desarrollo de un software de coordinacion de protecciones en baja tension

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iv UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA DESARROLLO DE UN PROGRAMA DE COORDINACIÓN DE PROTECCIONES EN BAJA TENSIÓN POR JORGE MINERVINO REY CASTRO DIEGO HERNÁNDEZ FRISARI TUTOR PROF. RICHARD RIVAS PROYECTO DE GRADO PRESENTADO ANTE LA ILUSTRE UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTAR AL TÍTULO DE INGENIERO ELECTRICISTA (TOMO 1) Sartenejas, Octubre 2006

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Page 1: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

DESARROLLO DE UN PROGRAMA DE COORDINACIÓN DE PROTECCIONES EN BAJA TENSIÓN

POR

JORGE MINERVINO REY CASTRO

DIEGO HERNÁNDEZ FRISARI

TUTOR PROF.

RICHARD RIVAS

PROYECTO DE GRADO PRESENTADO ANTE LA ILUSTRE UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTAR AL TÍTULO DE INGENIERO ELECTRICISTA

(TOMO 1) Sartenejas, Octubre 2006

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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR COORDINACIÓN DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

DESARROLLO DE UN PROGRAMA DE COORDINACIÓN DE PROTECCIONES EN BAJA TENSIÓN

POR

JORGE MINERVINO REY CASTRO

DIEGO HERNÁNDEZ FRISARI

PROYECTO DE GRADO PRESENTADO ANTE LA ILUSTRE UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTAR AL TÍTULO DE INGENIERO ELECTRICISTA

(TOMO 1) Sartenejas, Octubre 2006

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Page 4: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

iv

DESARROLLO DE UN SOFTWARE DE COORDINACIÓN DE PROTECCIONES EN

BAJA TENSIÓN

JORGE MINERVINO REY CASTRO

DIEGO HERNÁNDEZ FRISARI

RESUMEN

El siguiente trabajo de grado tiene como objetivo desarrollar una herramienta

computacional orientada a la coordinación de protecciones en baja tensión, que sirva de apoyo al

ingeniero electricista y respalde de manera precisa sus cálculos.

La herramienta desarrollada acopla programas de uso convencional como bases de datos,

hojas de cálculo, software de procesamiento matemático y edición de imágenes; con el propósito

de ofrecer una experiencia interactiva y amigable al usuario.

El proyecto fue divido en etapas, que se resumen en la búsqueda y procesamiento de la

información referente a equipos de protección, el desarrollo de la herramienta computacional y su

validación.

La búsqueda de información se basó en la obtención de curvas tiempo-corriente de

equipos de uso común, para luego almacenar esta información en la base de datos del programa.

Luego el desarrollo de la herramienta se orientó hacia la creación de un panel de control donde

toda la información fuese canalizada y pudiese ser utilizada de manera sencilla y con respaldo

gráfico según las necesidades del usuario.

La validación del trabajo se hizo con la ayuda del ejemplo del sistema eléctrico de baja

tensión presentado en el estándar 242 del IEEE. Se coordinaron las protecciones del sistema

usando la herramienta computacional, y los cálculos a su vez fueron hechos de manera manual

para corroborar los resultados del software.

Page 5: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

v

INDICE

RESUMEN ..................................................................................................................................... iv

INDICE............................................................................................................................................ v

INDICE DE FIGURAS .................................................................................................................. ix

Capítulo 1......................................................................................................................................... 1

INTRODUCCIÓN........................................................................................................................... 1

1.1 Antecedentes y planteamiento del problema ......................................................................... 1

1.2 Justificación e importancia .................................................................................................... 2

1.3 Objetivos ................................................................................................................................ 2

1.3.1 Objetivo general.............................................................................................................. 2

1.3.2 Objetivos específicos ...................................................................................................... 2

1.5 Resumen de capítulos ............................................................................................................ 3

Capítulo 2......................................................................................................................................... 5

PROTECCIÓN DE SISTEMAS EN BAJA TENSIÓN .................................................................. 5

2.1 Método de las componentes simétricas.................................................................................. 5

2.2 Equipos de protección de sistemas en baja tensión ............................................................. 10

2.2.1 Fusibles ......................................................................................................................... 10

2.2.2 Interruptores termomagnéticos ..................................................................................... 12

2.2.3 Relés de sobrecorriente................................................................................................. 13

2.2.4 Interruptores de potencia de baja tensión ..................................................................... 16

2.2.5 Relés térmicos............................................................................................................... 17

2.3 Protección de equipos en baja tensión ................................................................................. 18

2.3.1 Cables............................................................................................................................ 18

Page 6: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

vi

2.3.1.1 Temperaturas máximas de cortocircuito................................................................ 20

2.3.1.2 Curvas de daño tiempo-corriente ........................................................................... 20

2.3.1.3 Temperaturas iniciales y finales............................................................................. 22

2.3.1.4 Protección contra cortocircuito .............................................................................. 22

2.3.1.5 Protección contra sobrecarga ................................................................................. 24

2.3.2 Motores ......................................................................................................................... 25

2.3.2.1 Características del motor ....................................................................................... 26

2.3.2.2 Características de arranque de los motores............................................................ 27

2.3.2.3 Protección contra cortocircuito .............................................................................. 28

2.3.2.4 Protección contra sobrecarga ................................................................................. 31

2.3.3 Transformadores ........................................................................................................... 32

2.3.3.1 Clasificación de los transformadores ..................................................................... 34

2.3.3.2 Protección contra cortocircuito .............................................................................. 35

2.3.3.3 Protección contra fallas de sobrecarga................................................................... 38

2.4 Coordinación de protecciones.............................................................................................. 39

2.4.1 Fusible-Fusible.............................................................................................................. 39

2.4.2 Itm-Itm .......................................................................................................................... 40

2.4.3 Fusible-Itm.................................................................................................................... 41

2.4.4 Relés térmicos-Itm o fusibles ....................................................................................... 42

2.4.5 Relés de sobrecorriente – Relés de sobrecorriente ....................................................... 43

Capítulo 3....................................................................................................................................... 45

RECOPILACIÓN Y ADQUISICIÓN DE LOS DATOS.............................................................. 45

3.1 Selección de equipos............................................................................................................ 45

3.2 Representación de curvas tiempo-corriente. ........................................................................ 47

Page 7: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

vii

3.3 Pre-procesamiento de las imágenes ..................................................................................... 49

3.4 Adquisición de datos a través de Curve Unscan.................................................................. 53

Capítulo 4....................................................................................................................................... 57

LA HERRAMIENTA COMPUTACIONAL ................................................................................ 57

4.1 Desarrollo de la herramienta................................................................................................ 57

4.1.1 Estructura ...................................................................................................................... 57

4.1.2 Interfaz Gráfica ............................................................................................................. 61

4.1.2 Almacenamiento de datos y gráfica de coordinación ................................................... 66

4.1.3 Cálculo de nivel de cortocircuito .................................................................................. 68

4.2 Funcionamiento de la herramienta....................................................................................... 69

Capítulo 5....................................................................................................................................... 73

APLICACIÓN DE LA HERRAMIENTA .................................................................................... 73

5.1 Sistema eléctrico bajo estudio.............................................................................................. 73

5.2 Cálculo niveles de cortocitcuito........................................................................................... 76

5.3 Ajuste y coordinación de protecciones ................................................................................ 79

5.3.1 Ajuste de la protección del motor 9 presente en barra 10............................................. 79

5.3.2 Ajuste de la protección del conductor entre barras 7 y 10............................................ 82

5.3.3 Ajuste de las protecciones de los motores 7 y 8, presentes en barra 7 ......................... 84

5.3.4 Ajuste de la protección del interruptor principal de la barra 7 ..................................... 85

5.3.5 Ajuste de la protección del transformador en 13800 V ................................................ 87

5.3.6 Ajuste de la protección del transformador en 13800 V ................................................ 88

Capitulo 6....................................................................................................................................... 90

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................................ 90

6.1 Conclusiones ........................................................................................................................ 90

Page 8: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

viii

6.2 Recomendaciones ................................................................................................................ 91

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................... 92

ANEXOS ....................................................................................................................................... 93

Page 9: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

ix

INDICE DE FIGURAS

Figura 1 Conexión de las redes de secuencia para falla monofásica de una fase a tierra [2]. -------6

Figura 2 Conexión de las redes de secuencia para falla monofásica a tierra a través de una

impedancia [3]. -------------------------------------------------------------------------------------------------7

Figura 3 Conexión de las redes de secuencia para falla bifásica entre dos fases [4].-----------------8

Figura 4 Conexión de las redes de secuencia para falla bifásica entre dos fases a tierra [5]. -------8

Figura 5 Conexión de los transformadores en secuencia cero [6]. --------------------------------------9

Figura 6 Curva característica tiempo-corriente de un fusible [8].------------------------------------- 11

Figura 7 curva de despeje de un interruptor termomagnético [9].------------------------------------- 13

Figura 8 Curvas de disparo de un relé de sobrecorriente [10]. ---------------------------------------- 14

Figura 9 Curva característica de un interruptor de potencia de baja tensión [11]. ------------------ 16

Figura 10 Curva de disparo de un relé térmico.---------------------------------------------------------- 18

Figura 11 curvas de daño para conductores de cobre [14].--------------------------------------------- 21

Figura 12 Curvas de daño para conductores de aluminio [15]. ---------------------------------------- 21

Figura 13 Factores de corrección para temperatura inicial y máxima de cortocircuito [16].------ 22

Figura 14 Curva típica de arranque de motor [22].------------------------------------------------------ 28

Figura 15 Coordinación fusible-fusible [25]. ------------------------------------------------------------ 39

Figura 16 Coordinación ITM-ITM [25]. ------------------------------------------------------------------ 40

Figura 17 Coordinación fusible aguas abajo de un ITM [25]. ---------------------------------------- 41

Figura 18 Coordinación ITM aguas abajo de un fusible [25]. ----------------------------------------- 42

Figura 19 Coordinación Relé térmico e ITM [25]. ------------------------------------------------------ 42

Figura 20 Coordinación Relé térmico y fusible [25]. --------------------------------------------------- 43

Figura 21 Coordinación de dos relés de sobrecorriente [28]. ------------------------------------------ 43

Page 10: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

x

Figura 22 Curva tiempo-corriente de un fusible tipo K-5 [26].---------------------------------------- 50

Figura 23 Errores de adquisición por no eliminar líneas de escala.----------------------------------- 51

Figura 24 Remoción de las líneas de escala. Trazado de rectas tangentes a la curva.-------------- 52

Figura 25 Resultado de la remoción de las líneas de escala bi-logarítmica. Se puede observar una

separación consistente entre la curva y las líneas de la escala bi-logarítmica. ---------------------- 52

Figura 26 Trazado de ejes de coordenadas X en Curve Unscan. -------------------------------------- 53

Figura 27 Trazado de ejes de coordenadas Y en Curve Unscan. -------------------------------------- 53

Figura 28 Elección del tipo de criterio de adquisición. ------------------------------------------------ 54

Figura 29 Ubicación de puntos inicial de la curva. ----------------------------------------------------- 54

Figura 30 Ubicación de puntos final de la curva.-------------------------------------------------------- 55

Figura 31 Menú de identificación y ajustes de la curva de datos. ------------------------------------- 55

Figura 32 Frecuencia de almacenamiento de datos (izquierda). Almacenamiento de los datos

(derecha). ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 56

Figura 33 Archivo de Excel. -------------------------------------------------------------------------------- 56

Figura 34 Diagrama de bloques general de la herramienta computacional. ------------------------ 57

Figura 35 Diagrama de bloques de la interfaz gráfica.-------------------------------------------------- 58

Figura 36 Diagrama de bloques de la graficación de las curvas de daño. --------------------------- 59

Figura 37 Diagrama de bloques del calculo del nivel cortocircuito. ---------------------------------- 60

Figura 38 Tabla hecha en Ms Access de un motor. ----------------------------------------------------- 62

Figura 39 Informe de un motor en construcción. ------------------------------------------------------- 62

Figura 40 Panel principal en construcción. -------------------------------------------------------------- 64

Figura 41 Panel de datos en construcción.---------------------------------------------------------------- 65

Figura 42 Panel de datos del nivel de cortocircuito en construcción.--------------------------------- 66

Figura 43 Almacenamiento de los datos en la base de datos. ------------------------------------------ 67

Page 11: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

xi

Figura 44 Almacenamiento de datos en Excel, exportados desde la base de datos. ---------------- 68

Figura 45 Panel de presentación de la herramienta computacional. ---------------------------------- 69

Figura 46 Panel de datos.----------------------------------------------------------------------------------- 70

Figura 47 Panel de principal. ------------------------------------------------------------------------------- 70

Figura 48 Curva de coordinación arrojada por la herramienta en Excel.----------------------------- 71

Figura 49 panel de datos del nivel de cortocircuito.----------------------------------------------------- 72

Figura 50 Diagrama unifilar del sistema bajo estudio.-------------------------------------------------- 73

Figura 51 Inserción de datos de los equipos y bosquejo del diagrama unifilar a través del

programa------------------------------------------------------------------------------------------------------- 76

Figura 52 Interfaz de matlab vista desde Microsoft Excel.--------------------------------------------- 77

Figura 53 Cálculo del nivel de cortocircuito a través del programa.---------------------------------- 77

Figura 54 resultado del nivel de cortocircuito obtenido. ----------------------------------------------- 78

Figura 55 Creación del diagrama unifilar y entrada de datos del relé térmico. --------------------- 80

Figura 56 Creación del diagrama unifilar y entrada de datos del motor Nº 9.----------------------- 81

Figura 57 Curva de coordinación obtenida con la herramienta computacional. -------------------- 81

Figura 58 Entrada de datos del conductor 250 kcmil en la herramienta computacional. ---------- 82

Figura 59 Entrada de los datos ajustados para el fusible K-5, en la herramienta computacional. 83

Figura 60 Curva de coordinación de la barra obtenida con la herramienta computacional Nº 10. 83

Figura 61 Curva de coordinación obtenida con el programa para los motores 7 y 8. -------------- 84

Figura 62 Entrada de datos a través del programa del IPBT. ------------------------------------------ 86

Figura 63 Curva de coordinación del IPBT obtenida del con el programa -------------------------- 86

Figura 64 Entrada de los datos ajustados para el relé de sobrecorriente y el transformador.----- 87

Figura 65 Curva de coordinación obtenida con el programa, luego de la inserción de los datos - 88

Figura 66 Curva de coordinación obtenida con el programa. ------------------------------------------ 89

Page 12: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

xii

INDICE DE TABLAS

Tabla I máximas temperaturas de operación de conductores según su aislamiento. --------------- 20

Tabla II Temperaturas normales y de emergencia de carga para cables.----------------------------- 24

Tabla III Porcentaje de las causas de fallas en motores eléctricos. ----------------------------------- 25

Tabla IV Clasificación de los motores según desempeño, aplicaciones y eficiencia. -------------- 27

Tabla V Confiabilidad de los transformadores de potencia (sondeo de 1979). --------------------- 33

Tabla VI Clasificación de los transformadores según la potencia que manejan.-------------------- 34

Tabla VII Datos de los motores. --------------------------------------------------------------------------- 74

Tabla VIII Datos de los transformadores. ---------------------------------------------------------------- 74

Tabla IX Datos de los conductores.------------------------------------------------------------------------ 74

Tabla X Datos de la barra equivalente.-------------------------------------------------------------------- 74

Tabla XI descripción de los equipos de protección del sistema eléctrico bajo estudio.------------ 75

Tabla XII Niveles de cortocircuito en las once barras del sistema. ----------------------------------- 78

Tabla XIII Niveles de cortocircuito calculados manualmente. ---------------------------------------- 79

Tabla XIV Datos de los motores Nº 7 y Nº 8, y de sus respectivos relés térmicos ajustados. ---- 84

Tabla XV Ajustes del interruptor de potencia de baja tensión. ---------------------------------------- 85

Page 13: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

1

Capítulo 1

INTRODUCCIÓN

1.1 Antecedentes y planteamiento del problema

En la actualidad, con el uso masivo de las tecnologías informáticas, la coordinación de las

protecciones eléctricas de sistemas en baja tensión ha dejado de ser un trabajo manual del

ingeniero encargado, para pasar a un plano donde el responsable de esta tarea, con la ayuda de

una computadora y software especializado, lleva a cabo este tipo de estudios.

Por ejemplo, y gracias a estas herramientas computacionales, el ingeniero encargado de

coordinar los equipos de protección, ahora queda exento de realizar a mano muchos de los

cálculos matemáticos y curvas tiempo-corriente; y es ahora la computadora, con su poder de

procesamiento, quien minimiza el tiempo de ejecución de la tarea, lo que permite realizar más

ajustes en menos tiempo, agilizando de forma confiable un trabajo que puede ser repetitivo y

tedioso.

La variedad de estos programas en el mercado ha ido aumentando considerablemente y

compañías como CYME y Operation Technology, entre otras, invierten mucho capital humano y

monetario diseñando programas como Cymtcc y ETAP, los cuales cada vez son más completos y

pueden modelar en la computadora prácticamente todos los problemas reales que acontecen en

las redes de potencia actuales.

Los programas comerciales son costosos para empresas pequeñas y universidades. En la

Universidad Simón Bolívar se tiene el conocimiento para el desarrollo de programas de este tipo,

que sean sencillos y fáciles de manejar, que permitan coordinar protecciones en baja tensión, y

que sean de libre distribución; de esta forma ingenieros y estudiantes podrán contar con una

ayuda para resolver sus problemas en el área de protección de sistemas eléctricos.

Page 14: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

2

1.2 Justificación e importancia

El uso de diversos programas de uso convencional, interactuando integradamente para

facilitarle el trabajo al ingeniero electricista, es un logro significativo que evidencia la

importancia de este trabajo. Así, diversos programas, entre los que se mencionan hojas de cálculo,

bases de datos y editores de imágenes, se integran junto con software más avanzado de

procesamiento matemático y de imágenes, para poner a disposición del usuario una librería

variada y actualizada de equipos de potencia y de protección, en un ambiente interactivo y

simplificado.

1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo general

Crear una herramienta computacional que facilite al usuario la coordinación de sistemas

de protecciones en sistemas radiales de baja tensión.

1.3.2 Objetivos específicos

• La herramienta computacional debe ser capaz de presentar una interfaz gráfica, amigable

con el usuario donde el mismo usuario pueda representar el unifilar de un sistema

eléctrico de potencia.

• A su vez esta herramienta debe darle la posibilidad al usuario de poder introducir los

datos de los elementos presentes en el unifilar en estudio, procesarlos y obtener el nivel de

cortocircuito del sistema y las respectivas curvas de protección y de daño de los equipos

presentes en el diagrama.

• Las curvas de protección y de daños obtenidas deben poder observarse en un formato de

hoja logarítmico-logarítmico y además ser una hoja imprimible.

Page 15: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

3

1.4 Todo el desarrollo del proyecto fue dividido en cuatro etapas fundamentales, las

cuales fueron: investigación, recopilación de información, desarrollo de la herramienta

computacional, y validación de la misma. En primer lugar se investigó todo lo referente a

programas de coordinación de protecciones. Se descargaron varias versiones de prueba y se

probaron a fondo, buscando sus ventajas y desventajas. Se trató en un principio de emular a otros

programas, añadiendo nuevas funcionalidades y mejorando algunas otras.

Luego, se procedió con la recopilación de información, específicamente de la

correspondiente a curvas tiempo-corriente. Catálogos, guías estudiantiles e Internet fueron la vía

para obtener toda la información necesaria, que debería ser luego analizada y procesada. Para esa

parte del proyecto también se utilizó un software avanzado de adquisición y procesamiento de

imágenes, para la modelación de cada curva tiempo-corriente.

Posteriormente, se llevó a cabo el desarrollo de la herramienta computacional. Fue en esta

fase donde la base de datos, el editor de imágenes y la hoja de cálculo, fueron acoplados junto

con el programa de cálculo matemático, para armar el panel de control de la herramienta

computacional de coordinación de protecciones.

Finalmente, se ejecutó la etapa de validación de resultados. Para esta última parte se

utilizó el sistema ejemplo del estándar 242 del IEEE, coordinándose algunos circuitos de baja

tensión para comprobar el correcto funcionamiento de la herramienta computacional diseñada.

