IMPACTO DE LA PROTECCIÓN ELÉCTRICA EN LA CALIDAD DE SUMINISTRO Leonidas Sayas lsayas@osinerg.gob.pe Gerencia de Fiscalización Eléctrica
OBJETIVOS Analizar el origen y las causas más incidentes en las interrupciones. Evaluar el impacto de la protección eléctrica en la calidad del suministro Identificar aspectos emergentes para mejorar la calidad de suministro 2
TEMARIO Intereses de los usuarios. Indicadores de calidad de suministro Origen de las interrupciones Filosofía de protección eléctrica Impacto de la protección eléctrica 3
Principales Intereses de los Usuarios Seguridad en Zonas de Afluencia de Público Atención oportuna de Reclamos Técnicos y Comerciales Mejor trato de las concesionarias Seguridad en Instalaciones Eléctricas Públicas Principales intereses de los Usuarios Menos Interrupciones Facturación y Medición confiable Reposición rápida del Servicio interrumpido Alumbrado Público en buen estado Que la tensión No Varíe 4
Actividades del sistema Eléctrico COMERCIALIZACIÓN 5
LINEAS DE TRANSMISIÓN ELÉCTRICA > 30 kv
ÁREAS DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA CON CONCESIÓN
CALIDAD DE SUMINISTRO ES UNA PERCEPCIÓN? REGULADOR Punto de vista de la Concesionaria Punto de vista de usuario LEYES DE LA GESTALT Es imposible percibir simultáneamente dos figuras (reversibilidad)
INDICADORES DE INTERRUPCIONES Indicadores sistémicos que miden la calidad de suministro (P-074-2003 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
SAIFI CALIDAD DE SUMINISTRO 70.00 SAIFI vs SAIDI DE EMPRESAS DE DISTRIBUCIÓN - AÑO 2011 60.00 50.00 * Información a Setiembre 2011 ELECTRO ORIENTE 40.00 30.00 20.00 10.00 ELECTRO PUNO SAIFI: 12.27 SAIDI: 23.26 ELECTROSUR SEAL ELECTRONOROESTE ELECTRO UCAYALI EDELNOR ELECTRONORTE ELECTRO SUR ESTE HIDRANDINA ELECTROCENTRO ELECTRO SUR MEDIO EDECAÑETE LUZ DEL SUR 0.00 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 SAIDI
EVOLUCIÓN POR NATURALEZA Evolución Anual de la Frecuencia Promedio de Interrupciones (SAIFI) por Naturaleza Electrosur S.A. Evolución Anual de la Duración Promedio de Interrupciones (SAIDI) por Naturaleza Electrosur S.A. 30 26.6 R.C. No Programado Programado SAIFI Total SAIFI Esperado Total SAIFI Esperado de MT 26.8 60 R.C. No Programado Programado SAIDI Total SAIDI Esperado Total SAIDI Esperado de MT 54.7 25 20 15 10 5 0 0.8 15.5 10.3 14.7 24.4 0.5 16.4 14.1 1.5 16.9 7.6 8.3 13.7 17.9 23.6 23.8 0.8 15.6 17.0 PUQUINA-OMATE- UBINAS TARATA TOMASIRI PUQUINA-OMATE- UBINAS TOMASIRI TARATA 11.2 11.4 11.6 11.6 7.1 1.2 18.9 ICHUÑA TOMASIRI PUQUINA-OMATE- UBINAS 10.0 23.0 0.9 15.8 5.5 6.4 16.4 14.6 1.3 14.6 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 8.3 12.2 2.9 8.3 50 40 30 20 10 0 37.1 0.75 16.1 20.3 27.6 48.9 0.1 19.7 30.7 29.1 30.0 0.5 23.5 24.2 39.8 0.74 19.1 20.0 33.9 ICHUÑA PUQUINA-OMATE UBINAS TARATA 20.5 21.3 21.9 22.1 38.1 0.8 0.2 20.5 17.9 16.9 47.6 ICHUÑA PUQUINA-OMATE UBINAS TARATA 19.0 39.1 TOMASIRI PUQUINA-OMATE- UBINAS ILO 21.0 31.0 31.0 31.0 0.49 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 15.8 21.4 15.8 9.1 Sistemas críticos 2011 (SAIFI/SAIDI Total): SAIFI - Tomasiri - Puquina-Omate-Ubinas - Ilo SAIDI - Tomasiri - Puquina-Omate-Ubinas - Tarata 12
