GOBIERNO REGIONAL MOQUEGUAEstudio de Coordinacin de ProteccionesAT CONSULTORES

ESTUDIO DE COORDINACION DE LA PROTECCIN PARA UN SISTEMA DE UTILIZACION EN 10 KV Agosto del 2015

REGION -MOQUEGUA

Contenido1.ASPECTOS GENERALES31.1.ALCANCES31.2.OBJETIVO31.3.DESCRIPCIN DEL SISTEMA ELCTRICO EN ESTUDIO31.3.1.RED DE MEDIA TENSIN PARTICULAR 22.9 kV31.3.2.SUBESTACIN ELECTRICA PRINCIPAL3CELDA DE LLEGADA EN 22.9 KV Tipo DM1C42.CARACTERSTICAS ELCTRICAS DE LA INSTALACIN62.1.CARACTERSTICAS ELCTRICAS DEL SUMINISTRO63.PROTECCIN ELCTRICA73.1.ESTUDIO DE CORTOCIRCUITO73.1.1.OBJETIVO73.1.2.METODOLOGA73.1.3.RESULTADOS74.CRITERIOS DE AJUSTE PARA LOS EQUIPOS DE PROTECCION84.1.CRITERIOS BSICOS DE LA PROTECCIN ELCTRICA.84.2.CRITERIOS DE AJUSTE Y SELECCIN.94.3.CRITERIOS DE PROTECCION SOBRECORRIENTE TEMPORIZADA (I51P)94.4.CRITERIOS DE PROTECCIN SOBRECORRIENTE INSTANTNEA (I50P)94.5.CRITERIOS DE PROTECCION SOBRECORRIENTE TEMPORIZADA DE FALLA A TIERRA (I51N)104.6.CRITERIOS DE PROTECCION SOBRECORRIENTE INSTANTNEA DE FALLA A TIERRA (I50N)105.AJUSTES DE LOS RELS DE PROTECCIN115.1.PROTECCIN AGUAS ARRIBA115.2.S.E. PRINCIPAL11REL 1 (Proteccin principal MT )11INTERRUPTOR DE BT (Proteccin principal BT )116.OBSERVACIONES137.CONCLUSIONES138.RECOMENDACIONES13

ASPECTOS GENERALES

ALCANCESEl Estudio de coordinacin de protecciones es determinar los ajustes de los rels de proteccin instalados en las celdas de proteccin del Gobierno Regional de Moquegua con la finalidad de lograr una operacin coordinada con las protecciones de la Empresa Concesionaria Electrosur ubicadas en el punto de alimentacin. La Subestacin Elctrica de Distribucin del cliente se encuentra, ubicada en la Av. Circunvalacin.OBJETIVO

El estudio desarrollado determina el ajuste de los rels de proteccin a fin de que la coordinacin de actuacin entre ellos garantice la selectividad de la proteccin, asimismo la proteccin del equipamiento elctrico de la subestacin, transformadores, cables y celdas elctricas de MT.

DESCRIPCIN DEL SISTEMA ELCTRICO EN ESTUDIO

RED DE MEDIA TENSIN PARTICULAR 10 kVLa red de alimentacin en media tensin ser subterrnea sistema trifsico a la tensin de 10 kV, 60 ciclos por segundo, y viene de la subestacin n 1746 de Luz del Sur, hasta la Subestacin Particular proyectada en el predio del Cliente el circuito alimentador subterrneo es con cable seco tipo N2XSY de 8.7/15kV de 3x1x50 mm2, de 344 m de longitud.SUBESTACIN ELECTRICA PRINCIPALLa subestacin estar constituida por 02 celdas compactas tipo SM6, marca Schneider Electric para 24 kV, estas son: 01 celda de llegada tipo GAM2, 01 de proteccin (incluye rel SEPAM S20) y medicin tipo DM1, tal como se muestra en el diagrama unifilar de la figura N1.

Figura N1. Diagrama unifilar de la subestacin de distribucin.

