MAESTRÍA EN SISTEMAS ELÉCTRICOS DE DISTRIBUCIÓN CURSO: Protección de Sistemas Eléctricos de Distribución PROFESOR: Leonidas Sayas Poma, Phd, MBA, MRS, Msc. Ing. lsayas@osinerg.gob.pe Celular: 996963438 / RPM: #485075
Calendario Clases semanales: MES DE AGOSTO, 10 y11, 17 y 18, 24 y 25, 31 y 01/SETIEMBRE. Sábados de 8:00 a 12:00 y 14:00 a 18:00 horas Domingos de 08:00 a 12 horas. Receso cada 2 horas.
Objetivos Calcular las corrientes de fallas simétricas y asimétricas Analizar y evaluar fallas en sistemas de distribución Seleccionar equipos de protección Interpretar las señales y alarmas dadas por los relés de protección Adquirir los criterios para el ajuste de la coordinación de la protección Evaluar las características de diversos tipos de relés de protección Conocer las nuevas tendencia de protección; smart grid en sistemas de distribución, protección adaptiva etc.
Temario 1. Conceptos de protección y normas de referencia. 2. Fallas en sistemas de distribución. 3. Dispositivos de protección. 4. Relés de protección. 5. Protección de alimentadores. 6. Primer examen 7. Protección de transformadores de distribución. 8. Criterios de coordinación de la protección 9. Protección adaptiva de sobre corriente. 10. Aplicaciones de Smart Grid en sistemas de distribución. 11. Ubicación optima de equipos de protección, seccionamiento e indicadores de falla. 12. Segundo examen.
Bibliografía 1. Protección de sistemas de distribución, Jose Albini Franca. 2. Protecáo de sistemas aéreos de distribuicáo, Electrobras. 3. Recommended practice for protection and coordination of industrial and comercial power systems, IEEE Std 242. 4. Recommended practice for electric power distribution for industrial plants, IEEE Std 141
Bibliografía Books
Normas de referencia
Bibliografía web http://www.abb.com http://www.sandc.com http://icecalculator.com/
Metodología del curso 1. Expositiva y participativa 2. 4 practicas calificadas/trabajos individuales. 3. Trabajo grupal, proyecto de protección de un sistema eléctrico de distribución.( presentación, exposición). 4. 02 exámenes ( parcial y final) 5. NF=0.2*PPC+0.5*PEX+0.3*(PP+EP)/2 6. Nota mínima aprobatoria 14( sistema vigesimal).
Conceptos de protección 1. Introducción 2. El sistema de distribución 3. Terminología en protección 4. Filosofía de protección
1. Generalidades El mayor porcentaje de accidentes y fallas ocurren en los sistemas de distribución (SD), por que son mucho mayores y está mas cerca de la población que los sistemas de transporte o generación. La implementación de la protección en el SD, debe enfocar filosofía, metodología, procedimientos y criterios para crear una nueva cultura o conceptos sobre protección del SD.
