coordinacion de protecciones 1

COORDINACION DE PROTECCIONES ELECTRICAS

ING. GUSTAVO ESPINOSA BARREDA.

CONSULTOR.

ASESORIAINDUSTRIAL

Protecciones Básico

Justificacion para Estudios de Ingeniería


Introducción al corto circuitoEjercicio coordinación de protecciones.Calidad, Energía y protecciones.Fenómeno del RayoDiseño de Malla de TierraComentarios de Pararrayos.I.I.E. CFE Pararrayos

DIVERSOS ENFOQUESA LA COORDINACION DE PROTECCIONES.


Icc. Protección de Conductores

Cortacircuitos Protecciones.



Protección de Generadores

Guía de Aplicación (Relevadores de distancia.)

Manejo de Graficas X-R.

Introducción de Relevadores.


Introducción de fusibles.

Coordinación con fusibles

Selectividad ejemplo 1

Selectividad ejemplo 2


Interruptores G.E.

Interruptor de potencia ( tanque muerto.)


TC´s – 1

TC´s - 2

Coordinación de Protecciones Eléctricas


COORDINACION DE PROTECCIONRelés de Tiempo Inverso

Cuando los sistemas de potencia consisten de secciones cortas de cable, así que la impedancia total de línea es baja, el valor de la corriente de falla seran controladas principalmente por la impedancia del transformador o otra planta Fija, y no variara grandemente con la ubicación de la falla. En tales casos, podría ser posible a graduar los Relés de Tiempo Inverso (Inverse Time Relays) en muchisimos de la misma manera que los relés de Tiempo Definido (Definite time relays).

Sin embargo, cuando los probables corrientes de falla varíe sustancialmente con la ubicación de falla, es posible hacer uso de este hecho empleando ambas graduaciones de tiempo y corriente así como mejoras en el performance del Equipo de trabajo (Overall) del Rele.

Este es uno de los mayores ventajas del Rele de Tiempo Inverso (Inverse Time Relay) sobre el Rele de tiempo definido (Definite Time Relay) en sistemas en el cual hay una gran variación en la corriente de falla entre los dos entremos del Alimentador (Feeder), debido a la rapidez del tiempo de operación pueden ser logrado para el relé mas cercano a la fuente, donde el Nivel de Falla es el mas alto.

Los cálculos de graduación de Rele de Sobrecorriente son mejor ponerlos en forma tabular y el sistema de distribución mostrado en figura será usado a ilustra el método. En este ejemplo la Barra de SSEE A de 11 KV son alimentados (fed) vía dos transformadores en GRID (paralelo).

Las cuales están conectados a un sistema EHV (Extra High Voltage) de despreciable impedancia de fuente . Así la potencia de cortocircuito sobre la barra de 11KV en la SSEE A con los dos transformadores en Grid en servicio es de 150MVA, el cual corresponde una impedancia de la Fuente de 0.81W.

La SSEE A suministradora es mostrado alimenta a SSEE B, C, D, E a través de un sistema de distribución radial que incluye una sección del alimentador (Feeder) teniendo la impedancia de fase mostrada en el Diagrama.

Los cargas son alimentadas desde cada SSEE, la suma las corrientes de carga fluyen en el circuito del alimentador siendo como se muestra.


La cuarta y quinta columna contiene el correspondiente corriente de Falla máxima y mínima.

Ubicación Impedancia Total ()=KV2/MVA

Corriente de falla=KV/(1.73xZ)

CorrienCarga

Máxima(A)

RelaciónDe CT

Relay Current Setting(Corriente de Reglaje de Rele)

Min. Max. Min. Max. % I Primario (A)

A 0.81 1.62 7850 3920 420 400/5A 150 600

B 1.41 2.22 4500 2860 300 400/5 125 500

C 2.36 3.17 2690 2003 130 200/5 100 200

D 4.56 5.37 1395 1182 50 100/5 100 100


La data son analizadas en tabla 9.1 . La impedancia total incluyendo la impedancia de la fuente en cada SSEE es dado en la segunda columna. La tercera columna da la impedancia correspondiente con la potencia de barra de cortocircuito en la SSEE A reducido a un asumido mínimo, en este ejemplo por desconexión de uno de los dos transformadores alimentadores .


