impacto de la gd en los esquemas de protecciÓn contra sobrecorrientes
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IMPACTO DE LA GD EN LOS ESQUEMAS DE PROTECCIÓN
CONTRA SOBRECORRIENTES
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Impacto de GD en las protecciones
• Modifica los principios de coordinación, ya que los dispositivos dejan de estar en serie o recorridos por la misma corriente.
• Cambios en el alcance de la protección por colaboración a la corriente de falla.
• Pérdida de sensibilidad de la protección por nuevos caminos para la corriente de falla.
• Modifica los principios de coordinación, ya que los dispositivos pueden dejar de ser recorridos por corrientes de valor constante.
• Dificulta la eliminación de fallas transitorias, por desaparecer los tiempos-sin-corriente (intervalo de reconexión) de los reconectadores.
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I. Esquema tradicional de protecciones en sistemas de distribución.
Alimentadores primarios
Interruptor o reconectador
Sistema de transmisión
Subestación
Reconectador de línea
Seccionalizador
Fusibles laterales
GD
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Corriente de falla variable
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Curvas características de interruptores y fusibles
Se determinan tiempos para valores constantes de corrientes
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Curvas características de fusibles limitadores
23
43
21
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Tiempo de apertura
Corrriente [A]
Ir
Tc
Id
td
tg
Ig
Ii
Relevo de sobrecarga
Relevo de sobrecarga
Relevo de cortocircuitoretardado
Relevo de cortocircuito instantáneo
Relevo de falla a tierra
[s]
Interruptores automáticosInterruptores automáticos
t = k/( ( I/Is )a -1)
Tipo de curva k aNormal inverso 0.14 0.02Muy inverso 13.5 1Extremadamente inverso 80 2
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Operación de un reconectadorEliminación fallas: 85% - 1°, 4% - 2° y 1% - 3°
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Curva característica
típica de un
reconectador
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Coordinación reconectador - fusible Calentamiento del fusible T = Tf ( 1 - e-t/θ) Enfriamiento del fusible T = Tf e-t/θ Constante de tiempo térmica θ = 0,1 S2 (s) donde S =I0,1s/I300s
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II.a. Dispositivos clásicos para protección direccional: Selectividad lógica
Se requiere de comunicación entre dispositivos de protección
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Responde al valor de la corriente y a la dirección de la potencia de cortocircuito
UB
ICC(F1)
A C D
1 2 4 5 6
F1 F2 B 3
~ ~
UB
ICC(F2)
RELE 3
II.b. Dispositivos clásicos para protección direccional: Relé direccional
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PROTECCIÓN DIRECCIONALPROTECCIÓN DIRECCIONAL
A B C D1 2 3 4 5 6
TII2
TIII4
TI2
TII4
TIII6
TI4
TI5
TII6
TII5
TI6
G2 T
G1 G3
T1I
T1II
T1III
T3I
T3II
T3III
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Comportamiento frente a fallas:límite en el alcance
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Pérdida de sensibilidad de la protección por nuevos caminos para la corriente de falla
Dispositivo con pérdida de sensibilidad
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III. Efecto de las sobrecorrientes de doble escalón sobre las protecciones.
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Dispositivos que dejan de ser recorridos por corrientes de valor constante
GD
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Corriente de falla variable en el tiempo
0
200
400
600
800
0.01 0.1 1 10 100
Time (s)
Curr
ent
(A)
Corriente de cortocircuito suministrada por la red y dos GD, sincrónico con penetración del 25 % y celda fotovoltaica cuyo
inversor es limitado en 1s al 50 % de su corriente de cortocircuito
Debe transformarse de “corriente en función del
tiempo” a “energía específica en función del tiempo”, empleando su expresión:
∫i2dt
Tiempo (s)
Cor
rien
te (
A)
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Corriente y energía específica como función del tiempo
19
Energía específica
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Sistema radial con inclusión de GD
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Time (s)
Cu
rre
nt
an
d v
olt
ag
e
(pu
)
Faulted branch current SE voltage
Operación fusible 0,066 pu2s
Salida de servicio (ss) ES 0,205 pu2s
Si CB abre en 0,2 s ES ss en 0,42 sSi CB abre en 0,38 s F4 opera en 0,49 sy ES no sale de servicio (saldría en 0,53s)
ES
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Coordinación reconectador – fusible en presencia de Generación Distribuida
Problemas:• Diferentes corrientes por el fusible y el reconectador,• Si el fusible opera durante la primer operación del reconectador, la coordinación salva-fusible falla,• El disparo instantáneo del DG no es instantáneo, tarda de 40 a 100 ms,• La falla que debería estar sin corriente, recibe energía de la DG, puede fallar la des-energización de la falla,• Posible conexión fuera de fase (conexión semi-rígida).
