Download Capítulo 6 - Osinergmin Orienta

Protección de
Alimentadores
AT/MT
Contenido
1. Filosofía de protección
2. Configuración de SD
3. Protección típicas
4. Aplicaciones
L.Sayas P.
Filosofía de protección
Las fallas que se presentan en un
SD se manifiestan: contacto de
ramas de árboles, descargas
eléctricas,
vandalismo,
animales en contacto, ruptura
de cables, objetos en equipos
y en la línea.
L.Sayas P.
Filosofía de protección
Las fallas Pueden ser de dos orígenes:
•
Fallas de origen transitoria: Aquella que se
autoextingue o se extingue con la actuación de la
protección sucedida de una reconexión con
suceso, no habiendo así la necesidad de reparos
inmediatos en el sistema, estas fallas son las mas
frecuentes
•
Fallas de origen permanente: Aquellas que
provoca interrupciones prolongadas y exige
reparos inmediatos para la normalización del
servicio.
L.Sayas P.
Filosofía de protección
Por lo tanto los equipos de protección deben ser
dimensionados de modo que protejan el sistema
en condiciones de fallas y también promuevan la
continuidad y calidad del suministro.
Las filosofías aplicables son:
•
Sistema selectivo
•
Sistema coordinado
•
Sistema combinado
L.Sayas P.
Sistema Selectivo
•
Esta filosofía es típico en SD con protección de
Relés de sobre corriente o con Reconectadores
operando
con
las
curvas
instantáneas
bloqueadas.
•
Las interrupciones son en general en larga
duración
•
Clientes reclaman demora
•
Requiere mayor numero de personal
•
Mayor costo de operación
L.Sayas P.
Sistema Coordinado
•
Esta filosofía promueve la continuidad del servicio
•
Los reclamos se debe a la cantidad de
interrupciones de corta duración y esto depende d
las ajustes de los equipos de protección
•
Requiere menor numero de personal
•
Menor costo de operación
•
Requiere Reconectadores en lugares estratégicos
como circuitos principales
L.Sayas P.
Sistema Combinado
•
En circuitos menos importantes la interrupción
será de mayor tiempo que en circuitos de mayor
importancia.
•
Se aplica filosofía selectiva y coordinada
•
Hay necesidad de dimensionar y capacitar al
personal
•
Costo de operación según la calidad del servicio
exigido
•
La principal característica es promover mayor
continuidad del servicio principalmente s los
clientes especiales
L.Sayas P.
Sistema Combinado
DISYUNTOR
RECLOSER
TC
52
R
FUSIBLE
51
RELE DE SOBRE CORRIENTE
ZONA DE PROTECCION
L.Sayas P.
Sistema Combinado
T
C
A
3(L2)
2(L1)
F3
F3
R2
R1
F2
F1 y F2
F1
B
1(R2)
2(R1)
D
Icc
L.Sayas P.
Protección básica
Protección primaria
•
Pueden ser protegidos en forma primaria por
fusibles, Relés primarios HB o HT e interruptores
termo magnéticos.
Protección secundaria
•
Se protegen con Relés de sobre corriente, sobre
tensión, de secuencia negativa y Relés de
protección de fallas a tierra o SEF
L.Sayas P.
Tipos de Sistemas de distribución
• Existen básicamente dos tipos de sistemas
de distribución, sistemas con neutro
aislado y sistemas con neutro puesto a
tierra, sin embargo existen sistemas
intermedios, por ejemplo un sistema
puesto a tierra a través de una resistencia.
L.Sayas P.
Sistemas con neutro aislado
• A continuación mostramos un sistema
con neutro aislado en la que se indican
los fasores de tensión antes y después de
una falla a tierra, en esta se puede
observar el corrimiento del neutro ante la
falla a tierra, característica importante de
este tipo de fallas que permite la
generación de tensiones homopolares
que polarizan los relés direccionales.
L.Sayas P.
Sistemas con neutro aislado
10 kV
A1
A2
60 kV
G
YD
An
Vr
Vt
Vr
Vs
Vt
Vs
L.Sayas P.
sin falla
con falla
Sistemas con neutro aislado
Xo/X13
L.Sayas P.
