distribucion neplan

PROTECCIONES DE SISTEMAS DE POTENCIA

COORDINACIÓN DE PROTECCIONES DE REDES DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA UTILIZANDO SOFWARE NEPLAN 5.24

ALEJANDRO MONTOYA OSORIO [email protected] COD 4514639

PRESENTADO A: Ing. RICARDO ALBERTO HINCAPIÉ ISASZA

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA 2009

INTRODUCCION Se evaluara un sistema de distribución utilizando la herramienta NEPLAN 5.24, se aplicara la coordinación de protecciones de sobrecorriente en este caso FUSIBLES al sistema de distribución aplicando los conceptos teóricos necesarios, los fusibles que son utilizados son los fusibles tipo NH, debido a que en la librería de NEPLAN 5.24 versión demo solo se encuentran de este tipo. Es necesario comprar el software y solicitar la librería completa de protecciones de sobrecorriente.

1. MONTAJE DEL SISTEMA

ELEMENTO 1 EQUIVALENTE DE RED

PARAMETROS

ELEMENTO 2 TRASFORMADOR DE SUBESTACIÓN T1

PARAMETROS

ELEMENTO 3 LINEA DE DISTRIBUCIÓN L1

PARÁMETROS


PARÁMETROS

ELEMENTO 5 TRASFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN T2

PARÁMETROS

ELEMENTO 6 CARGA C1

PARÁMETROS


PARÁMETROS

ELEMENTO 8 TRASFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN T3

PARÁMETROS

ELEMENTO 10 CARGA C2

PARÁMETROS

2. COORDINACIÓN DE FUSIBLES TIPO NH “FUSIBLES DE ALTA CAPACIDAD DE RUPTURA” GENERALIDADES Los fusibles de alta capacidad de ruptura, normalmente conocidos como cartuchos fusibles NH para baja tensión hasta 550 V, son elementos de protección de componentes e instalaciones eléctricas contra elevadas corrientes de cortocircuito. Su efecto limitador de corrientes de cortocircuito evita la aparición de elevados esfuerzos electromecánicos y térmicos en elementos que compongan instalaciones, ya sean: conductores, contactores, interruptores, seccionadores, etc. Además, su comportamiento selectivo permite su uso en redes radiales o en redes malladas donde la máxima intensidad de cortocircuito parcial llegue hasta un 76% de la intensidad de cortocircuito total. También se los puede usar eficazmente en circuitos con alimentadores de diferentes capacidades. Fusible tipo NH - Característica gL / gI Se fabrican en los tamaños 00 -1-2 -3 -4ª para corrientes desde 2 A hasta 1250 A, tensión nominal 500 V y capacidad de ruptura de 120 KA. Todos los fusibles de alta capacidad de ruptura del tipo NH, y sus correspondientes bases portafusibles, están fabricados bajo las prescripciones que fijan las normas VDE0636 e IEC 269.

CARACTERÍSTICA TIEMPO CORRIENTE

CORRIENTE NOMINAL DE LOS DISTINTOS TAMAÑOS DE FUSIBLE

CARACTERÍSTICAS

I2T.

Se establecen las características I 2T con el objeto de garantizar la selectividad en la relación 1,6 en la zona de funcionamiento correspondiente a los tiempos de prearco cortos.

IEC 60269 2.1 LOW VOLTAGE FUSES SUPPLEMETARY REQUIREMENTS FOR FUSES

3. CALCULO DE CORTOCIRCUITO EN NEPLAN

Estos son los datos de la simulación de un cortocircuito trifásico en cada uno de los nodos del sistema

4. FALLA TRIFASICA EN EL NODO 5 Para la coordinación de los fusibles tipo NH es necesario el cálculo de las corrientes nominales de los alimentadores:

InomF1

0.6MVA 34.64A 3*10KV

Según la corriente nominal para el alimentador tomamos un fisible cercano a este valor En este caso se seleccionó el fusible 35A NH