1.5 Resumen de capítulos

El trabajo consta de seis capítulos, incluyendo el presente capítulo introductorio.

En el capítulo 2 se explican todos los cálculos y teoría de protecciones de sistemas en baja

tensión, necesaria para la construcción de los algoritmos e interfaces del programa desarrollado.

Page 16: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

4

Así mismo, se hace una breve descripción de los equipos de protección y potencia utilizados;

además de adjuntarse una serie de recomendaciones propuestas por el estándar 242 del IEEE.

En el capítulo 3 se presenta el procedimiento desarrollado para la búsqueda, análisis y

procesamiento de los datos necesarios para armar la base de datos del programa. Las ecuaciones

matemáticas y las curvas tiempo-corriente se transforman, mediante programas comerciales de

adquisición y procesamiento de imágenes, para luego guardarse en la base de datos como puntos

con coordenadas en ejes cartesianos.

En el capítulo 4 se describe la herramienta computacional desarrollada, comenzando con

la construcción de la interfaz gráfica, pasando por el almacenamiento de la información en la

base de datos y las funcionalidades de la coordinación, hasta llegar al acoplamiento con el

programa de cálculo matemático que incorpora el algoritmo de niveles de cortocircuito.

Para la validación del programa de coordinación de protecciones, en el capítulo 5 se

estudia un sistema eléctrico en baja tensión creado a partir de un ejemplo del estándar 242 del

IEEE, capítulo 2, página 34. Aquí se presentan los resultados obtenidos y la comparación de éstos

con cálculos realizados para el mismo circuito, pero evaluando el algoritmo con una calculadora;

de esta forma se corroboran los resultados del caso bajo estudio.

En el capítulo 6 se presentan las conclusiones del trabajo, se discuten sobre los objetivos

logrados y la calidad de los resultados obtenidos. También, se presentan recomendaciones para

los próximos trabajos que deseen continuar este proyecto incorporando nuevas tecnologías e

ideas.

Page 17: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

5

Capítulo 2

PROTECCIÓN DE SISTEMAS EN BAJA TENSIÓN

2.1 Método de las componentes simétricas

A través del método de las componentes simétricas publicado por Fortescue [1], se

pueden estudiar las fallas asimétricas en un sistema eléctrico de potencia. Estas fallas van desde

cortocircuitos, fallas a través de impedancias y fallas por conductores abiertos. Este método

demuestra como un sistema trifásico de potencia desbalanceado, se puede separar en tres sistemas

balanceados distintos entre sí. Estos tres sistemas balanceados son [2]:

• Sistema de componentes de secuencia positiva.

• Sistema de componentes de secuencia negativa.

• Sistema de componentes de secuencia cero.

El sistema de componentes de secuencia positiva, es un sistema conformado por tres

vectores iguales en módulo pero con una diferencia angular de 120° entre sí y con la misma

secuencia en fase del sistema original. El sistema de componentes de secuencia negativa, es un

sistema formado por tres vectores iguales en módulo pero con una diferencia angular de 120°

entre sí y con secuencia en fase opuesta a la del sistema original. Por último, el sistema de

componentes de secuencia cero, es un sistema formado por tres vectores iguales en magnitud

pero con una diferencia angular de 0° entre ellos mismos [2].

Page 18: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

6

Con cada sistema de componentes de secuencia se puede crear un sistema o un circuito

equivalente monofásico formado por las impedancias de dicha secuencia. Estos circuitos

monofásico equivalentes se denominan “redes de secuencia” [2].

En los sistemas eléctricos encontramos distintos tipos de fallas, tanto balanceadas como

desbalanceadas. Para cada tipo de falla, se tendrán distintos tipos de conexión de las redes de

secuencia. A continuación se presentan las conexiones de las redes de secuencia según el tipo de

falla que se presenta en el sistema eléctrico.

Fallas desbalanceadas:

• Fallas monofásicas de una fase a tierra: Este tipo de falla es la más común entre ellas,

generalmente se producen cuando una de las fases hace contacto con algún objeto que se

encuentra en contacto con tierra, como por ejemplo un árbol o con alguna estructura. Para

este tipo de falla, las redes de secuencia tanto positiva, negativa y cero se conectan en

serie como lo muestra la siguiente figura [2].

Figura 1 Conexión de las redes de secuencia para falla monofásica de una fase a tierra [2].

Page 19: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

7

• Falla monofásicas de una fase a tierra a través de una impedancia: Esta falla se define

igual que la falla anteriormente descrita (Fallas monofásicas de una fase a tierra), con la

diferencia de que, encontraremos una impedancia colocada en serie con las tres fases, con

valor igual a 3 veces su valor original [2]. (Ver figura 2)

Figura 2 Conexión de las redes de secuencia para falla monofásica a tierra a través de una impedancia [2].

• Falla bifásica entre dos fases: Para este tipo de falla, las redes de secuencia positiva y

negativa se conectan en paralelo como lo indica la Figura 3, tomando en consideración

que la red de secuencia cero, no se toma en cuenta, debido a la naturaleza de esta falla, ya

que al no encontrarse alguna de las fases conectada a tierra, no se inyecta corriente hacia

esta la red de secuencia cero. En el caso de existir una impedancia de falla, se colocará

entre las dos fases correspondientes a la falla, en caso contrario se tomará la falla como un

cortocircuito directo entre las dos fases [2].

Page 20: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

8

Figura 3 Conexión de las redes de secuencia para falla bifásica entre dos fases [2].

• Falla bifásica entre dos fases a tierra: En este caso, las tres redes de secuencia se conectan

en paralelo, ya que a diferencia de la falla anterior, si se tiene inyección de corriente hacia

la red de secuencia cero. Al igual que en el primer caso, si se tiene una impedancia de

falla conectada, esta se deberá colocar pero con un valor igual a tres veces el original, en

caso contrario no se colocará [2]. (Ver figura 4)

Figura 4 Conexión de las redes de secuencia para falla bifásica entre dos fases a tierra [2].

Fallas balanceadas:

• Fallas trifásicas: Para las fallas trifásicas, no es necesario aplicar el método de las

componentes simétricas para su análisis, ya que estas fallas no desbalancean el sistema,

independientemente si son fallas trifásicas a tierra o fallas trifásicas entre fases.

Page 21: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

9

Cabe acotar que si en un circuito conectado en estrella se inserta una impedancia de valor Zr

es conectada entre neutro y tierra, deberá colocarse una impedancia pero de valor tres veces Zr

entre la barra de referencia de secuencia cero y el neutro. Por otro lado, un circuito conectado en

delta presenta en teoría, una impedancia infinita en relación con las corrientes de secuencia cero,

por no disponer de un camino de retorno aunque estas pueden quedar circulando dentro de la

delta [2].

Para transformadores existen diversas combinaciones de conexiones en las redes de secuencia

cero, dependiendo de las conexiones que presente el transformador tanto en el devanado primario

como secundario. Esta conexión se muestra en la figura 5. Usualmente los valores de las

impedancias en las tres secuencias se consideran iguales [2].

Figura 5 Conexión de los transformadores en secuencia cero [2].

Page 22: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

10

Para los cables y las líneas, las impedancias en las redes de secuencia cero se representan

tal cual, se representan en las redes de secuencia positiva y negativa [2].

En el caso de las cargas balanceadas las impedancias en las tres redes de secuencia tienen

el mismo valor; la diferencia radica en que la red de secuencia cero depende de la forma de la

conexión de la impedancia entre neutro y tierra. Cabe acotar que para estudios de niveles de

cortocircuito, no es necesario tomar en cuenta la influencia de las cargas pasivas de la red [2].

En motores, las impedancias de las redes de secuencia se representan multiplicando el

valor original de su impedancia por un factor de 0,2 y con un ángulo igual a 90 grados, es decir

una impedancia totalmente inductiva.

Por último se tiene el caso de las máquinas rotativas, las cuales presentan tensiones

internas, son representadas solo en la red de secuencia positiva o negativa según sea la secuencia

de la red [2].

2.2 Equipos de protección de sistemas en baja tensión

2.2.1 Fusibles

Los fusibles son los equipos de protección más antiguos que existen, su funcionamiento

se basa en fundir por efecto Joule, una lámina (para altas corrientes) o un hilo (para bajas

corrientes) que se encuentra intercalada en el circuito. Los fusibles tienen tamaños y formas

distintas, dependiendo de la tensión de los circuitos, la intensidad a la que deben fundirse y en

donde se utilicen. En general se fabrican utilizando un metal o una aleación con bajo punto de

fusión como por ejemplo, plomo, zinc o estaño entre otros [3].

Page 23: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

11

En baja tensión encuentras dos tipos de fusibles fundamentales. El primero es el fusible de

empleo general, este fusible es utilizado para la protección de líneas, su curva de fusión es

diseñada para tener una respuesta rápida ante cortocircuitos y a su vez una respuesta lenta ante

sobrecargas. El segundo tipo de fusible, es el fusible de acompañamiento de Motor, son

diseñados para la protección de motores, su respuesta es rápida frente a cortocircuitos y

extremadamente lenta frente a sobrecargas. Las intensidades de hasta diez veces la corriente

nominal del motor deben ser desconectadas por los aparatos de protección propios del motor, en

cambio las corrientes superiores a 10 veces la corriente nominal del motor, deberán ser

interrumpidas por este tipo fusibles [3].

Figura 6 Curva característica tiempo-corriente de un fusible [4].

En la figura 6 se presenta la curva tiempo-corriente de un fusible, aquí se pueden apreciar

dos curvas, una curva denominada tiempo mínimo de fusión, la cual representa la corriente

mínima a la cual se comienza a fundir el fusible. Y la segunda curva denominada máximo

Page 24: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

12

tiempo de despeje, la cual representa la mayor magnitud de corriente a la cual, el fusible despeja

la falla totalmente. En la práctica, un fusible puede despejar la falla totalmente dentro del rango

de estas dos curvas [2].

2.2.2 Interruptores termomagnéticos

Este equipo de protección posee tres tipos distintos de unidades: Unida Térmica, Unidad

magnética y manual. Cada una actúa independiente de los otros y su curva de disparo se compone

por la superposición de las curvas térmicas y magnéticas [5].

El funcionamiento de la unidad térmica, se basa bajo el principio de la lámina bimetálica.

Dentro del interruptor se encuentran dos láminas bimetálicas soldadas entre sí y con distintos

coeficientes de dilatación. Al fluir corriente a través del equipo, esta hace que aumente la

temperatura y por ende que se dilaten las láminas haciendo que se arqueen, accionando unos

contactos auxiliares los cuales disparan el equipo, interrumpiendo la corriente que circula a través

del mismo [5].

Por otra parte, el funcionamiento de la unidad magnética se basa prácticamente en una

parte móvil y una fija. La parte fija se denomina núcleo, el cual contiene una bobina de control,

unos contactos de fuerza y un contacto de control. La parte móvil se denomina armadura y consta

de un resorte, unos contactos de fuerza y un contacto de control. Al circular corriente por la

bobina de control, esta crea un flujo magnético, el cual depende de la intensidad de la corriente

que circule por dicha bobina. Al llegar a cierto punto, el flujo magnético es suficientemente fuerte

como para atraer a la armadura hacia el núcleo, haciendo que se unan entre sí. En ese momento

todos los contactos cambian de posición disparando el dispositivo e interrumpiendo la corriente

por el circuito eléctrico [5].

Page 25: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

13

Figura 7 curva de despeje de un interruptor termomagnético [5].

En la figura 7 se observa una curva característica de un interruptor termomagnético, en

esta curva se observa la superposición de la curva de actuación térmica y la magnética. La zona

marcada con color rojo, define la zona de actuación de la unidad térmica, en cambio la zona en

azul es la zona en la que la unidad magnética actúa y por ultimo tenemos una zona blanca en la

cual pueden actuar tanto la unidad térmica como magnética de manera arbitraria [5].

En general estos interruptores son muy versátiles y se utilizan para proteger todo tipo de

equipos, su uso es muy difundido ya que no requieren reemplazo como en el caso de los fusibles,

que al ser utilizados una vez tienen que ser necesariamente reemplazados, además presentan una

mayor seguridad ya que interrumpen circuitos con más rapidez [5].

2.2.3 Relés de sobrecorriente

Los relés de sobrecorriente son los relés más simples existentes, tienen la finalidad de

operar cuando la corriente del sistema alcanza valores superiores a los deseados. Existen

básicamente dos tipos de relés de sobrecorriente, los relés de actuación instantánea y los relés de

Page 26: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

14

actuación temporizada, además existen 3 tecnologías de relés de sobrecorriente, los relés

mecánicos, los relés numéricos y los relés analógicos [6].

Los relés de actuación instantánea actúan inmediatamente detectada la falla en el sistema,

es decir sin un retardo de tiempo. Por otro lado los relés de actuación temporizada tienen una

curva característica tal, que el tiempo varia inversamente a la magnitud de la corriente detectada

por el mismo, además se pueden encontrar varios tipos de curvas inversas dependiendo de su

forma como por ejemplo, curvas inversas, curvas muy inversas y curvas extremamente inversas

[6]. (Ver figura 8)

Figura 8 Curvas de disparo de un relé de sobrecorriente [6].

El funcionamiento de los relés mecánicos, se basan en que contienen una parte móvil

siendo generalmente un disco, la cual, a medida que la corriente circula se generan flujos

electromagnéticos que se inducen en el rotor. Al aumentar la magnitud de la corriente, aumentan

los flujos y a su vez aumenta el par generado sobre el disco de inducción, poniendo en

Page 27: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

15

movimiento el mismo, es decir poniendo a girar el disco sobre su eje. Cabe destacar que la

velocidad de giro aumentará o disminuirá dependiendo de la magnitud de la corriente que circule.

Este giro hace que, luego de cierto tiempo el contacto presente en el disco, se tope con el contacto

fijo presente en el equipo, cerrando el circuito de disparo y logrando así que actué el interruptor.

Por ultimo, luego de desenergizado el equipo, un resorte en forma de espiral retrocede el disco a

su posición inicial [6].

En cambio los relés analógicos son convertidores analógicos binarios. Las magnitudes

que estos equipos miden, son valores resultantes de alguna operación matemática sea,

diferenciación, integración o alguna otra operación matemática. Dependiendo del valor obtenido

en el procesamiento de la información, el equipo dará una señal binaria sea 0 o 1 según el caso, y

donde una de estas opciones indicará el cierre del circuito de disparo, actuando el relé logrando

interrumpir la corriente del circuito eléctrico. En general estos equipos reciben alimentación de

fuentes auxiliares, la cual es necesaria para su funcionamiento o bien en algunos casos la reciben

del mismo circuito de medida [6].

Por último, los relés numéricos generalmente son equipos con microprocesadores que

realizan varias funciones como por ejemplo, protección de sobrecorriente, protección de motores,

protección contra fallas de interruptor, etc. Estos relés poseen tres sensores (uno para cada fase),

una entrada lógica, contactos de salida que pueden estar normalmente abiertos o cerrados según

el caso y una fuente de alimentación, un contacto de alarma y un puerto digital para comunicarse

con el equipo de forma interna o externa. Este relé contiene ya programadas las curvas de tiempo

corriente, lo que hace es analizar la magnitud de la corriente que circula por el sistema y

Page 28: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

16

automáticamente ajusta el tiempo en que el equipo debe dar la señal para interrumpir la corriente

del circuito eléctrico en el que se encuentra [6].

2.2.4 Interruptores de potencia de baja tensión

Estos interruptores de potencia, se comportan similarmente a los interruptores de

termomagnéticos antes mencionados, pero como su nombre lo indica, estos interruptores están

diseñados para interrumpir corriente de gran magnitud [7].

La curva característica tiempo-corriente de estos interruptores presenta ciertas

características las cuales pueden ser manipuladas voluntariamente. Estas características se

pueden apreciar en la siguiente figura [7].

Figura 9 Curva característica de un interruptor de potencia de baja tensión [7].

Se pueden observar las características de la curva del interruptor. Los retardos de tiempo

largo y de tiempo corto se encargan de modificar los umbrales de corriente del equipo, mientras

Page 29: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

17

que las unidades temporizadas se encargan de modificar la respuesta en tiempo de las pendientes

de la curva. Además podemos modificar el valor del umbral de la unidad instantánea, inclusive es

posible deshabilitarla si es necesario [7].

Se pueden encontrar interruptores de potencia tanto electrónicos como electromecánicos.

Los interruptores electromecánicos están conformados por piezas mecánicas y electrónicas como

resortes, contactos de cierre, bobinas, motores, etc. En cambio los interruptores electrónicos de

potencia, basan su funcionamiento en la electronica de potencia, es decir, este es un interruptor

electrónico de estado sólido compuesto de componentes como, transistores, diodos zener,

rectificadores entre otros. Las mediciones se realizan a través de transformadores de corriente

incluidos dentro del equipo.

2.2.5 Relés térmicos

Los equipos de protección térmica más simples conocidos son los relés térmicos, su

principal función es proteger motores por calentamiento a través de control indirecto. Estos

equipos están constituidos por dos láminas de metal soldadas entre sí, que tienen distinto

coeficiente de dilatación. Como ya se explicó anteriormente, cuando la corriente eléctrica pasa a

través del equipo, esta hace que las láminas se calienten y se curven, de tal manera que la

curvatura va depender del valor de la corriente y del tiempo. Si llega a haber sobrecarga, después

de un determinado tiempo, los bimetales accionan un mecanismo de disparo provocando la

apertura del contacto, este contacto alimenta a una bobina la cual acciona el contactor de

maniobra, desconectando el motor. A continuación se presenta la curva de disparo del equipo [8].

Page 30: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

18

Figura 10 Curva de disparo de un relé térmico [8].

A pesar de que los relés bimetálicos son utilizados por ser simples de maniobrar y a su

vez económicos, presentan ciertas limitaciones a la hora de su uso [8]:

• Su curva de disparo es fija, no se adaptan a curvas pesadas de arranque de motores.

• No hay manera de autocontrolar su curva de disparo.

• Ofrecen poca o nula protección contra fallas de fase.

2.3 Protección de equipos en baja tensión

2.3.1 Cables

Los cables se clasifican según el voltaje de su aislamiento en dos clases: los que tienen

aislamiento para menos de 600 voltios y los que tienen aislamiento para más de 600 voltios [9].

Las causas más frecuentes que influyen en la disminución de la vida de los cables o

conductores, son el aumento de la temperatura causada por las sobrecargas, trayendo como

Page 31: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

19

consecuencia la falla del aislamiento, además la falta de una buena coordinación de los equipos

de protección, hace que se presenten fallas en los sistemas eléctricos que, al no ser despejadas a

tiempo causan daños a los mismos, incluyendo a los cables. Al tenerse en cuenta estas causas, se

debe considerar que una apropiada selección del cable, asegura que el mismo tenga capacidad

para la corriente esperada. Por otro lado, una conveniente protección asegura que el aumento de

la temperatura del cable (considerando la temperatura ambiente), no dañará el cable o el

aislamiento del mismo [9].

Las sobrecorrientes son una de las fallas más comunes en los sistemas eléctricos y pueden

ocurrir debido al aumento del número de cargas, debido a la sobre cargas de los equipos o debido

a la no linealidad de las cargas, causando una corriente excesiva por el neutro. El otro tipo de

falla que se puede presentar es el cortocircuito. Esta falla puede producir una destrucción extensa

de los materiales de los conductores, ya que el arco eléctrico producido por el cortocircuito

produce altas temperaturas. Dependiendo del tamaño del conductor, tipo de aislamiento, y la

corriente de falla, el tiempo de despeje del sistema de protección debe ser lo bastante corto para

detener el flujo de corriente antes de que se alcancen las temperaturas perjudiciales. La

protección contra sobrecargas generalmente se logra a través de un dispositivo sensible a la

magnitud y a la duración de la corriente, en cambio para el cortocircuito los dispositivos de

protección son sensibles a muy altas corrientes en cortos intervalos de tiempo [9].

La protección de los cables es requerida para reducir los riesgos del personal, al resto de

los equipos y para garantizar un servicio continuo del sistema eléctrico. En general la selección

de la protección es determinada por causas económicas y por los requerimientos ingenieriles,

aunque también debe cumplir con la seguridad del personal y las consideraciones necesarias para

Page 32: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

20

cumplir con los diferentes códigos que pueden ser aplicables a una instalación eléctrica en

particular [9].

