recloser oser Elec Electróni trónico co - Secci Seccional onalizad izador or Elect Electrónic rónicoo - La Corriente Corriente Nominal Nominal del Secciona Seccionaliza lizador dor debe ser mayor mayor que la corriente máxima de carga. - La IMA debe ser igual al 80% de la corriente de disparo del dispositivo de recierre. - El Tiempo Tiempo de Memoria Memoria debe debe ser mayor mayor que el el TTA. Ejemplo N° 8:
Coordinac Coordi nació iónn Recl Reclose oserr – Se Secci ccion onali alizad zadoror- Fu Fusib sible le Método: 1º -Se coordi coordina na el Reclos Recloser er con el Fusibl Fusiblee 2º -Se coordina coordina el Reclos Recloser er con el Secciona Seccionaliza lizador dor Problema: Si se utiliza la secuencia 2A-2L, cuando se abre el fusible, se abre S y se pierde la selectividad.
• Soluciones: 1°: Utilizar la Secuencia 1A-2L
2°: Utilizar la Secuencia 2A-2L con S con restricción de voltaje
RELE DE SOBRECORRIENTE (50/51) Dispositivo que opera al detectar una corriente mayor o igual al valor de ajuste. El valor de ajuste es la corriente de arranque del relé ( Ipick-up). Característica de Operación: Los relés de sobrecorriente pueden ser: 1. In Inst stan antá táne neos os:: Cu Cuan ando do no se ti tieene un re retr tras asoo intencional en su tiempo de operación (50). 2. De ti tiem empo po De Defi fini nido do:: Cua Cuand ndoo el el tie tiem mpo es aju ajust staabl blee pero es independiente de la corriente (51). 3. De Ti Tiem empo po Inv nveerso (5 (51): cu cuand ndoo el el titiempo de de operación es inversamente proporcional a la corriente. Se distinguen tres tipos: de Tiempo Inverso, de Tiempo Muy Inverso y de Tiempo Extremadamente Inverso.
RELE DE SOBRECORRIENTE (50/51)
RELE DE SOBRECORRIENTE (50/51) • AJUSTES: Los relés de sobrecorriente tienen 3 ajustes: 1. La Corriente de Arranque (Ipickup): Se ajusta mediante la Toma (Tap) del relé. 2. El Ti Tiempo de de Op Operación: Se aj ajusta mediante el Dial de tiempo 3. La Cor orri rien ente te de Arr rraanqu quee de la Uni niddad Instantánea (I (Ipickup-50)
-Re Relé lé Reclo Reclose serr (7 (79) 9):: Es un dispositivo que convierte a un Interruptor de Potencia en un dispositivo automático de recierre, ordenando una o varias veces el cierre cierre del interru interruptor ptor una vez vez que éste ha sido sido disparado disparado por un relé re lé de prote protecc cció ión. n.
Coordinación Relé de Sobrecorriente con Fusible. Caso 1: Coordinación con fusible de la fuente Objetivo: El Interruptor debe completar su secuencia de operación sin causar daños al fusible.
Método: Sumar los tiempos de operación separados menos de 10 segundos y comparar con la curva de mínima fusión del fusible permitiendo un Factor de Coordinación de 0.5 para 0.5 para tomar en cuenta: Temperatura Ambiente, Pre-Carga, Pre-daño y el Efecto Acumulativo de Calor. Ejemplo:
Caso 2: Coordinación con Fusible de la Carga Caso 2.1: Si el relé no tiene tiene Unidad Instant Instantánea ánea (50), (50), la curva curva máxima de despeje del fusible debe ser, más rápida que la curva del relé. Normalmente se utiliza un intervalo de coordinación de 0.2 segundos.
