DETERMINACIN DE LAS CAPACIDADES MOMENTNEA Y DE INTERRUPCIN DE LA SUBESTACIN GARAY

SISTEMAS DE POTENCIA II

PROYECTO DESISTEMAS DE POTENCIA II

DETERMINACIN DE LAS CAPACIDADES MOMENTNEA Y DE INTERRUPCIN DE LA SUBESTACIN GARAY

Kelvin Pantalen RiofroSantiago Villacreses BaqueKatherine Campoverde Lalangui

2014 - 2015

Tabla de contenido

1.OBJETIVO GENERAL42.OBJETIVOS ESPECFICOS43.JUSTIFICACIN54.INTRODUCCIN65.MARCO TERICO76.RECOPILACIN DE INFORMACIN117.ANLISIS DE LA INFORMACIN12 7.1.- Datos del Sistema12 7.2.- Corrientes de falla en cada barra139.CONCLUSIONES1810.BIBLIOGRAFA:1911.ANEXOS:20Anexo 1: Parmetros de cortocircuito Mnima Generacin20Anexo 2: Parmetros de cortocircuito Mxima Generacin21Anexo 3: Equipamiento de Subestaciones22Anexo 4: Clculo de Corrientes de Cortocircuito26Anexo 5: Clculo de Corrientes Momentneas y de Interrupcin41Anexo 6: Fotos tomadas en la visita a Subestacin Garay49Anexo 7: Textos de Referencia54

1. OBJETIVO GENERAL:

Realizar el estudio de cortocircuito de un sistema simplificado de potencia de una subestacin en la ciudad de Guayaquil, verificando las capacidades de los equipos de interrupcin.

2. OBJETIVOS ESPECFICOS:

Realizar una visita de campo a la subestacin Garay. Obtener parmetros para el estudio de cortocircuito en barra de 69KV. Determinar las corrientes de cortocircuitos trifsicas simtricas y asimtricas en las lneas de transmisin del sistema elctrico visto desde la subestacin Garay. Analizar y comparar la informacin obtenida dentro de la visita de campo.

3. JUSTIFICACIN:

Como estudiantes del curso de Sistemas de Potencia II, nos interesa analizar los tipos de corrientes de fallas en las barras o subestaciones mediante la comparacin de los datos calculados tericamente con los datos obtenidos en la visita de campo.

4. INTRODUCCIN:

En Ecuador dado que se est dando un cambio en la Matriz Energtica, gestin que conlleva a un aumento en el proceso de generacin, transmisin y distribucin de la energa elctrica, el estudio de parmetros como capacidades momentneas y de interrupcin, de impedancia de secuencia equivalente, y tipos de corriente de falla sern un aporte fundamental e importante para nuestra incursin hacia estos sectores, ya que en estos sistemas elctricos de potencia nos relacionaremos constantemente con ese tipo de anlisis.

Un crecimiento en la generacin de energa elctrica y el aumento de la interconexin de las redes posibilita un aumento de estas corrientes de falla, las cuales analizaremos en el presente documento, se realizar un estudio minucioso desde sus conexiones, tales como otros parmetros que guardan estricta relacin como son los voltajes de pre-falla y potencia de falla.

5. MARCO TERICO

CAPACIDAD MOMENTNEA Y DE INTERRUPCIN Y LOS TIPOS DE CORRIENTES DE FALLA

TIPOS DE CORTOCIRCUITOEl diseo y eleccin de las instalaciones y dispositivos de proteccin, as como la operacin de un Sistema de Suministro de Energa Elctrica (SSEE), dependen en gran medida de las corrientes de cortocircuito que cabe esperar. Estas son en general, varias veces superior a las correspondientes a la operacin normal. En consecuencia se deben soportar importantes sobre solicitaciones elctricas, mecnicas y trmicas como ya fue descrito. (folleto universidad san juan) en la bibliografa es [2]

Figura 1. Tipos de cortocircuito Operacin de Sistemas Elctricos de Potencia. Fundacin Universidad Nacional San Juan.

a) Cortocircuito trifsico.b) Cortocircuito de una fase a tierra.c) Cortocircuito bifsico con contacto a Tierra.d) Cortocircuito bifsico sin contacto a Tierra.