CELDA DE LLEGADA EN 22.9 KV Tipo DM1C

Constituida por una estructura metlica del tipo Metal Enclosed provista de puertas y cubierta frontal, proteccin lateral e intermedia, ejecutada en plancha de 2.5 mm de espesor, pintada con dos capas de pintura anticorrosivo y de dos de acabado, la puerta ser metlica y tiene las siguientes dimensiones aproximadas: (Se adjunta Catlogo de Fabricante)

Ancho : 750 mm Profundidad : 1220 mm Altura : 1600 mm

Comprendiendo lo siguiente:

Un juego de terminales tipo corto termo contrables al cable unipolar de 50 mm2 N2XSY (18/30KV) que se instalar a la llegada de la acometida por parte de la concesionaria. Seccionador en SF6, Cuchillas de Puesta a Tierra incorporadas Interruptor Tripolar Fluarc SF1 en SF6, 24/50/125 KV, 630 Amperios, 16 KA Medidor Multifuncin ION 6200 y Rel de Proteccin Sepam S20. Cuchillas de puesta a tierra inferiores en aire Divisores capacitivos e indicadores de presencia de tensin. La Celda llevar un rtulo con smbolo de presencia de corriente elctrica y leyenda ALTA TENSIN PELIGRO DE MUERTE con letras negras y fondo amarillo.

El Interruptor SF1 en SF-6, fabricado segn las normas:

IEC-56 IEC-420 CEI 602555 CEI 60695 CEI 61000 EN 50082 y EN 60529. Para montaje interior: Voltaje nominal : 24/50/125 KV Intensidad nominal: 630 Amp. Capacidad de cortocircuito mxima : 20 KA Corriente de cortocircuito 1 seg.: 20 KA rms Corriente de cortocircuito 2 seg. : 20 KA rms Voltaje de impulso 1,2/50 us : 75 KV Mximo torque de operacin: 80 100 Nm Distancia entre polos: (300 360) mm Voltaje Auxiliar : 24 VDC Mecanismo independiente de la fuerza del operador.

Unidad de Control.- la que contiene:

Rel Multifuncin SEPAM, Proteccin (50/51), (50N/51N) y (46) Medidor Multifuncin ION-6200 Transformadores de Corriente

Transformador Seco Se instalara los siguientes transformadores: 1.6 MVA (03) y 630 kVA (01).

Marca:Schneider ElectricTipo: TRIHALPotencia :1600 kVATensin nominal de A.T.:22900 2x 2,5 % VTensin nominal de B.T.:400 VCorriente nominal de A.T.:40,3 ACorriente nominal de B.T.:2309 ATensin de cortocircuito:6%Grupo de Conexin.YNyn6Clase de Aislamiento:FEnfriamiento:ANMarca:Schneider ElectricTipo: TRIHALPotencia :630 kVATensin nominal de A.T.:22900 2x 2,5 % VTensin nominal de B.T.:400 VCorriente nominal de A.T.:15,88 ACorriente nominal de B.T.:909,3 ATensin de cortocircuito:6%Grupo de Conexin.YNyn6Clase de Aislamiento:FEnfriamiento:AN

CARACTERSTICAS ELCTRICAS DE LA INSTALACIN

CARACTERSTICAS ELCTRICAS DEL SUMINISTRO

Punto de Alimentacin:Alimentador 0-781Tensin de operacin: 10 kV

Las caractersticas elctricas actuales en el punto de alimentacin., son las siguientes:

TipoScc(MVA)Icc(kA)

Tabla 1: Potencia de cortocircuito (en el punto de alimentacin)

Trifsica120 5.73

PROTECCIN ELCTRICA

ESTUDIO DE CORTOCIRCUITO

OBJETIVOEl anlisis de cortocircuito tiene como objetivo determinar los valores de las corrientes de cortocircuito mximos y mnimos en modulo y ngulo, ms los valores de secuencia positiva, negativa y cero que medirn los rels de proteccin en sus diferentes ubicaciones y tipos de fallas.Estos valores permitirn determinar los ajustes de los retardos de los rels de proteccin a fin de conseguir la selectividad requerida; as mismo tambin nos brindar informacin necesaria para verificar el comportamiento trmico y la capacidad de corriente de cortocircuito de los equipos que comprende el sistema elctrico en evaluacin: Interruptores, transformadores de corriente, cables, etc.

