PROTECCION, CONTROL Y MEDICION

Report
COORDINACIÓN DE PROTECCIONES
EN REDES DE DISTRIBUCIÓN
SUBGERENCIA DE DISTRIBUCIÓN
DIVISIÓN DE DISTRIBUCIÓN ORIENTE
DEPARTAMENTO DE OPERACIÓN Y
MANTENIMINETO
(May 2013)
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
CONTENIDO
Sistemas de Distribución.
Subestación Eléctrica
Naturaleza de las fallas
Identificación de dispositivos
Coordinación de Dispositivos de Protección
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
SISTEMAS DE DISTRIBUCION
A) Sistemas de Generación
B) Sistemas de Transmisión
C) Sistemas de Distribución:
a)Líneas de subtransmisión
b) Subestaciones de distribución
c) Circuitos de media tensión
d) Transformadores de distribución
e) Circuitos secundarios
f) Acometidas
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
SISTEMA ELÉCTRICO
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
SISTEMAS DE DISTRIBUCION ...
CLASIFICACION
DE TENSIÓN
COMPONENTE
DEL SISTEMA
TENSIÓN NOMINAL KV
PREFERENTE
BAJA TENSIÓN
MENOR DE 1 KV
MEDIA TENSIÓN
MAYOR A 1 KV Y
MENOR A 35 KV
ALTA TENSIÓN
MAYOR A 35 KV Y
MENOR A 230 KV
5
ACOMETIDAS Y
CIRCUITOS
SECUNDARIOS
CIRCUITOS DE
DISTRIBUCIÓN
LINEAS DE ALTA
TENSION
RESTRINGIDA
CONGELADA
0.12
0.127
0.220
0.240
2.4
4.4
6.9
11.8
20
13.8
23
34.5
69
115
85
138
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
SUBESTACIÓN ELÉCTRICA
Esta constituida por equipos y dispositivos,
que modifican y controlan algunas
características de la potencia eléctrica
como son: Voltaje, Corriente, Factor de
Potencia, Etc.
Elementos principales:
Transformador
Apartarrayos
Interruptor de potencia
Tableros de
Banco de Baterías
control
Capacitores
Cuchillas
Transf. de instrumentos
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
SUBESTACIÓN ELÉCTRICA
Elementos
secundarios:
Cables de control
Alumbrado
Estructura
Herrajes
Sistema de Tierras
Trincheras
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
NATURALEZA DE LAS FALLAS
 Fallas Transitorias:
Son aquellas donde la perdida de aislamiento de
los elementos del sistema sometidos a tensión
eléctrica, es momentánea, es decir, que se trata
de aislamientos del tipo recuperable. Entre el
80-95 % del total de las fallas son de naturaleza
transitoria.
8
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
NATURALEZA DE LAS FALLAS
Fallas Permanentes:
Son aquellas donde la pérdida de aislamiento del
elemento fallado es permanente, estas requieren
reparación, mantenimiento o reposición del equipo.
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
INTENTOS DE RECONECTAR LA
CARGA
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
TIU (Tiempo de Interrupción por Usuario)
Comportamiento Mensual Acumulado
Divisional
45
40
35
min
30
25
20
15
10
5
0
TIU Real 2012
Meta 2013
TIU Real 2013
11
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
2.796
2.757
2.152
5.810
5.427
4.559
9.046
8.696
6.817
12.484
11.703
8.899
15.645
15.362
20.569
19.964
25.249
23.694
29.500
27.312
33.023
30.586
35.479
33.010
38.373
35.573
40.086
38.096
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
TIU (Tiempo de Interrupción por Usuario)
Valor Acumulado por Causa
2.5
2.0
min
1.5
1.0
0.5
0.0
TIU 2011
TIU 2012
TIU 2013
Rama o
Árbol
s/linea
Choque
o
Golpe
Animales
Falso
Contacto
Contami
nación
Obj.
Ajenos
s/línea
1.967
1.238
1.331
0.999
0.983
0.719
0.957
0.789
0.650
1.564
0.871
0.493
0.726
0.252
0.382
0.790
0.536
0.350
Descarga
Prop.
s
Falla aj.
Atmosfer
a CFE
icas
0.639
0.486
0.300
0.903
1.560
0.279
Falla
CCF
Vandalismo
Corrosión
Falla
Aislamie
nto
1.006
0.586
0.227
0.530
0.332
0.197
0.403
0.167
0.186
0.305
0.224
0.182
Periodo: Ene-Abr 2013
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
FILOSOFÍA DE LAS
PROTECCIONES
La función primordial de un equipo o
dispositivo de protección
es la de
desconectar rápidamente cualquier
elemento de un sistema eléctrico que
sufra un corto circuito, sobrecarga o
que empiece a operar en una forma
anormal que pudiera causar daño o
interferir con la operación efectiva del
resto del sistema.
