Instituto Tecnológico de Ciudad Madero Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Carrera: Ingeniería Eléctrica
Reporte de Residencia Profesional
ESTUDIO DE CORTO CIRCUITO Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN BAJA TENSIÓN.
Presenta San Juan Fuentes Loredo
Asesor interno: Ing. Leonel Barrón Sobrevilla Ce rvantes Asesor externo: Ing. José David García Cervantes
Cd. Madero, Tamaulipas.
Junio 2017
Índice Pagina i ii
Agradecimientos Resumen 1. Generalidades del proyecto 1.1. Introducción 1.2.Descripción de la empresa u organización y del área de 1.3.Problemas a resolver, priorizándolos 1.4. Objetivos: generales y específicos 1.4.1. Objetivo general 1.4.2. Objetivos específicos 1.5. Justificación
trabajo
2. Marco teórico 2.1. Estudio de corto circuito teoría y fundamentos 2.1.1. Consideraciones básicas 2.1.2. Fuentes de corriente de falla 2.1.3. Métodos de estudio de corto circuito 2.1.4. Método de las componentes simétricas 2.2. Coordinación de protecciones teoría y fundamentos 2.2.1. Características funcionales de un sistema de protección 3. Procedimiento y descripción de las actividades realizadas 3.1. Definición Definición y Justificación del caso de estudio 3.2. Levantamiento de información información del caso de estudio 3.3. Determinación de consideraciones para estudio de corto circuito 3.4. Elaboración de diagrama unifilar del sistema eléctrico 3.5. Modelado del sistema eléctrico en el software DigSilent 3.6. Simulación de los escenarios operativos y determinación de corrientes de corto circuito 3.7. Verificación de la capacidad del equipo instalado en base a los resultados del estudio de corto circuito 3.8.Determinación de consideraciones que deben ser tomadas para la coordinación de protecciones 3.9.Ajuste y coordinación de protecciones eléctricas 3.10. Resumen y comentarios de resultados del estudio de corto circuito y coordinación de protecciones 4. Resultados de las actividades realizadas 4.1.Definición y Justificación del Caso de estudio 4.2.Levantamiento de información información del caso de estudio 4.2.1. Valores base para el cálculo de corto circuito 4.2.2. Aportación de corto circuito del suministrador e impedancias de los transformadores
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Índice Pagina i ii
Agradecimientos Resumen 1. Generalidades del proyecto 1.1. Introducción 1.2.Descripción de la empresa u organización y del área de 1.3.Problemas a resolver, priorizándolos 1.4. Objetivos: generales y específicos 1.4.1. Objetivo general 1.4.2. Objetivos específicos 1.5. Justificación
trabajo
2. Marco teórico 2.1. Estudio de corto circuito teoría y fundamentos 2.1.1. Consideraciones básicas 2.1.2. Fuentes de corriente de falla 2.1.3. Métodos de estudio de corto circuito 2.1.4. Método de las componentes simétricas 2.2. Coordinación de protecciones teoría y fundamentos 2.2.1. Características funcionales de un sistema de protección 3. Procedimiento y descripción de las actividades realizadas 3.1. Definición Definición y Justificación del caso de estudio 3.2. Levantamiento de información información del caso de estudio 3.3. Determinación de consideraciones para estudio de corto circuito 3.4. Elaboración de diagrama unifilar del sistema eléctrico 3.5. Modelado del sistema eléctrico en el software DigSilent 3.6. Simulación de los escenarios operativos y determinación de corrientes de corto circuito 3.7. Verificación de la capacidad del equipo instalado en base a los resultados del estudio de corto circuito 3.8.Determinación de consideraciones que deben ser tomadas para la coordinación de protecciones 3.9.Ajuste y coordinación de protecciones eléctricas 3.10. Resumen y comentarios de resultados del estudio de corto circuito y coordinación de protecciones 4. Resultados de las actividades realizadas 4.1.Definición y Justificación del Caso de estudio 4.2.Levantamiento de información información del caso de estudio 4.2.1. Valores base para el cálculo de corto circuito 4.2.2. Aportación de corto circuito del suministrador e impedancias de los transformadores
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4.2.3. Super resistencia propuesta en baja tensión 4.2.4. Identificación de buses 4.2.5. Identificación de motores Asíncronos 4.2.6. Identificación de alimentadores 4.3.Determinación de consideraciones para estudio de corto circuito 4.4.Elaboración de diagrama unifilar del sistema eléctrico 4.5.Modelado del sistema eléctrico en el software DigSilent 4.6.Simulación de los escenarios operativos y determinación de corrientes de corto circuito 4.7.Verificación de la capacidad del equipo instalado en base a los resultados del estudio de corto circuito 4.8.Determinación de consideraciones que deben ser tomadas para la coordinación de protecciones 4.8.1. Consideraciones generales 4.8.2. Consideraciones para el cálculo de los dispositivos de protección. 4.9.Ajuste y coordinación de protecciones eléctricas 4.10. Resumen y comentarios de resultados del estudio de corto circuito y coordinación de protecciones
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5. Conclusiones del proyecto, recomendaciones y experiencia personal y profesional adquirida
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Competencias desarrolladas y/o aplicadas Fuentes de información información
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39 40 40 42 44 46
Índice de tablas y figuras
Tablas
Pagina
Tabla 1 Numeración estandarizada de las funciones de protección más comunes. Tabla 2 Valores base para el cálculo de corto circuito Tabla 3 Valores de aportación de la fuente de suministro Tabla 4 Características técnicas de los transformadores involucrados en el proyecto Tabla 5 Características del Super Heater eléctrico propuesto para integración en tablero LVS-1 de baja tensión Tabla 6 Buses y terminales considerados en el estudio de cortocircuito Tabla 7 Características de las cargas existentes en tablero LVS-1 de baja tensión
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Tabla 8 Características de las cargas definidas para el proyecto FGRU Tabla 9 Características técnicas de los cables de potencia involucrados en el proyecto Regenerant Super Heater Tabla 10 Multiplicadores para las reactancias rotatorias Tabla 11 Resumen de valores de falla Tabla 12 Capacidad interruptiva subestación principal PPL-2 Tabla 13 Capacidad interruptiva tablero MVS-1 Tabla 14 Capacidad interruptiva tablero LVS-1 circuito super heater Tabla 15 Capacidad interruptiva tablero PPL-2 Tabla 16 Capacidad interruptiva tablero MVS-1 Tabla 17 Capacidad interruptiva tablero LVS-1 circuito super heater
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Figuras Figura 1 Tipos de fallas que se determinan con motivo de estudios de corto circuito (ECC) y coordinación de protecciones (CP) Figura 2 Circuito equivalente para generadores y motores Figura 3 Fuentes de aportación de corrientes de corto circuito Figura 4 Relaciones Vectoriales de secuencia positiva, negativa y cero Figura 5 Zonas de protección con traslape intencional, para evitar zonas sin protección.
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Agradecimientos
A mi familia, que siempre han sido mi fuerte y mi motor para salir adelante que sin importar cuales sean las condiciones siempre puedo contar con ellos.
También agradezco a los ingenieros de grupo zener y en especial al Ing. Adán Briones y el Ing. José David que me apoyaron y me transmitieron años de conocimientos sin restricciones, que en estos tiempos la información y el tiempo es oro.
Agradezco por todas las adversidades durante el transcurso de mi licenciatura, ya que sin ellas no sería la persona que soy hoy.
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Resumen Con motivo de aplicar procedimientos eficientes y eficaces para la elaboración de estudios de corto circuito y coordinación de protecciones, se optó por el desarrollo de un proyecto el cual es mencionado a lo largo de esta memoria de residencias como caso de estudio, el cual tiene como alcance la elaboración de estudios de corto circuito y coordinación de protecciones con motivo de la integración de una nueva carga en el tablero LVS-1.
Una vez definido y justificado el proyecto se determinaron las consideraciones y procedimientos estandarizados para la elaboración de ambos estudios, los cuales se desarrollaron con el programa DigSilent el cual es software especializado en el análisis de sistemas eléctricos de potencia, una vez con los resultados se procedió a la validación de los equipos instalados y la determinación de puntos vulnerables en el sistema eléctrico de potencia.
Como conclusión y resultado se pudo determinar que el sistema eléctrico del caso de estudio no se ve afectado de una manera peligrosa con la integración de la nueva carga al tablero LVS1 y también se pudo alcanzar una coordinación de protecciones aceptable conservando la seguridad y continuidad del sistema.
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1. Generalidades del proyecto
1.1. Introduccion Estudios de Corto-Circuito y Coordinación de Protecciones Eléctricas para el diseño de un sistema eléctrico confiable, seguro y selectivo es una área madura dentro de la carrera de Ingeniería Eléctrica, pero la cual se ha enfrentado constantemente a cambios, en consecuencia, de los avances tecnológicos y desarrollo de nuevos procedimientos estandarizados, por lo tanto, los Ingenieros Electricistas principalmente tienen una gran responsabilidad en la continua actualización, aplicación y difusión de las nuevas tecnologías y mejoras que se tengan dentro de esta área. Por lo tanto, el proyecto tiene como objetivo mediante un caso real desarrollado en las instalaciones de Grupo Zener, S.C., la cual, opera desde 1986 (realizando estudios de corto circuito, protección, coordinación y calidad de la energía para la solución de problemas en diversas industrias regionales y nacionales) aplicar procedimientos y recomendaciones por los estándares IEEE Std 141-1993 (Red Book) – IEEE Std 242-1986 (Buff Book) para realizar un estudio eficaz para la verificación, selección y coordinación de los dispositivos de protección del sistema eléctrico. El objetivo de realizar estudios para protección y coordinación del sistema eléctrico es prevenir el daño humano, minimizar el daño de los componentes del sistema, limitar el alcance y duración de la interrupción del servicio cuando el equipo falla, error humano, o eventos naturales adversos ocurran en cualquier porción del sistema. Las circunstancias que causan mala operación del sistema son usualmente impredecibles, aunque el diseño y el mantenimiento puede reducir la probabilidad de que suceda. El sistema eléctrico, por lo tanto, deberá ser diseñado y mantenido de tal manera para protegerse automáticamente. Por tal motivo la decisión de realizar una estancia comprendida en el periodo 14 de febrero al 14 junio del 2017, en las Instalaciones de Grupo Zener fue resultado del interés en el área de protecciones y coordinación del sistema eléctrico y la extensa experiencia y reconocimiento que tiene Grupo Zener dentro de esta área. Como cuerpo del proyecto es posible encontrar 5 capítulos, en el capítulo 1 se presentan las causas por las que se desarrolló el proyecto como también los alcances, problemas resueltos y 1
objetivos del mismo. Con el capítulo 2, el lector podrá leer a cerca de los temas necesarios para el entendimiento de la información presentada en los capítulos 3 y 4 con los cuales se trata de mostrar a través de diagramas, tablas y dibujos técnicos lo desarrollado para cumplir con el objetivo general del proyecto. Al finalizar con el capítulo 5 será posible tener un criterio firme de la importancia de llevar a cabo el desarrollo del proyecto, debido a que en este capítulo se encuentran las conclusiones y recomendaciones.
