Guías de Laboratorio ELT 3831 -...

Facultad Nacional de Ingeniería Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Electrónica

i

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA

INGENIERÍA ELÉCTRICA E INGENIERIRÍA ELECTRÓNICA

Guías de Laboratorio

ELT 3831 PROTECCIONES DE SISTEMAS DE POTENCIA

Armengol Blanco, MCs

Oruro, diciembre 2014


ii

Prefacio

El presente texto de Guías de Laboratorio de Protecciones Eléctricas de la asignatura ELT 3831 Protecciones de Sistemas de Potencia del plan de estudios de Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Electrónica, constituye un esfuerzo para fijar los conocimientos impartidos en la parte teórica mediante la parte experimental y simulación.

En el proceso enseñanza – aprendizaje, toma importancia la triada: Teoría – Experimento – Simulación. Constituye la médula del Plan Piloto de Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Electrónica.

En la parte experimental, se emplea dispositivos tales como: Termomagnéticos, Relé 51B,

fusibles y carga variable.

En la parte de simulación, se emplea el software NEPLAN 3.5 en su versión demo.

Armengol Blanco, MCs Docente Titular


iii

Índice General

Prefacio ........................................................................................................................................................................ii Índice General ............................................................................................................................................................ iii

Laboratorio No 1: Ensayos con el Termomagnético ....................................................................................................... 1

Laboratorio No 2. Ensayos con Fusible ......................................................................................................................... 4

Laboratorio No 3. Ajuste de un Relé de Sobrecorriente IAC ........................................................................................ 11

Laboratorio No. 4 Flujos de Potencia y Cálculo de Cortocircuitos ................................................................................ 16

Laboratorio No. 5 Coordinación de Protección: Relé de Sobrecorriente y Fusible ......................................................... 20

Laboratorio No. 6. Ajustes de la Protección de Distancia en Líneas de Transmisión ..................................................... 29


1

ELT 3831 PROTECCIONES DE SEP

Laboratorio No 1: Ensayos con el Termomagnético 1.1 Introducción El interruptor termomagnético, es un dispositivo de protección contra sobrecarga y cortocircuitos, es ampliamente utilizada en instalaciones industriales y domiciliaras. La comprensión de la operación y funcionamiento del interruptor termomagnético permite la selección adecuado del termomagnético para una aplicación específica. La característica tiempo vs corriente o su múltiplo de corriente de un dispositivo de protección, permite usar correctamente el termomagnético, fusible y relé de protección. 1.2 Objetivo El objetivo del presente laboratorio, es comprender la operación y funcionamiento del termomagnético y su selección para su empleo en las instalaciones eléctricas. En la Fig. 3.1 se muestra una fotografía de un termomagnético. [1] En el laboratorio se analizar los diversos tipos constructivos de termomagnéticos. Las mediciones de tiempo y corriente, permiten realizar la gráfica t-I de termomagnético.

Fig. 3.1 Corte de un termomagnético.

En la Fig. 3.2, se presenta las gráficas de los tiempos versus la corriente para los termomagnéticos B, C, y D.


2

Fig. 3.2 Característica tiempo vs corriente de un termomagnético.

Fig. 3.3 Características t-I de los termomagnéticos tipos: A, B, C, D

En la Fig. 3.3, se muestran las características de los interruptores termomagnéticos tipos A, B, C, D con sus explicaciones respectivas.


3

2.3 Ensayo de Interrupción con Sobrecarga y Cortocircuito Mediante este ensayo, se medirán los tiempos de apertura del termomagnético para una corriente determinada. 2.3.1 Equipos e Instrumentos empleados Se utiliza un variac, un amperímetro, un termomagnético, y conectores. 2.3.2 Esquema de Conexiones En la Fig. 3.4, se muestra el esquema de conexiones para realizar el ensayo.

Fig. 3.4 Esquema de conexiones del termomagnético

2.3.3 Procedimiento Implementado el esquema del ensayo, el procedimiento a seguir es el siguiente: 1. Partiendo con el variac en posición cero, aumentar lentamente la tensión de alimentación al

transformador (generador de corriente) hasta llegar a diferentes valores de la corriente nominal del termomagnético.

2. Medir los tiempos de apertura y corriente. Los valores medidos, se recopilan en la tabla 3.1

Tabla 3.1 Datos del ensayo en cortocircuito

No. t Ic

Con los datos obtenidos, graficar la característica tiempo vs corriente. [1] Paul Gill, Electrical Power Equipment Maintenance And Testing. 2nd Ed. CRC Press

Taylor & Francis Group, Boca Raton, FL, 2009.