Elementos que contribuyen a la falla:1) Empresas de Energa Elctrica.2) Generador Sincrnico3) Motores y Condensadores Sncronos.4) Motores de Induccin.

GENERADOR SINCRNICO

El circuito equivalente del generador durante el cortocircuito queda representado por una fuente de voltaje alterno de valor 1.0 p.u., constante conectada en serie a una impedancia principalmente reactiva.Para efectos de calcular la corriente de cortocircuito en sistemas industriales, las normas establecen tres nombres y valores especificados para esta reactancia:Reactancia sub transitoria (Xd): limita la amplitud de la corriente de falla en el primer ciclo despus de ocurrido el cortocircuito y se define como valor de la reactancia del estator en el intervalo de tiempo transcurrido entre el instante que ocurre la falla y 0.1 segundos.

Reactancia transitoria (Xd): limita la corriente de falla despus de varios ciclos de haber ocurrido el cortocircuito y se define como la reactancia que presenta el generador en el intervalo de tiempo transcurrido entre 0.5 a 2 segundos.Reactancia Sincrnica o transitoria (Xd): limita la amplitud de la corriente de falla una vez que ha alcanzado el estado estacionario.Nota: El valor de las reactancias sub transitorias utilizadas para calcular las corrientes de cortocircuito corresponde a los valores de eje directo, algunos fabricantes indican dos valores de reactancias sub transitorias Xdv y Xdi en este caso el valor a ser utilizado es el de Xd para calcular las corrientes de cortocircuito.

CAPACIDADES DE INTERRUPCIN Y MOMENTNEA

La capacidad de interrupcin de un interruptor se especifica en kilovoltamperes o megavoltamperes. Los kilovoltamperes de interrupcin son iguales a x (los kilovoltios de la barra a la cual el interruptor est conectado) x (la corriente que el interruptor debe ser capaz de interrumpir cuando se abren sus contactos). Esta corriente es, por supuesto, menor que la corriente momentnea y depende de la velocidad del interruptor (8, 5, 3 o 2 ciclos), que es una medida del tiempo que transcurre desde que ocurre la falla hasta la extincin del arco. Los interruptores de diferentes velocidades se clasifican por sus tiempos nominales de interrupcin. Los interruptores se identifican por la clase de su voltaje nominal, tal como 69kv (ver anexo 7).

Corrientes de interrupcin.La corriente de interrupcin corresponde al valor efectivo de la corriente en el intervalo entre 1.5 y los 8 ciclos despus de ocurrida la falla, al cual se asocia un factor multiplicativo k cuyos valore relacionados aparecen en la tabla 1. Factor KTiempo intervalo de los ciclos

1.402.00 y menos

1.203.00

1.105.0

1.006.00 o mas

Tabla 1. Valores del factor k para diferentes ciclos

A partir de estos valores se puede calcular la corriente de interrupcin mediante la siguiente ecuacin: ec. 1

ec. 2

Mientras que la corriente y capacidad momentnea son: ec. 3 ec. 4

Corrientes Momentneas.La corriente momentnea corresponde al valor efectivo de la corriente de cortocircuito generada en el primer ciclo despus de ocurrida la falla.Tipo de MquinaCorriente MomentneaCorriente de Interrupcin

Hidrogeneradores:Con enrollado amortiguadorSin enrollado amortiguador1.0 Xd0.75 Xd1.0 Xd0.75 Xd

Motores sincrnicos:1.0 Xd1.5 Xd

Motores de Induccin:Sobre 1000 Hp y 1800 rpm o menosSobre 250 Hp y 3600 rpmOtros con o sobre 50 HPMenores a 50 HP1.0 Xd1.0 Xd1.2 Xddespreciable1.5 Xd1.5 Xd3.0 Xddespreciable

TABLA No.3 FACTORES MULTIPLICATIVOS DE REACTANCIAS PARA MAQUINAS ELECTRICAS.