CAUSAS RELEVANTES 2011 CAUSA % SAIFI 2011 CAUSA % SAIDI 2011 Hurto de conductor eléctrico 10.26% Hurto de conductor eléctrico 22.29% Otros - Propio 25.28% Otros - Propio 16.95% Por Mantenimiento - Otras E.E. 7.36% Por Mantenimiento - Otras E.E. 13.36% Por Mantenimiento - Propio 6.09% Por Mantenimiento - Propio 9.63% Por reforzamiento de redes - Propio 4.14% Por reforzamiento de redes - Propio 6.45% Caída conductor red 7.68% Caída conductor red 5.89% 13
INCIDENCIA DE LA PROTECCIÓN ELÉCTRICA EN LA PROBLEMÁTICA DE INTERRUPCIONES
SISTEMA ELÉCTRICO TACNA DIAGRAMA UNIFILAR DEL SISTEMA ELÉCTRICO Sistema Eléctrico O-41 Alimentador O-343 SET O-81
CAUSAS ATRIBUIBLES A LA DEFICIENTE PROTECCIÓN ELÉCTRICA RESPONSABILIDAD Fenómenos Naturales Terceros Propias CAUSA Descargas atmosféricas Aves Ajuste inadecuado de la protección Bajo nivel de aislamiento (aislador roto/tensión inadecuada) Corte de emergencia (no incluídas en PM y PE) Error de maniobra Falla de equipo (transformador, interruptor y/o seccionador de potencia) Fallas temporales o permanentes?
Para Sistemas eléctricos Monofásicas 80 % Bifásicas 7% Bifásicas t 10% Trifásicas 3% Total 100% Ubicación de las fallas Redes 85% Estadística de fallas shunt Barras y transformador 15% L.Sayas P. Nota: Del total de fallas a tierra el 70% es transitoria y el 20% permanente (5% caída de línea) El sistema de protección debe considerar estos valores
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 L.Sayas P. 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 L.Sayas P.
Sistema de protección DISYUNTOR RECLOSER TC 52 R 51 FUSIBLE RELE DE SOBRE CORRIENTE ZONA DE PROTECCION L.Sayas P.
Coordinación A C T 3(L2) 2(L1) F3 F3 R2 F2 R1 B F1 F1 y F2 1(R2) 2(R1) D Icc L.Sayas P.
Recloser, Reconectadores, Restauradores Operación: Disparos 2 rápidos- 2 lentos 1 rápidos 3 lentos 3 rápidos- 1 lento 0 rápidos- 4 lentos Gabinete de control y comunicación montaje en poste L.Sayas P.
Secuencia de Operación OPERACIONES RAPIDAS (CONTACTOS CERRADOS) OPERACIONES LENTAS (CONTACTOS CERRADOS) 1er CONTEO 2do CONTEO 3er CONTEO CORRIENTE DE FALLA 2s 2s 10s SALIDA FINAL DEL RESTAURADOR (CONTACTOS ABIERTOS) CORRIENTE DE CARGA (CONTACTOS CERRADOS) INICIO DE LA FALLA TIEMPO TTA INTERVALOS DE RECIERRE (CONTACTOS ABIERTOS) L.Sayas P. TTA=TIEMPO TOTAL ACUMULADO
Problemas en Sistemas con neutro aislado 10 kv 60 kv A1 A2 G Y D An Vr Vr Vt Vs sin falla L.Sayas P. Vt Vs con falla
Sistemas con neutro aislado Xo/X1 3 L.Sayas P.
Sistemas con Neutro Puesto a Tierra 10 kv 60 kv A1 A2 G Xo/X1 3 DY An Vr Vr Vt Vs Vt Vs sin falla con falla L.Sayas P.
A SAB 3772 A SAB 4405 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 Contribución de corrientes ante falla monofasica 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 L.Sayas P.
