Protección de Alimentadores AT/MT

Transcripción

1 Protección de Alimentadores AT/MT

2 Contenido 1. Filosofía de protección 2. Configuración de SD 3. Protección típicas 4. Aplicaciones

3 Filosofía de protección Las fallas que se presentan en un SD se manifiestan: contacto de ramas de árboles, descargas eléctricas, vandalismo, animales en contacto, ruptura de cables, objetos en equipos y en la línea.

4 Filosofía de protección Las fallas Pueden ser de dos orígenes: Fallas de origen transitoria: Aquella que se autoextingue o se extingue con la actuación de la protección sucedida de una reconexión con suceso, no habiendo así la necesidad de reparos inmediatos en el sistema, estas fallas son las mas frecuentes Fallas de origen permanente: Aquellas que provoca interrupciones prolongadas y exige reparos inmediatos para la normalización del servicio.

5 Filosofía de protección Por lo tanto los equipos de protección deben ser dimensionados de modo que protejan el sistema en condiciones de fallas y también promuevan la continuidad y calidad del suministro. Las filosofías aplicables son: Sistema selectivo Sistema coordinado Sistema combinado

6 Sistema Selectivo Esta filosofía es típico en SD con protección de Relés de sobre corriente o con Reconectadores operando con las curvas instantáneas bloqueadas. Las interrupciones son en general en larga duración Clientes reclaman demora Requiere mayor numero de personal Mayor costo de operación

7 Sistema Coordinado Esta filosofía promueve la continuidad del servicio Los reclamos se debe a la cantidad de interrupciones de corta duración y esto depende d las ajustes de los equipos de protección Requiere menor numero de personal Menor costo de operación Requiere Reconectadores en lugares estratégicos como circuitos principales

8 Sistema Combinado En circuitos menos importantes la interrupción será de mayor tiempo que en circuitos de mayor importancia. Se aplica filosofía selectiva y coordinada Hay necesidad de dimensionar y capacitar al personal Costo de operación según la calidad del servicio exigido La principal característica es promover mayor continuidad del servicio principalmente s los clientes especiales

9 Sistema Combinado DISYUNTOR RECLOSER TC 52 R 51 FUSIBLE RELE DE SOBRE CORRIENTE ZONA DE PROTECCION

10 Sistema Combinado A C T 3(L2) 2(L1) F3 F3 R2 F2 R1 B F1 F1 y F2 1(R2) 2(R1) D Icc

11 Protección básica Protección primaria Pueden ser protegidos en forma primaria por fusibles, Relés primarios HB o HT e interruptores termo magnéticos. Protección secundaria Se protegen con Relés de sobre corriente, sobre tensión, de secuencia negativa y Relés de protección de fallas a tierra o SEF

12 Tipos de Sistemas de distribución Existen básicamente dos tipos de sistemas de distribución, sistemas con neutro aislado y sistemas con neutro puesto a tierra, sin embargo existen sistemas intermedios, por ejemplo un sistema puesto a tierra a través de una resistencia.

13 Sistemas con neutro aislado A continuación mostramos un sistema con neutro aislado en la que se indican los fasores de tensión antes y después de una falla a tierra, en esta se puede observar el corrimiento del neutro ante la falla a tierra, característica importante de este tipo de fallas que permite la generación de tensiones homopolares que polarizan los relés direccionales.

14 Sistemas con neutro aislado 10 kv 60 kv A1 A2 G Y D An Vr Vr Vt Vs sin falla Vt Vs con falla

15 Sistemas con neutro aislado Xo/X1 3

16 Sistemas con Neutro Puesto a Tierra El sistema mostrado es con neutro puesto a tierra. Ante una falla a tierra, el neutro prácticamente no se desplaza, lo cual no permite la generación de tensiones homopolares o resultan muy pequeñas, lo que impediría el uso de relés direccionales.

17 Sistemas con Neutro Puesto a Tierra 10 kv 60 kv A1 A2 G DY An Vr Vr Vt Vs Vt Vs sin falla con falla Xo/X1 3

18 Análisis teórico de las fallas a tierra

19 Sistemas con Neutro Aislado En el gráfico de a continuación mostramos el comportamiento de las corrientes homopolares en un sistema de distribución con neutro aislado ante una falla a tierra. Como se puede apreciar, en el alimentador con la falla a tierra existe una corriente desde la barra de la S.E. hacia la falla.