Sistemas con Neutro Puesto a Tierra
• El sistema mostrado es con neutro
puesto a tierra. Ante una falla a
tierra, el neutro prácticamente no se
desplaza, lo cual no permite la
generación de tensiones
homopolares o resultan muy
pequeñas, lo que impediría el uso de
relés direccionales.
L.Sayas P.
Sistemas con Neutro Puesto a Tierra
10 kV
A1
A2
60 kV
G
DY
An
Vr
Vt
Vr
Vt
Vs
sin falla
Xo/X13
Vs
con falla
L.Sayas P.
Análisis teórico de las fallas a tierra
L.Sayas P.
Sistemas con Neutro Aislado
• En el gráfico de a continuación
mostramos el comportamiento de las
corrientes homopolares en un
sistema de distribución con neutro
aislado ante una falla a tierra. Como
se puede apreciar, en el alimentador
con la falla a tierra existe una
corriente desde la barra de la S.E.
hacia la falla.
L.Sayas P.
Sistemas con Neutro Aislado sin falla a
tierra
La Suma Corriente Capacitiva = Cero
ALIM. 1
Ur
Ut
R
S
T
Us
R
S
T
Sistema Neutro
Aislado
ALIM. 2
L.Sayas P.
Sistemas con Neutro Aislado ante una
falla a tierra
10 kV
Co
60 kV
A1
A2
Co
G
YD
Co
An
Co
I>o
L.Sayas P.
falla a tierra
Sistemas con Neutro Aislado
• Debido a que la conexión en delta del
transformador
de
potencia
aísla
al
transformador del sistema de distribución, de
acuerdo a la teoría de las componentes
simétricas, según la ley de Kirchhoff esta
corriente tiene que regresar a la barra a través
de los otros alimentadores y de sus
capacidades homopolares teniendo una
dirección contraria; es decir, ante un falla a
tierra de un alimentador, en todos los
alimentadores de la S.E. circulan corrientes
homopolares siendo la dirección de la
corriente homopolar en el alimentador con
falla en un sentido y en sentido contrario en
todos los otros alimentadores.
L.Sayas P.
Camino de retorno de la corriente de falla
C01
C02
C03
Ra=28700xL/Ia 1,4
RF
I FT
L.Sayas P.
L.Sayas P.
Contribución de corrientes ante falla monofasica
ALIM - 02
AL - 01
If = 8,095 A
AL - 03
I = 6,633 A
I = 6,442 A
I = 1,461 A
I = 2,704 A
I = 1,518 A
If = 8,917 A
If = 7,96122 A
I = 4,524 A
I = 12,271 A
I = 15,968
I = 4,393
A A
SED 03
SED 01
I = 1,454 A
I = 0,382 A
I = 0,260 A
I = 0,972 A
I = 3,075 A
I = 0,992 A
I = 2,446 A
I = 0,268 A I = 1,798 A
I = 0,183 A I = 1,226 A
I = 0,952 A
I = 0,649 A I = 0,658 A
I = 1,761 A I = 1,786 A
I = 0,663A
I = 0,496 A
If = 25,765 A
(Rf = 0)
A SAB 4523
A SAB 4830
I = 2,590 A
I = 5,475 A I = 1,731 AASAB 4291
I = 2,097A
A SAB 4524
I = 3,326 A
A SAB 4292
A SAB 4259
I = 1,497 A
I = 0,458 A
I = 1,196 A
I = 0,269 A
I = 0,184 A
I = 0,480 A
I = 2,66 A
I = 1,021
A
A SAB 3785
A SAB 3775
SED 04
I = 0,132 A
A SAB 1759
I = 0,570 A
I = 0,389 A
I = 1,015 A
A SAB 3772
I = 0,332 A
I = 0,867 A
A SAB 4405
I = 1,020 A
I = 0,292 A
I = 0,677 A
I = 0,090 A
I = 0,696 A I = 0,199 A I = 0,461 A
I = 0,244 A I = 1,886 A I = 0,541 A I = 1,252 A
SED 03
I = 0,570 A
A SAB 4826
I = 1,668 A
I = 4,525 A
SED 02
I = 0,671 A
I = 0,965 A
L.Sayas P.
