INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

Transcripción

1 PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingeniería Eléctrica. ASIGNATURA: Protección de Sistemas Eléctricos II. SEMESTRE: Noveno. OBJETIVO GENERAL: El alumno determinará la protección confiable y adecuada de los elementos de un sistema eléctrico de potencia y realizará los esquemas eléctricos de protección del sistema. CONTENIDO SINTÉTICO: I. Introducción. II. Principios, Características y Tipos de Relevadores. III. Transformadores de Potencial y Corriente. IV. Relevadores de Corriente, Tensión, Direccionales de Equilibrio y Voltaje, Diferenciales y Distancia. V. Relevadores de Hilo Piloto, Onda Portadora y por Onda Centimétrica. VI. Esquemas de Protecciones a los diferentes Elementos de un Sistema de Potencia. VII. Coordinación de Protecciones. METODOLOGÍA: Consulta bibliográfica sobre temas asignados por el profesor. Elaboración por parte del alumno de una serie de propuestas de solución de un circuito eléctrico antes de elegir la adecuada. Selección de la técnica o técnicas de protección eléctrica más adecuadas por parte del alumno con la supervisión del profesor. Comprobación de los resultados teóricos, realizando prácticas de laboratorio con circuitos eléctricos reales. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Tres exámenes departamentales para la obtención de un promedio, con participaciones en exposición individual y en equipo. Prácticas de laboratorio reportadas. BIBLIOGRAFÍA: Dr. R. S. J. Ha, Switchgear And Protection. Ed. Dhanpat Rai Sarak, Delhi, pp. Masón, C. Russell. El Arte y Ciencia de los Relevadores de Protección, primera edición, Compañía Editorial Continental. México pp. Protective Relays. Aplication Guide. The English Electric Company Limited, EUA pp. Westinghouse Electric Corporation, Relay Istrument División. Neware, Applied Protective Relaying, Silent Sentillents, New Jersey pp.

2 ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica - Zacatenco CARRERA: Ingeniero Electricista OPCIÓN: Potencia COORDINACIÓN: Academia de Potencia DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería Eléctrica ASIGNATURA: Protección de Sistemas Eléctricos II. SEMESTRE: Noveno CLAVE: CRÉDITOS: 9.0 VIGENTE: 2006 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica MODALIDAD: Escolarizada TIEMPOS ASIGNADOS /SEMANA/TEORÍA: 3.0 /SEMANA/PRÁCTICA: 3.0 HRS/SEMESTRE/TEORIA: 54.0 HRS/SEMESTRE/PRÁCTICA: 54.0 /TOTALES: 108 horas PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Academia de Potencia REVISADO POR: Subdirección Académica APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar M. en C. Jesús Reyes García AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN.

3 ASIGNATURA: Protecciones de Sistemas Eléctricos II CLAVE HOJA: 2 DE 14 FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA Los sistemas de potencia de las compañías suministradoras de energía eléctrica, tienen como función principal garantizar un servicio continuo a los usuarios. El conocimiento de protección con relevadores permite al Ingeniero Electricista detectar y aislar rápidamente cualquier tipo de falla, externa o interna de los elementos que componen un sistema de potencia y así mantener la continuidad de servicio. Con lo anterior logrará un menor daño al equipo y una mayor seguridad física al personal de operación y mantenimiento. La asignatura permite al alumno conocer los principios, las características, los tipos, selección y aplicación de los relevadores en los esquemas de protección más usuales, con lo cual se consigue una respuesta eficiente de los relevadores en cuanto a tiempo de respuesta, selectiva bajo el estudio técnico-económico correspondiente. Los antecedentes de esta asignatura son: Centrales Generadoras, Redes de Distribución y Protección de Sistemas Eléctricos I. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno determinará la protección confiable y adecuada de los elementos de un sistema eléctrico de potencia y realizará los esquemas eléctricos de protección del sistema.

