Informe EDP-080-13 ECP LT 60 KV L-6559 Oquendo-Nueva Quimpac

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Emitido para Revisión

17/09/2013

W.L.A.

B.R.V.

R.M.A.

REV.

DESCRIPCION

FECHA

EJEC.

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APRO.

Proyecto de Ampliación Quimpac Estudio de Operatividad LT 60 kV SET OQUENDO – SET NUEVA QUIMPAC (L-6559) Titulo:

Estudio de Coordinación de Protecciones LT 60 kV L-6559 Oquendo-Nueva Quimpac Informe N°:

Revisión

EDP-080-13 Responsable Técnico:

Ing. Bernardino Rojas Vera CIP 38006

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Estudio de Coordinación de Protecciones LT 60 kV L-6559 Oquendo-Nueva Quimpac EDP-080-13

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ESTUDIO DE COORDINACION DE PROTECCIONES LINEA DE TRANSMISION EN 60 KV OQUENDO – NUEVA QUIMPAC

INDICE 1.

INTRODUCCION .......................................................................................................................................................................... 3

2.

OBJETIVO ...................................................................................................................................................................................... 3

3.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................................................................................ 4

3.1

CONCLUSIONES GENERALES ......................................................................................................................4

4.

DESCRIPCION DEL PROYECTO .............................................................................................................................................. 5

5.

DESCRIPCION DEL SISTEMA ELECTRICO .......................................................................................................................... 6

6.

DATOS UTILIZADOS ................................................................................................................................................................... 8

6.1 6.2 6.3

SISTEMA ELECTRICO INTERCONECTADO NACIONAL ..........................................................................8 DOCUMENTOS DE REFERENCIA .................................................................................................................8 HERRAMIENTA COMPUTACIONAL ............................................................................................................8

7.

DESCRIPCION DEL SISTEMA DE PROTECCIONES............................................................................................................ 9

8.

PROTECCION DE LA LINEA DE TRANSMISION EN 60KV L-6559 ................................................................................. 10

8.1.1 FILOSOFÍA DE PROTECCIÓN DE LA LÍNEA L-6559 ................................................................................. 10 8.1.2 PRINCIPALES DATOS DE LA LÍNEA L-6559 ............................................................................................... 11 8.1.3 MEMORIA DE CÁLCULO ............................................................................................................................. 12 9.

ANÁLISIS DE LAS PROTECCIONES DE SOBRECORRIENTE ......................................................................................... 13

9.1 9.2

CRITERIOS Y METODOLOGIA EMPLEADA ............................................................................................. 13 FILOSOFIA DE LAS PROTECCIONES DE SOBRECORRIENTE .............................................................. 14

10. PROTECCIONES DE TENSION (27, 59) .................................................................................................................................. 20

10.1 10.2

PROTECCION DE SOBRETENSIÓN (59) .................................................................................................... 20 AJUSTE DE LA PROTECCION DE MINIMA TENSION (27) ...................................................................... 20

ANEXOS Anexo Nº 1: Memoria de cálculo SIEMENS 7SD522 - SE Oquendo Anexo Nº 2: Memoria de cálculo SIEMENS 7SD522 - SE Nueva Quimpac Anexo Nº 3: Planilla de ajustes Relés SIEMENS 7SD522 - SE Oquendo Anexo Nº 4: Planilla de ajustes Relés ABB RED670 - SE Nueva Quimpac Anexo N° 5: Diagrama Unifilar de Protección – Subestación Oquendo. Anexo N° 6: Diagrama Unifilar de Protección – Subestación Nueva Quimpac.


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1. INTRODUCCION QUIMPAC S.A. es una empresa de la industria química que se dedica a la producción y comercialización de soda caústica, cloro, fosfato bicálcico y sal para el consumo domestico. Sus operaciones las realiza en sus plantas situadas en Oquendo (Callao), Huacho (km 130 al Norte de Lima), Paramonga (km 210 al Norte de Lima) y Otuma, en Pisco (km 280 al Sur de Lima). La empresa Quimpac planea iniciar la puesta en marcha operacional de su nueva planta de cloro soda, en su centro de operación de Oquendo, ubicada en la provincia de Callao del departamento de Lima, el cuarto trimestre del presente año. EDELNOR, está realizando la implementación de una nueva línea subterránea entre la Subestación Oquendo 60 kV y la nueva Subestación Quimpac con la finalidad de abastecer de energía eléctrica a la nueva planta de QUIMPAC S.A., cuya puesta en servicio está prevista para finales del mes de Setiembre del presente año. Cumpliendo con los cronogramas de construcción del proyecto y los requerimientos del actual reglamento de transmisión, el cual establece que toda nueva instalación que se conecte al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN) deberá presentar al organismo operador del sistema eléctrico peruano (COES-SINAC) y a la empresa concesionaria del sistema de transmisión del área de influencia del proyecto los estudios eléctricos respectivos, los cuales contemplen un análisis en estado estacionario y transitorio del sistema eléctrico del proyecto y del sistema de transmisión adyacente a este, con la finalidad de obtener la conformidad del mismo. El presente informe da a conocer los criterios, metodología, análisis y resultados de la coordinación del sistema de protecciones correspondiente a la nueva línea en 60 kV L-6559 Oquendo-Nueva Quimpac, los cuales permitirán posteriormente realizar la configuración, programación y ajustes de los nuevos relés de protección proyectados para dicha línea y en caso los hubiera los cambios de ajustes necesarios en los dispositivos de protección existentes en el sistema de transmisión del área de influencia del proyecto, de tal forma que se tenga un sistema de protecciones que actúen bajo los principios básicos de rapidez de operación y selectividad ante perturbaciones que puedan ocurrir en las diferentes condiciones de operación del sistema.

