01 PROT-DISTRIBUCION.pdf

7/23/2019 01 PROT-DISTRIBUCION.pdf

1/201

Proteccin de Sistemas de Distribucin

YOFR JCOME

[email protected]

1
mailto:[email protected]:[email protected]


2/201

Capitulo 1

Introduccin y filosofa de lossistemas de proteccin

2


3/201

Revisin de sistemas de potencia

Sistema de Potencia : Punto de vista Tradicional3


4/201


Sistema de Potencia : Punto de vista moderno 4


5/201


Sistema elctrico interconectadoNacional (SEIN)- Predominantemente Radial- Esta dividido en tres regionesrea Norterea Centro

rea Sur

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Sistema elctrico interconectadoNacional- Mxima demanda (5790 MW)- Generacin Hidrulica, gas, diesel,

carbn, Elica, Solar

Por su caracterstica:- Congestin- Oscilaciones de potencia- Sobretensiones- Resonancia a frecuencia industrial

- Etc

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7/201

Porque Proteger un Sistema de Potencia?

LA PROTECCION ES INSTALADA PARA:Detectar la ocurrencia de una falla y aislar el equipo fallado

Por lo que: Se limita el dao al equipo fallado La interrupcin de cargas adyacentes es minimizada, los daos en

los equipos no fallados es minimizado

PROTECCION = SEGURO CONTRA DAOS DE FUTURAS FALLAS

Todos los sistemas de potencia experimentan fallas

7


8/201

Porque Proteger?

RIESGOS

DAO DEL EQUIPO FALLADO-Excesivo flujo de corriente (rotura de conductores, etc)

-Daos en bobinados-Arcos que deterioran el aislamiento-Riesgo de explosin

DAO AL EQUIPOS ADYACENTES-Perdida de carga (Cargas Mineras)

-Deterioro de equipos

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9/201

Porque Proteger?

RIESGOS

DAO A LAS PERSONAS-Tensiones de Toque y Paso

-Arc Flash-Contacto elctrico directo-etc

DAO AL SISTEMA-Mala calidad de energa

-Perdidas de sincronismo-BlackOuts (Apagones)

OSCI LOGRAFA EN LNEA L1 4

S.E. CHIMBOTE 1

f = 3.2 Hz

f = 2.1 Hz (modo local de oscilacin)

(modo inestable de oscilacin)


OSCI LOGRAFA EN LNEA L1 4

S.E. CHIMBOTE 1

f = 3.2 Hz


(modo inestable de oscilacin)


9


10/201

Porque Proteger?

EN RESUMEN

LA PROTECCION DEBE-Detectar fallas y condiciones de operacin anormales

-Aislar el equipo fallado

Adems-Limitar el dao causado por la energa de la falla-Limitar el efecto en el resto del sistema

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11/201

Causas y tipos de fallas

Descargas atmosfricasSon la causa mas comn en laSierra y Selva del Per

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12/201

Lo que no se debe hacer

12


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Vientos (Paracas) Hielo y nieve Objetos voladores ( Cometas,

instaladores de cable)

Contaminacin de aisladores Animales (Aves, ratas, etc) Error Humano rboles Edad de aislamiento

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14/201


Excavaciones Sobrecarga Deterioro del aislante Edad

Fallas en cables de potencia

14


15/201


Descargas Atmosfricas rboles

Contaminacin

Lneas de transmisin

15


16/201


Dao mecnico Cargas desbalanceadas

etc

Generadores y Motores

16


17/201


Deterioro de aislamiento Sobrecargas

Fallas por el sistema etc

Transformadores de Potencia

17


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Falla MonofsicaPeligrosa para personas

TIPOS DE FALLAS

Falla Bifsica a tierraPeligrosa para personas

18


19/201


Falla Bifsica

TIPOS DE FALLAS

Falla TrifsicaPeligrosa para el Sistema

19


20/201


TIPOS DE FALLAS

Cross Country fault

20


21/201


Tensiones y corriente durante la fallat/s

-0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40

L232IR/kA

-1,0

-0,5

0,0

0,5

t/s-0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40

L232IS/kA

-1,0

-0,5

0,0

0,5

t/s-0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40

L232IT/kA

-1,0

-0,5

0,0

0,5

t/s-0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40

L232IN/kA

-1,0

-0,5

0,0

0,5

t/s-0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40

L232VR/KV

-200

-100

0

100

t/s-0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40

L232VS/KV

-200

-100

0

100

t/s-0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40

L232VT/KV

-200

-100

0

100

21


22/201

Aspectos del sistema de proteccin

FIABILIDAD

VELOCIDAD

SELECTIVIDAD

SIMPLICIDAD

22


23/201


FIABILIDADSeguridad Confiabilidad

23


24/201


FiabilidadSeguridad Confiabilidad

24


25/201


Fiabilidad

Confiabilidad

- La proteccin debeoperar cuand o sea requ er idade operar

- Si no opera la fal la puede ser extremadamentedaina

- Si las fal las son raras: L a proteccin debe operar

an despus de aos de inac t iv id ad- Se mejora con el uso de respaldos dup l icacin

de p rotecc iones

25


26/201


Fiabilidad

Seguridad

- La proteccin no debeoperar cuando n o searequer ida ejm :

-Fal las en otras p artes d el sistema-Osci laciones de potencia estables

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VELOCIDAD

Cada milisegundo importa

27


28/201


VELOCIDAD

PROTECCION RAPIDA (> 100ms)

- Minimiza el dao Peligro

PROTECCION ULTRA RAPIDA (< 100ms)- Minimiza la inestabilidad del sistema- Es contraria a la selectividad y confiabilidad

28


29/201


VELOCIDAD

29


30/201


La proteccin es arte y ciencia

Confiabilidad

Selectividad Velocidad

30


31/201

Zonas de Proteccin Dnde es la falla?