2.3.1.1 Temperaturas máximas de cortocircuito

ICEA P-32-382-1999 estableció unas pautas para las temperaturas del cortocircuito

dependiendo de los tipos de aislamiento de los cables. En la Tabla 1 se muestran las máximas

temperaturas de operación de conductores según su aislamiento. Cabe acotar que las

temperaturas de cortocircuito son consideradas las temperaturas máximas y para proteger el

aislamiento del cable, no se deben exceder estos valores [9].

Tabla I máximas temperaturas de operación de conductores según su aislamiento [9].

Tipo de aislamiento

Temperaturas de operación °C

Temperaturas límites de cortocircuito °C

Caucho 75 200

Caucho 90 250

Caucho de silicona 125 250

Termoplástico 60,75,90 150

Papel 85 200

2.3.1.2 Curvas de daño tiempo-corriente

Por conveniencia para determinar el tamaño del cable, las curvas de daño tiempo-

corriente están basadas en la formula del aumento de la temperatura y además en el aumento de

temperatura continuo proveniente de las temperaturas límites del cortocircuito. Las Figuras 11 y

12 muestran las curvas para conductores de cobre y de aluminio de 75°C a 200°C. Para un buen

diseño un cable debe seleccionarse en base a la corriente total de carga, el tiempo de despeje del

cortocircuito y de la corriente de cortocircuito disponible [9].

Page 33: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

21

Figura 11 curvas de daño para conductores de cobre [9].

Figura 12 Curvas de daño para conductores de aluminio [9].

Page 34: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

22

2.3.1.3 Temperaturas iniciales y finales

Para distintos cables, la temperatura inicial o de operación y final o de cortocircuito son

diferentes de 75 °C y 200 °C respectivamente, el factor de corrección puede ser determinado por

el uso de Figura 13. Con esta gráfica se obtiene un factor de corrección con el cual se multiplica

la corriente de falla real, obteniendo un nuevo valor de corriente de falla. Este nuevo valor es el

que ahora se utilizará con las anteriores figuras (11 y 12) [9].

Figura 13 Factores de corrección para temperatura inicial y máxima de cortocircuito [9].

2.3.1.4 Protección contra cortocircuito

Los cables deben protegerse contra el sobrecalentamiento producido durante una falla de

cortocircuito, esta falla puede presentarse en el propio cable o en algún otro sitio del sistema. La

zona del cable afectada por una falla debe ser reemplazada luego de ser despejada la misma [9].

Durante una falla de una las fases, las pérdidas por I2R hacen, que primero se eleve la

temperatura del conductor y luego la del aislamiento, también puede sucede al haber una falla a

tierra. Debido a que estas y otras fallas por cortocircuito son interrumpidas instantáneamente o en

Page 35: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

23

un período muy corto de tiempo por los equipos de protección, la transferencia de calor del

conductor al exterior es prácticamente nula, por ende el calor es producido casi completamente en

los conductores y para propósitos prácticos se puede asumir que es de un 100%. Durante la falla

no debe permitirse que la temperatura del conductor suba, hasta el punto de dañar los materiales

aislantes de los cables. Para la protección de un cable ante una falla de cortocircuito, se debe

tener en cuenta lo siguiente [9]:

• Máximas corrientes de cortocircuito disponibles.

• Temperatura del conductor máxima que no dañará el aislamiento.

• Tamaño del cable o conductor el cual sea capaz de soportar, para contener el calor

producido por las perdidas I2R.

• El máximo tiempo posible de existencia de la y la corriente de falla que puede fluir.

Los dispositivos para proteger los cables contra cortocircuitos, deben tener un tiempo

rápido de despeje. Para los cables, los tiempos totales de despeje se definen de la siguiente

manera [9]:

a) Interruptor en conexión con un relé: El Tiempo total de despeje es igual a los tiempos de los

relés de sobrecorriente más el tiempo del relé auxiliar (si esta en uso) más los tiempos de

interrupción del interruptor.

b) Interruptor en solitario: El tiempo total de despeje debe ser igual al tiempo de despeje de

interruptor.

c) Fusibles: tiempo total de despeje es igual tiempo de fusión del fusible más el tiempo de arqueo

Page 36: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

24

2.3.1.5 Protección contra sobrecarga

La temperatura del conductor, es el resultado de las variaciones de calor dentro del mismo

gracias a la carga. Al igual que en fallas de cortocircuito, los cables deben protegerse contra el

sobrecalentamiento, pero en este caso producido gracias a sobrecargas [9].

Una falla de sobrecarga puede generar una temperatura tal en el cable, que puede reducir

la vida útil del mismo de manera significativa, inclusive si se mantiene por unos pocos minutos.

En la siguiente tabla se especifican las temperaturas normales y de emergencia de carga de los

cables según su aislamiento y el tipo de cable [9].

Tabla II Temperaturas normales y de emergencia de carga para cables [9].

Aislamiento Tipo de cable

Voltaje normal

Temperatura normal de carga

Temperatura de de carga de emergencia

Termoplástico T, TW 600 V 60 85

THW 600 V 75 90

THH 600 V 90 105

Polietileno 0-15kV 75 95

Poliéster 15 kV 85 105

Papel 15 kV 80 95

Caucho de silicona 15 kV 125 150

Esta tabla muestra las máximas temperaturas de operación de varios tipos de cables. Estos

datos son dados por los fabricantes, y siguiendo la tabla anterior, se estima que la vida útil del

aislamiento de un cable es de 20 a 30 años. En general, un cable en operación rara vez logra

alcanzar las temperaturas de emergencia de carga, ya que se seleccionan los tamaños de cable

para que estos puedan soportar las variaciones de carga sin llegar a operar a dichas temperaturas,

para así evitar un rápido deterioro del aislamiento y del propio cable [9].

Page 37: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

25

Para la protección de los cables contra sobrecargas, se pueden utilizar relés de

sobrecorriente de disco de inducción o de estado sólido, que además pueden ser de curvas muy

inversas o extremamente inversas, los cuales ofrecen una mejor protección que los que describen

una curva inversa moderada. Por otro lado, los fusibles proporcionan una excelente protección

contra cortocircuitos de gran magnitud, ya que adicionalmente por debajo y hasta los 600 voltios,

los fusibles proveen protección contra sobrecargas o fallas de baja corriente [9].

2.3.2 Motores

La protección de los motores es fundamental en los sistemas eléctricos, estos forman parte

de las cargas significativas del sistema y abarcan alrededor del 70% del consumo de la energía

eléctrica [10].

Además son equipos costosos y de mucha utilidad en el área industrial, comercial o

residencial. Su uso va desde compresores para equipos de aire acondicionado, máquinas de

imprenta, bombas y hasta maquinara pesada industrial. Muchas son las causas de fallas en los

motores las cuales se presentan en la siguiente tabla [11].

Tabla III Porcentaje de las causas de fallas en motores eléctricos [11].

Sobrecarga 30%

Pérdida de una fase 14%

Contaminantes 19%

Envejecimiento de las partes del motor 10%

Fallas en el rotor 5%

Otras causas 9%

Existen varios factores que determinan la importancia de los motores en el sistema

eléctrico. En primer lugar, son equipos costosos y difíciles de reemplazar, ya que no son de fácil

Page 38: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

26

transporte y en ocasiones no llegan a ser sustituibles inmediatamente. Esto conlleva a realizar un

mantenimiento periódico sobre el motor, es decir, una constante inversión sobre el mismo, para

evitar su salida de funcionamiento [9].

Se debe tener en cuenta que el mal funcionamiento de un motor, puede ocasionar

accidentes y grandes pérdidas económicas, por ende, hay que tomar mucha atención al

funcionamiento de este equipo. Por ejemplo, si el motor llegase a presentar fallas o condiciones

de operación anómalas como, falta de aceleración al momento del arranque, sobrecalentamiento,

vibraciones excesivas, etc. Se deben realizar las detecciones de estas fallas a partir de la medida

de la tensión, corriente, temperatura, frecuencia, armónicos, vibraciones y velocidad de la

maquina. Sin embargo, para la mayoría de los motores pequeños (menos de 200 kW), la medida

predominante es la de sobrecorriente [9].

2.3.2.1 Características del motor

Las características del motor incluyen, el tipo, la velocidad, el voltaje, el nivel de potencia,

el factor de servicio, el diseño NEMA (por ejemplo, A, B, C, D, o E, los cuales representan las

características del par y la velocidad para motores de baja y medio tensión, tal y como está

descrito en NEMA MG 1-1998), aplicación, nivel del factor de potencia, tipo del reconectador

del motor, arreglos de bobinas y sus límites de temperatura, las capacidades térmicas del rotor y

el estator en condiciones de arranque, corrida y parada [9]. Ver tabla 4.

Page 39: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

27

Tabla IV Clasificación de los motores según desempeño, aplicaciones y eficiencia [9].

Clasificación

Par de rotor

bloqueado (porcentaje del par de

carga)

Corriente de rotor

bloqueado (porcentaje

de la corriente de carga) Deslizamiento Aplicaciones típicas

Eficiencia relativa

B(Par normal de rotor

bloqueado y corriente normal de rotor

bloqueado) 70-275 600-700 0,5-5%

Ventiladores, bombas centrifugas y

compresores, set de motor-generador, etc. Donde el par en el arranque sea

relativamente bajo. Media o alta

C(Par alto de rotor

bloqueado y corriente normal de rotor

bloqueado) 200-250 600-700 1-5%

Trituradoras, bombas recíprocas y

compresores, etc. Donde la carga sea baja

en el arranque. Media

D(Par alto de rotor

bloqueado y alto

deslizamiento) 275 600-700 5-8%

Ascensores, extractores, winches, bombas de petróleo,

máquinas de tensado de cable, etc. Media

E 70-190 800-1000 0,5-3%

Ventiladores, bombas centrifugas y

compresores, set de motor-generador, etc. Donde el par en el arranque sea

relativamente bajo. Alta

2.3.2.2 Características de arranque de los motores

Las curvas de arranque de los motores de baja tensión, a veces llegan a resultar difíciles

de determinar, por esta razón se estandarizan estas curvas de tal manera de tener un modelo que

se aplique en casi todos los casos de arranque de motores, a menos que el fabricante indique lo

contrario . En la figura 14 se muestra la curva típica de arranque de un motor de baja tensión [20].

Page 40: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

28

Figura 14 Curva típica de arranque de motor [9].

En la figura 14, se observa la curva típica de arranque de un motor de baja tensión. En

esta gráfica se muestran dos curvas, la primera representa la corriente nominal del motor (color

rojo), la cual está determinada a 5 segundos. La segunda curva, representa la corriente de

arranque (color verde) del motor. Generalmente la corriente de arranque de motor se considera

igual a 6 veces el valor de la corriente nominal, aunque existen casos en que no necesariamente

se cumple con esto, ya que el fabricante proporciona tanto el valor de la corriente de arranque del

equipo como el tiempo de duración del mismo [9].

2.3.2.3 Protección contra cortocircuito

Es posible que los equipos mas simples, utilizados para la protección de motores contra

cortocircuitos sean los fusibles. Hoy en día, los fabricantes intentan mejorar la capacidad de

limitación de corriente de estos dispositivos antes de que la corriente de cortocircuito alcance su

valor máximo o un valor de régimen permanente. Los fusibles diseñados para la protección de

motores presentan a su vez, una respuesta muy lenta ante fallas por sobrecarga y una respuesta

Page 41: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

29

rápida ante fallas por cortocircuito. En general, las magnitudes de hasta 10 veces la corriente

nominal, deben ser despejadas por las protecciones propias del motor, en el interior del motor el

sistema de protección contra cortocircuitos del circuito auxiliar evitará daños sobre el mismo,

además el arrancador y el equipo de control del propio motor ayudarán también a evitar estos

daños, si las magnitudes son superiores a diez veces el valor nominal de la corriente del motor, la

falla debe ser despejadas por los fusibles [3].

Uno de los inconvenientes de utilizar fusibles para proteger motores contra cortocircuitos

es que, los mismos presentan una curva imprecisa de fusión en comparación con otros equipos de

protección que cumplen el mismo fin, además de que en el momento de ser utilizado, debe ser

reemplazado ya que un fusible no puede ser reutilizable [3].

La corriente mínima umbral de los fusibles, se determina a partir de la corriente y del

tiempo de arranque del motor, es decir un fusible que opere cuando el motor esté en operación de

arranque, no debe fundirse ya que debe permitir que el motor arranque, y llegue a valores

estacionarios de corriente. Por ejemplo en arranque directo los motores de jaula de ardilla tienen

una corriente de arranque entre 4 y 8 veces su corriente nominal, en cambio, en los motores de

anillos y motores de jaula con arranque estrella-triángulo, la corriente de arranque suele ser ente

1,2 y 3 veces la corriente nominal del mismo. Esto quiere decir que si la función de un fusible es

proteger un motor fuese cual fuese, el fusible debe permitir el arranque del motor pero a su vez

debe protegerlo contra fallas por cortocircuito [3].

Al igual que los fusibles, los interruptores termomagnéticos son utilizados para proteger

motores contra fallas por cortocircuito. Sin embargo estos equipos interrumpen fallas con más

Page 42: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

30

rapidez y precisión en comparación con el mismo fusible. Por otra parte, un fusible requiere ser

comprado cada vez que es utilizado, además es necesaria su colocación en una base la cual está

sometida a tensión y se necesita una persona capacitada para efectuar estas operaciones

mencionadas anteriormente. De manera similar que los fusibles, los interruptores

termomagnéticos deben permitir el arranque del motor pero a su vez debe protegerlos de fallas

por cortocircuito, esto nos indica que la selección del interruptor apropiado para proteger un

motor, depende directamente de la corriente y del tiempo de arranque del motor [5].

Otro equipo de protección contra fallas por cortocircuito en motores son los relés de

sobrecorriente, su operación, al igual que en los dos casos anteriores, debe permitir el paso de las

corrientes de arranque del motor pero a su vez, debe proteger al mismo contra las fallas por

cortocircuito. De manera similar, su selección apropiada dependerá directamente de las corrientes

y del tiempo de arranque que presenten los motores [9].

La protección del motor es necesaria que opere en cualquier momento que el motor falla

en acelerar, cuando la corriente de operación exceda los límites normales, y cuando un

cortocircuito es detectado [9].

Dependiendo del tipo de motor y de su tensión, los dispositivos que realizan estas

funciones son construidos de maneras distintas. Para motores de alta o media tensión, la

protección puede ser a través de un relé trifásico de sobrecorriente o un relé multifuncional, el

cual podría incluir otras funciones de protección como por ejemplo, desbalance de corriente,

sobrecorriente diferencial, fallas a tierra y pérdida de carga. Esta protección tan compleja

normalmente no está provista en motores de baja tensión, aún cuando dispositivos

multifuncionales se encuentran disponibles para proteger este tipo de motores. Además, algunos

Page 43: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

31

motores pueden estar suministrados directamente desde un dispositivo de distribución de baja

tensión. La decisión de utilizar o no un dispositivo de distribución, está usualmente influenciada

por la frecuencia de arranque del motor ya que los controladores del motor están clasificados para

un número considerablemente más grande de operaciones [9].

2.3.2.4 Protección contra sobrecarga

Los relés térmicos, se usan para proteger a los motores contra fallas por sobrecarga, lo

mas comunes son los relés monofásicos, es decir que solo actúan sobre una de las fases, aunque

también pueden usarse relés térmicos trifásicos para su protección. Estos relés son diseñados para

operar en base a las tablas proporcionadas por los fabricantes de motores, y en base a las

condiciones de temperatura en que podría operar el mismo [9].

Una de sus ventajas como equipos de protección contra sobrecargas, es que su

funcionamiento se basa en láminas bimetálicas, la cuales, luego de haber aumentado su

temperatura gracias al paso de la corriente y de haberse arqueado, estas tardan un lapso de tiempo

para volver a su posición original. Este fenómeno proporciona una buena protección contra

sobrecargas cíclicas o sobrecargas repetitivas, y contra arranque repetitivos de motores [9].

En general se han estandarizado los relés térmicos para la protección de los motores

contra las fallas por sobrecarga, según su tiempo de despeje. Tenemos los relés clase 10, estos

relés actúan a 10 segundos para 6 veces el promedio de sobrecarga del motor. Los clase 20 que

actúan a 20 segundos para 6 veces el promedio de sobrecarga del motor y los clase 30 que actúan

Page 44: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

32

a 30 segundos para 6 veces el promedio de sobrecarga del motor. Los relés de clase 10 se utilizan

generalmente para motores con un factor de servicio entre 1 y 1,05. Los clase 20 son utilizados

para motores con un factor de servicio más alto en comparación con el clase 10 y por último los

relés de clase 30 son utilizado en aplicaciones donde el motor presenta altos momentos de inercia

al momento de su arranque, lo que indica que son motores que requieren un gran lapso de tiempo

para su arranque [9].

Los relés térmicos y otros dispositivos de protección contra sobrecargas, no están

diseñados para despejar fallas por cortocircuitos, por ende se deben utilizar equipos como

fusibles o interruptores para proteger a los mismos contra ese tipo de fallas [9].

2.3.3 Transformadores

El manejo de grandes potencias y la diferencia de niveles de tensión en los sistemas

eléctricos, han hecho necesario el uso de transformadores dentro de los sistemas. La falla de estos

transformadores trae como consecuencia pérdida del servicio eléctrico, esto sin tener en cuenta el

costo de la reparación del equipo y los daños materiales o humanos que se pueden producir por el

mal funcionamiento de uno de estos equipos. Por ende es importante la protección apropiada de

los transformadores, aunque hay que señalar que estos equipos se encuentran entre los más

simples y confiables equipos de potencia existentes en los sistemas eléctricos [9].

Estudios previos (ver tabla 5) han indicado que todos los transformadores tiene una

proporción de falla de 62 por cada 10000 años; los transformadores entre 300kVA y 10000 kVA

Page 45: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

33

tienen una proporción de falla de 59 por cada 10000 años y transformadores clasificados como

mayores a 10000 kVA tienen una proporción de falla de 153 por cada 10000 años [9].

Tabla V Confiabilidad de los transformadores de potencia (sondeo de 1979) [9].

Tipo de equipo

Proporción de fallas (por unidad al año)

Tiempo promedio de reparación (horas por

falla)

Tiempo promedio de reemplazo (horas por

falla)

Todos los lleno de aceite 0,0062 356,1 85,1

lleno de aceite 300-10000kva 0,0059 297,4 79,3

lleno de aceite > 10000 kva 0,0513 1178,5 192

La necesidad de proteger los transformadores es recomendada precisamente, cuando el

promedio de horas forzadas de tiempo muerto por año de transformador es considerable. El valor

de 356 horas promedio fuera de servicio por cada falla de transformadores representa un reto para

el ingeniero de sistemas encargado de proteger apropiadamente los transformadores y minimizar

cualquier daño que pueda ocurrir [9].

La falla de un transformador puede ser causada por una gran cantidad de condiciones

internas y externas que hacen que la unidad no pueda realizar su función eléctrica o mecánica.

Las fallas de los transformadores pueden agruparse de acuerdo a la causa inicial de la falla de la

siguiente manera [9]:

a) Falla de los arrollados: Es la causa más frecuente en cuanto a fallas de transformadores. Las

causas de este tipo de falla son: deterioramiento del aislante o defectos de fabricación,

sobrecalentamiento, esfuerzos mecánicos, vibración y alzas en el voltaje.

Page 46: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

34

b) Tableros terminales y cambiadores sin carga: Las fallas son atribuidas a ensamblaje incorrecto,

daños durante el transporte de equipos, vibración excesiva, o diseño inadecuado.

c) Fallas del bushing: Entre sus causas se incluye vandalismo, contaminación, envejecimiento,

rotura y animales.

d) Fallas varias: Entre las causas que las ocasionan se pueden mencionar ruptura del mecanismo

aislante del núcleo, filtración de líquidos debido al daño del tanque, daños durante transporte o

debido a la presencia de materiales extraños dentro del tanque.

Las fallas de otros equipos dentro de la zona de protección del dispositivo que protege al

transformador puede ocasionar la pérdida de mismo en el sistema. Este tipo de falla incluye

cualquier equipo (por ejemplo, cables, switches, transformadores de medición, entre otros) [9].

