Protecciones en Power Factory DIgSILENT Alejandro Ramirez Benites Especialista en Estudios Eléctricos
1) Contenido
Objetivos
Introducción a los sistemas de protección
Equipos asociados a sistemas de protección
Conceptos básicos de relés de protección
Protección de sobrecorriente
Protección de distancia
Criterios de protección para el SEIN
1) Contenido
Objetivos
Introducción a los sistemas de protección
Equipos asociados a sistemas de protección
Conceptos básicos de relés de protección
Protección de sobrecorriente
Protección de distancia
Criterios de protección para el SEIN
2) Objetivos
Brindar información básica acerca del sistema de protección asociado a los sistemas de potencia Capacitar a los presentes en el uso del modulo de protecciones del Power Factory DIgSILENT
3) Introducción protección
a
los
sistemas
de
Origen de fallas Los sistemas eléctricos se encuentran operando en condiciones de estado estaciona onario y están sujetas a pert erturba urbac ciones producidas por diversas causas. Las perturbaciones perturbaciones producen cambios en las variables variables eléctricas del sistema eléctrico. Estas se pueden originar por condiciones climátic climáticas, as, medio medio ambient ambiente, e, animales animales,, tercer terceros, os, propias propias de la red, entre otros.
3) Introducción protección Tipos de fallas
Monofásicas a tierra
Bifásico a tierra
Bifásico entre líneas
Trifásico entre líneas
Trifásico a tierra
a
los
sistemas
de
3) Introducción protección Tipos de fallas
a
los
sistemas
de
3) Introducción protección
a
los
sistemas
de
L232IR/kA
0,5 0,0
Tipos de fallas
-0,5
-0,05
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
-0,05
0,00
0,05
0,10
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-0,05
0,00
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0,00
0,05
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0,40
t/s
-1,0
L232IS/kA 0,5 0,0 -0,5
t/s
-1,0
L232IT/kA 0,5 0,0 -0,5
t/s
-1,0
L232IN/kA 0,5 0,0 -0,5
t/s
-1,0
L232VR/KV 100 0 -100
t/s
-200
L232VS/KV 100 0 -100
t/s
3) Introducción protección Tecnología de relés
a
los
sistemas
de
3) Introducción protección
a
los
sistemas
Factores de desempeño del sistema de protecciones
Confiabilidad
Velocidad
Sensibilidad
Selectividad
Simplicidad Economía
de
3) Introducción protección
a
los
sistemas
Factores de desempeño del sistema de protecciones “La protección
es arte y ciencia”
Confiabilidad
de
3) Introducción protección
a
los
sistemas
Factores de desempeño del sistema de protecciones
de
3) Introducción protección
a
los
sistemas
Factores de desempeño del sistema de protecciones
de
3) Introducción protección
a
Daño en equipamiento eléctrico
los
sistemas
de
3) Introducción protección
a
Daño en equipamiento eléctrico
los
sistemas
de
3) Introducción protección
a
Daño en equipamiento eléctrico
los
sistemas
de
3) Introducción protección
a
los
sistemas
de
Zonas de protección
El sistema eléctrico se divide en zonas de protección La protección debe aislar la zona fallada ó el equipo fallado (selectividad)
3) Introducción protección
a
los
sistemas
Zonas de protección Protección de barra Protección de barra
Protección de línea Protección de Generador y transformador
Protección de Generador
de
3) Introducción protección
a
los
sistemas
Costo
Relés, paneles, cableado
Estudios de coordinación
Pruebas y puesta en servicio
TCs y TTs
Costos de operación, mantenimiento y reparación
de
3) Introducción protección
a
los
sistemas
de
Tipos de protección Fusibles Usados en redes de baja transformadores de distribución
tensión,
Sobrecorriente de fases y tierra Usado en todos los sistemas eléctricos Pueden ser direccionales ó no direccionales
alimentadores
y
3) Introducción protección
a
los
sistemas
de
Tipos de protección Diferencial Líneas de transmisión, barras, transformadores de potencia, generadores, entre otros. Distancia Líneas de transmisión y subtransmisión, alimentadores, como respaldo de transformadores y generadores
3) Introducción protección Tipos de protección Otros Frecuencia Tensión Sobrecarga Recierre
a
los
sistemas
de
3) Introducción protección
a
los
sistemas
Tipos de protección Protecciones sistémicas Rechazo de carga por mínima frecuencia Rechazo de generación por sobre frecuencia Sobretensión
de
3) Introducción protección Códigos ANSI 21: Relé de distancia 25: Relé de sincronismo 27: Relé de mínima tensión 30: anunciador 32: Relé direccional de potencia 37: Mínima potencia y mínima corriente 46: relé de secuencia negativa 49: relé térmico 50: Relé de sobrecorriente instantaneo 51: Relé de sobrecorriente temporizado 50/51N : Relé de sobrecorriente de tierra (inst, temp) 50BF: Relé de falla interruptor 52: Interruptor
a
los
sistemas
de
3) Introducción protección
a
Códigos ANSI 64: Relé de falla a tierra (Tensión homopolar) 67/67N: Relé direccional de fases/tierra 79: Relé de recierre 81: Relé de frecuencia 85: Relé de envío y recepción 86: Relé de bloqueo y disparo 87: Relé diferencial 87T: Diferencial de transformador 87B: Diferencial de barra 87G: Diferencial de generador
los
sistemas
de
3) Equipos asociados a sistemas de protección Los transformadores de corriente (TC) y los transformadores de tensión (TT) constituyen elementos esenciales de los sistemas de protección, de modo que la exactitud con que reproduzcan la corriente y tensión primaria es determinante para lograr una actuación adecuada del sistema de protección.