1.2. Descripción de la empresa u organización y del área de trabajo. El proyecto “Estudio de Corto -Circuito y Coordinación de Protecciones Eléctricas en Baja Tensión” se llevó acabo en las Instalaciones de Grupo Zener, empresa que se dedica a dar
servició de Ingeniería y Estudios de Calidad de la Energía, Corto-Circuito y Coordinación de protecciones desde 1986, y se encuentra ubicada en Cd. Madero, Tamaulipas, México. Empresa que cuenta con tres departamentos principales, Departamento de Estudios, Departamento de Ingeniería Técnica y Administración General. El departamento de estudios donde se desarrolló este proyecto, tiene como función principal realizar el análisis, diseño, verificación, consultoría y planeación de mejoras dentro del sector eléctrico, con la utilización de diferentes programas dedicados para el estudio y análisis de S.E.P. Actualmente el departamento de estudios está conformado por Ingenieros especialistas en estudios de corto-circuito, coordinación de protecciones, y por dibujantes e Ingenieros especialistas en construcción eléctrica.
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1.3.Problemas a resolver, priorizándolos Con motivo de la puesta en servicio del proyecto “Regenerant Super Heater - PPL2 Guard Beds Project” de la Compañía Indelpro en PPL-2 se hace necesaria la realización del estudio de
corto-circuito para verificar:
La capacidad del equipo instalado tales como fusibles, interruptores, buses y cables. Estos deben soportar momentáneamente los esfuerzos térmicos y magnéticos impuestos por
las corrientes máximas de falla. Además de que los interruptores y
fusibles deben interrumpir en forma segura estas corrientes de falla.
Los valores límites de coordinación de los dispositivos de protección, asegurando que estos se elijan y ajusten de manera que operen en forma selectiva, de tal forma que al ocurrir una falla se aísle solo el área fallada provocando un mínimo de perturbación para el resto del sistema.
Los alcances de los dispositivos de protección. Para los dos primeros incisos, es necesario determinar los valores de corriente de falla máxima, que incluya la aportación de todas las máquinas rotatorias. Para el segundo caso es necesario calcular los valores de corriente de falla mínima.
Por lo tanto, el objetivo de realizar este estudio de corto-circuito es verificar que los equipos que se instalarán tienen la capacidad de operar ante eventos de falla entre fase y/o falla a tierra. Así mismo, el objetivo de la coordinación de protecciones (tomando en cuenta los valores de falla entre fases y/o falla a tierra) es proveer selectividad entre los dispositivos de protección involucrados en el circuito fallado con una adecuada sensibilidad; brindando una correcta protección al equipo primario y por consiguiente de forma integral al sistema eléctrico de la compañía Indelpro.
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1.4. Objetivos: general y específicos.
1.4.1. Objetivo general El proyecto “Estudio de Corto -Circuito y Coordinación de Protecciones Eléctricas en Baja Tensión” tiene como objetivo principal, aplicar los procedimientos y recomendaciones de los
estándares IEEE/ANSI los cuales son prácticas recomendadas para la distribución de energía eléctrica en plantas industriales (Red Book) y coordinación de protecciones en la industria (Buff Book) en un caso real y práctico, para la validación y diseño de un sistema eléctrico seguro y un esquema de protecciones selectivo, confiable y económico. El estudio de Corto-Circuito y Coordinación de Protecciones se desarrolló con ayuda de DigSilent, software especializado en el análisis y operación de sistemas eléctricos de potencia.
Caso real de estudio: “Puesta en servicio del Proyecto
Regenerant Super Heater-PPL2 Guard Beds Project de la planta indelpro PPL2” .
Los procedimientos, recomendaciones y consideraciones se tomaron de los estándares siguientes.
ANSI/IEEE Std 141-1993 – IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants.
ANSI/IEEE Std 242-1986 - IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems.
ANSI/IEEE Std 551-2006 IEEE Recommended Practice for Calculating Short-Circuit Currents in Industrial & Commercial Power System.
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1.4.2. Objetivos específicos. A continuación, se presentan los objetivos específicos que comprenden el objetivo general, ordenados de la manera como se desarrolló el proyecto.
Definición y Justificación del Caso de estudio.
Levantamiento de información del caso de estudio (Datos de placa de motores y transformadores, identificación de buses, tags, valores de reactancias de cargas importantes, capacidad y tipo de conductores, hoja de datos de interruptores en baja tensión, información de escenarios operativos, informes de eventos recientes, memorias de cálculo, diagramas, etc.).
Determinación de consideraciones que deben ser tomadas en base a los estándares IEEE/ANSI para estudio de corto circuito.
Elaboración de diagrama unifilar del sistema eléctrico del caso de estudio, con información necesaria para estudio de corto-circuito y coordinación de protecciones.
Modelado del sistema eléctrico del caso de estudio en el software DigSilent.
Simulación de los escenarios operativos y determinación de corrientes de cortocircuito.
Verificación de la capacidad del equipo instalado en base a los valores de cortocircuito determinados en cada escenario operativo por el software DigSilent.
Determinación de consideraciones que deben ser tomadas en los estudios en base a los estándares IEEE/ANSI para coordinación de protecciones.
Ajuste y coordinación de protecciones eléctricas tomando en cuenta las recomendaciones y los procedimientos estandarizados.
Resumen y comentarios de resultados del estudio de corto-circuito y coordinación de protecciones para una clara interpretación por el cliente.
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1.5. Justificación Actualmente el crecimiento exponencial del sistema eléctrico nacional en consecuencia a las reformas energéticas que se han establecido, tiene un impacto directo en la importancia de aplicar procedimientos competitivos en los estudios tanto para verificación, mejora y diseño de sistemas eléctricos, esto con el fin de preservar la seguridad primordialmente humana y en segundo lugar los componentes que integran el sistema eléctrico de potencia.
Por lo tanto, el desarrollo de un proyecto en cual se muestre de una manera concreta los procedimientos recomendados por los estándares IEEE/ANSI anteriormente mencionados, para realizar estudios de protección y coordinación para alcanzar una selectividad de dispositivos de protección aceptable y accesible sin reducir la seguridad del sistema, adquiere importancia en el futuro crecimiento industrial para preservar la seguridad humana, continuidad de los equipos, continuidad del servicio y economía en la operatividad.
Las desventajas principales de un sistema eléctrico sin un previo estudio de corto-circuito y coordinación de protecciones del sistema eléctrico, se en listan a continuación.
Desconocimiento de las magnitudes de las corrientes de corto circuito en el sistema, por lo tanto, una inadecuada selección de conductores y protecciones.
Riesgo de daño humano y en los equipos que conforman el sistema eléctrico
Perdida de continuidad del servicio en una parte del sistema o total.
Fallas permanentes en el sistema sin clarear en un tiempo prolongado con posible daño en los componentes.
Disparos erróneos de protecciones.
Baja confiabilidad del sistema eléctrico.
Las anteriores desventajas son directamente proporcionales con las pérdidas económicas en las industrias.
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2. Marco Teórico
2.1. Estudio de Corto Circuito teoría y fundamentos Las corrientes de corto circuito introducen grandes cantidades de energía destructiva en forma de calor y fuerza electromagnética dentro de un sistema de potencia esto sucede debido en la mayoría de los casos cuando falla el aislamiento del equipo por sobre voltajes causados por descargas atmosféricas o variaciones por maniobras de interruptores, contaminación del aislamiento o a otras causas mecánicas. Los cálculos deberán ser realizados para asegurar que los niveles de corto circuito de los equipos son adecuados para soportar las corrientes disponibles en sus ubicaciones. En forma general, el procedimiento recomendado es. 1) Desarrollar una representación gráfica del sistema con simbología de fuentes de voltaje e impedancias del circuito. 2) Determinar la impedancia equivalente total de la fuente a los puntos designados. 3) En cada punto dividir el voltaje de pre falla entre el valor de la impedancia equivalente total para obtener la corriente de corto circuito.
Figura 1.- Tipos de fallas que se determinan con motivo de estudios de corto circuito (ECC) y coordinación de protecciones (CP)
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2.1.1. Consideraciones básicas Ciertas consideraciones para simplificación de cálculos son realizadas cuando se realiza un estudio de corto circuito. Una consideración importante es que la falla es “solida”, esto quiere decir que la impedancia de contacto es igual a cero. Esta consideración simplifica el estudio, debido a que los valores de corto circuito siempre son máximos y por lo tanto los equipos seleccionados a estos valores siempre tendrán una capacidad adecuada. Además, fallas del tipo trifásica o simétrica son a menudo las únicas fallas consideradas, esto debido a que este tipo de falla generalmente es la falla con máximos valores de corto circuito. La falla trifásica real es menor que la falla trifásica solida calculada debido a que la mayoría de las fallas involucran impedancia de arco eléctrico e impedancia indefinida. Fallas las cuales no son fallas trifásicas usualmente serán menores, Las corrientes de fallas solidas de línea a línea son aproximadamente 87% de los valores de las corrientes de las fallas trifásicas, mientras las corrientes de fallas de línea a tierra son generalmente 25% - 125% los valores de las corrientes de falla trifásica dependiendo de los parámetros del sistema. Sin embargo, fallas de línea a tierra con valores del 125% de las corrientes de falla trifásica son inusuales en los sistemas industriales y comerciales. Corrientes de arco eléctrico de línea a tierra en niveles de bajo voltaje pueden ser menores que las corrientes nominales de operación, pero aun así son extremadamente destructivas. Esto ha llevado a implementar nuevas técnicas especializadas para la protección de los sistemas eléctricos en contra de las fallas de línea a tierra. Otras consideraciones importantes que se realizan para simplificar los cálculos son, por ejemplo. 1) Las corrientes de las cargas son ignoradas 2) Los voltajes de la compañía y de las fuentes generadoras son considerados en los niveles nominales, aunque realmente estos voltajes se encuentran dentro de un rango de ±5% Vn., 3) Los motores son considerados a su carga nominal y con voltaje nominal en terminales cuando la falla ocurre. 4) El porciento de impedancia de los transformadores pueden ser los nominales con un ±7.5% de ajuste para contemplar el peor caso.
