protecciones 2

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  • TECNICO EN PROTECCIONES ELECTRICAS

    4. COORDINACION DE PROTECCIONES

    Celaya, Gto. Mayo 2005 Centro de Capacitacin Celaya

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    CONTENIDO

    1.0 INTRODUCCION 11.1 Por qu de la proteccin? 11.2 Conceptos fundamentales de los sistemas de distribucin 21.3 Definicin de los elementos de los sistemas de distribucin 21.4 Naturaleza de las fallas 3

    1.4.1 Fallas de naturaleza transitoria 31.4.2 Fallas de naturaleza permanente 3

    1.5 Los sistemas de distribucin, la naturaleza de sus fallas y la definicin de su sistema de proteccin 4

    1.5.1 Tipos de fallas 51.5.2 Tipos de fallas y causas 5

    1.6 Zonas de proteccin 61.7 Caractersticas funcionales de la proteccin 8

    1.7.1 Confiabilidad 91.7.2 Rapidez 91.7.3 Economa 101.7.4 Simplicidad 101.7.5 Selectividad 10

    1.7.5.1 Esquema de coordinacin por tiempo 101.7.5.2 Esquema unitario 11

    2.0 DISPOSITIVOS DE PROTECCION POR SOBRECORRIENTE 112.1 Conceptos generales 112.2 Fusibles 13

    2.2.1 Principio de operacin 132.2.2 Tipos de fusibles 152.2.3 Fusibles tipo expulsin 162.2.4 Las dos mayores desventajas de los fusibles 172.2.5 Seleccin de fusibles 17

    2.3 Restauradores 182.3.1 Principio de operacin 192.3.2 Caractersticas de tiempocorriente de operacin 202.3.3 Seleccin y ubicacin de restauradores 22

    2.4 Seccionalizadores 232.4.1 Principio de operacin 232.4.2 Factores a considerar en la seleccin e instalacin de seccionalizadores 24

    2.5 Relevadores de sobrecorriente 252.5.1 Relevador de sobrecorriente instantneo 262.5.2 Relevador de sobrecorriente de tiempo inverso 272.5.3 Relevador de sobrecorriente esttico 292.5.4 Relevador de sobrecorriente digital (numrico o microprocesado) 302.5.5 Equipo asociado a los relevadores de sobrecorriente 33

    2.5.5.1 Interruptor de potencia 342.5.5.2 Transformadores de corriente 34

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    2.5.5.2.1 Clasificacin ANSI de la precisin 372.5.5.2.2 Ejemplo 1 382.5.5.2.3 Ejemplo 2 382.5.5.2.4 Ejemplo 3 392.5.5.2.5 Tipos de transformadores de corriente 412.5.5.2.6 Conexiones de los transformadores de corriente 422.5.5.2.7 Efectos de las corrientes de falla en los transformadores de corriente 432.5.5.2.8 Ejemplo 4 43

    3.0 CRITERIOS DE COORDINACION Y APLICACION DE PROTEC-CIONES EN SISTEMAS DE DISTRIBUCION 44

    3.1 Criterios de aplicacin de esquemas de proteccin en subestaciones de distri-bucin 44

    3.1.1 Esquemas de proteccin para transformadores de potencia mayores de 10 MVA 453.1.2 Esquemas de proteccin para transformadores de potencia menores de 10 MVA 46

    3.2 Esquemas de proteccin para alimentadores de circuitos primarios de distribu-cin 48

    3.2.1 Consideraciones de aplicacin en la seleccin de los esquemas de proteccin 50

    3.2.2 Criterios bsicos de ajuste para los esquemas de proteccin contra sobreco-rriente en subestaciones de distribucin 52

    3.2.2.1 Proteccin en alta tensin del transformador 523.2.2.2 Proteccin del neutro en baja tensin del transformador 533.2.2.3 Proteccin en baja tensin del transformador 533.2.2.4 Proteccin del alimentador de distribucin 54

    3.3 Criterios de aplicacin de protecciones en redes de distribucin 553.3.1 Dispositivos de proteccin contra fallas permanentes 553.3.2 Dispositivos de proteccin contra fallas transitorias 563.3.3 Proteccin contra fallas permanentes y transitorias en las redes de distribucin 56

    3.4 Elementos del sistema de distribucin y sus caractersticas 603.4.1 Transformadores 603.4.2 Curvas de dao 603.4.3 Categora I 623.4.4 Categora II 633.4.5 Categora III 643.4.6 Categora IV 663.4.7 Corriente de magnetizacin 693.4.8 Corriente de carga fra 693.4.9 Conexiones de transformadores 69

    3.4.9.1 Ejemplo 5 71

    3.5 Criterios de coordinacin de protecciones de sobrecorriente en sistemas de distribucin 73

    3.5.1 Criterio de coordinacin relevador-relevador 743.5.2 Criterio de coordinacin relevador-restaurador 753.5.3 Criterio de coordinacin relevador-fusible 793.5.4 Criterio de coordinacin relevador-seccionalizador 823.5.5 Criterio de coordinacin relevador-seccionalizador-fusible 843.5.6 Criterio de coordinacin restaurador-restaurador 85

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    3.5.6.1 Mtodo I 863.5.6.2 Mtodo II 873.5.6.3 Mtodo III 873.5.6.4 Anlisis comparativo entre los mtodos I, II, III 883.5.6.5 Coordinacin de restauradores electrnicos 943.5.6.6 Criterio de coordinacin restaurador-fusible 953.5.6.7 Secuencia 2A-2B 963.5.6.8 Secuencia 1A-3B y 1A-2B 973.5.6.9 Secuencia 3A-1B, 2A-1B, 1A-1B 97