Tipo de MquinaCorriente MomentneaCorriente de Interrupcin

Motores de induccin:50Hp y superiorMenor de 50 HP1.2 Xd1.67 d3.0Xddespreciable

TABLA No.4 FACTORES MULTIPLICATIVOSDE REACTANCIAS COMBINADAS.

6. RECOPILACIN DE INFORMACIN:

Nos permitieron recorrer las instalaciones de la Subestacin Garay, en la que observamos las componentes que conforman una subestacin (ver anexo 6, foto1), adems de la secuencia de protecciones y el riguroso control (ver anexo 6, foto 2, 3).

Obtuvimos informacin sobre los detalles de fabricacin, refrigeracin, componentes del transformador trifsico, protecciones y conductores, para lo cual nos entregaron esta informacin mediante un informe en los cuales se indican dichas especificaciones (ver anexo 3).

Obtuvimos parmetros de estudio de cortocircuito para mnima generacin (ver anexo 1), y para mxima generacin en la barra de Garay (ver anexo 2).

Realizamos una entrevista al Ing. Guido Ochoa, jefe del departamento de visitas, recalcando la importancia de las protecciones en una subestacin.

7. ANLISIS DE LA INFORMACIN:

7.1.- Datos del Sistema

Los datos requeridos para el estudio de cortocircuito son: Impedancia equivalente de Thvenin en la barra de interconexin a 69 kV tanto para mxima generacin como para mnima generacin. La impedancia es mnima cuando el SNI se encuentra en un estado de generacin mxima, y es mxima la impedancia equivalente cuando la generacin es mnima. Esto nos permitir calcular la corriente mxima de falla y la mnima de falla respectivamente. Adems se requiere conocer: La impedancia del transformador referida a la base del sistema (100 MVA y 69KV). Impedancia de los conductores hasta el punto de la troncal donde se quiere calcular la falla. Esto se puede despreciar en el caso de que el punto donde se quiera calcular la falla no es muy distante. Sus impedancias no sern consideradas debido a que las alimentadoras son cortas.

7.2.- Corrientes de falla en cada barra

Se determinar las corrientes de base tanto para el lado de 69 [kV] y para 13.8 [kV]:

El transformador de la subestacin Garay 1 tiene una impedancia de 7.3% en una base de 18 [MVA] segn se observ en el dato de placa. Referida a una base de 100 [MVA] obtendremos:

Los resultados de los valores de las corrientes de falla en mxima generacin para todos los casos a nivel de 69 [kV] son mostrados en la Tabla siguiente:TIPO DE FALLAPOTENCIA DE FALLA(MVA)IA(KA)IA(DEG)IB(KA)IB(DEG)IC(KA)IC(DEG)IN(KA)IN(DEG)

LLL6445.392-75.0975.392164.90285.39244.90200

LG3032.5367-80.22900002.5367-80.229

LL558004.669-165.0974.669614.90200

LLG5780-160.104.646-175.2904.836724.6901.655898.1959

Los resultados de los valores de las corrientes de falla para todos los casos a nivel de 69 [kV] de mnima generacin son mostrados en la Tabla siguiente:TIPO DE FALLAPOTENCIA DE FALLA(MVA)IA(KA)IA(DEG)IB(KA)IB(DEG)IC(KA)IC(DEG)IN(KA)IN(DEG)

LLL5584.6711-76.2554.6711163.74494.671143.744900

LG2892.41-80.39100002.4187-80.391

LL483004.0453-166.2554.045313.744900

LLG502016.89864.0481-177.8124.203524.86961.629898.1661

8. RESULTADOS:

Los resultados de los valores de las corrientes de falla, interrupcin y momentnea con sus respetivas capacidades para todos los casos a nivel de 69 [kV] y a nivel de 13.8 [kV] para impedancias de mxima generacin son mostrados en las Tablas:

CON MXIMA GENERACINBARRA 2 - 69[KV]

TIPO DE FALLAPOTENCIA DE FALLA MVACORRIENTE DE FALLA(A)CORRIENTE DE INTERRUPCINCAPACIDAD INTERRUPCIN CORRIENTE MOMENTNEACAPACIDAD MOMENTNEA