METODOLOGAPara el presente anlisis se tom en cuenta las siguientes premisas: Para el clculo de las corrientes de cortocircuito se ha utilizado el mtodo IEC60909. Las fallas evaluadas para los escenarios son: Falla trifsica Falla bifsica Falla monofsica

RESULTADOSDe los resultados del anlisis de cortocircuito podemos apreciar lo siguiente: Valores de cortocircuitos en cada una de las barras, incluye el Nivel de cortocircuito trifsico, bifsico y monofsico. Tambin los valores picos de corriente producto del cortocircuito.Los resultados de este anlisis de cortocircuito, completo se muestran en el anexo N 3

IDTENSINkVCORTOCIRCUITO INICIAL TRIFSICOIK(kA)FALLA LNEA TIERRA(kA)FALLA BIFSICA(kA)BIFSICA TIERRA(kA)

BARRA 1106,115,865,296,06

BARRA 20,3817,4436,2230,0635,74

Tabla N 1: Niveles de cortocircuito en barras.

CRITERIOS DE AJUSTE PARA LOS EQUIPOS DE PROTECCIONCRITERIOS BSICOS DE LA PROTECCIN ELCTRICA.El objetivo principal del sistema de proteccin es proporcionar, en forma rpida, el aislamiento de un rea de falla en el sistema, de este modo, poder mantener en funcionamiento la mayor parte del sistema elctrico restante. Dentro de este contexto existen seis requerimientos bsicos para la aplicacin del rel de proteccin:

a) Fiabilidad. Seguridad de que la proteccin se llevar a cabo correctamente, tiene dos componentes: confianza y seguridad.

b) Selectividad. Continuidad mxima del servicio con mnima desconexin del sistema.

c) Rapidez de operacin. Duracin mnima de una falla, as como un menor dao en los equipos del sistema.

d) Simplicidad. Menor equipo de proteccin y circuitos asociados para lograr los objetivos de proteccin.

e) Economa. Mayor proteccin menor costo total.El termino proteccin no implica que el equipo de proteccin pueda prevenir fallas o deficiencia de los equipos. Los rels de proteccin solo se ponen en funcionamiento despus que haya ocurrido una condicin sostenible. Sin embargo, su funcin es minimizar los daos a equipos fallados, reducir el tiempo y costo de interrupcin as como el de reparacin y problemas afines que pudiera existir.La proteccin del sistema y de los equipos es muy importante, en vista que una falla puede dejar sin suministro un rea entera. Esta proteccin debe tener como caracterstica principal la estabilidad y rapidez por las potencia de cortocircuito la posibilidad de alcanzar valores de varias decenas de MVA incluso para fallas monofsicas.CRITERIOS DE AJUSTE Y SELECCIN.

Para poder realizar los ajustes adecuados de las protecciones se deben considerar muchos aspectos importantes del sistema elctrico, tales condiciones son las siguientes: La corriente nominal del transformador. Se debe de considerar la corriente INRUSH de los transformadores. El nivel de aislamiento y la curva de dao de los equipos (Transformador y cables). La capacidad nominal del conductor segn el calibre y el nivel de aislamiento. Los niveles de falla en cada punto dnde se instale un dispositivo de proteccin.CRITERIOS DE PROTECCION SOBRECORRIENTE TEMPORIZADA (I51P)

El ajuste de esta funcin de proteccin debe considerar que el transformador pueda ser sobrecargado sin que llegue a alcanzar los lmites trmicos del aislamiento. Asimismo debe de actuar lo antes posible de tal forma que los efectos de las corrientes de cortocircuito sean minimizadas. El tipo de curva y tiempo de actuacin se seleccionan de acuerdo a: la curva caracterstica del lmite trmico y las curvas caracterstica de los equipos de proteccin ubicados aguas arriba y aguas abajo, adems debe de garantizar mediante las curvas de coordinacin que la curva de dao de los equipos deben de estar por encima del equipo de proteccin.El valor del ajuste de la unidad de proteccin de sobrecorriente con retardo en el disparo, para el transformador se encuentra entre el 120% y 150% de la corriente nominal.El valor del ajuste de la unidad de proteccin de sobrecorriente con retardo en el disparo, para el cable alimentador se calibra a un valor del 80% como mximo de la corriente nominal.