2. OBJETIVO Determinar los ajustes del sistema de protecciones de la nueva línea de transmisión en 60 kV L6559 Oquendo-Nueva Quimpac, conformado por relés multifunción SIEMENS 7SD522 (protección diferencial de línea 87L y protección de sobrecorriente de respaldo).


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3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 3.1 CONCLUSIONES GENERALES a) La filosofía de protección implementada en las instalaciones pertenecientes al proyecto cumplen con los requisitos mínimos establecidos por el COES y la tecnología de estos equipos asegura que se tenga un sistema de protecciones que actúa bajo los principios básicos de rapidez, selectividad, seguridad y confiabilidad ante eventos o perturbaciones que puedan ocurrir bajo diferentes condiciones de operación de la red sin afectar la integridad del Sistema de Subtransmisión en 60 kV de EDELNOR y la continuidad del suministro eléctrico a la nueva planta de Quimpac. b) La línea de transmisión en 60 kV L-6559 Oquendo-Nueva Quimpac, en ambos extremos estará equipada con los siguientes dispositivos de protección: S.E. OQUENDO

SIEMENS 7SD522 : Protección Principal SIEMENS 7SD522 : Protección Principal

(87L, 50/51, 67N, 50SOTF, 27/59) (87L, 50/51, 67N, 50SOTF, 27/59)

S.E. NUEVA QUIMPAC

SIEMENS 7SD522 : Protección Secundaria SIEMENS 7SD522 : Protección Secundaria

(87L, 50/51, 50N/51N, 50SOTF, 27/59) (87L, 50/51, 50N/51N, 50SOTF, 27/59)

c) Para el análisis de la coordinación de protecciones se ha considerado el escenario hidrológico Estiaje del año 2014 en la condición de máxima demanda, ya que en este escenario se presenta el mayor nivel de corriente de cortocircuito. d) Anualmente el COES-SINAC propone un Esquema de Rechazo Automático de Carga por Mínima Frecuencia, el cual deberá ser implementado en los relés de protección de los alimentadores en 22.9 kV de la Nueva Planta de Quimpac al año de iniciada la operación de la planta concentradora, a fin de mantener la seguridad del suministro ante una contingencia severa (pérdida de un gran bloque de generación en el SEIN) evitando de este modo la exposición prolongada de los equipos del SEIN a variaciones de frecuencia que pueden afectar la vida útil de los mismos.


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4. DESCRIPCION DEL PROYECTO a. LINEA DE TRANSMISION EN 60 kV El proyecto comprende la puesta en operación de una nueva línea de transmisión en 60 kV de 0.72 kilómetros entre las subestaciones de Oquendo y la subestación principal de la nueva planta de Quimpac (L-6559), así como la ampliación del sistema de barras para el montaje de la celda de salida en 60 kV de la subestación Oquendo. Se tendrá en cuenta las siguientes características para el proyecto de la nueva línea de transmisión en 60 kV L-6559: Tramo Número de ternas Longitud aproximada Red Subterránea Cable

: : : :

Subterráneo Simple 720 m XLPE 35/60 (72.5) kV Cu 500 mm2

Igualmente como parte del proyecto se implementará un enlace de fibra óptica subterránea para la protección diferencial entre las subestaciones de transformación Oquendo y Nueva Quimpac. El cable de fibra óptica estará constituido por 24 fibras ópticas monomodo. El cable de fibra óptica, se instalará en forma subterránea a través de un sistema de canalización compartida con la línea de alta tensión de 60kV y siguiendo la ruta proyectada entre la SET Oquendo y la nueva SET Quimpac. b. SUBESTACION NUEVA QUIMPAC


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La nueva subestación de Quimpac, cuya configuración del sistema de barras en 60 kV es del tipo simple barra, contará con las siguientes celdas en 60 kV: - 1 celda de llegada de la línea subterránea L-6559 de Oquendo. - 2 celdas de los transformadores: T1 60/22.9kV de 12.5-15 MVA ONAN-ONAF y T2 60/60kV de 26.71 MVA. - 1 celda para el filtro capacitivo de 5 MVAR. Los transformadores que alimentan al puente rectificador AC/DC de 6 pulsos tienen las siguientes características: Autotransformador de regulación 60/60 kV de 26.71 MVA, YNy0. Transformador 60/0.545/0.545 kV – 28.2/14.1/14.1 MVA, Dd10 – Dy11.