Caso 2.2: Si hay Unidad Instantánea se debe cumplir: 1º Condición: tmf(Ifmax) ≥ (t50(Ifmax) + t52)/ F.C. 2º Condición: t51(Ifmax) ≥ tMD(Ifmax) + ∆t
Ejemplo N° 9: Determinar el Tamaño del Fusible (tipo K) y el Dial del Relé
TAREA N° 1
Prote Pr otecc cció iónn de Línea Líneass con Re Relé léss de Sobre Sobreco corr rrie iente nte:: Se ut util iliz izan an re relé léss de ti tiem empo po-i -inv nver erso so y re relé léss in inst stan antá táne neos os,, usa usand ndoo el método de Protección Coordinada. Definiciones: a) Coordinación: Proceso mediante el cual se ajustan lo loss re relé léss de tal tal fo forrma de que su operación sea secuencial y que la falla sea despejada por el relé más cercano cercano a ella, ella, causando causando el mínimo mínimo disturb disturbio. io. b) Ajustar un relé: Significa definir sus valores de operación, es decir: 1. Definir la corriente del arranque (Corriente Pick-Up) 2. Definir su tiempo de operación (Dial de Tiempo) 3. Definir el valor de la corriente de arranque de la unidad instantánea si la tiene.
Reglas Básicas de Coordinación
1. Si Siem empr pree que que se seaa pos posib ible le,, use use re relé léss co conn la la mis misma ma características de operación, cuando estén en serie. 2. Asegúres Asegúresee que el relé relé más alejado alejado de la fuente (Protector) tenga un ajuste de corriente de Pick-up menor,, en amperios menor amperios prima primarios, rios, que el relé que esta esta detrás de él (Protegido).
Proceso de Coordinación I- Da Dato toss Pr Prev evio ioss Antes de iniciar el proceso de coordinación debe tenerse la siguiente información: a. Diagrama unifilar del circuito con indicación de los dispositivos de protección y de los transformadores de medición y sus características. b. La impedancia (en ohmios, % o por la unidad) de los elementos del sistema. c. La corriente máxima y mínima de falla, tomando en cuenta las diferentes condiciones de operación. d. Corriente máxima de carga, máxima sobrecarga permitida y máximo desbalance en las fases.
Esquemas de Protección a. Circuito de Potencia a1.a1 .-Co Conn tr tres es re relé léss de fa fase se
a2-C a2 -Con on do doss re relé léss de fa fase se
b) Circuito de Control
II-Métodos de Coordinación A. Coordinación po por Tiempos B. Coordinación por Corrientes C. Coordinación Tiempo-Corriente
a- Co Coord ordina inació ciónn por por Tie Tiemp mpos: os:
b- Co Coord ordina inaci ción ón por por Corrie Corriente ntes: s:
c- Coo Coordina rdinación ción por Tiem Tiempo-C po-Corrie orriente nte
Ventajas • Redu Reduce ce el ti tiem empo po de op oper erac ació iónn y pe perm rmit itee protección de alta velocidad en grandes porciones de la línea protegida. • Perm Permit itee real realiz izar ar la co coor ordi dina naci ción ón de dell Rel Reléé protegido con el Relé protector usando el valor de ajuste de la unidad instantánea del protector y no con el nivel de falla en la barra, como cuando se usa sólo protección por tiempos.
Determinación de la Porción (n) de la Línea a Proteger Instantáneamente
• II = VS/(Zs +nZAB) • IB = VS/(Zs + ZAB) Luego: Ki = II/IB = (Zs + ZAB)/(Zs + n ZAB) (Zs +n ZAB) = (Zs + ZAB)/Ki n= (Zs + ZAB)/(ZAB.Ki) - Zs/ZAB n= (K (Kss + 1) 1)/K /Kii – Ks
n= [Ks(1-Ki) + 1]/Ki
El fac factor tor Ki de depe pende nde del del tipo tipo de de relé relé que se uti utili lice ce y establece la proporción mínima que debe existir entre II e IB para garantizar la operación correcta de la unidad tomando en cuenta el máximo error que se pueda presentar. En la práctica se utiliza: Ki = 1.1 pa para relés estáticos Ki = 1. 1.33 pa para ra re relé léss ele lect ctro rom mag agné néti tico coss Para: Par a: Ki = 1.3 n = (1 - 0.3 Ks) Ks)// 1.3 Ki = 1. 1.11 n = (1 - 0. 0.1Ks 1Ks)/1 )/1.1 .1 Si: IA / IB < Ki La unidad instantánea no es aplicable
III-Criterios para Coordinación a. Relación de los Transformadores de Corriente La relación debe seleccionarse de tal forma que: 1º Para la máxima condición de carga esperada, la corriente secundaria no sea mayor a la nominal (5A o 1A) In
≥
CORRIENTE CORRIENT E MAXIMA CARGA / NCT
2º Para la peor condición de la falla, en la ubicación u bicación del transformador, la corriente secundaria debe ser menor a 20 veces la corriente nominal. CORRIENTE MAXIMA DE FALLA / N CT < 20.In