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5) Cuando la relación X/R del suministrador es desconocida se consideran valores relativamente altos esto resulta en valores de corto circuito ligeramente grandes. 6) Las impedancias de los interruptores principales y de los tableros son ignoradas ya que estos valores son muy pequeños y por lo tanto no afectan el resultado.
2.1.2. Fuentes de corriente de falla Las principales fuentes de corriente de falla son las compañías suministradoras, generadores, motor síncrono y motor de inducción. Para propósitos de cálculos de corrientes de corto circuito, los estándares industriales han establecido tres nombres específicos para los valores de reactancia, los cuales son reactancia subtransitoria, reactancia transitoria y reactancia síncrona o de estado estable. Xd’’ = Reactancia subtransitoria; determina la corr iente durante el primer ciclo después de la
falla. Aproximadamente a 100 ms la reactancia aumenta a valores de reactancia transitoria. Xd’ = Reactancia transitoria; Es considerada para determinar la corriente después de varios
ciclos en 60 Hz. Aproximadamente entre 500 ms y 2 s aumenta a valores de reactancia síncrona. Xd = Reactancia síncrona; Este es el valor que determina la corriente después de que la condición de estado estable es alcanzada.
1) Una empresa típica suministradora de energía representa una interconexión grande y compleja de plantas generadoras. En un sistema típico, los generadores individuales no son afectados por una falla máxima de corto circuito en una planta industrial. Las líneas de transmisión, distribución y los transformadores del sistema introducen una impedancia grande entre la empresa suministradora y el usuario en este caso una planta industrial, si no fuera por estos valores de impedancia las corrientes de aportación de la empresa suministradora serian valores grandes. Antes de elaborar cálculos se debe obtener los valores de la relación X/R o la impedancia de la fuente, en el punto de interconexión. Estos valores son facilitados por la empresa suministradora.
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2) En una planta industrial los generadores reaccionan de una manera predecible. La corriente de falla que aporta un generador decrece exponencialmente de un valor inicial alto a un valor bajo de estado estable algunas veces después de la iniciación de la falla. La corriente de corto circuito de estado estable se mantendrá hasta que el campo del generador sea des energizado y su flecha sea desacoplada de la maquina prima. Para propósitos de cálculo de corriente de falla se utiliza la reactancia subtransitoria Xd´´ la cual determina la magnitud momentánea de la corriente de aportación de un generador en el instante de falla en el primer ciclo.
Figura 2.- Circuito equivalente para generadores y motores 3) Los motores síncronos aportan corriente al punto de falla de la misma manera que los generadores síncronos. Debido al decrecimiento del voltaje del sistema durante la falla el motor síncrono pierde energía para controlar su carga, y en consecuencia de la inercia del motor y la acción de la carga como maquina prima, este se comporta como un generador síncrono aportando corriente de falla al sistema, esta condición solo se presentará cuando el campo se mantenga energizado y la flecha del motor continúe girando debido a la inercia de la máquina y la acción de la carga como maquina prima. Los valores de reactancia varían en el tiempo de la misma manera que los valores de un generador síncrono, pero para un motor síncrono los valores son diferentes que para un generador síncrono.
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4) La contribución de corriente de falla de un motor de inducción resulta de la acción generadora producida por la inercia controladora del motor después de que la falla ocurre. A diferencia del motor síncrono, el flujo del campo del motor de inducción es producido por la inducción del estator en lugar de una corriente directa al devanado de campo. Este flujo decrece después de que la fuente de voltaje es removida resultante de la falla, y por tal motivo la contribución de un motor de inducción decrece exponencialmente y pronto desaparece. En consecuencia, para los motores de inducción solo se asigna un valor de reactancia que es muy aproximado al valor de reactancia subtransitoria para una maquina síncrona.
1
APORTACION DEL SISTEMA
2
APORTACION DEL GENERADOR SINCRONO
3
APORTACION DEL MOTOR SINCRONO
4
APORTACION DEL MOTOR DE INDUCCION
VALOR TOTAL DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO(SIMETRICA) 1
2
3
4
CONTRIBUCION DE LAS DISTINTAS COMPONENTES A LA CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO
Figura 3.- Fuentes de aportación de corrientes de corto circuito
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2.1.3. Métodos de estudio de cortocircuito.
En estudios de sistemas eléctricos complejos con un elevado número de elementos se requiere el uso de elementos digitales de cálculo, pero es conveniente conocer la metodología básica para el estudio de cortocircuito, a fin de poder resolver problemas más o menos simples y poder comprender la metodología empleada en los métodos computacionales, a continuación, se muestran los métodos de estudio más usados para solución de problemas sencillos.
1). COMPONENTES SIMETRICAS 2). BUS INFINITO 3). MVA´S
La selección del método que se utilizará para dicho estudio se efectúa de acuerdo al grado de aproximación que se requiera y dependiendo de la complejidad del sistema eléctrico a analizar, en esta memoria de residencias solo se expondrá el método de componentes simétricas el cual es usado de manera computacional para la solución de problemas complejos.
2.1.4. Método de las componentes simétricas. Para un sistema polifásico desbalanceado, donde en cada fase existen diferentes condiciones de corriente y voltaje, se presenta una considerable dificultad para solucionarlo por los métodos de análisis de circuitos clásicos. Este tipo de problemas pueden ser resueltos por el “método de las componentes simétricas “, desarrollado en 1918 por el Dr. C. L Fortescue.
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A raíz de la implantación de los grandes sistemas de potencia interconectados entre sí, surge el problema de estabilidad y las dificultades que esta trae consigo, así como los problemas de coordinación de protecciones. Para estos casos el método de las componentes simétricas es el adecuado ya que facilita el análisis y sus resultados son más exactos. Las bases teóricas de este método son sencillas y no exigen de sofisticados conceptos matemáticos. Uno de los propósitos del método de las componentes simétricas es mostrar como un sistema de voltajes desbalanceados puede construirse de una manera analítica desde tres secuencias fundamentales, a saber; secuencia positiva, negativa y cero. Como se observa en la figura 4.
Secuencia positiva; Consiste en tres vectores de la misma magnitud desfasados 120º y con la misma secuencia de fases que el sistema original.
En el diagrama de red de secuencia positiva se muestran las fuerzas electromotrices de los generadores, así como las reactancias de los mismos, de los transformadores y de las líneas de transmisión.
Secuencia negativa; Esta compuesta por tres vectores de la misma magnitud y desfasados 120º con la secuencia invertida respecto al sistema original. El diagrama de red de secuencia negativa generalmente es similar a la red de secuencia positiva, con las siguientes excepciones:
No se muestran los voltajes generadores, ya que una máquina tendría que girar en sentido contrario para que genere tensiones de secuencia negativa.
La reactancia de secuencia negativa de la máquina síncrona difiere algunas veces de la reactancia de secuencia positiva.
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Secuencia cero; La constituyen tres vectores de la misma magnitud sin desfasamiento entre ellos. La red de secuencia cero varía respecto de la red de secuencia negativa en lo siguiente:
Se pone más atención en la conexión de los transformadores. Los transformadores, si están conectados a tierra en Estrella – Estrella permiten el flujo de corriente de secuencia cero de un lado a otro del banco. En cambio, los bancos conectados en Estrella – Delta permiten que la corriente fluya en el neutro conectado a tierra, pero bloquean la corriente de un lado a otro del banco.
Las resistencias y los reactores conectados entre los neutros de las máquinas o transformadores y tierra se muestran al triple de su valor nominal.
Estos voltajes pueden existir en sistemas separados o simultáneamente en el mismo sistema. En este último caso, la fase “a” estará compuesta por:
Ea1, conjunto de vectores de secuencia positiva,
Ea2, conjunto de vectores de secuencia negativa, y
Ea0, conjunto de vectores de secuencia cero.
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Figura 4.- Relaciones vectoriales de secuencia positiva, negativa y cero. En circuitos simétricos, las corrientes y voltajes de diferente secuencia no interactúan.
Las corrientes de secuencia positiva producen solo caídas de voltaje de secuencia positiva.
Las corrientes de secuencia negativa producen solo caídas de voltaje de secuencia negativa.
Las corrientes de secuencia cero producen solo caídas de voltaje de secuencia cero.
Este método se inicia con la elaboración de los diagramas de secuencia para el sistema, los cuales se realizan de la siguiente manera:
Se parte del diagrama unifilar donde se presentan los elementos principales para el estudio, indicando los datos de cada elemento como son: potencia nominal, tensión nominal, reactancias transitorias, subtransitoria y de secuencia cero en generadores y motores, impedancias de transformadores, líneas de transmisión, reactores y elementos limitadores de corriente.
Se selecciona una potencia base y las tensiones base convenientes para referir todas 15
las impedancias a un valor común de potencia y a las tensiones adecuadas.
Se resuelven los diagramas para obtener una impedancia equivalente
de cada
secuencia.
Se aplican las siguientes formulas
:
+ =
: + =
:
′′ =
,
,
+ = − = 0
+ = −
“Esta memoria de residencias empleará el método de las componentes simétricas que si bien
es complejo en cuanto a su solución cumple con las expectativas mencionadas anteriormente “
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2.2.Coordinación de Protecciones teoría y fundamentos.