Sistema Eléctrico El objetivo de un Sistema eléctrico de distribución es asegurar un nivel satisfactorio de la prestación de los servicios eléctricos garantizando a los clientes un suministro eléctrico de las siguientes características: Continuo Adecuado Confiable Oportuno y de Calidad Al respecto debe contemplarse : Calidad del producto;tensión,frecuencia y perturbaciones Calidad del suministro; interrupciones Calidad del servicio comercial;trato al cliente,precisión en la medida de la energía Calidad de alumbrado público;deficiencias del alumbrado
Indicadores sistémicos que miden la calidad de suministro (P-074-2003-Osinergmin y Std- IEEE- 1366-2003) SAIFI: System Average Interruption Frecuency Index, o Frecuencia Media de Interrupción por usuario en un periodo determinado. SAIDI: System Average Interruption Duration Index, o Tiempo Promedio de Interrupción por usuario en un periodo determinado. SAIFI n i 1 N u i i 1, SAIDI n t i N u i Donde: ui: Número de usuarios afectados en cada interrupción i ti: Duración de cada interrupción i (medido en horas) n: Número de interrupciones en el período N: Número de usuarios del Sistema Eléctrico al final del período. Estos indicadores miden el comportamiento del sistema eléctrico en su conjunto Indicadores individuales que miden la calidad de suministro (NTCSE y su Base Metodológica) N: Numero de interrupciones por Nivel de tensión D: Duración de las interrupciones por nivel de tensión Estos indicadores sirven para compensación individual por la mala calidad de suministro
Indicadores Promedio 2005-2012 Empresas Distribuidoras Estatales Vs Privadas Fuente: OSINERGMIN 14
Benchmarking Principales Capitales Latinoamérica Fuente: CIER Elaborado por OSINERGMIN 15
Evolución del SAIFI Lima y Resto del País Interrupciones Programadas y No Programadas
Evolución del SAIDI Lima y Resto del País Interrupciones Programadas y No Programadas
Evolución del SAIFI Lima y Resto del País Por Instalación causante de las interrupciones: G - T - D
Evolución del SAIDI Lima y Resto del País Por Instalación causante de las interrupciones: G - T - D
Evolución del SAIFI Por Sector Típico de Distribución
Evolución del SAIDI Por Sector Típico de Distribución
Fuente: OSINERGMIN
Fuente: OSINERGMIN
Principales causas de las interrupciones Propias 45% Propias 52% Principales Causas de la Frecuencia de Interrupciones 2012 Total empresas Distribuidoras del Estado Otras E.E 20% Terceros 16% Principales Causas de la Duración de Interrupciones 2012 Total empresas Distribuidoras del Estado Terceros 17% Fen. Nat. 19% Otras E.E 17% 45% de SAIFI y 52 % de SAIDI por causas propias (mantenimientos y reforzamientos, fallas equipos y falta mantenimiento de componentes y servidumbres, entre otras causas). 16% de SAIFI y 17% de SAIDI es debido a terceros (Hurtos de conductores, contactos accidentales, caídas de árboles, vandalismos, entre otras causas originadas por terceros) 19% de SAIFI y 14% de SAIDI es por fenómenos naturales (descargas atmosféricas, fuertes vientos, entre otras causas climatológicas adversas) 20% de SAIFI y 17% SAIDI por Otras Empresas Eléctricas (mantenimientos, déficit de generación, fallas SEIN, entre otras causas originadas en OEE) Fen. Nat. 14% Fuente: OSINERGMIN
Evolución de Multas y Sanciones a las Empresas de Electricidad
Identificación de Problemas EN GENERAL en sistemas de distribución Descargas atmosféricas y Redes Extensas (33kV, 22.9kV y 13.2kV) Deficiente Sistema de Protección. No existe verificación de ubicación optima de equipos de protección, seccionamiento e indicadores de falla. No existe cultura de uso de indicadores de falla en distribución. ( sistema con neutro a tierra o neutro aislado). No se usa protección adaptiva en sistemas de distribución. Hurto de conductores Deficiente Mantenimiento Déficit de Generación SEIN, se paga MR? Falta margen de reserva en sistemas de generación aislada Sobrecarga de transformadores, falta de elementos N-1.