b. Corriente de Arranque (pick-up) La corriente corriente de arranqu arranquee del relé debe ser mayor mayor o igual igual a dos veces la corriente de carga máxima y menor que la mínima condición de falla esperada en su zona de protecció prot ección. n. El relé bajo estudio estudio debe respald respaldar, ar, al menos, menos, todo el tramo tramo de línea línea de su relé prot protector ector para para garantiz garantizar ar protección de respaldo. 2x ICARGA ≤ IPU < Imí Imíni nima ma de fal falla la c. Tiempo de Operación El tiempo tiempo de operación operación del relé prot protegido egido,, para la corrient corrientee de coordinación, debe ser mayor o igual al tiempo de operación del protector para la corriente de coordinación, más el intervalo de coordinación ( ∆t)
t51A(Ifmax)
t
≥ 51B(Ifmax)
+ ∆t
Ejemplo N°10: Coordinar por tiempo y contra fallas de fase, el circuito de la la figur figura. a. Utili Utilice ce rel relés és COCO-8. 8. Toma Tomass dispo disponibl nibles es en el Relé CO-8: 4-5-6-7-8-10-12 NIVELES DE FALLA
S/E
CORRIENTE CORR IENTE DE FALLA 3F
2F
A
7840
4720
B
4500
3150
C
2600
1470
D
1395
790
Ejemplo N° 11: Coordinar por tiempo corriente y contra fallas de fase, el circuit cir cuitoo del del eje ejempl mploo ante anterior rior.. Util Utilice ice rel relés és COCO-88 con con unidad instantánea ajustable entre 20 y 80 A. Compare los resultados con los del ejemplo anterior.
V- Co Coor ordi dina naci ción ón con con Re Relé léss Di Dire recc ccio iona nale less Cuando la corriente de falla puede cambiar de sentido, en la ubicación de un relé, es necesario direccionar su operación. Cuando Cua ndo se se coordi coordina na con con rel relés és dir direcc eccion ionale ales, s, se debe debenn coordi coo rdinar nar entr entree si, los los rel relés és que tenga tengann igual igual direcc dirección ión de de disparo. A. Línea alimentada por ambos extremos.
B. Circuito Mallado
Ejemplo N° 12: Coordinar por tiempos y contra fallas de fase, el sistem sis temaa de de la la figur figura. a. Uti Utilic licee rel relés és CO CO-8. -8. El sis sistem temas as puede trabajar normalm normalmente ente con una una sóla gener generación. ación.
NIVELES DE FALLA A. Con G2 Fuera de Servicio S/E A B C D
If-3Φ 9840 5276 3174 2940
B. Con G1 Fuera de Servicio
If-2Φ 5650 4911 2869 2648
C. Con Ambos Generadores Operando S/E
If-3Φ
If-2Φ
B
9677
8957
D
3954
3515
S/E C B A D
If-3Φ 9840 4401 3170 2646
If-2Φ 5650 4046 2869 2375
Coordinación con Líneas Paralelas Análisis del caso:
EJERCICIO N° 1 • El Sist Sistem emaa de la la figur figuraa traba trabaja ja norm normalm alment entee con con el Inte Interru rrupt ptor or de enla enlace ce “E” “E” abierto. Si por alguna razón se desconecta uno de los generadores, se cierra “E” y se alimenta TODA la carga con el otro generador (nunca trabajan ambos generadores con “E” cerrado). Determine: a) ¿Cuáles relés deben ser direccionales? b) El ajuste de los relés para coordinación Tiempo-Corriente contra fallas de fase. Use relés CO-8 y Fusibles tipo T. Taps: 4, 5, 6, 7, 8, 10 y 12. Unidad Instantánea: 10-40 A
Coordinación de Relés de Tierra
• Los Los relé reléss de de tier tierra ra se se coor coordi dina nann sigu siguie iend ndoo el mismo procedimiento que para los relés de fase, pero utilizando los niveles de corto circuito para fallas a tierra. • La co corr rrie ient ntee de ar arra ranq nque ue de lo loss re relé léss se calcula en función del máximo desbalance permitido en el sistema IPU≥ % DESBALANCE MAXIMO
Coordinación de Relés de Tierra
• Cuan Cuando do en el ca cami mino no de co coor ordi dina naci ción ón ha hayy ∆–Y,, los relés del lado de transformadores ∆–Y la ∆, se coordinan en forma independiente independiente de los relés del lado de la Y
EJERCICIO N° 2 • Co Coor ordi dine ne por por Tie Tiemp mpoo-Co Corr rrie ient ntee el si sist stem emaa de la fig figur uraa utilizando relés CO-9 y fusibles tipo K. El máximo desbalance permitido es de 20 %. Taps relé 51: 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12. Taps relé 51N: 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5.