4


Laboratorio No 2. Ensayos con Fusible 2.1 Introducción El fusible es un elemento de protección simple utilizada para proteger alimentadores, distribuidores, transformadores y motores. 2.2 Objetivo El objetivo del laboratorio, es comprender el funcionamiento de un fusible de expulsión y su selección para su empleo en redes eléctricas. 2.3 El Fusible El fusible es un elemento sensible a la sobretemperatura, tiene una temperatura de fusión adecuado para interrumpir circuitos en falla. La corriente eléctrica que atraviesa el hilo fusible, produce calor por efecto Joule que eleva la temperatura del elemento fusible hasta lograr su fusión.

Fig. 2.1 Partes constructivas de un fusible tipo expulsión.

En la Fig. 2.1, se muestra el esquema de un fusible de expulsión, empleado en Sistemas Eléctricos de Distribución. En la Fig. 3.2 se muestra una fotografía de fusibles tipo K.

Fig. 3.2 Fusibles expulsión tipo K.


5

2.3.1 Tipos de Fusibles La clasificación de los fusibles empleados en SED de acuerdo a su rapidez, es el siguiente:

1. Fusibles tipo K son llamados fusibles con elemento rápido. 2. Fusibles tipo T son fusibles con elemento lento. 3. Fusibles tipo DUAL son fusibles extralentos.

Fig. 2.3 Fusible tipo expulsión En la Fig. 2.3, se muestra las partes constructivas de un fusible tipo expulsión.

En la Fig. 2.4, se muestran las partes constructivas de un fusible de expulsión tipo slofast, también son denominado tipo DUALES.

Fig. 2.4 Fusible de expulsión, tipo slofast.

2.3.2 Curva Característica Tiempo versus Corriente de un Fusible La característica tiempo vs corriente o múltiplo de corriente de un fusible permite utilizar correctamente como elemento de protección, ya sea de un alimentador, distribuidor, motor, transformador y otros dispositivos. En la Fig. 2.5, se muestra las características típicas tiempo vs corriente de fusibles, se hace hincapié en la curva de tiempo de fusión mínima y la curva del tiempo de despeje total. La operación del fusible está dada por la franja delimitada por las dos curvas indicadas.


6

Fig. 2.5 Características tiempo vs corriente de fusibles.

La característica t-I del fusible, es una característica extremadamente inversa. 2.3.3 Zonas de Trabajo La operación de un fusible, es la reacción que tiene el fusible frente a una de corriente que provoca que actúe la protección. Se distinguen, básicamente tres zonas de operación, estas zonas, son:

Zona 1: Es la zona en condiciones normales de operación. El fusible no actúa. Zona 2: Zona bajo condiciones anormales de operación en situación de sobrecarga. El fusible

actúa en tiempos superiores a los 10 segundos. Zona 3: Zona de condiciones anormales de operación, en situaciones de cortocircuito. El

fusible actúa en tiempos de operación inferiores a 10 segundos. En la Fig. 2.6, se muestran las tres zonas de operación.

Fig. 2.6 Zonas de operación del fusible [2]


7

2.4 Ensayo de Interrupción con Sobrecarga y Cortocircuito del Fusible Mediante este ensayo, se medirán los tiempos de fusión del fusible para una corriente determinada. 2.4.1 Equipos e Instrumentos empleados Se utiliza un variac, un amperímetro de gancho, fusibles, cronómetro y conectores. El variac simula la carga. 2.4.2 Esquema de Conexiones En la Fig. 3.8, se muestra el esquema de conexiones para realizar el ensayo.

Fig. 2.7, Esquema de conexiones.

2.4.3 Procedimiento Implementado el esquema del ensayo, el procedimiento a seguir es el siguiente: 3. Partiendo con el variac en posición cero, aumentar lentamente por pasos y obtener las corrientes

deseadas. Hasta que el fusible actué. 4. Medir la corriente y tiempos. Los valores medidos, se recopilan en la Tabla 2.1

Tabla 2.1 Datos del ensayo con el fusible

No I t Observaciones

Con los datos obtenidos, determinar las dos curvas características del fusible: curva del tiempo de fusión mínima y curva del tiempo de despeje total. [1] _______, Eslabones Fusibles de Expulsión. COOPER Bussmann. Disponible en URL:

www.cooperbusmann.com [2] Adrian López, Gabriel Viteri, Aplicación de Fusibles e Interruptor Termomagnéticos.