La protección de los sistemas eléctricos de potencia (SEP), se fundamenta en el conocimiento detallado de todos los parámetros eléctricos llámese corriente, voltaje, frecuencia, impedancia, etc., mismos que cuando se hace uso de la energía eléctrica en condiciones normales, adquieren magnitudes que se denominan valores nominales, magnitudes que sirven de base para el diseño de los componentes que integran al SEP. Al presentarse una falla, ésta se manifiesta como una variación en la magnitud nominal de uno o varios parámetros y la función primordial de los equipos de protección, trasformadores de instrumento, relevador, interruptor, es vigilar la presencia de estos de cambios de magnitud (en tamaño y tiempo) y operar. En el caso particular de esta memoria de residencias, el parámetro a vigilar es la corriente, con el objeto de evitar daños en el sistema, originadas por las sobre corrientes de cortocircuito, por lo que nos valdremos de los equipos y dispositivos anteriormente mencionados y que serán motivo de estudio en este subtema. El principal objetivo de toda instalación es lograr que su operación sea continua, económica y segura, por esta razón es importante que los sistemas de protección sean adecuadamente diseñados para que cuando se presente el evento de una falla, actúen en el menor tiempo posible, sacando de operación la sección o parte dañada, sin que las partes restantes del sistema, ajenas al punto donde se localiza la falla, salgan de operación y reducir al mínimo posible, los tiempos de la interrupción no programados. Lo anterior, implica que los sistemas de protección no eliminan la presencia de las fallas, sin embargo, si reducen su duración y los efectos que ello conlleva, por lo que su costo se amortiza con los beneficios que se obtiene al evitarse o reducirse las pérdidas que pudieran presentarse como resultado de una falla.
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Para una adecuada aplicación de los dispositivos de protección es necesario considerar los factores siguientes:
Importancia del elemento del sistema a proteger.
Estudio de cortocircuito.
Configuración del sistema.
Impedancias del equipo primario y su conexión.
Conexión, localización y relación de transformadores de corriente y potencial.
Tipo de falla (trifásica, de una fase a tierra, etc.).
Tensión del sistema.
Procedimiento y prácticas operativas.
Análisis de cargas o flujos de potencia.
Crecimiento de la carga y del sistema.
Con base al análisis de estos factores se deben definir las zonas de protección necesarias para cada elemento del sistema eléctrico. Una zona de protección es el área de cobertura de un dispositivo de protección, el cual protege uno o más componentes del sistema eléctrico en cualquier situación anormal o falla que se presente. Las zonas de protección se disponen de manera que se traslapen para que ninguna parte del sistema quede sin protección, como se muestra en la figura 5. En una zona cada dispositivo de protección realiza una función específica y responde en forma particular a cierto tipo de cambios en las magnitudes eléctricas de un circuito. En los sistemas de distribución y básicamente en circuitos de media y baja tensión, los equipos comúnmente utilizados son dispositivos contra cortocircuito. Estos dispositivos están clasificados en: protección primaria y protección de respaldo.
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Figura 5.- Zonas de protección con traslape intencional, para evitar zonas sin protección. La protección primaria es la primera línea de defensa, mientras que la protección de respaldo solo actúa cuando falla la protección primaria. Las funciones de los relevadores de protección han sido identificadas por números, con apropiadas letras cuando es necesario. Los números que anteriormente se mencionaron son listados en el estándar IEEE STD C37.2-1996 y son usados en diagramas, manuales y especificaciones. A continuación, se presenta la tabla con la lista de los relevadores más comunes.
Tabla 1.- Numeración estandarizada de las funciones de protección más comunes.
19
2.2.1. Características funcionales de un sistema de protección. Desde un punto de vista económico resulta impráctico satisfacer completamente la totalidad de estos criterios de manera exhaustiva, siendo necesario el compromiso de evaluar cada una de las características en base a una comparación de riesgos.
a). Confiabilidad
Es la habilidad del sistema de protección para no tener operaciones incorrectas y es función de dos componentes: “dependabilidad” y “seguridad”. Desafortunadamente estos
dos aspectos tienden a oponerse uno del otro; el incremento de la seguridad produce una reducción de la dependabilidad y viceversa. Sin embargo, generalmente los sistemas modernos de protección son altamente confiables y proveen un compromiso práctico entre seguridad y dependabilidad.
b). Dependabilidad
Es la certeza para la operación correcta de la protección en respuesta a un problema del sistema (probabilidad de no tener una falla de operación cuando se le requiere), es decir, que corresponde a la correcta operación de una protección para todas las fallas que ocurran dentro de su zona de protección en particular (o sea fallas “internas”).
c). Seguridad
Es la habilidad del sistema para evitar la incorrecta operación con o sin fallas (habilidad para no tener una operación indeseada no requerida), o en otras palabras corresponde a la estabilidad que debe mantener una protección bajo condiciones de “no falla” o ante la presencia de fallas fuera de su zona de protección (o sea fallas “externas”).
20
d). Rapidez
El desarrollo de dispositivos de protección más rápidos debe siempre ser evaluado en comparación al incremento en la probabilidad de un mayor número de operaciones no deseadas o inexplicables. El tiempo es un excelente criterio para descartar entre un problema real y uno falso. Aplicando esta característica en particular a un dispositivo de protección, la “alta velocidad” indica que el tiempo usual de operación no excede los 50 milisegundos (3 ciclos). El término “instantáneo” indica que ningún retar do es introducido a propósito en la operación.
e). Economía
Un dispositivo de protección que tiene una zona de influencia perfectamente definida, provee una mejor selectividad, pero generalmente su costo es mayor. Los dispositivos de protección de alta velocidad ofrecen una mayor continuidad del servicio al reducir los daños provocados por una falla y los riesgos al personal, por tanto, tienen un costo inicial mayor. El más alto desempeño y costo no pueden ser siempre justificados. Consecuentemente, dispositivos de protección de baja y alta velocidad son usados para proteger un sistema eléctrico. Ambos tipos pueden proporcionar una alta confiabilidad.
f). Simplicidad Como cualquier otra disciplina de la ingeniería, la “simplicidad” en un sistema de protección es siempre la “marca” de un buen diseño. El sistema de protección más simple,
sin embargo, no es siempre el más económico. Como se indicó previamente una mayor economía puede ser posible con un sistema de protección complejo que usa un número mínimo de elementos.
21
g). Selectividad
Cuando una falla ocurre, se requiere que la protección sea capaz de seleccionar y “disparar” únicamente los dispositivos de desconexión adyacentes a la falla. Esta propiedad
de acción selectiva es también llamada “discriminación” y es lograda generalmente mediante dos métodos:
Esquema de coordinación por tiempo: Esquemas de protección en zonas adyacentes son ajustadas para operar en forma secuencial o con diferentes tiempos, para que, durante la ocurrencia de una falla, aunque algunos de ellos respondan al disturbio, únicamente aquellas protecciones adyacentes a la zona de falla completarán su función de disparo. Los otros dispositivos no completarán tal función y posteriormente se restablecerán.
22
3. Procedimiento y descripción de las actividades realizadas. 3.1. Definición y Justificación del Caso de estudio. La definición y justificación del caso de estudio se realizó mediante visitas técnicas programadas con el personal de indelpro, con el fin de definir los alcances del proyecto, requerimientos por el cliente, limitaciones del proyecto y presentación de propuestas. Una vez con toda la información se pautaron fechas para nuevas visitas con motivo de levantamiento de datos de campo e información en documentos y/o digital.
3.2. Levantamiento de información del caso de estudio. Una de las partes más importantes y complicadas del proyecto es el levantamiento de información existente tanto en campo como en información impresa y digital, esto se debe a el tiempo invertido para cumplir con este requerimiento y el difícil acceso en áreas dentro de la planta, ya que toda información entregada en documentos debe ser cotejada con lo existente en campo. Los documentos recolectados en un proyecto son memorias de cálculo, diagramas unifilares, diagramas trifilares, estudios existentes, registro de eventos dentro del sistema eléctrico, información de dispositivos de protección, en otras palabras, toda información que se involucre dentro de los estudios para el proyecto. Los datos esenciales que se obtienen del levantamiento en campo son tags, buses, características de los conductores, especificaciones de los tableros, cargas existentes y futuras, detalle de los dispositivos de protección por ejemplo modelo, fabricante, valores nominales y ajustes. Una parte importante es determinar los escenarios operativos desde el más favorable hasta el más crítico.
3.3. Determinación de consideraciones que deben ser tomadas en base a los estándares IEEE/ANSI para estudio de corto circuito. Para realizar un estudio de corto circuito eficaz es necesario tomar consideraciones que no solo facilitan el cálculo de las corrientes de falla si no también agregan factores de seguridad para una correcta selección de los dispositivos y equipos que conforman el sistema eléctrico. Estas consideraciones fueron obtenidas del estándar IEEE/ANSI 141-1993 y el estándar IEEE/ANSI
242 1986. 23
3.4. Elaboración de diagrama unifilar del sistema eléctrico. Para obtener un diagrama unifilar final con toda la información necesaria para elaborar los estudios del proyecto fue esencial el uso de los diagramas existentes en planta y mediante la comparación de información en planos y diagramas contra lo que se tenía instalado en campo, se pudo actualizar el diagrama final y con el apoyarse en la elaboración de los estudios solicitados para el proyecto.
3.5. Modelado del sistema eléctrico del caso de estudio en el software DigSilent. Una vez con el diagrama final y actualizado se prosiguió con el modelado del sistema eléctrico en el software DigSilent (software especializado en el análisis de modelos de sistemas eléctricos), en el cual se agregó la información tal como buses, conductores con sus respectivas reactancias y resistencias, dispositivos de protección y sus respectivos ajustes, cargas con aportación de corto circuito, tags y transformadores con la información actual. El principal objetivo de un modelo virtual es alcanzar el mínimo de error en comparación con los parámetros reales de sistema eléctrico y con esto obtener un análisis más exhaustivo y optimo ante condiciones normales y anormales.
3.6. Simulación de los escenarios operativos y determinación de corrientes de corto-circuito. El objetivo de simular los escenarios operativos es determinar las corrientes de corto-circuito con magnitudes más críticas en los diferentes casos operativos y así validar los dispositivos instalados en el sistema eléctrico. La simulación del modelo previamente cargado a DigSilent se realizó tomando en cuenta las consideraciones mencionadas, para el cálculo de las corrientes de falla se basó en el método de componentes simétricas y se calculó la corriente de falla en cada bus del sistema.
24
3.7. Verificación de la capacidad del equipo instalado en base a los resultados de corto-circuito. La verificación de la capacidad del equipo instalado se realizó comparando los valores de corriente de falla obtenidos en el software DigSilent con los valores nominales de los dispositivos instalados en el sistema como interruptores, buses, conductores y transformadores. Lo anterior se realizó para cada escenario operativo del sistema y así asegurando la correcta verificación de los dispositivos para diferentes valores de corrientes de falla.
3.8. Determinación de consideraciones que deben ser tomadas para la coordinación de protecciones. Para realizar el estudio de coordinación de protecciones se tomaron las consideraciones recomendadas por el estándar IEEE/ANSI 242 1986 el cual está enfocado en la protección y coordinación del sistema eléctrico de potencia, algunas consideraciones dentro de este estudio fueron obtenidas de la NOM-001-SEDE-2012.