Para seleccionar el fusible damos doble clic en la figura del fusible, en la opción parámetro damos clic a característica y en característica damos clic a la pestaña technical data, luego damos clic en el recuadro y buscamos la librería de fusibles en este caso se encuentra en la siguiente dirección del PC C:\Archivos de programa\Neplan5\Lib\NH-Sich.sd3, luego seleccionamos el tipo de fusible dando clic en el recuadro siguiente y seleccionamos el fusible 35 A NH, damos aceptar

Por consiguiente se realiza una simulación de cortocircuito para ver el funcionamiento del fusible de manera grafica. Estos son los parámetros para la simulación de una falla trifásica

Desplegamos el menú como se muestra en la figura anterior, damos clic en cortocircuito Luego damos clic en el recuadro

parámetros de cortocircuito y vemos lo siguiente:

Para poder apreciar gráficamente el cortocircuito trifásico en la característica del fusible NH 35 A, este caso en el NODO 5 se debe ingresar en la opción el número de nodos

Presentes en el sistema en este caso 8. Nota: EL COLOR AMARILLO DEL NODO 5 INDICA QUE ESTA EN FALLA

Luego vamos a la pestaña nodos bajo falla y seleccionamos el nodo adyacente al fusible en este caso el NODO 5 veamos

Damos clic en el recuadro

calcular, para ver los resultados de corto circuito en el

NODO 5 damos clic en el recuadro

tabla de resultados

El resultad nos muestra el tiempo de disparo del fusible en este caso 0,053s y la corriente de cortocircuito 0,436KA. Se observa en la siguiente grafica la característica de operación del fusible NH 35 A

Podemos observar en el grafico la curva de tiempo vs corriente mínimo y máximo y la corriente de corto circuito, que nos indica que el fusible opera de manera correcta

Para la coordinación del fusible hacia la fuente se debe tener en cuenta el concepto de selectividad del sistema de protecciones, para esto la corriente nominal del fusible protector hacia la fuente debe ser 160 % mayor o igual a la corriente del fusible protegido hacia la carga

I nomhacialaFUENTE  1.6* I nomhacialaCARGA

InomhacialaFUENTE 1.6* InomhacialaCARGA Para fusible F2 se tiene

I n o m F 2  1 .6 * 3 4 .6 A  5 5 .3 6 A

Según la corriente nominal calculada se selecciona un fusible preferiblemente un valor mayor en este caso el fusible seleccionado es 63 A NH

Se realizan los mismos análisis en NEPLAN en el NODO5

Observamos en este caso que el fusible que opera en la falla trifásica del NODO 5 es el fusible F1 obsérvese el diagrama de selectividad.

El tiempo de operación de F1 es 0.05s menor que el tiempo del fusible F2 de 19s. Se concluye que para una falla en el NODO 5 hay selectividad. 5. FALLA TRIFASICA EN EL NODO 4 También se analiza una falla en el NODO 4 esto arroja un problema este problema nos indica que el análisis teórico no es suficiente para la selección del fusible F2 Observando gráficamente

Nota: color amarillo del nodo indica que esta en falla En le diagrama de característica del fusible se aprecia que la corriente de cortocircuito en el NODO 4 queda por fuera de la característica del fusible NH 63 A, esto indica que se debe aumentar el valor del fusible 1.6 veces el valor de 63 A esto da como resultado 100.8 A por lo tanto se selecciona otro fusible que este en este rango en este caso se seleccionó el fusible 125 A NH

Observando el diagrama de la característica del fusible F2 para su nuevo valor tenemos

Se concluye que el fusible NH 125 A proporciona la protección necesaria en caso de una falla en el NODO 4 y 5

6. FALLA TRIFASICA EN EL NODO 8

COORDINACIÓN DE PROTECCIÓN FUSIBLE F3 Para la coordinación del fusible F3 es necesario el cálculo de la corriente nominal del alimentador:

InomF3

2.1MVA 121.24A 3*10KV

Se escoge el fusible NH 160 A, se muestra el análisis de cortocircuito:

El tiempo de operación del fusible es 2.51s con una corriente de cortocircuito de 0.907KA

Se observa la característica de operación del fusible NH 160 A:

Aplicando el concepto de selectividad se calcula la corriente nominal de fusible F4 se escoge el fusible:

I n o m F 4  1 .6 * 1 2 1 .2 4 A  1 9 3 .9 8 A El fusible seleccionado es 224 A NH Observar diagrama de selectividad de los fusibles F3 y F4 cuando ocurre una falla en el NODO 8:

Para un cortocircuito en el NODO 8 su característica de selectividad tiempo corriente mínima queda traslapada con la característica de selectividad tiempo corriente máxima del fusible F3 obsérvese el diagrama de selectividad, recomendaría aplicar el 160% al valor I nominal del fusible F3 160 A NH

I n o m F 4  1 .6 * 1 6 0 A  2 5 6 A El fusible en este caso fue 315 A NH observemos el diagrama de selectividad

7. FALLA TRIFÁSICA EN EL NODO 7

En este caso no es necesario replantear el valor de fusible observar la característica del fusible F4:

8. SELECCIÓN DEL FUSIBLE F5 Se aplica el factor de escalamiento 1.6 a la corriente nominal de F4 se tiene:

I n o m F 5  1 .6 * 2 5 6 A  4 0 9 .6 A El fusible seleccionado es 500 A NH, observar la característica del fusible F5:

Garantiza selectividad

9. SEGÚN FALLA TRIFÁSICA EN EL NODO 7 SE TIENE LOS SIGUIENTES RESULTADOS

Observando los datos se garantiza selectividad, queda comprobado observando el diagrama de selectividad:


Observando los datos se garantiza selectividad, queda comprobado observando el diagrama de selectividad:


Observando la característica de selectividad y los datos arrojados vemos que el tiempo de operación del fusible 500 A NH es de 48,6s muy grade para eliminar el arco producido por la falla. Si se trabaja para el cálculo con la primera corriente determinada para el fusible F4 tenemos InomF 5  1.6*193.98  310.3 A

Se reduce el tiempo de operación del fusible considerablemente en 7.93s para F5 si seleccionamos el fusible 355 A NH

12. SEGÚN FALLA TRIFÁSICA EN EL NODO 8 Y EL CAMBIO DEL FUSIBLE 5 SE TIENE LOS SIGUIENTES RESULTADOS

Observando los datos se garantiza selectividad entre F3 y F4 , se traslapan los gráficos de los fusibles F4 y F5

13. FALLA TRIFÁSICA EN EL NODO 3

Se calcula la corriente nominal para F6 teniendo en cuenta Inom F5 e Inom F2:

InomF6InomF2InomF5 InomF6125A315A440A El fusible es 500 A NH

Tiempo de operación 48s corriente de cortocircuito 1.6KA

Observar característica del fusible:

Garantiza la protección del sistema

14. SEGÚN FALLA TRIFÁSICA EN EL NODO 8 CON TODOS LOS FUSIBLES COORDIANDOS, SE TIENE LOS SIGUIENTES RESULTADOS

Diagrama de selectividad

Se observa que para una falla en N8 actúa F3 aislando el nodo bajo falla

15. SEGÚN FALLA TRIFÁSICA EN EL NODO 5 CON TODOS LOS FUSIBLES COORDIANDOS,SE TIENE LOS SIGUIENTES RESULTADOS

Diagrama de selectividad

Se observa que para una falla en N5 actúa F1 aislando el nodo bajo falla

CONCLUSIONES  Es necesario hacer un estudio más detallado teniendo la librería completa del software NEPLAN  Los gráficos mejoran la toma de decisiones que garantizar la selectividad del sistema  Se precisa mejorar el estudio de la coordinación de los fusibles tipo NH ya que se presentaron dudas al momento de elegir los fusibles en los diferentes analisis