4 ASIGNATURA: Protecciones de Sistemas Eléctricos II CLAVE HOJA: 3 DE 14 UNIDAD: I. NOMBRE: Introducción. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará la función y características de los relevadores dentro de un equipo eléctrico. Interpretará los esquemas más usuales en los sistemas eléctricos de potencia Qué es un relevador y su función dentro de un sistema de potencia. Funcionamiento anormal. Funcionamiento por error de maniobra. Funcionamiento por una mala coordinación de la protección. 1B, 2B, 3B y 4B. 1.2 Características fundamentales de la protección con relevadores Sensibilidad. Velocidad. Economía. Selectividad. 1.3 Principios fundamentales de la protección con relevadores Elección de las zonas de protección en un sistema de Potencia Protección Primaria: (Principios). Protección Respaldo: (Principios). Funcionamiento de los relevadores de protección. Por detección de corriente, voltaje potencia, temperatura, presión y velocidad. Normas. 1.5 Clasificación numérica de aparatos o dispositivos eléctricos (relevadores), de acuerdo con las normas nacionales o internacionales. Subtotal Consulta bibliográfica referente a la introducción de relevadores. Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por los alumnos. Integración de equipos de trabajo para promover la colaboración en equipo en trabajos extraclase. Comparación de esquemas e interpretación de relevadores. Ejercicios realizados en clase y extra clase. Participación en actividades individuales y de equipo corresponderán al 20% de la calificación total. El primer examen parcial abarcará las unidades I, II y III que corresponde al 60%. Realización de prácticas de laboratorio corresponde al 20 %.

5 ASIGNATURA: Protecciones de Sistemas Eléctricos II CLAVE HOJA: 4 DE 14 UNIDAD: II. NOMBRE: Principios, Características y Tipos de Relevadores. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará los principios de funcionamiento y tipos de estructuras de los relevadores Principios de funcionamiento. Atracción electromagnética. Inducción electromagnética. Estáticos. 1B, 3B y 4B Tipos de estructura actuantes. Polo sombreado. Watthorímetro. Tambor de inducción. Anillo doble de inducción. Anillo sencillo de inducción Relevadores de inducción de una sola magnitud. Par de funcionamiento por corriente. Par de funcionamiento por tensión. Curvas características Relevadores de inducción de dos magnitudes. Par de funcionamiento por I Vs. V. Par de funcionamiento por V Vs. V Relevadores de inducción direccional. Par de funcionamiento. Magnitud polarizante de un relevador direccional Características de funcionamiento. Características de tiempo. Ecuación universal del par del relevador. Subtotal Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por los alumnos. Integración de equipos de trabajo para promover la colaboración en equipo. Realización de tareas extraclase. Descripción de tipos de relevadores. Comparación de esquemas e interpretación de relevadores. Consulta bibliográfica referente a los principios características y tipos de relevadores. Ejercicios realizados en clase y extra clase. Participación en actividades individuales y de equipo corresponderán al 20% de la calificación total. El primer examen parcial abarcará unidades I, II y III corresponde al 60%. Realización de prácticas de laboratorio corresponden al 20 %.

6 ASIGNATURA: Protecciones de Sistemas Eléctricos II CLAVE HOJA: 5 DE 14 UNIDAD: III. NOMBRE: Transformadores de Potencial y Corriente. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará el principio de funcionamiento, características principales, aplicación y conexiones de los transformadores de potencial y corriente en los esquemas eléctricos de protección Transformadores de corriente. Características y tipos. Corrección por relación. Cálculo de la precisión y clasificación. Conexiones (polaridad). Errores de relación en estado estable o transitorio de los transformadores de corriente saturados B, 2B, 3B y 4B Conexión para la medición o detección de la corriente de secuencia cero. 3.2 Transformadores de potencial Características y tipos. Precisión de los TP S. Polaridad y Conexiones. Efectos de la sobrecarga. Conexión de los TP S para los relevadores de distancia. Conexión de los TP S para los relevadores direccionales de fase y tierra. Subtotal Consulta bibliográfica referente a relevadores de potencial y de corriente. Exposición temática por parte del profesor y los alumnos e ilustración con ejemplos con apoyo del pizarrón. Realización de ejercicios prácticos en clase y extra clase. Realización de prácticas. Participación de los alumnos durante ejercicios realizados en clase y extra clase que corresponderán al 20% de la calificación total. El primer examen parcial abarcará las unidades I, II, III corresponde al 60%. Prácticas de laboratorio comprende al 20%.