Tesina de Seminario, Escuela Superior Politécnica del Litoral, Guayaquil, Ecuador, 2010.


8

Anexos A. Características de Fusibles T y K

Fig. A.1 Características Tiempo-Corriente de eslabones de expulsión tipo T


9

Fig. A.2 Características Tiempo-Corriente de eslabones de expulsión tipo T [1]


10

Fig. A.3 Curvas t - I de fusión mínima y de despeje total para un fusible 10 K.


11


Laboratorio No 3. Ajuste de un Relé de Sobrecorriente IAC 3.1 Introducción El relé de sobrecorriente es un elemento de protección utilizada para proteger alimentadores, distribuidores, transformadores y motores. El relé detecta la sobrecorriente (cortocircuito) mediante un sensor: El transformador de corriente (TC). 3.2 Objetivo El objetivo del laboratorio, es comprender el funcionamiento de un transformador de corriente y el uso como reductor de corriente. Y realizar el ajuste de un relé de sobrecorriente IAC 51B para su empleo en redes eléctricas. 3.3 El relé de Sobrecorriente IAC 51B Un relé, de acuerdo a la definición de la IEEE, es un dispositivo cuya función es detectar condiciones anormales o de naturaleza peligrosa en el sistema de potencia, e iniciar acciones de control apropiadas. Las condiciones anormales, se refieren a las perturbaciones siempre existentes, sean estas por maniobras, accidentes o acción mal intencionada. El relé de sobrecorriente, actúa cuando la corriente que circula por su bobina de corriente sobrepasa la corriente nominal. El relé de sobrecorriente IAC 51B, es un relé electromecánico, es del tipo electromagnético de inducción. En la Fig. 3.1, se muestra la vista frontal del relé IAC 51B, y en la Fig. 3.2, se muestra la vista frontal del Relé IAC 51B.

Fig. 3.1 Vista frontal del Relé IAC 51B de la General Electric [1].


12

El relé de sobrecorriente IAC, se utiliza como dispositivo de protección de: Generadores, transformadores, autotransformadores, líneas, alimentadores y distribuidores, motores, bancos de condensadores, inductores.

Fig. 3.2 Vista posterior del relé IAC 51B.

3.4 Tipos de Relés Los diferentes tipos de curvas de operación de los relés de tiempo inverso, se pueden modelar matemáticamente por medio de una ecuación característica. Existen dos formas básicas para expresar matemáticamente esta ecuación: exponencial y polinomial, y de acuerdo a las normas IEC y ANSI. La forma más empleada es la ecuación exponencial descrita por la Norma IEC, la cual se presenta en la ecuación:

푡 =푎 ∙ 퐷퐼퐴퐿퐼퐼 − 1

Donde: 푡 = Tiempo de actuación del relé I = Corriente de arranque 퐼 = Corriente observada 퐷퐼퐴퐿 = Dial de tiempo 훼,푛 = Constantes que determinan el tipo de relé

Tabla No. 1, Constantes 훼,푛


13

En la Tabla No. 1, se muestra el valor de las constantes 훼,푛 que determinar el tipo del relé de sobrecorriente: 3.5 Curva Característica Tiempo versus Corriente del Relé IAC 51B La característica tiempo vs corriente o múltiplo de corriente de un relé permite utilizar correctamente como elemento de protección, ya sea de un generador, alimentador, distribuidor, motor, transformador y otros dispositivos. En la Fig. 3.3, se muestra las características típicas tiempo vs corriente del relé IAC 51B

Fig. 3.3 Características tiempo vs corriente del relé IAC 51B.


14

3.6 Ajuste del Relé IAC 51B Dado un 퐷퐼퐴퐿 de tiempo, el procedimiento para ajustar el relé IAC 51B tiene los siguientes pasos:

1.- Se fija la corriente mínima primaria de operación 퐼 = (1.20− 1.30) 퐼 . 2.- Se calcula la corriente mínima secundaria de operación (Pick up), 퐼 a partir de:

퐼 =퐼푅푇퐶

3.- El elige el TAP más próximo a 퐼 . 4.- Se calcula la corriente secundaria de cortocircuito 퐼 , mediante: 퐼 = .

5.- Se calcula los valores múltiplos de la corriente 푁 respecto al TAP: 푁 = 6.- Con el valor N se entra en la gráfica tiempo - corriente y se busca la intersección con el

eje de tiempo, donde se obtiene el punto de ajuste del relé.