0
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4 5
Tiempo relativo (t/θ)
Tem
pera
tura
rel
ativa
(%)
Fuente
Corriente de carga
Reconectador
Ramal
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Coordinación reconectador – fusible en presencia de Generación Distribuida
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Relative time (t/θ)T
em
pe
ratu
re r
ise
(%
Tf)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Relative time (t/θ)
Te
mp
era
ture
ris
e (
% T
f)
Fusible In=40 A, constante tiempo 12,4 s, If= 165 A, IDG=65 A, interruptor del DG abre a los 100 ms. Fusible abre 14 s sin DG (solo 100A), 6,28 s (0,506) si DG abre 100 ms y 3,4 s (0,274) si DG no abre
Con impedancia, IDG se reduce de 65 A a 25 A. 14 s sin DG, 4,8 s (0,388) si se transfiere en 100 ms y 3,4 s (0,274) sin transferencia.
Tiempo relativo (t/)
Tiempo relativo (t/)
Tem
pera
tura
rel
ativ
a (%
Tf)
Tem
pera
tura
rel
ativ
a (%
Tf)
Fuente
Corriente de carga
Reconectador
Ramal
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Efecto de la GD sobre los reconectadores
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Time (seconds)
Cu
rre
nt
(A x
10)
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
Vo
ltag
e (
pu
)
Current Voltage
Desionización fallida
Desionización exitosa
Parámetros de ensayo:I = 10 A, l de 90 a 205 mm y relación corrientes GD / sistema de 1/16 a 1/10
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Concepto de conexión semi-rígida
• EDr = (87– 30%)2 0,16 s = 520 %2 s.
• EDnr = (87– 30%)2 0,04 s + (87– 80%)2 0,12 s = 136 %2 s.
Gs Zs Zf fault
DG ZDG Zv & CB
Load (SE)
Impedancia Ifalla Déficit de energía específica con
generación distribuida e impedancia limitadora
Déficit de energía específica sin
generación distribuida e impedancia limitadora
ohm % s-c %2 s %2 s
j 15.7 3 19.22 438.9
j 15.7 6 30.60 276.4
j 15.7 6 26.04 388.7
j 15.7 10 33.31 757.1
j 6.28 50 47.87 1062.6
j 3.14 100 60.83 955.5
j 31.4 100 64.80 952.2
Ejemplo: 13,2 kV; Pns=30 MVA, Pngd= 3 MVA, lf= 10 km, t= 40 ms
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Ejemplo de aplicación
ZS
Z2 Z1
ZDGPVZDGS
D1 D2 D3
D4D5
D7 D6
F 2 F 1
DGPVDGS
GRID
Circuito simplificado de un sistema de distribución
1.00E+02
1.00E+03
1.00E+04
1.00E+05
1.00E+06
1.00E+07
0.01 0.1 1 10 100
Time (s)
Spec
ific
Ener
gy (A
2s)
Comparación de energías específicas de dispositivos protectores con la corriente de falla (sólida y de rayas:
DP, de puntos: corriente).
1.00E+02
1.00E+03
1.00E+04
1.00E+05
1.00E+06
1.00E+07
1.00E+08
0.01 0.1 1 10 100 1000
Time (s)
Spec
ific
Ener
gy (A
2s)
Coordinación D1-D5
1.00E+02
1.00E+03
1.00E+04
1.00E+05
1.00E+06
1.00E+07
1.00E+08
1.00E+09
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
Time (s)
Spec
ific
Ener
gy (A
2s)
Coordinación D2-D5
Tiempo (s)Tiempo (s)
Tiempo (s)
Ene
rgía
Esp
ecíf
ica
(A2 s
)
Ene
rgía
Esp
ecíf
ica
(A2 s
)
Ene
rgía
Esp
ecíf
ica
(A2 s
) D3, 63 A; 0,11 s
D4, 40 A; 0,04 s
D1, 200 A; 200 s
D5, 63 A; 0,1 s
D5, 63 A; 0,11 s
D2, 100 A; 8000 s