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
ESTUDIO DE COORDINACIÓN
La
coordinación
de
protecciones
de
sobrecorriente consiste en un estudio
organizado tiempo – corriente de todos los
dispositivos en serie desde la carga hasta la
fuente. Este estudio es una comparación del
tiempo que toma cada uno de los dispositivos
individuales para operar cuando ciertos
niveles de corriente normal o anormal pasa a
través de los dispositivos de protección.
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
CARACTERÍSTICAS
FUNCIONALES
DE LA PROTECCIÓN
Las características que se deben considerar
durante el diseño y coordinación de las
protecciones que definen un diseño
eficiente del esquema de protecciones de
cada sistema eléctrico son:
Sensibilidad
Confiabilidad
Selectividad
Simplicidad
Velocidad
Economía.
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
ZONAS DE PROTECCIÓN:
Se definen como el área de cobertura de un
dispositivo de protección, el cual protege uno
o más componentes del sistema eléctrico en
cualquier situación anormal o falla que
se
presente
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
ZONAS DE PROTECCIÓN:
a)Líneas de alta tensión
b)Barras de alta tensión
c)Transformadores de potencia
d)Barras y circuito de media tensión
e)Circuitos de distribución
f)Transformadores de distribución,
circuitos
g)secundarios y acometidas.
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
ZONAS DE PROTECCIÓN:
Las zonas de protección se disponen de
manera que se traslapen para que
ninguna parte del sistema quede sin
protección.
La protección primaria es la primera
línea de defensa, mientras que la
protección de respaldo solo actúa
cuando falla la protección primaria.
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
PROTECCIÓN PRIMARIA
La protección primaria opera para disparar el
dispositivo de protección más cercano al
componente fallado, haciendo posible que se
desconecte únicamente el elemento con falla.
El respaldo se define como la protección que
opera independientemente de un componente
específico en el sistema de protección
primaria, quizás duplique la protección
Primaria o solo opere si la protección primaria
falla o está temporalmente
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
SISTEMAS DE DISTRIBUCION ...
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
RELEVADOR
Es un Dispositivo que sensa de manera
constante las condiciones del Sistema de
Potencia y causa un cambio abrupto en su
circuito de control, esto hace operar un
interruptor de potencia que corta la
continuidad de la energia. Lo anterior sucede
cuando las condiciones normales del sistema
se ven afectadas por una condición anormal o
de falla.
21
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
RELEVADOR
El "pick up" de un
relevador es el
valor mínimo de la
cantidad actuante
(corriente
o
voltaje), con el que
empieza a operar.
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
CARACTERISTICA DE OPERACIÓN DE
UN RELEVADOR DE SOBRECORRIENTE
T
I
E
M
P
O
CORRIENTE DE FALLA
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
INVERSIDAD DE LAS CURVAS
T
I
E
M
P
O
Extremadamente
inverso
Muy inverso
Inverso
MULTIPLOS DE TAP
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
IDENTIFICACION DE DISPOSITIVOS
NÚMEROS Y FUNCIONES DE LOS DISPOSITIVOS
NUMERO
IDENTIFICACION
50
Relé de sobrecorriente instantánea
51
Relé de sobrecorriente de tiempo
52
Interruptor de corriente alterna
59
Relé de sobre voltaje
60
Relé de balance de voltaje
61
Relé de balance de corriente
62
Relé de tiempo retardado para arranque o apertura
63
Relé de presión (Buchholz)
64
Relé de proteccion a tierra
67
Relé direccional de sobrecorriente
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
IDENTIFICACION DE DISPOSITIVOS ...
NÚMEROS Y FUNCIONES DE LOS DISPOSITIVOS
NUMERO
79
81
85
86
87
89
94
26
IDENTIFICACION
Relé de recierre.
Relé de frecuencia
Rele receptor de carrier
Relé auxiliar de bloqueo
Relevador de protección diferencial.
switch de linea
Relé de disparo.
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
PROTECCIONES Y ALARMAS DE
BANCO
SOLO ALARMAS
71Q
49Q
49T
50/51
51T
51HT
51NT
63P
50/51
63B
86T
87T
27
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
CRITERIO BASICO PARA S.E.
Para el Transformador de potencia con
esquemas 51HT, 51NT y 51BT/51NBT:
51HT y 51BT
TAP: Se ajusta al 200% de la capacidad
OA del banco ó al 120% de la capacidad
FOA2.
51HT de 1seg a 800mseg.
51BT de 500 a 700mseg.
.
28
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
CRITERIO BASICO PARA S.E.
51NT y 51NBT
TAP : Se ajusta del 30% al 40% de
desbalance de carga del banco
51NT 1seg A 800mseg.
51NBT de 500 a 700mseg.