LLL644

LG303

LL558

LLG578

CON MXIMA GENERACINBARRA 3 13.8 [KV]

TIPO DE FALLAPOTENCIA DE FALLA MVACORRIENTE DE FALLA(A)CORRIENTE DE INTERRUPCINCAPACIDAD INTERRUPCIN CORRIENTE MOMENTNEACAPACIDAD MOMENTNEA

LLL

LG

LL

LLG

Los resultados de los valores de las corrientes de falla, interrupcin y momentnea con sus respetivas capacidades para todos los casos a nivel de 69 [kV] y a nivel de 13.8 [kV] para impedancias de mnima generacin son mostrados en las Tablas:

CON MNIMA GENERACINBARRA 2 69[KV]TIPO DE FALLAPOTENCIA DE FALLA MVACORRIENTE DE FALLA(A)CORRIENTE DE INTERRUPCINCAPACIDAD INTERRUPCIN CORRIENTE MOMENTNEACAPACIDAD MOMENTNEA

LLL

LG

LL

LLG A

CON MNIMA GENERACINBARRA 3 13.8 [KV]TIPO DE FALLAPOTENCIA DE FALLA MVACORRIENTE DE FALLA(A)CORRIENTE DE INTERRUPCINCAPACIDAD INTERRUPCIN CORRIENTE MOMENTNEACAPACIDAD MOMENTNEA

LLL

LG

LL

LLG

La corriente interrupcin mxima de los reconectadores de marca ABB instalado en el lado de 13,8[KV] es de en comparacin a la corriente de interrupcin mxima obtenida en mxima generacin que es de podemos concluir que los reconectadores est en la capacidad de detectar las fallas en el sistema, segn la configuracin que reciban.

De igual forma el interruptor en gas SF6 soporta hasta 40000 A en el lado de alta 69[KV], en comparacin a la corriente de interrupcin mxima obtenida en mxima generacin que es de podemos concluir al igual que los reconectadores esta en la capacidad de detectar las fallas en el sistema, segn la configuracin que reciban.

9. CONCLUSIONES:

El presente estudio de corto circuito ha permitido observar lo siguiente:

Las corrientes de falla tienen valores de tal magnitud que pueden ser soportadas por los conductores de la subestacin y su transformador tambin podra soportarlas por un cierto tiempo. Las fallas deben ser despejadas lo ms pronto posible ya que stas producen cadas inaceptables de voltaje en la subestacin, adems producen drsticos desbalances en el sistema. El anlisis de cortocircuito para mxima generacin nos da como resultado en la barra de 69 [kV] una corriente de falla mxima de 5391.98 [A] y de 6.444 p.u que corresponde a la falla trifsica, mientras que la corriente de falla mnima es de y de p.u. correspondiente a una falla de dos lneas a tierra. El anlisis de cortocircuito para mxima generacin nos da como resultado en la barra de 13.8 [kV] una corriente de falla mxima de y de . que corresponde a la falla de dos lneas a tierra, mientras que la corriente de falla mnima es de y de que corresponde a una falla de lnea a lnea. En el anlisis de cortocircuito para mnima generacin en la barra de 69 [kV] da como resultado una corriente de falla mxima de y de . que corresponde a la falla trifsica, mientras que la corriente de falla mnima en esta barra es de y de . que corresponde a la falla lnea a tierra. En el anlisis de cortocircuito para mnima generacin en la barra de 13.8 [kV] da como resultado una corriente de falla mxima de y de que corresponde a una falla de LLG, mientras que la corriente de falla mnima en esta barra es de y de . que corresponde a la falla de LL.