3.7 Ensayo de Interrupción con Sobrecarga y Cortocircuito Mediante este ensayo, dados el DIAL de tiempo y el TAP, se medirán los tiempos de actuación del relé para una corriente determinada. 3.7.1 Equipos e Instrumentos Utilizados Se utiliza un variac, un amperímetro de gancho, transformador de corriente, relé de sobrecorriente IAC 51B, cronómetro y conectores. El variac simula la carga. 3.7.2 Esquema de Conexiones En la Fig. 3.4, se muestra el esquema de conexiones para realizar el ensayo.

Fig. 3.4, Esquema de conexiones.


15

3.7.3 Procedimiento Implementado el esquema del ensayo, el procedimiento a seguir es el siguiente:

1. Fijar el DIAL de tiempo. 2. Partiendo con el variac en posición cero, aumentar lentamente por pasos y obtener las

corrientes deseadas, hasta que el relé actué. 3. Medir la corriente y tiempos. 4. Repetir con otro DIAL

Los valores medidos, se recopilan en la Tabla 3.1.

Tabla 3.1 Datos del ensayo con el fusible

No I t Observaciones

Con los datos obtenidos, determinar las curvas características del relé. [1] _______, Instruction. Time Overcurrent Relays. Power Systems Management Departament,

General Electric.


16


Laboratorio No. 4 Flujos de Potencia y Cálculo de Cortocircuitos 4.1 Introducción Con la finalidad de realizar el ajuste de los dispositivos de protección, tales como los relés de sobrecorriente y distancia, y fusibles, y para la elección de los transformadores de corrientes (TC) y de potencial (TP), es necesario conocer tanto las corrientes de carga en cada uno de los elementos del sistemas eléctrico, así como, las corrientes de cortocircuitos bajo los diferentes tipos de falla tanto en barras como en las líneas de transmisión. 4.2 Objetivos Los objetivos del laboratorio, son:

1. Determinar los flujos de potencia, 2. Determinar las corrientes de cortocircuitos tanto en barras como en líneas de transmisión

para diferentes tipos de fallas. 3. Elegir los TC y TP

4.3 Sistema de Prueba En la Fig. 4.1, se muestra el diagrama unifilar del sistema de prueba [1], es un sistema radial, tiene una red equivalente, 4 barras, 2 líneas de transmisión, un transformador reductor 16/0.4 푘푉, y 2 cargas.

Fig. 4.1 Diagrama unifilar del sistema de prueba [1].


17

4.3.1 Datos del Sistema de Prueba Los datos del sistema de prueba, son:

4.4 Calculo de Flujos de Potencia Introducidos los datos de los diferentes elementos del sistema de prueba, se procede cálculo de flujos de carga y cortocircuito. En la Fig. 4.2 se muestra los resultados del corrido de flujo de carga.

Fig. 4.2 Resultados de flujo de potencia.

4.4.1 Elección de TCs LINEA 1 퐼 = 350 퐴 퐼 = 1.3 퐼 = 1.3 ∙ 350 = 455 퐴


18

푅푇퐶 = = = 95 푅푇퐶 = 100, normalizando. LÍNEA 2 퐼 = 178 퐴 퐼 = 1.3 퐼 = 1.3 ∙ 178 = 231 퐴 푅푇퐶 = = = 46.2 푅푇퐶 = 50, normalizando. En el primario del transformador la corriente es 8.7 퐴, no requiere transformador de corriente. 5.4.2 Elección de TPs Existen dos niveles de corriente: 16 푘푉 푅푇푃 = = 139 ≅ 140 400 푉 푅푇푃 = = 3.4 ≅ 5 4.5 Cálculo de Corrientes de Cortocircuito Se considera cortocircuitos trifásicos en cada una de las barras. Falla trifásica en las líneas están ubicada a 50 % de su longitud. 4.5.1 Fallas en Barras

Fig. 4.3 Resultados de cortocircuitos en cada barra.


19

4.5.2 Fallas en Líneas de Transmisión

Fig. 4.4 Resultados de cortocircuitos en líneas a 50 % de su longitud.

Fig. 4.5 Resultados de cortocircuitos en barras y líneas de transmisión.

Referencias Bibliográficas [1] Antecedentes. Software NEPLAN.