2.3.3.1 Clasificación de los transformadores

Los transformadores, desde el punto de vista de protección, se clasifican según la potencia

que ellos manejan, sea potencia trifásica o potencia monofásica. Se tienen 4 categorías o clases

de transformadores que se presentan en la siguiente tabla [10].

Tabla VI Clasificación de los transformadores según la potencia que manejan [10].

Clase Potencia en kVA Potencia en kVA

Unidad monofásica Unidad trifásica

I 5-500 15-500

II 501-1667 501-5000

III 1668-10000 5001-30000

IV mayores a 10000 mayores a 30000

Page 47: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

35

Para cada clase de transformador, se tendrá una gráfica, y cada gráfica representa la curva

de daño de ese tipo de transformador, es decir se tienen 4 curvas de daño donde, dependiendo de

la potencia de mismo, se utilizará la curva correspondiente a la potencia manejada por el

transformador [10].

2.3.3.2 Protección contra cortocircuito

En transformadores, se consiguen fallas a causa de diversos factores incluyendo mala

operación de los mismos, o fallas ocurridas dentro de los sistemas eléctricos, entre estas fallas se

pueden mencionar [9]:

• Fallas por sobrecarga continua

• Fallas por cortocircuito

• Fallas a tierra

• Fallas por sobrevoltaje

Los fusibles e interruptores son algunos de los equipos que proporcionan una protección a

los transformadores contra fallas por cortocircuito. La mejor protección se proporciona la incluir

fusibles en ambos lados de los transformadores, aunque comúnmente, se utiliza un interruptor del

lado secundario del transformador o un fusible para proteger al mismo de cargas que llegan hasta

un 125% de su capacidad máxima. El utilizar un interruptor en el lado primario de un

transformador podría resultar una práctica costosa, especialmente para equipos de capacidades

pequeñas y transformadores de bajo costo [9].

Page 48: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

36

Otra práctica común, es utilizar un interruptor parra alimentar de dos a seis

transformadores de baja potencia y de bajo costo, cada transformador tiene su propio interruptor

pero del lado del secundario del mismo y en algunos casos, un interruptor del lado primario

desconectado. Esto trae como desventaja de que todos los transformadores son desenergizados

mediante la apertura del único interruptor del circuito primario [9].

Se debe tener en cuenta que en transformadores, las fallas a tierra, cuando están limitadas

por una resistencia, pueden no ser vistas por ninguno de los fusibles primarios del transformador

o por los relés diferenciales. Ellas pueden ser aisladas solo por un interruptor primario o algún

otro equipo de protección activado por un relé a tierra en la resistencia a tierra del circuito, o un

relé diferencial a tierra. Un relé diferencial a tierra puede constar de un simple relé de

sobrecorriente conectado a una tierra [9].

Los cortocircuitos del lado secundario pueden mantener el transformador expuesto a

corrientes de magnitudes de cortocircuito limitadas solamente por la suma de las impedancias del

transformador y del sistema eléctrico [9].

Por lo tanto, los transformadores con impedancia inusualmente baja pueden experimentar

cortocircuitos de corrientes altas y ocasionar daños mecánicos. El flujo prolongado de una

corriente de cortocircuito de menor magnitud puede también causar un daño térmico. La

protección de los transformadores contra fallas internas y externas debería de realizarle lo más

pronto posible para mantener el daño en su mínimo nivel. Diversos sistemas de detección se

encuentran disponibles para proveer varios grados de protección contra cortocircuitos. Estos

equipos detectan dos aspectos diferentes de los cortocircuitos. El primer grupo de equipos detecta

la formación de gases como consecuencia de una falla interna, mientras que el segundo grupo

Page 49: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

37

detecta la magnitud o la dirección de la corriente de cortocircuito, o ambos directamente. Los

equipos de detección de gas incluyen dispositivos de despresurización, relés de aumento rápido

de presión, relés de detección de gas y relés de gas combustible. Los equipos de detección de

corriente incluyen fusibles, relés de sobrecorriente y relés diferenciales [9].

Si se trata de relés de sobrecorriente, estos al ser aplicados en el lado primario del

transformador proveen protección para las fallas del transformador en el arrollado y proveen

protección de reserva para el transformador en el lado secundario. Ellos proveen protección

limitada para fallas internas en el transformador porque ajustes sensibles y operaciones rápidas no

son usualmente posibles [9].

Ajustes insensibles ocurren debido a que el valor elegido para los relés de corriente de

fase debe ser lo suficientemente alto como para tomar ventaja de las capacidades de sobrecarga

del transformador y ser capaz de contener las corrientes de inrush. Operaciones rápidas no son

posibles debido a que deben estar coordinadas con la protección del lado de carga [9].

Relés de sobrecorriente de fase instantáneos protegen el transformador de cortocircuitos

además de protegerlos contra sobrecargas. Cuando son utilizados en el lado primario, usualmente

se encuentran en conjunto con equipos de protección secundarios. De esta manera, se eliminan

las fallas rápidamente. Los ajustes en los relés instantáneos son seleccionados de acuerdo a su

aplicación con respecto al equipo de protección secundario y los arreglos del circuito [9].

Este tipo de relés están arreglados para activarse a un valor mayor que la corriente

máxima asimétrica de falla. Este valor es usualmente la falla de corriente a través del

transformador para una falla trifásica del lado de baja. Para unidades instantáneas sujetas a

sobrecorrientes transitorias, un valor de 175% del máximo calculado para la corriente asimétrica

Page 50: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

38

trifásica de inrush del lado baja, generalmente provee un margen lo suficientemente grande para

evitar falsas caídas en la barra adyacente, mientras de igual forma brinda protección contra fallas

internas [9].

2.3.3.3 Protección contra fallas de sobrecarga

La protección de los transformadores contra sobrecargas puede ser provista por los relés.

Estos relés son aplicados en conjunción con transformadores de corriente y un interruptor o un

switche ajustado al máximo requerimiento de trabajo continuo e interrumpido de la aplicación [9].

Los relés de sobrecorriente son seleccionados para proveer un rango de ajustes sobre la

sobrecarga permitida y ajustes instantáneos cuando es posible, dentro de la tasa de corriente de

falla del transformador. Las características deberían ser seleccionadas para coordinar los equipos

de seguridad. Los ajustes de los relés de sobrecorriente deberían cumplir con las necesidades del

sistema de potencia [9].

Relés de sobrecorriente pueden ser utilizados para separar el transformador de una barra o

de una línea dañada, antes de que el transformador sea dañado. En algunos transformadores

pequeños, los relés de sobrecorriente pueden proteger fallas internas. En transformadores grandes,

relés de sobrecorriente pueden ser utilizados para proveer reservas para relés de presión o

diferenciales [9].

Page 51: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

39

2.4 Coordinación de protecciones

Un regla básica a tomar en cuenta en la coordinación de los sistemas de protección en

sistemas eléctricos, es que el equipo de protección más cercano a la fuente, debe ser más lento en

comparación con el equipo de protección mas alejado de la misma, para toda corriente igual o

menor al nivel de cortocircuito en la localidad ubicada lejos de la fuente [12].

Cabe destacar que las protecciones deben ser lo suficientemente lentas como para permitir

el paso de las corrientes y las sobrecorrientes normales del sistema, pero a su vez lo

suficientemente rápidas para proteger los equipos [12].

2.4.1 Fusible-Fusible

Para casos en que se desee hacer la coordinación fusible-fusible en baja tensión, se debe

tomar en cuenta que, en general la curva fusión de un fusible esta definida en el límite inferior

como el 75% del mínimo de fusión de la curva tiempo corriente del fusible. Es decir, si se desean

coordinar dos fusibles A y B, el tiempo total de despeje del fusible B debe estar suficientemente

por debajo de la curva de despeje del fusible A [12]. Figura 15

Figura 15 Coordinación fusible-fusible [12].

Page 52: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

40

2.4.2 Itm-Itm

Para realizar la coordinación entre dos interruptores termomagnéticos, se debe tratar de

cumplir que, la corriente nominal del interruptor A sea aproximadamente 2 veces la corriente del

interruptor B, esto para evitar pérdida de selectividad en el sistema eléctrico. En la siguiente

figura se muestra como debería ser la coordinación de 2 interruptores electromagnéticos [12].

Figura 16 Coordinación ITM-ITM [12].

Se debe tener en cuenta que en la figura 16, el instantáneo del interruptor A se encuentra

inhibido. Por otro lado una regla básica para este tipo de casos es que si el instantáneo máximo no

supera la corriente máxima de falla en B (Ifmax B), se debe colocar el máximo valor de

instantáneo posible para garantizar el mayor rango de selectividad existente [12].

Page 53: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

41

2.4.3 Fusible-Itm

Para este caso se tienen dos opciones posibles, la primera es tener un fusible aguas abajo

del interruptor, y por supuesto la segunda opción es el caso inverso, un interruptor aguas abajo

del fusible [12].

Para la primera opción, la corriente nominal del interruptor debe lo bastante grande en

comparación con la corriente máxima de fusión del fusible, lo cual se muestra en la figura 17.

Para la segunda opción, la corriente nominal de interruptor debe estar lo suficientemente por

debajo, para que su curva no se intersecte con la curva de 0,75 del mínimo de fusión de la curva

tiempo corriente del fusible [12]. Ver figura 18.

Figura 17 Coordinación fusible aguas abajo de un ITM [12].

Page 54: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

42

Figura 18 Coordinación ITM aguas abajo de un fusible [12].

2.4.4 Relés térmicos-Itm o fusibles

Este caso de coordinación se usa generalmente para proteger motores contra fallas por

sobrecarga y fallas por cortocircuito. Lo deseable es que ambas protecciones permitan el paso de

las corrientes de arranque del motor, pero que a su vez lo proteja. En la figura 19 y 20 se

presentan las coordinaciones deseables para este caso [12].

Figura 19 Coordinación Relé térmico e ITM [12].

Page 55: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

43

Figura 20 Coordinación Relé térmico y fusible [12].

2.4.5 Relés de sobrecorriente – Relés de sobrecorriente

Este caso de coordinación, en general se encuentra en sistemas de media tensión. El

criterio de coordinación se basa en la diferencia de tiempo que debe existir entre un relé y otro.

(Ver figura 21).

Figura 21 Coordinación de dos relés de sobrecorriente [12].

Page 56: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

44

El criterio de coordinación se observa en la figura 21. IC1 se define como el tiempo

mínimo que debe tener el relé de sobrecorriente aguas arriba de diferencia, en comparación con el

relé aguas abajo. Este tiempo consta de: 0,1 segundos que corresponde al error que presenta el

relé A, más 0,1 segundos al error correspondiente al relé B, más 0,1 segundos de seguridad, más

el tiempo de actuación del interruptor que si se desconoce se asume como 0,1 segundos, más el

tiempo de sobrevuelo (para este caso el del relé A) si el relé es electromecánico, en caso de que

sea electrónico este tiempo se toma como cero.

Page 57: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

45

Capítulo 3

RECOPILACIÓN Y ADQUISICIÓN DE LOS DATOS

3.1 Selección de equipos.

Dado que se trata de la primera versión del software, se quiso dar importante variedad a

los equipos que iban a ser almacenados en la base de datos. Se suponía que la información sería

encontrada, tanto en Internet como en los catálogos de diversas compañías de equipos eléctricos,

entonces la primera búsqueda fue la de los propios catálogos y sitios de Internet donde estuviese

disponible la información para ser descargada. Asimismo, se contaba con una guía de curvas

tiempo-corriente muy completa, del Prof. Elmer Sorrentino [13], la cual también fue consultada.

La consultora Maresa, aportó un catalogo de equipos eléctricos donde figuraban todo tipo de

datos técnicos que se necesitaban, asimismo Siemens brindó mucha información, y varios

catálogos fueron conseguidos. Por su parte las compañías General Electric, Westinghouse, Merlin

Gerin y Schweitzer Engineering Laboratories (SEL), aportaron bastante información en sus

respectivos sitios de Internet y en los enlaces asociados.

En la búsqueda de los elementos que la base de datos debía poseer, la prioridad en un

principio fue investigar sobre los equipos que conforman la red eléctrica, como los generadores,

transformadores, conductores, motores y cargas estáticas. Los generadores y cargas estáticas no

fueron muy profundizados. El nivel de datos que se necesita para su modelación es relativamente

simple. Basta con saber la tensión, corriente o potencia, para cargas y generadores; y la relación

de impedancias para construir un modelo equivalente fuente-impedancia, sólo en el caso del

generador.

Page 58: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

46

Para los transformadores, era necesario buscar las curvas de daño, pues es con lo único

que se cuenta para coordinar. En la guía del profesor Sorrentino [13], aparecen en detalle cuatro

tipos de transformadores según la potencia manejada, con sus curvas de daño. Se corroboró en el

Standard 242 del IEEE que esas curvas pueden ser usadas sin ningún problema, pues son las que

comúnmente se utilizan.

Para los conductores, la corriente, sección transversal, tensión y calibre son necesarios;

pero adicionalmente era preciso obtener la información de las impedancias, según su calibre; un

dato que no es comúnmente publicado por las compañías en sus catálogos, sin embargo y

nuevamente en la guía del profesor Elmer Sorrentino[13], esta información estaba a la

disposición.

La información de motores fue prácticamente adquirida de los catálogos de motores de

baja tensión de Siemens [14], los cuales estaban muy completos y ofrecían todos los datos

necesarios para la modelación del elemento (tensión, corriente, potencia), y una serie de datos

particulares que los diferenciaban de otros (tipo de aislamiento, corrientes de arranque y a plena

carga, etc).

Para los equipos de protección se utilizó un criterio diferente de selección. Aquí ya no era

importante conseguir los datos técnicos para una modelación matemática; aquí lo importante era

conseguir la imagen que representara de manera legible la curva tiempo-corriente. Si no tenía

curva tiempo-corriente o ecuación que la modelase, no tenía por qué estar en la base de datos.

Esto se debe a una razón lógica y es que no existe motivo para incluir, en un software que maneja

curvas tiempo-corriente a través de imágenes, un equipo que no tenga forma de expresar su

operación en un gráfico lo suficientemente legible para procesarlo con la ayuda del software de

adquisición de curvas.

Page 59: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

47

Muchas fueron las veces que se consiguió información de equipos de protección de casas

reconocidas como Cuttler and Hammer, General Electric, y Schneider Electric, entre otras, cuyas

curvas tiempo-corriente estaban representadas por una imagen que no abarcaba mas de un

espacio de 5x5 cms. Por más tecnología que se emplease para agrandar la foto, era prácticamente

imposible limpiarla con ayuda del software Microsoft Paint, para después pasarla por el

programa de adquisición de curvas.

La compañía Maresa, aportó información de Fusibles tipo NH y K-5. Por su parte la guía

del profesor Sorrentino, fue útil para los fusibles de media tensión, tipo K y T. El sitio en Internet

de SEL, suministró información del relé de sobrecorriente SEL-501 (sus ecuaciones de

modelación), y una ecuación generalizada para curvas de daño de motores. Asimismo, los sitios

de Westinghouse y General Electric aportaron curvas tiempo corriente para interruptores

termomagnéticos tipo EB, QPH y THQC, así como el relé térmico SR469.

3.2 Representación de curvas tiempo-corriente.

Una vez definido el software es necesario buscar la forma de representar las curvas

tiempo-corriente de cada equipo. Como Excel maneja datos en sus celdas, la manera idónea es

buscar la forma de convertir las curvas en datos para que el programa pueda graficarlas. Aquí es

donde otra interrogante surge, y es cómo el fabricante de los equipos de protección publica esta

información.

La mayoría de los fabricantes cuando venden un equipo de protección, otorgan al

comprador toda la información necesaria del equipo, incluyendo las curvas tiempo-corriente.

Dado que la compra de equipos nunca se tuvo en cuenta para buscar estas curvas, se

recurrió a la búsqueda de catálogos y a Internet. Muchos de los equipos se consiguen en la red, al

Page 60: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

48

igual que sus curvas tiempo-corriente; algunos equipos no ofrecen curvas sino ecuaciones

matemáticas que definen una función que gráficamente se puede analizar como la curva tiempo-

corriente. De cualquier forma, una curva en Excel puede ser graficada a partir de sus puntos.

Teniendo una ecuación matemática, basta con definir uno de los ejes de coordenadas para obtener

la serie de datos que definirá la curva. Si no se tiene la ecuación, hay que buscar la forma de

obtener los puntos de la serie de datos, ya que sin ellos no puede graficarse ninguna curva.

Además, debe poderse hacer rápidamente, para que se minimice la pérdida de tiempo en la

construcción de la base de datos puesto que se pretende elaborar una base de datos bastante

completa, dejando la posibilidad de introducir nuevos equipos con sus respectivas curvas de

disparo.

Se consiguió una herramienta que representó la solución al problema. La compañía

francesa Square Point tiene en línea una versión restringida de una herramienta llamada Curve

Unscan. Esta herramienta es capaz de procesar una imagen usando varios tipos de adquisición de

datos, y devolver como salida la serie de puntos asociada a la imagen. Para ilustrar un poco, si se

tiene una línea recta como imagen, puede definirse un tipo especifico de adquisición de datos, y

obtener la serie de puntos que constituyen la recta. La gran ventaja es que la serie de puntos es

directamente almacenada en una hoja de cálculo de Excel.

Ahora bien, tenemos a Excel como pilar de la base de datos, donde todas las series de

puntos, de cada curva de cada equipo, serán almacenadas. Asimismo se cuenta con la versión de

descarga gratuita, pero restringida, del Curve Unscan, la cual servirá como puente entre las

imágenes (que representan las curvas de protección) y la base de datos.

Page 61: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

49

3.3 Pre-procesamiento de las imágenes

A continuación se describe detalladamente el proceso por el cual tuvieron que pasar

aproximadamente el 80 % de las curvas tiempo-corriente recopiladas para poder ser almacenadas

en la base de datos del software. Desde luego hubiese sido preferible haber contado en un

principio con las ecuaciones que describen las curvas, pero fue posible conseguirlas, sólo para

algunos pocos equipos. Finalmente se decidió partir del hecho de que la mayoría de las curvas

existentes estaban en forma de imágenes y el procedimiento seria convertirlas en datos.

Una vez que se tenía la lista de equipos de protección a utilizar en la primera versión del

software, se decidió guardar las imágenes correspondientes de cada equipo para su posterior

procesamiento, el cual será explicado a continuación.

En primer lugar debe tomarse la imagen de la curva y abrir un editor de dibujos,

preferiblemente que use formatos de mapa de bits, como es el caso de Microsoft Paint. Esto se

debe a los tipos de criterios para la adquisición de datos que posee el software Curve Unscan.

Estos criterios son tres: curva de densitometría, curva discreta y curva continúa. El primero es

más utilizado hacia el área de perfiles cromáticos y escapa a nuestro objetivo. El segundo criterio

esta más orientado a nuestra meta pero sólo es capaz de tomar datos a pequeña escala del

intervalo a estudiar, mientras que el tercer criterio considera todo el intervalo; lo cual es

importante pues se necesita precisión a la hora de graficar las curvas tiempo-corriente.

La figura 22 muestra una imagen que corresponde a la curva tiempo-corriente de un

fusible tipo K-5, la cual fue tomada de la guía de curvas tiempo-corriente del profesor Elmer

Sorrentino. Fue digitalizada por un escáner y guardada como archivo de fotos JPEG, que

comprime mejor el tamaño de las imágenes.

Page 62: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

50

Figura 22 Curva tiempo-corriente de un fusible tipo K-5 [13].

Con esta imagen se carga el programa Microsoft Paint, donde se tendrá que arreglar la

curva. El problema principal, y en realidad el único relevante, son las líneas que delimitan la

escala bi-logarítmica. Si el criterio para adquirir los datos contempla una curva continua, debe

garantizarse que la curva sea de esta forma. El programa recorre la trayectoria de la curva, y va

registrando los puntos según estén definidos los ejes de coordenadas. Tómese como ejemplo la

figura 23. Si las líneas de las escalas se encuentran cerca de la curva, el programa las tomará

como parte de la misma y el recorrido no será el deseado (línea roja), por el contrario si la curva

está suficientemente separada de las escalas el resultado será el adecuado (línea verde y azul).

Page 63: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

51

Figura 23 Errores de adquisición por no eliminar líneas de escala.