    3.5.6.10 Secuencia 4A, 3A y 2A 973.5.6.11 Secuencia 4B, 3B y 2B 97

    3.5.7 Criterio de coordinacin restaurador-seccionalizador 983.5.8 Criterio de coordinacin restaurador-seccionalizador-fusible 1013.5.9 Criterio de coordinacin fusible-relevador 103

    3.5.10 Criterio de coordinacin fusible-restaurador 1073.5.11 Criterio de coordinacin fusible-fusible 1083.5.12 Criterio de coordinacin seccionalizador-seccionalizador 110

    3.6 Desarrollo de Guas y recomendaciones para la aplicacin y ajuste de disposi-tivos de proteccin de sobrecorriente en sistemas de distribucin 111

    3.6.1 Gua bsica para instalacin de protecciones en sistemas de distribucin (Divi-sin Centro-Oriente) 112

    3.6.2 Gua para aplicacin y ajuste de protecciones en circuitos de distribucin (Di-visin Centro Sur y Divisin Sureste) 117

    4.0 PROGRAMA LINEASRC PARA EL CALCULO DE IMPEDANCIAS DE LINEAS Y CORTOCIRCUITO DE CIRCUITOS RADIALES 119

    4.1 Instrucciones para la operacin del programa 1194.2 Descripcin de las opciones del men principal 1194.3 Descripcin de las opciones del men conductores 1204.4 Descripcin de las opciones del men estructuras 1204.5 Descripcin de las opciones del men impedancias 1224.6 Descripcin de las opciones del men c. circuito 1224.7 Ejemplo 6 124

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    CAPITULO 4

    COORDINACION DE PROTECCIONES

    1.0 INTRODUCCIN

    1.1 Por qu de la proteccin?

    Para entender la funcin de proteccin de los sistemas de potencia con dispositivos de proteccin, uno debe estar familiarizado con la naturaleza y los modos de funcionamiento del sistema de po-tencia elctrico. La energa elctrica es uno de los recursos fundamentales de la sociedad indus-trial moderna. La potencia elctrica est al instante disponible al usuario, al voltaje y frecuencia adecuados y exactamente en la cantidad que se necesita. Esta notable actuacin se logra a travs de la cuidadosa planeacin, diseo, instalacin y funcionamiento de una red muy compleja de generadores, transformadores, y lneas de transmisin y distribucin. Al usuario de electricidad, el sistema de potencia parece estar en un estado-estable: imperturbable, constante e infinito en capacidad. Adicionalmente, el sistema de potencia est sujeto a perturbaciones constantes creadas por los cambios aleatorios de carga, por fallas creadas de causas naturales y algunas veces como resultado de falla del equipo o del personal. A pesar de estas perturbaciones constantes, el sistema de potencia mantiene su casi estado-estable debido a dos factores bsicos: El gran tamao del sistema de potencia en relacin al tamao de las cargas individuales o generadores y la accin teraputica oportuna y rpida tomada por el equipamiento de proteccin en general. La Especialidad de Protecciones es la rama de la Ingeniera Elctrica interesada con los princi-pios de diseo y funcionamiento de los equipos (llamados dispositivos de proteccin) los cua-les detectan condiciones anormales del sistema de potencia, e inician la accin correctiva tan r-pidamente como les sea posible para devolver al sistema de potencia a su estado normal. La rapi-dez de respuesta es un elemento esencial de la proteccin de sistemas tiempo de respuesta del orden de unos pocos milisegundos se requiere a menudo. Por consiguiente, la intervencin humana en el funcionamiento del sistema de proteccin no es posible. La respuesta debe ser au-tomtica, rpida y debe causar una mnima cantidad de ruptura al sistema de potencia. Como los principios fundamentales de proteccin y coordinacin se desarrollan en este documento, el lector percibir que el tema entero se gobernar por estos requisitos generales: el diagnstico correcto de problema, la rapidez de respuesta y perturbacin mnima al sistema de potencia. Para lograr estas metas, debemos examinar todos los posibles tipos de fallas o las condiciones anormales que pueden ocurrir en el sistema de potencia. Debemos analizar la respuesta requerida a cada uno de estos eventos y planear el equipo de proteccin que proporcionar tal respuesta. Debemos exami-nar ms all la posibilidad de que el equipo de proteccin por relevadores no pueda operar co-rrectamente y mantener una funcin de proteccin de respaldo. Debe estar claro que se necesita de sofisticado y vasto equipo para lograr esta tarea.

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    1.2 Conceptos fundamentales de los sistemas de distribucin Los sistemas elctricos de potencia estn constituidos bsicamente por tres grandes procesos.

    A. Proceso de Generacin B. Proceso de Transmisin C. Proceso de Distribucin

    Los procesos de distribucin a diferencia de los sistemas de generacin y transmisin, interactan en forma directa con la mayora de los usuarios de energa elctrica, los cuales esperan un servi-cio que satisfaga sus necesidades en todos los aspectos. El sistema de distribucin como eslabn principal del suministro de energa elctrica, tiene como funcin principal transportar energa elctrica de las subestaciones de potencia o en algunos casos fuentes de generacin a los lugares de utilizacin, este suministro de energa elctrica debe darse bajo parmetros de calidad bien definidos, como son tensin, frecuencia, forma de onda, secuencia de fases y continuidad. Los sistemas elctricos de distribucin en nuestro pas comprenden principalmente seis partes:

    a. Lneas de subtransmisin b. Subestaciones de distribucin c. Circuitos de media tensin d. Transformadores de distribucin e. Circuitos de baja tensin