protección presentación

7/24/2019 Proteccin Presentacin

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Proteccin SEP

Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP


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Objetivos del Curso Entender y Aplicar los conceptos de relevadores de

proteccin a los diferentes equipos que forman partede un SEP.

Desarrollar habilidades en el diseo y en el anlisis


e con ngenc as e . Proporcionar al estudiante experiencias prcticas en

el ajuste de relevadores y en el manejo de software

de aplicacin.


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Temario Introduccin Fundamentos de Relevadores

Clculos Por Unidad (P.U) Fasores y Polaridad Componentes Simetricas, Clculos de Fallas


Principios de Aterrizaje del Sistema Proteccin de Transformadores Proteccin de Barra Proteccin de Lneas de Transmisin

Proteccin de Generadores Fundamentos de Rels Microprocesados Software de Simulacin


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Bibliografa Juan M. Gers and Edward J. Holmes Protection of Electricity

Distribution Networks 2nd Edition, IEE, London-2004.

John J. Grainger, William D. Stevenson Jr. Analisis de Sistemas dePotencia Mc Graw Hill, 1998.

C. Russell Maison, The Art & Science of Protective RelayingGeneral Electric.


OTRAS LECTURAS: Paul M. Anderson, Analysis of Faulted Power Systems, IEEE

PRESS, 1995.

J. Lewis Blackburn, Symmetrical Components for Power Systems

Engineering. Marcell Dekker, Inc. 1993 J. Lewis Blackburn, Protective Relaying: Principles and

Applications, Second Edition, Marcell Dekker, Inc. 1997.


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Introduccin Los sistemas de potencia debenser diseados para que losrelevadores de proteccin

operen rpidamente al detectaruna falla y puedan aislar elequipo de modo que sereduzcan la duracin yextensin de las interru ciones


del servicio. Los rels de proteccin sonimportante en los sistemasindustriales, porque puedenprevenir grandes perdidas en la

produccin o dao innecesarioen los equipos comoconsecuencia de un cortocircuito o una sobrecarga


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Definiciones

Que es un rel?Segn la IEEE Es un dispositivo elctrico que esta diseado paraproducir una modificacin dada en un circuito elctrico, cuando sealcanzan condiciones de entradas es ecficas re a ustadas


Qu es un rel de proteccin?

Es un dispositivo cuya funcin es detectar condiciones anormales ode naturaleza peligrosa para lneas, transformadores o cualquier otro

dispositivo elctrico que forme parte de la red.


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Caractersticas Bsicas de Diseo

Confiabilidad: Asegura que la proteccin realice correctamentela funcin para la cual fue diseada. Selectividad: Continuidad mxima del servicio, con la mnima

desconexin del sistema.


Velocidad: Duracin mnima de la falla y un dao mnimo delequipo. Simplicidad: Equipo de proteccin mnimo, para alcanzar

objetivos del esquema.

Economa: Mxima proteccin a menor costo.


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Confiabilidad

Dependabilidad:Esta asociada con el grado decerteza que el relevador osistema de proteccin operar

Confiabilidad


correctamente (si cuando si). Seguridad:

Esta asociada con el grado decerteza de que el relevador o

sistema de proteccin nooperar incorrectamente (nocuando no).Seguridad Dependabilidad


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Selectividad Se le conoce tambin como

coordinacin, y es el

proceso de ajustar y aplicarlos rels de proteccin paraque operen tan rpido comoposible en su zona primaria


e ac uac n, en en otambin un retardo de tiempoen su zona de respaldo.

Mantiene la continuidad del

suministro, desconectando laminima seccion de la red paraaislar la falla.


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Velocidad Los esquemas de proteccindeben ser lo suficientementerpidos, instantneos, paradespejar fallas en su zona

primaria sin caer enoperaciones no deseadas.


na pro ecc n e a avelocidad, segn la IEEE,debe operar en menos de 3ciclos.

Instantneo, significa que nohay retardo intencional en laoperacin del dispositivo.


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Simplicidad

Los esquemas de proteccindeben mantenerse lo mas


,

sofisticados, incrementamos elriesgo de errores en suprogramacin y consecuentemal funcionamiento.


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Economa

El costo de los equipos deproteccion juegan un papelimportante al momento deseleccionar un dispositivo.


Al momento de evaluar debemos tambin tomar enconsideracin si losdispositivos cumplen con

las especificaciones tcnicas


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Clasificacin de Relevadores

Los Relevadores pueden Clasificarse por: Funcin ( ms comn)

Seal de Entrada

Construccion


Hay 5 tipos de funciones: Proteccin

Regulacin

Recierre y sincronizacin

Monitoreo

Auxiliar


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Principios de Aplicacin La filosofia general de la

aplicacin de relevadores,es dividir el sistema depotencia en zonas deproteccin:


1-Generadores Transformadores2- Transformadores3- Barras4- Lneas5- Equipos Auxiliares6- Capacitor - Reactor


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Proteccin Primaria y Respaldo Proteccin Primaria: Debe operar cada vez que

un elemento detecta una falla en el sistema. El

elemento puede cubrir uno o mas componentesdel sistema.

Proteccin de respaldo: Es instalado para operar


cuando por alguna razon, la proteccin primariano opera. Para alcanzar esta condicin elelemento de proteccin puede o no, ser similar ala proteccin primaria. Debe permitir al elemento

primario operar primero.


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Proteccin Respaldo Respaldo Local: Es localizada en la zona donde ocurre la

falla y puede disparar el interruptor primario o los

interruptores de zona adyacentes: ejemplo de proteccinde respaldo local es el esquema de proteccion de fallo deinterruptor.


Respaldo Remoto: Es localizada en zona adyacentes ygeneralmente solo dispara interruptores en su zona deoperacin: un ejemplo son las protecciones de distancia

de lineas en los extremos de subestaciones adyacentes


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Proteccin Direccional Una caracteristica importante de algunos

relevadores, es la capacidad de determinar la

direccin del flujo de Potencia, de forma tal quese bloquea para flujos en la direccin opuesta delajuste del relevador.


Estos relevadores son importantes, para laproteccion de redes malladas, o donde hay variasfuentes de generacion.

Usualmente la direccion del flujo es indica poruna flecha


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Ejemplo 1: Operacin de la Protecciones


Caso Interruptores

que

operan

Interruptores

que Operan

Mal

Disparo Por

Proteccion

Primaria

Disparo Por

Proteccion

respaldo

F1 1, 2, 4

F2 3, 5, 8

F3 10

F4 8, 11


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Ejemplo 2: Operacin de la Protecciones



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Cdigo ANSI

El listado completo

ANSI Descripcion

21 Rele de Distancia

24 Rele Volts/Hz

25 Rele verificador de Sincronismo27 Bajo Voltaje

32 Direccional de Potencia

40 Perdida de Campo

43 Perilla Selectora

46 Secuencia Negativa


en la norma IEEEC37.2

50 Sobre Corriente Instantaneo

51 Sobre Corriente Temporizado

52 Contactos Auxiliares C.B.

59 Sobre Voltaje

60 Balance de Voltaje

67 Direccional de Corriente

78 Fuera de Paso

79 Rele de Recierre

81 Rele de Frecuencia

86 Rele de bloqueo

87 Rele Diferencial

94 Rele de Disparo


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Esquematico



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VALORES EN PU



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Valor por Unidad (PU)

El valor por unidad de alguna cantidad es larelacin de la cantidad actual por su valorbase.


CantidadladeBaseValor

ActualCantidadPUCantidad =


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Valor en Porcentaje (%)

La cantidad en porcentaje es igual a lacantidad en PU veces 100.