5. DESCRIPCION DEL SISTEMA ELECTRICO

L-626A 3.740 km

SE CHILLON 60KV

L-618 8.297 km

L-626B 0.910 km

L-617 6.941 km

SE CHAVARRIA 60KV

SE TOMAS VALLE

L-699 7.540 km

L-653 7.480 km

L-6558 6.300 km

L705 1.000 km

L-6559 0.720 km

SE OQUENDO 60KV

G ~ C.T SDF 37.000 MVA

QUIMPAC

AMPLIACION QUIMPAC


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a. DESCRIPCION DE LA SUBESTACION OQUENDO La subestación se ubica en una zona industrial al norte del Callao, pertenece a la empresa distribuidora Edelnor. El sistema de barras en 60 kV y las respectivas caldas están instalados en el interior y en un solo nivel; los transformadores y celdas de 10 kV y 20 kV se ubican en el exterior. La configuración del sistema de barras en 60 kV es del tipo doble barra con celda para acoplamiento de barras. Las ocho celdas están equipadas y ocupadas; sin embargo existe, adyacente al edificio, otra sala con capacidad para seis (06) celdas más. Las salidas en 60 kV existentes son: - 3 celdas de salidas a líneas aéreas: L-618, L-653 y L-6990 - 2 celdas de los transformadores: TR1 60/10kV de 25 MVA y TR2 60/20/10kV de 40 MVA. - 1 celda para el acoplamiento de barras. - 2 celdas correspondientes a las líneas L-704 y L-705 con salidas por cable subterráneo. El sistema de distribución en media tensión está constituido por dos conjuntos de celdas metálicas blindadas, del tipo metal-clad, instaladas en el exterior, conformadas las celdas de 10 kV de la siguiente manera: -

18 celdas en 10 kV a salidas de redes de distribución subterráneas 1 celda para el banco de compensación reactiva de 4.8 MVAR 2 celdas de los transformadores TR1 y TR2 1 celda, vacía, para la conexión del tercer transformador TR3 2 celdas de acoplamiento longitudinal de barras 3 celdas para la medición de tensión de barras 1 celda del transformador de servicios auxiliares

Las celdas de 20 kV están conformadas de la siguiente manera: - 2 celdas en 20 kV a salidas de redes de distribución subterráneas - 1 celda del transformador TR2 - 1 celda para la medición de tensión de barras La subestación tiene un banco de baterías de 110 Vcc y 48 Vcc. b. AMPLIACON DE LA SUBESTACION OQUENDO En el año 2013 se tiene previsto las siguientes ampliaciones para la S.E. Oquendo: - Reemplazo del transformación de 60/10 kV por un transformador 60/20/10 kV de 40 MVA. - Nueva línea aérea en 60 kV L-6558 Chillón-Oquendo, de 6.3 km, AAAC 304 mm2. - Nueva línea subterránea en 60 kV L-6559 Oquendo-Quimpac, de 0.72 km, Cu 500 mm2.


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6. DATOS UTILIZADOS 6.1 SISTEMA ELECTRICO INTERCONECTADO NACIONAL La información del sistema eléctrico interconectado nacional fue suministrada por el organismo operador (COES-SINAC), en formato *.pfd (archivo generado por el programa Digsilent Power Factory), en el cual se encuentra la siguiente información: Modelo de red del SEIN para el año 2014. Biblioteca de los equipos con sus parámetros eléctricos, capacidad nominal de transmisión de las líneas, potencia nominal de los transformadores de potencia y generadores síncronos del SEIN. Despachos de generadores y distribución de demandas del SEIN para el año 2014, para los escenarios hidrológicos de avenida y estiaje en máxima demanda y mínima demanda respectivamente. Equipos de compensación reactiva del SEIN. Motores síncronos y asíncronos de las plantas de algunas compañías mineras. En dicho archivo las demandas de las empresas distribuidoras están reflejadas a las barras de media tensión de las subestaciones de distribución y están especificadas mediante la potencia activa y el respectivo factor de potencia. 6.2 DOCUMENTOS DE REFERENCIA Para el desarrollo del presente informe se tomaron como referencia los siguientes documentos: Análisis de flujos de potencia y cortocircuito-LT 60 kV Oquendo-Nueva Quimpac Informe EDP-079-13 Rev A – EDP PROYECTOS S.A.C. Estudio de Pre Operatividad - Línea 60 kV SET Quimpac-SET Oquendo. Informe QUIMP-IEBP-BASI-D301 (Rev. 2) Memoria de selección de Cable - Cable Subterráneo 60 kV SET Quimpac – SET Oquendo. Informe QUIMP-IEBP-DISE-D204 (Rev. 1) 6.3 HERRAMIENTA COMPUTACIONAL Los resultados de los niveles de corriente de cortocircuito que se han utilizado exclusivamente para la coordinación de los relés, se obtuvieron mediante la ayuda del programa de análisis de sistemas eléctricos de potencia, Digsilent Power Factory Versión 14.516 en base a la cual también se efectuaron los gráficos de selectividad para la protección de sobrecorriente.