El sistema de potencia se divide en zonas deproteccin

La proteccin debe aislar la zona fallada elequipo fallado (selectividad)

31


32/201


Proteccin de lnea

Proteccin de barra

Proteccin de barra

Proteccin de

Generador

Proteccin de Motor

Proteccin de

Generador y transformador

32


33/201

Zonas de Proteccin Dnde es la falla?Traslapes de Zonas de proteccin

Zona deProteccion B

Zona deProteccion A

A los rels dela Zona B

A los rels de

la Zona A

52 Zona deProteccion B

Zona de

Proteccion A

A los rels de la

Zona B

A los rels dela Zona A

52

33


34/201


En que fase fue la falla?- Discriminacin de fase

La proteccin debe detectar la fase fallada

correctamenteImportante para aplicaciones de disparomonofsico y recierre monofsico

34


35/201

Costo

- El costo del sistema de proteccin esequivalente a una pliza de seguro contra daosa los equipos, perdida de suministro y calidaddel suministro.

- Un costo aceptable se basa en un balance entrela economa y factores tcnicos. El costo debeser balanceado contra el costo de potencialesdaos

- Siempre hay un limite econmicoMINIMO COSTO: debe asegurar la falla en el equipos debe ser aislado

por su proteccin

35


36/201

Costo

Qu costos se debe tomar en cuenta?

- Rels, paneles, cableado- Estudios de coordinacin

- Pruebas y puesta en servicio- TCs y TTs- Costos de Mantenimiento y reparacin- Costos de reparacin ( si falla durante su

funcionamiento)

36


37/201

Costo

SISTEMAS DE DISTRIBUCION- Gran numero de puntos de distribucin, transformadores,

alimentadores- Economa > Aspectos tcnicos- Protecciones mnimas- Menos veloces que en sistemas de transmisin- Proteccin de respaldo simple- Aunque es importante, las consecuencias de una mala

operacin o falla de operacin es menos seria que en unsistema de transmisin

37


38/201

Costo

SISTEMAS DE TRANSMISION Y GENERACION

- Consideraciones tcnicas > Econmicas- La economa no puede ser ignorada es de importancia

secundaria- Altos costos de la proteccin se justifica por altos costos

de equipamiento- Se deben considerar la calidad de suministro- Se deben usar respaldo para mayor confiabilidad- Se debe usar disparos monofsicos y recierres para

mantener la estabilidad del sistema

38


39/201

COSTO: Reles numericos

39


40/201

TIPOS DE PROTECCION

FUSIBLESUsados en redes de bajo voltaje, alimentadores y transformadoresde distribucin, TTs, servicios auxiliares.

EQUIPOS DE ACTUACION DIRECTAReclosers, etc.

SOBRECORRIENTE DE FASES Y TIERRAUsado en todos los sistemas de potenciaPueden ser direccionales no direccionalesPuede depender de la tensin

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41/201

TIPOS DE PROTECCION

DIFERENCIALLneas de transmisin, barras, transformadores de potencia,generadores, etc.- Alta impedancia- Baja impedancia- Por hilo piloto

- Digitales, etc

DISTANCIALneas de Transmisin y subtransmisin, alimentadoresComo respaldo de transformadores y generadores

COMPARACION DE FASE Y COMPARACIONDIRECCIONALLneas de transmisin

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42/201

TIPOS DE PROTECCION

OTROS

Mnima frecuencia,SobrefrecuenciaMnima tensinSobretensin

SobrecargaRel de recierreControl de tomas bajo cargaRels de disparo (86) y rels auxiliaresEtc

42


43/201

CLASES DE PROTECCION

PROTECCIONES SISTEMICAS- Esquemas de rechazo de Carga- Esquemas de rechazo de generacin- Fasores sincronizados

43


44/201


PROTECCIONES SISTEMICAS- AGR (Esquema de rechazo de generacin)

G

G

G

G

SEIN

CHICLAYO

GUADALUPE

TRUJILLO

L-215 L-213

PARAMONGA

TINGO MARIA

CARHUAQUERO

CANON DEL PATO

AGUAYTIA

VIZCARRA

MALACAS

HUANUCO

L-121

L-253

L-234

G

G

G

G

SEIN

CHICLAYO

GUADALUPE

TRUJILLO

L-215 L-213

PARAMONGA

TINGO MARIA

CARHUAQUERO

CANON DEL PATO

AGUAYTIA

VIZCARRA

MALACAS

HUANUCO

L-121

L-253

L-234

44


45/201


PROTECCIONES SISTEMICAS- FASORES SINCRONIZADOS

45


46/201


PROTECCIONES SISTEMICAS- FASORES SINCRONIZADOS

46


47/201

Consideraciones importantes

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE Y TENSION

- Son parte esencial del esquema de proteccin, reducen lascorrientes y voltios primarios a niveles bajos adecuados paralos rels de proteccin.