100)(% XPUCantidadCantidad =


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Ventajas de PU & % Es mejor para representar resultados de datos de circuitos, que

pueden ser comparados directamente. La impedancia equivalente, en pu, de un transformador es la misma

cuando la referimos a cualquiera de sus lados primario o secundario.


trifasico es la misma independiente del tipo de conexin de susdevanados

El mtodo por unidad es independiente de los cambios de voltaje yngulos de fase a travs del transformador, si los voltajes en los

devanados son proporcionales al nmero de vueltas en el devanado. Usualmente el fabricante especifica la impedancia del equipo en pu o

% en la base de su capacidad nominal de placa.

( ) ,,,


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Continuacin

Valores tpicos para varios tipos de equipos estan disponibles enalgunos libros o fuentes de referencia.

Hay menor probabilidad de confundirse entre los valores de potenciamonofasica y trifasica o entre voltajes de lnea a lnea y lnea a tierra.


El mtodo en pu es til para simular el comportamiento del sistema,en estado estable o transitorio, por computador.

El voltaje fuente es asumido, usualmente, como 1.0 pu para clculosde falla.

El producto de dos cantidades en pu es expresada en pu. En cambio, el

producto de dos cantidades en %, tiene que ser divido entre 100 paraser expresado en %.


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Cantidades Bases

Las cantidades bases son escalares, de manera que la notacin defasores no se requieren para las ecuaciones bases.

El mismo valor base en MVA, es utilizado en todo el sistema.Normalmente se utiliza un valor base de 100 MVA.


Se seleccionada un valor de voltaje base arbitrario, y todos los otrosvoltajes deben estar relacionados al voltaje base a travs de la relacinde vueltas de la conexin de los transformadores.


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Relaciones Generales

Para cualquiera de los dos tipos de conexiones (Delta, Estrella)tenemos:

= S

I 3

=


+= 303 LNLL VV

LLV3

3

30= LDI

I


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Conexin Estrella Impedancia Conectada en Estrella:

3

3

3

30

S

Vx

V

I

VZ LLLL

L

LNY

==


3

2 30

S

VLL =


30/350

Conexin Delta Impedancia Conectada en Delta:

L

LL

D

LLD

I

V

I

VZ

==

303 a

ZDZD

IL


3

2 303

S

VLL =

b

c

LL

ZD

ID

3

3303SVxV LLLL =

LLD

LLD

V

S

Z

VI

3

303 ==


31/350

Cantidades Bases

Utilizaremos notacion KVA o MVA en lugar de S, y KV en lugarde V:

Potencia Base es dada por:BBB IkVkVA 3=


Corriente Base es dada por:

Impedancia Base es dada por:

Desde que kVA = 1000 x MVA,

B

BB

kVA

xkVZ

10002=

ohmsMVA

kVZ

B

BB

2

=

AmperioskV

kVAIB

BB

3=


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Impedancia en PU

La impedancia en pu es dada por:

2

B

B

B

pukV

ZMVA

Z

ZZ ==


La impedancia en Porcentaje es dada por:

2

100100

B

BpukV

ZMVAZxZ

==


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Cambio de Base Normalmente la impedancia en pu

de los equipos se especifica en labase del equipo, siendogeneralmente diferente de la basedel sistema. Esto hace necesario

2

1

1

1

1kV

ZMVAZZZ

B

pu ==

2 ZMVAZ


convertir todos los valores a una

base comn seleccionada. Esta conversin se deriva de

expresar la misma impedancia enohms sobre dos bases en pudiferentes.

2

22

2

kVZ Bpu ==

1

2

1

2

2

2

1

2

MVA

kVx

kV

MVA

Z

Z

pu

pu=

2

2

1

1

212

=

kV

kVx

MVA

MVAZZ pupu


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Tabla Valores Base



35/350

V. B. Por Nivel Voltajes



36/350

Ejemplo de Aplicacion



37/350

Ejemplo de Aplicacin



38/350




39/350


Ejemplo 2: Prepare un esquemtico unifilar del sistema, mostrando todas las

impedancias en pu en una base de 100MVA, 154KV en la lnea de transmisin.



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41/350


42/350

Fasores Y Polaridad

Los fasores y la polaridad detransformadores son importantes en elanlisis documentacin entendimiento de


la operacin del sistema de potencia y delas corrientes y voltajes asociadas con fallasy desbalances.


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Definicin de Fasores

Segn la IEEE, es un numero complejo, que esusado en sistema lineal alterno de estado estable.

Su modulo corresponde a cualquier pico de


amplitud o el valor rms de la cantidad. Su fase corresponde al ngulo de fase en eltiempo cero.

Puede ser aplicado a impedancia, y relacionancantidades complejas independiente del tiempo.


44/350

Representacin de Fasores

Las coordenadas cartesianas

es la forma mas comn derepresentar fasoreselctricos y magnticos.


Donde la x (absisa) es el ejede las cantidades reales,la y (ordenada) es el ejede las cantidades

imaginarias.


45/350

Otras Representaciones de Fasores


Representacion de fasores de impedancia y fasores de potencia.


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Formas Matemticas de Fasores



47/350

Polaridad de Transformadores

Son establecidas por estndares, para todos los

tipos de transformadores. Hay dos variedad de

polaridad que siguen las


mismas reglas:Substractiva:Transformadores de potenciae instrumentos

Aditiva: (Trafo deDistribucin)


48/350

Reglas de Polaridad de Transformadores

El flujo de corriente

entrando en la marca depolaridad de un devanado,flu e hacia fuera de la


marca de polaridad delotro devanado.


49/350

Reglas de Polaridad de TransformadoresLa cada de voltaje de

polaridad a no polaridada travs de undevanado, est


con la cada de voltajede polaridad a no

polaridad a travs delotro devanado.


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Polaridad de Reles 67



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Desfase Angular de un Trafo El desfase angular de un

transformador trifsico es unngulo que indica el desfase delas fuerzas electromotricesinducidas por el flujo comn


ex stente entre os term na es

de alta y baja tensin deltransformador.

La norma americanada estipulaque la conexin de alta

siempre adelanta la conexinde baja por 30 grados.


52/350

1er

Paso: Para Determinar Desfase Angular

Indicar, arbitrariamente,por medio de flechas el


sentido de las fuerzaselectromotrices inducidasde alta y baja tension deltransformador.


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2do


Sobre una circunferenciadibujamos un diagramafasorial de las f.e.m del


,

manera que el terminal H2,quede en la parte superior. Como la conexion esta en

triancgulo, las fem de AT

son dispuestas entriangulo.


54/350

3er


En la misma circunferencia

colocamos las fem de baja,observando que e1 esta enfase con E 1-2. Las f.e.m del


,

sentido de los terminaleshacia el neutro. Como la conexin esta en

estrella, las fem son

dispuestas en estrella.


55/350

4to


El desfase angular es medido

por los dos radios de lacircunferencia que se dirigena los puntos H2 y X2.


2 es a a e an a o gra os

en relacin con H2,considerando el terminal debaja como referencia y quelas bobinas estn enrolladas

en el mismo sentido.

Tabla de Conexiones


56/350

Tabla de Conexiones



57/350

Ejemplo De Aplicacin

Determine el desfaseangular deltransformador con el


estrella y el devanadode baja en delta,conforme la figura.


58/350


Determine el desfase

angular del auto-transformador T3 de lasubestacin Panam, con


el devano de alta enestrella y el devanado debaja en delta, conformela figura.


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COMPONENTES SIMETRICAS



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Historia El 18 de Junio de 1918, Charles L. Fortescue,

present en la 34th. Convencin anual de laAIEE, su paper titulado Method of Symetrical


Poliphase Networks. En este trabajo, Fortescue presenta un mtodo enque un sistema desequilibrado de n fasoresrelacionados, puede descomponerse en n sistemasde fasores equilibrados, denominadoscomponentes simtricas.


61/350

Sistema Trifsico Desbalanceado 3 Sistema balanceado



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Operador a La letra a, es comnmente

usada para designar unoperador que causa unarotacin de 120 grados en el


sen o an orar o.