3.9. Ajuste y coordinación de protecciones eléctricas. El objetivo principal de un estudio de coordinación, es asegurar que los dispositivos de protección se ajusten en forma selectiva; es decir, que actúen en forma escalonada; de manera que, al ocurrir una falla, solo se aísle el área fallada, con un mínimo de perturbación para el resto del sistema. Con esto se minimiza la pérdida de producción y daño al equipo cuando ocurren fallas en el sistema eléctrico.
3.10.
Resumen y comentarios de resultados del estudio de corto-circuito y
coordinación de protecciones. En este punto se presenta un resumen de los resultados obtenidos de los estudios realizados, poniendo énfasis en los resultados críticos por ejemplo una inadecuada selección de interruptores, traslape en los dispositivos de protección, etc. Lo anterior se presenta de una manera clara para mayor facilidad de interpretación.
25
4. Resultados de las actividades realizadas
4.1. Definición y Justificación del Caso de estudio. Con motivo de la puesta en servicio del proyecto “Regenerant Super Heater - PPL2 Guard
Beds Project” el cual tiene como finalidad la integración de una súper resistencia con una capacidad de 500kW dentro del sistema eléctrico de la Compañía Indelpro en PPL-2 se hizo necesaria la realización del estudio de corto-circuito para verificar:
La capacidad del equipo instalado tales como fusibles, interruptores, buses y cables. Estos deben soportar momentáneamente los esfuerzos térmicos y magnéticos impuestos por las corrientes máximas de falla. Además de que los interruptores y fusibles deben interrumpir en forma segura estas corrientes de falla.
Los valores límites de coordinación de los dispositivos de protección, asegurando que estos se elijan y ajusten de manera que operen en forma selectiva, de tal forma que al ocurrir una falla se aísle solo el área fallada provocando un mínimo de perturbación para el resto del sistema.
Los alcances de los dispositivos de protección. Para los dos primeros incisos, es necesario determinar los valores de corriente de falla máxima, que incluya la aportación de todas las máquinas rotatorias. Para el segundo caso es necesario calcular los valores de corriente de falla mínima. Por lo tanto, el objetivo de realizar este estudio de corto-circuito es verificar que los
equipos que se instalarán tienen la capacidad de operar ante eventos de falla entre fase y/o falla a tierra. Así mismo, el objetivo de la coordinación de protecciones (tomando en cuenta los valores de falla entre fases y/o falla a tierra) es proveer selectividad entre los dispositivos de protección involucrados en el circuito fallado con una adecuada sensibilidad; brindando una correcta protección al equipo primario y por consiguiente de forma integral al sistema eléctrico de la compañía Indelpro. Alcances del Proyecto.
Estudio de coordinación de protecciones
Reporte con resumen de fallas y coordinación
Comentarios y Recomendaciones.
Actualización de diagrama unifilar. 26
4.2.Levantamiento de información del caso de estudio. 4.2.1. Valores base para el cálculo de corto circuito.
Los valores base que a continuación se muestran fueron obtenidos con referencia de los valores operativos del sistema para simplificar y facilitar los cálculos.
POTENCIA BASE
100 MVA
VOLTAJE BASE
115 KV
13.8 KV
4.16 KV
0.480 KV
CORRIENTE BASE
502.6 A
4188.6 A
13878.6 A
120281.30 A
IMPEDANCIA BASE
132.25
1.904
0.17305
0.002304
Tabla 2.- Valores base para cálculo de corto-circuito.
4.2.2. Aportación de corto circuito del suministrador e impedancias de los transformadores. Los valores de aportación por parte del suministrador de la energía eléctrica, fueron determinados por la propia generadora en este caso enertek.
Aportación EQUIVALENTE
KV
ENERTEK
115
Sk’’
Sk’’
MVA 3F
MVA 1F
4790.75
1298.39
Tabla 3. Valores de aportación de la fuente de suministro
27
Transformadores
TAG
CAPACIDAD %Z X/R R ate EN MVA
CAMB POSICIÓ . REL. DE N TRANSFOR. DE TAP TAP
LADO No. BUS
LADO No. BUS
PRIMARIO
SECUNDARIO
TRP01
40.00/53.2
9.10 28.5 20.0 115.0/13.8 KV ± 2.5%
2
001
ACOM PCA 002
TR-2
2.5/2.8/3.5
6.10 9.5
3
005
PRIM TR-2
13.8/0.48 KV ± 2.5%
R ate= Resistencia de Aterrizado
006
SEC TRP-1 SEC TR-2
REL. DE TRANSFOR. = Relación de Transformación
Tabla 4.- Características técnicas de los transformadores involucrados en el proyecto.
4.2.3. Súper resistencia propuesta en baja tensión. TABLERO LVS-1 CARGAS PROPUESTAS BAJA TENSIÓN
No. BUS
CARGA
TABLERO
019
SUPER HEATER WATLOW
HEATER
TENSIÓN
POTENCIA
Inom
KV
KW
A
0.48
500
602
PROPUESTA
Caso 1
Tabla 5. Características del Super Heater eléctrico propuesto para integración en tablero LVS-1 de baja tensión.
28
4.2.4. Identificación de buses En la siguiente tabla se muestran los datos de los buses y terminales que están involucrados con el estudio de cortocircuito.
B U S N o.
N O M B R E
TENSIÓN(K V)
001
ACOMETIDA PCA
115
002
SEC TRP-1
13.8
003
MVS-SE
13.8
004
MVS-1
13.8
005
PRIM TR-2
13.8
006
SEC TR-2
0.48
007
LVS-1
0.48
008
CCM-A1
0.48
009
CCM-A2
0.48
010
CCM-E2
0.48
011
CCM-A4
0.48
012
CCM-A3
0.48
013
CCM-D2
0.48
014
CCM-D1
0.48
015
CCM-B1
0.48
016
CCM-B2
0.48
017
PRIM TRA-2ª
0.48
018
BUS QZC-1
0.48
019
HEATER
0.48
Tabla 6.- Buses y terminales considerados en el estudio de cortocircuito.
29
4.2.5. Identificación de motores Asíncronos. Motores Asíncronos BAJA TENSION TABLERO LVS-1 (EXISTENTES) No. BUS
TAG DEL MOTOR TENSIÓN KV
LETRA CORRIENT DE POTENCIA FACTOR E SERVICIO (HP) CÓDIG NOMINAL O
D’’
CLASE DE AISL.
F.P.
008
(<50HP) CCM-A1
0.46
150
1.00
187.63
G
0.16
F
0.84
008
P-2L240A
0.46
75
1.15
94.13
G
0.16
F
0.94
009
(<50HP) CCM A2
0.46
75.5
1.00
106.26
G
0.16
F
0.84
010
(<50HP) CCM E1
0.46
107
1.00
234.71
G
0.16
F
0.84
010
C-2L910
0.46
50
1.00
62.76
G
0.16
F
0.94
010
C-2004B
0.46
125
1.00
156.89
G
0.16
F
0.94
011
(<50HP) CCM-A4
0.46
87
1.00
209.60
G
0.16
F
0.84
011
C-2L670
0.46
75
1.15
94.13
G
0.16
F
0.94
011
P-2L610B
0.46
100
1.15
125.51
G
0.16
F
0.94
012
(<50HP) CCM-A3
0.46
54.75
1.00
169.13
G
0.16
F
0.84
012
P-2L610A
0.46
100
1.15
125.51
G
0.16
F
0.94
012
C-2L711
0.46
200
1.15
251.02
G
0.16
F
0.94
013
(<50HP) CCM-D2
0.46
101
1.00
202.07
G
0.16
F
0.84
013
C-5002ª
0.46
50
1.15
62.76
G
0.16
F
0.94
013
P-4004C
0.46
125
1.15
156.89
G
0.16
F
0.94
013
P-5002B
0.46
60
1.15
75.31
G
0.16
F
0.94
013
P-6101ª
0.46
200
1.00
251.02
F
0.18
F
0.94
013
P-5002C
0.46
60
1.15
75.31
G
0.16
F
0.94
013
P-6301B
0.46
60
1.15
75.31
G
0.16
F
0.94
014
(<50HP) CCM-D1
0.46
100
1.00
125.51
G
0.16
F
0.84
014
P-6301ª
0.46
60
1.15
75.31
G
0.16
F
0.94
014
P-6101C
0.46
200
1.15
251.02
G
0.16
F
0.94
014
P-6101B
0.46
200
1.00
251.02
F
0.18
F
0.94
014
P-4001C
0.46
200
1.00
251.02
F
0.18
F
0.94
014
P-5002ª
0.46
60
1.15
75.31
G
0.16
F
0.94
014
C-5002B
0.46
50
1.15
62.76
G
0.16
F
0.94
015
(<50HP) CCM-B1
0.46
77.5
1.00
112.96
G
0.16
F
0.84
016
(<50HP) CCM-B2
0.46
36
1.00
38.48
G
0.16
F
0.84
Tabla 7. Características de las cargas existentes en tablero LVS-1 de baja tensión.
30
Motores Asíncronos BAJA TENSIÓN TABLERO LVS-1 PROYECTO FGRU
No. BUS
CARGA
TABLERO
TENSIÓN
POTENCIA
Inom
KV
HP
KW
A
F.P.
X D ’’
011
P-1202ª
CCM-E2
0.48
2
1.492
2.3
0.85
0.16
011
P-1202B
CCM-E2
0.48
1/3
0.249
0.4
0.85
0.16
011
P-1204B
CCM-E2
0.48
7.5
5.595
8.4
0.85
0.16
011
H-1202
CCM-E2
0.48
8
5.968
8.9
0.85
0.16
011
P-1301B
CCM-E2
0.48
15
11.190
16.7
0.85
0.16
011
H-1301
CCM-E2
0.48
4
2.984
4.5
0.85
0.16
Tabla 8. Características de las cargas definidas para el proyecto FGRU.