Laboratorio No. 5 Coordinación de Protección: Relé de Sobrecorriente y Fusible

5.1 Introducción La coordinación de la protección es muy importante para la correcta actuación de las protecciones ante una falla. En ésta Guía de Laboratorio, se considera la Coordinación: Relé de sobrecorriente y fusible. 5.2 Objetivo El objetivo, es realizar la coordinación disyuntor – disyuntor de las protecciones ubicadas a la partida de la Barra-0 y a la salida de la Barra-1. Para la protección se emplean interruptores de potencia. En la Fig. 5.1, se tiene el diagrama unifilar del sistema y los datos están en la Tabla No. 1.

Fig. 5.1 Diagrama unifilar del sistema de prueba.

5.3 Datos del Sistema de Prueba Nodos Nodo 0 Nombre = Barra-0 푉 = 69 푘푉 Nodo 1 Nombre = Barra-1 푉 = 24,9 푘푉 Nodo 2 Nombre = Barra-2 푉 = 24,9 푘푉 Red Equivalente 푆" = 200 푀푉퐴 푆" = 150 푀푉퐴 Tipo FC = SL 푅(1)/푋(1) = 0,5 푅(1)/푋(1) = 0,4 푉 표푝푒푟 % = 100 푍(0)/푍(1) = 50 푍(0)/푋(0) = 40 푅(0)/푋(0) = 50 푅(0)/푋(0) = 40 Transformador Nombre = Trafo 푉 = 69 푘푉 푉 = 24,9 푘푉, 푆푟 = 20 푀푉퐴, 퐺푟푢푝표 푉푒푐푡표푟푖푎푙 = 퐷푦 푍푐푐(1) = 7 % Línea Nombre = Línea-1 Longitud = 5 km 푅(1) = 1,2 Ω , 푋(1) = 2 Ω Carga Nombre = Carga-1 푃 = 4 푀푊 푃 = 3 푀푣푎푟


21

Fig. 5.2 Resultados de cálculo de flujos de carga y cortocircuitos En la Fig. 5.2, se muestra los resultados del cálculo de flujos de carga y cortocircuitos. Se considera un cortocircuito trifásico en la Barra-2. Se indica la corriente nominal en la Línea-1 de 130 퐴 y en primario del transformador de 47 퐴. 5.4 Elección del Transformador de Corriente TC 푅푇퐶 = = = 26 normalizando a 푅푇퐶 = = 30. Por tanto, los valores de ajuste, son:

퐼 = 150 퐴 y 퐼 = 5 퐴 5.5 Relé de Sobrecorriente La característica del Relé 51 de tiempo inverso estándar, es la forma más empleada, es la ecuación exponencial descrita por la Norma IEC, la cual se presenta en la ecuación:

푡 =푎 ∙ 퐷퐼퐴퐿퐼퐼 − 1

Donde: 푡 = Tiempo de actuación del relé I = Corriente de arranque 퐼 = Corriente observada 퐷퐼퐴퐿 = Dial de tiempo 훼,푛 = Constantes que determinan el tipo de relé


22

Tabla No. 1, Constantes 훼, 푛

En la Tabla No. 1, se muestra el valor de las constantes 훼,푛 que determinar el tipo del relé de sobrecorriente. Se elige el relé de sobrecorriente de la ventana de Protecciones/Switches y se define la característica IEC255-3 normal inversa. La opción del menú Análisis/Protección de Sobrecorriente/Dispositivos de Protección, permite visualizar la característica t – I del RELE-51. En la Fig. 5.3, se muestra la característica t – I del relé -51.

Fig. 5.3 Característica t-I del Relé de Sobrecorriente 51

La opción del menú Análisis/Protección de Sobrecorriente/Gráfico del Ultimo Cálculo, permite visualizar el diagrama de selectividad. En la Fig. 5.4, se muestra el diagrama de selectividad de la protección. Los rangos de ajuste del RELE-51, son: Corriente= 1 A, y Tiempo = 1 s.


23

5.6 Cálculo del Fusible La corriente nominal en el primario del transformador es 퐼 = 47 퐴, la corriente nominal del fusible, es: 퐼 = 1.65 퐼 = 1.65 ∙ 47 퐴 = 77.55 퐴. Normalizando, se tiene un fusible 100퐸 de 69 푘푉. Por falta de la curva del fusible, se utilizará la curva de fusible tipo T, es decir, Fusible 100T. 5.6.1 Características de Tiempo Mínimo de Fusión y Tiempo Máximo de Despeje del Fusible Se elige el Fusible de la ventana de Protecciones/Switches y se definen las características de tiempo mínimo de fusión y tiempo máximo de despeje del fusible 100T. Es necesario indicar la corriente nominal del Fusible: 퐼 = 100 퐴.