V-Protección Direccional de Tierra A. Polarización por Voltaje Se utiliza el voltaje de secuencia cero en la barra. 1. Circuito de Potencia
B.Polarización por Corrientes B.1-Transformador Estrella-Delta
B.2 Trans Transformad formador or Delta Delta - Estre Estrella lla
Aplicaciones Especiales con Relés Digitales
Aplicaciones Especiales con relés Digitales
Aplicaciones Especiales con Relés Digitales
TRANSFERENCIA AUTOMATICA DE CARGAS Para CARGAS CRITICAS: Hospitales, aeropuertos, suministro de agua, prisiones, centros comerciales, plantas industriales, etc. • 1. Es Esqu quem emaa de de Tran Transf sfer eren enci ciaa Aut Autom omát átic icaa de Ca Carg rga: a:
TRANSFERENCIA AUTOMATICA DE CARGAS Utiliza un Control Automático de Transferecia y dos Seccionadores Operados Eléctricamente. La carga está normalmente alimentada alimentada por la Fuente Normal, mediante el Seccionador Automático N° 1. El Seccionador N° 2 está normalmente abierto. Si por alguna razón se pierde la Fuente Normal, el Control de Transferencia detecta esta condición y ordena la apertura del Seccionador N° 1 y el Cierre del N° 2, alimentando la carga desde la Fuente Alterna. Al retornar el servicio a la Fuente Normal, el servicio es retransferido ya sea en forma automática o manual. La restauración puede ser de Transición Cerrada (retorno paralelo), en el cual la fuente cierra antes de que abra la alterna o de Transición Abierta, en el cual la Fuente Alterna se abre antes de que cierre la Normal.
TRANSFERENCIA AUTOMATICA DE CARGAS 2. Esquema de Transferencia de Cargas con Reconectadores. Utiliza Reconectadores equipados especialmente con control electrónico localizados, tanto en la fuente preferida como en la fuente alterna. -Transferencia de Carga con Retorno Manual
TRANSFERENCIA AUTOMATICA DE CARGAS • Explicacion: • R1 alim aliment entaa norm normal alme mente nte a la ca carg rgaa desd desdee la la fuen fuente te F1 (Fig. A). Al perderse la tensión en la fuente F1, R1 abre luego de un retardo de tiempo. R2, normalmente abierto, detecta la pérdida de voltaje en su lado de la carga y cierra despues de un retardo de tiempo mayor al de R1, restableciendo el servicio a la carga (Fig. B). Si Si en F2 no hay tensión, R2 no cierra. Al retornar el servicio en F1, la transferencia a la fuente preferencial se hace manualmente. Si las dos fuentes pueden trabajar en paralelo, R1 se puede programar para que qu e recierre automáticamente al retornar F1. R2 debe ser abierto manualmente.
TRANSFERENCIA AUTOMATICA DE CARGAS • Si ocu ocurr rree una una fall fallaa perm perman anen ente te en en el la lado do de de la car carga ga (Fi (Fig. g. C), R1 opera hasta Lock-Out. R2 detecta la pérdida de voltaje y, despues de un retardo de tiempo, R2 cierra sobre la falla y opera hasta Lock-Out. R2 se puede programar para sólo un disparo cuando cierre sobre una falla. Luego de que la falla es corregida, el retorno al servicio normal es manual.