Redes Extensas (33kV, 22.9kV, 13.2kV) Alternativas de Solución Problema Alternativas de Solucion SIST.ELECT. ST - Redes de media tensión de mas de 300km y hasta 600km - Enlaces y/o líneas en 60kV SAN FRANCISCO 4 - Las redes recorren zonas de alto nivel isoceraunico -Doble fuente de alimentacion en donde sea factible POZUZO 4 -Descargas atmosféricas - Reforzamiento de Redes (remodelacion) y/o Ampliaciones CHULUCANAS 4 - El mantenimiento es muy complejo y difícil - Efectuar un estudio integral de coordinación del aislamiento RODRIGUEZ DE MENDOZA 4 -Materiales deficientes en muchos casos usados - Implementar criterio N-1, previos estudios de confiabilidad y si HUANCAVELICA RURAL 5 - Reposicion de componentes demoran mucho tiempo el crecimiento de la demanda lo amerita AYACUCHO RURAL 5 - Dispositivos de protección mal dimensionados HUANUCO RURAL 2 5 - Accesos a redes en mal estado e inexistentes PUQUINA-OMATE-UBINAS 5 - Deficiente Puesta a Tierra o en muchas casos inexistente HUARI 5 - Mal dimensionamiento de dispositvos y componentes de redes respecto al aislamiento - Falta coordinar el aislamiento y mejorar el sistema de PAT http://icecalculator.com/
Etapas de un sistema eléctrico de potencia TURBINA ALTERNADOR S.E. ELEVADORA L.T. S.E. REDUCTORA T G Y Y Y Y CARGAS L.S.T. S.E. DISTRIBUCION Y S.V.C. CARGAS GENERACION TRANSMISION DISTRIBUCION 13,8 KV 220 KV ELEV AD O RA PR IMA RI A 220 KV R ED UCTO RA PR IMA RI A 60 KV 60 10 KV KV R ED UCTO RA SEC UNDA RI A 10 KV 0,22 KV D ISTRI BUCI O N
El Sistema Eléctrico Moderno.
Etapas de un sistema eléctrico de potencia
Esquema Unifilar De La Red De Media Tensión
Alimentador A4103 SISTEMA ELÉCTRICO HUANCAVELICA RURAL
Tipos de sistemas de distribución (por la conexión del neutro) 10 kv 60 kv A1 A2 G DY An Sistemas con neutro aislado Sistemas con neutro artificial sin falla con falla Sistemas puesto a a tierra
Tipos de sistemas de distribución (1575) Tipos de sistemas de distrubución Desactivado, 3 Estrella, 45 Estrella aterrado, 412 Delta aterrado, 50 Delta, 1065
Conceptos fundamentales Misión de los sistemas de protección Funciones de los relés de protección Esquemas de protección Zonas de protección Sensibilidad Selectividad Coordinación Características tiempo corriente Coodinograma
Misión de los sistemas de protección Minimizar los efectos de las perturbaciones sobre el resto de la red, aislando el elemento fallado con rapidez evitando la propagación y pérdida de estabilidad del sistema con el consiguiente colapso. Prevenir y atenuar los daños a los equipos minimizando los efectos de las variables anormales. Salvaguardar físicamente a las personas evitando accidentes y lesiones
Funciones de los sistemas de protección Protección: Conjunto de equipos necesarios para la detección, evaluación y eliminación de la falla. Los relés deben detectar rápidamente la falla y dar orden de alarma o disparo al interruptor. TC Interruptor Relé Bobina de disparo Carga Contactos del relé Banco de baterias
Funciones de los sistemas de protección Circuito elemental Alimentador de Distribución Interruptor TC I> B Relé C BD Fuente DC Donde: TC B C BD = Transformador de corriente = Bobina de operación del relé = Contacto de disparo del relé = Bobina de disparo del interruptor
Funciones de los sistemas de protección Efecto de la protección Minimiza el daño Reduce la gravedad y duración de la falta de servicio eléctrico Lo que permite continuar con suministro y evitar perdidas económicas que es mas cuanto mayor es la zona afectada y el tiempo de duración.
Funciones de los sistemas de protección Función de la protección Detección y desconexión automática del elemento afectado por una falla o régimen anormal de operación. Proporcionar información del tipo de falla o régimen anormal. Indicar la localización del problema. Comunicar al CC sobre la anomalía. Evalúa evento, conmuta circuitos, restablece el suministro y aísla la parte fallada. Genera OT para reparar la parte fallada, MS mediante GPS.
Disparo Alarma y disparo Toda aquella desconexión causada por la actuación del dispositivo de protección. Alarma Detectan la anomalía en su etapa inicial, sobrecarga, sobretensión, sobretemperatura, etc. Dando la oportunidad al operador localizar la anomalía.
Esquema de protección Definición Arreglo completo de dispositivos de protección y equipos asociados para lograr una función especifica de protección, en base a un principio de operación y diseñado para un objetivo dado.