Pcc detras de tranformadores es muy grande… entonces Zcc. detras es despreciable. Pcc con un transformador 150MVA Pcc con dos transformadores 300MVA

UBICACION DE FALLA

Rele D C B A

MVAcc

26.5 51.2 85.6 149

PSM TC

TMS Ta PSM TC TMS Ta PSM TC TMS Ta PSM TC TMS

Ta

D 13.95 2.60

0.05 0.13

1395.0A/100

C 6.975 3.60

0.175

0.63 13.45 2.60 0.175

0.455

1395.0A/200

TaC/TC

TaD+.5

2690.0A/200

B 5.38 4.10 0.233

0.955

9.00 3.15 0.233

0.735

2690.0A/500

TaB/TC

TaC+.5

4500.0A/500

A 7.50 3.45 0.358

1.235

13.08 2.65 0.358

0.95

4500.0A/600

TaA/TC

TaB+.5

7850.0A/600


Las corrientes máximas de carga trasmitida a través de cada SSEE dentro de la proxima seccion alimentador (Feeder) son listados en la sexta columna. De esta data, Convenientes Relaciónes de Transformador de corriente y (Relay Current Setting) son seleccionado.

Deberá ser notado que la (primary current setting) deberá ser seguramente aproximado a la corriente de Carga Máxima estimada, en orden a permitir algún margen de crecimiento de carga, Cargas Altas inesperadas, Cargas Picos transitorias y el reseteo completo de Rele después hasta el fin de la falla.

Con los circuitos transportadores la corriente de carga máxima esperada.El Reglaje de (Relay Setting) Rele deberá se bajo la corriente de falla mínima en la quinta columna.

Los Relés de sobrecorriente son proyectados a proveer una discriminación de protección contra fallas del sistema y no da protección precisa contra sobrecarga.



El TMS (Relay Time Multiplier Setting) del rele son calculados como se pone en fig. 9.20La graduación es calculada para el valor relevante máximo de la corriente de falla el cual debido de la forma inversa de la curva característica del Rele asegura que el margen de graduación sea correspondientemente incrementado por algún menor valor de corriente de arranque con el Rele en la SSEE D mas rápido de la fuente de energía, El PSM (Plug Setting Multiplier) es calculado de un conocimiento de las corrientes de falla máxima fluyendo a través de este punto y del (Relay current setting).

SSEE DRelación de CT 100/5ARele de corriente CDG11 (normado IDMT)Setting =100%=100ANivel de Falla máxima en la Barra de SSEE D =1395Por esto el PSM del Rele =1395/100 = 13.95Ahora de la figura 0.14 el tiempo de operación del Rele normado IDMT a 13.95 y a un 1.0TMS es 2.6 Segundos.


No seguir Rele D (No relay follows D), pero un pequeño retardo de tiempo es aun requerido a permitir la discriminación con la protección del sistema de menor tensión .Además el viaje de los contactos del Rele D deberá ser hecho sin ser hecho fluctuaciones pequeñas, así como prever la posibilidad de Shock de operación mecánica.

Un TMS (Time Multiplier Setting) de 0.05 es tan bajo como es prudente en este ultimo respecto es adoptado en este ejemplo, asumiendo que la discriminación con Interruptor de Menor Tensión es satisfactorio. Desde un actual tiempo de disparo (actual tripping time) para relé D es obtenido.

0.05 x 2.6 = 0.13 segundosUn margen de graduación de 0.5s es adoptado en este ejemplo así que el Rele en la SSEE C deberá tener un tiempo de operación, para una falla en SSEE D, como sigue.


SSEE CRelación de CT 200/5ARele de corriente CDG11 (normado IDMT)Setting =100%=200AGraduación de Rele C con D a Nivel de Falla máxima en la Barra de SSEE D =1395Por esto el PSM del Rele =1395/200 = 6.975Ahora de la figura 9.14 el tiempo de operación del Rele normado IDMT a 6.975 y a 1.0TMS es 3.6 Segundos.