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7. DESCRIPCION DEL SISTEMA DE PROTECCIONES A. AMPLIACION SUBESTACION OQUENDO La nueva celda en 60 kV correspondiente a la línea de transmisión Oquendo-Nueva Quimpac, estará equipado con los siguientes dispositivos de protección: Ubicación

Bahía línea L-6559 Oquendo-Nueva Quimpac

Marca/Modelo

Funciones Principales

Tecnología

SIEMENS 7SD522

87L, 21/21N, 50/51, 67N, 50SOTF

Numérica

SIEMENS 7SD522

87L, 21/21N, 50/51, 67N, 50SOTF

Numérica

El código MLFB de los relés es: 7SD5225-5AB99-4HK0 + L0R + M2G B. SUBESTACION NUEVA QUIMPAC La subestación proyectada de Nueva Quimpac contará con el siguiente sistema de protección: Ubicación

Bahía línea L-6559 Oquendo-Nueva Quimpac

Bahía 60 kV Transformador 60/22.9 kV

Bahía 60 kV Filtro 5 MVAR

Bahía 60 kV Transformador Rectificador 60/60 kV

Marca/Modelo

Funciones Principales

Tecnología

SIEMENS 7SD522

87L, 21/21N, 50/51, 67N, 50SOTF

Numérica

SIEMENS 7SD522

87L, 21/21N, 50/51, 67N, 50SOTF

Numérica

SEL SEL451

50/51, 50N/51N, 25

Numérica

SEL SEL451

50/51, 50N/51N

Numérica

SEL SEL487E

87T, 50/51, 50N/51N

Numérica

SEL 751A

50/51, 50N/51N

Numérica

SEL SEL451

50/51, 50N/51N

Numérica

THYTRONIC NC20

50/51, 50N/51N, 46, 27/59, 60

Numérica

SEL SEL451

50/51, 50N/51N

Numérica


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8. PROTECCION DE LA LINEA DE TRANSMISION EN 60KV L-6559 8.1.1 FILOSOFÍA DE PROTECCIÓN DE LA LÍNEA L-6559 La línea de transmisión en 60 kV Oquendo-Nueva Quimpac, en ambos extremos estará equipada con los siguientes dispositivos de protección, tanto en Oquendo como en Nueva Quimpac: S.E. OQUENDO SIEMENS 7SD522 : Protección Principal SIEMENS 7SD522 : Protección Principal

(87L, 50/51, 67N, 50SOTF, 27/59) (87L, 50/51, 67N, 50SOTF, 27/59)

S.E. NUEVA QUIMPAC

SIEMENS 7SD522 : Protección Secundaria SIEMENS 7SD522 : Protección Secundaria

(87L, 50/51, 50N/51N, 50SOTF, 27/59) (87L, 50/51, 50N/51N, 50SOTF, 27/59)

A continuación se enumera los principales criterios a tomar en cuenta para ajustar los relés de protección de la línea: a) La protección de la línea lo conforman 2 relés redundantes numéricos multifunción SIEMENS 7SD522 cuya función de protección principal es la diferencial de línea 87L, en cuyo ajuste se toma en cuenta las diferentes relaciones de transformación de los transformadores de corriente de los extremos.

b) Se tiene como medio de comunicación la fibra óptica entre los relés SIEMENS 7SD522 de ambos extremos de la línea, dedicadas a la protección diferencial de línea. c) La protección diferencial para líneas de transmisión cumple de manera general con los siguientes criterios: Posee selectividad absoluta ante fallas en la línea protegida. Estabilidad ante falla externa (saturación de transformadores de corriente). Estabilidad ante condiciones incrementales de carga.


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El relé diferencial 7SD522 toma como referencia los errores de los transformadores de corriente para el cálculo de la corriente de restricción, la característica de operación se muestra en el siguiente gráfico:

d) La corriente de arranque de la protección diferencial de línea deberá ser mayor a la corriente capacitiva de carga y menor a la mínima corriente de falla: Icapacitiva < Id < Icorto min. Para brindar una mayor sensibilidad se deberá verificar el umbral propuesto, para que permita detectar fallas bifásicas y monofásicas con resistencia de falla de 5 Ohm y 25 Ohm en el extremo remoto respectivamente. e) Para cables y líneas aéreas con longitudes menores a 6 km y 100 km respectivamente no es necesaria tomar en cuenta en los cálculos la corriente capacitiva por representar de pequeña magnitud comparada con la corriente de carga. f) Por tratarse de una línea corta (720 m) no se habilita la protección de distancia, a ello hay que agregarle que las reactancias de los cables son menores en magnitud a las reactancias de una línea aérea. g) Normalmente las protecciones de sobrecorriente de respaldo se activan en casos de emergencia (cuando se pierde la comunicación entre relés o la referencia de tensión), en este caso en particular donde no se habilita la función de distancia las protecciones de sobrecorriente estarán permanentemente activadas. h) El terminal Nueva Quimpac se considera como fuente débil, por ello, en los relés se habilitará el interdisparo (breaker intertrip), que permite transmitir el comando de disparo generado por la protección diferencial local al terminal remoto de la línea protegida. i) Se habilita tanto en la protección principal como en la protección secundaria la función de cierre en falla (50SOTF) los cuales tienen la misma lógica de operación, en el cual se utilizará, a parte de la supervisión por sobrecorriente, la posición del interruptor local y remoto. 8.1.2 PRINCIPALES DATOS DE LA LÍNEA L-6559 TRANSFORMADORES DE MEDIDA


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Los datos de los transformadores de medida en las subestaciones de Oquendo y Nueva Quimpac, asociados a la línea de transmisión en 60 kV L-6559 Oquendo-Nueva Quimpac, son los siguientes: TRANSFORMADOR DE MEDIDA Transformador de corriente de línea (CT) Transformador de tensión de línea (VT) Transformador de tensión de barra (VT Aux) Relación de Impedancia (VT/CT)