3) Equipos asociados a sistemas de protección Transductor : Transforma la corriente ó tensión de niveles valores primarios a secundarios. Relé : Encargado de procesar la información del transductor y determinar una condición de falla ó anormal Interruptor : Encargado de aislar el circuito fallado Fuente DC: Alimentación del relé y circuitos de mando del interruptor INTERRUPTOR
TRANSDUCTOR (TC ó TT)
3) Equipos asociados a sistemas de protección Transformador de corriente IEC 60044 Instrument transformers IEC 60044-1 Current transformers IEC 60044-6 Requirements for protective current transformers for transient performance IEEE Std C57.13 IEEE Standard Requirements for Instrument transformers
3) Equipos asociados a sistemas de protección
3) Equipos asociados a sistemas de protección Corriente primaria en falla detectada por TC en saturación
3) Equipos asociados a sistemas de protección Transformador de corriente (devanado de protección) 30 VA -
5 P 20
Potencia: 30 VA 5: Exactitud o error P: Devanado de protección 20: Factor de corriente (20 veces la corriente nominal primaria)
3) Equipos asociados a sistemas de protección Transformador de tensión
3) Equipos asociados a sistemas de protección Transformador de tensión
3) Equipos asociados a sistemas de protección Interruptor de potencia
4) Conceptos protección
básicos
de
relés
de
Relés Son equipos electromecánicos, de estado solido (estáticos) o basados en microprocesadores (digital/numérico) usados en el sistema de potencia para detectar condiciones anormales o inseguras y tomar las acciones correctivas. Reciben la información de los transformadores de tensión y corriente con los cuales son capaces de discriminar entre una condición normal y anormal. Cuando el relé detecta una condición anormal inicia su acción (“opera”), generalmente a través de contactos que se cierran o se abren y que, en forma directa o indirecta, habilitan los circuitos de
4) Conceptos protección
básicos
de
relés
de
Relés Localizar rápidamente la falla y abrir el interruptor correspondiente para interrumpir la corriente que fluye dentro del elemento fallado, con el objetivo de minimizar los daños del equipo fallado y minimizar los efectos negativos al sistema eléctrico de potencia.
4) Conceptos protección
básicos
de
relés
de
4) Conceptos protección Conexión de relé
básicos
de
relés
de
4) Conceptos protección Conexión de relé
básicos
de
relés
de
5) Protección de sobrecorriente Fusibles de distribución Es el tipo mas usado
Cuando se funde se produce un arco
El tubo de expulsión emite gases desionizantes
Los gases son expulsados del tubo y
la corriente es interrumpida por cero
5) Protección de sobrecorriente Fusibles de distribución
5) Protección de sobrecorriente Fusibles de distribución
5) Protección de sobrecorriente Relé electromecánico
5) Protección de sobrecorriente Características IEC y ANSI
5) Protección de sobrecorriente Características IEC y ANSI
5) Protección de sobrecorriente Ajuste de un relé de sobrecorriente Determinar la mínima corriente de operación del relé ó Recloser (pickup ó arranque) Para fases 1. Ajustar al 50% ó menos de la mínima corriente de falla en el extremo remoto del elemento protegido. 2. Verificar que sea mayor al 200% de la máxima corriente de carga del elemento protegido. 3. Ajustar el elemento instantáneo (100ms) El valor de ajuste tiene que ser menor que la corriente máxima de fallas local pero mayor que 1.25 veces la máxima corriente en la ubicación del primer equipos de
5) Protección de sobrecorriente Ajuste de un relé de sobrecorriente Determinar la mínima corriente de operación del relé ó Recloser (pickup ó arranque) Para tierra 1. Ajustar al 50% ó menos de la mínima corriente de falla monofásica en el extremo remoto del elemento protegido. 2. Ajustar al 33% o menos de la máxima corriente de carga. 3. Ajustar el elemento instantáneo (100ms) El valor de ajuste tiene que ser menor que la corriente máxima de fallas local pero mayor que 1.25 veces la máxima corriente en la ubicación del primer equipos de protección aguas abajo.