Para poder “limpiar” la curva es preciso remover a mano estas líneas de las adyacencias

de la curva. Para ello se utiliza el siguiente método: se trazan rectas tangentes en la periferia de la

curva, como en la figura 24. En la figura se ven rectas de color azul, pero esto es solo para

diferenciarlas del fondo, ya que en realidad el color de las rectas es blanco. De esta forma se van

removiendo posibles caminos alternos para el programa (este sólo verá el color negro y seguirá el

recorrido mientras exista este color; de ninguna forma pasará a tomar mediciones si el color es

blanco). Luego de este procedimiento, ya puede ser procesada por Curve Unscan. (Ver figura 25)

Page 64: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

52

Figura 24 Remoción de las líneas de escala. Trazado de rectas tangentes a la curva.

Figura 25 Resultado de la remoción de las líneas de escala bi-logarítmica. Se puede observar una separación consistente entre la curva y las líneas de la escala bi-logarítmica.

Page 65: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

53

3.4 Adquisición de datos a través de Curve Unscan

Ya habiendo procesado todas las curvas tiempo-corriente, se procede como se indica a

continuación.

• En primer lugar se trazan los ejes de coordenadas. Como se quieren datos sobre las curvas,

los ejes deben sobreponerse a los que aparecen en la imagen. Como otra ayuda adicional,

el Curve Unscan tiene la posibilidad de ajustar automáticamente sus ejes a escalas

logarítmicas, simplificando más el proceso (ver indicador rojo en las figuras 26 y 27).

Figura 26 Trazado de ejes de coordenadas X en Curve Unscan.

Figura 27 Trazado de ejes de coordenadas Y en Curve Unscan.

Page 66: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

54

• Luego se selecciona el criterio de adquisición, en nuestro caso Curva Continua. (Ver

figura 28)

Figura 28 Elección del tipo de criterio de adquisición.

• Aparece una pantalla que pide sean introducidos o señalados, tanto el inicio como el fin

de la curva a procesar. (Ver figuras 29 y 30)

Figura 29 Ubicación de puntos inicial de la curva.

Page 67: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

55

Figura 30 Ubicación de puntos final de la curva.

• Una vez hecho esto se llega al menú mostrado en la figura 31, donde se identifica la curva.

Note la presencia de un botón “Pick Curve” o “Seleccione la curva”. Al presionar este

botón y dirigirse a la imagen, bastará con hacer un clic sobre la curva para que se defina

automáticamente el área donde se hizo la adquisición. También está la presencia de un

área de “Follow” o “Siga”, la cual da las opciones de tomar los datos por encima (“Top”)

o por debajo (“Bottom”) de la curva. El ajuste del “Thickness” o “Grosor” permitirá que

los datos se encuentren más al centro de la curva y no en su periferia, minimizando así

aun más el error que puedo haberse cometido al usar las rectas tangentes para “limpiar” la

curva.

Figura 31 Menú de identificación y ajustes de la curva de datos.

Page 68: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

56

• Finalmente y ya teniendo la curva deseada, viene el proceso de almacenamiento. En

primer lugar se le pregunta al usuario por una frecuencia y/o período de almacenamiento

de los datos, según sea ajustado este valor se podrán tener, más o menos puntos por

década existente en los ejes de coordenadas. (Ver figura 32)

Figura 32 Frecuencia de almacenamiento de datos (izquierda). Almacenamiento de los datos (derecha).

Por último, se guarda la información como cualquier otro archivo de Excel en la

computadora. (Ver figura 33)

Figura 33 Archivo de Excel.

Page 69: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

57

Capítulo 4

LA HERRAMIENTA COMPUTACIONAL

4.1 Desarrollo de la herramienta

4.1.1 Estructura

Básicamente la estructura del programa está definida como se muestra en la figura 34. En

principio tenemos la interfaz gráfica, desde la cual se adquieren todos los datos insertados por el

usuario. Posteriormente, estos datos son enviados hacia el algoritmo creado en Matlab para el

cálculo del nivel de cortocircuito, y hacia la hoja estructurada en Excel para crear las gráficas de

coordinación. Luego de calculado el nivel de cortocircuito, los resultados obtenidos son enviados

hacia Excel para ser agregados a las curvas.

Figura 34 Diagrama de bloques general de la herramienta computacional.

Page 70: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

58

En la figura 35 se tiene el diagrama de bloques de la interfaz gráfica. Para comenzar se

inicia el programa, se procede a la inserción de los datos del usuario para luego crear de manera

gráfica el sistema eléctrico a estudiar e insertar los datos de cada uno de los equipos. Estos datos

son almacenados en la base de datos del programa, leídos por Excel para ordenarlos y así ser

extraídos por Matlab para calcular el nivel de cortocircuito.

Figura 35 Diagrama de bloques de la interfaz gráfica.

Inicio del

programa

Inserción de los

datos del usuario

Dibujo del sistema

eléctrico

Inserción de los

datos de los

equipos

Almacenamiento

de los datos en

la base de datos

Excel lee los datos

almacenados en

al base de datos

1

2

Page 71: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

59

Luego de que Excel ha leído los datos, redirecciona los mismos para crear las curvas de

coordinación de cada uno de los equipos deseados y procede a graficar dichas curvas. (Ver figura

36)

Figura 36 Diagrama de bloques de la graficación de las curvas de daño.

1Creación de las

curvas de daños y

de protección de

los equipos

Graficación de las

curvas en Excel

Para el cálculo del nivel de cortocircuito, el algoritmo adquiere los datos necesarios

insertados por el usuario en la interfaz gráfica desde Excel. Luego de leídos los datos, el

algoritmo creado en Matlab crea vectores de tensiones, corrientes e impedancias bases del

sistema a estudiar para ordenar los datos obtenidos, según la barra o el nodo en que se encuentren

conectados los equipos de dicho sistema.

A partir de este punto, se modelan todos los equipos en sus impedancias equivalentes de

secuencia tanto positiva como cero y se ordenan en una matriz “n x n”, siendo “n” el número de

nodos del sistema. El algoritmo, luego realizará el cambio de base de todas las impedancias

calculadas dependiendo del nodo en que se desee la falla, para calcular la matriz Ybus del sistema

de secuencia positiva y cero, posteriormente el algoritmo las invierte obtiene las matrices Zbus,

para finalizar realizando el calculo del nivel de cortocircuito y enviar los datos a la hoja de

Page 72: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

60

graficación en Excel. A continuación se presenta la estructura del cálculo del nivel de

cortocircuito a través de un diagrama de bloques mostrado en la figura 37.

Figura 37 Diagrama de bloques del calculo del nivel cortocircuito.

Inicio del algoritmo de cálulo de nivel

de cortocircuito en

matlab

Lectura de los datos de los equipos

almacenados en

Excel

El programa realiza el

cálculo de la impedancia

equivalente de cada

equipo, tanto de secuencia positiva y cero

Ordena las impedancias en

una matriz de tamaño nxn,

siendo n el número de barras del sistema, según la posición

que tenga el equipo con

respeco a los nodos del

sistema

Realiza el cálculo de

la matriz Ybus del sistema, tanto de

secuencia positiva y

cero

Realiza el cálculo de

la matriz Zbus tanto

de secuencia positiva

y de secuencia cero

El programa realiza el

calculo del nivel de

cortocircuito y expone

el resultado

Creación de los

vectores de tensiones,

corrientes e

impedancias

bases

Cambio de base

de cada

impedancia del sistema según el

nodo en el que se

desee el calculo

de falla

El algoritmo del nivel cortocircuito, fue convertido en un archivo ejecutable para ser

ejecutado directamente desde el panel principal del programa de coordinación de protecciones.

Este archivo fue creado a través de Matlab y con la ayuda del compilador Borland C. Matlab

ofrece la opción de compilar sus archivos y crear un ejecutable de lenguaje C. Con Borland C, se

trasnformó todo el código del archivo creado en Matlab a lenguaje C y con la ayuda de matlab se

creó el ejecutable.

Page 73: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

61

4.1.2 Interfaz Gráfica

Para la interfaz gráfica se utilizaron dos programas, el primero de estos es Microsoft

Access, que aunque es una herramienta para base de datos, permite recrear el ambiente gráfico

necesario para el desarrollo de la herramienta computacional. El segundo programa es Microsoft

Visio, que permite realizar las funciones gráficas necesarias para la creación del unifilar del

sistema eléctrico.

Con Microsoft Access, se creó la base de datos que el usuario utiliza durante la creación

del sistema eléctrico y la entrada de los datos de cada equipo. Luego de obtenida la base de datos

de todos los equipos necesarios, se procedió a ordenarlos en distintas hojas de Excel (una para

cada equipo), con el fin de tener tabuladas todas las ecuaciones y las tablas de datos necesarias

para graficar las curvas de daño y de protección de los equipos eléctricos. El siguiente paso fue

crear las tablas de cada equipo en Microsoft Access a partir de los datos almacenados en las hojas

de Excel. Además de las tablas, se crearon los informes necesarios en Microsoft Access. Estos

informes pueden ser consultados por el usuario a la hora de necesitarse algún dato en específico

de algún equipo. Por ejemplo, en la figura 38 y 39 se muestran, tanto la tabla como el informe

creado de un motor en Ms Access.

Page 74: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

62

Figura 38 Tabla hecha en Ms Access de un motor.

Figura 39 Informe de un motor en construcción.

Page 75: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

63

Luego de tener las tablas y los informes ya conformados, se procedió a crear los paneles a

utilizar por el usuario dentro de la herramienta computacional. El primer panel creado, fue el

panel principal. (Ver figura 40)

Este panel es donde el usuario se desenvuelve la mayor parte del tiempo. Aquí él puede

crear el diagrama unifilar del sistema eléctrico, insertar los datos de cada equipo, consultar

informes y además acceder a la hoja de Excel donde se crea la gráfica de coordinación del

sistema, la cual contiene las curvas de daño y de protección de los equipos.

Para la creación del diagrama unifilar del sistema, se exportó un ActiveX Control, que no

es mas que un control extraído de un programa externo en específico, por ejemplo Word, Excel, o

Matlab, que permite utilizar algunas funciones de dichos programas. En otras palabras, es como

exportar funciones o rutinas de otros programas para que puedan ser implementadas en el entorno

de Microsoft Access, en este caso en el panel principal.

Luego de exportado el control para la realización del sistema eléctrico, se procedió con la

realización de los dibujos necesarios para identificar cada equipo eléctrico. Hechos los dibujos, se

guardaron en un archivo denominado Tesis.vss, esto es un archivo de lectura de Microsoft Visio.

Lo siguiente fue vincular los dibujos de los equipos con sus respectivas tablas. En

particular el control exportado de Visio ofrece ya directamente un asistente que orienta al usuario

sobre como realizar el vínculo entre cada dibujo y tabla o al archivo de almacenamiento de la

información que se va a insertar. Por último se crearon los botones necesarios para acceder a los

informes, salir de la aplicación y regresar al panel de datos.

Page 76: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

64

Figura 40 Panel principal en construcción.

El panel de datos mostrado en la figura 41, es un panel previo al panel principal en el cual

el usuario introduce su nombre, la fecha y el número del proyecto. La idea es que al momento de

imprimir la gráfica de coordinación aparezcan dichos datos en la misma. Para la elaboración de

este panel de datos se creó una tabla y asoció con los campos de inserción de datos, para que de

esta manera estos se quedaran guardados. Por último, se colocó un botón que permite el acceso al

panel principal.

Por otra parte tenemos el panel de datos del nivel de cortocircuito. En este panel el

usuario podrá insertar los datos del nivel de cortocircuito, si los tiene de antemano, o consultar el

resultado obtenido del cálculo hecho por el algoritmo creado en Matlab. Para la creación de este

panel, se creó una tabla y se asoció con los campos de inserción de datos de la misma manera en

Page 77: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

65

que se hizo para el panel de datos. Además se le colocaron dos botones, uno que permite guardar

los datos y el otro que permite el acceso al panel principal. (Ver figura 42)

El último panel es el panel de presentación, el cual como su nombre lo indica, es un panel

que presenta la herramienta computacional, este panel es meramente un formulario con dibujos,

graficas y letras colocadas para recrear su apariencia.

Figura 41 Panel de datos en construcción.

Page 78: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

66

Figura 42 Panel de datos del nivel de cortocircuito en construcción.

4.1.2 Almacenamiento de datos y gráfica de coordinación

Para almacenar los datos obtenidos por el usuario, se empleó una interfaz entre Microsoft

Access y Microsoft Excel. A través de Microsoft Access y específicamente a través del control de

Microsoft Visio, el usuario inserta los datos de los equipos eléctricos a analizar. Estos datos son

guardados en tablas de Microsoft Access asociadas con cada dibujo de equipo. (Ver figura 43)

Luego en Microsoft Excel se crearon distintas pestañas, una para cada equipo de manera de

exportar los datos desde estas tablas ya hechas en Microsoft Access (Ver figura 44).

Luego de cargados los datos en las pestañas de Excel provenientes de las tablas de

Microsoft Access, éstos se redireccionan, según el equipo, a las pestañas donde se encuentran los

datos tabulados correspondientes a las curvas tiempo-corriente y protección. Desde las pestañas

Page 79: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

67

donde se encuentran tabulados los datos o las ecuaciones de los equipos, es desde donde la hoja

de Excel toma los datos para realizar la gráfica de coordinación del sistema. Esta es la razón por

la cual luego de exportar los valores desde las tablas de Microsoft Access y colocarlas en las

pestañas de Microsoft Excel, hay que redireccionar a unas nuevas pestañas. Por último,

redireccionados los datos necesarios, desde la hoja de gráfico, Excel, toma los valores de las

pestañas de datos tabulados o de las pestañas donde se encuentran las ecuaciones y realiza las

gráficas de coordinación de los equipos graficando tanto las curvas de daño como las curvas de

protección de los equipos.

Figura 43 Almacenamiento de los datos en la base de datos.

Page 80: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

68

Figura 44 Almacenamiento de datos en Excel, exportados desde la base de datos.

4.1.3 Cálculo de nivel de cortocircuito

Para el cálculo de nivel de cortocircuito, se empleó el programa Matlab para crear un

ejecutable, con el cual se procederá a realizar el cálculo del nivel de cortocircuito. El ejecutable

creado, toma los valores ya guardados en las hojas de Excel. Estos valores son los datos de los

equipos ya insertados por el usuario a través del panel principal.

Luego de haber adquirido todos estos datos, el algoritmo procede a ordenarlos y ejecutar

la rutina creada para el cálculo, tanto del nivel de cortocircuito trifásico como el monofásico.

Luego de ordenar todos los datos, el programa procede a modelar el equipo con su impedancia

equivalente e insertarla en una matriz de tamaño nxn (siendo n el número total de barras del

sistema), dependiendo de la posición en que se encuentra el equipo en el sistema.

Page 81: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

69

Al finalizar este procedimiento con todos los equipos, el algoritmo procede a armar la

matriz Ybus, para luego invertirla y obtener la Zbus del sistema. Por último, con la matriz Zbus

obtenida, el algoritmo realiza el cálculo del nivel de cortocircuito del nodo escogido por el

usuario y escoge el mayor valor entre el nivel de cortocircuito monofásico y el trifásico, el

resultado obtenido se muestra en el panel de datos del nivel de cortocircuito y a su vez es

mostrado en la hoja de cálculo para realizar automáticamente el grafico en dicha hoja.

4.2 Funcionamiento de la herramienta

Para comenzar, el usuario accede al programa de coordinación, consiguiéndose con la

presentación del mismo y el panel de datos mostrados en las figuras 45 y 46, donde se insertan: el

nombre, la fecha y el número del proyecto. Luego el programa lleva al usuario al panel principal.

Figura 45 Panel de presentación de la herramienta computacional.

Page 82: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

70

Figura 46 Panel de datos.

En el panel principal (Ver figura 47), el usuario carga los dibujos correspondientes del

programa. Luego de cargados, el usuario se encargará de dibujar el sistema eléctrico que desee

analizar y especificará cada uno de los datos de los equipos solicitados por el programa. En caso

de duda en la entrada de los datos de los equipos, el usuario puede acceder a las consultas con

solo hacer clic sobre el icono del equipo deseado.

Figura 47 Panel de principal.

Page 83: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

71

Terminado el dibujo, la entrada de los datos de cada uno de los equipos del sistema

eléctrico y la especificación de en qué barra se desea el cálculo del nivel de cortocircuito, el

usuario puede proceder a pulsar sobre el icono denominado ¨ Curva de Coordinación ¨. Al

ejecutar esta función, el programa abre automáticamente la hoja de cálculo donde se encuentra la

gráfica de coordinación. Esta hoja cargará los datos de los equipos ya especificados por el usuario

y graficará de forma automática las curvas tanto de daño como las curvas protección de los

equipos. (Ver figura 48)

Figura 48 Curva de coordinación arrojada por la herramienta en Excel.

Page 84: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

72

Para terminar, se tendrán dos opciones. La primera es incluir el valor del nivel de

cortocircuito en el panel de datos, y la segunda es calcularlo. Al incluir el dato en el panel de

cortocircuito, el programa exportará el dato a la hoja de Excel donde se grafica automáticamente.

En cambio si se desea calcular el valor, se deberá pulsar el icono correspondiente en el panel

principal el cual ejecuta el algoritmo creado en Matlab. Este algoritmo calcula el nivel de

cortocircuito y devuelve el valor calculado al panel de datos del programa, donde el mismo

programa exporta el valor obtenido hacia la hoja de Excel para ser graficado. (Ver figura 49)

Figura 49 panel de datos del nivel de cortocircuito.

Page 85: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

73

Capítulo 5

APLICACIÓN DE LA HERRAMIENTA

5.1 Sistema eléctrico bajo estudio

La herramienta computacional desarrollada, se empleó para ajustar y coordinar las

protecciones de una porción del sistema eléctrico planteado en el Estándar 242 del IEEE, capítulo

2, página 34. A continuación se describe dicho sistema eléctrico, así como su sistema de

protecciones asociado.

El circuito en estudio mostrado en la figura 50, consta principalmente de una barra de

alimentación de 13.8 kV que suministra energía a tres ramales de 480 V. Cada uno de estos

ramales incluye al menos una terna de conductores de media tensión, desde la barra de

alimentación hasta el transformador reductor. Aguas abajo del transformador se tienen tres

motores de inducción con rotor tipo jaula de ardilla; dos de ellos conectados directamente a la

barra de baja tensión del transformador, mientras que el tercero, más alejado, se encuentra

conectado a la barra a traves de un conductor de baja tensión.

Figura 50 Diagrama unifilar del sistema bajo estudio.

Page 86: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

74

A continuación se presentan tablas resumen con los datos de los equipos del sistema del

eléctrico de once a barras del estudio. (Ver tablas VII, VIII, IX y X)

Tabla VII Datos de los motores.

Barra kVA kV Amperios

Motor 1 8 400 480 481

Motor 2 8 500 480 601

Motor 3 11 300 480 360

Motor 4 6 465 480 560

Motor 5 6 625 480 750

Motor 6 9 110 480 132

Motor 7 7 400 480 481

Motor 8 7 500 480 601

Motor 9 10 300 480 360

Tabla VIII Datos de los transformadores.

kVA Z(%) Barra 1 (V) Barra 2 (V) Conexión

Trx 1 1500 6 5 (13800) 8 (480) ∆/Y-gnd

Trx 2 1500 6 3 (13800) 6 (480) ∆/Y-gnd

Trx 3 1500 6 4 (13800) 7 (480) ∆/Y-gnd

Tabla IX Datos de los conductores.

Configuración Tamaño Conduit Longitud (m) kV Bus 1 Bus 2

Cable 1 3/c 250Kcmil PVC 198,12 13800 1 2

Cable 2 3/c 250Kcmil PVC 207,26 13800 1 3

Cable 3 3/c 250Kcmil PVC 188,67 13800 1 4

Cable 4 3/c 250Kcmil PVC 558,69 13800 2 5

Cable 5 3/c 250Kcmil PVC 6,09 480 8 11

Cable 6 3/c 250Kcmil PVC 6,09 480 6 9

Cable 7 3/c 250Kcmil PVC 6,09 480 7 10

Tabla X Datos de la barra equivalente.

kV Ncc 3f (A) Ncc 1f (A) x/r 3f x/r 1f

Barra eq. 1 13800 21049 15204 17,5 22,1

Page 87: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

75

El sistema de protección conserva ciertas similitudes entre los ramales conectados a la

barra de alimentación. En primer lugar, el conductor de media tensión es resguardado con la

ayuda de un fusible de media tensión. El transformador es protegido aguas arriba con un relé de

sobrecorriente, mientras que la barra del lado de baja tensión es resguardada por medio de un

interruptor de potencia de baja tensión. Cada motor de inducción tiene asociado un relé térmico, y

el conductor que alimenta al motor más distante, es protegido por un fusible o un interruptor

termomagnético. A continuación se presenta la tabla XI, la cual muestra la descripción de cada

uno de los equipos de protección y su ubicación en el circuito.