S.E. OQUENDO

S.E. NUEVA QUIMPAC

1200/5 A 60÷√3 / 0.11÷√3 kV 60÷√3 / 0.11÷√3 kV 2.27

600/1 A 60÷√3 / 0.10÷√3 kV 60÷√3 / 0.10÷√3 kV 1.00

IMPEDANCIA DE CARGA LINEA DE TRANSMISION Tensión Nominal (Vn) Capacidad de transmisión permanente Impedancia de carga a 0.85Vn

Oquendo-Nueva Quimpac 60 kV 59.14 MVA 43.98 Ω

PARAMETROS ELECTRICOS DE LA LINEA Los principales parámetros eléctricos de la línea son: LINEA 60 KV OQUENDO-NUEVA QUIMPAC

PRIMARIO

Valor 0.72 0.04900 Resistencia de secuencia positiva R1 0.03528 0.21600 Reactancia de secuencia positiva X1 0.15552 Magnitud impedancia de secuencia positiva Z1 0.15947 Angulo de impedancia de secuencia positiva < Z1 77.22 0.22700 R0 Resistencia de secuencia cero 0.16344 2.13300 Reactancia de secuencia cero X0 1.53576 Magnitud impedancia de secuencia cero Z0 1.54443 Angulo de impedancia de secuencia cero < Z0 83.93 Magnitud factor de compensación de secuencia cero K0 2.90 Angulo factor de compensación de secuencia cero < K0 7.48 RE/RL RE/RL 1.21 XE/XL XE/XL 2.96 101.78760 Susceptancia de secuencia positiva B1 73.28707 101.78760 Susceptancia de secuencia cero B0 73.28707 0.00000 Resistencia mutua de secuencia cero Rm0 0.00000 0.00000 Reactancia mutua de secuencia cero Xm0 0.00000 Parámetro

Longitud de la línea

L

Und. km Ω /km Ω Ω /km Ω Ω ° Ω /km Ω Ω /km Ω Ω ° ΝΑ ° ΝΑ ΝΑ μS/km μS μS/km μS Ω /km Ω Ω /km Ω

SECUNDARIO SE OQUENDO SE NUEVA QUIMPAC Valor Und. Valor Und. 0.720 km 0.720 km 0.016

Ω

0.035

Ω

0.0685 0.070 77

Ω Ω °

0.1555 0.159 77

Ω Ω °

0.072

Ω

0.163

Ω

0.677 0.680 84 2.90 7 1.21 2.96

Ω Ω ° ΝΑ ° ΝΑ ΝΑ

1.536 1.544 84 2.90 7 1.21 2.96

Ω Ω ° ΝΑ ° ΝΑ ΝΑ

166.3617

μS

73.2871

μS

166.3617

μS

73.2871

μS

0.000

Ω

0.000

Ω

0.000

Ω

0.000

Ω

Factor de compensación de secuencia cero: K0 = (Z0-Z1)/3Z1 8.1.3 MEMORIA DE CÁLCULO La memoria de cálculo de los relés diferenciales de línea ubicados en ambos extremos de la línea L-6559 muestra en los Anexos 1 y 2.


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9. ANÁLISIS DE LAS PROTECCIONES DE SOBRECORRIENTE 9.1 CRITERIOS Y METODOLOGIA EMPLEADA La determinación de los ajustes de las protecciones de sobrecorriente de fases se efectuó teniendo en cuenta los siguientes criterios generales: La protección de sobrecorriente de fases generalmente se emplea como protección de respaldo, es decir deben estar más temporizadas que la protección principal (protecciones de distancia y diferenciales). Corriente de operación, ha sido ajustado de manera que la corriente de carga máxima fluya sin problema alguno. La corriente de operación se verifica para cortocircuitos bifásicos con resistencias de falla de 5 ohmios. Temporización, la característica de operación es de tiempo inverso. Tiempo Definido o Instantáneo, estas etapas serán habilitadas de manera que contribuyan a la mejora de la selectividad o para obtener menores tiempos de operación ante fallas entre fases próximas a la subestación. Las curvas de operación de los relés deben necesariamente estar ubicados por debajo de la curva de daño térmico y mecánico del transformador de potencia y por encima de los valores de las corrientes de energización que se estiman en base a la siguiente clasificación: Para transformadores mayores a 2.5 MVA, en 10 veces la corriente nominal Para transformadores menores o iguales a 2.5 MVA, en 8 veces la corriente nominal Con un tiempo de duración aproximado de 100 ms. El intervalo de tiempo de coordinación entre relés de protección de sobrecorriente es considerado aproximadamente de 200 ms a 300 ms, determinado principalmente por el tiempo de actuación del relé más interruptor, con un margen de seguridad para compensar los errores que pudieran haber en los valores estimados de corriente de falla, tiempo de operación de los relés y errores en los transformadores de corriente. En todos los casos el criterio mínimo a satisfacer ha sido que para toda falla considerada exista un dispositivo de protección principal y por lo menos uno más de respaldo que sean capaces de detectar la falla y eliminarla. La determinación de los ajustes de las protecciones de sobrecorriente de tierra se efectuó teniendo en cuenta los siguientes criterios generales: La protección de sobrecorriente de tierra generalmente se emplea como protección de respaldo, es decir deben estar más temporizadas que la protección principal (protecciones de distancia y diferenciales). Corriente de operación, se ha considerado entre el 10 y 40% de la corriente nominal primaria de los transformadores de corriente y el 10% de la máxima corriente de cortocircuito monofásico. La corriente de operación se verifica para cortocircuitos con resistencia de falla de 25 ohmios.


