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Filosofí Filosofía de protecció protección

Las fallas que se presentan en un SD se manifiestan: contacto de ramas de árboles, descargas elé vandalismo, eléctricas, animales en contacto, ruptura de cables, objetos en equipos y en la lílínea.

Protecció Protección de redes

L.Sayas P.

Contenido

Filosofí Filosofía de protecció protección

Las fallas Pueden ser de dos orí orígenes: •

Fallas de origen transitoria: Aquella que se autoextingue o se extingue con la actuació actuación de la protecció protección sucedida de una reconexió reconexión con suceso, no habiendo así así la necesidad de reparos inmediatos en el sistema, estas fallas son las mas frecuentes

•

Fallas de origen permanente: Aquellas que provoca interrupciones prolongadas y exige reparos inmediatos para la normalizació normalización del servicio.

1. Filosofí Filosofía de protecció protección 2. Configuració Configuración de SD 3. Protecció Protección tí típicas 4. Aplicaciones L.Sayas P.

L.Sayas P.

1

Filosofí Filosofía de protecció protección

Por lo tanto los equipos de protecció protección deben ser dimensionados de modo que protejan el sistema en condiciones de fallas y tambié también promuevan la continuidad y calidad del suministro. Las filosofí filosofías aplicables son: •

Sistema selectivo

•

Sistema coordinado

•

Sistema combinado

Sistema Coordinado

•

Esta filosofí filosofía promueve la continuidad del servicio

•

Los reclamos se debe a la cantidad de interrupciones de corta duració duración y esto depende d las ajustes de los equipos de protecció protección

•

Requiere menor numero de personal

•

Menor costo de operació operación

•

Requiere Reconectadores en lugares estraté estratégicos como circuitos principales

L.Sayas P.

L.Sayas P.

Sistema Selectivo

Sistema Combinado

•

Esta filosofí filosofía es tí típico en SD con protecció protección de Relé Relés de sobre corriente o con Reconectadores operando con las curvas instantá instantáneas bloqueadas.

•

Las interrupciones son en general en larga duració duración

•

Clientes reclaman demora

•

Requiere mayor numero de personal

•

Mayor costo de operació operación

L.Sayas P.

•

En circuitos menos importantes la interrupció interrupción será será de mayor tiempo que en circuitos de mayor importancia.

•

Se aplica filosofí filosofía selectiva y coordinada

•

Hay necesidad de dimensionar y capacitar al personal

•

Costo de operació operación segú según la calidad del servicio exigido

•

La principal caracterí característica es promover mayor continuidad del servicio principalmente s los clientes especiales L.Sayas P.

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Sistema Combinado DISYUNTOR

Protecció Protección bá básica

RECLOSER

Protecció Protección primaria •

TC 52

R

Pueden ser protegidos en forma primaria por fusibles, Relés primarios HB o HT e interruptores termo magnéticos.

Protecció Protección secundaria •

FUSIBLE

51 RELE DE SOBRE CORRIENTE

Se protegen con Relés de sobre corriente, sobre tensión, de secuencia negativa y Relés de protección de fallas a tierra o SEF

ZONA DE PROTECCION L.Sayas P.

L.Sayas P.

Sistema Combinado T C

A

Tipos de Sistemas de distribució distribución

3(L2) 2(L1)

• Existen básicamente dos tipos de sistemas de distribución, sistemas con neutro aislado y sistemas con neutro puesto a tierra, sin embargo existen sistemas intermedios, por ejemplo un sistema puesto a tierra a través de una resistencia.

F3 F3 R2

R1 F2

F1 y F2 F1

B

1(R2) 2(R1)

D Icc L.Sayas P.

L.Sayas P.

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Sistemas con neutro aislado Sistemas con neutro aislado • A continuación mostramos un sistema con neutro aislado en la que se indican los fasores de tensión antes y después de una falla a tierra, en esta se puede observar el corrimiento del neutro ante la falla a tierra, característica importante de este tipo de fallas que permite la generación de tensiones homopolares que polarizan los relés direccionales. L.Sayas P.

