COORDINACIÓN DE PROTECCIÓN

Transcripción

1 COORDINACIÓN DE PROTECCIÓN

2 Consiste en seleccionar y ajustar los dispositivos de protección, para lograr una adecuada operación (selectividad) para distintas condiciones de falla. Coordinación

3 Datos Para el estudio de calibración se requiere los siguientes datos: Diagrama unifilar del sistema con la ubicación de los esquemas de protección. Las impedancias de todos los elementos de la red. Las potencias de cortocircuito máxima y mínima en cada relé. Las corrientes y tiempos de arranque de los motores. El máximo pico de corriente de carga a través de los relés. Las curvas de los transformadores de medida.

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5 Objetivo El objetivo de la calibración es, conseguir los tiempos más cortos para las corrientes de fallas más elevadas y chequear si la operación es satisfactoria a mínimas corrientes de falla.

6 Recomendación Es aconsejable dibujar las curvas de los relés y otros dispositivos de protección, tal como fusibles, en serie en una red.

7 Reglas básicas Para una correcta coordinación pueden ser: Usar en lo posible relés de las mismas características. Asegurar que los relés lejanos a la fuente tengan una calibración igual o menor que los relés ubicados aguas arriba.

8 Discriminación por tiempo

9 Discriminación por tiempo Método: Consiste en dar un adecuado intervalo de coordinación, de manera que asegure que el interruptor más cercano a la falla opere antes. Caraterística: Los tiempos de apertura son idependientes de la corriente de falla (relés de tiempo definido). Valores típicos 0.3, 0.4 y 0.5.

10 Discriminación por tiempo Ventaja: Simple de aplicar. Desventaja: Mayor tiempo de operación para niveles de falla mayores. Difícil coordinación con fusibles.

11 Discriminación por corriente

12 Método: Discriminación por corriente Se basa en el hecho de que las corrientes de falla varían con la localización de la falla. Se debe calibrar la corriente de operación de los relés de tal manera que se cumpla la selectividad. Para ello el ajuste del relé aguas arriba será 1,3 veces el ajuste del relé aguas abajo. Se basa en empleo de relés instantáneos.

13 Desventajas: Discriminación por corriente Para fallas en los límites de las zonas de protección, existe la dificultad en discriminar si la falla ocurrió en zona de operación o no. El hecho que las potencias de cortocircuitos varían con máxima y mínima demanda. Aplicación: Donde hay una apreciable impedancia entre dos interruptores involucrados. Ventaja: Rapidez en la operación.

14 Discriminación por tiempo corriente

15 Discriminación por tiempo corriente De las limitaciones de los métodos anteriores, es que se desarrollan los relés de sobrecorriente de tiempo inverso. Ventajas: Tiempos de operación más cortos para las fallas más severas. Desventaja: Puede ser más lenta para niveles de fallas mínimos.

16 Intervalos de coordinación El intervalo de tiempo entre la operación de los relés adyacentes depende de los siguientes factores: El tiempo de operación del interruptor(0.1s) Sobreimpulso del relé (oveshoot = 0.05s) Errores en el tiempo de operación de los relés. Márgenes de seguridad (0.1s)

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18 Procedimiento Recopilar datos de la red (incluyendo la protección existente) y los resultados de los cálculos de falla. Seleccionar los ajuste de corriente, considerando la relación de transformación de los T.C. s, la máxima carga.

19 Procedimiento Revisar los ajustes de corriente a fin de verificar que se cumpla: I ajuste respaldo > k I ajuste principal Donde k equivale a : 1,3 si un relé respalda a otro relé. 3,0 si un relé respalda a un fusible. 2,0 si un fusible respalda a otro fusible.

20 Procedimiento Determinar el ajuste del TMS para el relé más alejado a la fuente (ajuste mínimo recomendado es de 0,05 ). Determinar el ajuste del TMS del relé que respalda al relé aguas abajo, considerando la falla más severa, de tal modo de obtener el intervalo de tiempo deseado. Repetir el paso anterior, para los siguientes relés. Verificar la coordinación con la protección existente. De ser necesario repetir los pasos anteriores con un nuevo intervalo de coordinación.