CRITERIOS DE PROTECCIN SOBRECORRIENTE INSTANTNEA (I50P)

El ajuste de esta funcin de proteccin debe garantizar que un cortocircuito trifsico en el lado de Baja Tensin, no lo active. Por lo tanto el ajuste de esta funcin debe de estar por encima al menor en un 10% de la corriente de cortocircuito trifsico mximo en el lado secundario reflejado al lado primario del transformador de potencia. Tambin debe tener en cuenta la presencia de la corriente de energizacin del transformador de potencia (INRUSH) en el momento de la conexin

I50P >1.5 x Icc3Asym

Dnde:Icc3Asym= Corriente de cortocircuito trifsico en el secundario reflejado al lado primario del transformador de potencia.

El ajuste instantneo en el lado de BT, a la salida del transformador de potencia T1, T2, T3 y T4, se deshabilitan, debido a que las protecciones de los circuitos derivados cuentan con unidad de disparo instantneo a la salida de cada alimentador.

CRITERIOS DE PROTECCION SOBRECORRIENTE TEMPORIZADA DE FALLA A TIERRA (I51N)

Esta funcin debe de aislar el sistema involucrado en la falla, el ajuste de esta funcin depende de varios factores, el ajuste tomar en cuenta lo siguiente: Ajuste de la proteccin contra fallas a tierra en el punto de alimentacin. Mxima corriente de falla a tierra. Nivel de riesgo elctrico provocado por el arco.CRITERIOS DE PROTECCION SOBRECORRIENTE INSTANTNEA DE FALLA A TIERRA (I50N)

Esta funcin debe ser bloqueada en las protecciones principales para evitar actuaciones imprevistas por falla a tierra aguas abajo.

AJUSTES DE LOS RELS DE PROTECCIN PROTECCIN AGUAS ARRIBALa proteccin aguas arriba, en la conexin con el Concesionario, est constituido de:FUSIBLE DE EXPULSION.TIPO:KCALIBRE:100 ATENSIN:15 kVS.E. PRINCIPAL

REL 1 (Proteccin principal MT ) INTERRUPTOR DE BT (Proteccin principal BT )

RELE 1

TABLA 1. AJUSTES PROPUESTOS.

MARCA DEL RELSCHNEIDER ELECTRIC

MODELOSEPAM S20

VISTA

OC1

RTCINtc1 (A)100

INtc2 (A)5

RTCNINtc1 (A)100

INtc2 (A)5

.PROTECCIN DE SOBRECORRIENTE DE FASE (50/51)Tipo de CurvaIEC-EXTREMELY INVERSE

I51P (A)75

Dial de tiempo 0.96

I50P (A)260

Temporizacin (ms)200

PROTECCIN DE FALLA A TIERRA (50N/51N)Tipo de CurvaDEFINE TIME

I51P (A)25

Temporizacin (ms)400

I50P (A)40

Temporizacin (ms)Sin retardo

OC2

PROTECCIN DE SOBRECORRIENTE DE FASE (50/51)I50P (A)900

Temporizacin (ms)Sin retardo

DESBALANCE DE CARGA (46)I46 (%)Inhibido

Temporizacin (S)-

RESTRICCIN DE 2do ARMNICOEstado activo-

INTERRUPTOR GENERAL DE B.T

TABLA 2. AJUSTES PROPUESTOS.

MARCA DEL INTERRUPTORSCHNEIDER ELECTRIC

MODELONW16H1

VISTA

PROTECCION RETARDO LARGO

LT PICKUPP.U.0.83

Ir (A)1328

LT BANDCURVA 2

PROTECCION RETARDO BREVE

ST PICKUPP.U.3

IS (A)3984

ST BANDI2t OUT

PROTECCION INSTANTANEA

INST. PICKUPP.U.DESHABILITADO

Ii (A)-

CONCLUSIONES Se ha logrado conseguir Coordinacin y Selectividad en la actuacin de los dispositivos de proteccin de media y baja tensin, garantizando la proteccin de cables y transformadores.

ANEXOS

ANEXO N 1COORDINACIN DE SOBRECORRIENTE DE FASE

ANEXO N2COORDINACIN DE SOBRECORRIENTE DE TIERRA

ANEXO N3ANLISIS DE CORTOCIRCUITO

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