Oscilograma corrientes ante falla monofasica TENSION FASE A TIERRA 10 kv CORRIENTE DE LINEA L.Sayas P.
Fallas evolutivas L.Sayas P.
L.Sayas P. Doble falla a tierra
Corrientes en barras de la SET Tensiones fase a tierra OSCILOGRAFIA DOBLE FALLA A TIERRA Condiciones Normales Condiciones de Falla a Tierra L.Sayas P. Condiciones de Doble Falla a Tierra
Tensiones y corrientes 3 Io Io > Io condición de ope ración Uo 3 Uo L.Sayas P.
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 L.Sayas P. Ef SET Z1 Z2 Io 3 Rfalla Vo
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. Cálculo de la falla L.Sayas P. Io La (3Rf T 0 0 0 ) 0 2 0 0 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 0 2 0 2
Problemas de Coordinación de la protección 1000/5 A C1 20 MVA 115/13.8 kv 51 t (ms) Curvas de tiempo inverso inadecuado margen de coordinación entre dispositivos C3 C2 51 500/5 A I max. de falla I falla =2000 A Intervalo de tiempo I (A)
Problemas con los Transformadores de protección Clase de precisión Clase de precisión para medición: 0,1 0,2 0,5 1 3-5 Clase de precisión para protección: 5P 10P - 15P 20P 30P Error: Para protección: Donde: 100 1 T I P T 0 ( K Ip = Corriente del primario, is = valor instantáneo del secundario Ip = valor instantáneo del secundario, T= duración del ciclo. n is ip) 2 dt
Comportamiento de los TI ante los cortocircuitos Al circular la Icc crea problemas térmicos y dinámicos en el transformador: Corriente térmica(limite térmico): Es la máxima corriente primaria valor eficaz que puede soportar el TC durante un segundo sin provocar daños debido al calentamiento con el secundario en cortocircuito. Corriente dinámica: Es el valor pico de la corriente primaria, que soporta el TC sin sufrir daño físico debido al esfuerzo electromagnético, estando el secundario en cortocircuito.
Comportamiento ante los cortocircuitos Ith = Scc/(1,73 Un) Idin = 2,5 Ith (UNE/IEC) Idin = 2,83 Ith (ANSI) Los transformadores de corriente trabajan permanentemente con el secundario en cortocircuito, caso contrario se destruyen.
Transformador de corriente ópticos digitales
Transformador de corriente óptico digital
Otros problemas 1. DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Para tensiones mayores a 60 kv, se debe habilitar Recierres monofásicos este será exitoso si la resistencia de PAT se encuentre dentro de un valor bajo. Si la resistencia de PAT es alta y se efectúa el recierre, se producirá una desconexión trifásica debido al recierre no exitoso. Implementar reclosers en cabeceras de alimentadores en sistemas radiales y complementarlos con seccionadores con sensores electrónicos.
Implementación de Seccionadores Reestablecibles
REDES EXTENSAS En los sistemas eléctricos, se cuenta con redes extensas de 200 a 600 Km en MT que utilizan seccionadores fusibles (Cut-Out). En estas redes no existe selectividad. Las redes recorren zonas de alto nivel isoceraunico, no hay una adecuada limpieza de la faja de servidumbre y esto ocasiona fallas temporales Se incrementa el SAIDI al no encontrarse la ubicación de la falla ocasionando demora en la reposición. No garantizan una rápida ubicación de las fallas y no funcionan correctamente ante fallas transitorias
2. AVES Problemática con mayor incidencia en costa y Selva del País. Las aves se posan en las estructuras y al momento de alzar vuelo hacen contacto con las líneas de transmisión, ocasionando falla a tierra y salida de servicio. Ante esta problemática la protección debe ser selectiva. Se mitiga el efecto poniendo barreras o cubiertas en las crucetas. Las aves rompen las distancias de fase a tierra
4. BAJO NIVEL DE AISLAMIENTO Inadecuada selección del aislamiento y de los pararrayos de subestación y de línea. Falta coordinar el aislamiento y mejorar el sistema de PAT Pararrayo de línea PAT en Subestaciones
5. ERROR DE MANIOBRA Falta de capacitación al personal Fallas técnicas y humanos con situación de indisponibilidad de instalaciones o equipos, incluyendo pérdidas de los sistemas de control de los centros de operación o de comunicaciones.