A SAB 2643
A SAB 3782
A SAB 3518
Oscilograma corrientes ante falla monofasica
TENSION FASE A TIERRA 10 kV
CORRIENTE DE LINEA
L.Sayas P.
Fallas evolutivas
L.Sayas P.
Doble falla a tierra
L.Sayas P.
Corrientes en
barras de la SET
Tensiones fase a
tierra
OSCILOGRAFIA DOBLE FALLA A TIERRA
Condiciones
Normales
Condiciones de
L.Sayas P.
Falla a Tierra
Condiciones de Doble Falla a
Tierra
Detección de parámetros
• Por consiguiente, con la finalidad que la
detección de la falla sea selectiva, se hace
necesario la implementación de relés
direccionales
de
sobrecorriente
homopolar en cada alimentador, en caso
de utilizar relés no direccionales, todos
los relés operarían.
L.Sayas P.
Tensiones y corrientes
3 Io
Io >
Io
condición
de
ope ración
Uo
3 Uo
L.Sayas P.
Detección de Uo homopolares
L.Sayas P.
Detección de Io homopolares
L.Sayas P.
Detección de Io homopolares
L.Sayas P.
En los gráficos de a
continuación mostramos
un croquis dimensional
de un transformador de
corriente
toroidal
seccionable
y
su
montaje
:
L.Sayas P.
Cálculo de la falla
• El
circuito
equivalente
para el análisis
de este tipo de
fallas
será
efectuado
de
acuerdo a la
teoría de las
componentes
simétricas y se
muestra.
Z1
Ef
Z2
3 Rfalla
SET
CT0
L.Sayas P.
Io
C0
C0´
Vo
Cálculo de la falla
CT0 = capacidad total homopolar de los alimentadores
no involucrados en la falla
C0 y C0´ = capacidad homoplar a ambos extremos del punto
de falla en el alimentador fallado
Z1 y Z2 = impedancia de secuencia positiva y negativa
del sistema
R falla = resistencia de falla a tierra
L.Sayas P.
Cálculo de la falla
Ef
Io 
• Debido
a
que
generalmente las
reactancias
homopolares son
mucho
mayores
que
las
reactancias
de
secuencia positiva
y
negativa
del
sistema, podemos
aproximar
el
circuito anterior.
(3Rf ) 2 
w 2 CTo
1
2
 Co  Co
La corriente homop olardel relees :
I 0  I 0
CT 0
CT 0  C0  C0

En unaS.E.con variosalimentado resdonde


CT 0  C0  C0 I 0  I 0
L.Sayas P.

I0 
Ef
3Rf 2 
1
wCT 0 2

I0
V0 
wCT 0
SELECCION DE LOS EQUIPOS DE PROTECCION EN
SISTEMAS AISLADOS
Transformadores de Tensión
Sean las tensiones nominales del sistema y del relé las siguientes :
Tensión nominal del sistema = 10 kV
Tensión nominal del Relé = 110 V
Luego la relación de transformación de cada unidad monofásica deberá ser la
siguiente considerando que necesitamos un arrollamiento para las
mediciones del sistema y otro para la detección de la tensión homopolar.
L.Sayas P.
SELECCION DE LOS EQUIPOS DE PROTECCION EN
SISTEMAS AISLADOS
Transformadores de corriente
La selección de la relación de transformación del transformador de corriente
toroidal seccionable se realiza considerando una resistencia de falla de cero
ohmios ( R falla = 0 ohm ), con la finalidad de obtener la mayor corriente
posible, luego aplicando las ecuaciones anteriores llegamos a lo siguiente :
L.Sayas P.
Angulo Característico del Relé
L.Sayas P.
Sensibilidad Máxima
La selección de la sensibilidad máxima del relé se efectúa considerando por
ejemplo que la máxima resistencia de falla que se pretende detectar es de
2000 ohm. Luego se tiene lo siguiente :
Rmax de falla = 2000 ohm
Relación de trafo corriente = 200
L.Sayas P.
CRITERIOS DE CALIBRACION
Para la calibración de la protección direccional de sobrecorriente homopolar,
simplemente se procede a aplicar las ecuaciones vertidas, por ejemplo, si
tenemos un sistema de distribución de 10 kV cuya reactancia homopolar total
es de 400 ohm y se desea calcular los ajustes para una falla a tierra de 500
ohm, siendo la relación de transformación de 200/1 A, se obtiene lo
siguiente
:
L.Sayas P.