TRANSFERENCIA AUTOMATICA DE CARGAS • Tr Tran ansf sfer eren enci ciaa de de Car Carga ga co conn Ret Retor orno no Au Auto tomá máti tico co
TRANSFERENCIA AUTOMATICA DE CARGAS • Este Este es esqu quem emaa es es sim simil ilar ar al an ante teri rior or,, per peroo los los Reconectadores deben estar suficientemente cerca para establecer un canal de comunicación entre ellos (Fig. A). Al perderse la fuente F1, R1 la detecta y se abre luego de un Retardo de Tiempo y envía una señal, vía canal de comunicación, ordenando a R2 cerrarse para restablecer el servicio (Fig. B). Si F2 no está en servicio R2 no cierra. Al retornar F1, el retorno puede ser de Transición Cerrada (Fig. C), donde R1 cierra antes de que R2 abra o de Transición Abierta donde R2 abre antes de que R1 cierre (Fig. D). Si ocurre una falla permanente en el lado de la carga, R1 hace todas sus operaciones y se abre (Lock-Out). R2 no cierra porque no recibe señal desde R1, debido a que éste detecta voltaje en F1. Cuando la falla es despejada el sistema se restablece cerrando R1.
SECCIONALIZACIÓN SECCIONALIZ ACIÓN DE ANILLOS • OBJETIVO: Incrementar la confiabilidad y mantener la continuidad de servicio al mayor número posible de clientes. • En un un esque esquema ma en anil anillo lo,, dos dos circ circuit uitos os de de dist distri ribuc bució iónn está estánn unido unidoss mediante un Reconectador normalmente abierto, de tal forma que si hay una interrupción en uno de ellos, la carga se transfiere temporalmente al otro. • Se Secc ccio iona nali liza zaci ción ón de An Anil illo loss con con Tres Tres Rec Recon onec ecta tado dore ress
SECCIONALIZACIÓN SECCIONALIZA CIÓN DE ANILLOS • R1 y R2 son son rec recone onect ctado adores res nor norma malm lment entee cerra cerrados dos y se se abre abren, n, lueg luegoo de un Retardo de Tiempo, al ocurrir una falla en cualquiera de sus respectivos circuitos de alimentación. R3, normalmente abierto, detecta la pérdida de tensión en cualquiera de sus lados y cierra luego de un retardo de tiempo mayor al de R1 y R2, restableciendo el servicio a la carga (Fig. A). Por ejemplo, si falla el circuito C1, tanto R1 como R3 detectan la pérdida de tensión. R1 se abre luego de un retardo de tiempo y R3 se cierra luego de un retardo mayor. Todas las cargas hasta R1 se alimentan desde C2 (Fig. B). El retorno a la condición normal, se hace manualmente.
SECCIONALIZACIÓN SECCIONALIZA CIÓN DE ANILLOS • Si ocur ocurre re una una fa fall llaa perm permane anent ntee en el la lado do de de la la carga carga de R1, R1, R1 R1 hace hace todas sus operaciones hasta abrirse en forma permanente (Lock-Out). R3 detecta la ausencia de voltaje y cierra sobre la falla. R3 hace sus operaciones y también se abre despejando la falla. R3 se puede programar para realizar un sólo disparo cuando cierra sobre una falla. Fig. (C)
SECCIONALIZACIÓN SECCIONALIZA CIÓN DE ANILLOS • Esquem Esquemaa con Ci Cinco nco Rec Recone onect ctado adores res:: Cada Cada circu circuit itoo de dist distri ribuc bució iónn se divi divide de en dos secciones con igual carga, mediante reconectadores normalmente cerrados. Los circuitos se conectan mediante un reconectador de enlace normalmente normalm ente abierto.Los abierto.Los reconectadores reconectadores se ajustan ajustan para aislar aislar la sección que tenga una falla permanente y transferir la sección sana al circuito adyacente.