6) Protección de distancia Principio de operación Z = cte
Se basa en el principio de medición de la impedancia R1
La impedancia esta relacionada con la ubicación de la falla
Irelé Zfuente
Zlínea
Falla V
Z Re lé
V Re lé I Re lé
Z Falla
6) Protección de distancia Principio de operación Z Re lé
V Re lé I Re lé
Z Falla
R jX Rlínea jX línea R Falla
X
(R línea; Xlínea) (R línea + R falla +; Xlínea)
R
6) Protección de distancia Principio de operación X
X
R
R
Mho
X
Offset Mho
X
R
Cuadrilateral
R
Lenticular
6) Protección de distancia Errores de medida
Cálculo de ko
Efecto infeed
Resistencia de arco
Acoplamiento mutuo
6) Protección de distancia Factor de compensación Ko Va = V1 + V2 + V0 V1 = I1 Zl1 + V1f V2 = I2 ZI1 + V2f V0 = I0 Zl0 + V0f Va = I1 Zl1+ I2 Zl1+ I0 Zl0 +(V1f+V2f+V0f) V1f + V2f+ V0f = 0 (punto de falla) Va = Zl1 (I1+I2) + Io Zl0 Ke = (Zo – Z1)/(3Zl1) Va = Zl1 (I1 + I2 + Io) + Io(Zl0-Zl1) Va = Zl1 Ia + 3Io Ke Zl1 Zl1 = Va /(Ia + Ie Ke) Si Ia = Ie
6) Protección de distancia Efecto infeed
V1 = I1*Z1 + I2*Z2 Z APARENTE APARENTE = V1 / I1 = Z1 + Z2 * (I2 / I1) K = (I2 / I1): Factor "Infeed"
6) Protección de distancia Resistencia de falla
6) Protección de distancia Efecto de la carga: subalcance y sobrealcance
6) Protección de distancia Efecto de la impedancia mutua
6) Protección de distancia Efecto de la impedancia mutua
6) Protección de distancia Efecto de la impedancia mutua
6) Protección de distancia Efecto de la impedancia mutua
6) Protección de distancia Efecto de la impedancia mutua
7) Criterios de coordinación en el SEIN Líneas radiales con transformador al final de la línea
7) Criterios de coordinación en el SEIN Líneas de interconexiones medianas o largas de simple o doble terna
7) Criterios de coordinación en el SEIN Esquemas de protección
7) Criterios de coordinación en el SEIN Esquemas de protección
7) Criterios de coordinación en el SEIN Esquemas de protección
7) Criterios de coordinación en el SEIN Esquemas de protección
7) Criterios de coordinación en el SEIN Esquemas de protección
7) Criterios de coordinación en el SEIN Esquemas de protección
7) Criterios de coordinación en el SEIN Esquemas de protección
7) Criterios de coordinación en el SEIN Esquemas de protección
7) Criterios de coordinación en el SEIN Esquemas de protección
7) Criterios de coordinación en el SEIN Esquemas de protección
7) Criterios de coordinación en el SEIN Esquemas de protección
7) Criterios de coordinación en el SEIN Esquemas de protección
7) Criterios de coordinación en el SEIN Esquemas de protección
7) Criterios de coordinación en el SEIN Esquemas de protección
7) Criterios de coordinación en el SEIN Esquemas de protección
7) Criterios de coordinación en el SEIN Esquemas de protección
8) Bibliografía
Curso de protecciones en sistemas de potencia – Ing. Yofre Jacome D.
Curso de protecciones en sistemas de potencia – Ing. Humberto Galoc M.
Curso de análisis de fallas – Ing. Humberto Galoc M.
Curso de protecciones de sistemas de potencia – Msc. Efrain Paucar
Curso de protecciones – SEL
Procedimiento N° 20 – COES
Criterios de ajustes y coordinación de protecciones – COES
Requisitos mínimos de protección – COES
Actualización del estudio de coordinación de protecciones del SEIN – 2014