Tabla XI descripción de los equipos de protección del sistema eléctrico bajo estudio.

Barra Equipo de protección Unidades Marca Modelo

1 Fusible 3 GE Tipo K

2 Fusible 1 GE Tipo K

3 Relé de sobrecorriente 1 SEL 501

4 Relé de sobrecorriente 1 SEL 501

5 Relé de sobrecorriente 1 SEL 501

6 Relé térmico 2 GE SR469

6 Interruptor de potencia de

Baja Tensión 1 Westinghouse DS

6 Interruptor

Termomagnético 1 Westinghouse EB

7 Relé térmico 2 GE SR469

7 Interruptor de potencia de

Baja Tensión 1 Westinghouse DS

7 Fusible 1 GE Tipo NH

8 Relé térmico 2 GE SR469

8 Interruptor de potencia de

Baja Tensión 1 Westinghouse DS

8 Fusible 1 GE Tipo K-5

9 Relé térmico 1 GE SR469

10 Relé térmico 1 GE SR469

11 Relé térmico 1 GE SR469

Page 88: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

76

5.2 Cálculo niveles de cortocitcuito

Con la ayuda de la herramienta computacional, se calcularon los niveles de cortocircuito

trifásicos y monofásicos del sistema bajo estudio. En primer lugar se dibujó el diagrama unifilar

del sistema en la herramienta computacional y se insertaron todos los datos de los equipos (Ver

figura 51).

Figura 51 Inserción de datos de los equipos y bosquejo del diagrama unifilar a través del programa

Luego de insertar los datos, a través de la hoja de cálculo y con la ayuda de Matlab,

calculamos el nivel de cortocircuito del sistema en la barra deseada. En las figuras 52 y 53 se

muestra, como desde Excel y a través de la interfaz con matlab se calcula el nivel de cortocircuito.

Page 89: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

77

Figura 52 Interfaz de matlab vista desde Microsoft Excel.

Figura 53 Cálculo del nivel de cortocircuito a través del programa.

Page 90: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

78

Por último, luego de que el programa ha realizado todos los cálculos necesarios, el mismo

arroja el resultado obtenido, (Ver figura 54)

Figura 54 resultado del nivel de cortocircuito obtenido.

A través del programa se calcularon los niveles de cortociruito en todas las barras del

sistema obteniéndose los siguientes resultados expuestos en la siguiente tabla.

Tabla XII Niveles de cortocircuito en las once barras del sistema.

Bus Ncc-3f (A) Angulo 3f Ncc-1f (A) Angulo 1f

1 21049 -86,73 15204 -87,41

2 21197 -85,11 15181 -86.23

3 21176 -85,03 15171 -86,18

4 21220 -85,19 15193 -86,29

5 19921 -80,8 14535 -83,02

6 35783 -82,51 15451 -87,85

7 35785 -82,5 15447 -87,83

8 35688 -82,34 15437 -87,77

9 34587 -80,29 15261 -86,84

10 34654 -80,45 15287 -86,99

11 34559 -80,3 15276 -86,94

Page 91: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

79

Se escogieron tres barras del sistema de manera aleatoria para calcular manualmente sus

niveles de cortocircuito y así comparar los resultados obtenidos con los arrojados por el programa.

En la siguiente tabla se presenta los niveles de cortocircuito calculados de manera manual

en las barras 5, 6 y 10 respectivamente, los cálculos se pueden encontrar en el Anexo 4.

Tabla XIII Niveles de cortocircuito calculados manualmente.

Barra Ncc-3f (A) Angulo 3f Ncc-1f (A) Angulo 1f

5 19921 -80,79 14531 -83,01

6 35783 -82,5 15449 -87,84

10 34658 -80,45 15293 -86,99

5.3 Ajuste y coordinación de protecciones

Para ilustrar el ajuste y la coordinación de los equipos de protección con la herramienta

desarrollada, se tomó como caso específico el ramal 3 del sistema. A continuación se presenta el

resultado de la coordinación del tercer ramal del sistema en estudio.

5.3.1 Ajuste de la protección del motor 9 presente en barra 10

Este motor de 480 voltios, 322 HP y corriente nominal de 360 A, tiene conectado un relé

térmico para su protección contra sobrecarga. Los ajustes para el relé fueron: umbral de 230 A y

un múltiplo igual a 7x, calculado de la siguiente manera:

Page 92: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

80

ampIajuste

IajusteIumbral

IumbralInm

IumbralInm

217min

],1,05,1[

27063,2283

3.1

3

1,1

=

−=

≤≤=≤≤

Se escogió una corriente de ajuste de 220 A, por ende el umbral del relé queda en 230 A

aproximadamente, valor que queda dentro de los límites permisibles. Se selecciona un múltiplo

de 7x de tal manera del que el relé permita el arranque del motor, el cual es de 2160 A @ 5seg.

Estos datos se introdujeron en el programa para obtener las curvas de coordinación para

este motor. En la figuras 55 y 56 se observa como se dibujó con la herramienta computacional, el

diagrama unifilar y como se introdujeron los datos de entrada tanto del relé térmico como del

motor.

Figura 55 Creación del diagrama unifilar y entrada de datos del relé térmico.

Page 93: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

81

Figura 56 Creación del diagrama unifilar y entrada de datos del motor Nº 9.

La curva de coordinación obtenida con la herramienta computacional puede apreciarse en

la siguiente figura.

Figura 57 Curva de coordinación obtenida con la herramienta computacional.

Page 94: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

82

5.3.2 Ajuste de la protección del conductor entre barras 7 y 10

La alimentación a la barra 10 esta constituida por tres conductores por fase tipo 250 kcmil,

donde cada uno de ellos tiene una capacidad de 290 A. Debe seleccionarse una corriente nominal

para este fusible, que sea menor a la capacidad de cada conductor, y a su vez deje pasar la

corriente de arranque del motor, que es 2160 A. Se escogió el modelo 175A para el fusible K-5,

pues su umbral de corriente es de 260 A, que está por debajo de la corriente nominal del

conductor. Al igual que en el caso anterior, se insertaron lo valores ajustados para el fusible K-5 y

del conductor en la herramienta computacional (Ver figura 58 y 59).

Figura 58 Entrada de datos del conductor 250 kcmil en la herramienta computacional.

Page 95: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

83

Figura 59 Entrada de los datos ajustados para el fusible K-5, en la herramienta computacional.

Cabe acotar que en la condición de arranque, la corriente que pasa por cada conductor es

de 720 A @ 5 segundos; como puede observarse en la figura 60, este fusible se funde para

valores iguales o mayores a 756 amperios @ 5 segundos.

Figura 60 Curva de coordinación de la barra obtenida con la herramienta computacional Nº 10.

Page 96: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

84

5.3.3 Ajuste de las protecciones de los motores 7 y 8, presentes en barra 7

En la siguiente tabla se muestran los datos de los motores 7 y 8 conectados a la barra 7,

con los ajustes realizados a sus respectivos relés térmicos, calculados de la misma forma que para

el motor 9.

Tabla XIV Datos de los motores Nº 7 y Nº 8, y de sus respectivos relés térmicos ajustados.

Ajustes del Relé Térmico

Motor Voltaje (V) Corriente (A)

Potencia (HP) Umbral corriente Múltiplo

7 480 480 428 310 7x

8 480 601 536 385 7x

Al igual que para el motor Nº 9, se introdujeron los datos de los motores 7 y 8, y de sus

respectivos relés ajustados en la herramienta computacional, obteniéndose la respectiva curva de

coordinación. (Ver figura 61)

Figura 61 Curva de coordinación obtenida con el programa para los motores 7 y 8.

Page 97: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

85

5.3.4 Ajuste de la protección del interruptor principal de la barra 7

Este interruptor principal es un IPBT, marca Westinghouse, modelo DS. En teoría, circula

una corriente nominal de 1440 amperios a través del nodo 7, este valor se obtiene sumando todas

las corrientes nominales de los motores. Permitiendo una sobre carga de un 25% y además el

paso de la corriente de arranque (la cual en este caso tiene como peor condición el arranque de n-

1 motores, siendo n-1=2); escogimos los motores de mayor potencia, los cuales demandan un

total de 6540 amperios @ 5 segundos. En la tabla XV se muestran los ajustes realizados.

Tabla XV Ajustes del interruptor de potencia de baja tensión.

Ajustes del IBPT

con 25% sobrecarga 1800 A

Isensor 1800 A

Umbral R.L.T 1x

R.L.T 4 segundos

Umbral R.C.T 10x

R.C.T 0.18 segundos

En la figura 62 se muestra la entrada de los datos ajustados para el interruptor de potencia

de baja tensión a través del programa. En la figura 63 se muestra la curva de coordinación

obtenida con la herramienta computacional para este equipo.

Page 98: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

86

Figura 62 Entrada de datos a través del programa del IPBT.

Figura 63 Curva de coordinación del IPBT obtenida del con el programa

Page 99: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

87

5.3.5 Ajuste de la protección del transformador en 13800 V

El transformador está protegido a través de un relé de sobrecorriente. Como el

transformador maneja una corriente nominal de 1805 amperios aproximadamente, se ajustó el

relé con una sobrecarga de 25% por encima de este valor. Por ende se ajustó el relé a una

corriente 2300 amperios, colocándole un dial de 13 y un modelo U4 la cual es la curva

extremamente inversa, estos ajustes se debieron en parte para no perder selectividad con el IPBT

y además para que el relé cumpliera con su función de proteger al transformador. Luego de

insertar los datos en el programa (Ver figura 64), se puede ver la gráfica de coordinación obtenida

del lado de alta tensión en la figura 65.

Figura 64 Entrada de los datos ajustados para el relé de sobrecorriente y el transformador.

Page 100: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

88

Figura 65 Curva de coordinación obtenida con el programa, luego de la inserción de los datos

5.3.6 Ajuste de la protección del transformador en 13800 V

Se seleccionó un modelo 100k, para el fusible de media tensión, que protegerá al

conductor colocado entre las barras 1 y 4 respectivamente. Se tomó en cuenta que el fusible no

necesariamente debe proteger al transformador ya que éste esta resguardado ya por el relé de

sobrecorriente. De igual forma este conductor esta conformado por 3 conductores calibre 250

kcmil por fase, por ende la corriente del fusible debe ser calculada para proteger cada conductor,

cuya corriente nominal es de 290 A. Luego de haber insertado los datos de manera similar a los

equipos anteriormente descritos, se observa en la figura 66 la curva de coordinación obtenida

para el conductor y el fusible 100K de media tensión.

Page 101: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

89

Figura 66 Curva de coordinación obtenida con el programa.

Page 102: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

90

Capitulo 6

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1 Conclusiones

• El programa, facilita al usuario la coordinación de protecciones en sistemas eléctricos de

baja tensión, teniendo en cuenta que se puede aplicar a cualquier sistema que presente una

configuración radial. También se comprobó el funcionamiento de la misma; esta es capaz

de realizar el cálculo del nivel de cortocircuito, hacer el gráfico de las curvas de daño y de

protección de los equipos eléctricos, y se puede ampliar su base de datos agregándole o

eliminandole equipos tanto de potencia como de protección.

• El programa presenta una interfaz gráfica interactiva. En ella el usuario es capaz de crear

el diagrama unifilar del sistema eléctrico a estudiar e insertar los datos de los equipos para

luego ser procesados.

• La herramienta desarrollada facilita la escogencia de equipos de protección debido a que

permite interactuar en tiempo real con el usuario, ofreciendo la posibilidad de realizar

modificaciones tanto en los equipos como en el sistema y observar los cambios realizados.

• La herramienta computacional se encuentra en ambiente Windows, es fácil de usar y se

puede utilizar en cualquier computador que tenga Microsoft Windows como sistema

operativo.

• Es necesario tener instalados Microsoft Office 2003, Microsoft Visio y Matlab para el

funcionamiento de la herramienta.

• No funciona en computadores con Linux como sistema operativo.

Page 103: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

91

6.2 Recomendaciones

• Ampliar la base de datos para poder analizar sistemas de media y alta tensión y lograr

resolver sistemas de potencia anillados.

• Se recomienda reestructurar la herramienta en código abierto para difundirla y no

depender de costosas licencias para su uso.

• Se recomienda que la numeración de los equipos a la hora de dibujar el diagrama unifilar,

se haga de manera automática, al igual que la numeración de los nodos en los que se

encuentran los equipos al ser dibujados.

Page 104: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

92

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1]http://www.fi.uba.ar/materias/6509/Comp%20Sim%E9tricas-Versi%F3n%2013-3-

06.pdf#search=%22fortescue%20componentes%20simetricas%22

[2] Grainger J. y Stevenson W. “Análisis de sistemas de potencia”. Primera edición en español,

Mc-Graw Hill, México 1996.

[3] http://bdd.unizar.es/Pag2/Tomo2/tema4/4-8.htm

[4] http://html.rincondelvago.com/fusibles_2.html

[5] http://bdd.unizar.es/Pag2/Tomo2/tema4/4-6.htm

[6] Hernández Diego, Rey Jorge, Informe Técnico, Práctica N° 5 Relés de sobrecorriente,

Noviembre 2005.

[7] Hernández Diego, Rey Jorge, Informe Técnico, Práctica N° 4 Interruptores de potencia,

Octubre 2005.

[8] http://bdd.unizar.es/Pag2/Tomo2/tema6/6-2.htm

[9] IEEE, Std. 242

[10] http://www.conae.gob.mx/wb/CONAE/CONA_2403_motores_electricos

[11] http://www.enteregulador.gob.pa/electric/info_clientes/Motores.pdf

[12] Notas de clase ‘Sistemas de Protecciones’ del Prof. Richard Rivas Enero-Marzo 2004.

[13] Guía de curvas tiempo corriente del Prof. Elmer Sorrentino

[14] http://www.siemens.com/index.jsp

Page 105: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

93

ANEXOS

Page 106: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

94

Anexo 1

Manual de usuario de la herramienta computacional

Page 107: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

95

Requisitos e instalación de la herramienta computacional.

Se requiere tener instalado en el ordenador, Microsoft Office 2003 o superior con todas

sus componentes instaladas incluyendo Microsoft Access 2003. Microsoft Visio 2003 o superior

y Matlab versión 7.0 o superior.

Para la instalación de la herramienta computacional en el ordenador, primero se deben

colocar los archivos “Nivelcc” y “Hoja1” en la carpeta work de Matlab. Esta carpeta se encuentra

en la siguiente dirección C:\MATLAB7\work. Luego se debe colocar el archivo “Sp” en el

directorio C:

Ampliación de la base de datos.

Para colocar un nuevo equipo dentro de la herramienta se deben seguir los siguientes

pasos:

1. Se debe tener la curva de daño o de protección del equipo que va a anexar.

2. Se debe digitalizar la curva, de tal manera de obtener una tabla con los datos de corriente

y tiempo que describan el comportamiento de dicha curva, o en su defecto obtener la

ecuación de la curva del dicho equipo. Este procedimiento se puede realizar con cualquier

programa de escaneo de curvas tal como “Curvexpert” o “CurveUnscan”, los cuales

facilitan la digitalización de las curvas.

3. En el archivo Hoja1 de Excel colocado en la carpeta work de matlab, se debe crear una

pestaña donde se debe colocar la tabla de datos tiempo-corriente obtenida de la

digitalización de la curva o en su defecto la ecuación de la curva del equipo.

Page 108: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

96

Ejemplo de un fusible EB, creación e inserción de datos digitalizados en la pestaña de Excel.

4. Se debe graficar la curva obtenida en la pestaña “Curva de coordinación”.

5. Se procede a multiplicar la tabla de datos tiempo-corriente por el valor de uno o cero, el

cual está referenciado a una celda. De esta manera cuando se coloque uno en la celda

mencionada se grafique la curva en la hoja de coordinación, si se coloca cero, ésta

desaparecerá de la hoja de gráficas.

6. El usuario debe dirigirse al archivo C:\Sp, y manteniendo pulsada la tecla shift, hacer

doble clic sobre el propio archivo, de esta manera se accede a las tablas y formularios que

se encuentran por detrás de la herramienta computacional. Si el equipo que se está

agregando a la base de datos es un nuevo equipo, se debe agregar una nueva tabla para la

inserción de los datos del mismo. Para eso nos dirigimos sobre el panel donde dice

“Tablas” y pinchamos sobre la opción “crear una tabla en vista e diseño”. En la tabla, se

colocan todos los datos del nuevo equipo, especificando si son números o datos escritos,

Page 109: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

97

si los números poseen o no decimales y cuantos son los máximos decimales q puede tener

el valor insertado. Se deben insertar todos los datos que se van a adquirir a través de la

interfaz grafica, por último se guarda la tabla con el nombre del equipo. En tal caso de que

el equipo ya se encuentre en la base de datos y lo que se quiere insertar es un nuevo

modelo de un equipo determinado como por ejemplo un fusible, se omite este paso, ya

que la tabla está creada.

Ejemplo de tabla creada en Access, tabla de transformadores.

7. En el caso de que se desee agregar un nuevo equipo que no se encuentre en la base de

datos, se debe crear una nueva pestaña en Excel la cual obtendrá los datos del equipo que

provienen de la base de datos. Para lograr esto, el usuario se debe colocar en la celda A1

de dicha pestaña y dirigirse al menú “datos”, dirigirse sobre la opción “obtener datos

Page 110: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

98

externos” y por último pinchar la opción “importar datos”. Se busca el archivo C:\Sp, se

abre y Excel muestra una lista las tablas pertenecientes a dicha base de datos, se busca la

tabla creada en el paso anterior, se le da a la opción “aceptar” y en la nueva ventana se

pincha sobre el botón propiedades, en control de actualizaciones se activan las casillas

‘actualizar cada” y “actualizar al abrir el archivo”, y en diseño y formato de datos se

activa la casilla “sobrescribir celdas existentes con los datos nuevos, borrar celdas sin

usar” y se le da a aceptar. Automáticamente se importan los datos desde la base de datos.

Ventana de Excel donde se configura la importación de datos

8. El siguiente paso, es redireccionar los datos importados a la pestaña creada con la data

tiempo-corriente. De esta manera cuando entren los datos desde la base de datos y, hacia

Page 111: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

99

la hoja de Excel, Excel envié los datos importados a la pestaña creada del nuevo equipo

para que este sea graficado en la pestaña de curva de coordinación.

9. Como paso final, se debe crear la el dibujo del equipo y la ventana de acceso de datos en

la interna grafica. El usuario debe abrir el archivo C:\Sp, como se describió previamente

en el paso número 6. Luego de abierto, el usuario debe dirigirse al panel principal, en el

panel principal y sobre la cuadricula de dibujo, se debe colocar el dibujo perteneciente al

nuevo equipo, esto puede hacerse creando el dibujo en Paint y luego pegándolo sobre la

cuadricula.

10. Como siguiente paso, se debe crear el vínculo entre el dibujo y la base de datos, para esto

el usuario debe marcar el dibujo insertado en la cuadricula y dirigirse al menú

“herramientas”, en ese menú dirigirse hacia “complementos”,”extras de visio” y por

ultimo “asistentes para base de datos”. El asistente guiará al usuario para lograr vincular

el dibujo con la base de datos del sistema, por ultimo luego de haber vinculado el dibujo,

se inserta el dibujo dentro de la barra de dibujos que se encuentra a mano derecha y en

color verde y se procede a grabar la barra de dibujos. Si se desea, se pueden personalizar

los datos que el programa le pedirá al usuario, para personalizarlos el usuario debe colocar

el dibujo del equipo que desea personalizar en la cuadricula, luego de marcarlo se debe

pulsar sobre la ventana de propiedades personalizadas (si esta ventana no aparece, se debe

pulsar sobre el menú “ver” y seleccionar ”ventana personalizada”) , y seleccionar la

opción “definir propiedades”, en este menú el usuario es capaz de modificar los títulos y

las ayudas de la ventana de adquisición de datos de cada equipo.