- Estos deben ser especificados para mantener los requerimiento

de los equipos de proteccin- La correcta conexin de los TCs y TTs es importante para losrels de proteccin (direccional, distancia, comparacin,diferencial)

- Los transformadores de tensin pueden ser capacitivos inductivos

- En Alta tensin se necesita TTs en las barras (sincronismo, etc)

47


48/201


TRANSFORMADORES DE CORRIENTE Y TENSION

- Nunca abrir un circuito secundario de un TC, por lo que nuncase deben usar fusibles en los circuitos de corriente

- Los secundarios de los transformadores de tensin debenprotegerse con fusibles MCB

- Se deben usar borneras de pruebas (para ambos TC y TT),permite realizar pruebas a los rels- Aterrar los circuitos secundarios de los TTs y CTs

48


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SERVICIOS AUXILIARES

- Son requeridos para los circuitos de apertura y cierre de losinterruptores

- En Baja tensin y media tensin existen servicios auxiliares de

CA.- En alta tensin los servicios auxiliares son en CC.- La corriente continua en Servicios auxiliares es mas confiable

que la alterna ( 2 bancos de Bateras, 2 rectificadores).- Los circuitos de CC son inmunes a los efectos en alta tensin

49


50/201


CONTACTOS DE SALIDA

NO: Normalmente abiertos (cerrados cuando estn energizados)NC: Normalmente cerrados (cerrados cuando estn

desenergizados)

50


51/201

CODIGOS ANSI

21: Rel de distancia

25: Rel de sincronismo27: Rel de mnima tensin30: anunciador32: Rel direccional de potencia37: Mnima potencia y mnima corriente46: rel de secuencia negativa

49: rel trmico50: Rel de sobrecorriente instantaneo51: Rel de sobrecorriente temporizado50/51N : Rel de sobrecorriente de tierra (inst, temp)50BF: Rel de falla interruptor52: Interruptor59: Sobretensin60: rel de balance de tensin y corriente

51


52/201

CODIGOS ANSI

64: Rel de falla a tierra (Tensin homopolar)

67/67N: Rel direccional de fases/tierra79: Rel de recierre81: Rel de frecuencia85: Rel de envo y recepcin86: Rel de bloqueo y disparo87: Rel diferencial

87T: Diferencial de transformador87B: Diferencial de barra87G: Diferencial de generador87L: Diferencial de lnea

52

ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE PROTECCION


53/201


INTERRUPTOR TRANSDUCTOR (TC TT)

RELEFUENTE DC (BATERIA)

Transductor : Transforma la corriente tensin de niveles valores primarios a secundarios.Rel : Encargado de procesar la informacin del tranductor y determinar una condicin de falla anormalInterruptor: Encargado de aislar el circuito falladoFuente DC: Alimentacin del rel y circuitos de mando del interruptor

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LOS INTERRUPTORES:

definicin

Un Interruptor es definido en estndar ANSIcomo un equipo de maniobra mecnico,capaz de conducir interrumpir corrientesbajo condiciones normales. Tambin capazde conducir interrumpir corrientes bajocondiciones anormales especificas comocortocircuitos.

54



55/201


LOS INTERRUPTORES:

Requerimientos Generales

-Debe ser un conductor perfecto cuando esta cerrado-Debe ser un aislante perfecto cuando esta abierto-Debe ser rpido al cierre-Debe ser rpido a la apertura

Requerimientos desde el punto de vista de proteccin

-Debe se capaz de interrumpir grandes corrientes.

55



56/201


LOS INTERRUPTORES:

Clasificacin (por el medio de extincin del arco)

-Aire-Aceite-SF6-Vaco

56



57/201


LOS INTERRUPTORES:



57



58/201


LOS INTERRUPTORES:



58



59/201


LOS INTERRUPTORES:



59



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LOS INTERRUPTORES:

Clasificacin de los interruptores de HV

TANQUE VIVO

TANQUE MUERTO

60



61/201


TRANSFORMADOR DE CORRIENTE Y TENSION

La funcin de los transformadores de tensin y corriente esllevar los valores de alta tensin (PRIMARIOS) a niveles bajotensin (SECUNDARIOS).

Por el tamao de los equipos de proteccin y medida (1A,100V)

Estandarizados para fcil intercambio de los mismos

CTs (5 y 1 Amperio)VTs (100 V, 110V, 120V fase-fase)

61



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TRANSFORMADOR DE CORRIENTE

En general un transformador de corriente para proteccin es determinado porla siguiente informacin

Relacin de transformacin: Iprimario/Isecundario Ejm. 600/1, 400/1, 600/5

Burden o Potencia Nominal: Potencia definida por el CT en el lado secundarioa una corriente definida y carga definida(burden) Ejm: 30VA

Clase de Presicin: 5P 10P

Factor limite de precisin: Es un multiplo del ratio de corriente, sin componenteDC, que puede ser transformada por el CT con la clase de precisin definida,si la carga conectada es la carga definida (burden)Con grandes corrientes el CT se satura y distorsiona la corriente secundaria.

