LVC - 2008

REQUISITOS MINIMOS PARA LOS SISTEMAS DE PROTECCIN

DEL SEIN

Marzo 2008

Requisitos mnimos para los sistemas de proteccin del SEIN

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REQUISITOS MINIMOS

PARA LOS SISTEMAS DE PROTECCIN DEL SEIN Captulo 1 INTRODUCCION 1.1 El Sistema Elctrico de Potencia 1.2 Objetivo del Sistema de Proteccin 1.3 Definicin de un Sistema de Proteccin 1.3.1 Zonas de Proteccin 1.3.2 Componentes de los Sistemas de Proteccin 1.3.3 Concepcin Sistmica de la Proteccin 1.4 Operacin de los Sistemas de Proteccin 1.4.1 Automatismos de regulacin 1.4.2 Niveles de actuacin 1.4.3 Recierre automtico 1.4.4 Apertura y bloqueo 1.5 Comportamiento de los Sistemas de Proteccin 1.6 Desempeo de la Proteccin 1.6.1 Causas de las Fallas 1.6.2 Causas de Operaciones Incorrectas de la Proteccin 1.6.3 ndice de Confiabilidad del sistema de proteccin Captulo 2 REQUERIMIENTOS GENERALES DE LAS PROTECCIONES 2.1 Rels de Proteccin 2.1.1 Caractersticas Funcionales 2.1.2 Caractersticas Requeridas por la Proteccin 2.1.3 Normas Aplicables 2.2 Interruptores 2.2.1 Caractersticas Funcionales 2.2.2 Caractersticas Requeridas por la Proteccin 2.2.3 Normas Aplicables 2.3 Transformadores de Tensin 2.3.1 Caractersticas Funcionales 2.3.2 Caractersticas Requeridas por la Proteccin 2.3.3 Normas Aplicables 2.4 Transformadores de Corriente 2.4.1 Caractersticas Funcionales 2.4.2 Caractersticas Requeridas por la Proteccin 2.4.3 Normas Aplicables 2.5 Enlaces de Comunicaciones 2.5.1 Caractersticas Funcionales 2.5.2 Caractersticas Requeridas por la Proteccin 2.5.3 Normas Aplicables 2.6 Fuentes de Alimentacin Auxiliar 2.6.1 Caractersticas Funcionales 2.6.2 Caractersticas Requeridas por la Proteccin 2.6.3 Normas Aplicables 2.7 Cableado de Control 2.7.1 Caractersticas Funcionales 2.7.2 Caractersticas Requeridas por la Proteccin 2.7.3 Normas Aplicables

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Captulo 3 REQUERIMIENTOS ESPECIFICOS DE PROTECCION PARA LAS CENTRALES

DE GENERACION 3.1 Criterios Generales 3.2 Esquemas elctricos centrales de generacin 3.3 Requerimientos de proteccin contra fallas internas en la instalacin

3.3.1 Fallas por cortocircuito en un generador 3.3.2 Fallas a tierra en las instalaciones a la tensin de generacin 3.3.3 Fallas por cortocircuito en un transformador de potencia 3.3.4 Fallas por cortocircuito en los servicios auxiliares 3.3.5 Fallas por cortocircuito en barras

3.4 Requerimientos de proteccin por funcionamiento anormal del sistema 3.4.1 Cortocircuito externo a la Central 3.4.2 Sobrecarga 3.4.3 Carga no balanceada 3.4.4 Prdida de Sincronismo del Generador

3.5 Requerimientos de Proteccin por Estado inapropiado de los Equipos 3.5.1 Sobretensiones del generador 3.5.2 Sobreexcitacin del generador y/o transformador 3.5.3 Motorizacin del generador 3.5.4 Prdida de excitacin del generador 3.5.5 Frecuencias anormales en el generador

3.6 Falla de Interruptor 3.7 Definicin de las Protecciones de las Centrales de Generacin 3.8 Requisitos Mnimos de Proteccin de las Centrales de Generacin Captulo 4 REQUERIMIENTOS ESPECIFICOS DE PROTECCION PARA LAS

SUBESTACIONES 4.1 Objetivo de la Proteccin 4.2 Esquema General de las Subestaciones 4.3 Sistema de Barras 4.4 Requerimientos de proteccin contra fallas internas en la instalacin

4.4.1 Fallas por cortocircuito en el sistema de barras 4.4.2 Fallas por cortocircuito en un transformador 4.4.3 Fallas por cortocircuito en un autotransformador 4.4.4 Fallas por cortocircuito en un reactor en derivacin 4.4.5 Fallas por cortocircuito en un banco de capacitores 4.4.6 Fallas por cortocircuito en el transformador de servicios auxiliares

4.5 Requerimientos de Proteccin por funcionamiento anormal del sistema 4.5.1 Cortocircuitos y fallas a tierra externos a los transformadores 4.5.2 Sobrecarga en transformadores (o autotransformadores) 4.5.3 Armnicos en capacitores 4.5.4 Niveles de tensin mximos y mnimos en equipos de compensacin

4.6 Requerimientos de proteccin por estado inapropiado de los equipos 4.7 Falla de Interruptor 4.8 Definicin de las Protecciones de las Subestaciones 4.9 Requisitos Mnimos de Proteccin de las Subestaciones Captulo 5 REQUERIMIENTOS ESPECIFICOS DE PROTECCION PARA LAS LINEAS DE

TRANSMISION 5.1 Objetivo de la Proteccin 5.2 Configuraciones de las Lneas de Transmisin