31
4.2.6. Identificación de alimentadores ALIMENTADORES TAG CABLE
TIPO DE CABLE
DE
A
COND
BUS BUS X FASE CF-MVSSE CF-MVS1 CF-TR2 CF-LVS1 CF-CCMD1 CF-TRA-2ª CF-QZC1 CF-CCMD2 CF-CCME2 CF-CCMA4 CF-CCMA3 CF-CCMA2 CF-CCMA1 CF-CCMB1 CF-CCMB2 CF-HEATER
CABLE 750MCM MT 002 15KV
003
CABLE 750MCM MT 003 15KV
004
CABLE 2/0 AWG MT 004 15KV
005
CABLE 500MCM BT 006 0.6KV
007
CABLE 350MCM BT 007 0.6KV
014
CABLE 1/0 AWG BT 007 0.6KV
017
CABLE 500MCM BT 007 0.6KV
018
CABLE 350MCM BT 007 0.6KV
013
CABLE 350MCM BT 007 0.6KV
010
CABLE 350MCM BT 007 0.6KV
011
CABLE 350MCM BT 007 0.6KV
012
CABLE 350MCM BT 007 0.6KV
009
CABLE 350MCM BT 007 0.6KV
008
CABLE 350MCM BT 007 0.6KV
015
CABLE 350MCM BT 007 0.6KV
016
CABLE 750MCM BT 007 0.6KV
019
LONGITU D
R1
X1
R0
X0
km
Ohm
Ohm
Ohm
Ohm
0.00026366 0.00044143 0.00121654 0.000741 7
0.03
7
0.65
3
0.044
10
0.012
3
0.026
1
0.04
3
0.01
3
0.035
0.00571257 0.00956429 0.02635843 0.016055 0.00488033 0.0027236
0.00814132 0.00409933
0.00010333 0.00012516 0.0003578 0.0002508 0.0010543
0.00092387 0.00289319 0.00216667
0.0159628
0.004672
0.02445
0.014172
0.00028703 0.00034767 0.0009939 0.00069667 0.00141925 0.00124367 0.00389468 0.00291667
2 2 2 2 2 3
0.00182475 0.001599
0.00500745 0.00375
0.00139898 0.0012259
0.00383905 0.002875
0.00139898 0.0012259
0.00383905 0.002875
0.00139898 0.0012259
0.00383905 0.002875
0.00139898 0.0012259
0.00383905 0.002875
0.00790725 0.006929
0.02169895 0.01625
0.01186087 0.0103935
0.03254842 0.024375
0.03 0.023 0.023 0.023 0.023 0.195
2
0.195
3
0.25
0.00402083 0.00858333 0.0185525 0.01440833
Tabla 9.- Características técnicas de los cables de potencia involucrados en el proyecto Regenerant Super Heater.
32
4.3. Determinación de consideraciones con sideraciones que deben ser tomadas en base a los estándares IEEE/ANSI para estudio de corto circuito. Se utilizaron las siguientes normas para realizar el estudio de cortocircuito y verificar la capacidad del equipo instalado tales como: interruptores, fusibles, buses, cables, transformadores, etc.
ANSI/IEEE STD 141-1993
IEEE Recommended Recommended Practice for Electric Power Distribution Distribution for Industrial Plants.
ANSI/IEEE STD 551-2006
IEEE Recommended Practice for Calculating Short-Circuit Currents in Industrial & Commercial Power System.
Se harán las siguientes consideraciones consideraciones generales en el estudio de cortocircuito:
a) Todas las fuentes están en fase e igual a 1 p.u. detrás de su reactancia transitoria o subtransitoria. b) Se considera que el flujo de corriente previo a la falla es cero; es decir, se desprecia la corriente de carga. c) Para condiciones de falla máxima se considera un factor de asimetría de 1.6.
Para el cálculo de impedancias de los elementos eléctricos se hicieron las siguientes consideraciones:
a). -Transformadores
Los datos de impedancia impedancia de los transformadores se tomaron mediante visitas visitas en campo guiadas por personal perso nal de Indelpro. La relación X/R se obtuvo o btuvo de la gráfica 77 Pág. 201 del Manual Manua l IEEE 141-1999. En la la curva de daño de los transformadores, para propósitos propósitos de coordinación, se tomó como base la la norma ANSI/IEEE C57.109 de 1993. La Z0 se tomó tomó igual a Z1.
33
b). - Cables La longitud y calibre de los conductores fue fue proporcionado por
personal técnico de la
Planta. Los valores de resistencia y reactancia se obtuvieron de las tablas 1 y 2 Pág. 301 del Industrial Power Systems Data Book de la General Electric Co. La ampacidad del cable se consideró de acuerdo a lo indicado por la norma NOM-001-SEDE-2012. Las curvas de daño de los cables se tomaron del de l Manual IEEE 242-2001 y de la norma nor ma ANSI/ICEA. La Z0 se calculó de acuerdo al “Transmission and Distribution Reference Book de Westinghouse E lectric Co”.
c). - Motores La reactancia subtransitoria X’’ de los motores de alta tensión tomados individualmente se tomó directamente de los datos proporcionados por el fabricante. La reactancia react ancia X’’ de los motores de baja tensión tensión tomados en grupo se tomó igual a 0.25 p.u. La relación X/R se obtuvo de la fig. fig. 79 Pág. 202 del Manual IEEE 141-1993, considerando un valor valor promedio. MULTIPLICADORES PARA LAS REACTANCIAS DE LAS MAQUINAS ROTATORIAS SEGÚN NORMA IEEE - 141 DE 1999 TIPO DE MAQUINA ROTATORIA
RED DE 1er.
RED
CICLO
INTERRUPTIVA
TURBOGENERADORES Y HIDROGENERADORES CON DEVANADOS AMORTIGUADORES.
1.0 Xd ‘’
1.0 Xd’’
HIDROGENERADORES SIN DEVANADOS AMORTIGUADORES
0.75 Xd’’
0.75 Xd’’
MOTORES SINCRONOS
1.0 Xd’’
1.5 Xd’’
MOTORES DE INDUCCIÓN
1.0 Xd’’
1.5 Xd’’
1.0 Xd’’
1.5 Xd’’
1.2 Xd’’
3.0Xd’’
DESPRECIAR
DESPRECIAR
> 1000 HP A 1800 R.P.M. O MENOS MOTORES DE INDUCCIÓN > 250 HP A 3600 R.P.M. MOTORES DE INDUCCIÓN > 50 HP MOTORES DE INDUCCIÓN < 50 HP
Tabla 10.- Multiplicadores para las reactancias de máquinas rotatorias
34
4.4. Elaboración de diagrama unifilar del sistema eléctrico del caso de estudio. Este punto fue cubierto por el personal de indelpro, debido a la autorización al acceso al uso de los planos de planta y autorización para uso de duplicados para uso exclusivo de grupo zener.
En la página siguiente se muestra el plano actualizado que se utilizó durante la elaboración elabor ación de los estudios solicitados por el personal de indelpro. Cabe mencionar que el plano utilizado fue entregado por el personal de indelpro.
Descripción del plano de la planta indelpro:
A continuación, se en lista los elementos que se pueden identificar en el plano el cual es una representación del sistema eléctrico de indelpro en forma de diagrama unifilar.
Punto de conexión entre compañía suministradora (enertek) e indelpro.
Transformador principal con sus características generales.
Transformadores auxiliares para distribución con sus características generales.
Buses y sus respectivos tags.
Cargas (motores mayores y menores a 200 hp’s, banco de capacitores para corrección de
factor de potencia, calentadores, etc.).
35
ESTUDIO DE C.C Y C.P CON MOTIVO DEL PROYECTO
A LA NORMA ANSI IEEE STD 399-1997
FLUJO CARGA BALANCEADA Nodos
Ramas
Red Externa
PowerFactory 14.1.3
CASO 1: SUPER HEATER 500KW
DIAGRAMA UNIFILAR INDELPRO FECHA: MARZO/2017
4.5. Modelado del sistema eléctrico del caso de estudio en el software DigSilent.
Para realizar el modelado del sistema eléctrico de indelpro, se utilizó la información recolectada en visitas previas, por ejemplo, diagramas unifilares, estudios previos, información de protecciones, tags de buses-conductores y especificaciones de los mismos. Una vez con toda la información necesaria se fue cargando a la base de datos del software DigSilent hasta alcanzar el modelo más cercano a la realidad para realizar los estudios más óptimos.
Los valores de corriente de corto circuito que aporta el suministrador de la energía eléctrica en este caso Enertek, fueron proporcionados por la misma suministradora. La información importante para cualquier estudio de corto circuito es la relación X/R del sistema y la potencia monofásica y trifásica de corto circuito.
4.5. Modelado del sistema eléctrico del caso de estudio en el software DigSilent.
Para realizar el modelado del sistema eléctrico de indelpro, se utilizó la información recolectada en visitas previas, por ejemplo, diagramas unifilares, estudios previos, información de protecciones, tags de buses-conductores y especificaciones de los mismos. Una vez con toda la información necesaria se fue cargando a la base de datos del software DigSilent hasta alcanzar el modelo más cercano a la realidad para realizar los estudios más óptimos.
Los valores de corriente de corto circuito que aporta el suministrador de la energía eléctrica en este caso Enertek, fueron proporcionados por la misma suministradora. La información importante para cualquier estudio de corto circuito es la relación X/R del sistema y la potencia monofásica y trifásica de corto circuito.
En la página siguiente se muestra el modelo final en el software DigSilent solo con los buses y elementos involucrados en el estudio.
36
4.6.Simulación de los escenarios operativos y determinación de corrientes de corto-circuito.
Caso de Estudio Falla Trifásica- Falla Monofásica Los resultados obtenidos en el software DigSilent, que a continuación se muestran son válidos para la propuesta, previamente mencionada como caso de estudio. Una consideración importante es debido a la característica del Súper Heater, el cual no aporta corriente de corto circuito al sistema independientemente su capacidad, debido a que es una carga puramente resistiva. . Cálculo de falla trifásica
con aportación total de
motores, generadores
y
4.6.Simulación de los escenarios operativos y determinación de corrientes de corto-circuito.
Caso de Estudio Falla Trifásica- Falla Monofásica Los resultados obtenidos en el software DigSilent, que a continuación se muestran son válidos para la propuesta, previamente mencionada como caso de estudio. Una consideración importante es debido a la característica del Súper Heater, el cual no aporta corriente de corto circuito al sistema independientemente su capacidad, debido a que es una carga puramente resistiva. . RED 1
Cálculo de falla trifásica con aportación total de motores, generadores y C.F.E. (valor momentáneo para fusibles de AT e interruptores de baja tensión <1KV).