7. FALLA DE EQUIPO Error en el dimensionamiento de los equipos. Equipos deteriorados. Materiales deficientes, en muchos casos usados. Interruptor de aire comprimido Falla en Bobinado de Transformador
CASO: Aplicación instalaciones Electrosur
SE0112 (TACNA) SE0111 (MOQUEGUA) SE0113 (YARADA) SE0110 (ILO) SE0117 (ICHUýA) SE0114 (PUQUINA-OMATE- UBINAS) SE0115 (TARATA) SE0240 (MOQUEGUA RURAL) SE0116 (TOMASIRI) RESUMEN DE INTERRUPCIONES DE ELS 120 100 80 60 SAIDI Actual (2010) SAIDI Esperado Resumen SAIDI Total 2010 Vs SAIDI Esperado 111.0 73.1 71.2 63.6 83.9 40 37.4 38.3 38.2 20 20.5 0 2 3 4 5 Sistemas Interconectados 50
SE0112 (TACNA) SE0111 (MOQUEGUA) SE0113 (YARADA) SE0110 (ILO) SE0117 (ICHUýA) SE0114 (PUQUINA-OMATE- UBINAS) SE0115 (TARATA) SE0240 (MOQUEGUA RURAL) SE0116 (TOMASIRI) RESUMEN DE INTERRUPCIONES DE ELS 60 50 Resumen SAIFI Total 2010 Vs SAIFI Esperado SAIFI Actual (2010) SAIFI Esperado 50.4 40 39.7 30 20 19.9 17.4 26.2 30.1 23.0 28.7 16.0 10 0 2 3 4 5 Sistemas Interconectados 51
RESUMEN INVERSIONES A CORTO PLAZO - ELS (Aprox.) Item Acciones de Corto Plazo ejecutadas por ELS S/ a) Adecuaciones, Remodelaciones (anual aprox) 2,300,000 b) Inversiones 1,159,634 c) Mantenimiento Correctivo 523,055 d) Campaña para Contrarestar Hurto de Conductores (anual) 145,000 e) Capacitación (10,700 horas aprox 2010) - 46.40 horas/trabajador Total 226,741 4,354,430 b) 1,259,634 33% c) 523,055 13% a) 1,700,000 44% e) 256,741 7% d) 125,000 3% 52
SE0112 (TACNA) SE0111 (MOQUEGUA) SE0113 (YARADA) SE0110 (ILO) SE0117 (ICHUýA) SE0114 (PUQUINA-OMATE- UBINAS) SE0115 (TARATA) SE0240 (MOQUEGUA RURAL) SE0116 (TOMASIRI) IMPACTO DE LAS INVERSIONES A CORTO PLAZO - ELS 120 SAIDI Actual (2010) Resumen SAIDI Total 2010 Vs SAIDI Esperado 111 100 SAIDI Esperado 80 60 SAIDI Obtenido 64 77 73 71 84 40 37 36 38 47 43 38 43 20 22 21 24 24 12 0 2 3 4 5 Sistemas Interconectados 53
SE0112 (TACNA) SE0111 (MOQUEGUA) SE0113 (YARADA) SE0110 (ILO) SE0117 (ICHUýA) SE0114 (PUQUINA-OMATE- UBINAS) SE0115 (TARATA) SE0240 (MOQUEGUA RURAL) SE0116 (TOMASIRI) IMPACTO DE LAS INVERSIONES A CORTO PLAZO - ELS 60 50 40 SAIFI Actual (2010) SAIFI Esperado SAIFI Obtenido Resumen SAIFI Total 2010 Vs SAIFI Esperado 40 50 30 20 10 20 17 11 10 26 14 30 19 23 16 25 29 19 16 10 27 0 2 3 4 5 Sistemas Interconectados 54
Gracias Leonidas Sayas Poma lsayas@osinerg.gob.pe Gerencia de Fiscalización Eléctrica