21 Coordinación entre aparatos

22 Criterios generales Damos en este reporte un sumario, para fácil referencia, de algunas de las reglas básicas para coordinación que deben observarse en la utilización de varios tipos de equipos de distribución. Trataremos aquí sobre reconectadores y fusibles. La regla básica de coordinación, sean cuales fueren los aparatos que se empleen, es la siguiente: "El aparato protector debe interrumpir la falla antes de que el aparato de respaldo desconecte permanentemente un alimentador o una sección de éste".

23 Criterios generales Fusible protector Fusible de respaldo A B C Fusible protector

24 Criterios generales En los sistemas de distribución actuales la coordinación de los dispositivos de protección debe hacerse en serie; también se le conoce como "cascada", debido a que la mayoría de éstas operan en forma radical. Cuando dos o más dispositivos de protección son aplicados en un sistema, el dispositivo más cercano a la falla del lado de alimentación es el dispositivo "protector", el siguiente más cercano a la falla del lado de alimentación es el dispositivo de "respaldo".

25 Criterios generales El requerimiento indispensable para una adecuada coordinación consiste en que el dispositivo protector debe operar y despejar la sobrecorriente antes que el dispositivo de respaldo (fusible) u opere al bloqueo (restaurador). Un ejemplo simple de coordinación se muestra a continuación

26 3 1 SUBESTACIÓN A 4 B C 2 H RESTAURADOR D 5 TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN E 6 F G CARGA CARGA CARGA

27 Esquemas de coordinación Existen diferentes esquemas de protección que se aplican en función de la importancia del suministro de energía, siendo los más comunes los siguientes: * Interruptor-restaurador * Interruptor-fusible * Restaurador-restaurador * Restaurador-seccionalizador * Resutaurador-fusible * Fusible-fusible * Fusible de A.T.-interruptor termomagnéticos de B.T.

28 Interruptor restaurador Se logra una adecuada coordinación entre estos dos dispositivos cuando el restaurador opera por una falla en el lado de la carga, impidiendo que opere el Interruptor a través del relevador de tiempo, es decir, que la curva característica del restaurador no cruza con la del relevador, dejando un tiempo mínimo de 0.35 segundos y eliminado el último recierre del restaurador.

29 Interruptor restaurador S.E COORDINACIÓN FALLA I R CARGA INTERRUPTOR (DISPOSITIVO PROTEGIDO RESTAURADOR (DISPOSITIVO PROTECTOR)

30 SEGUNDOS Interruptor restaurador t RELEVADOR RESTAURADOR 0.35 AMPERES I

31 Interruptor fusible En este caso, el fusible tiene la función de operar con una falla del lado de la carga, impidiendo que opere el interruptor (relevador de tiempo), a menos que este último cuente con un revelador instantáneo que operará de inmediato, y en caso de persistir la falla operará el fusible después de realizarse el recierre, quedando como respaldo nuevamente el interruptor. Se recomienda un tiempo mínimo de 0.35 segundos entre la curva I-l de interrupción total de fusible y la curva I-l del revelador de tiempo del interruptor.

32 Interruptor fusible S.E FALLA I INTERRUPTOR (DISPOSITIVO PROTEGIDO F2 FUSIBLE (DISPOSITIVO PROTECTOR CARGA

33 SEGUNDOS 0.35 AMPERIOS I Interruptor fusible t RELEVADOR I - 1 INTERRUPTOR TOTAL DEL FUSIBLE RELEVADOR INSTANTANEO

34 Reconectador reconectador Dado que los restauradores están diseñados parra operar en una secuencia de hasta cuatro disparos y tres con el objeto de eliminar una falla, para una adecuada coordinación debe existir un retraso en la operación del restaurador. A de por lo menos 12 ciclos (para Frecuentemente de 60 Hz), ya que en un rango menor a éste (hasta 2 ciclos) pueden simultáneamente, y menor a 2 ciclos ambos operarán siempre.

35 Reconectador seccionador el seccionador es un dispositivo automático de seccionamiento que no cuenta con curvas de operación I- t, y que simplemente sensa una corriente mínima actuante de 160% de la capacidad nominal de su bobina registra las operaciones del dispositivo de respaldo (restaurador o interruptor) y efectúa a su vez un conteo en el caso de persistir la falla hasta llegar a una cantidad preseleccionada en que abre sus contactos. Para una adecuada coordinación se requerirá ajustarlo a un cierre menos que el dispositivo de respaldo.