7 ASIGNATURA: Protecciones de Sistemas Eléctricos II CLAVE HOJA: 6 DE 14 UNIDAD: IV. NOMBRE: Relevadores de Corriente, Tensión, Direccionales de Equilibrio y Voltaje, Diferenciales y Distancia. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará el principio básico de funcionamiento, características de operación y aplicación específica de los relevadores de corriente. Resolverá ejercicios de aplicación Características generales. Capacidad continua y de tiempo corto. Capacidad de los contactos. Capacidad (VA) de la bobina de sello e indicador. Carga del bobinado. 1B, 2B, 3B y 4B Relevadores de sobrecorriente. Principios. Ajustes. Características de tiempo. Sobrecarga Tiempo de reposición Relevadores direccionales de corriente directa. De corriente. De tensión. De tensión y corriente. De equilibrio de tensión. De equilibrio de corriente. Para circuitos rectificados de C.A. Relevadores direccionales de C.A. Relevadores de potencia. Para protección de corto circuito. De sobrecorriente. Relevadores de equilibrio de corriente o tensión. Tipo de sobrecorriente. Tipo direccional. Exposición temática por parte del profesor y de los alumnos e ilustración con ejemplos con apoyo del pizarrón. Realización de ejercicios prácticos en clase y extra clase. Consulta bibliográfica sobre relevadores de corriente, tensión, direccionales de equilibrio, de voltaje, diferenciales y distancia. Realización de prácticas. Participación de los alumnos durante ejercicios realizados en clase y extra clase que corresponderán al 20% de la calificación total. El segundo examen parcial abarcará las unidades IV y V corresponde al 60%. Prácticas de laboratorio corresponde al 20%.

8 ASIGNATURA: Protecciones de Sistemas Eléctricos II CLAVE HOJA: 7 DE Relevadores diferenciales. Principio. Aplicación. Problemas que se tienen para el diseño de la protección diferencial. Aplicación a transformadores y generadores. Ejemplos de cálculo y esquemas de aplicación Relevadores de distancia. Tipos y características de funcionamiento. Ejemplos de cálculo y esquemas de aplicación. Subtotal Consulta bibliográfica sobre relevadores de corriente, tensión, direccionales de equilibrio, de voltaje, diferenciales y distancia. Exposición temática por parte del profesor y de los alumnos e ilustración con ejemplos con apoyo del pizarrón. Realización de ejercicios prácticos en clase y extra clase. Realización de prácticas. Participación de los alumnos durante ejercicios realizados en clase y extra clase que corresponderán al 20% de la calificación total. El segundo examen parcial abarcará las unidades IV y V corresponde al 60%. Prácticas de laboratorio corresponde al 20%.

9 ASIGNATURA: Protecciones de Sistemas Eléctricos II CLAVE HOJA: 8 DE 14 UNIDAD: V. NOMBRE: Relevadores de Hilo Piloto, Onda Portadora y por Onda Centimétrica. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará la variante de la protección diferencial en una protección, en la cual, la comparación de corrientes se hace por medio de hilo piloto o telefónico, por onda portadora o por onda de radio, en su aplicación para las líneas de transmisión y subtransmisión Relevadores de hilo piloto Características generales. Tipos. Supervisores de hilo piloto. Disparos remotos. 1B, 2B, 3B y 4B Relevadores por onda portadora. Características generales. Tipos Relevadores por onda centimétrica. Características generales. Tipos. Subtotal Consultas bibliográficas sobre relevadores de hilo piloto, onda portadora, y onda centimétrica. Exposición teórica por parte del profesor con apoyo del pizarrón o equipo audiovisual. Realización de exposiciones por parte de los alumnos. Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por los alumnos. Participación de los alumnos durante ejercicios realizados en clase y extra clase que corresponderán al 20% de la calificación total. El segundo examen parcial abarcará las unidades IV y V corresponde al 60%. Prácticas de laboratorio corresponde al 20%.