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Fasores de Voltajes Cada uno de los fasores desbalanceados originales

es la suma de sus componentes equilibrados:


( )

210

210

210

1

cccc

bbbb

aaaa

VVVV

VVVV

VVVV

++=

++=

++=


64/350

Utilizando el Operador a

El numero de cantidades desconocidas se puedereducir utilizando el operador a


( )

2

2

222

111

2

1

0000

2

acab

acab

acab

VaVaVV

aVVVaV

==

==

==


65/350

Fasores de Voltajes Sustituyendo el conjunto de ecuaciones (2) en (1):


2

2

10

21

2

0

210

aaac

aaab

aaaa

VaaVVV

aVVaVV

++=

++=

++=


66/350

Forma Matricial

=

=

1

0

1

0

21

111

a

a

a

a

b

a

V

V

AV

V

aaV

V


22

2

1 aac VVaaV

=2

2

1

1

111

aa

aaA


67/350

Forma Matricial

=

=

b

a

b

a

a

a

VV

AVV

aaVV 1

2

2

1

0

1111

3

1


cca aa2

=

aa

aaA2

21

1

1

111

3

1


68/350

Fasores Simtricos de Voltajes Descomposicin de tres fasores asimtricos en sus

componentes simtricas:

1


)(31

)(3

13

2

2

2

1

0

cbaa

cbaa

cbaa

aVVaVV

VaaVVV

++=

++=

=


69/350

Fasores Simtricos de Corrientes Si consideramos corrientes en lugar de voltajes :

1


)(31

)(3

13

2

2

2

1

0

cbaa

cbaa

cbaa

aIIaII

IaaIII

++=

++=

=



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Determine las componentes simtricas delas fases A, B y C. dado:

010 0

=


AI

AI

C

B

0

18010 0

==


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Forma Matricial

010111 0

0Ia


= 0

18010113

0

2

2

2

1

aaaa

IIa

a


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Solucin( )

( )ooo1

oo

0

018010*12010103

1

00180100103

1

=++=

=++=

I

I

a

a


( )( )( )

( ) o

oo

3077.588.2566.85103

1

010*866.05.0103

1

010*30010103

==+=

++=

++=

Ajj

j


73/350

Solucin

( )oo

ooo

2

060100101

018010*24010103

1

++=

=++=Ia


( )( )

( ) o

3077.588.2566.85103

1

10*866.05.0103

1

3

+=+=++=

++=

Ajj

j


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Solucin

90775.5210775.5

o

1

o

1

==

c

b

II


0

0

90775.5

.

0

0

o

2

2

=

=

=

=

c

b

c

b

I

I

I


75/350

Reglas de Uso de las C. S. Voltaje de secuencia positiva, negativa y cero

inducen nicamente corrientes de secuenciapositiva, negativa y cero respectivamente.


inducir voltajes de esa misma secuencia. Los puntos 1 y 2, se resumen diciendo que: no

existe interaccin entre secuencias distintas.

Los elementos activos de la red, solo generaranvoltaje de secuencia positiva.


76/350

Reglas de Uso de las C. S. Los voltaje de secuencia negativa y cero, se

consideran generados en el punto de falla;disminuyendo en magnitud tan pronto nosalejamos de ese punto.


El voltaje de secuencia positiva es cero en elpunto de falla y mximo en los puntos degeneracin.

Como las corrientes de secuencia cero, estn en

fase y son del mismo tamao, necesitan el neutro,conexin a tierra para poder circular.

Clculo de Fallas


77/350

Clculo de Fallas

Anlisis del Comportamientoelctrico del sistema bajocondiciones de falla.

Herramienta til para:


e ecc n e a con gurac n e

sistema. Capacidad nominal para los

equipos de HV.

Aplicacin y diseo de proteccin.

Investigacin del desempeo, nosatisfactorio de los equipos.

Corrientes de Corto Circuito


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Corrientes de Corto Circuito

Las corrientes de cortocircuito pueden crear

destruccin masivas a losequipos del sistema.


magnitudes mayores que lacorriente de mxima carga. Las corrientes C.C. pueden

ser catastrficas para laoperacin del sistema

Tipos de Fallas Rgimen (DUTY)


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Los niveles de corto circuitovaran considerablemente duranteuna falla, tomando en cuenta la

cada rpida de la corriente debidoa la reaccin de armadura de lasmaquinas sincronas y aunado que


a ex nc n e un arco e c r co

nunca es alcanzadoinstantneamente. La corrientetiene que ser calculadacuidadosamente, de forma aobtener el valor correcto para las

respectivas aplicaciones.

Corrientes de CC ANSI/IEEE C37


80/350

Se refiere a cuatro tipos de corrientes de fallas dergimen (duty):

Primer ciclo o Momentnea: Son las corrientes presentesen el medio ciclo despus de iniciada la falla, indicado porIk, se calculan con la componente DC.


co: orrespon e a a corr en e m x ma uran e e pr mer

ciclo despus de comenzada la falla, es Interrupcin : Son los valores a ser despejados por los

interruptores, son calculados en el rango de 3 a 5 ciclos.Estado Estable o Retardo de Tiempo: Corresponden a los

valores obtenidos en el rango de 6 a 30 ciclos. Nocontiene componente DC

Principio Fundamental


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De todas las solicitudes hechas a un ingeniero deproteccin, la mas analtica es: determinar las magnitudesde las corrientes y voltajes que pueden darse en el sistema

bajo varias condiciones de corto circuito. El principio fundamental ms involucrado en el clculo de

corrientes de corto circuito es la le de Ohm. La corriente


que fluye por la red, est relacionado con la relacin entre

el voltaje y la impedancia.

Aplicacin del Principio


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Desarrollar una representacin bsica delsistema, llamado diagrama unifilar.

Calcule la impedancia total de la fuente decorriente corto circuito, para el punto en que una


(Z equivalente). Conociendo el voltaje de pre-falla de circuito

abierto, use la ley de Ohm para calcular la

corriente de corto circuito.


83/350

Factores que Afectan los Clculos Tipos de Fallas.

Corto CircuitoCircuito Abierto


Posicin de la Falla. Configuracin de la

red.

Aterrizaje del neutro


84/350

Anlisis de Fallas Representa el SEP, en redes de secuencia

por fase. Cada red contiene voltaje y elementos de


impedancia para la secuencia.

Reduce la red a un equivalente de Theveninen cada secuencia de fase.

Todas las fuentes estn en la red desecuencia positiva.


85/350

Red de Secuencia Positiva (+)



86/350

Red de Secuencia Negativa (-)



87/350

Red de Secuencia Cero (0)



88/350

Redes de Secuencia Bsicas Cada red se conecta de la Barra de

referencia a la Barra de falla.


diferentes. La impedancia de secuencia cero incluye la

impedancia de tierra.

La conexin depende del tipo de falla.


89/350

Tipos de Fallas Por Corto Circuito:

Una fase a Tierra. Fase a Fase


Trifsica (solo secuencia

positiva) Por Circuito Abierto:

Una fase abierta. Dos fase abiertas

Tres fases Abiertas.

Interconexin de Fallas Trifsica


90/350


Interconexin de Fallas Monofsica


91/350


Interconexin Redes Secuencia, Falla 1-Fase


92/350


i l d l i i


93/350

Equivalentes del Circuito Respecto a los equivalentes para lineas,

generadores y transformadores; lointeresante al anlisis ara ser intercalado a


la red de secuencia cero es este ltimo. Vistas las conexiones Delta o Estrella decada devanado, su comportamiento es

radicalmente distinto, cambiando el aspectode la red de secuencia cero.

E i l d L


94/350

Equivalentes de Lneas

La impedancia serie totalde la lnea es dada en p.u. oen %.


No se considera la

capacitancia en derivacin. La reactancia (+) y (-) son

las mismas y la reactancia

de (0) varia entre 2 y 6veces el valor de la (+).