Fig. 5.4 Diagrama de Selectividad del RELE – 51 de tiempo inverso. En la Fig. 5.5, se tiene la característica del fusible 100T, es una franja limitada por las características de tiempo mínimo de fusión y tiempo máximo de despeje.


24

5.6.2 Característica t – I del Fusible 100T La opción del menú Análisis/Protección de Sobrecorriente/Dispositivos de Protección, permite visualizar la característica t – I dibujada del Fusible 100T. En la Fig. 5.5, se muestra la característica t – I del Fusible 100T.

Fig. 5.5 Característica t-I del Fusible 100T dibujada. 5.6.3 Diagrama de Selectividad de las Protecciones: RELE-51 y Fusible 100T La opción del menú Análisis/Protección de Sobrecorriente/Gráfico del Ultimo Cálculo, permite visualizar el diagrama de selectividad de la protección. En la Fig. 5.6, se muestra el diagrama de selectividad de la protección. Cuando la falla se produce más cerca al punto de instalación del relé, el valor de la corriente de cortocircuito aumenta, si supera los 2381 퐴 (p.e. un cortocircuito trifásica en la línea a 30 % de su longitud desde la Barra-1, que tiene un valor de 2.2 푘퐴), primero actuará el fusible, por tanto no hay coordinación.


25

Fig. 5.6 Diagrama de Selectividad de la Coordinación de la Protección. Los tiempos de actuación se muestran en la Fig. 5.7.

Fig. 5.7 Diagrama unifilar con resultados del ajuste de protecciones.


26

Fig. 5.8 Punto de intersección de las características del Fusible y Relé

Para lograr la coordinación de las protecciones, es necesario ajustar el RELE-51 (modificar el dial de tiempo) y combinar con una unidad instantánea (Relé de Tiempo Definido) ajustando los rangos de ajuste. Los rangos de ajuste, son: Relé de Tiempo Inverso 51 Los rangos de ajuste, son: Corriente= 1 A, y Tiempo = 0,1 s. Relé Instantáneo 50 Los rangos de ajustes, son: Corriente= 8 A, Tiempo = 0,1 s. Con los nuevos rangos de ajuste, en la Fig. 5.9, se muestra el diagrama de selectividad de la coordinación Fusible-Disyuntor. Se debe hacer notar que la característica del Fusible 100T puede ser desplazado hacia la derecha para garantizar la coordinación, pero está limitado por la curva de calentamiento del transformador que debe quedar por encima y a la derecha de la característica t – I del Fusible 100T.


27

Fig. 5.9 Punto de intersección de las características del Fusible y Relé.

5.7 Corriente Inrush del Transformador La corriente de magnetización (Inrush) del transformador puede causar la actuación falsa de los dispositivos de protección y debe considerarse para prevenir operaciones de la protección en falso al energizar el transformador. La corriente inrush del transformador está dado por:

퐼 = 12 푎 20 퐼 = 20 ∙ 47 퐴 ≅ 1 푘퐴 En este caso, estaría dentro del margen permitido. Sin embargo, se puede reajustar los rangos de de ajuste de la corriente del relé instantáneo, por ejemplo: Corriente = 10 A, para garantizar que la protección sea inmune a la corriente inrush.


28

Fig. 5.10 Corriente de magnetización En la Fig. 5.10, se muestra la gráfica inrush dibujada, es el valor eficaz de la corriente inrush en función del tiempo.


29


Laboratorio No. 6. Ajustes de la Protección de Distancia en Líneas de Transmisión

6.1 Introducción El relé de distancia, es un elemento de protección utilizada para proteger líneas de transmisión y alimentadores. 6.2 Objetivo El objetivo del laboratorio, es verificar mediante simulación el ajuste de los relés de distancia realizados analíticamente en un sistema radial. 6.3 Sistema de Prueba En la Fig. 6.1, se muestra el diagrama unifilar del sistema de prueba, donde se instalarán dos relés de distancia tipo impedancia.

Fig. 6.1 Diagrama unifilar del sistema.