Xo/X1≥3 L.Sayas P.

Sistemas con neutro aislado

Sistemas con Neutro Puesto a Tierra

10 kV

A1 A2

60 kV

G

YD

An

Vr

Vt

Vr Vs

Vt

Vs

L.Sayas P.

sin falla

• El sistema mostrado es con neutro puesto a tierra. Ante una falla a tierra, el neutro prácticamente no se desplaza, lo cual no permite la generación de tensiones homopolares o resultan muy pequeñas, lo que impediría el uso de relés direccionales. L.Sayas P.

con falla

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Sistemas con Neutro Puesto a Tierra

Sistemas con Neutro Aislado

10 kV

A1 A2

60 kV

G

DY

An

Vr

Vt

Vr Vt

Vs

sin falla

Xo/X1≤3

Vs

con falla

• En el gráfico de a continuación mostramos el comportamiento de las corrientes homopolares en un sistema de distribución con neutro aislado ante una falla a tierra. Como se puede apreciar, en el alimentador con la falla a tierra existe una corriente desde la barra de la S.E. hacia la falla.

L.Sayas P.

L.Sayas P.

Sistemas con Neutro Aislado sin falla a tierra

La Suma Corriente Capacitiva = Cero

Análisis teórico de las fallas a tierra

ALIM. 1

Ur

Ut

R S T

Us

R S T

Sistema Neutro Aislado ALIM. 2 L.Sayas P.

L.Sayas P.

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Sistemas con Neutro Aislado ante una falla a tierra

Camino de retorno de la corriente de falla

10 kV

A1 A2

Co

60 kV

C01

Co

G

C02

YD

Co

An Co

falla a tierra

C03

Ra=28700xL/Ia 1,4

RF

I>o

I FT L.Sayas P.

L.Sayas P.

Sistemas con Neutro Aislado • Debido a que la conexión en delta del transformador de potencia aísla al transformador del sistema de distribución, de acuerdo a la teoría de las componentes simétricas, según la ley de Kirchhoff esta corriente tiene que regresar a la barra a través de los otros alimentadores y de sus capacidades homopolares teniendo una dirección contraria; es decir, ante un falla a tierra de un alimentador, en todos los alimentadores de la S.E. circulan corrientes homopolares siendo la dirección de la corriente homopolar en el alimentador con falla en un sentido y en sentido contrario en todos los otros alimentadores. L.Sayas P.

L.Sayas P.

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Contribució Contribución de corrientes ante falla monofasica AL - 01

If = 8,095 A

I = 6,633 A If = 7,96122 A I = 4,524 A I = 12,271 A

I = 6,442 A = 15,968 I = I4,393 A A

I = 1,461 A I = 2,704 A I = 1,518 A If = 8,917 A SED 03

SED 01

I = 1,454 A I = 3,075 A I = 0,382 A I = 0,260 A I = 0,992 A

I = 2,446 A I = 0,268 A I = 1,798 A I = 0,183 A I = 1,226 A

I = 0,972 A

I = 0,952 A

I = 0,496 A

If = 25,765 A (Rf = 0) A SAB 4830

I = 2,590 A I = 5,475 A I = 1,731 AASAB 4291 I = 2,097A A SAB 4524

I = 3,326 A

A SAB 4292

A SAB 4259

I = 1,497 A

I = 0,458 A I = 1,196 A

SED 04

I = 0,269 A

I = 0,132 A

I = 0,184 A I = 0,480 A I = 2,66 A

I = 1,021 A A SAB 3785

A SAB 3775

A SAB 4826

I = 1,668 A I = 4,525 A

SED 02

I = 0,671 A

I = 0,965 A

I = 0,649 A I = 0,658 A I = 1,761 A I = 1,786 A

I = 0,663A

A SAB 4523

Fallas evolutivas

AL - 03

ALIM - 02

I = 1,020 A

I = 0,292 A

I = 0,677 A

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 A SAB 3772

I = 0,332 A I = 0,867 A

L.Sayas P.