E i l d G d


95/350

Equivalentes de Generadores

Hay 3 valores de reactanciadiferentes: Subtransitoria X


Transitoria (Xd)

Sincrona (Xd)

La reactancia subtransitoria esutilizada para calculo de corto

circuito y designada igual a lareactancia de secuencia (+) y (-).

E i l t d T f d


96/350

Equivalentes de Transformadores Esta representacin es muy complicada y no

es recomendada para calculo de corto circuito.


E i l t d T f Si lifi d


97/350

Equivalente de Trafo Simplificado

Desestimando las perdidas . Desestimando la reactancia


.

Representamos los valoresde impedancia en p.u. Las reactancias de secuencia

(+) y (-) son iguales.

E i l t d l T f d D Y


98/350

Equivalente del Transformador D-Y Ponemos en corto el devanado

en estrella y aplicamos un

voltaje monofasico entre elcorto y la tierra, de manera quefluyan corrientes de secuencia


cero iguales en magnitud y

angulo y que se suman en elneutro (4to. Condutor).

Cada corriente induce unacorriente en la delta que por seriguales y estar en fasecircularan en la Delta.

E i l t d l T f d D Y


99/350

Equivalente del Transformador D-Y Si repetimos el

procedimiento para ladelta:La corriente vale cero


lo que significa que la

impedancia (Z) esinfinita, de maneraque el circuito para

secuencia cero estaabierto.

E i l t M f i D Y


100/350

Equivalente Monofasico D-Y Observamos en la

figura que:El lado de la deltarepresenta un punto


abierto para el circuito.

El neutro del lado de laestrella representa uncamino para la

corriente de secuenciacero

Equivalente del Transformador Y-Y


101/350

Para el transformador Y-Y,con neutro aterrizado:

La inyeccin de corriente 3Ioque se intenta en cualquierade los dos devanados, tendr


x to s o s e otro evana otermina en conexionesexternas en otrotransformador.

Bastaria con abrir cualquierneutro, para que el circuito se

comportara coo si Z fueraigual a infinito.

Equivalente Monofasico Y-Y


102/350


Este equivalente se dice que deja pasar la corriente desecuencia cero

Equivalente Transformador 3 Devanados


103/350

Este equivalente, resultaser una combinacin de

los transformadores conconexin D-Y, y Y-Y.


os textos u an e

equivalente en formageneral, de manera quepueda obtenerse paracualquier combinacin de

conexiones.

Devanados Conectados en Delta


104/350

Devanados Conectados en Delta

Si todos los devanadosestuvieran conectados


en delta, el equivalente

tendra visto desde lared, Zo igual ainfinito.

Transformador de 3 Devanados


105/350

Transformador de 3 Devanados

( )stptpsp ZZZZ +=2

1


( )( )

psptstt

ptstpss

ZZZZ

ZZZZ

+=

+=

2

1

2

1

Ejemplo: Z Transformador de 3D


106/350

Ejemplo: Z Transformador de 3D


Circuitos Equivalentes, Z


107/350


Ejemplo: Diagrama Unifilar Sec +


108/350


Falla de Fase a TierraR t i i l l li i d l f ll (f A)


109/350

Falla de Fase a Tierra Restricciones en la localizacin de la falla (fase A).VA= 0

IB = IC = 0


VA = (VA0+VA1+VA2)/3= 0 IA0 = ( IA+ 0 + 0 )/3

IA1 = IA2= (IA+ 0 + 0)/3

IA0 = IA1 = IA2 = (IA)/3

Conexiones AG

D f d ti f l


110/350

De forma de satisfacer lasrestricciones, conectamos

las redes de secuencia enserie.


e conec a e pun o e a a

de una red al punto dereferencia de la redsiguiente.

Solucin de Fallas AG


111/350

Resolviendo I0, podemos calcular IA.

Luego resolvemos V1, V2 y V0 y calculamosel voltaje de fase.


En general jX0, ser reemplazado con:

Z0 = jX0+ 3Zgr+ 3Zf El factor de 3 resulta de que la secuencia

cero es la misma para todas las tres fases.

Fallas de Fase a Fase Dos fases (usualmente se utiliza B y C para


112/350

Fallas de Fase a Fase Dos fases (usualmente se utiliza B y C, paraanlisis) conectadas juntas.

No conectadas a tierra.VB= VC = 0


B = - C

De las ecuaciones de componentes simtricas: I0 = 0

I1 = -I2

V1 = V2

Conexiones BC


113/350

Si hay alguna impedancia defalla, esta aparecer entre las


No hay red de secuencia cero. VB= IB * Zf+ VC


114/350

TRANSFORMADORES DEINSTRUMENTOS CT/PT


Tareas Principales

L l d i d i


115/350

Los relevadores requieren reproduccinrazonablemente precisa de las condiciones

normales, tolerables e intolerables del sistema. Transforman voltajes o corrientes, de un valor


instrumentos. Aislamiento de los circuitos de medicin del altovoltaje primario.

Proporcionan posibilidades de estandarizacin, encorrientes y voltajes nominales.

Leyes Comunes para Transformadores

T f d d C i


116/350

Transformador de Corriente:

I1/I2 = N2/N1


Transformadores de voltaje:

E1/E2=N1/N2

Transformadores De Potencial PT


117/350


Transformador de Voltaje


118/350

j Es esencial que el voltaje del devanado

secundario sea lo mas cercano posible,ro orcionalmente al volta e rimario.


De forma a alcanzar lo anterior, se diseanpara que la cada de voltaje en el devanadosea pequea y la densidad de flujo en el

ncleo sea bien abajo del valor de saturacin,as la corriente de magnetizacin es pequea.

Transformador de Voltaje


119/350

j Los transformadores de voltaje,

formalmente llamado transformadores deotencial los transformadores de volta e


con acoplamiento capacitivo sonseleccionado de acuerdo a dos criterios:Nivel de voltaje del sistema

Nivel de Aislamiento (BIL), requerido para elsistema en el cual sern conectado.

Voltaje Secundario Nominal

Bajo la norma ANSI, dos voltajes secundarios


120/350

j , json permitidos:115 y 120 Voltios.

Los voltajes correspondientes de lnea aneutro son: 115/1.73 120/1.73.


El voltaje secundario nominal, para lostransformadores capacitivos son: 115 y 66.4voltios.

Circuito Equivalente PT


121/350

Pueden ser considerados

transformadores pequeos,su circuito equivalente es elmismo ue el de un


transformador de potencia.

El circuito de magnetizacinpuede ser consideradodespreciable.

Diagrama Vectorial PT El voltaje secundario

Vs atrasa al voltaje


122/350

Vs atrasa al voltajeVp/n y es menor enmagnitud.

El error mximonominal es


relativamente pequeo.

Tiene un excelentecomportamientotransitorio y reproducefielmente cambios

abruptos en el voltajeprimario.

Errores en los PT


123/350

Los errores son debido a diferencia en magnitud y

fase entre Vp/n y Vs. Esto consiste de erroresbajo:


,carga, Zb, es infinita y causada por la cada de voltaje

de la circulacin de la corriente de magnetizacin atravs del devanado primario.

Cada de voltaje como resultado del flujo de corrientede carga IL, a travs de ambos devanados.

Error ={(nVs-Vp)/Vp}x 100

Carga en los PT- ANSI C57.13


124/350


La carga nominal para transformadores de voltaje es usualmenteexpresada en VA en un factor de potencia especifico.

Fuentes de Voltajes Tpicas


125/350


La delta rota, se utiliza como fuente de polarizacin de relsdireccionales de tierra.

Desempeo de Transformadores de Voltajes

Proporcionan excelente reproduccin del voltaje


126/350

p p jprimario, ya sea en estado transitorio o estable, para

los rels de proteccin. No tiene problema de saturacin, ya que los sistemas


de potencia, no deben de ser operados en voltajes

superiores al nominal y en fallas hay reduccin delvoltaje.

Tienen amplia capacidad y son dispositivos altamente

confiable.