RED 2
Cálculo de falla trifásica, incrementando las reactancias de los motores, con la generación y C.F.E. (valor interruptivo para interruptores de alta tensión >1KV).
RED 3
RED 4
Cálculo de falla trifásica sin aportación de motores (coordinación de protecciones con retardo de tiempo). Calculo de falla Monofásica (coordinación de protecciones para fallas a tierra).
37
CORRIENTES DE FALLA TOTALES EN AMPERIOS SIMETRICOS REDES DE ACUERDO A LA NORMA ANSI-IEEE 141-1999. CASO DE ESTUDIO
BUS
NOMBRE
KV
Red sin Red Red Momentánea I nterruptiva aportación de motores (I k (Ik´´kA) (I b kA) kA)
F alla a Tierra kA
001 ACOMETIDA
115
24.65
24.51
24.34
19.96
002 SEC TRP-1
13.8
25.21
22.85
21.69
0.44
003 MVS-SE
13.8
25.20
22.84
21.68
0.44
004 MVS-1
13.8
24.87
22.46
21.32
0.44
005 PRIM TR-2
13.8
24.66
22.30
21.14
0.44
006 SEC TR-2
0.48
69.96
54.86
43.58
63.63
007 LVS-1
0.48
69.06
53.59
42.61
61.90
008 CCM-A1
0.48
51.55
43.21
31.57
42.05
009 CCM-A2
0.48
51.06
43.22
31.43
41.83
010 CCM-E2
0.48
48.17
40.47
29.24
38.21
011 CCM-A4
0.48
51.65
43.19
31.60
42.10
012 CCM-A3
0.48
51.96
43.22
31.69
42.25
013 CCM-D2
0.48
52.86
43.02
31.87
42.53
014 CCM-D1
0.48
57.01
45.50
34.38
46.82
015 CCM-B1
0.48
21.30
20.94
12.97
14.99
016 CCM-B2
0.48
15.42
15.25
9.43
10.63
017 PRIM TRA-2A
0.48
15.60
15.60
9.62
12.69
018 BUS QZC-1
0.48
63.30
50.54
39.06
55.62
019 HEATER
0.48
21.50
21.16
13.27
16.33
Tabla 11.- Resumen de valores de falla. 38
4.7.Verificación de la capacidad del equipo instalado en base a los resultados de corto-circuito.
Por ello, una vez concluido el estudio de corto-circuito para la evaluación y base de selección de la potencia de la súper-resistencia con motivo del proyecto “Regenerant Super Heater PPL2 Guard Beds Proyects” en el tablero LVS-1 de la planta PPL-2, se enlistan los siguientes valores. CAPACIDAD INTERRUPTIVA SUBESTACIÓN INDELPRO PPL-2 UBICACIÓN DEL INTERRUPTOR
CORRIENTE CORTOCIRCUITO DE RED INTERRUPTIVA (Ib kA)
CAPACIDAD INTERRUPTIVA
52-L1 INTERRUPTOR 115 KV
24.51 KA
40 KA
52-1 TABLERO MVS-SE 13.8KV
22.84 KA
31.5 KA
Tabla 12.- Capacidad interruptiva subestación principal PPL-2.
CAPACIDAD INTERRUPTIVA EN EL TABLERO MVS-1 DE 13.8 KV UBICACIÓN DEL INTERRUPTOR 52-10 PRINCIPAL MVS-1. 52-15 ALIMENTADOR A TRANSFORMADOR TR-2
CORRIENTE CORTOCIRCUITO DE RED INTERRUPTIVA (Ib kA) 22.46 KA
CAPACIDAD INTERRUPTIVA 31.5 KA
22.30 KA
31.5 KA
Tabla 13.- Capacidad interruptiva tablero MVS-1. CAPACIDAD INTERRUPTIVA EN TABLERO LVS-1 DE 0.48 KV UBICACIÓN DEL INTERRUPTOR
CORRIENTE CORTOCIRCUITO DE RED INTERRUPTIVA (Ib kA)
CAPACIDAD INTERRUPTIVA
52-30 PRINCIPAL LVS-1.
53.59 KA
85 KA
52 DERIVADO A SUPERHEATER.
53.59 KA
65 KA
Tabla 14.- Capacidad interruptiva tablero LVS-1 circuito super heater.
39
De acuerdo a las tablas anteriores, en donde se muestran los valores de falla por cortocircuito, se puede apreciar que la capacidad interruptiva de los interruptores instalados es mayor que la corriente de red interruptiva presente en cada circuito en condición de falla, por lo cual, se concluye que estos interruptores son adecuados.
4.8. Determinación de consideraciones que deben ser tomadas en los estudios en base a los estándares IEEE/ANSI para coordinación de protecciones. 4.8.1. Consideraciones generales. Se harán las siguientes consideraciones en el estudio de coordinación.
Selección de los fusibles de los transformadores debe estar en el rango del 100% al 300% de la capacidad de estos, y debe estar debajo de la curva de daño del transformador. De acuerdo con Norma oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012, la protección primaria no debe ser mayor al 300 % (art. 450).
Para la coordinación entre curvas de relevadores electromecánicos es necesario una separación mínima de 0.35 segundos, para condiciones de falla máxima Esto se debe al retardo a la apertura del interruptor, inercia de los relevadores (sobre carrera), y un factor de seguridad que debe proporcionarse debido a las inexactitudes.
Para coordinación entre relevador y fusible en tensiones medias se acepta un valor mínimo de 0.25 segundos para condiciones de falla máxima entre la curva del relevador y la curva de aclaramiento del fusible.
Debido a la corta distancia y por lo tanto a la poca diferencia en los niveles de falla entre el punto de instalación de un relevador instantáneo (50) y otro: resulta problemática la coordinación de estos relevadores. El ajuste se da a un solo relevador, bloqueándose los demás.
40
Los relevadores de neutro instalados, inmediatamente antes de la delta de un transformador conectado en delta-estrella, no tiene que coordinar con ningún dispositivo de protección lado carga, por lo que se le ponen ajustes mínimos; y en el caso de que en el sistema de que este alimentado provenga de un transformador o generador aterrizado a través de una resistencia, deben ajustarse lo suficientemente sensible para detectar fallas a tierra en el lado de la delta.
El estudio de coordinación fue hecho con un voltaje de referencia de 0.48 KV, por lo que los valores de corriente mostrados en las hojas de coordinación están en ésta base.
En los interruptores de acción directa usados en baja tensión, no se considera intervalo de coordinación entre la operación de dos o más conectados en serie en un mismo ramal. Sólo se da una pequeña separación para evitar que se traslapen sus curvas y con esto tener una selectividad en sus disparos.
El margen de coordinación para relevadores estáticos o digitales, se puede reducir de 200 a 250 ms, ya que éstos relevadores no tienen sobrecarrera, como en el caso de los relés electromecánicos, además de tener mayor precisión.
41
4.8.2. CONSIDERACIONES PARA EL CÁLCULO DE LOS DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN.
4.8.2.1.MOTORES.
AJUSTE DE SOBRECARGA. La corriente nominal del dispositivo de protección contra sobre cargas se ajustará, de acuerdo al artículo 430-32 de la NOM-001-SEDE-2012, como se muestra a continuación.
Motores con Factor de servicio
1.15
125%
Motores con Factor de servicio
1.0
115%
La protección contra cortocircuito utilizada es de interruptores termomagnéticos, cuyo ajuste se seleccionó mayor que la corriente de magnetización del motor en un 25%.
CORRIENTE DE MAGNETIZACIÓN. Se considera la corriente de magnetización igual a 1.5 la corriente de rotor bloqueado.
42
4.8.2.2. TRANSFORMADORES. Los criterios para protección
de transformadores están fijados por las normas ANSI
C57.109-1993 (IEEE Guide for Transformer Through Fault Current Duration).
Estas normas dividen los transformadores
en
4 categorías
para
las
cuales se
desarrollaron las curvas de daño de los transformadores.
CATEGORÍA I
Transformadores de 5-500 KVA monofásicos y de 15-500 KVA trifásicos.
CATEGORÍA II
Transformadores de 501-1667 KVA monofásicos y de 501-5000 KVA trifásicos.
CATEGORÍA III
Transformadores de 1668-10000 KVA monofásicos y de 5001-30000 KVA trifásicos.
CATEGORÍA IV
Transformadores mayores de 10000 KVA monofásicos y mayores de
30000 KVA trifásicos.
CORRIENTE DE MAGNETIZACIÓN (INRUSH) La corriente de magnetización de acuerdo a la norma mencionada se determina como sigue:
Transformadores menores de 1500 KVA
Imag = 8 Inp
Transformadores 1500 KVA < POT < 3500 KVA
Imag = 10 Inp
Transformadores mayores de 3500 KVA
Imag = 12 Inp
En todos los casos
Imag = 0.1 seg.
4.8.2.3. CABLES. La curva de daño de los cables fue obtenida de la norma IEEE 242-2001.
43
4.9.Ajuste y coordinación de protecciones eléctricas tomando en cuenta las recomendaciones y los procedimientos estandarizados.
A continuación, se presentan las hojas de coordinación con los ajustes adecuados para brindar la mayor protección y seguridad del sistema, los ajustes para cada protección fueron determinados mediante las consideraciones del punto anterior, se mostrarán solo las hojas de coordinación de las ramas que se ven involucradas con la integración de la nuevo Super Heater en el tablero LVS-1.
HOJA DE COORDINACIÓN 1 (Falla Trifásica) En esta hoja de coordinación se muestra lo siguiente: 1.- Curva de daño del Transformador TR-2 de 2.5 MVA de 13.8/0.48 KV y Z% =6.05 2.- 50/51 RELEVADOR: GE 745 LADO PRIMARIO DEL TR-2 Ajuste: || TAP=5.5A | DIAL=4.5seg |INST1=12.5A INST2=60|RET 1=0.5s RET 2=0.0s CURVA= ANSI VI | RTC=200/ 5 || 3.- INTERRUPTOR PRINCIPAL TABLERO LVS-1 MICROLOGIC 6.0 MARCO: 4000A Ajuste: || Ir=1.0xIn | Tr= 1.0@6Ir | Isd= 3.0xIr | Tsd= 0.3OFF || 4.- INTERRUPTOR 52 HEATER TABLERO LVS-1 MICROLOGIC 6.0 MARCO: 800A Ajuste: || Ir=0.9xIn | Tr= 0.5@6Ir | Isd= 2.5xIr | Tsd= 0.1OFF || INST= 6xIn || CURVA DE DAÑO CABLE CALIBRE 750 MCM,600V CURVA DE DAÑO CABLE CALIBRE 500 MCM, 600V CURVA DE DAÑO CABLE CALIBRE 2/0, 15 KV
44
HOJA DE COORDINACIÓN 1 (Falla de Fase a Tierra) En esta hoja de coordinación se muestra lo siguiente:
1.- INTERRUPTOR PRINCIPAL TABLERO LVS-1 MICROLOGIC 6.0 MARCO: 4000A Ajuste: || Ig=D (800A) | Tg= 0.2s ||
2.- INTERRUPTOR 52 HEATER TABLERO LVS-1 MICROLOGIC 6.0 MARCO: 800A Ajuste: || Ig= A (160A) | Tg= 0.1 ||
Se simuló una falla a tierra en terminales del SUPER HEATER 500KW, observándose una adecuada selectividad entre los dispositivos representados.