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Temporización, la característica de operación es de tiempo inverso. Tiempo Definido o Instantáneo, estas etapas serán habilitadas de manera que contribuyan a la mejora de la selectividad o para obtener menores tiempos de operación ante fallas a tierra próximas a la subestación. Las curvas de operación de los elementos de sobrecorriente de tierra deben necesariamente estar ubicados por debajo de las curvas de operación de los elementos de sobrecorriente de fases, dado que en la mayoría de relés de protección, los elementos de sobrecorriente de fases realizan la medición por fase. El intervalo de tiempo de coordinación entre relés de protección de sobrecorriente es considerado aproximadamente de 200 ms a 300 ms, determinado principalmente por el tiempo de actuación del relé más interruptor, con un margen de seguridad para compensar los errores que pudieran haber en los valores estimados de corriente de falla, tiempo de operación de los relés y errores en los transformadores de corriente. En todos los casos el criterio mínimo a satisfacer ha sido que para toda falla considerada exista un dispositivo de protección principal y por lo menos uno más de respaldo que sean capaces de detectar la falla y eliminarla. Para efectuar la coordinación de las protecciones de sobrecorriente para fallas entre fases y tierra, se ha tomado en consideración los ajustes actuales de las protecciones de sobrecorriente asociadas a las líneas que convergen a la subestación Oquendo L-618, L-699, L-653 y L-6558. 9.2 FILOSOFIA DE LAS PROTECCIONES DE SOBRECORRIENTE En los relés SIEMENS 7SD522 se habilita como protecciones de respaldo funciones de sobrecorriente de fases y tierra: En el extremo de Oquendo se habilita la función de sobrecorriente de fases no direccional y la función de sobrecorriente direccional de tierra. En el extremo de Quimpac se habilita la función de sobrecorriente de fases no direccional y la función de sobrecorriente no direccional de tierra. Ajustes propuestos para las protecciones de sobrecorriente de fases - En los relés de protección SIEMENS 7SD522 asociados a la línea en 60 kV L-6559 y ubicado en la subestación Oquendo, se habilita dos etapas de tiempo definido, el primer umbral se ajusta a una corriente equivalente al 135% de la potencia instalada de la subestación Nueva Quimpac y una temporización de 600 ms, de tal forma que brinde un tiempo de respaldo adecuado ante fallas en la barra de 22.9 kV de la S.E. Nueva Quimpac. El segundo umbral está ajustado de tal forma que es mayor a la corriente vista ante fallas en 22.9 kV de la subestación Quimpac y tiene una temporización de 300 ms y cubre fallas en la línea L-6559 y en la barra de 60 kV de la subestación Nueva Quimpac. - En los relés de protección SIEMENS 7SD522 asociados a la línea en 60 kV L-6559 y ubicado en la subestación Nueva Quimpac, se habilita dos etapas de tiempo definido, se ha ajustado en forma idéntica a los relés ubicados en el extremo de Oquendo para reducir los


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tiempos de despeje de fallas ya que aguas arriba los tiempos de las zonas de respaldo (zona 2 y zona 3) de las protecciones de distancia ubicados en los extremos remotos de las líneas en 60 kV que convergen a la S.E. Oquendo se encuentran temporizados en 300 ms y 600 ms respectivamente. - Cabe indicar que las protecciones de sobrecorriente de fases asociadas a las líneas en 60 kV que convergen a la subestación Oquendo L-618, L-699, L-653 y L-6558 y ubicadas en los extremos remotos están compuestos por una etapa de tiempo definido con una temporización de 1.7 s, con los ajustes propuestos para las protecciones de sobrecorriente de fases de los relés de la línea en 60 kV L-6559 claramente se mantiene la selectividad de los mismos ante fallas en las instalaciones del proyecto. En el siguiente cuadro se muestra en forma resumida los ajustes propuestos para los elementos de sobrecorriente de fases a habilitar en los relés de protección asociados a la nueva línea en 60kV L-6559:

COD. RELE

OQL6559_P OQL6559_S QPL6559_P QPL6559_S

MODELO SIEMENS 7SD522 SIEMENS 7SD522 SIEMENS 7SD522 SIEMENS 7SD522

SOBRECORRIENTE DE FASES AJUSTES EN VALORES SECUNDARIOS TIEMPO INVERSO Ajuste Temporizado TC I> I>> TMS Curva (A) (A)

TIEMPO DEFINIDO Ajuste Instantáneo t>> I>>> (s) (A)

t>>> (s)

1200/5

--

--

--

2.25

0.6

18.75

0.3

1200/5

--

--

--

2.25

0.6

18.75

0.3

600/1

--

--

--

0.90

0.6

7.50

0.3

600/1

--

--

--

0.90

0.6

7.50

0.3

Donde: OQL6559_P: OQL6559_S: QPL6559_P: QPL6559_S:

Elemento de sobrecorriente de fases 50/51 habilitado en el relé de protección principal SIEMENS 7SD522, asociado a la línea en 60 kV L6559 y ubicado en la S.E. Oquendo. Elemento de sobrecorriente de fases 50/51 habilitado en el relé de protección secundaria SIEMENS 7SD522, asociado a la línea en 60 kV L6559 y ubicado en la S.E. Oquendo. Elemento de sobrecorriente de fases 50/51 habilitado en el relé de protección principal SIEMENS 7SD522, asociado a la línea en 60 kV L6559 y ubicado en la S.E. Nueva Quimpac. Elemento de sobrecorriente de fases 50/51 habilitado en el relé de protección secundaria SIEMENS 7SD522, asociado a la línea en 60 kV L6559 y ubicado en la S.E. Nueva Quimpac.


A

DIgSILENT

Rev:

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falla Trifasica Barra 22.9kV Quimpac

falla Trifasica Barra 60kV Quimpac

1000

[s]

100

7SA522_L699 Definite Ipset: 1.80 sec.A Tpset: 1.70 SEL 451_L6558 Ipset: 2.25 sec.A Tset: 1.70 s

10

7SD522_L6559_QP Definite Ipset: 0.90 sec.A Tpset: 0.60

SEL 351_L618 Ipset: 2.25 sec.A Tset: 1.70 s SEL 451_L653 Ipset: 2.25 sec.A Tset: 1.70 s

7SD522_L6559_OQ Definite Ipset: 2.25 sec.A Tpset: 0.60

1.700 s

1.700 s

1

0.600 s

7SD522_L6559_QP Ipset: 7.50 sec.A Tset: 0.30 s 7SD522_L6559_OQ Ipset: 18.75 sec.A Tset: 0.30 s 0.300 s

0.1

0.01 60.00 kV 100

1000 Cubicle_S0.1.1\SEL 351_L618 Cub_6\SEL 451_L653 Cub_16\7SD522_L6559_OQ

10000

100000 Cub_5\7SA522_L699 Cub_11\SEL 451_L6558 Cub_2\7SD522_L6559_QP

Curva característica tiempo-corriente – Fases

[pri.A]

1000000


Rev:

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A

Ajustes propuestos para las protecciones de sobrecorriente de tierra - Para fallas a tierra también es fuente de corrientes homopolares el transformador de potencia 60/22.9 kV de la S.E. Nueva Quimpac cuyo devanado de 60 kV se encuentra conectado en estrella y sólidamente aterrado; por lo tanto esta característica es tomado en cuenta para la asignación de la direccionalidad y la determinación de los ajustes en las protecciones de sobrecorriente de tierra. - En los relés de protección SIEMENS 7SD522 asociados a la línea en 60 kV L-6559 y ubicado en la subestación Oquendo, se habilita dos etapas de tiempo definido, el primer umbral se ajusta a una corriente equivalente al 15% de la corriente nominal primaria del respectivo transformador de corriente y una temporización de 600 ms, de tal forma que brinde un tiempo de respaldo adecuado ante fallas en la barra de 60 kV del autotransformador del circuito rectificador de la S.E. Nueva Quimpac. El segundo umbral está ajustado de tal forma que es mayor a la corriente vista ante fallas en el secundario del autotransformador rectificador 60/60 kV y tiene una temporización de 300 ms y cubre fallas en la línea L-6559 y en la barra de 60 kV de la subestación Nueva Quimpac. Las dos etapas de tiempo definido serán direccionales y cortarán sólo los aportes del sistema a la corriente de falla en la línea protegida o en la barra de 60 kV de la S.E. Nueva Quimpac. - En los relés de protección SIEMENS 7SD522 asociados a la línea en 60 kV L-6559 y ubicado en la subestación Nueva Quimpac, se habilita dos etapas de tiempo definido, el primer umbral se ajusta a una corriente equivalente al 15% de la corriente nominal primaria del respectivo transformador de corriente y una temporización de 1.7 s, de tal forma que brinde un tiempo de respaldo adecuado ante fallas en la barra de 60 kV de la subestación Oquendo. El segundo umbral está ajustado de tal forma que es mayor a la corriente vista ante fallas en la barra de 60 kV de la S.E. Oquendo y tiene una temporización de 300 ms y sólo cubre fallas en la barra de 60 kV de la subestación Nueva Quimpac. Las dos etapas de tiempo definido serán no direccionales, la primera etapa más temporizada cortará los aportes del transformador 60/22.9 kV a la corriente de falla en 60 kV y la segunda etapa menos temporizada cortará los aportes del sistema a la corriente de falla en la barra de 60 kV de la S.E. Nueva Quimpac - Cabe indicar que las protecciones de sobrecorriente de tierra asociadas a las líneas en 60 kV que convergen a la subestación Oquendo L-618, L-699, L-653 y L-6558 y ubicadas en los extremos remotos, están compuestos por una etapa de tiempo definido con una temporización de 1.7 s, con los ajustes propuestos para las protecciones de sobrecorriente de fases de los relés de la línea en 60 kV L-6559 claramente se mantiene la selectividad de los mismos ante fallas en las instalaciones del proyecto. En el siguiente cuadro se muestra en forma resumida los ajustes propuestos para los elementos de sobrecorriente de tierra a habilitar en los relés de protección asociados a la nueva línea en 60kV L-6559:


COD. RELE

OQL6559_P OQL6559_S QPL6559_P QPL6559_S

MODELO SIEMENS 7SD522 SIEMENS 7SD522 SIEMENS 7SD522 SIEMENS 7SD522

Rev:

SOBRECORRIENTE DE TIERRA AJUSTES EN VALORES SECUNDARIOS TIEMPO INVERSO Ajuste Temporizado TC Io> Io>> TMS Curva (A) (A)

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A

TIEMPO DEFINIDO Ajuste Instantáneo to>> Io>>> (s) (A)

to>>> (s)

1200/5

--

--

--

0.75

0.6

17.00

0.3

1200/5

--

--

--

0.75

0.6

17.00

0.3

600/1

--

--

--

0.15

1.7

6.80

0.3

600/1

--

--

--

0.15

1.7

6.80

0.3

Donde: OQL6559_P: OQL6559_S: QPL6559_P: QPL6559_S:

Elemento de sobrecorriente de tierra direccional 67N habilitado en el relé de protección principal SIEMENS 7SD522, asociado a la línea en 60 kV L-6559 y ubicado en la S.E. Oquendo. Elemento de sobrecorriente de tierra direccional 67N habilitado en el relé de protección secundaria SIEMENS 7SD522, asociado a la línea en 60 kV L-6559 y ubicado en la S.E. Oquendo. Elemento de sobrecorriente de tierra no direccional 50N/51N habilitado en el relé de protección principal SIEMENS 7SD522, asociado a la línea en 60 kV L-6559 y ubicado en la S.E. Nueva Quimpac. Elemento de sobrecorriente de tierra no direccional 50N/51N habilitado en el relé de protección secundaria SIEMENS 7SD522, asociado a la línea en 60 kV L-6559 y ubicado en la S.E. Nueva Quimpac.


A

DIgSILENT

Rev:

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[s] SEL 451_L6558 Ipset: 0.12 sec.A Tset: 1.70 s

Falla 1F-T barra 60kV Quimpac

7SA522_L699 Ipset: 0.26 sec.A Tset: 1.70 s

Falla 1F-T barra 60kV Trafo rectificador

Falla 1F-T barra 60kV Oquendo

100

7SD522_L6559_QP Definite Ipset: 0.15 sec.A Tpset: 1.70 10

SEL 451_L653 Ipset: 0.16 sec.A Tset: 1.70 s

SEL 351_L618 Ipset: 0.12 sec.A Tset: 1.70 s

1

1.700 s

1.700 s

0.600 s

0.600 s

1.700 s

7SD522_L6559_QP Ipset: 6.80 sec.A Tset: 0.30 s

7SD522_L6559_OQ Ipset: 0.75 sec.A Tset: 0.60 s

7SD522_L6559_OQ Definite Ipset: 17.00 sec.A Tpset: 0.30

0.300 s

0.1

0.01 60.00 kV 10

100 Cubicle_S0.1.1\SEL 351_L618 Cub_6\SEL 451_L653 Cub_16\7SD522_L6559_OQ

1000

10000 100000 Cub_5\7SA522_L699 Cub_11\SEL 451_L6558 Cub_2\7SD522_L6559_QP

Curva característica tiempo-corriente – Tierra

[pri.A]

1000000


Rev:

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A

10. PROTECCIONES DE TENSION (27, 59) 10.1 PROTECCION DE SOBRETENSIÓN (59) Las sobretensiones permanentes se producen por pérdidas súbitas de carga ó líneas largas en vació, si el transformador está operando cerca al codo de saturación, un leve incremento de tensión puede ocasionar corrientes de excitación grandes y una excesiva densidad de flujo magnético, con el consiguiente calentamiento del núcleo del transformador. Se habilitará esta función de protección en los relés de protección SIEMENS 7SD522 asociada a la línea de transmisión en 60 kV Oquendo-Nueva Quimpac, los ajustes propuestos son los siguientes: Umbral de alarma: 110% UN Tiempo de operación: 5 segundos Característica: Tiempo Definido Umbral de disparo: 115% UN Tiempo de operación: 3 segundos Característica: Tiempo Definido 10.2 AJUSTE DE LA PROTECCION DE MINIMA TENSION (27) La función de mínima tensión se ha implementado con el propósito de registrar las caídas de tensión ante fallas externas y para evitar la operación a tensiones bajas de los motores de la nueva planta de Quimpac ante colapsos de tensión del sistema. Se habilitará esta función de protección en los relés de protección SIEMENS 7SD522 asociada a la línea de transmisión en 60 kV Oquendo-Nueva Quimpac, los ajustes propuestos son los siguientes: Umbral de alarma: 85% UN Tiempo de operación: 5 segundos Característica: Tiempo Definido Umbral de disparo: 70% UN Tiempo de operación: 3 segundos Característica: Tiempo Definido Las tensiones supervisadas son las tensiones de fase-tierra y la condición de operación es que las tres tensiones (Van, Vbn y Vcn) alcancen el 70% de la tensión nominal de fase.

Informe EDP-080-13 ECP LT 60 KV L-6559 Oquendo-Nueva Quimpac

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