Transformadores De Corriente CT


127/350


Desempeo de CT

El desempeo varia con:


128/350

p

Tipo de proteccin

Calidad del CT


Evitar Saturacin de CT:Para las fallas mas criticas el CT debe operar en su

porcin lineal de la curva de magnetizacin..

Debe ser capaz de suministrar corriente suficiente, de

manera que el rel opere satisfactoriamente.

Circuito Equivalente de CT


129/350

n2 ZH , es la

impedancia primariareferida al ladosecundario.


ZL, es la impedancia

del lado secundario. Rm y Xm, representan

las perdidas y la

excitacin del ncleo.

Diagrama Vectorial de CT En general ZL, es

resistivo y Ie atrasa por90 l l j V


130/350

90 el voltaje Vs.

Ie, es la principal fuente deerror. El efecto de I , es hacer


con que la IL atrase y sea

menor que la corrienteIH/n, la cual es la corrienteprimaria referida alsecundario.

Ir, es el error en magnitudde IH/n y IL.

Saturacin AC del CT Los errores de CT resultan de

corrientes de excitacin, de formaa verificar si el CT est


131/350

funcionando correctamente,debemos medir o calcular sucurva de excitacin.

La corriente de magnetizacin


depende de la de la seccintransversal y longitud del circuito

magntico, numero de vueltas enel devanado y caractersticamagntica del material.

Un aumento de 10% en el voltaje

de excitacin, provoca unaumento de 50% en la corriente.

Salidas de CT

Medicin o Instrumentacin:


132/350

Alta precisin para corrientes arriba de las nominales

(5-120%)Clases de precisin de 0.1 (laboratorio), 0.2, 0.5 y 1.0


Precisin baja.Ata capacidad para transformar altas corrientes de

fallas de forma que permitan a los rels medir ydesconectar la falla.

Clase de precisin de 5P y 10P de acuerdo a la normaIEC 185.

Ncleos de Medicin

Proteccin de Instrumentos y Medidores:


133/350

y

deben saturarse entre 10-40 veces lacorriente nominal.


tienen baja capacidad de resistencia entre12-20 veces la corriente nominal.

Ncleos de Proteccin

Caractersticas:


134/350

Baja Precisin

Voltaje de saturacin alto


.

Factores que definen el Ncleo:Clase de error de 5% (5P) o 10%(10P)

Factor limite de precisin

Carga de un CT


135/350


La carga de un CT, es el valor en ohms de la impedancia dellado secundario, debido a los relevadores y las conexionesentre el CT y los rels.

La norma IEC 185 (1987), especifica los CT`S por la clasede precisin seguida de una letra M o P, el cual denota si eltransformador es disponible para medicin o proteccin.

Seleccin de CT Cuando seleccionamos un CT, es importante

asegurar que la corriente de falla y las condicionesd l l i d l


136/350

de carga normal, no resulten en saturacin del

ncleo y que los errores no excedan los limitesaceptables. Estos factores pueden ser evaluados


FormulaCurvas de magnetizacinClase de precisin del CT.

Los dos primeros mtodos proporcionan forma

precisa para la seleccin del CT, y el tercer mtodosolo nos da una estimacin cualitativa.

Estimacin del Voltaje Secundario

El voltaje secundario Es debe ser determinadopara los tres mtodos anteriores, si la


137/350

pimpedancia Xm del circuito magntico es alta:VS = IL ( ZL + ZC + ZB )


S . . .secundario

IL es la corriente mxima secundaria en amperios.ZB es la impedancia externa mxima conectada.ZL es la impedancia del devanado secundario.ZC es la impedancia del alambrado de conexin.

Uso de la Formula

El mtodo utiliza la ecuacin fundamentaldel transformador:


138/350

del transformador:

VS = 4.44f A N Bmax10-8

voltiosfes la frecuencia en HZ .


A es el rea de la seccin transversal del ncleo

(in2).Bmax es la densidad de flujo, 100,000 lneas/in

2,es un valor tpico para transformadores

modernos.

Ejemplo de Aplicacin Asuma que un CT con una relacin de 2000/5,

teniendo un ncleo de acero de alta permeabilidad t l d 3 25 i 2 d d


139/350

y un rea transversal de 3.25 in2, un devanado

secundario con una resistencia de 0.31 ohm. Laimpedancia de los rels incluyendo conexiones es


. ,una falla de 35,000 Amperios a 60 Hz:IL = 35,000* 5/2000 = 87.5 AmperiosN= 2000/5 = 400.V

S

= 87.5 (2 + 0.31) = 202.1 voltiosBmax = 202.1*108/4.44*60*3.25*400 = 58,356.4

Usando la Curva de Magnetizacin

Las curvas dan la magnitud de la corriente de excitacinrequerida, de manera de obtener un voltaje secundario especifico. El mtodo consiste en:


140/350

Asumir un valor para IL

Calcular VS de acuerdo a la ecuacin dada. Localice el valor de VS en la curva para el tap seleccionado y


encuentre e va or asoc a o e a corr ente e magnet zac n, Ie. Calcule I

H/n(=I

L+ I

e) y multiplique este valor por n para referirlo

al lado primario del CT. Este proporciona un punto en la curva de IL vs. IH. El proceso es

repetido para obtener todos los valores de IL y los valores

resultante de IH.

Curva de Saturacin


141/350


Clase de Precisin Segn ANSI

La clase de precisin de un CT (NormaC57 13) es descrita por dos smbolos: una


142/350

C57.13), es descrita por dos smbolos: una

letra y un voltaje nominal, definiendo lacapacidad del CT. La C indica que la


relacin de transformacin puede ser

calculada; mientras que la T indica que larelacin de transformacin puede serdeterminada por pruebas.


La corriente de falla mxima en un circuitod d d 12 000 A L l i i l


143/350

dado es de 12,000 A. La relacin nominal

del CT es de 1200/5 y la relacin a serusada es de 800/5. La clase del CT es C-


200, la resistencia del secundario es 0.2

ohm. La carga secundaria total es 2.4 ohm yel factor de potencia es 0.6. Determine si enla ocurrencia de una falla el error exceder

10%

Saturacin DC


144/350


La componente transitoria DC, puede producir

saturacin severa en la corriente secundaria del CT. Si ocurre saturacin en CT`S asociados a esquemas

particulares de rels, resultara en circulacin decorrientes desbalanceadas que podran causar una

mala operacin del esquema.

Precaucin al Trabajar con CT Trabajar con CT, en circuitos energizados puede

ser extremadamente riesgoso. Particularmente, sid j l d i bi t d t


145/350

dejamos el secundario abierto pueden presentarse

sobre tensiones peligrosas que pueden implicar endao al personal o al equipo, ya que los CT estn


diseados para ser usado en circuitos de potencia

con impedancia mayor que la propia del CT. Los circuitos asociados con CT, deben sersiempre mantenidos en una condicin cerrada oen corto circuito, de manera a prevenir laocurrencia de condiciones adversas.

Ejemplo de Ilustracin

Considere un alimentadorcon una carga de 10MVAyfPde 1.0, asociado con


146/350

este circuito tenemos unCT de relacin 500/5, elcual alimenta un sistema


de medicin cuya carga

total es 10VA. Calcule elvoltaje que aparecer en elcircuito secundario delCT, el sistema de

medicin fueraaccidentalmente abierto.

Continuacin Ejemplo de Ilustracin


147/350



148/350

ATERRIZAJE DEL SISTEMA


Introduccin Durante condiciones normales de operacin, el


149/350

p

mtodo de aterrizaje a tierra no tiene influencia.Cuando ocurre una falla a tierra, el mtodo de


aterr za e co ra mportanc a.

La mayoria de las fallas en SEP, son de fase a tierra(70 90% del nmero total de fallas).

Los SEP, son aterrizados para prevenir daos a las

personas y a los equipos.