Page 112: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

100

Ejemplo del asistente para vincular los dibujos con la base de datos.

Personalización de la ventana de datos de los equipos

Page 113: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

101

Anexo 2

Algoritmo hecho en Matlab para el cálculo del nivel de cortocircuito

Page 114: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

102

%============ALGORTIMO DEL CALCULO DEL NIVEL

CORTOCIRCUITO=================

%definicion de la potencia base del sistema

sb=10e6;

%----------------------Lectura de datos de las barras----------------------

%Lectura de los datos de tensión y número de las barras

h=waitbar(0,'Lectura de datos, espere un momento por favor...');

Vb=xlsread('Hoja1','Datos barra','A2:B30');

for i=1:1000

waitbar(i/1000)

end

close(h)

Vb1=size(Vb);

%--------------------Definicion del nodo de falla--------------------------

bf=xlsread('Hoja1','Nodo','A2:A2');

%----------Creación del vector de Voltaje de las barras del sistema--------

%matrices cuadrada de unos de tamaño Vb1:Vb1

mY=ones(Vb1(1,1));

mY0=ones(Vb1(1,1));

%Número de barras del sistema

nb=Vb1(1,1);

%Vector de unos del tamaño del vector de tensiones del sistema

Vt1=ones(nb,1);

%Creación del vector de tensiones del sistema

Page 115: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

103

for i=1:nb

for j=1:nb

if i==Vb(j,1);

Vt(i,1)=Vt1(i,1)*Vb(j,2);

else

end

end

end

%Creacion del vector de corrientes bases del sistema

for i=1:nb

Ibase(i,1)=(sb/(Vt(i,1)*sqrt(3)));

end

%Creacion del vector de impedancias bases del sistema

for i=1:nb

Zbase(i,1)=(Vt(i,1)^2/sb);

end

%Colocacion de las admitancias de los equipos segun su posicion en la

%matriz de admitancias, definida por el algoritmo

%-----------------------TRANSFORMADORES------------------------------------

%Lectura de los datos de los transformadores

h=waitbar(0,'Lectura de datos, espere un momento por favor...');

trxs=xlsread('Hoja1','Datos Trx','P2:AB30');

for i=1:1000

waitbar(i/1000)

Page 116: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

104

end

close(h)

%número de transformadores del sistema

nt1=size(trxs);

nt=nt1(1,1);

%Colocacion de las admitancias de los transformadores en la matriz segun su

%posicion

h=waitbar(0,'Espere un momento por favor...');

for i=1:nt

%Desicion si el transformador es trifasico o un banco monofasico

tp=trxs(i,9);

%Transformador trifasico

if tp==1

%Escogencia de la Rcc del TRXS segun su potencia

Stn=trxs(i,7);

if Stn>=5E6

Rcct=0.5;

else

Rcct=1;

end

%lectura de la posicion del transformador entre las barras o nodos

posalta=trxs(i,12);

posbaja=trxs(i,13);

%calculo de la impedancia de secuencia positiva y cero del trxs

Page 117: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

105

Zcct=trxs(i,2);

Valta=trxs(i,3);

Vbaja=trxs(i,4);

Zcct1=acos(Rcct/Zcct);

Ztbt=(Zcct/100)*((((Vbaja)^2)/Stn));

[t1,t2]=pol2cart(Zcct1,Ztbt);

Zt=complex(t1,t2);

Zbas=(((Vbaja)^2)/sb);

Zbasa=(((Valta)^2)/sb);

Zpu=Zt/Zbas;

Zbn=Zpu*Zbase(bf,1);

Ypu=inv(Zbn);

Ypu0=Ypu;

%conexion de los trxs 1=delta; 2=estrella; 3=estrella a tierra;

%4=estrella a tierra con impedancia

Ctrx1=trxs(i,5);

Ctrx2=trxs(i,6);

%colocacion de la impedancia en por unidad del TRXS

if mY(posalta,posbaja)~=1

mY(posalta,posbaja)=mY(posalta,posbaja)+Ypu;

else

mY(posalta,posbaja)=Ypu;

mY(posbaja,posalta)=mY(posalta,posbaja);

end

Page 118: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

106

%colocacion de la impedancia Ypu0 en la matriz mY0

%caso para conexion Y puesta a tierra de ambos lados del Trxs

if Ctrx1==3 & Ctrx2==3 & mY0==1

mY0(posalta,posbaja)=Ypu0;

mY0(posbaja,posalta)=mY0(posalta,posbaja);

elseif Ctrx1==3 & Ctrx2==3 & mY0~=1

mY0(posalta,posbaja)=mY0(posalta,posbaja)+Ypu0;

mY0(posbaja,posalta)=mY0(posalta,posbaja);

%caso para conexion Y puesta a tierra en un solo lado del Trxs

elseif Ctrx1==3 & Ctrx2~=3 & Ctrx2~=4 & mY0==1

mY0(posalta,posalta)=Ypu0;

elseif Ctrx1==3 & Ctrx2~=3 & Ctrx2~=4 & mY0~=1

mY0(posalta,posalta)=mY0(posalta,posalta)+Ypu0;

elseif Ctrx2==3 & Ctrx1~=3 & Ctrx1~=4 & mY0==1

mY0(posbaja,posbaja)=Ypu0;

elseif Ctrx2==3 & Ctrx1~=3 & Ctrx1~=4 & mY0~=1

mY0(posbaja,posbaja)=mY0(posbaja,posbaja)+Ypu0;

%caso para conexion Y puesta a tierra a traves de una impedancia de

%ambos lados del Trxs

elseif Ctrx1==4 & Ctrx2==4 & mY0==1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Zgrpu=Zgr/Zbas;

Page 119: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

107

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Zpugnd0=Zbn+(2*Zgrbn);

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

mY0(posalta,posbaja)=Ypugnd0;

mY0(posbaja,posalta)=mY0(posalta,posbaja);

elseif Ctrx1==4 & Ctrx2==4 & mY0~=1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Zgrpu=Zgr/Zbas;

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Zpugnd0=Zbn+(2*Zgrbn);

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

mY0(posalta,posbaja)=mY0(posalta,posbaja)+Ypugnd0;

mY0(posbaja,posalta)=mY0(posalta,posbaja);

%caso para conexion Y puesta a tierra a traves de una impedancia de un solo

%lado del trxs

elseif Ctrx1==4 & Ctrx2~=3 & Ctrx2~=4 & mY0==1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Zgrpu=Zgr/Zbasa;

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Zpugnd0=Zbn+Zgrbn;

Page 120: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

108

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

mY0(posalta,posalta)=Ypugnd0;

elseif Ctrx1==4 & Ctrx2~=3 & Ctrx2~=4 & mY0~=1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Zgrpu=Zgr/Zbasa;

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Zpugnd0=Zbn+Zgrbn;

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

mY0(posalta,posalta)=mY0(posalta,posalta)+Ypugnd0;

elseif Ctrx2==4 & Ctrx1~=3 & Ctrx1~=4 & mY0==1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Zgrpu=Zgr/Zbas;

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Zpugnd0=Zbn+Zgrbn;

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

mY0(posbaja,posbaja)=Ypugnd0;

elseif Ctrx2==4 & Ctrx1~=3 & Ctrx1~=4 & mY0~=1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Page 121: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

109

Zgrpu=Zgr/Zbas;

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Zpugnd0=Zbn+Zgrbn;

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

mY0(posbaja,posbaja)=mY0(posbaja,posbaja)+Ypugnd0;

%caso para conexion Y puesta a tierra y Y puesta a tierra a traves

%de una impendacia

elseif Ctrx1==4 & Ctrx2==3 & mY0==1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Zgrpu=Zgr/Zbasa;

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Zpugnd0=Zbn+Zgrbn;

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

mY0(posalta,posbaja)=Ypugnd0;

mY0(posbaja,posalta)=mY0(posalta,posbaja);

elseif Ctrx1==3 & Ctrx2==4 & mY0==1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Zgrpu=Zgr/Zbas;

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Zpugnd0=Zbn+Zgrbn;

Page 122: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

110

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

mY0(posalta,posbaja)=Ypugnd0;

mY0(posbaja,posalta)=mY0(posalta,posbaja);

elseif Ctrx1==4 & Ctrx2==3 & mY0~=1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Zgrpu=Zgr/Zbasa;

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Zpugnd0=Zbn+Zgrbn;

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

mY0(posalta,posbaja)=mY0(posalta,posbaja)+Ypugnd0;

mY0(posbaja,posalta)=mY0(posalta,posbaja);

elseif Ctrx1==3 & Ctrx2==4 & mY0~=1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Zgrpu=Zgr/Zbas;

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Zpugnd0=Zbn+Zgrbn;

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

mY0(posalta,posbaja)=mY0(posalta,posbaja)+Ypugnd0;

mY0(posbaja,posalta)=mY0(posalta,posbaja);

end

Page 123: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

111

elseif tp==2

%Escogencia de la Rcc del TRXS segun su potencia

Stn=trxs(i,7);

if Stn>=5E6

Rcct=0.5;

else

Rcct=1;

end

Stn1=3*Stn;

%lectura de la posicion del transformador entre las barras o nodos

posalta=trxs(i,12);

posbaja=trxs(i,13);

%calculo de la impedancia de secuencia positiva y cero del trxs

Zcct=trxs(i,2);

Valta=trxs(i,3);

Vbaja=trxs(i,4);

Zcct1=acos(Rcct/Zcct);

Ztbt=(Zcct/100)*((((Vbaja)^2)/Stn1));

[t1,t2]=pol2cart(Zcct1,Ztbt);

Zt=complex(t1,t2);

Zbas=(((Vbaja)^2)/sb);

Zpu=Zt/Zbas;

Zbn=Zpu*Zbase(bf,1);

Ypu=inv(Zbn);

Page 124: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

112

Ypu0=Ypu;

%conexion de los trxs 1=delta; 2=estrella; 3=estrella a tierra;

%4=estrella a tierra con impedancia

Ctrx1=trxs(i,5);

Ctrx2=trxs(i,6);

%colocacion de la impedancia en por unidad del TRXS

if mY(posalta,posbaja)~=1

mY(posalta,posbaja)=mY(posalta,posbaja)+Ypu;

mY(posbaja,posalta)=mY(posalta,posbaja);

else

mY(posalta,posbaja)=Ypu;

mY(posbaja,posalta)=mY(posalta,posbaja);

end

%colocacion de la impedancia Ypu0 en la matriz mY0

%caso para conexion Y puesta a tierra de ambos lados del Trxs

if Ctrx1==3 & Ctrx2==3 & mY0==1

mY0(posalta,posbaja)=Ypu0;

mY0(posbaja,posalta)=mY0(posalta,posbaja);

elseif Ctrx1==3 & Ctrx2==3 & mY0~=1

mY0(posalta,posbaja)=mY0(posalta,posbaja)+Ypu0;

mY0(posbaja,posalta)=mY0(posalta,posbaja);

%caso para conexion Y puesta a tierra en un solo lado del Trxs

elseif Ctrx1==3 & Ctrx2~=3 & Ctrx2~=4 & mY0==1

mY0(posalta,posalta)=Ypu0;

Page 125: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

113

elseif Ctrx1==3 & Ctrx2~=3 & Ctrx2~=4 & mY0~=1

mY0(posalta,posalta)=mY0(posalta,posalta)+Ypu0;

elseif Ctrx2==3 & Ctrx1~=3 & Ctrx1~=4 & mY0==1

mY0(posbaja,posbaja)=Ypu0;

elseif Ctrx2==3 & Ctrx1~=3 & Ctrx1~=4 & mY0~=1

mY0(posbaja,posbaja)=mY0(posbaja,posbaja)+Ypu0;

%caso para conexion Y puesta a tierra a traves de una impedancia de

%ambos lados del Trxs

elseif Ctrx1==4 & Ctrx2==4 & mY0==1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Zgrpu=Zgr/Zbas;

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Zpugnd0=Zbn+(2*Zgrbn);

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

mY0(posalta,posbaja)=Ypugnd0;

mY0(posbaja,posalta)=mY0(posalta,posbaja);

elseif Ctrx1==4 & Ctrx2==4 & mY0~=1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Zgrpu=Zgr/Zbas;

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Page 126: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

114

Zpugnd0=Zbn+(2*Zgrbn);

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

mY0(posalta,posbaja)=mY0(posalta,posbaja)+Ypugnd0;

mY0(posbaja,posalta)=mY0(posalta,posbaja);

%caso para conexion Y puesta a tierra a traves de una impedancia de un solo

%lado del trxs

elseif Ctrx1==4 & Ctrx2~=3 & Ctrx2~=4 & mY0==1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Zgrpu=Zgr/Zbasa;

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Zpugnd0=Zbn+Zgrbn;

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

mY0(posalta,posalta)=Ypugnd0;

elseif Ctrx1==4 & Ctrx2~=3 & Ctrx2~=4 & mY0~=1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Zgrpu=Zgr/Zbasa;

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Zpugnd0=Zbn+Zgrbn;

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

mY0(posalta,posalta)=mY0(posalta,posalta)+Ypugnd0;

Page 127: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

115

elseif Ctrx2==4 & Ctrx1~=3 & Ctrx1~=4 & mY0==1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Zgrpu=Zgr/Zbas;

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Zpugnd0=Zbn+Zgrbn;

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

mY0(posbaja,posbaja)=Ypugnd0;

elseif Ctrx2==4 & Ctrx1~=3 & Ctrx1~=4 & mY0~=1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Zgrpu=Zgr/Zbas;

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Zpugnd0=Zbn+Zgrbn;

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

mY0(posbaja,posbaja)=mY0(posbaja,posbaja)+Ypugnd0;

%caso para conexion Y puesta a tierra y Y puesta a tierra a traves

%de una impendacia

elseif Ctrx1==4 & Ctrx2==3 & mY0==1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Page 128: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

116

Zgrpu=Zgr/Zbasa;

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Zpugnd0=Zbn+Zgrbn;

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

mY0(posalta,posbaja)=Ypugnd0;

mY0(posbaja,posalta)=mY0(posalta,posbaja);

elseif Ctrx1==3 & Ctrx2==4 & mY0==1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Zgrpu=Zgr/Zbas;

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Zpugnd0=Zbn+Zgrbn;

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

mY0(posalta,posbaja)=Ypugnd0;

mY0(posbaja,posalta)=mY0(posalta,posbaja);

elseif Ctrx1==4 & Ctrx2==3 & mY0~=1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Zgrpu=Zgr/Zbasa;

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Zpugnd0=Zbn+Zgrbn;

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

Page 129: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

117

mY0(posalta,posbaja)=mY0(posalta,posbaja)+Ypugnd0;

mY0(posbaja,posalta)=mY0(posalta,posbaja);

elseif Ctrx1==3 & Ctrx2==4 & mY0~=1

rgnd=trxs(i,10);

xgnd=trxs(i,11);

Zgr=complex(rgnd,xgnd);

Zgrpu=Zgr/Zbas;

Zgrbn=Zgrpu*Zbase(bf,1);

Zpugnd0=Zbn+Zgrbn;

Ypugnd0=inv(Zpugnd0);

mY0(posalta,posbaja)=mY0(posalta,posbaja)+Ypugnd0;

mY0(posbaja,posalta)=mY0(posalta,posbaja);

end

end

waitbar(i/1000)

end

close(h)

%---------------------------MOTORES----------------------------------------

%Lectura de los datos de los motores

h=waitbar(0,'Lectura de los datos, espere un momento por favor...');

motores=xlsread('Hoja1','Datos motor','A2:G30');

for i=1:1000

waitbar(i/1000)

end

Page 130: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

118

close(h)

%Número de motores del sistema

nm1=size(motores);

nm=nm1(1,1);

h=waitbar(0,'Espere un momento por favor...');

%calculo de la impedancia equivalente del motor

for i=1:nm

Vm=motores(i,3);

Inm=motores(i,2);

Zm1=0.2*(((Vm/sqrt(3))/Inm));

Zm=complex(0,Zm1);

Zbas=(((Vm)^2)/sb);

Zpu=(Zm/Zbas);

Zbn=Zpu*Zbase(bf,1);

Ypu=inv(Zbn);

Ypu0=Ypu;

%lectura de la posicion del motor entre las barras o nodos

posmot=motores(i,7);

%ubicacion de la Ypu+ en la matriz mY de admitancias

if mY(posmot,posmot)~=1

mY(posmot,posmot)=mY(posmot,posmot)+Ypu;

else

mY(posmot,posmot)=Ypu;

end

Page 131: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

119

%ubicacion de la Ypu0 en la matriz mY0 de admitancias

if mY0(posmot,posmot)~=1

mY0(posmot,posmot)=mY0(posmot,posmot)+Ypu0;

else

mY0(posmot,posmot)=Ypu0;

end

waitbar(i/1000)

end

close(h)

%---------------------------CABLES-----------------------------------------

%Lectura de los datos de los cables o conductores

h=waitbar(0,'Lecura de los datos, espere un momento por favor...');

cables=xlsread('Hoja1','Datos cable','N2:U30');

for i=1:1000

waitbar(i/1000)

end

close(h)

%Número de cables o conductores del sistema

nc1=size(cables);

nc=nc1(1,1);

h=waitbar(0,'Espere un momento por favor...');

%calculo de la impedancia equivalente del cable

for i=1:nc;

%lectura de la posicion del cable entre las barras o nodos

Page 132: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

120

poscab1=cables(i,7);

poscab2=cables(i,8);

%calculo de la impedancia equivalente del cable

rl=cables(i,5);

xl=cables(i,4);

zlong=cables(i,6);

%lectura del voltaje al que se encuentra el cable en el sistema, desde

%el vector de tensiones del sistema segun su posicion con respecto a

%los nodos

Vl=Vt(poscab1,1);

Zl=zlong*complex(rl,xl);

Zbas=(((Vl)^2)/sb);

Zpu=Zl/Zbas;

Zbn=Zpu*Zbase(bf,1);

Ypu=inv(Zbn);

Ypu0=Ypu;

%ubicacion de la impedancia Ypu en la matriz mY de admitancias

if mY(poscab1,poscab2)~=1

mY(poscab1,poscab2)=mY(poscab1,poscab2)+Ypu;

else

mY(poscab1,poscab2)=Ypu;

end

%ubicacion de la impedancia Ypu0 en la matriz mY0 de admitancias

if mY0(poscab1,poscab2)~=1

Page 133: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

121

mY0(poscab1,poscab2)=mY0(poscab1,poscab2)+Ypu0;

else

mY0(poscab1,poscab2)=Ypu0;

end

mY(poscab2,poscab1)=mY(poscab1,poscab2);

mY0(poscab2,poscab1)=mY0(poscab1,poscab2);

waitbar(i/1000)

end

close(h)

%---------------------------GENERADORES------------------------------------

%Lectura de los datos de los generadores

h=waitbar(0,'lectura de los datos, espere un momento por favor...');

generadores=xlsread('Hoja1','Datos generadores','A2:F30');

for i=1:1000

waitbar(i/1000)

end

close(h)

%Número de generadores del sistema

ng1=size(generadores);

ng=ng1(1,1);

%calculo de la impendacia equivalente del generador

h=waitbar(0,'Espere un momento por favor...');

for i=1:ng

Vge=generadores(i,2);

Page 134: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

122

Pge=generadores(i,3);

Xge=generadores(i,4);

xr=generadores(i,6);

Xge1=(Xge/100)*((Vge^2)/Pge);

Rge1=Xge1/xr;

Zge1=complex(Rge1,Xge1);

Zbas=(((Vge)^2)/sb);

Zpu=Zge1/Zbas;

Zbn=Zpu*Zbase(bf,1);

Ypu=inv(Zbn);

Ypu0=Ypu;

%lectura de la posicion del generador entre las barras o nodos

posgen=generadores(i,5);

%ubicacion de la impedancia Ypu en la matriz mY

if mY(posgen,posgen)~=1

mY(posgen,posgen)=mY(posgen,posgen)+Ypu;

else

mY(posgen,posgen)=Ypu;

end

%ubicacion de la impedancia Ypu0 en la matriz mY0

if mY0(posgen,posgen)~=1

mY0(posgen,posgen)=mY0(posgen,posgen)+Ypu0;

else

mY0(posgen,posgen)=Ypu0;