20 Sistemas con Neutro Aislado sin falla a tierra La Suma Corriente Capacitiva = Cero Ur ALIM. 1 Ut Us R S T Sistema Neutro Aislado ALIM. 2 R S T

21 Sistemas con Neutro Aislado ante una falla a tierra 10 kv 60 kv Co A1 A2 G Co Y D Co Co falla a tierra An I>o

22 Sistemas con Neutro Aislado Debido a que la conexión en delta del transformador de potencia aísla al transformador del sistema de distribución, de acuerdo a la teoría de las componentes simétricas, según la ley de Kirchhoff esta corriente tiene que regresar a la barra a través de los otros alimentadores y de sus capacidades homopolares teniendo una dirección contraria; es decir, ante un falla a tierra de un alimentador, en todos los alimentadores de la S.E. circulan corrientes homopolares siendo la dirección de la corriente homopolar en el alimentador con falla en un sentido y en sentido contrario en todos los otros alimentadores.

23 Camino de retorno de la corriente de falla C 01 C 02 Ra=28700xL/I a 1,4 C 03 R F I FT

24

25 A SAB 3772 A SAB 4405 Contribución de corrientes ante falla monofasica ALIM - 02 AL - 03 AL - 01 If = 8,095 A I = 6,633 A I = 1,461 A I = 6,442 A If = 7,96122 A I = 2,704 A I = 4,524 A I = 1,518 A I = 4,393 I = 15,968 A A I = 12,271 A If = 8,917 A SED 01 I = 0,382 A I = 1,454 A I = 3,075 A I = 0,972 A I = 0,260 A I = 0,992 A I = 0,663A If = 25,765 A (Rf = 0) I = 2,590 A I = 5,475 A I = 2,097A I = 1,731 A A SAB 4523 A SAB 4830 A SAB 4524 I = 0,268 A I = 1,798 A I = 2,446 A I = 0,952 A I = 0,965 A I = 0,183 A I = 1,226 A I = 0,649 A I = 0,658 A I = 0,496 A I = 3,326 A I = 1,761 A I = 1,786 A A SAB 4291 A SAB 4292 SED 04 SED 02 SED 03 A SAB 4259 A SAB 4826 I = 1,668 A I = 4,525 A I = 0,671 A I = 1,497 A I = 0,269 A I = 0,132 A I = 1,020 A I = 0,292 A I = 0,677 A I = 0,458 A I = 0,184 A I = 1,196 A I = 2,66 A I = 0,480 A I = 1,021 A A SAB 3775 A SAB 3785 I = 0,090 A I = 0,696 A I = 0,199 A I = 0,461 A I = 0,244 A I = 1,886 A I = 0,541 A I = 1,252 A A SAB 1759 A SAB 2643 A SAB 3782 A SAB 3518 SED 03 I = 0,570 A I = 0,570 A I = 0,389 A I = 1,015 A I = 0,332 A I = 0,867 A

26 Oscilograma corrientes ante falla monofasica TENSION FASE A TIERRA 10 kv CORRIENTE DE LINEA

27 Fallas evolutivas

28 Doble falla a tierra

29 Corrientes en barras de la SET Tensiones fase a tierra OSCILOGRAFIA DOBLE FALLA A TIERRA Condiciones Normales Condiciones de Falla a Tierra Condiciones de Doble Falla a Tierra

30 Detección de parámetros Por consiguiente, con la finalidad que la detección de la falla sea selectiva, se hace necesario la implementación de relés direccionales de sobrecorriente homopolar en cada alimentador, en caso de utilizar relés no direccionales, todos los relés operarían.

31 Tensiones y corrientes 3 Io Io > Io condición de ope ración Uo 3 Uo

32 Detección de Uo homopolares

33 Detección de I o homopolares

34 Detección de I o homopolares

35 En los gráficos de a continuación mostramos un croquis dimensional de un transformador de corriente toroidal seccionable y su montaje :

36 Cálculo de la falla El circuito equivalente para el análisis de este tipo de fallas será efectuado de acuerdo a la teoría de las componentes simétricas y se muestra. C T0 C 0 C 0 Ef SET Z1 Z2 Io 3 Rfalla Vo

37 Cálculo de la falla C T0 = capacidad total homopolar de los alimentadores no involucrados en la falla C 0 y C 0 = capacidad homoplar a ambos extremos del punto de falla en el alimentador fallado Z1 y Z2 = impedancia de secuencia positiva y negativa del sistema R falla = resistencia de falla a tierra

38 Cálculo de la falla Debido a que generalmente las reactancias homopolares son mucho mayores que las reactancias de secuencia positiva y negativa del sistema, podemos aproximar el circuito anterior. Io La (3Rf T ) T 0 3Rf 0 2 corriente homop olardelrelees : 2 T 0 EnunaS.E.con variosalimentadoresdonde C C C I 0 I I I I V C w Ef C C Ef To C I0 wc 0 T 0 1 Co Co C 1 wc 0 T

39 SELECCION DE LOS EQUIPOS DE PROTECCION EN SISTEMAS AISLADOS Transformadores de Tensión Sean las tensiones nominales del sistema y del relé las siguientes : Tensión nominal del sistema = 10 kv Tensión nominal del Relé = 110 V Luego la relación de transformación de cada unidad monofásica deberá ser la siguiente considerando que necesitamos un arrollamiento para las mediciones del sistema y otro para la detección de la tensión homopolar.