Mtodos de Aterrizaje

Segun ANSI/IEEE 141 1986, tenemos que: Directo o solido a Tierra


150/350

Directo o solido a Tierra

Alta Impedancia Bobina de Petersen


Alta Resistencia

Baja Impedancia Reactor Baja Resistencia

Tierra Aislada

Directo o Slido a Tierra

Neutral del sistema aterrizado en un punto, sininsercin deliberada de alguna resistencia. Es definido por la norma ANSI/IEEE cuando


151/350

tenemos las constantes del sistema:R


El neutro de los devanados en estrella de lostransformadores, se conectan a la tierra de lasubestacin.

Las corrientes de falla pueden variar de valorespequeos a mayores que la corriente de fallatrifsica.

..11 XX

Alta Impedancia

Alta Resistencia: Casos en donde el factor 3R0 esmenor o igual a Xco, Xco es la capacitancia total dela red por fase contra tierra Obtenida usando la


152/350

la red por fase contra tierra. Obtenida usando lamayor Ro a tierra posible. Utilizada en generadores

lantas industriales.


Bobina de Petersen o tierra resonante:

Inductancia calibrada a la capacitancia de la red enla frecuencia nominal. Debe satisfacer todas lasalternativas de conexin. El ajuste debe sercambiado con el cambio de topologa de la red. Esde uso limitado en U.S.A., y no se usa en Panam.

Baja Impedancia

Reactor: Ocurre bsicamente en la literaturaamericana y esta relacionada donde Xo es menor oigual a 10X1 El factor 10 es requerido para reducir


153/350

igual a 10X1. El factor 10 es requerido para reducir

drsticamente los sobrevoltaje debida a fallas atierra transitorias.


Baja Resistencia: Es una resistencia donde Ro es

menor igual a 2X0, pero Ro se mantiene pequeade manera que una alta corriente de falla a tierra esobtenida, entre 200 a 2000 A. Este mtodo esrecomendado por la norma Inglesa, cuyto valor

propuesto es de 300 Amperios.

Tierra Aislada Sistemas no aterrizados, son SEP sin

aterrizaje intencional


154/350

aterrizaje intencional. Estn aterrizados por la capacitancia natural


e s s ema.

Niveles de corrientes son muy bajos, condanos mnimos a equipos. El sistema esta sujeto a sobrevoltaje

transitorios altos.

Ventajas y DesventajasMetodo Ventajas Desventajas

La proteccion de falla a tierra simple,

debido a corriente de falla elevadas

Corrientes de fallas elevadas pueden

causar danos a los equipos


155/350

debido a corriente de falla elevadas causar danos a los equipos

Se elimina la influencia del arcosecundario

Sobrevoltajes reducidos, menor que

Directo


0.8 veces el voltaje de fase-fase

Reduccion de corriente de falla Incremento en sobre voltaje transitorio

Sobrevoltajes entre 0.8 veces y el

voltaje de fase-fase completo

Reduccion de corriente de falla y

voltaje transitorio

Sobrevoltajes pueden ser mayores

que el voltaje de fase-fase

Sobrevoltajes entre 0.8 veces y el

voltaje de fase-fase completo

Reactancia

Resistencia

Seleccin del Mtodo


156/350


PROTECCION DE SOBRECORRIENTE


157/350


Breve Historia

Los rels electromecnicosde sobre corriente-tiempo,


158/350

fueron uno de los primerosrels de proteccin,-


aos atrs. Hoy da, todava

es utilizado en algunasaplicaciones. El diseoactual, utiliza el principiode disco de induccin.

Proceso de Coordinacin La aplicacin correcta de los rels de sobre corriente, requiere un

conocimiento de la corriente de falla que fluye en cada parte dela red. Los datos requeridos para un estudio de coordinacin son: Diagrama Unifilar del sistema


159/350

Diagrama Unifilar del sistema.

Impedancias en ohm, pu o % de los equipos y cables.

Valores mximo mnimo de las corrientes de corto circuito.


Requerimientos de corriente de arranque de motores y tiempos dearranque y stalling de motores de induccin.

Corriente de carga mxima.

Curva de decaimiento de las corrientes de falla suministrada por losgeneradores.

Curva de desempeo de los transformadores de corriente.

Ajustes de los Relevadores

Los ajustes de los relevadores son determinadospara satisfacer:Tiempos mnimos de operacin en corrientes de fallas


160/350

Tiempos mnimos de operacin en corrientes de fallasmxima.

O eracin satisfactoria ara corrientes de fallas


mnimas esperadas.

Se aconseja plotar las curvas de los rels y otrosdispositivos de proteccin, fusibles, en una escalacomn.

La escala correspondiente mas conveniente es la

corriente esperada en el menor voltaje base.

Reglas Bsicas de Coordinacin

Hay dos reglas bsicas para una correctacoordinacin de relevadores:


161/350

Cuando posible, utilice relevadores con la mismacaracterstica de operacin.


seg rese que e re eva or mas a e a o e a uen e,tiene los ajustes de corriente igual o menor que los

relevadores detrs de l. Esto es, la corrienterequerida para operar los relevadores del frente essiempre igual o menor que la corriente primaria paraoperar el relevador localizado en la parte de atrs.

Tipos de Rels de Sobre corriente

Basados en sucaracterstica de


162/350

operacin pueden serclasificados en:


Instantneo

Tiempo definidoTiempo Inverso

Rels de Sobre corriente Instantneo Opera instantneamente cuando

la corriente de operacin alcanzael valor ajustado.

El ajuste es seleccionado demanera que en la subestacinmas alejada de la fuente la


163/350

mas alejada de la fuente, lacorriente de operacin del rele esmenor, y a medida que nos


acercamos a a uen e aumen a acorriente de operacin.

Tiene baja selectividad envalores alto de corriente. Tiene dificultad en distinguir

entre la corriente de falla entredos puntos cuando la

impedancia entre estos dospuntos es pequea.

Rels de Tiempo definido

En este mtodo, damos unintervalo de tiempo decoordinacin apropiado

para cada rel


164/350

controlando uninterruptor, de forma a


interruptor mas cercano a

la falla abra primero. La operacin delelemento de sobrecorriente, nicamente

inicializa el elemento deretardo de tiempo.

Rels de Tiempo Inverso

Con esta caracterstica eltiempo de operacin esinversamente proporcionala la corriente de falla y la


165/350

caracterstica actual es unafuncin de ambos a ustes:


tiempo y corriente.

Margen de Coordinacin

El intervalo de tiempoentre la operacin de dosrelevadores adyacentesdepende de un numero de


166/350

pfactores: Tiempo de interrupcin


de la corriente de fallapor el interruptor.

Tiempo de sobre carreradel relevador.

Errores.

Margen de seguridad.

Ajuste del Multiplicador de Tiempo


167/350


Ejemplo de Coordinacin


168/350


Coordine B con A utilizando la corriente de falla mxima IFMAX:

Ambos relevadores tienen curva IDMT Normal (3/10). Relevador A:

Ajuste de corriente es 5 Amperios secundario o 100 Amperios primarios.

IFMAX = 1400 =14 veces el TAP.

Tiempo de operacin en 14 veces el Tap, con TMS igual a 0.05 es 0.13 segundos.

Ejemplo de Coordinacin

Relevador B: Ajuste de corriente es 5Amperios secundario o200 Amperios primarios.

IFMAX = 1400 = 7


169/350

veces el TAP. Tiempo de operacin en


7 veces el Tap, con TMSigual a 1.0 es 3.6

segundos. Tiempo de operacinrequerido = 0.13 + 0.4 =0.53

TMS requerido es 0.53 /

3.6 = 0.147

PROTECCION DE TRANSFORMADOR


170/350


Propsitos del Transformador En SEP

Transferir energa de un circuito a otro por


171/350

medio de acoplamiento magntico.


Reducir perdidas de transmisin.

Usado como filtro de harmnicos:Delta absorbe (Tercera, novena, dcimo quinta,

etc.)