62



63/201



CLASE DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

- Comportamiento en estado estacionario IEC44-1De acuerdo al estandar IEC44-1, la designacin de los CTs parapropositos de proteccin empiezan con el maximo errr combinado (5 10%) a la corriente de cortocircuito limite, luego la letra P (Paraproteccin) y finalmente el factor limite de precisin (FLP).

Dos clases de precisin son definidas

Clase dePresicin

Error de corrientea la corriente IN Error de angulo

a la corriente IN

Error combinadoFLP*IN

5P 1% 60 minutos 5%

10P 3% 10%

63



64/201



El factor limite de precisin(FLP AFL) del CT solo aplica cuando la carga

nominal del CT es conectada

Ejm: Un transformador de corriente de

600/1

30VA

5P20

Significa que el error sera de 5% cuando la corriente sea 20 veces la

corriente nominal y la carga conectada sea carga nominal (20VA)

64



65/201


TRANSFORMADOR DE TENSION

TRANSFORMADORES INDUCTIVOS

- Son mas precisos- Son mas caros- Son similares a un transformador de

potencia

TRANSFORMADORES CAPACITIVOS

- Son mas comunes en HV- Son menos precisos

65



66/201


El transformador de tensin inductivo no tiene errores significativos enestado estacionario o transitorio

- El transformador de tensin capacitivo no tiene errores significativos enestado estacionario cuando la inductancia es sintonizada con (C1 + C2)

- Sin embargo la sintonia no puede ser mantenida bajo condicionestransitorias, y los errores transitorios del CVT tienen que serconsiderados en proteccin

TRANSFORMADOR DE TENSION

66



67/201


EL RELE

67



68/201


NATURALEZA DE LOS RELES DE PROTECCION

- Detecta condiciones anormales en el Sistema de Potencia

- Inicia acciones correctivas- El tiempo de Respuesta es en milisegundos

- No requiere intervencin de un operador

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69/201


DISEO DE RELES

El propsito de los rels de proteccin es detectar fallas condiciones deoperacin anormales

- Nivel

- Magnitud

- Diferencial

- Angulo de Fase

- Impedancia (Distancia)

- Hilo Piloto

- Armnicos y Frecuencia

69



70/201


CONSIDERACIONES DE RELES

Proteccin Primaria y de Respaldo:

Proteccin Primaria DuplicadaRespaldo Remoto y Local

Para una falla F en la lnea AB

R1, R5 : Rels primariosR2 : Rel Primario Duplicado

R3 : Rel de Respaldo LocalR4, R9, R10 : Rels de Respaldo Remoto

70


71/201

Capitulo 2

Componentes Simtricas

71

Fallas en Sistemas de Potencia


72/201

Fallas en Sistemas de Potencia

Fallas Trifsicas

Fallas Bifsicas

Fallas a tierra

Conductor Roto

72

Cortocircuitos


73/201

Cortocircuitos

Alta Corriente

Dao Mecnico

Dao Trmico

Otros Problemas (Huecos deTensin, y afectan la estabilidad)

73


74/201

Cortocircuitos Tipicos

Monofsico

a tierra

Bifsico a tierra

Trifsico

74

Porque calcular la corriente de falla?


75/201

Porque calcular la corriente de falla?

Mxima Corriente de Falla

Diseo del Interruptor

Coordinacin de proteccin

75


76/201

Cortocircuito Trifsico

ZS

+Ea

+Eb

+Ec

Ia

Ib

Ic

-

-

-

Terminal

ZS

ZS

ZmZm

Zm

Ze

CortocircuitoTrifsico

76

f


77/201

Cortocircuito Trifsico

77

f


78/201

Modelo Simplificado

FalladeCorriente

Z

EI

IZE

R jX

CortocircuitoIE

78

d ll d


79/201

Corriente de Fase Fallada

)120(II

)120(II

III

c

b

a

79

Cortocircuito en un Sistema Trifsico


80/201

Cortocircuito en un Sistema Trifsico

Barra B3

80

Ci i h i i l


81/201

Circuito Thevenin Equivalente

ZTH=RTH+jXTH

CortoCircuitoIETH

Barra B3

FalladeCorrienteTH

TH

Z

EI

81

Falla Trifsica


82/201

Falla Trifsicacon Resistencia

R jX

IE

R jX

IE

Rf

Rf

Z

EI

fRZ

EI

82

F ll Li R di l


83/201

Falla en una Linea Radial

FallaTrifsica

ZS

ES

SS R

d

L

mZL

I

LSLs ZmZ

EZ)L/d(Z

EI

83

Fallas en sistemas anillados


84/201

Fallas en sistemas anillados

S R

(1-m)ZL

ZS ZR

ES

mZL

ER

Rf

S R

I

FallaTrifsica

84

Corriente y Voltaje Terminales


85/201

Corriente y Voltaje TerminalesFalla Trifsica

Va

VbVc

Normal Operation

Ib

Ia

Ic

Operacin Normal

Va

VbVc

3PH FaultIb

Ia

Ic

Falla 3Ph

85

Analisis Transitorio


86/201

Analisis Transitorio

R

dt

diLRitVm sin

jX

iVmsin(t+)

86

Corriente de Falla


87/201

Corriente de Falla

2222 LRXRZ

R

L arctan

tLR

mm eZ

Vt

Z

Vti

sinsin

Donde:

87

Corriente de Falla


88/201

Corriente de Falla

Corriente Resultante I(t)ComponenteTransitoria

)sin()LR(

V2

1222

m

)(

Componente Estacionaria

I

t

88

Cortocircuito en Terminales de un


89/201

Cortocircuito en Terminales de un

Generador Sincrono

La corriente transitoria tiene masde una constante de tiempo y masde una frecuencia.

i

89

Corriente de Falla Simetrica en el Estator


90/201

90

Corriente de falla en el estator


91/201

Maquina Sincrona

"

dI2

'

d

I2

"

d

'

d

"

d te

IItat

'

dd

'

d te

IItat

Tiempo

I

"

dt0 '

dt

dI

91

Corriente de falla en el estator


92/201

Maquina Sincrona

dd

'd

'd

"

d

"

XEI

XEIXEI

Componente Subtransitoria

Componente Transitoria

Componente Sincrona

92

Contribuciones Tipicas a una Falla


93/201

Sistema

Generador

Motor Sincrono

CorrienteTotal

Motor deInduccion

93

Que ocurre si la falla no es trifsica?


94/201

94

Monofsicoa tierra

Bifsico a tierra


95/201

Charles Fortescue (1918) Componentes Simtricas

DefinicinConjunto de fasores que tienen igual magnitud, pero estndesfasados 120

ObjetivoDescomponer un conjunto de tres fasores asimtricos en:-Un conjunto asimtrico de 3 fasores pero iguales en magnitud-Dos Conjuntos simtricos de 3 fasores

Luego se puede analizar cada conjunto individualmente yusando el mtodo de superposicin obtener el resultado


95

Cortocircuito Desbalanceado


96/201

Cortocircuito Desbalanceado

96

Herramientas para los Ingenieros de Proteccin II


97/201


Ib

Ia

Ic

Ib2

Ic2

Ia1

Ib1Ic0

Secuencia Positiva Secuencia Negativa

Ia2

MonofasicoBalanceado

Secuencia Cero

Ic1

Ib0

Ia0

Balanceado97



98/201


Ia = Ia0 + Ia1 + Ia2 Definimos el operadorIb = Ib0 + Ib1 + Ib2 = 1


99/201


2

2

1

1

111

A

2

1

0

I

I

I

A

I

I

I

c

b

a

Calculando la inversa de A

c

b

a

II

I

AII

I1

2

1

0

2

21

1

1

111

31A

99



100/201


c

b

a

I

I

I

I

I

I

2

2

2

1

0

1

1

111

3

1

Importante:

3Io = Ia + Ib + Ic3Vo = Va + Vb + Vc

100

Redes de Secuencia de un generador


101/201

Z1 Z2=Z1 Z0

+

-V1 V2 V0

+

-

+

-

+

-

111 VIZE 2 2 20 Z I V 00e00 VIZ3IZ0

Positiva Negativa Cero

E 3ZeI1 I2 I0

101

Redes de Secuencia de una Lnea de Transmisin


102/201

Z1 Z2=Z1 Z0

V1

+

-V2

+

-V0

+

-V1 V2 V0

+

-

+

-

+

-

1111 VIZV 2222 VIZV

0000 VIZV


I1 I2 I0

102

Transformador YnYn


103/201

Z1 Z2=Z1 Z0

V1+-

V2+-

V0+-

V1 V2V0

+

-+-

+

-

1111 VIZV 2222 VIZV 0000 VIZV


I1 I2 I0

103

Transformador DYn


104/201

Z1 Z2=Z1 Z0

V1

+

-

V2

+

-

V0

+

-

V1 V2 V0

+

-

+

-

+

-

oj

eVIZV 30

1111

o30j

2222 eVIZV


I1 I2 I0

104

Transformador YnD


105/201

Z1 Z2=Z1 Z0

V1

+

-

V2

+

-

V0

+

-

V1 V2 V0

+

-

+

-

+

-

oj

eVIZV 30

1111

o30j

2222 eVIZV


I1 I2 I0

105

Redes de Secuencia de un Sistema Radial


106/201

Sin Carga

106

Redes de Secuencia de un Sistema Radial


107/201

N1

Zg1

ZT1

ZL1

N2

Zg2

ZT2

ZL2

N0

Zg0

ZT0

ZL0

N1

Z1

N2

Z2

N0

Z0

I1 I2 I0

Eg

T

L

107

Redes de Secuencia de un Sistema de Potencia Simple


108/201

S R

ZS1 ZR1

ES

ZL1

ER

ZS2 ZR2

ZL2

ZS0 ZR0

ZL0

(+) (-) (0)

Equivalente Equivalente

108

Redes de Secuencia ante una falla trifsica


109/201

I1

+

-E

Z1 I2=0Z2 I0=0Z0

3Ze

acaba IaIyIaIZ

EII ;;

:FalladeCorriente

2

1

1

109

Redes de Secuencia ante una falla bifsica


110/201

I1

+

-E

Z1 I2Z2 I0=0Z0

3Ze

+

V1

-

+

V2

-

121

1

2

b

2

3j-3j-

)(I

FalladeCorriente

Z

E

ZZ

E

IaaIc

110

Redes de Secuencia ante una falla monofsica


111/201

I1

+

-E

Z1 I2Z2 I0

Z0

3Zea 1 2 0

a

1 2 0 e

I 3I 3I 3I3E

IZ Z Z 3Z

Fault Current:

Corriente de Falla

111

Redes de Secuencia ante una falla Bifsica a Tierra


112/201

I1

+

-

E

Z1 I2Z2 I0

Z0

3Ze

112


113/201

Componentes simtricas y proteccin

En las fallas a tierra siempre estn presentes las componentes de secuenciaCero (3V0) y (3Io). Estas pueden ser medidas:

-Sumando las corrientes de fase

-Sumando las tensiones (delta Abierto)

Las corrientes y tensiones de secuencia negativa pueden obtenerse a travsde filtros que veremos mas adelante.