Tiempo de discriminación de Relés requerido = 0.13 + 0.5s = 0.63s Por esto TMS requerido de Rele = 0.635/3.6 = 0.175s

Los cálculos ahora proceden para relé C con una falla (close up) en SSEEC dando un PSM (Plus Setting Multiplier) que es calculado como sigue.

Corriente de falla máxima para una falla inmediatamente cercanamente fuera de Barra SSEE C : = 2690A

Por esto el PSM de Rele =2690/200 = 13.45


Ahora de la figura 9.4 el tiempo de operación del Rele normalizado a 13.45 veces (Relay Plug Setting) es 2.6 segundos el cual en unión con el TMS (Time Multiplier Setting) previamente determinado para Rele C como 0.175 da un tiempo de operación actual de Rele C para una falla cercana (close up) a un nivel de falla máxima, de:0.175 x 2.6 = 0.455 segundos

La graduación de relés restantes procede por pasos similares a aquellos puestos arriba (ver cuadro) .Es apreciable algunas de los valores puestos (set out) en tabla 9.2 son mostrados en un orden mayor de precisión que es justificado en la practica.Esto es deseable en este ejemplo teórico en orden que dirigir a las figuras de graduación no se confundir por aproximación . Será notado que aunque incrementan los tiempos de disparo (tripping times) en secuencia desde el Rele D al A. El tiempo de operación del Rele (operating time relay) A para una falla cercana (close up) es mucho menor que tres pasos de graduación mayores que aquel del Rele D, una ganancia en performance del equipo de trabajo (Overall) el cual es debido a la característica del Relé Tiempo / Corriente .


Finalmente para completar el ejercicio las curvas de discriminación por los Relés en SSEE A, B, C, D son ploteados en figura 9.15 desde el cual puede claramente ser vistos que a los niveles de Falla Máximo las varias Barras SSEE , un margen de graduación de 0.5s. ha sido logrado y que los Relés también operan satisfactoriamente con la corriente de Falla mínima disponible.Se empieza por D, el TMS en las filas son los mismos ya que se trata del mismo rele vee la falla cercana o lejana de este Rele.

En las columnas se da el margen de graduacion de 0.5s para una misma falla entre dos reles. Rele de fila superior es mas rrapido ya que esta mas cerca de la falla.

z= KV2/MVA

Z acumulado Imax (A)=11/(1.73xZmin)

Imin(A) =11/(1.73xZmax)

Max.Corrientecarga (A)

Relacion TC

Relay Current Setting

UBICACIÓN

Zmin

ohm

Zmax ohm

ohm % Ipri(A)

A MVAcc fuente

0.81

1.62

0.81 (Zmax =1.62)

7850 3925 420 400/5A

150

600

B 1.41

2.22

0.81+0.6 4509 2864 300 400/5A

125

500

C 2.36

3.17

0.81+0.6+0.95 2694 2006 130 200/5A

100

200

D 4.56

5.37

0.81+0.6+0.95+2.2

1394 1184 50 100/5A

100

100


Tc = Relay operating time from standard curve at given PSM (segundos) el Tc se obtiene con PSM y TMS=1.

PSM = Relay Plug Setting Multiplier = Corriente maxima de falla calculada / Valor primario del TCTMS: Relay Time Multiplier Setting

Ta : Relay Actual Operating Time(segundos) .Ta se obtiene multiplicando Tc x TMS nuevo: El TMS nuevo es menor a uno (o al TMS inicial).Cuando la corriente de falla es muy alta y en el grafico de rele inverso no se graficase puede asumir el tiempo de 0.28segundos

Cuando la corriente de falla es muy alta y en el grafico no se graficase puede asumir el tiempo de fusible de 0.01segundos

Margen de Graduacion permitido entre Rele y fusible t' = 0.4 x t + 0.15segundos = 0.4 X 0.01 + 0.15 = 0.154 segundos Tiempo de Operación de Rele Extremadamente Inverso = t' + 0.01 = 0.154 + 0.01 = 0.17segundos