CRITERIOS DE CALIBRACION
L.Sayas P.
CRITERIOS DE CALIBRACION
Alimentador
CV 01
CV 02
CV 03
CV 04
CV 05
CV 06
CV 07
R falla (Ohm)
3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A)
0
64
70
75
70
79
79
70
50
56
60
63
60
65
65
60
100
43
45
46
45
47
47
45
200
26
27
27
27
27
27
27
300
18
19
19
19
19
19
19
400
14
14
14
14
14
14
14
11
11
11
11
L.Sayas P.
500
11
11
11
CRITERIOS DE CALIBRACION
Alimentador
CV 01
CV 02
CV 03
CV 04
CV 05
CV 06
CV 07
R falla (Ohm)
3Io (A)
3Io (A)
3Io (A)
3Io (A)
3Io (A)
3Io (A)
3Io (A)
600
10
10
10
10
10
10
10
700
8
8
8
8
8
8
8
800
7
7
7
7
7
7
7
900
6
6
6
6
6
6
6
1000
6
6
6
6
6
6
6
1500
4
4
4
4
4
4
4
2000
3
3
3
3
3
3
3
2500
2
2
2
2
2
2
2
3000
2
2
2
2
2
2
2
4000
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
L.Sayas P.
5000
1
1
1
CONSIDERACIONES PARA LA INSTALACION DE
EQUIPOS EN CELDAS DE 10 KV
Transformadores de corriente
L.Sayas P.
CONSIDERACIONES PARA LA INSTALACION DE
EQUIPOS EN CELDAS DE 10 KV
Transformadores de corriente
L.Sayas P.
Botella terminal
Transformadores de corriente
L.Sayas P.
Sistemas con neutro puesto a tierra
• El
comportamiento
de
las
corrientes homopolares en un
sistema puesto a tierra se muestra
a continuación.
10 kV
A1
60 kV
DY
Co
A2
Co
G
Xo
3Io
Co
An
Co
L.Sayas P.
falla a tierra
Sistemas con neutro puesto a
tierra
• Se puede observar que debido al hecho
de que el neutro del transformador de
potencia esté puesto a tierra y que su
reactancia homopolar sea mucho menor
que la reactancia capacitiva homopolar
de los alimentadores, al existir una falla a
tierra, prácticamente toda la corriente
homopolar retorna a la barra a través del
neutro del transformador de potencia,
existiendo
corriente
solo
en
el
alimentador fallado y no en los otros
alimentadores. L.Sayas P.
Sistemas con neutro puesto a
tierra
• es por esto que no se justifica la
instalación de relés direccionales, en
este caso es suficiente la instalación
de relés no direccionales sensitivos de
corriente homopolar.
• Adicionalmente, en caso de utilizarse relés
direccionales estos no operarían debido a
que las tensiones homopolares generadas
serían muy pequeñas, debajo del 1%, los
relés direccionales necesitan de 3 a 5 % de
tensión para poder polarizarse.
L.Sayas P.
Cálculo de la falla
Z1
Ef
CT0 = capacidad total homopolar
de los alimentadores
no involucrados en la falla
Z2
3 Rfalla
X0 = reactancia homoplar del trafo
de potencia
generalmente Xo << Xct0
SET
Xo
Io
C0
C0´
Vo
CT0
L.Sayas P.
Cálculo de la falla
luego podemos simplificar el circuito como
sigue:
Z1
Ef
Z2
3 Rfalla
SET
Rele
Xo
Io
Vo
L.Sayas P.
Cálculo de la falla
Io 
Ef
(3Rf ) 2  Z1  Z 2  Xo 
2
Z1  imp edancia desecuencia p ositiva
Z2  imp edancia desecuencia negativa
Xo  reactancia homop olardeltrafo
Rf  resistenciadefalla a tierra
generalmen te Z1  Z 2  Xo
I0 
Ef
3Rf 2  3Z12
V0  Io. Xo
L.Sayas P.
Irele  3Io
Uso de
Software
L.Sayas P.