113


114/201

Componentes simtricas y proteccin

Equipo Aplicacin Cantidades de secuencia q usa

50N/51N Sobrecorriente a tierra 3Io

59N Sobretensin de tierra 3Vo

67N Direccional a tierra Io & Io, Vo &Io V2I2

21N Distancia Io, Vo, V1, V2

87L Diferencial de lnea K1 I1 + K2 I2 + Ko Io

etc

114


115/201

Capitulo 3

Proteccin de sistemas de distribucin

(Fusibles y rels de sobrecorriente,seccionalizadores)

115

FUSIBLES


116/201

El elemento mas simple de proteccin

TiposFusible de Distribucin CUTOUTSFusible limitador de corrienteFusible de material slidoFusible electrnico

116

FUSIBLES


117/201

Fusible de Distribucin CutOutsEs el tipo mas usado

1. Cuando se funde se produce un arco2. El tubo de expulsin emite gases desionizantes3. Los gases son expulsados del tubo y la corr iente es

interrump ida por cero

117

FUSIBLES

T


118/201

t

T

i

t

tm

Fusin

Fusion

Ti

Tm

Despeje

tarc

tc

Vaporizacion

i

i

FusibleT

118

FUSIBLES


119/201

Fusible de Distribucin CutOutsNota importante : la corr iente es interrump ida po r cero. Existe TRV

119

FUSIBLES


120/201

Fusible limitador de corriente

Este tipo de fusible elimina la falla rpido, forzando a la corriente a que seacero.

1.El elemento fusible esta compactado con un tipo de arena especial2.La arena confina al arco a una pequea rea3.Se producen alta presiones y altas resistencias

4.La alta resistencia obliga a la corriente a que disminuya a cero.

El propsito d e este fusib le es in terrump ir altas co rr ientes, no esta

dis eado para interrum pir c orr ientes de sob recarga de baja magn itud

120

FUSIBLES


121/201

Fusible limitador de corriente

121

FUSIBLES


122/201

Caractersticas de los fusibles

Tiempo

CorrienteMinimun melt time

Tiempo de fusin mnimo

Total clearing timeTiempo total de aclaramiento

122

FUSIBLES


123/201

Caractersticas de los fusibles

CurvasDel Fusible

I

t

ImmIn

Curva de daodel equipoprotegido

I

EquipoProtegido

Fusible

td

tc

Ix

123

FUSIBLES


124/201

Seleccin de los fusibles

Para seleccionar un fusible se debe considerar lo siguienteLa tensin de operacinLos tiempos de fusin melt time

La corriente de carga nominalCold load pickup

124

FUSIBLES

Seleccin de los fusibles


125/201

La figura muestra un equivalente rmsde la corriente de carga fra (Cold

load pickup) y la corriente demagnetizacin de la corriente nominalde una transformador que alimentacargas residenciales (En USA).Los puntos 6x 3x 2x corresponden acargas industriales.Se muestra tambin la relacincorriente de carga a corriente de falla( fuente). Fuentes de potencia decortocircuito tendr menores ratios(Iload/Iflt).

125

Rel de sobrecorriente

O L f llC i t


126/201

tc

tcb

tr tm ta

Ocurrela Falla

La falla esdespejada

Corriente

Corrientede Carga

Corrientede Falla

CT

PR

CB IP

IS

BUS

Falla

126



127/201

Como naciRel Electromecnico Instantneo (50)

Contacts

Coil

Armature

Hinge

Contacts

Coil

Iron Core

Adjustablestop

Contacts

Armature

Restrainingmagnet

Hinge

Operatingmagnet

127


C i


128/201

Como naciRel Electromecnico Instantneo (50)

t

I

Ajustable

Iins

tins

Tiempo tins < 1.5 ciclos128


C i


129/201

Como naciRel Electromecnico de tiempo inverso (51)

129


C i


130/201


-5 -6 -7 -8 -9 1.0

Main CoilNTturns

Spring

Permanent

MagnetMain Core

Disc

MovingContact

Time Dial

130


C i


131/201


El desplazamiento de los contactos

moviles es ajustable

El Dial de Tiempo es el conjunto de

desplazamiento Angular

t

I

Ipickup

Ipu

Dial

131


C t ti IEC


132/201

Caractersticas IEC

Normalmente Inversa IECNormal Inverse IEC

Muy Inversa IECVery Inverse IEC

Extremadamente Inversa IECExtremely Inverse IEC

Inversa de larga duracin IECLong time Inverse IEC

132


Caractersticas ANSI


133/201

Caractersticas ANSI

133


Caractersticas IEC y ANSI (USOS)


134/201


Caracterstica rea de aplicacin Caracterstica nica deaplicacin

Tiempo Definido Transmisin

Subtransmisin

Distribucin

Se usa si la impedancia defuente es variable

Normalmente Inverso

Inverse

Transmisin Proteccin de fase y tierra en

donde se necesita asegurar laselectividad de la proteccin

Muy Inverso

Very Inverse

Distribucin Excelente caracterstica parauso de sobrecorriente a tierra.