36 Reconectador seccionador S.E COORDINACIÓN I R R FALLA RESTAURADOR A (DISPOSITIVO PROTEGIDO) RESTAURADOR B (DISPOSITIVO PROTECTOR)

37 Reconectador fusible En esta coordinación se busca que las operaciones rápidas del restaurador no provoquen daño a los fusibles, incluyendo el efecto acumulativo de las operaciones rápidas considerando los intervalos de recierre. Asimismo, las operaciones lentas del restaurador se deben retardar lo suficiente para asegurar la operación del fusible antes de la apertura definitiva del restaurador.

38 Reconectador fusible La curva de interrupción total del fusible se utiliza para establecer el límite inferior de la coordinación con la curva de retraso de tiempo del restaurador (punto a). La curva mínima de fusión del fusible se utiliza para establecer el límite superior de la coordinación con la curva de disparo instantáneo del restaurador (punto b). Sin embargo, es necesario modificar las curvas del restaurador y fusible para considerar los efectos de los ciclos de calentamiento-enfriamiento por la secuencia de operación del restaurador

39 Reconectador fusible Por lo anterior, la curva A' es la suma de las dos aperturas instantáneas A y se compara con la curva de fusión del fusible, que previamente se ha desplazado el 75% en función del tiempo de fusión, encontrándose el nuevo límite superior de coordinación (punto b'). La curva B' es la suma de las dos aperturas instantáneas y las dos de retraso de tiempo, que representan la cantidad total de calor aplicado al fusible, obteniéndose el límite inferior de coordinación (punto a') al comprarse con la curva de interruptor total del fusible

40 Reconectador fusible S.E COORDINACIÓN FALLA I R CARGA RESTAURADOR (DISPOSITIVO PROTEGIDO) FUSIBLE (DISPOSITIVO PROTECTOR

41 TIEMPO CORRIENTE Reconectador fusible CURVA DE FUSION MINIMA DEL FUSIBLE Con el autolink no se tiene problemas de traslape B x (2A+2B) EN EL TIEMPO B (CURVA DE RETRASO DE TIEMPO DEL RESTAURADOR CURVA DE INTERRUPCION TOTAL DEL FUSIBLE LIMITES A x 2A (EN EL TIEMPO) A (CURVA DE DISPAROINSTANTANEO DEL RESTAURADOR 75% DE LA CURVA DE FUSION

42 Fusible- fusible Para lograr una coordinación entre fusible se utilizan las curvas corriente tiempo mínimo de fusión y las corriente-tiempo de interrupción total de cada fusible empleado (F1 y F2), de tal forma que para una falla en el lado de la carga debe operar el fusible protector (F2) antes que se presente algún daño en el fusible protegido (F1), el cual operar únicamente como respaldo para la misma falla o para alguna otra que se presente entre los dos fusibles en serie.

43 Fusible- fusible Debido a que en los sistemas de distribución en general se tienen dos tipos de fusibles en media tensión, se pueden hacer las combinaciones de coordinación siguientes. * Fusible de expulsión-fusible de expulsión * Fusible limitador de corriente-fusible limitador de corriente * Fusible de expulsión-fusible limitador de corriente * fusible limitador de corriente-fusible de expulsión.

44 Fusible expulsión (F2)- que protege un fusible de expulsión (F1) La coordinación de los fusibles de expulsión se logra comprando la curva I -t de interruptor total de fusible (F2) con la curva I-t mínima de fusión del fusible (F1), la cual previamente debe haberse reducido un 75% en valores de tiempo, para asegurar la no operación o daño por efectos de precalentamiento debido a la carga y alta temperatura ambiente. En el gráfico se observa que I 1 es el valor de corriente con el cual el fusible F 2, ya que ese punto se cruzan las curvas.