L.Sayas P.

A SAB 4405

Oscilograma corrientes ante falla monofasica

Doble falla a tierra

TENSION FASE A TIERRA 10 kV

CORRIENTE DE LINEA L.Sayas P.

L.Sayas P.

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OSCILOGRAFIA DOBLE FALLA A TIERRA

Tensiones fase a tierra

Tensiones y corrientes

3 Io

Corrientes en barras de la SET

Io >

Io

condición de operación Uo

Condiciones Normales

Condiciones de L.Sayas P. Falla a Tierra

Condiciones de Doble Falla a Tierra

Detecció Detección de pará parámetros

3 Uo

L.Sayas P.

Detecció Detección de Uo homopolares

• Por consiguiente, con la finalidad que la detección de la falla sea selectiva, se hace necesario la implementación de relés direccionales de sobrecorriente homopolar en cada alimentador, en caso de utilizar relés no direccionales, todos los relés operarían.

L.Sayas P.

L.Sayas P.

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Detecció Detección de Io homopolares En los gráficos de a continuación mostramos un croquis dimensional de un transformador de corriente toroidal seccionable y su montaje :

L.Sayas P.

Detecció Detección de Io homopolares

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.

L.Sayas P.

Z1

Ef

Z2 3 Rfalla

SET

CT0

Io

C0

C0´

Vo

L.Sayas P.

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SELECCION DE LOS EQUIPOS DE PROTECCION EN

Cálculo de la falla

SISTEMAS AISLADOS

Transformadores de Tensión CT0 = capacidad total homopolar de los alimentadores no involucrados en la falla

Sean las tensiones nominales del sistema y del relé las siguientes : Tensión nominal del sistema = 10 kV Tensión nominal del Relé = 110 V Luego la relación de transformación de cada unidad monofásica deberá ser la siguiente considerando que necesitamos un arrollamiento para las mediciones del sistema y otro para la detección de la tensión homopolar.

C0 y C0´ = capacidad homoplar a ambos extremos del punto de falla en el alimentador fallado Z1 y Z2 = impedancia de secuencia positiva y negativa del sistema R falla = resistencia de falla a tierra

L.Sayas P.

L.Sayas P.

SELECCION DE LOS EQUIPOS DE PROTECCION EN

Cálculo de la falla Io =

• 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.

( 3 Rf ) 2 +

La

SISTEMAS AISLADOS

Ef 1 2 w 2 (C To + Co + C o ′ )

corriente homopolar del rele es : I 0′ = I 0

CT 0 CT 0 + C0 + C0

′

Transformadores de corriente La selección de la relación de transformación del transformador de corriente toroidal seccionable se realiza considerando una resistencia de falla de cero ohmios ( R falla = 0 ohm ), con la finalidad de obtener la mayor corriente posible, luego aplicando las ecuaciones anteriores llegamos a lo siguiente :

En una S.E.con varios alimentado res donde ′ ′ C T 0 〉〉 C 0 + C 0 K K K I 0 ≈ I 0

L.Sayas P.

′ I0 =

Ef

(3 Rf )2

V0 =

+

1

(wC T 0 )2

′ I0 wC T 0

L.Sayas P.

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CRITERIOS DE CALIBRACION

Angulo Característico del Relé

L.Sayas P.

Para la calibración de la protección direccional de sobrecorriente homopolar, simplemente se procede a aplicar las ecuaciones vertidas, por ejemplo, si tenemos un sistema de distribución de 10 kV cuya reactancia homopolar total es de 400 ohm y se desea calcular los ajustes para una falla a tierra de 500 ohm, siendo la relación de transformación de 200/1 A, se obtiene lo siguiente :

L.Sayas P.

CRITERIOS DE CALIBRACION

Sensibilidad Má Máxima La selección de la sensibilidad máxima del relé se efectúa considerando por ejemplo que la máxima resistencia de falla que se pretende detectar es de 2000 ohm. Luego se tiene lo siguiente : Rmax de falla = 2000 ohm Relación de trafo corriente = 200

L.Sayas P.