Coordina con fusibles

Extremadamente Inverso

Extremely Invers

Distribucin

Industrias

Uso exclusivo en distribucin,

e industrias, coordina contermomagneticos

134




135/201


135

Proteccin de sobrecorriente


136/201

aCLineaFuente

CARGA

ZZZ

EI

arg

LineaFuente

FALLA

ZZEI

IFALLA>> ICARGA

Carga

Carga Normal:

Falla Trifsica:

136



137/201

52

50, 51 50, 51 50, 51 50N, 51N

3I0

Ia

IbIc

a

bc

CorrienteResidual

137



138/201

Distancia, d

I

LineaFuente

FALLAZLdZ

EI

)/(||

Carga138



139/201

tTiempo deOperacin delRele

I

Carga

139

Proteccin de sobrecorriente : Coordinacin de Rels


140/201

Distancia

Distancia

T

I

TTT

140


Con elemento instantneo


141/201


tTiempo deOperac. del

Rele

I

Carga

141




142/201


Distancia

Distancia

T

I

142


Con elementos 51/50


143/201

Con elementos 51/50

Distancia

Distancia

T

I

143


Con elementos 51/50


144/201

Con elementos 51/50

Distancia

Distancia

T

I

144

Seccionalizadores


145/201

Los seccionalizadores son dispositivos de proteccin, que aslan lazona afectada, no teniendo capacidad de interrupcin de las corrientesde falla, quedando esta funcin delegada en interruptores oreconectadotes asociados al seccionalizador. Dentro de lascaractersticas generales pueden dividirse dos tipos de sistema decuenta :

Pasaje de corriente de fallaAusencia de tensin.

Por su principio de funcionamiento, permiten generar un eslabn

en la cadena de coordinacin, sin necesidad de adicionar tiempos

de coordinacin.

145

Coordinamiento de una red radial

Dada una red de distribucin radial como la mostrada


146/201

Dada una red de distribucin radial como la mostrada1- Informacin necesaria para analizar la red

Relay

Relay

Relay

R SF1

F2

F3

F4

Distribution Sub

146



147/201

Determinar las caracteristicas y ajustes delos equipos de proteccin y simultaneamentelograr:

Maxima Sensibilidad

Maxima Velocidad Maxima Seguridad Maxima Selectividad

147



148/201

2 1

Phase-Phase

Fault

DownstreamDevice

UpstreamDevice

I

t

ILOAD

IPU

IF 148



149/201

R

Relay

d

I

ILOAD

Relay

Minimum

Pickup

3-ph Fault Current

Ph-Ph Fault Current

149



150/201

2 1

Phase-Ground

Fault

DownstreamDevice

UpstreamDevice

I

t

IIMB

IPU

IF 150



151/201

R

Relay

d

I

IIMB

Relay

Minimum

Pickup

Ph-Gnd Fault Current

with Fault Resistance

151



152/201

2 1

DownstreamDevice

UpstreamDevice

L

0.8L

IF1

IF80%

Instantaneous

Pickup

IPU

> IF1

IPU

= IF80%

or

IPU

= 1.25 IF1

152


Seleccin de un fusible adecuado


153/201

- Tensin nominal del sistema- Corriente de carga

- Curva de Cold load pickup- Curva de dao del transformador

153


Seleccin de un fusible adecuado


154/201

- Tensin nominal del sistema- Corriente de carga

- Curva de Cold load pickup- Curva de dao del transformador

Cold Load Pickup

Corriente

Tiempo Dao de Trafo

Fusible

154


Coordinamiento de un transformador con Fusibles.


155/201

Cold Load Pickup

Corriente

Tiempo

Dao de Trafo

Fusible Rpido

Fusible Lento

155


Verificacin de coordinacin


156/201

F2

F3

I

t

IF

IF_LIM

F2F3

156


Ajuste de un recloser rel de sobrecorriente


157/201

1 Determinar la mnima corriente de operacin del rel Recloser

(pickup arranque)

Para fases- Ajustar al 50% menos de la mnima corriente de falla en el

extremo remoto del elemento protegido.- Verificar que sea mayor al 120-150% de la mxima corriente de

carga del elemento protegido.- Ajustar el elemento instantneo (100ms) El valor de ajuste tiene

que ser menor que la corriente mxima de fallas local pero mayorque 1.2 veces la mxima corriente en la ubicacin del primerequipos de proteccin aguas abajo.

157


Ajuste de un recloser rel de sobrecorriente


158/201

1 Determinar la mnima corriente de operacin del rel Recloser

(pickup arranque)

Para tierra- Ajustar al 50% menos de la mnima corriente de falla monofsica

en el extremo remoto del elemento protegido.- Ajustar al 10-20% de la corriente nominal del TC.- Ajustar el elemento instantneo (100ms) El valor de ajuste tiene

que ser menor que la corriente mxima de fallas local pero mayorque 1.20 veces la mxima corriente en la ubicacin del primerequipos de proteccin aguas abajo.