10 ASIGNATURA: Protecciones de Sistemas Eléctricos II CLAVE HOJA: 9 DE 14 UNIDAD: VI. NOMBRE: Esquemas de Protecciones a los Diferentes Elementos de un Sistema de Potencia. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno distinguirá los esquemas de protección más comunes de los elementos de un sistema de potencia, tales como: generador, transformador, líneas de transmisión y distribución, barras colectoras y alimentadores, estructurará los esquemas de protección, en particular de los elementos mencionados. 1B, 2B, 3B y 4B Protección del generador. Protección diferencial de un generador conectado en estrella/delta. Protección diferencial de un generador conectado en estrella con cuatro terminales. Protección diferencial de un grupo: generador transformador. Protección diferencial de un grupo: generador barras colectoras. Protección de sobrecarga. Protección combinada de fase auxiliar y diferencial. Protección contra fallas a tierra en el estator de las unidades generadoras. Protección de sobrecalentamiento del estator y chumaceras. Protección contra sobre tensiones. Protección contra sobre corriente. Protección contra fallas a tierra en el campo del generador. Protección contra corrientes de secuencia negativa Protección contra pérdida de excitación Protección contra sobre velocidad Protección de respaldo contra fallas externas al generador. Consultas bibliográficas sobre los esquemas de protección a los diferentes elementos de un sistema de potencia. Aplicación de los sistemas eléctricos por parte de los alumnos con la ayuda del profesor utilizando técnicas grupales. Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por los alumnos. Integración de equipos de trabajo para promover la colaboración en equipo. Participación de los alumnos durante ejercicios realizados en clase y extra clase que corresponderán al 20% de la calificación total. El tercer examen parcial abarcará las unidades VI y VII corresponde al 60%. Prácticas realizadas en el laboratorio corresponde al 20%.

11 ASIGNATURA: Protecciones de Sistemas Eléctricos II CLAVE HOJA: 10 DE Ejemplos de cálculo y esquemas de aplicación. Trasformadores de potencia, autotransformadores de puesta a tierra. Protección diferencial para las diferentes conexiones de los transformadores Protección Buchoolz Protección contra falla entre fases en los devanados primario o secundario. Protección contra fallas de tierra en el primario o en el secundario. Protección contra fallas de tierra en el secundario y respaldo de alimentadores. Protección contra fallas a tierra como respaldo por falla de interruptor de circuitos primarios. Ejemplos de cálculo y esquemas de aplicación Barras Colectoras. Protección diferencial en los diferentes arreglos. Ejemplos de cálculos y esquemas de aplicación. Líneas de transmisión. Protección de hilo piloto. Protección por onda portadora. Protección por onda centimétrica. Protección con relevadores direccionales de fase y tierra. Protección con relevadores de distancia. Ejemplos de cálculo y esquemas de aplicación Alimentadores. Esquemas usuales. Ajustes. Ejemplos de cálculo y esquemas usuales Subtotal Consultas bibliográficas sobre los esquemas de protección a los diferentes elementos de un sistema de potencia. Aplicación de los sistemas eléctricos por parte de los alumnos con la ayuda del profesor utilizando técnicas grupales. Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por los alumnos. Integración de equipos de trabajo para promover la colaboración en equipo. Participación de los alumnos durante ejercicios realizados en clase y extra clase que corresponderán al 20% de la calificación total. El tercer examen parcial abarcará las unidades VI y VII corresponde al 60%. Prácticas realizadas en el laboratorio corresponde al 20%.

12 ASIGNATURA: Protecciones de Sistemas Eléctricos II CLAVE HOJA: 11 DE 14 UNIDAD: VII. NOMBRE: Coordinación de Protecciones. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará los métodos disponibles de protección de sistemas con base en las características, rangos y ajustes de los distintos dispositivos de protección y obtendrá una coordinación adecuada dentro de cada uno de los elementos de un sistema de potencia, con el fin de aislar el equipo dañado por una falla, evitando así, las salidas de otros equipos que sean adyacentes o remotos. 7.1 Curvas características de los relevadores (I Vs. T). 1B, 2B, 3B y 4B Curvas características de los relevadores de sobre carga y tierra Curvas características de relevadores direccionales de fase o tierra Curvas características de los relevadores de distancia. 7.2 Conocimiento del método de medición del tiempo de apertura de interruptores Métodos disponibles. 7.3 Coordinación de la protección primaria y respaldo En un esquema radial de un banco y un alimentador Protección de líneas en paralelo Protección de sistemas en anillo. Subtotal Definición de la coordinación de protecciones,. Consultas bibliográficas sobre coordinación de protecciones. Explicación de los sistemas eléctricos por parte de los alumnos con la ayuda del profesor utilizando técnicas grupales. Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por los alumnos Integración de equipos de trabajo para promover la colaboración en equipo. Participación de los alumnos durante ejercicios realizados en clase y extra clase que corresponderán al 20% de la calificación total. El tercer examen parcial abarcará las unidades VI y VII corresponde al 60%. Practicas realizadas en el laboratorio corresponde al 20%.