COORDINACION DE PROTECCIONAPLICACIÓN DE RELEVADORES EN FALLA A TIERRA

FALLA A TIERRA DE ALTA IMPEDANCIA APLICADO A SISTEMAS ELECTRICOS

OBJETIVO • Se analiza tensiones y corrientes en el caso de presencia de la falla tanto en sistemas puestos a tierra, como en sistemas no puestos a tierra. A fin de ilustrar el problema de la: • FALLA A TIERRA DE ALTA IMPEDANCIA ¿Que es una falla a tierra de alta impedancia? Rpta: Es cuando una fase hace contacto a tierra a traves de un material de alta resistencia. ¿Que sucede si Ud. tiene esta falla en una fase que tiene interruptor? Rpta: Cada vez que Ud encienda el interruptor, crea sobretensiones en la otras faces. Problema En Sistema Puesto A Tierra • La protección dependera de ZO que incluye resistencia de falla de tierra y resistencia de arco


P R O B L E M A S Q U E P R O V O C A L A F A L L A A T I E R R A

Este Circuito Se Formara Una Vez Que El Cable Toque Tierra

• Sobre tensión transitoria en fases sanas

• Sobre corriente fase a tierra (KA) = 3 Ia0

• Sobre temperatura = cteT x KA2

• Sobre esfuerzos mecanicos = cteM x KA2

• La tensión de paso = cteP x KA


Problema En Sistema No Puesto A Tierra • En el circuito de falla esta la Resistencia falla de tierra, y XC del sitema, pero si XC es muy grande se inserta una resistencia, a fin de detectar y ubicar circuito fallado.

Este Circuito Se Formara Una Vez Que El Cable Toque Tierra • La protección depende de la resistencia de falla a tierra • Se presenta la sobretensión en sistemas aislados con estrella • El problema de la detección es acentuado debido a que circula baja corriente de falla


Problema Común de Las Protecciones Actuales • Tiempo de Espera: El Cable Debe Tocar Tierra • Luego Se Cree Una Ruta Por Tierra • Luego Comenzara La Detección • Dependen de la resistencia de falla a tierra

Sistema Puesto A Tierra

Se usa Reles de distancia, reles diferenciales • Y Rele de sobrecorriente de tiempo inverso • Con Elemento direccional por corriente inductiva


Sistema Puesto A Tierra Con BOBINA

•

Se usa Rele de sobrecorriente de tiempo inverso • Y Rele direccional de sobre corriente homopolar • Si XC>XL con elemento direccional por corriente inductiva • Si XC=XL con elemento direccional por corriente resistiva


Sistema Puesto A Tierra Con RESISTENCIA

• Se usa Rele de sobrecorriente de tiempo inverso • Y Rele direccional de sobre corriente homopolar • Con Elemento direccional por corriente resistiva


Sistema NO Puesto A Tierra (XC<<)

• Se usa Rele direccional de sobrecorriente homopolar • Con Elemento direccional por corriente capacitiva • I/O con Elemento direccional por corriente resistiva • Se usa Rele de sobrecorriente de tiempo inverso


Sistema NO Puesto A Tierra (XC>>)

• Se usa Rele direccional de sobrecorriente homopolar. Se ingresa en el momento de falla una resistencia a tierra • Con Elemento direccional por corriente resistiva • Se usa Rele de sobrecorriente de tiempo inverso


El Problema De La SENSIBILIDAD }

• La capacitancia, las pérdidas por fuga en aislamientos, el efecto corona, el desbalance de cargas permiten una baja corriente

homopolar, en condiciones del sistema sin falla.

• La corriente de excitación de los transformadores de corriente puede ocasionar una falsa operación de la protección

El Problema De La DETECCIÓN • El problema de la sensibilidad no permite bajos valores de setting del rele • En el momento de falla la detección dependera de la resistencia del

terreno. Una alta resistencia podria hacer lento la operación de la

proteccion.


CONCLUSIONES • El problema de la sensibilidad no permite bajos valores de setting del Rele, la detección se dificulta con una falla a tierra de alta impedancia

• Cree una ruta de descarga a tierra en caso de falla o transitorios, segura para la vida y bienes.