L.Sayas P.

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CRITERIOS DE CALIBRACION

CONSIDERACIONES PARA LA INSTALACION DE EQUIPOS EN CELDAS DE 10 KV Transformadores de corriente

Alimentador

CV 01

CV 02

CV 03

CV 04

CV 05

CV 06

CV 07

R falla (Ohm)

3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A)

0

64

70

75

70

79

79

70

50

56

60

63

60

65

65

60

100

43

45

46

45

47

47

45

200

26

27

27

27

27

27

27

300

18

19

19

19

19

19

19

400

14

14

14

14

14

14

14

500

11

11

11

11

11

11

L.Sayas P.

11

L.Sayas P.

CRITERIOS DE CALIBRACION

CONSIDERACIONES PARA LA INSTALACION DE EQUIPOS EN CELDAS DE 10 KV

Alimentador

CV 01

CV 02

CV 03

CV 04

CV 05

CV 06

CV 07

R falla (Ohm)

3Io (A)

3Io (A)

3Io (A)

3Io (A)

3Io (A)

3Io (A)

3Io (A)

600

10

10

10

10

10

10

10

700

8

8

8

8

8

8

8

800

7

7

7

7

7

7

7

900

6

6

6

6

6

6

6

1000

6

6

6

6

6

6

6

1500

4

4

4

4

4

4

4

2000

3

3

3

3

3

3

3

2500

2

2

2

2

2

2

2

3000

2

2

2

2

2

2

2

4000

1

1

1

1

1

1

1

5000

1

1

1

1

1

1

L.Sayas P. 1

Transformadores de corriente

L.Sayas P.

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Sistemas con neutro puesto a tierra

Botella terminal Transformadores de corriente

• Se puede observar que debido al hecho de que el neutro del transformador de potencia esté puesto a tierra y que su reactancia homopolar sea mucho menor que la reactancia capacitiva homopolar de los alimentadores, al existir una falla a tierra, prácticamente toda la corriente homopolar retorna a la barra a través del neutro del transformador de potencia, existiendo corriente solo en el alimentador fallado y no en los otros alimentadores. L.Sayas P.

L.Sayas P.

Sistemas con neutro puesto a tierra • El comportamiento de las corrientes homopolares en un sistema puesto a tierra se muestra a continuación. 10 kV

A1 60 kV

DY

Co

A2

Co

G Xo

3Io

Co

An Co

L.Sayas P.

falla a tierra

Sistemas con neutro puesto a tierra • es por esto que no se justifica la instalación de relés direccionales, en este caso es suficiente la instalación de relés no direccionales sensitivos de corriente homopolar. • Adicionalmente, en caso de utilizarse relés direccionales estos no operarían debido a que las tensiones homopolares generadas serían muy pequeñas, debajo del 1%, los relés direccionales necesitan de 3 a 5 % de tensión para poder polarizarse. L.Sayas P.

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Cálculo de la falla

Cálculo de la falla Io =

Ef ( 3 Rf ) 2 + (Z 1 + Z 2 + Xo

Ef

CT0 = capacidad total homopolar de los alimentadores no involucrados en la falla

Z2 3 Rfalla

X0 = reactancia homoplar del trafo de potencia

Z1 = impedancia

generalmen

Io

C0

C0´

I0 =

Vo

de secuencia

positiva

Z2 = impedancia de secuencia negativa Xo = reactancia homopolar del trafo Rf = resistenci a de falla a tierra

generalmente Xo << Xct0

SET

Xo

)2

Z1

te Z 1 = Z 2 ≈ Xo Ef

(3 Rf )2 + (3 Z 1 )2

CT0 V 0 = Io . Xo L.Sayas P.

L.Sayas P.

Irele = 3 Io

Cálculo de la falla luego podemos simplificar el circuito como sigue: Z1 Ef

Z2 3 Rfalla SET Rele

Xo

Io

Vo

L.Sayas P.

L.Sayas P.

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