BIBLIOGRAFIA

[http://www.sertec.com.py/telergia/telergia/informaciones/fusibles_nh.html]

[Instalaciones Eléctricas 7 Protección Contra Sobre-Corriente y ... Formato de archivo: Microsoft Word - Versión en HTML Instalaciones Eléctricas. 7 Protección Contra Sobre-Corriente y Puesta a Tierra. 7.1 Protección Contra Sobre Corriente. Introducción. ... lc.fie.umich.mx/~jorgeahb/Semestre%2008-09/Instalaciones/.../07%20.doc]

ANEXOS FUSIBLES NH El cortacircuito fusible, o simplemente fusible, fue el primer elemento de protección que se inventó en los albores de la electrotecnia, y aún continua siendo adoptado en las instalaciones eléctricas modernas. Básicamente está formado por una lámina o alambre calibrado, que se denomina elemento fusible, contenido en un cartucho fusible removible y emplazado en una base o soporte portafusible, que lo permite conectar en serie con el circuito a proteger. El elemento fusible se construye de manera que tenga un punto de fusión menor que los conductores de la instalación protegida, y habitualmente se disponen varios sectores más estrechos, en los que se obtiene una mayor densidad de corriente. Por lo tanto, cuando circula una sobrecorriente determinada, el calor generado por efecto Joule funde los estrechamientos del elemento e interrumpe el circuito. Una vez eliminada la causa de la sobrecorriente, para reponer el circuito debe instalarse un elemento fusible nuevo. La construcción de los fusibles comprende una gran variedad de modelos, con distintos tamaños, formas y métodos de montaje; y para ser utilizados con diferentes gamas de tensión, corriente y tiempos de actuación. Así hay fusibles con montaje a rosca, a cuchilla o cilíndricos; hay fusibles de acción rápida o retardada; hay fusibles de alta capacidad de ruptura, etcétera. En ciertos casos, se fabrican en distintos tamaños, para evitar la instalación errónea de fusibles de características diferentes a las necesarias. Además, en algunos modelos se dispone una base portafusible diseñada para operar como seccionador en vacio o bajo carga, maniobrando simultáneamente los fusibles de las distintas fases. En este artículo nos ocuparemos específicamente de los cortacircuitos fusibles tipo NH. Los mismos son para uso industrial, del tipo a cuchillas, de baja tensión y alta capacidad de ruptura (ACR); empleándose para proteger redes de cables, instalaciones industriales, de distribución u otras similares con elevadas corrientes de cortocircuito y que sólo son operadas por personal capacitado. Por ejemplo, en las instalaciones domiciliarias pueden utilizarse en los tableros principales de edificios, en conjunto con los contactores de los diversos motores o en seccionadores bajo carga. Estos fusibles se ejecutan en una gama que abarca desde los 6 hasta los 1250 A. La tensión de trabajo máxima es de 500 Vca y 440 Vcc. A tensiones mayores se pueden utilizar fusibles NH especiales, para 1200 V. Como el sistema NH está concebido para ser operado por personal calificado, no se exige la protección contra contactos accidentales con partes bajo tensión, y asimismo la norma permite que se solapen los