Elemetos de un esquema de protección Los principales son: Relés Fusibles Interruptores termomagneticos Interruptores o disyuntores Reconectadores Seccionadores Transductores Sistemas de comunicación Fuente auxiliar
Zonas de protección Quien define Zona de protección??
Los TC fijan los limites de Zonas de protección
Zonas de protección en distribución Tramo de una red protegido por un equipo La zona es determinada en función del equipo Cada equipo tiene su característica y finalidad especifica en un SD DISYUNTOR RECLOSER TC 52 R 51 FUSIBLE RELE DE SOBRE CORRIENTE ZONA DE PROTECCION
Zonas de protección Los equipos de protección están expuestos a fallas u omisiones de actuación Es necesario prever protección de respaldo, por lo menos para el primer equipo instalado antes, en dirección de la carga, y de esta manera efectuar los ajustes de coordinación entre el protector y el de respaldo considerando los respectivos intervalos de coordinación. RESPALDO PROTECCTOR PROTECCTOR
Sensibilidad k Capacidad del dispositivo para interrumpir la Iccmin en el final del tramo de su zona de protección, y de mantener cerrado para la Imax de carga. La sensibilidad esta aliada a un factor de seguridad que depende de: los datos para el calculo de la Icc y de los equipos de protección. I ccmin I ajuste 1 Donde: K = es el factor de seguridad atribuido el (1.5; 2; 3..) Icc min = menor valor de cortocircuito en el tramo considerada de la zona de protección. I ajuste = corriente de disparo del equipo de protección
Sensibilidad de la unidad de fase 1 2 R 3 5 4 k I cc I aju 1 Donde: Icc FF es el menor valor de la corriente de cortocircuito fase-fase encontrado en los puntos 1, 2, 3, o 4- Iaj F es el valor da corriente de disparo de fase del reconectador
Sensibilidad de la unidad de tierra 1 2 R 3 5 4 k Icc. t I ajneutro 1 Donde: - Icc F es el menor valor de la corriente de cortocircuito fase-tierra encontrado en los puntos 1, 2, 3 o 4 - Iaj F es el valor da corriente de disparo de tierra del reconectador
Selectividad Es la condición que se da a dos o más equipos de protección de interrumpir y mantener aislado el menor tramo del sistema, provocado por cualquier tipo de falla (transitoria o permanente) sin interrumpir el suministro de los clientes instalados entre ellos y la fuente. T RELE 52 51 A C B T2 T1 FUSIBLE Icc
Coordinación Es la condición que se da a dos o más equipos de protección, instalados en serie, para operar en una determinada secuencia de operación previamente definida, en condiciones de falla en el sistema REGLA ELEMENTAL DE COORDINACION 1. Para fallas permanentes: aislar el menor tramo que esté en falla. 2. Para fallas transitorias: eliminar la falla, en cualquier parte del SD, en el menor tiempo posible y proporcionar un esquema de reconexión para garantizar la continuidad del suministro de energía
Coordinación A C T 3(L2) 2(L1) F3 F3 R2 F2 R1 B F1 F1 y F2 1(R2) 2(R1) D Icc
Caracteristica tiempo corriente Representa la respuesta del equipo de protección para cualquier valor de ajuste, en función de la corriente de cortocircuito del sistema. Las características Tiempo x Corriente, también llamadas curvas de tiempo, pueden ser presentadas de tres maneras: Tiempo x Corriente, Tiempo x Múltiplo de la corriente de ajuste y Porcentaje de la corriente de ajuste. T(s) T(s) T(s) I(A) I / Is % I
Coordinograma Gráfico que ilustra la coordinación de los equipos de protección, que puede ser obtenido computacional o manualmente. Es construido a través del uso correcto de las características Tiempo x corriente de los diversos equipos de protección suministradas por los respectivos fabricantes. Método de elaboración: punto a punto, plantilla y sobreposición de curvas. Este último es el mas rápido, eficiente y práctico, pero exige que las características, Tiempo x Corriente de los equipos utilizados estén en una misma escala t t4 k t3 t3 t2 k t1 t1 C F K,L K I Icc Iccmin Iccmax
Preguntas, comentarios?