Page 135: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

123

end

waitbar(i/1000)

end

close(h)

%---------------------------BARRA EQUIVALENTE------------------------------

%Lectura de datos de barras equivalentes en el sistema

h=waitbar(0,'Lectura de los datos, espere un momento por favor...');

bequi=xlsread('Hoja1','Datos barraeq','K2:R30');

for i=1:1000

waitbar(i/1000)

end

close(h)

%Número de barras equivalentes del sistema

nbe1=size(bequi);

nbe=nbe1(1,1);

%calculo de la impendacia equivalente de la barra equivalente

h=waitbar(0,'Espere un momento por favor...');

for i=1:nbe

%datos en potencia=1 o en corriente=2?

op=bequi(i,2);

if op==1

Ncc3f=bequi(i,3);

Ncc1f=bequi(i,4);

Vg=bequi(i,5);

Page 136: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

124

des=bequi(i,6);

des0=bequi(i,7);

[g1,g2]=pol2cart(0,Vg);

Vg=complex(g1,g2);

%calculo de la Icc3f de la barra equivalente

Icc3f=((Ncc3f)/(sqrt(3)*(Vg)));

%calculo de la Icc1f de la barra equivalente

Icc1f=((Ncc1f)/(sqrt(3)*(Vg)));

%calculo de la Zth+ de la barra equivalente

des1=atan(des);

[g3,g4]=pol2cart(des1,Icc3f);

Icc3f1=complex(g3,g4);

Icc3f11=conj(Icc3f1);

Zg=((Vg)/(sqrt(3)*(Icc3f11)));

Zbas=(((Vg)^2)/sb);

Zpu=Zg/Zbas;

Zbn=Zpu*Zbase(bf,1);

Ypu=inv(Zbn);

%calculo de la Zth0 de la barra equivalente

des01=atan(des0);

[g5,g6]=pol2cart(des01,Icc1f);

Icc1f1=complex(g5,g6);

Icc1f11=conj(Icc1f1);

Zg0=((3*((Vg/sqrt(3))/Icc1f11))-(2*Zg));

Page 137: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

125

Zpu0=Zg0/Zbas;

Zbn0=Zpu0*Zbase(bf,1);

Ypu0=inv(Zbn0);

%lectura de la posicion de la barra equivalente entre las barras o nodos

posbequi=bequi(i,8);

%ubicacion de la impedancia Ypu en la matriz mY de admitancias

if mY(posbequi,posbequi)~=1

mY(posbequi,posbequi)=mY(posbequi,posbequi)+Ypu;

else

mY(posbequi,posbequi)=Ypu;

end

%ubicacion de la impedancia Ypu0 en la matriz mY0 de admitancias

if mY0(posbequi,posbequi)~=1

mY0(posbequi,posbequi)=mY0(posbequi,posbequi)+Ypu0;

else

mY0(posbequi,posbequi)=Ypu0;

end

elseif op==2

Icc3f=bequi(i,3);

Icc1f=bequi(i,4);

Vg=bequi(i,5);

des=bequi(i,6);

des0=bequi(i,7);

[g1,g2] = pol2cart(0,Vg);

Page 138: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

126

Vg=complex(g1,g2);

%calculo de la Zth+ del generador

des1=atan(des);

[g3,g4] = pol2cart(des1,Icc3f);

Icc3f1=complex(g3,g4);

Icc3f11=conj(Icc3f1);

Zg=((Vg)/(sqrt(3)*(Icc3f11)));

Zbas=(((Vg)^2)/sb);

Zpu=Zg/Zbas;

Zbn=Zpu*Zbase(bf,1);

Ypu=inv(Zbn);

%calculo de la Zth0 de la barra equivalente

des01=atan(des0);

[g5,g6]=pol2cart(des01,Icc1f);

Icc1f1=complex(g5,g6);

Icc1f11=conj(Icc1f1);

Zg0=((3*((Vg/sqrt(3))/Icc1f11))-(2*Zg));

Zpu0=Zg0/Zbas;

Zbn0=Zpu0*Zbase(bf,1);

Ypu0=inv(Zbn0);

%lectura de la posicion de la barra equivalente entre las barras o nodos

posbequi=bequi(i,8);

%ubicacion de la impedancia Ypu en la matriz mY de admitancias

if mY(posbequi,posbequi)~=1

Page 139: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

127

mY(posbequi,posbequi)=mY(posbequi,posbequi)+Ypu;

else

mY(posbequi,posbequi)=Ypu;

end

%ubicacion de la impedancia Ypu0 en la matriz mY0 de admitancias

if mY0(posbequi,posbequi)~=1

mY0(posbequi,posbequi)=mY0(posbequi,posbequi)+Ypu0;

else

mY0(posbequi,posbequi)=Ypu0;

end

end

waitbar(i/1000)

end

close(h)

%-------------------CREACIÓN DE LA MATRIZ YBUS3f---------------------------

%-----Coloco los valores que sean uno dentro de la matriz como ceros-------

h=waitbar(0,'Creacion de la matriz Ybus,espere un momento por favor...');

for i=1:nb

for j=1:nb

if mY(i,j)==1;

mY(i,j)=0;

else

end

end

Page 140: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

128

waitbar(i/1000)

end

close(h)

%-------------------CREACIÓN DE LA MATRIZ YBUS1f---------------------------

%-----Coloco los valores que sean uno dentro de la matriz como ceros-------

h=waitbar(0,'Creacion de la matriz Ybus,espere un momento por favor...');

for i=1:nb

for j=1:nb

if mY0(i,j)==1;

mY0(i,j)=0;

else

end

end

waitbar(i/1000)

end

close(h)

%---------------------FORMACION DE LA MATRIZ Zbus--------------------------

h=waitbar(0,'Creacion de la matriz Ybus, espere un momento por favor...');

ysu=sum(mY,2);

ybus=ones(nb);

for i=1:nb;

for j=1:nb;

if i==j;

ybus(i,j)=ysu(i,1);

Page 141: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

129

elseif i~=j & mY(i,j)~=0;

ybus(i,j)=-mY(i,j);

elseif mY(i,j)==0;

ybus(i,j)=0;

end

end

waitbar(i/1000)

end

close(h)

%---------------------FORMACION DE LA MATRIZ Zbus0-------------------------

h=waitbar(0,'Creacion de la matriz Ybus, espere un momento por favor...');

ysu0=sum(mY0,2);

ybus0=ones(nb);

for i=1:nb;

for j=1:nb;

if i==j;

ybus0(i,j)=ysu0(i,1);

elseif i~=j & mY0(i,j)~=0;

ybus0(i,j)=-mY0(i,j);

elseif mY0(i,j)==0;

ybus0(i,j)=0;

end

end

waitbar(i/1000)

Page 142: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

130

end

close(h)

%Creación de la matriz Zbus

Zbus=inv(ybus);

%Creación de la matriz Zbus0

Zbus0=inv(ybus0);

%Calculo del nivel de cortocircuito 3f

Vpfalla=Vt(bf,1);

Ifalla=(Vpfalla/(sqrt(3)*Zbus(bf,bf)));

rho=abs(Ifalla);

the=angle(Ifalla);

the1=(the/pi)*180;

%Calculo del nivel de cortocircuito 1f

Ifalla0=3*((Vpfalla/sqrt(3))/((2*Zbus(bf,bf))+Zbus0(bf,bf)));

rho0=abs(Ifalla0);

the0=angle(Ifalla0);

the10=(the0/pi)*180;

%El algortimo muestra los datos al usuario en una ventana

nivel3f=num2str(rho);

an3f=num2str(the1);

nivel1f=num2str(rho0);

an1f=num2str(the10);

bf1=num2str(bf);

Page 143: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

131

msgbox('Nivel CC-3F';['Modulo = ',nivel3f,' Amperios', '; Angulo = ',an3f,' Grados'];'';'Nivel

CC-1F';['Modulo = ',nivel1f,' Amperios', '; Angulo = ',an1f,' Grados'],['Nivel de cortocircuito en

barra ',bf1])

Page 144: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

132

Anexo 3

Algoritmo creado en Visual Basic para la realización de la interfaz gráfica

Page 145: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

133

Option Compare Database

Private Sub Comando3_Click()

On Error GoTo Err_Comando3_Click

Dim stDocName As String

Dim stLinkCriteria As String

stDocName = "Datos"

DoCmd.OpenForm stDocName, , , stLinkCriteria

Exit_Comando3_Click:

Exit Sub

Err_Comando3_Click:

MsgBox Err.Description

Resume Exit_Comando3_Click

End Sub

Private Sub Comando5_Click()

On Error GoTo Err_Comando5_Click

DoCmd.Quit

Page 146: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

134

Exit_Comando5_Click:

Exit Sub

Err_Comando5_Click:

MsgBox Err.Description

Resume Exit_Comando5_Click

End Sub

Private Sub Comando9_Click()

On Error GoTo Err_Comando9_Click

Dim stDocName As String

stDocName = "Motores 1"

DoCmd.OpenReport stDocName, acPreview

Exit_Comando9_Click:

Exit Sub

Err_Comando9_Click:

MsgBox Err.Description

Resume Exit_Comando9_Click

Page 147: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

135

End Sub

Private Sub Comando12_Click()

On Error GoTo Err_Comando12_Click

Dim stDocName As String

stDocName = "Motores 2"

DoCmd.OpenReport stDocName, acPreview

Exit_Comando12_Click:

Exit Sub

Err_Comando12_Click:

MsgBox Err.Description

Resume Exit_Comando12_Click

End Sub

Private Sub Comando15_Click()

On Error GoTo Err_Comando15_Click

Dim stDocName As String

stDocName = "Motores 5"

DoCmd.OpenReport stDocName, acPreview

Page 148: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

136

Exit_Comando15_Click:

Exit Sub

Err_Comando15_Click:

MsgBox Err.Description

Resume Exit_Comando15_Click

End Sub

Private Sub Comando17_Click()

On Error GoTo Err_Comando17_Click

Dim stDocName As String

stDocName = "Motores 4"

DoCmd.OpenReport stDocName, acPreview

Exit_Comando17_Click:

Exit Sub

Err_Comando17_Click:

MsgBox Err.Description

Resume Exit_Comando17_Click

Page 149: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

137

End Sub

Private Sub Comando19_Click()

On Error GoTo Err_Comando19_Click

Dim stDocName As String

stDocName = "Motores 3"

DoCmd.OpenReport stDocName, acPreview

Exit_Comando19_Click:

Exit Sub

Err_Comando19_Click:

MsgBox Err.Description

Resume Exit_Comando19_Click

End Sub

Private Sub Comando22_Click()

On Error GoTo Err_Comando22_Click

Dim stDocName As String

stDocName = "Conductor1"

DoCmd.OpenReport stDocName, acPreview

Page 150: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

138

Exit_Comando22_Click:

Exit Sub

Err_Comando22_Click:

MsgBox Err.Description

Resume Exit_Comando22_Click

End Sub

Private Sub Comando23_Click()

On Error GoTo Err_Comando23_Click

Dim stDocName As String

stDocName = "Fusibles 1"

DoCmd.OpenReport stDocName, acPreview

Exit_Comando23_Click:

Exit Sub

Err_Comando23_Click:

MsgBox Err.Description

Resume Exit_Comando23_Click

Page 151: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

139

End Sub

Private Sub Comando24_Click()

On Error GoTo Err_Comando24_Click

DoCmd.DoMenuItem acFormBar, acRecordsMenu, 5, , acMenuVer70

Exit_Comando24_Click:

Exit Sub

Err_Comando24_Click:

MsgBox Err.Description

Resume Exit_Comando24_Click

End Sub

Page 152: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

140

Anexo 4

Cálculos del nivel de cortocircuito en las barras 5, 6 y 9 respectivamente

Page 153: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

141

Cálculo de las impedancias de los equipos.

A continuación se presenta el cálculo de las impedancias de los equipos del sistema

eléctrico en estudio.

Relaciones de transformación de las impedancias

• De 13,8kV a 480V

001209,013800

4802

2

=

• De 480V a 13,8kV

56,826480

138002

2

=

Barra equivalente

• Cálculo trifásico:

73,86)5,17tan()/tan( == ArxA °

73,863785,073,8621049

313800∠=

−∠=Zth ° ohm

• Cálculo monofásico

41,87)11,22tan()/tan( == ArxA °

045,888151,0241,8715204

31380030 ∠=−

−∠= ZthxZth ° ohm

Conductores (250kcmil; Zlínea=0.175+j0.111 ohm/km; 3 conductores por fase)

037,00583,03111.0175.0

jj

Zl +=+= ohm/km

• Línea entre barras 1-2

Page 154: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

142

Zl1-2=Zl x 0,1982km =0.01155+j0.00326 ohm

• Línea entre barras 1-3

Zl1-3=Zl x 0,207km =0.01207+j0.00766 ohm

• Línea entre barras 1-4

Zl1-4=Zl x 0,188km =0.0109+j0.00693 ohm

• Línea entre barras 2-5

Zl2-5=Zl x 0,558km =0.03255+j0.02064 ohm

• Línea entre barras 8-11; 6-9; 7-10

Zl8-11; 6-9; 7-10=Zl x 0,00609km =0.0003546+j0.0002249 ohm

Transformadores

• Transformador en barras 3-6; 4-7; 5-8;

°=

= 41,806

1cosAϕ

41,80009216,05,1

480.

100

6 2

∠==MVA

Zt ° ohm

Motores

• Motores en barra 8 y barra 7 de 400kVA

°∠== 901152,012,4813

480

.2,01 jZm ohm

Page 155: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

143

• Motores en barra 8 y barra 7 de 500kVA

°∠== 9009216,041,6013

480

.2,02 jZm ohm

• Motores en barra 11 y barra 10 de 300kVA

°∠== 901536,084,3603

480

.2,03 jZm ohm

• Motor en barra 6 de 465kVA

°∠== 9009909,0560

3480

.2,04 jZm ohm

• Motor en barra 6 de 625kVA

°∠== 9007373,0752

3480

.2,05 jZm ohm

• Motor en barra 9 de 110kVA

°∠== 904189,03,1323

480

.2,06 jZm

Page 156: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

144

Cálculo del nivel de cortocircuito en barra 5

Presentaremos el cálculo para el nivel de cortocircuito en la barra número 5, indicada en

la siguiente figura.

Figura, sistema eléctrico indicando la barra de falla.

• Impedancia del Ramal N°2:

Suma de la impedancia del motor conectado a la barra 9 con la impedancia del

conductor entre barras 6 y 9:

Zm6 + Zl6-9 = 0.0003657+j0,419 ohm

Paralelo de la impedancia calculada en el paso anterior con la de los motores conectados

en barra 6 y ese resultado se suma con la impedancia del transformador entre barras 3 y 6 y la

impedancia del conductor entre las barras 1 y 3:

Page 157: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

145

0.0003657+j0,419 // Zm4 // Zm5 = °∠Ω 99,89401,38 m + Zt + Zl1-3 = °∠Ω 12,8853,47 m

• Impedancia del Ramal N°3:

Se repiten los pasos realizado anteriormente, con la diferencia de que el valor de la

impedancia del conductor es la que se encuentra en las barras 1 y 4. Por ende los resultados

de los valores de las impedancias son iguales exceptuando la del conductor y por ello:

0.0003657+j0,419 // Zm4 // Zm5 = °∠Ω 99,89401,38 m + Zt + Zl1-4 = °∠Ω 12,8852,47 m

Con estas dos impedancias y con la impedancia de la barra equivalente trifásica, se calcula

el paralelo de estas tres impedancias y el resultado se suma con las impedancias de los

conductores entre barras 1 y 2 y las barras 2 y 5:

°∠Ω 12,8852,47 m // °∠Ω 12,8853,47 m // Zth = °∠Ω 76,86449,0 m +Zl1-2+Zl2-5= °∠Ω 72,80489,0 m

Por último se calcula la impedancia equivalente de la barra 5 aguas abajo del

transformador incluyéndolo, este valor será igual al valor calculado anteriormente en la barra 4 ya

que los equipos poseen los mismos datos de placa. Y para finalizar se calcula el paralelo de la

impedancia hallada en el paso anterior con la impedancia de la barra 5 aguas abajo, obteniéndose

la impedancia equivalente del sistema vista desde la barra 5.

°∠Ω 1,8855,47 m // °∠Ω 72,80489,0 m = °∠Ω 79,804839,0 m

Page 158: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

146

Como la impedancia se encuentra en la base de 480V, se hace el cambio de base para

13,8kV obteniendo: °∠Ω 79,80399,0

Nivel de CC-3f = °−∠=°∠Ω

79,801992179,80399,03

13800

Amp.

Para el cálculo del nivel de cortocircuito monofásico se debe tomar en cuenta, que los trxs

están conectados en delta-estrella, esto indica que para la red de secuencia cero, no existe

impedancia relacionada al transformador, lo que trae como consecuencia un abierto entre las

barras 5 y 8; 3 y 6; 4 y 7. Por esta razón el cálculo de a impedancia equivalente vista desde la

barra 5 queda de la siguiente manera:

Zth0+ Zl1-2+Zl2-5 = °∠Ω 123,858457,0

Nivel de CC-1f = ( )

°−∠=

∠+°∠Ω01,83145513

)123,858457,0(279,80399,03

13800

xx

Amp.

Page 159: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

147

Cálculo del nivel de cortocircuito en barra 6

Presentaremos el cálculo para el nivel de cortocircuito en la barra número 6, indicada en

la siguiente figura.

Figura, sistema eléctrico indicando la barra de falla.

Impedancia del ramal 3 = °∠Ω 12,8852,47 m

Impedancia del ramal 1= °∠Ω 99,89401,38 m +Zl1-2+Zl2-5+Zt = °∠Ω 07,8855,47 m

°∠Ω 12,8852,47 m // °∠Ω 88,8766,47 m // Zth = °∠Ω 64,86449,0 m +Zl1-3+Zt = °∠Ω 47,80698,9 m

°∠Ω 47,80698,9 m // °∠Ω 99,89401,38 m = °∠Ω 83,8276,7 m

Page 160: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

148

Nivel de CC-3f = °−∠=°∠Ω

5,823578383,8276,7

3480

m Amp.

Para el cálculo monofásico del nivel de cortocircuito se toma en cuenta la acotación hecha

para el calculo de la barra 5, con la diferencia de que en este caso, solo se toma la impedancia

aguas abajo de la barra 6 como la impedancia equivalente de secuencia cero.

Zth0+ Zl1-3 = °∠Ω 99,8941,38 m

Nivel de CC-1f = ( )

°−∠=

∠Ω+°∠Ω80,87154493

)123,8549,38(25,8276,73

480

xmxm

Amp.

Page 161: Desarrollo de Un Software de Coordinacion de Protecciones en Baja Tension

149

Cálculo del nivel de cortocircuito en barra 10

Presentaremos el cálculo para el nivel de cortocircuito en la barra número 6, indicada en

la siguiente figura.

Figura, sistema eléctrico indicando la barra de falla.

Impedancia del ramal 2 = °∠Ω 12,8852,47 m

Impedancia del ramal 1 = °∠Ω 07,8855,47 m

°∠Ω 12,8852,47 m // °∠Ω 88,8766,47 m // Zth = °∠Ω 76,86449,0 m +Zl1-4+Zt = °∠Ω 63,8067,9 m

°∠Ω 63,8067,9 m // Zm1 // Zm2 = °∠Ω 11,8214,8 m + Zl7-10= °∠Ω 92,7943,8 m

°∠Ω 92,7943,8 m // Zm3= °∠Ω 45,8099,7 m

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Nivel de CC-3f = °−∠=∠Ω

45,803466445,8099,7

3480

m Amp.

Para el cálculo monofásico del nivel de cortocircuito se toma en cuenta la acotación hecha

para el cálculo de la barra 6.

Zm1 // Zm2 = °∠Ω 902,51 m + Zl7-10= °∠Ω 6,8942,51 m // Zm3= °∠Ω 7,8952,38 m

Nivel de CC-1f = ( )

°−∠=

∠Ω+°∠Ω99,86152933

)7,8952,38(245,8099,73

480

xmxm

Amp.

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Anexo 5

Curvas de coordinación de protecciones

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