13 ASIGNATURA: Protecciones de Sistemas Eléctricos II CLAVE HOJA: 12 DE 14 PRACT. RELACIÓN DE PRÁCTICAS NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDAD DURACIÓN LUGAR DE REALIZACIÓN 1 2 Conocimiento de los relevadores de sobrecorriente, diferenciales y distancia (dos sesiones). Conocimiento y pruebas a los transformadores de corriente y potencial. II III Todas las prácticas se realizarán en el laboratorio de Protección. 3 Pruebas de un esquema de sobrecorrientes. IV 4 Pruebas a un esquema de protección de alimentador VI Prueba a un esquema de protección de una línea de transmisión. VI 6 Pruebas a un esquema de protección de un banco de transformadores. VI 7 Pruebas a un esquema de protección de generador. VI Formación y estudio de esquemas típicos de protección. VII Total 54.0

14 ASIGNATURA: Protecciones de Sistemas Eléctricos II CLAVE HOJA: 13 DE 14 PERÍODO UNIDAD 1 er 2º 3º I y II III y IV V, VI y VI Examen departamental de las unidades 1.1 a 2.2.2, 2.3 a 3.2 y 3.3 a 4.6, lo que implica realizar tres evaluaciones durante el semestre, el promedio de éstas representará el 60% de la calificación correspondiente a las evaluaciones más el 20% correspondiente a ejercicios realizados en clase y extra-clase, participación en actividades individuales y de equipo. La evaluación de las prácticas de laboratorio se hará promediando la calificación de las prácticas realizadas y reportadas, siendo necesario que el alumno cumpla con un mínimo del 80% de asistencias. La elaboración de practicas represente el 20 %. Para la evaluación del curso es indispensable que el alumno apruebe la parte teórica como la parte práctica. La calificación final de esta asignatura será el promedio de las calificaciones obtenidas en la teoría y en la evaluación de prácticas. CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA 1 X Masón C. Russell, El Arte y Ciencia de los Relevadores de Protección, primera edición, Compañía Editorial Continental. México pp.. 2 X Westinghouse Electric Corporation, Relay Istrument División. Neware, Applied Protective Relaying, GeneralElectric, English Electric. 419 pp. 3 X Applied Protective Relaying, "Silent Sentillents" Westinghouse Electric Corporation Relay Istrument División. Neware, Kew Jersey pp. 4 X Protective Relays.Aplication Guide. The English Electric Company Limited. 679 pp. 5 X Dr. R. S. J. Ha. Switch Gear And Protection. Ed. Dhanpat RaI Sarak, DelhI ,1979

15 1. DATOS GENERALES: PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Zacatenco. CARRERA: Ingeniería Eléctrica. SEMESTRE Noveno. ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM. ACADEMIA: Potencia. ASIGNATURA: Protección de Sistemas Eléctricos II ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ingeniero Electricista ( maestría ). 2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno determinará la protección confiable y adecuada de los elementos de un sistema eléctrico de potencia, realizará los esquemas eléctricos de protección del sistema. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS Conocimientos amplios en la teoría y el análisis y ajuste de las protecciones para sistemas eléctricos de potencia. EXPERIENCIA PROFESIONAL En docencia y/o aplicaciones en Ingeniería Eléctrica. HABILIDADES Dominio del tema y habilidad para enseñar los conceptos básicos y aplicaciones de los relevadores en Ingeniería Eléctrica. ACTITUDES Colaboración con profesores integrantes de la academia. Servir al instituto en la enseñanza y mostrar una actitud de tutor hacia los alumnos. Ser equitativo en las evaluaciones de los cursos atendidos como profesor. Ser formador de hombres para ser útiles a la sociedad Compromiso social Responsabilidad ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ M. en C. Oscar L. Puente Navarrete Ing. Guillermo Santillán G M. en C. Jesús Reyes García Presidente de Academia Subdirector Académico Director ESIME-Zacatenco FECHA: 2006