10. BIBLIOGRAFA:

PUBLICACIONES:

IEEE.std. Fault Current Limiters Report on the Activities of CIGRE WG A3.10 by CIGRE Working Group 13.10 (*).USA. [1]

Fundacin Universidad Nacional de San Juan Instituto de Energa Elctrica, OPERACIN DE SISTEMAS ELCTRICOS DE POTENCIA. Quito-Ecuador.[2]

LIBROS:

Jhon J. Grainger, ANLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA, primera edicin (versin castellano). MC GRAW-HILL.Altacomulco 499-5001. Fracc. Ind San Andrs Atoto, Mxico (printed in Mxico).[3]

11. ANEXOS:

Anexo 1

Anexo 2

Anexo 3

Anexo 4

Clculo de la corriente de base:

Cambio de base en impedancia del transformador:

MXIMA GENERACIN Fallas SimtricasFalla trifsica en la barra 2

Falla trifsica en la barra 3

Fallas AsimtricasFalla en la Barra 2Falla de una Fase a tierra (LG)

Falla de dos Fases a tierra (LLG)

Falla de Fase a Fase (LL)

Falla en la Barra 3

Falla de una Fase a tierra (LG)

Falla de dos Fases a tierra (LLG)

Falla de Fase a Fase (LL)

MNIMA GENERACIN Fallas SimtricasFalla trifsica en la barra 2

Falla trifsica en la barra 3

Fallas AsimtricasFalla en la Barra 2Falla de una Fase a tierra (LG)

Falla de dos Fases a tierra (LLG)

Falla de Fase a Fase (LL)

Falla en la Barra 3

Falla de una Fase a tierra (LG)

Falla de dos Fases a tierra (LLG)

Falla de Fase a Fase (LL)

Anexo 5

Clculo de las Corrientes de cortocircuito y momentneas con sus respectivas capacidades.MXIMA GENERACINBARRA 2 (69KV) (3 CICLOS>>>K=1.2)

I. DE INTERRUPCIN LLL LG LL LLG

CAPACIDAD DE INTERRUPCIN

LLL LG LL LLG

I. MOMENTNEA (69KV>>>M=1.6) LLL LG LL LLG

CAPACIDAD MOMENTNEA

LLL LG LL LLG

BARRA 3 (13.8KV) (3 CICLOS>>>K=1.2)

I. DE INTERRUPCIN LLL LG LL LLG

CAPACIDAD DE INTERRUPCIN

LLL LG LL LLG

I. MOMENTNEA (13.8KV>>>M=1.5) LLL LG LL LLG

CAPACIDAD MOMENTNEA

LLL LG LL LLG

MNIMA GENERACINBARRA 2 (69KV) (3 CICLOS>>>K=1.2)

I. DE INTERRUPCIN LLL LG LL LLG

CAPACIDAD DE INTERRUPCIN

LLL LG LL LLG

I. MOMENTNEA (69KV>>>M=1.6) LLL LG LL LLG

CAPACIDAD MOMENTNEA

LLL LG LL LLG

BARRA 3 (13.8KV) (3 CICLOS>>>K=1.2)

I. DE INTERRUPCIN LLL LG LL LLG

CAPACIDAD DE INTERRUPCIN

LLL LG LL LLG

I. MOMENTNEA (13.8KV>>>M=1.5) LLL LG LL LLG

CAPACIDAD MOMENTNEA

LLL LG LL LLG

Anexo 6

FOTOS TOMADAS EN LA VISITA A SUBESTACIN GARAY

FOTO 1: ING. CHANG, KATHERINE CAMPOVERDE, KELVIN PANTALEN, SANTIAGO VILLACRESES, JUNTO A TRANSFORMADOR DE PODER, SUBESTACIN GARAY.

FOTO 2: INTERRUPTOR EN GAS SF6 MARCA: ABB - BIL: 350KV

FOTO 3: CAJA DE DISPOSITIVOS DE PROTECCIN

FOTO 4: TRANSFORMADOR - Y 67/13.8KV 18MVA MARCA: GE PROLEC

FOTO 5: DATOS DE PLACA DEL TRANSFORMADOR DE POTENCIA 18 MVA

FOTO 6: RECONECTADOR DE LA ALIMENTADORA COLON BIL: 110KV

FOTO 7: RECONECTADOR DE LA ALIMENTADORA AGUIRRE BIL: 110KV

FOTO 8: RECONECTADOR DE LA ALIMENTADORA EL SALADO BIL: 110KV

FOTO 9: RECONECTADOR DE LA ALIMENTADORA HURTADO BIL: 110KV

Anexo 7

Jhon J. Grainger, ANLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA

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