SECCIONALIZACIÓN SECCIONALIZ ACIÓN DE ANILLOS • R1 y R2 son rec recone onecta ctador dores es Nor Norma malm lment entee Cerr Cerrado ados. s. Se abr abren, en, luego de un retardo de tiempo cuando se pierde el Voltaje de alimentación. • R3 y R4 R4 tambi también én est están án Nor Norma malm lmen ente te Cer Cerra rado dos. s. Sin Sin emb embar argo go,, cuando se pierde el voltaje de alimentación y luego de un retardo de tiempo mayor al de R1 y R2, ellos cambian su corriente de disparo y el número opcional de disparos a Lock-Out. • R5 R5,, Norm Normal alme ment ntee Abie Abiert rto, o, se se cier cierra ra lue luego go de de la pé pérd rdid idaa de voltaje en cualquiera de sus lados, después de un retardo de tiempo mayor que el de R3 y R4. • Por eje ejemp mplo: lo: Si se se pier pierde de el el volta voltaje je en en C1, C1, R1, R1, R3 R3 y R5 sens sensan an la la pérdida de tensión y, si el voltaje no retorna dentro del retardo de tiempo seleccionado, R1 abre; R3 cambia su corriente de disparo de 560 A a 280 A y su número de Disparos para Lock-Out a uno, para coordinar con R5 (Fig. B)
SECCIONALIZACIÓN SECCIONALIZA CIÓN DE ANILLOS
SECCIONALIZACIÓN SECCIONALIZA CIÓN DE ANILLOS • Si ocur ocurre re una una fa fall llaa perm permane anent ntee F1, F1, R1 ope opera ra a Loc Lock-O k-Out. ut. R3 y R5 sens sensan an la pérdida de voltaje. R3, después de su retardo de tiempo, cambia su corriente de disparo a 280 A y sus operaciones a “uno”. Después de su retardo de tiempo (más largo que el de R3), R5 cierra sobre la falla y R3 opera a Lock-Out. La falla se despeja pero se mantiene el servicio a tres cuarta partes del anillo (Fig. C).
SECCIONALIZACIÓN SECCIONALIZ ACIÓN DE ANILLOS • Esqu Esquem emaa en el el cual cual la la Fall Fallaa F1 ha ha sido sido ais aisla lada da y el ser servi vici cioo restablecido en ¾ partes del anillo (Fig. D).
SECCIONALIZACIÓN SECCIONALIZ ACIÓN DE ANILLOS • Si ocur ocurre re una una fal falla la per perma manen nente te en en F2, F2, R3 la la dete detect ctaa y ope opera ra hast hastaa LockLock-Out Out.. Entonces R5 sensa sensa la pérdida pérdida de voltaje voltaje y luego luego de su retardo retardo de tiem tiempo po cierra sobre la falla y opera a Lock-Out. La falla es ailada y se mantiene el servicio en ¾ del anillo (Fig. E)
SECCIONALIZACIÓN SECCIONALIZA CIÓN DE ANILLOS
Reconectadores ores y dos Seccionalizadores. Seccionalizadores. • Esquema con Tres Reconectad • Se uti utili liza za ccuan uando do no no es pos posibl iblee coor coordin dinar ar con con cin cinco co rec recone onect ctado adore res. s. • R1 y R2 está estánn No Norm rmal alme mente nte Ce Cerra rrados dos y ab abre ren, n, lueg luegoo de un reta retard rdoo de tie tiemp mpo, o, cuando pierden el voltaje de alimentación. S1 y S2 están normalmente cerrados y están equipados con Restricción de Voltaje. Se ajustan a “un Conteo” y su corriente de mínima actuación se coordina con R3. R3 está Normalmente Abierto y cierra cuando se pierde el voltaje en cualquiera de sus lados. Su retardo de tiempo es mayor al de R1 y R2 (Fig. A).
SECCIONALIZACIÓN SECCIONALIZA CIÓN DE ANILLOS • Si ocur ocurre re una una fa fall llaa perm permane anent ntee en F1 (Fi (Fig. g. B). B). R1 R1 opera opera dos vec veces es y abre (Lock-Out). R3 sensa la pérdida de tensión y luego de su Retardo de Tiempo cierra cierra sobre la falla. falla. Durante la la primera operación de R3, S1 cuenta y abre aislando la falla, entonces R3 cierra sobre la línea sana y se restablece el servicio a ¾ del anillo. S2 sensa la falla durante las operaciones de R3 pero no cuenta debido a su restricción restricción de voltaje.
SECCIONALIZACIÓN SECCIONALIZA CIÓN DE ANILLOS • Si ocur ocurre re una una fal falla la perm permane anent ntee F2, F2, tant tantoo S1 com comoo R1 sens sensaa la fal falla. la. R1 opera y durante su primer disparo S2 cuenta y abre y R1 cierra sobre la línea sana. R3 sesnsa la pérdida de vvoltaje en el lado de S1 y cierra sobre la falla. R3 opera a Lock-Out y aisla la falla. S2 no cuenta por su restricción de voltaje. El servicio se mantiene en ¾ del anillo (Fig. C).
TAREA N° 2