40 SELECCION DE LOS EQUIPOS DE PROTECCION EN SISTEMAS AISLADOS Transformadores de corriente La selección de la relación de transformación del transformador de corriente toroidal seccionable se realiza considerando una resistencia de falla de cero ohmios ( R falla = 0 ohm ), con la finalidad de obtener la mayor corriente posible, luego aplicando las ecuaciones anteriores llegamos a lo siguiente :

41 Angulo Característico del Relé

42 Sensibilidad Máxima La selección de la sensibilidad máxima del relé se efectúa considerando por ejemplo que la máxima resistencia de falla que se pretende detectar es de 2000 ohm. Luego se tiene lo siguiente : Rmax de falla = 2000 ohm Relación de trafo corriente = 200

43 CRITERIOS DE CALIBRACION Para la calibración de la protección direccional de sobrecorriente homopolar, simplemente se procede a aplicar las ecuaciones vertidas, por ejemplo, si tenemos un sistema de distribución de 10 kv cuya reactancia homopolar total es de 400 ohm y se desea calcular los ajustes para una falla a tierra de 500 ohm, siendo la relación de transformación de 200/1 A, se obtiene lo siguiente :

44 CRITERIOS DE CALIBRACION

45 CRITERIOS DE CALIBRACION Alimentador CV 01 CV 02 CV 03 CV 04 CV 05 CV 06 CV 07 R falla (Ohm) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A)

46 CRITERIOS DE CALIBRACION Alimentador CV 01 CV 02 CV 03 CV 04 CV 05 CV 06 CV 07 R falla (Ohm) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A)

47 CONSIDERACIONES PARA LA INSTALACION DE EQUIPOS EN CELDAS DE 10 KV Transformadores de corriente

48 CONSIDERACIONES PARA LA INSTALACION DE EQUIPOS EN CELDAS DE 10 KV Transformadores de corriente

49 Botella terminal Transformadores de corriente

50 Sistemas con neutro puesto a tierra El comportamiento de las corrientes homopolares en un sistema puesto a tierra se muestra a continuación. 10 kv 60 kv DY Co A1 A2 G Co Xo 3Io Co An Co falla a tierra

51 Sistemas con neutro puesto a tierra Se puede observar que debido al hecho de que el neutro del transformador de potencia esté puesto a tierra y que su reactancia homopolar sea mucho menor que la reactancia capacitiva homopolar de los alimentadores, al existir una falla a tierra, prácticamente toda la corriente homopolar retorna a la barra a través del neutro del transformador de potencia, existiendo corriente solo en el alimentador fallado y no en los otros alimentadores.

52 Sistemas con neutro puesto a tierra es por esto que no se justifica la instalación de relés direccionales, en este caso es suficiente la instalación de relés no direccionales sensitivos de corriente homopolar. Adicionalmente, en caso de utilizarse relés direccionales estos no operarían debido a que las tensiones homopolares generadas serían muy pequeñas, debajo del 1%, los relés direccionales necesitan de 3 a 5 % de tensión para poder polarizarse.

53 Cálculo de la falla Ef Z1 Z2 3 Rfalla C T0 = capacidad total homopolar de los alimentadores no involucrados en la falla X 0 = reactancia homoplar del trafo de potencia SET Io generalmente Xo << Xct0 Xo C 0 C 0 Vo C T0

54 Cálculo de la falla luego podemos simplificar el circuito como sigue: Z1 Ef Z2 SET Rele Io 3 Rfalla Xo Vo

55 Cálculo de la falla Io (3Rf ) 2 Ef Z1 Z 2 Xo 2 Z1 imp edanciadesecuencia p ositiva Z2 imp edanciadesecuencia negativa Xo reactancia homop olardeltrafo Rf resistenciadefallaatierra generalmentez1 Z 2 Xo I 0 Ef 2 3Rf 3Z1 2 V 0 Io. Xo Irele 3Io

56 Uso de Software