Clasificacin Por Capacidad Pequeo 500 a 10,000 kVA


172/350

Medio 10,000 kVA a 100 MVA


Menor que 500 kVA no es consideradoun transformador de Potencia.

Componentes del Transformador


173/350


Porque Fallan Los Transformadores

Los devanados elctricos y el ncleo magntico


174/350

estn sujetos a un nmero de fuerzas durante laoperacin:


Expansin y contraccin debido al ciclo trmico.

Vibracin.

Excesivo calentamiento debido a sobrecarga y fallaen el sistema de enfriamiento.

Impacto de fuerzas por corrientes a travs del

transformador.

Tipos de Fallas en los Componentes


175/350


Tipos de Fallas en los Componentes


176/350


Estadstica de Fallas


177/350


Filosofa y Aspectos Econmicos

La proteccin de Transformadores debe ser

d lt l id d lt ibilid d


178/350

de alta velocidad y alta sensibilidad para: Reducir los daos al e ui o los costos de


reparacin.

Detectar corrientes bajas en las fallas internasde los transformadores

Diseo Bsico


179/350


Circuito Equivalente


180/350


Formulas para el Transformador

V1I1 = V2I2 AAI = 5 I = 10


181/350

V1I1 = V2I2 AA


N1V2 = N2V1

N2I1 = N2I2V = 100 V = 50

N = 100 N = 50

Tipo de Enfriamiento


182/350


OAF: Inmerso en liquido con punto de inflamacin menor o igual a 300C,enfriamiento por Aire, circulacin forzada.

Arreglos de los Devanados

Y-Y:Conduce la secuencia cero entre circuitosProporciona fuente de tierra al circuito secundario

D-D:Bloquea la secuencia cero entre circuitos


183/350

Bloquea la secuencia cero entre circuitos


o proporc ona uente e t erra D-Y:

Bloquea la secuencia cero entre circuitoProporciona fuente de tierra al circuito secundario

Y-D:

Bloquea la secuencia cero entre circuitosNo proporciona fuente a tierra al circuito secundario

Proteccin de Transformadores


184/350


Elementos de Proteccin deTransformadores


185/350


Proteccin Elctrica

Corto Circuito Interno:

Fallas de Fases: 87T 87H


186/350

Fallas de Fases: 87T, 87H


, ,

Corto Circuitos en el Sistema

Fallas de Fases: 50/51, 50N/51N, 46

Falles de Tierra: 50/51, 50N/51N, 46

Proteccin Elctrica

Condiciones Anormales:

Circuito Abierto: 46


187/350

Circuito Abierto: 46


Frecuencia Anormal: 81

Voltaje Anormal: 27, 59Falla de Interruptor: 50BF, 50NBF

Sobrecarga: 51

Proteccin Mecnica

Acumulacin de Gases: rel Buchholz 63

Producto de arcos internos: Relevadores de Presin:


188/350

Producto de arcos internos: Relevadores de Presin:


Arcos generados por ondas de presin en el

aceite o gas Trmicos: Temperatura devanado, aceite.Sobrecarga

Sobre excitacin

Proteccin Diferencial 87

Es aplicable a transformadores mayores a 10 MVA

Proporciona la mejor proteccin para fallas entrefases fase a tierra


189/350

Proporciona la mejor proteccin para fallas entrefases fase a tierra.


Compara las corrientes fluyendo dentro y fuera de

la zona de proteccin. Debe operar rpidamente cuando la corriente

diferencial excede al ajuste del relevador.

Factores que Afectan la Proteccin 87

Cuando aplicamos la proteccin diferencialdebemos tomar en cuenta los siguientes

factores:


190/350

factores:


.Relaciones y caractersticas diferentes de los CT.

Cambio de fase en la conexin del Banco.Taps del transformador para control de voltajes.Cambio de fase y/o taps de voltajes en la

regulacin de transformadores.

Corriente de Magnetizacin

El fenmeno demagnetizacin, Inrush,

es una condicintransitoria que ocurre


191/350

transitoria que ocurre


cuando energizamos untransformador.

No es una falla, por lotanto la proteccin nodebe operar.

Factores Involucrados en el Inrush

Momento de laenergizacin

Tamao deltransformador


192/350


Tamao del sistema Tipo de acero del ncleo Relacin L/R del

transformador y delsistema.

Caractersticas de Rel Diferencial

Restriccin de

Harmnicos.


193/350


diferencial

Restriccin contrasobre flujo

Aplicacin de Rel 87

Se recomienda que el tap del CT en carga mximade aproximadamente 5 amperios.

Los CT deben ser conectados de manera acompensar el desfase angular del Banco y filtrar


194/350

p g y


a secuenc a cero e c rcu o erenc a . El rel debe ser conectado de manera que las

corrientes entrando y saliendo del mismo estn enfase para una carga balanceada.

Solo debe haber un punto de aterrizaje en el

esquema diferencial.

Aplicacin de Rel 87

Una vez seleccionado las relaciones de losCT y los Tap del rel, verificar los valores

de corriente nominales de los devanados


195/350


.

Verificar el porcentaje de error de corriente,de manera que los tap seleccionados tenganun margen de seguridad adecuado.

Conexin de Rel 87


196/350


Pasos para el ajuste de un Rel 87

Examinar el desempeo de los CT

Calcular los Tap de los devanados


197/350

p


Determinar el punto de quiebra de la pendiente

Determinar el pickup del 87H

Determinar el pickup del 87GD

Desempeo del CT

Determine la mxima corriente primaria de falla defase y tierra.

Calcule la corriente secundaria basado en el tipo deconexin relacin de los CT.


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conexin relacin de los CT.


Determine la carga presentada al circuito

secundario del CT. Determine el voltaje secundario mximo producidode la carga y de la corriente secundaria.

Verifique el voltaje mximo secundario con lacapacidad del CT.

Continuacin

CTS conectados en Y: CTS conectados en D: Determine todas las cargas en el circuito


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secundario.Rels, medidores, instrumentacin.

Determine la carga de los conductores, el loopcompleto. Use tabla de valores AWG @

ohms/ft.

Continuacin

Determine la impedancia del CT


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Fallas A Travs Del Transformador


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Fallas Internas


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PROTECCION DE BARRA


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Proteccin Diferencial De Barra

La proteccin de barra es importantedebido a que una falla en una barra resultaen la perdida de muchos circuitos.R i d l i i d


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Requiere que todos los circuitos conectadosa la barra estn involucrados.

De forma que compare toda la corriente queentra a la zona con toda la corriente que

sale de ella.

Proteccin Diferencial De Barra

Cuando tenemos entre 6-8 circuitos, labarra es dividida y unida a travs de uninterruptor de amarre.

Un arreglo de barra es utilizado param n m zar e numero e c rcu to que e e


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m n m zar e numero e c rcu to que e eser abierto para una falla en la barra.

Usualmente los interruptores asociados a labarra tienen cuchillas manuales en amboslados. Las mismas son operadas sin carga.

Arreglos de Barra Tpicos

Barra Sencilla - Interruptor Sencillo Barra sencilla conectada con Interruptor de

amarre.

Barra Principal y Barra de transferencia -Interruptor Senc o


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Interruptor Senc o. Doble Barra - Interruptor sencillo. Doble Barra - Doble Interruptor. Barra en Anillo.

Interruptor y Medio.

Barra Sencilla- Interruptor Sencillo

Es el diseo de barrams bsico, simple, yeconmico.

Es usado en sistemas


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niveles de voltajes de

transmisin bajo. No proporcionaflexibilidad en la

operacin

Barra Sencilla- Interruptor Amarre

Es una extensin debarra sencilla.

Es usado en sistemas dedistribucin y

subestaciones


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Proporciona flexibilidad

cuando la subestacines alimentada por dosfuentes.

Barra Principal Barra de Transferencia

Incrementa flexibilidad deoperacin.

Todos los circuitos sealimentan de la barraprincipal.