6.3.1 Datos del Sistema Los datos del sistema son: Generador Síncrono Nombre: GEN-1 Parámetro Límites Punto de operación 푉 = 10 푘푉 푥 = 5% 푃 = 0푀푊 푄 = −10푀푣푎푟 푇푖푝표 − 퐹퐶 = 푆퐿 푆 = 25 푀푉퐴 푥′ = 30% 푃 á = 25푀푊 푄 á = 20푀푣푎푟 푉 = 105 % 퐶표푠휑 = 0,8 푥" = 20% Nodos Nodo 1 Nombre: BARRA-1 푉푛 = 10 푘푉 Nodo 2 Nombre: BARRA-2 푉푛 = 69 푘푉 Nodo 3 Nombre: BARRA-3 푉푛 = 69 푘푉 Nodo 4 Nombre: BARRA-4 푉푛 = 69 푘푉 Nota. Activar: Nodo de prot. de Distancia Transformador Nombre: TRAFO-1 푉 = 10 푘푉 푉 = 69 푘푉 푆 = 25 푘푉 푅(1) = 2 % 푍푐푐(1) = 8 % 퐺푟푢푝표 = 퐷푦5


30

Líneas Nombre: LÍNEA-1, 퐿 = 10 푘푚, 푅(1) = 0,1 Ω , 푋(1) = 0,5 Ω

Nombre: LÍNEA-2, 퐿 = 10 푘푚, 푅(1) = 0,1 Ω , 푋(1) = 0,3 Ω Cargas Nombre: CARGA-1, 푃 = 9 푀푊 푄 = 7,5 푀푣푎푟 Nombre: CARGA-2, 푃 = 9 푀푊 푄 = 7,5 푀푣푎푟 6.3.2 Calculo de Flujos de Carga y Cortocircuitos Con la introducción de datos, se procede a calcular los flujos de carga y cortocircuitos, cuyos resultados se muestran en la Fig. 6.2.

Fig. 6.2 Resultados de flujo de carga y cortocircuitos.

6.4 Elección de los transformadores de corrientes (TC) y potencial (TP) La elección de los TCs, se realiza en función de las corrientes nominales de las líneas donde está instalado el relé de distancia 21, asimismo se considera el crecimiento de las corrientes nominales. De los resultados, se tiene que la corriente de la LINEA-1 es 퐼 = 204 퐴 y en la LINEA-2 es 퐼 = 102 퐴. Las relaciones de transformación, son: TC-1 푅푇퐶 = = = 40.8, se normaliza y considerando el crecimiento de la demanda, se tiene: 푹푻푪ퟏ = ퟓퟎ. Es decir, corriente del primario: 퐼 = 250 퐴 y 퐼 = 5 퐴. TC-2 푅푇퐶 = = = 20.4, se normaliza y considerando el crecimiento de la demanda, se tiene: 푹푻푪ퟐ = ퟑퟎ. Es decir, corriente del primario: 퐼 = 150 퐴 y 퐼 = 5 퐴. La elección de los TPs, se realiza en función de las tensiones nominales de las líneas donde está instalado el relé de distancia 21. Se considera una tensión de aplicada a los relés de 115 푉. TP-1 푉 = 6900 푉, 푉 = 115 푉, 푅푇푃 = = 600 TP-2 푉 = 6900 푉, 푉 = 115 푉, 푅푇푃 = = 600


31

6.5 Ajuste del Relé de Distancia Con la elección de los TCs y TPs, se procede al ajuste de los relés de distancia. 6.5.1 Ajuste de los Relés de Distancia 21, tipo impedancia. Relé 21 de la LINEA-1 푅 = 1 Ω, 푋 = 5 Ω, 푍 = √1 + 5 Ω = 5.0990 Ω ≅ 5.1 Ω ZONA-1 La ZONA 1, abarca una protección del 80 % del tramo: 푍 = 0.8 푍 = 0.8 ∙ 5.0990 = 4.0792 Ω ≅ 4.1 Ω ó 풁ퟏ = 0.8 (푅 + 푗푋) = 0.8 + 푗4 Ω ZONA-2 La ZONA 2, abarca una protección del 20 % restante del tramo más el 40 % del tramo siguiente, cuya impedancia es: 풁 = 1 + 푗3 Ω. 풁ퟐ = 1 + 푗5 + 0.4(1 + 푗3) = 1.4 + 푗6.2 푍 = √1.4 + 6.2 = 6.3561 Ω ≅ 6.4 Ω ZONA-3 La ZONA 3, abarca una protección del 60 % restante del tramo siguiente más un cierto porcentaje del tramo subsiguiente, como no se conoce, se supone una cobertura de un 10 % adiconal: 풁ퟑ = 1.1(1 + 푗5 + 1 + 푗3) = 1.1(2 + 푗8) = 2.2 + 푗8.8 푍 = 1.1 2 + 8 = 1.1 ∙ 8.2462 Ω = 9.0708 Ω = 9.1 Ω Relé 21 de la LINEA-2 푅 = 1 Ω, 푋 = 3 Ω, 푍 = √1 + 3 Ω = 3.1624 Ω ≅ 3.2 Ω ZONA-1 La ZONA 1, abarca una protección del 80 % del tramo: 푍 = 0,8 푍 = 0.8 ∙ 3.1624 Ω = 2.5298 ≅ 2.6 Ω ó 풁ퟏ = 0.8 (푅 + 푗푋) = 0.8 + 푗2.4 Ω ZONA-2 La ZONA 2, abarca una protección del 20 % restante del tramo más el 40 % del tramo siguiente, como no se conoce la impedancia del tramo subsiguiente, se supone una cobertura de un 10 % adiconal: 풁ퟐ = 1.1(1 + 푗3) = 1.1 + 푗3.3 Ω 푍 = 1.1√1.1 + 3.3 Ω = 1.1 ∙ 3.1624 Ω = 3.4785 Ω ≅ 3.5 Ω