45 Fusible expulsión (F2)- que protege un fusible de expulsión (F1) S.E COORDINACIÓN FALLA F1 F2 CARGA (DISPOSITIVO DE RESPALDO) FUSIBLE (DISPOSITIVO PROTECTOR FUSIBLE (DISPOSITIVO PROTECTOR

46 SEGUNDOS Fusible expulsión (F2)- que protege un fusible de expulsión (F1) t I - t MINIMO DE FUSION I - t DE INTERRUPCION TOTAL DESPLAZAMIENTO AL 75 % EN VALORES DE TIEMPO AMPERES I t I

47 tiempo Aplicación Tm Tc Curva mínima de fusión del fusible Curva máxima de para respaldo despejar la falla del fusible protector Curva máxima para despejar La falla multiplicada por Punto máximo de coordinación A Fusible de respaldo C Fusible protector B Fusible protector I Ifalla Corrient e Fig. No. 1 Curvas para coordinación Fusible - Fusible

48 Aplicación Para un valor dado de corriente de falla: I falla Tc = Tiempo máximo para despejar la falla del fusible protector Tm = Tiempo mínimo de fusión del fusible de respaldo. Expresándola en otra forma: Tm (0.75) = Tc, de donde: Tm = Tc/0.75=1.333Tc

49 Aplicación A B Falla, 200A 100kVA 12.47/7.20k V 4.63/8.02/A Fig. No. 2 Circuito típico para coordinación Fusible - Fusible

50 Aplicación Para la In del trafo y teniendo presente que If=3xIn se elige un fusible 15K. Para una corriente de falla de 200A en el punto B y de las curvas características de tiempo máximo para despejar una falla para fusibles tipo K EEI-NEMA tendremos: Tc será igual a 0.20s (para un fusible 15K). Por lo tanto: Tm = 1.333Tc Tm = x 0.20s Tm = 0.266s

51 Aplicación De las curvas características de tiempo mínimo de fusión para fusibles tipo T EEI-NEMA y partiendo del valor de 200A hacia arriba hasta intersectar el valor de tiempo (Tm) de 0.266s, encontraremos que cualquier curva arriba y a la derecha de ese punto coordinará con el fusible 15T. El primer fusible que satisface estas condiciones es el 20T y por tanto escogemos éste para el punto A. Para escoger el fusible en el punto A debe conocerse además el valor de la corriente continua en ese punto. La corriente de carga en un punto de coordinación no debe exceder la capacidad de la corriente continua del fusible.

52 tiempo Aplicación 0.266s 0.2s Tm Tc 20K 15K Curva mínima de fusión Curva máxima para del fusible de despejar la falla del respaldo fusible protector Curva máxima para despejar La falla multiplicada por Punto máximo de coordinación A Fusible de respaldo C Fusible protector B Fusible protector I falla 200A Corrient e Fig. No. 1 Curvas para coordinación Fusible - Fusible

53 Fusible de expulsión(f2) que protege un fusible limitador de corriente Un fusible de expulsión no puede interrumpir antes de 0.8 ciclos, por lo que su coordinación sólo es posible para tiempos mayores de segundos, estando limitada como consecuencia a bajas corrientes de falla hasta el punto I 1. En este caso se compara la curva de interrupción del fusible de expulsión (F2) con la curva mínima de fusión del fusible limitador de corriente (F1) previamente desplazada un 75% en valores de tiempo, para determinar el punto de coordinación.

54 Fusible de MT -ITM Este esquema se utiliza para la protección integral de transformadores, instalando en el primario fusibles tipo expulsión, limitadores de corriente o una combinación de estos, y en el secundario un interruptor termomagnetico de baja tensión (o función renovable como sustituto). Con dicho esquema, aunque representa una mayor inversión, se obtiene mejores condiciones de protección en la red de baja tensión, ya que fácilmente se pueden detectar fallas secundarias (3f, 2f, 1f) y sobrecargas reales.

55 SEGUNDOS Fusible de MT -ITM t CORRIENTE NOMINAL DEL TRANSFORMADOR 2. CURVA DE DAÑO DEL TRANSFORMADOR 3. CURVA DE ENERGIZACION CURVA DE DAÑO DEL CONDUCTOR DE B.T 5. FUSIBLE DE EXPULSIÓN EN EL PRIMARIO 6. INTERRUPTOR TERMOMAGNETIO DE B.T AMPERIOS I

56 Fin del curso

57 Alimentadores con motor En los primeros 100 ms., aparece adicionalmente una corriente de inserción asimétrica (inrush) que rápidamente decae. Con los relés convencionales era práctica ajustar la corriente de la unidad de sobrecorriente instantáneo para la protección contra cortocircuitos arriba del 20 al 30 % de la corriente de rotor bloqueado con un retardo corto de 50 a 100 ms. para sobrellevar el período asimétrico de la corriente INRUSH. I 1,2 1,3 I t ms LR