• Una carga como un Centro de Computo, Telecomunicaciones, Equipos de Voz y data, se veran afectados por ruidos, sobretensiones, no solo puede perder valiosa informacion, sino su PC.

• En niveles de baja tension la falla a tierra de alta impedancia, con neutro a tierra, la falla puede dañar mucho si Ud. no cuenta con una adecuada proteccion en corriente y tension.

• Muchos comercios, industrias, hospitales, se suele alimentar a una carga monofasica con 4 conductores. Y a una carga trifasica con 6 conductores. Lo cual es justificado.


CONCLUSIONES Se debe poner enfasis a las perturbaciones de tension, pero sin descuidar a la falla a tierra de alta impedancia.

• En niveles de baja tension la falla a tierra de alta impedancia, en sistema aislado, la primera falla a tierra no ocasionara

sobrecorrientes, y se asemejara a un sistema puesto a tierra. La segunda falla a tierra de alta impedancia producira sobrecorrientes.

• Las fallas a tierra de alta impedancia son las mas ocurrentes. Son las mas perjudiciales por que pueden permanecer por mucho tiempo sin ser detectadas.

• En alta tension y su sistema es aislado use la proteccion hompolar y ubique la falla con la capacitancia de la misma red i/o en el momento de falla inserte una resistencia.

• En alta tension y su sistema esta puesto a tierra. Respaldese por Proteccion por impedancia, diferenciales de linea, y homopolares, contra sobretensiones transitorias.


CONCLUSIONES

Su sistema electrico debe ser una de estas configuraciones, sea en baja, media o alta tension.

La Sobre tension transitoria, flicker, dip, interrupciones, perturbaciones de alta frecuencia serian menores si hacemos un buen diseño e instalacion.

Sin descuidar los armonicos y las posibles descargas estaticas a fin de contar con energia de buena calidad.

COORDINACION DE PROTECCIONESQUEMAS DE PROTECCIONES

Programa de Calculo Cortocircuito con VISUAL BASIC Visual Basic es tan util para desarrollar programas de calculo, ejemplo este programa es un tutorial de protecciones contiene los esquemas de proteccion mas utilizados.

Datos a Ingresar: Pcc de barra, Voltios en lado primario y secundario. Potencia de transformador, Voltios de prueba de cortocircutio de transformador y Perdidas de cobre. Luego valores de R y X, tambien con datos de linea como material de conductor y geometria de la disposicion de conductores. Resultado: Determina R y X de cortocircuito, R y X de transformador, R y X de lineas o cables, y Corriente de cortocircuito en cada barra.guardalo todo en una carpeta y ejecuta el rele2003.exe


PROGRAMA PARA SIMULAR LA OPERACION DE TABLERO DE TRANSFERENCIA

Esta es una forma mas como puede VISUAL BASIC ser tan util parapresentar nuestros trabajos, es decir antes de proyectar o instalar.

Desarrollar simuladores donde visualizaras las ventajas de modernizar una instalacion electrica, realmente puedes simular todo, la operación de sistemas de suministros de emergencia, o la automatización de una industria.

En este caso simula la operacion de un tablero de transferencia, cuando pierdas el suministro publico.

COORDINACION DE PROTECCIONCONTROL DE TABLERO DE TRANSFERENCIA


ESQUEMAS DE PROTECCIONES

COORDINACION DE PROTECCION

No. DESCRIPTION2 Time-delay21 Distance25 Synchronism-check27 Undervoltage30 Annunciator32 Directional power37 Undercurrent or underpower38 Bearing40 Field46 Reverse-phase47 Phase-sequence voltage49 Thermal50 Instantaneous overcurrent51 AC time overcurrent59 Overvoltage60 Voltage balance63 Pressure

64 Apparatus ground67 AC directional overcurrent68 Blocking69 Permissive74 Alarm76 DC overcurrent78 Out-of-step79 AC reclosing81 Frequency85 Carrier or pilot-wire86 Lock out87 Differential94 Tripping

ANSI DEVICE NUMBERS GER-3977 GE Power Management

coordinacion de protecciones 1

Engineering