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5.2.1 Lnea de dos Terminales 5.2.2 Lneas en anillo 5.2.3 Lneas paralelas de dos ms circuitos 5.2.4 Lnea con transformadores en derivacin 5.2.5 Lneas con compensacin en derivacin 5.2.6 Lneas con compensacin serie

5.3 Conexin al Sistema de Potencia 5.3.1 Sistema de puesta a tierra 5.3.2 Flujo de potencia 5.3.3 Alimentacin dbil (Weak infeed) 5.3.4 Resistencia de arco y resistencia de falla

5.4 Longitud de la Lnea 5.5 Requerimientos de Proteccin contra Fallas internas en la instalacin

5.5.1 Fallas por cortocircuito entre fases 5.5.2 Fallas por cortocircuitos de una fase y tierra con alta impedancia

5.6 Requerimientos de proteccin por funcionamiento anormal del sistema 5.6.1 Cortocircuito externo a la Lnea 5.6.2 Sobretensiones permanentes

5.7 Requerimientos de Proteccin por Estado inapropiado de las Lneas 5.7.1 Rotura de un Conductor

5.8 Consideraciones para la Teleproteccin 5.8.1 Sistemas de Telecomunicaciones 5.8.2 Sistemas de Teleproteccin Analgica 5.8.3 Sistemas de Teleproteccin Lgica

5.9 Falla de Interruptor 5.10 Definicin de la Proteccin de las Lneas de Transmisin 5.11 Requisitos Mnimos de Proteccin de las Lneas de Transmisin Captulo 6 REQUERIMIENTOS ESPECIFICOS PARA LAS PROTECCIONES SISTEMICAS 6.1 Objetivo de la Proteccin Sistmica 6.2 Requerimientos de Proteccin contra Fallas del Sistema

6.2.1 Prdida de Sincronismo en las Mquinas 6.2.2 Colapso de tensin

6.3 Requerimientos de proteccin por funcionamiento anormal del sistema 6.3.1 Bajas frecuencias por dficit de potencia activa 6.3.2 Sobretensiones y sobrefrecuencias por rechazo de carga 6.3.3 Otras sobretensiones temporarias

6.4 Requerimientos de proteccin por estado inapropiado del sistema 6.4.1 Sobretensiones por exceso de potencia reactiva 6.4.2 Subtensiones por dficit de potencia reactiva

6.5 Requisitos mnimos de protecciones sistmicas

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Captulo 1 INTRODUCCION 1.1 El Sistema Elctrico de Potencia

Un Sistema Elctrico de Potencia (SEP) tiene por finalidad garantizar el suministro regular de energa elctrica dentro de su rea de aplicacin, para lo cual debe operar garantizando el abastecimiento (1) al mnimo costo y con el mejor aprovechamiento de los recursos energticos; pero, al mismo tiempo, debe cumplir con los niveles de calidad (2) establecidos en la norma tcnica (3) correspondiente. El SEP est constituido por diversas instalaciones que deben ser interconectadas, ya que los centros de generacin se encuentran en distintos lugares de los centros de demanda de energa elctrica. Por tal motivo se distingue los siguientes componentes: Generacin que son las Centrales Elctricas incluyendo las instalaciones de conexin al Sistema de Transmisin; Transmisin que son las Lneas de Transmisin y las Subestaciones (incluyendo los equipos de compensacin reactiva) que interconectan las instalaciones de generacin con las de distribucin; y Distribucin que son las Lneas y Subestaciones de subtransmisin, as como las Redes de Distribucin El SEP debe atender la demanda de potencia elctrica, la cual debe ser permanentemente equilibrada por la generacin (oferta). Esta situacin de equilibrio corresponde a la operacin de rgimen permanente; sin embargo, se pueden producir perturbaciones cuando se altera el equilibrio de potencia activa o de potencia reactiva en el sistema, lo cual determinar cambios que lo llevan a una nueva situacin de rgimen permanente. Durante este proceso que se repite constantemente se producen oscilaciones de las mquinas que son parte de su operacin normal en estado estacionario. El SEP puede tambin ser sometido a solicitaciones que no corresponden a la atencin de la demanda, las cuales se presentan como eventos transitorios que ocasionan perturbaciones importantes ya sea sobretensiones y/o sobrecorrientes que pueden producir oscilaciones de las mquinas, las cuales deben amortiguarse; caso contrario, sern peligrosas para su funcionamiento, afectando su estabilidad y provocando la desconexin de las mismas con lo cual se deja de atender la demanda. Los eventos antes mencionados han sido clasificados en tres tipos, segn la rapidez de los mismos y son los siguientes:

Clase A: Transitorios ultrarrpidos Clase B: Transitorios rpidos o dinmicos Clase C: Transitorios moderados o de estado cuasi estacionario Clase D: Transitorios lentos o de estado estacionario

En la figura 1.1 se muestra grficamente la duracin en el tiempo de los transitorios que se presentan en los sistemas de potencia.

(1) Ver la Ley de Concesiones Elctricas, DL No. 25844, Art. 2do. (2) Ver el Reglamento de la Ley de Concesiones Elctricas, DS 009-03-EM, Art. 64. (3) Ver la Norma Tcnica de Calidad de los Servicios Elctricos, DS No. 020-97-EM

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ESTADONORMAL

ESTADO DE ESTADO DEALERTA RESTABLECIMIENTO

ESTADO DEEMERGENCIA COLAPSOCOLAPSO

Figura 1.1 Transitorios en los sistemas de potencia

Esta dinmica operativa determina que se tenga distintos estados de operacin (4) del SEP que son los siguientes: Estado Normal, de Alerta, de Emergencia y de Restablecimiento. La operacin del SEP resulta ser un ciclo d