45
T N E L I S g I D
1000 01.- CURVA DE DAÑO DEL TRANSFORMADOR TR-2 CLASE I 2500KVA 13.8/0.48 KV %Z=6.05
[s]
100
02.-50/51 PRIMARIO DEL TR-2 RELE GE 745 TAP: 1.1xCT DIAL: 4.5 INST1: 2.5xCT RET: 0.5s INST2: 12xCT TC: 200/5 CURVA: ANSI VI
10
03.- INT 52-1B (CB-40) PRINCIPAL TABL LVS-1 MASTERPACT 4000A UNIDAD DE DISPARO 6.0P SENSOR 4000A Ir=1xIn tr=1@6Ir Isd=3xIr tsd=0.3OFF 1
15154.799 pri.A/ 0.500 s
04.- INT 52 HEATER MASTERPACT 800A UNIDAD DE DISPARO 6.0P SENSOR: 800A Ir=0.9xIn tr=0.5@6Ir Isd=2.5xIr tsd=0.1OFF INST= 6 x In
15154.799 pri.A/ 0.310 s
21488.680 pri.A/ 0.120 s
CURVA DE DAÑO CABLE 2/0
0.1
CURVA DE DAÑO CABLE 750MCM
0.01 0.48 kV 10 13.80 kV
CURVA DEDE DAÑO CABLE 500MCM CURVA DAÑO CABLE 500MCM
L A N I M O N A G R A C
1000 1
100000 100
INT 52 HEATER 800A TR-2
[pri.A]
10000 INT 52-1B CB-40 SEC TR 2 TABL LVS-1 50/51 PRIMARIO DEL TR-2
10000000
T N E L I S g I
1000
D
01.-INT 52-1B (CB-40) PRINCIPAL TABL LVS-1 MASTERPACT 4000A UNIDAD DE DISPARO 6.0P SENSOR 4000A (In>1200) Ig=D (800A) tg=0.2s
[s]
100
10
02.-INT 52 HEATER MASTERPACT 800A UNIDAD DE DISPARO 6.0P SENSOR:800A (400
1
15154.799 pri.A/ 0.200 s 21488.680 pri.A/ 0.150 s 0.1
0.01 0.48 kV 10
1000 INT 52 HEATER 800A FT
100000 INT 52-1B 4000A FTB CT0 2
[pri.A]
10000000
4.10. Resumen y comentarios de resultados del estudio de corto circuito y coordinación de protecciones para una clara interpretación por el cliente. El presente estudio de corto-circuito y coordinación de protecciones se realizó evaluando las opciones de adquisición de la super-heater en base a la potencia considerada por personal de Indelpro siendo esta potencia de 500 kW con la finalidad de evaluar el impacto de la misma en el sistema eléctrico de potencia de la planta Indelpro PPL2 y las condiciones que deben cumplirse desde el punto de capacidades interruptivas y coordinación de protecciones. Por ello, una vez concluido el estudio de corto-circuito y coordinación de protecciones para la evaluación y base de selección de la potencia de la super-resistencia con motivo del proyecto “Regenerant Super Heater PPL2 Guard Beds Proyects” en el tablero LVS-1 de la planta
PPL-2, se enlistan los siguientes valores. CAPACIDAD INTERRUPTIVA SUBESTACIÓN INDELPRO PPL-2
UBICACIÓN DEL INTERRUPTOR
CORRIENTE CORTOCIRCUITO DE RED INTERRUPTIVA (Ib kA)
CAPACIDAD INTERRUPTIVA
52-L1 INTERRUPTOR 115 KV
24.51 KA
40 KA
52-1 TABLERO MVS-SE 13.8KV
22.84 KA
31.5 KA
Tabla 15.- Capacidad interruptiva subestación principal PPL-2. CAPACIDAD INTERRUPTIVA EN EL TABLERO MVS-1 DE 13.8 KV UBICACIÓN DEL INTERRUPTOR 52-10 PRINCIPAL MVS-1.
CORRIENTE CORTOCIRCUITO DE RED INTERRUPTIVA (Ib kA) 22.46 KA
CAPACIDAD INTERRUPTIVA 31.5 KA
22.30 KA
31.5 KA
52-15 ALIMENTADOR A TRANSFORMADOR TR-2
Tabla 16.- Capacidad interruptiva tablero MVS-1 46
CAPACIDAD INTERRUPTIVA EN TABLERO LVS-1 DE 0.48 KV UBICACIÓN DEL INTERRUPTOR
CORRIENTE CORTOCIRCUITO DE RED INTERRUPTIVA (Ib kA)
CAPACIDAD INTERRUPTIVA
52-30 PRINCIPAL LVS-1.
53.59 KA
85 KA
52 DERIVADO A SUPERHEATER.
53.59 KA
65 KA
Tabla 17.- Capacidad interruptiva tablero LVS-1 circuito súper heater.
Cabe señalar que los valores obtenidos por la instalación de la super-heater para los tres casos, tal que como se mencionó en la sección “Cálculo detallado de las corrientes de falla” de
este estudio, no aporta corriente de falla al sistema al ser una carga puramente resistiva, por lo cual la corriente de falla que existe es solamente la del sistema, la cual tiene la magnitud descrita en las tablas de resumen independientemente de la capacidad de la super-heater.
De acuerdo a las tablas anteriores, en donde se muestran los valores de falla por cortocircuito, se puede apreciar que la capacidad interruptiva de los interruptores instalados es mayor que la corriente de red interruptiva presente en cada circuito en condición de falla, por lo cual, se concluye que estos interruptores son adecuados. En cuanto a la coordinación de protecciones se aprecia que:
Es necesario reajustar la función 50-1 del lado primario del transformador TR-2 a los valores mostrados en la cedula de ajuste.
Es necesario reajustar la unidad de disparo del interruptor principal del tablero LVS-1 (Secundario de TR-2) de acuerdo a los valores mostrados en la cedula de ajuste del presente estudio.
47
Si la super-heater es de 500 kW esta puede ser energizada a través del LVS-1 por un interruptor derivado de marco o corriente nominal de 800 A de la Marca: Schneider/Merlín Gerin, Modelo: Masterpact NW08H1 y unidad de disparo Micrologic 6.0.
Seleccionando el interruptor adecuado de acuerdo a la potencia de la super-heater y ajustando la unidad de disparo Micrologic 6.0 a los valores señalados en la cedula de ajustes de este estudio se observa una adecuada sensibilidad y selectividad entre los dispositivos que conforman el esquema de protección.
El micrologic 6.0 es una unidad de protección tipo LSIG que cuenta con funciones de medición. Las funciones de medición varían dependiendo del modelo y son tres versiones distintas, la tipo “A” que es para medir solo corrientes, la tipo “P” que es para medir corriente, voltaje e
instantáneos de potencia. Por último, la tipo “E” que mide corriente, voltaje, instantáneos de potencia, energía, etc. Por tal razón la unidad de disparo apropiada para la carga sería la micrologic 6.0A, sin embargo, no existe impedimento si es de otro modelo mientras esta unidad sea del tipo LSIG.
48
5. Conclusiones del proyecto, recomendaciones y experiencia personal y profesional adquirida.
Como conclusión tenemos que es de gran importancia aplicar los procedimientos estandarizados a cualquier estudio dentro del área de ingeniería eléctrica, con el motivo de evitar daños tanto como de personal y equipos y así reducir las pérdidas por interrupción de continuidad.
Haber tenido la oportunidad de ser el responsable de desarrollar este proyecto fue una experiencia invaluable, y agradezco a Grupo Zener por brindarme la confianza y apoyo en todo el desarrollo del proyecto.
Una de las recomendaciones para el desarrollo de un proyecto en el cual sea necesario la elaboración de una ingeniería a detalle y estudios especializados, es que siempre se apoyen con empresas especializadas y con años de experiencia en la materia y así evitar problemas futuros y por lo tanto el aumento de pérdidas económicas.
Como experiencia personal y profesional me llevo que lo más importante no son los conocimientos ya que estos hoy te pueden servir, pero mañana no, lo más importante desde mi punto de vista es la actitud con la enfrentas los retos, tener la habilidad de en un momento adquirir conocimientos y en otro momento olvidar y volver aprender algo nuevo es la clave para sobrellevar cualquier reto en el transcurso de la vida profesional.
49
Competencias desarrolladas y/o aplicadas Competencias especificas
Manejo de equipos especializados para pruebas de relevadores digitales.
Manejo de equipos especializados para pruebas de TC’s y TP’s.
Capacidad para realizar estudios con programas especializados.
Capacidad para determinar sistemas inseguros.
Capacidad para elaborar hojas de coordinación.
Capacidad para manipular relevadores digitales y establecer ajustes.
Capacidad para montaje de relevadores.
Capacidad para realizar procedimientos adecuados para pruebas.
Capacidad para especificar dispositivos eléctricos.
Manejo de normatividad.
Competencias genéricas
Capacidad para interpretar los alcances necesarios para un proyecto.
Capacidad de compresión de normatividades.
Capacidad de transmisión de ideas.
Capacidad para expresarse de una manera clara.
Capacidad para organizar y dar resultados en tiempo y forma.
Capacidad de realizar reportes de manera clara.
Capacidad para administrar y uso de tecnologías para mejorar los resultados.
Capacidad de trabajo en equipo.
Capacidad de crítica y autocrítica.
Capacidad de realizar un propio criterio.
Capacidad para crear un ambiente de trabajo adecuado.
Proactividad.
Responsabilidad.
50