32

6.5.2 Ajuste de los Relés 21 para la Simulación Una de las características del relé de distancia tipo impedancia es una CIRCUNFERENCIA: con centro en el origen (punto de instalación del relé) y radio r (Z en ). Para todas zonas de protección se emplea la Característica para ajuste: CIRCULO. RELE 21 LINEA-1 Activar: Usar TC/TP de la red Zona 1 Tipo: Circulo Centro R (ohm) = 0 Centro X (ohm) = 0 Radio (ohm) = 4,1 Zona 2 Tipo: Circulo Centro R (ohm) = 0 Centro X (ohm) = 0 Radio (ohm) = 6,4 Zona 3 Tipo: Circulo Centro R (ohm) = 0 Centro X (ohm) = 0 Radio (ohm) = 9,1

RELE 21 LINEA-2 Activar: Usar TC/TP de la red Zona 1 Tipo: Circulo Centro R (ohm) = 0 Centro X (ohm) = 0 Radio (ohm) = 2,6 Zona 2 Tipo: Circulo Centro R (ohm) = 0 Centro X (ohm) = 0 Radio (ohm) = 3,4

6.5.3 Características de los Relés de Distancia Instalados En la opción del menú: Análisis/Protección de Distancia/Dispositivos de Protección Se muestran los relés de distancia utilizadas en la red eléctrica. En la Fig. 6.3, se muestra la pantalla donde pueden visualizar las características de los diferentes relés del sistema eléctrico.


33

Fig. 6.3 Características R-X del relé 21, tipo impedancia: Zonas 1, 2 y 3.

6.5.4 Programación de Disparos En la opción del menú: Análisis/Protección de Distancia/Programación de Disparo Se muestran la Programación de Disparo de los relés de distancia utilizadas en la red eléctrica. Inicialmente no se muestra ninguna programación de disparo. En el menú Programación de Disparo/Adicionar aparece una ventana donde se llena el nombre de la gráfica, el título del mismo. Se insertan la característica del relé (o los relés que deben coordinar) t-Z, también se inserta los nodos donde tiene nodos con prot4ección de distancia. Se puede editar los valores del relé o sus ajustes. Antes de cerrar, es necesario recalcular. En la Fig. 6.4, se muestra la pantalla donde pueden visualizar el menú de la Programación de Disparos para insertar, eliminar: relés y nodos, asimismo editar los parámetros del relé, asimismo, editar ajuste de valores del relé.


34

Fig. 6.4 Programación de disparo.

En este caso, interesa visualizar las características de tiempo versus impedancia (t-Z) del relé 21 de las líneas 1, 2 en forma separada y la gráfica de coordinación de los relés de las dos líneas de transmisión en forma conjunta. En la Fig. 6.5, se visualiza las características t-Z del relé de distancia 21 de la línea 1. En la Fig. 6.6, se visualiza las características t-Z del relé de distancia 21 de la línea 2. En la Fig. 6.7, se visualiza las características t-Z del relés de distancia 21 de las líneas 1, 2.

Fig. 6.5 Programación de disparo del relé 21 de la línea 1.


35

Fig. 6.6 Programación de disparo del relé 21 de la línea 2.

Fig. 6.7 Programación de disparo del relés 21 de las líneas 1 y 2.

Guías de Laboratorio ELT 3831 -...

Documents

Transcript of Guías de Laboratorio ELT 3831 -...