Normalmente la barra de


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energizada.

Solo se puede conectar un

circuito a la vez a la barra detransferencia.

Las protecciones asociada alinterruptor de amarre entre

barra, debe ser adaptable.

Doble Barra Interruptor Sencillo

Alta flexibilidad paraoperacin del sistema.

Cualquier lnea puede seroperada de cualquier barra.

Las Barras pueden ser

operadas juntas oindependientemente. Requiere maniobra


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Requiere maniobracomplicada de lasprotecciones.

Las protecciones asociada alinterruptor de amarre entrebarra, debe ser adaptable.

No es de gran uso, por

complicaciones en protec.

Doble Barra - Doble Interruptor

Arreglo muy flexible,requiere dos interruptorespor circuito.

Cada barra es protegida porun diferencial separado.

La proteccin de lnea opera` ,


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ambos interruptores.

Con todos los interruptores

cerrados, una falla encualquier barra nointerrumpe el servicio en laslneas.

Barra En Anillo

Este arreglo ha resultadobastante comn,particularmente en altovoltaje.

Cada interruptor sirve a dos

lneas.

interruptores resulta parte de


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interruptores resulta parte dela lnea.

No se aplica, o no serequiere proteccin de barra.

Interruptor Y Medio

Este arreglo proporciona mas

flexibilidad que la barra enanillo, pero requiere msinterruptores.

Tambin es muy comn, en

sistemas de alto voltaje conmlti les circuitos.

Las barra de operacin tiene


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Las barra de operacin tienediferenciales separados.

El interruptor del mediosirve a ambas lneas.

No se aplica, o no serequiere proteccin de barra.

Informacin Para Aplicacin de 87B

Configuracin de la Barra Corriente de fallas Mximas y Mnimas

(Monofsica y trifsica).

Requerimiento de velocidad de operacin. C i t


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Corrientes.

LocalizacinRelacinClase de precisin

Curva de saturacin

Practicas Comunes en la Proteccin 87B

Usar TCS dedicados. La longitud del cable de conexin debe ser la mnimaposible.

Usar la mayor relacin de los TCS.

Para el arreglo de barra principal barra de transferencia, nose usa 87 para la barra de transferencia.


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p

No se requiere 87, para un arreglo de barra en anillo.

Arreglo especiales deben ser considerados si hay otrosequipos involucrados.

No hay arreglo sencillo para el 87, en doble barra-doble

interruptor.

Tcnicas de Proteccin 87B

Dos tcnicas ms usadas para evitar

problemas por saturacin de CT:

Diferencial de Corriente de restriccinMltiple


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t p e

Diferencial de Barra por Alta Impedancia

Proteccin Diferencial Una preocupacin es la saturacin

del CT. Para la falla externa F la corriente

en el CT del alimentador fallado esla suma de todas las corrientes y elTC est en peligro de resultarsaturado.

Un TC saturado no producei t d i


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corriente secundaria.

El devanado secundario presenta uncamino de baja impedancia a uncircuito externo conectado en susterminales.

Diferencial de Restriccin Mltiple

Es el mtodo mas verstil, para aplicacin generalusando TCS convencionales. Pero es mas difcil deaplicar. Debido a que los TCS pueden saturarse y lacorriente secundaria, puede no representar la corriente

pr mar a.


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Son usados con un devanado de restriccin conectado

a cada circuito que es una fuente mayor de corriente defalla. Todos los TCS son conectados en Y, excepto cuanto

tenemos un transformador.

Diferencial de Restriccin Mltiple

Es el mtodo mas verstil, para aplicacin generalusando CT convencionales. Pero es mas difcil deaplicar.

Son usados con un devanado de restriccin conectadoa ca a c rcu o que es una uen e mayor e corr en e ef ll


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falla.

Los alimentadores y circuitos con contribuciones decorriente de falla baja, pueden conectarse en paralelo Todos los TCS son conectados en Y, excepto cuanto

tenemos un transformador.

Conexin Diferencial de Restriccin Mltiple


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Proteccin De Barra Alta Impedancia


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FALLAS EXTERNASFALLAS EXTERNAS


Para fallas externas:

La corriente a travsdel rel es casi cero.

VR es bajo.


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R j

Por lo tanto, debeestar por debajo delpickup para evitardisparos no deseados.

FALLAS EXTERNASFALLAS EXTERNAS



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FALLAS INTERNASFALLAS INTERNAS


Para fallas internas:

Fluye una corriente atravs del rel.

VRes bien alto.


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FALLAS INTERNASFALLAS INTERNAS


Zr es de muy alta impedancia.

Para fallas externas, el voltaje VR es mnimo. , R debido a la alta impedancia


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debido a la alta impedancia.

El ajuste del rel est en voltaje por lo que elpickup debe estar por debajo del VRmedidodurante fallas externas.

Conexin Diferencial de Alta Impedancia


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Hardware Diferencial SEL-587Z


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Conexin Diferencial


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Mtodo Comparacin 587Z El elemento diferencial

compara el voltaje medidocon el ajuste del elementodiferencial.

Como para el calculo secomparan dos valores, el

elemento acta como uncomparador. Cuando el voltaje medido

excede el ajuste, el rel


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activa un bit de palabra

apropiado. Si este bit fueentrado en la ecuacin dedisparo y le fue asignada unasalida, el contacto cierradisparando el Interruptor.

Calculo de Ajuste

Para el calculo deajuste, equilibre dosconsideraciones:

Valor bajo de ajuste paramxima sensibilidadpara fallas dentro de lazona.


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Valor alto de ajuste, para

asegurar estabilidadcontra saturacin de CTen fallas a travs.

Calculo de Ajuste

El voltaje es directamente

proporcional a laresistencia del conductor ydel TC.

Mantener el voltaje tan

bajo como posible,

ac en o e para e o o mascercano posible de losTCS


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TCS.

Utiliza la mayor relacinde TC, par corrientes defallas altas.

Calculo de Ajuste

Comparando el valorcalculado con el voltaje derodilla del CT, vemos que178 V, esta muy por

debajo del voltaje derodilla de 432 V.

Ajustamos los elementosde voltaje del rel de alta


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de voltaje del rel de alta

impedancia al mayor valorposible,desarrollado parauna falla extrena.

Mnima Corriente de Operacin

La corriente primariamnima de operacin

para falla interna esdada por la ecuacin

3.5 La corriente de

it i I


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excitacin Ie es

obtenida de la curva deSaturacin del TC.

Corriente en MOV


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La corriente a travs del elemento MOV es cero, para Vs = 267 V.

Corriente en MOV

Considere las reasbajo la curva, paraseleccin delnmero de MOV.

S el punto dearriba de la curva

i l i


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superior seleccioneuna relacin y/oclase de TCdiferente

PROTECCIONES DE LINEAS


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Introduccin

Las lneas de transmisin son la parte ms extensadel sistema y la menos protegida contra la

influencia del ambiente. Es la parte del sistema con mayor probabilidad de

causar dao a las personas, equipos y estructuras


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p , q p y

que no son parte del sistema. En el rango de alto voltaje (arriba de 170 Kv), las

lineas son directamente aterrizadas.

Estadstica

La probabilidad de fallas en las lneas detransmisin, como consecuencia de

descargas atmosfericas, estan entre 0.2 - 3a as por m-ao.

Alrededor de 80% de las fallas en las lineas


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Alrededor de 80% de las fallas en las lineas

son monofsicas a tierra, 10% son bifsicasa tierra, 5% bifsicas, el resto de las fallassuman el otro 5%.

Limites de la L/T

Es definida por lalocalizacion de losinterru tores, uesirven para aislar lalinea de otros equipos


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linea de otros equipos

del sistema.

Tipos de Protecciones de Lneas

Relevador de Distancia (21): Su principiode medicion est basado en el clculo de laim edancia vista or el relevador definida

como impedancia aparente y calculada


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Dennis

protección presentación

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