tamaños de los mismos para algunas intensidades nominales. Hay cinco tamaños constructivos que abarcan distintos rangos de intensidades nominales: Tamaño 00, de 6 a 160 A; Tamaño 1, de 36 a 250 A; Tamaño 2, de 200 a 400 A; Tamaño 3, de 500 a 630 A y Tamaño 4, de 800 a 1250 A. Para definir la clase de utilización de los fusibles NH se utiliza una abreviatura básica de dos letras. La primera es minúscula y determina la función. Así la clase "g" es para propósitos generales y puede operar tanto ante sobrecargas como ante cortocircuitos. La clase "a" se utiliza para tareas de protección de respaldo y sólo opera ante corrientes de cortocircuito; por lo que se debe instalar en conjunto con otros dispositivos de protección. La segunda letra básica es mayúscula y determina el objeto de la protección. Así la clase "L" es para líneas y cables, la "G" es para aplicaciones generales, la "M" es para motores, la "R" es para rectificadores a semiconductores y la "Tr" es para transformadores. Como su operación depende de la generación de calor por efecto Joule, se obtiene una característica de fusión intensidad-tiempo del tipo inversamente proporcional, de manera que ante una elevada corriente opera en un tiempo muy reducido, y ante una corriente ligeramente superior a la nominal opera en un tiempo mas prolongado. Cabe señalar que para los casos en los que durante el servicio normal se producen sobrecargas de breve duración, como en el caso del arranque directo de motores asincrónicos con rotor en jaula, se deben construir con una característica especialmente "retardada". Las corrientes de sobreintensidad de breve duración (hasta el 75 % del tiempo de fusión) pueden fluir con una frecuencia prácticamente arbitraria sin modificar la característica de los cartuchos fusibles NH. A través de éstos puede circular permanentemente una corriente cuya intensidad sea 1,15 veces mayor que la nominal. En la operación de los fusibles hay que distinguir distintos períodos de funcionamiento. El lapso de prearco o de fusión comprende el tiempo transcurrido desde que se hace presente una corriente capaz de producir la operación del fusible hasta el instante en que se inicia la interrupción en el elemento fusible. El lapso de arco o de extinción abarca el tiempo transcurrido desde el final del lapso de prearco hasta el instante en que se interrumpe el circuito y la intensidad se hace permanentemente nula. Finalmente el lapso de operación es la suma de los lapsos de prearco y de arco. Debido a la elevada corriente que circula dentro del fusible durante el cortocircuito, es normal que se produzcan arcos eléctricos en los estrechamientos del elemento fusible en proceso de fusión. Como estos arcos están eléctricamente en serie, se produce un reparto de

tensiones, de forma tal que cuando la tensión de la red pasa por cero, dichos arcos se extinguen y se interrumpe el paso de la corriente.

Instalaciones Eléctricas Ing. Jorge A. Huerta

7 Protección Contra Sobre-Corriente y Puesta a Tierra SELECTIVIDAD Es la característica que debe tener un sistema eléctrico, cuando está sometido a corrientes anormales, de hacer actuar los dispositivos de protección de manera de desenergizar solamente la parte del circuito afectada. La selectividad, proporciona a un sistema eléctrico una adecuada coordinación de la actuación de dos o varios elementos de protección. Esos elementos se encuentran en un determinado sistema, formando las siguientes combinaciones: - Fusible en serie con otro fusible; - Fusible en serie con disyuntor de acción termomagnética; - Disyuntor de acción termomagnética en serie con fusible; - Disyuntor en serie entre sí.

Cada una de esas combinaciones, merece un análisis individual para el dimensionamiento adecuado de los dispositivos que componen el sistema de protección.

Fusible en serie con otro fusible (F-F)

Prácticamente la selectividad entre fusibles del mismo tipo y tamaño es inmediatamente subsecuentes y natural. Para asegurar la selectividad entre fusibles, es necesario que la corriente nominal del fusible protector (fusible hacia la fuente) sea igual o superior a 160% del fusible protegido (fusible hacia la carga), esto es:

I ff  1.6 I fc

Donde: Iff

= Corriente nominal del fusible (lado fuente)

Ifc

= Corriente nominal del fusible (lado carga)

Para mejor claridad de las posiciones que los fusibles ocupan en un sistema, ver La figura 7.1 a). La Figura 7.2 b), muestra los tiempos que deben ser optados en la selectividad de los fusibles, de tipo NH, de 80 y 160 A, instalados en el circuito del Esquema 19.3.

Figura 7. 1. Fusibles en serie con otro fusible; a) Fusible en serie con otro fusible; b) Curvas de selectividad entre fusibles.

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