158


Coordinamiento entre un fusible y un recloser


159/201

- Falla transitoria (Fuse Saving)- Falla Permanente

Corriente

Tiempo

R

Iccmn

Iccmx

159


Coordinamiento del Rel con los Reclosers y fusibles


160/201

R

160


Coordinamiento entre fusibles, reclosers y Rels


161/201

161




162/201

162




163/201

0.3

163


Coordinamiento Reclosers sin instantaneos


164/201

Relay

RAB

Intervalo de Coordinacion,tipicamente 0.2 0.5 s

I

t

CI

IF

tB

tA

BA

164


Coordinamiento Reclosers con instantneost B


165/201

I

t

CI

Iinst_A

tB

tA

Iinst_B

BA

Usar esta Corriente parala coordinacion en tiempo

Relay

R

AB

80%

165


Esquema Fuse Clearing


166/201

Relay

F150

I

t

CI

IF

tR

tF1

50/51F1

166


Esquema Fuse Saving


167/201

Relay

RF1

50

I

t

CI

IF

tR

tF1

Iinst A

50/51F1

167

Coordinamiento Recloser con un Seccionalizador


168/201

Seccionalizador vs Reconectador:

Para los seccionalizadores de tensin, el modo de operacin genera una selectividaddiferente de la que normalmente es analizada cuando se esta con equipamientoamperomtrico.

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

168


Suponiendo la falla transitoria la operacin del sistema ser :


169/201

Suponiendo la falla transitoria, la operacin del sistema ser :

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

Equipamiento abierto

Equipamiento cerrado

169



170/201

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

Pasado el tiempo Ta en los seccionalizadores

170



171/201

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

Pasado el tiempo Tc1 en los seccionalizadores

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

171



172/201

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F


R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

172



173/201

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

173



174/201

Suponiendo la falla no transitoria, la operacin del sistema ser ( suponiendo 1R+2L):

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F



174



175/201

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F


175



176/201

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F


R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

176



177/201

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F


R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

177



178/201

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F


R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

178



179/201


R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F



Equipamiento abierto y bloqueado

179



180/201

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F


180



181/201

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F


181



182/201

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F


R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

182



183/201

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F


R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

183



184/201

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

184



185/201


R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F



185



186/201

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F


186



187/201

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

Pasado el tiempo de la primera lenta

187



188/201

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

R

SV 1 SV 2

SV 3 SV 4

F

Pasado el tiempo de la segunda lenta

188

Fallas a tierra en redes de distribucin

Aterramiento de la red de distribucin


189/201

Las redes de distribucin pueden no estar aterradas.

Dependiendo del tipo de aterramiento se clasifican en:-Sistemas no aterrados-Sistemas solidamente aterrado-Sistemas aterrados a travs de una impedancia.

189


Comparacin delos mtodos de


190/201

aterramiento

190


Sistemas solidamente aterrados


191/201

Vr

Vs

Vt

IrIs

It

Vr

Vs

Vt

Ir

Is

It

Sistema NormalSistema Con falla

Vts

191


Sistemas solidamente aterradosPolarizacin del rel de falla a tierra


192/201

Vr

Vs

Vt

IrIs

It

Vr

Vs

Vt

Ir

Is

It

Sistema Normal Sistema Con falla Resistiva

Vts

3Vo

3Io

192


Sistemas solidamente aterradosPolarizacin del rel de falla a tierra


193/201

Vr

Vs

Vt

IrIs

It

Vr

Vs

Vt

Ir

Is

It

Sistema Normal Sistema Con falla Inductiva

Vts

3Vo

3Io

193


Sistemas no aterrados con conexin

L t d l d d di t ib i d li d


194/201

La mayor parte de la red de distribucin de lima opera de esa

forma

Sistema Normal

Vr

VsVt

Ir

Is

It

Sistema Con falla

Vr

VsVt

Ir

Is

It

3Vo

194


Sistemas no aterrados con conexin

A t d i t


195/201

Aportes de corriente

YnD

195


Como se calcula la direccin

U f d d t i l di i d l t i


196/201

Uno forma de determinar la direccin es usando la potencia

3Vo

3Io L

3Io R

3Io C

En sistemas solidamente aterradosPo = - 3Vo 3Io Cos(< Vo,Io)Po > 0, falla hacia delantePo < 0, falla hacia atrs

196


Como se calcula la direccin

U f d d t i l di i d l t i


197/201

Uno forma de determinar la direccin es usando la potencia

3Vo

3Io L

3Io R

3Io C

En sistemas solidamente aislados ()Qo = 3Vo 3Io Sen(< Vo,Io)Qo > 0, falla hacia adelanteQo < 0, falla hacia atrs

197

Disparo Rapido de Barras

Carga o Corriente de Falla


198/201


F1

M

Load

F2M

Relay

Relay

Load

LoadF3

198




199/201


F1

M

Load

F

M

IRelay

Relay

Load

Load

F2

F3

199


Falla en Barra


200/201

Falla en Barra

M

LoadF

F1

F2

F3

M

I

Relay

Relay

Load

Load

200


Time


201/201

Time

Main 1

Feeder

Main 2

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