CIRCUITO 0.3seg + INST.
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
LINEAMINETOS BÁSICOS
Los factores para la aplicación apropiada
del equipo de protección:
Distancia y calibres de conductores a lo
largo del circuito que se desea proteger.
Voltaje del sistema.
Corrientes normales de carga.
Niveles de falla máxima y mínimos en los
puntos que se desean proteger.
Valores mínimos de operación.
Características operativas y secuencia
seleccionada en los equipos de
protección.
30
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
A) Esquemas de protección Relevador - Relevador
Esquemas de protección para una subestación de
distribución con un Transformador de Potencia
mayor de 10 MVA e Interruptores de circuito
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
B) Esquemas de protección Fusible - Relevador
 Para las subestaciones en las cuales sus bancos
de transformación tienen una capacidad entre
7.5 y menor de 10 MVA’S. Son los fusibles de
potencia los que realmente protegen al
transformador y lo aíslan en caso de falla.
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
C) Esquemas de protección Fusible – Relevador –
Restaurador
 Las subestaciones que utilizan este arreglo de
protección, podemos decir que son del tipo rural y
su uso se limita a la protección de transformadores
con capacidades menores de 7.5 MVA’S.
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
ALIMENTADORES PRIMARIOS
Podemos distinguir tres tipos básico de
alimentadores primarios :
 Tipo rural .- Con dos tipos carga, la que alimenta
pequeños poblados cuya carga se caracteriza por
motores chicos ( bombas, molinos, pequeñas
industrias) y alumbrado y la que alimenta grandes
sistemas de bombeo.
 Tipo urbano.- aquel que tiene carga de alumbrado
y grandes comercios y pequeñas industrias.
 Tipo industrial.- Urbano o rural que se caracteriza
por grandes consumos de energía y por grandes
motores.
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
DISPOSITIVOS Y EQUIPOS
ELECTRICOS EN MEDIA TENSIÓN.
 Fusible .- Dispositivo
de protección contra
sobrecorrientes, con
dos
curvas
características
de
operación.
 MMT: Mínimo tiempo
de fusión, tiempo en el
cual
el
fusible
comenzará a fundirse.
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
DISPOSITIVOS Y EQUIPOS
ELECTRICOS EN MEDIA TENSIÓN.
 MCT: Máximo tiempo
de limpieza, tiempo
total en el que el
fusible interrumpe la
circulación
de
corriente. Los fusibles
más utilizados en
redes de distribución
son los de curva
característica tipo “K”
y “T”
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
DISPOSITIVOS Y EQUIPOS
ELECTRICOS EN MEDIA TENSIÓN.
 El restaurador es un
equipo
habilitado
para sensibilizar e
interrumpir en un
tiempo determinado
sobrecorrientes en un
circuito debidas a la
eventualidad de una
falla,
así
como
efectuar
recierres
automáticamente reenergizando
el
circuito.
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
CRITERIO DE COORDINACIÓN
Interruptor - Interruptor
 Debe existir una
coordinación mínima
de
0.3
a
0.4
segundos
entre
ambas protecciones
para
la
máxima
corriente de corto
circuito.
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
CRITERIO DE COORDINACIÓN
Relevador - Restaurador
50 51
t (seg)
 Debe existir una
coordinación mínima
de
0.3
a
0.4
segundos
entre
ambas protecciones
para
la
máxima
corriente de corto
circuito común a
ambos equipos.
52
R
52
Icc max.
∆t
0.3 seg
B
t1 t2
t2 ≤ 0.9 t1
A
Icc max.
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Acumulada del Restaurador
No. A + No. B
No. A = No. operaciones rápidas
No. B = No. operaciones lentas
I (A)
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
CRITERIO DE COORDINACIÓN
Relevador - Fusible
Debe existir un margen t (seg)
mínimo en tiempo de
coordinación de cuando
menos
0.3
y
0.4
segundos entre la curva
MCT del fusible y la
0.3 – 0.4 seg
característica
del
relevador
para
la
máxima corriente de
cortocircuito.
IccA
50
52
52
IccD
IccB
IccC
51
MCT
50
MMT
IccC
40
51
IccB
IccA
I (A)
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
CRITERIO DE COORDINACIÓN
Restaurador - Restaurador
t (seg)
Se requiere un margen
de tiempo mayor de 0.2
segundos
entre
sus
curvas
características
tiempo-corriente para la
máxima corriente de falla
∆t > 0.2 seg
común
a
ambos
dispositivos.
R1
R2
Icc max.
R1
R2
Icc max.
41
I (A)
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
CRITERIO DE COORDINACIÓN
Restaurador – Fusible
a. El punto máximo de coordinación para una
corriente de cortocircuito común a ambos
dispositivos se tiene en la intersección de la curva
rápida del restaurador (corregida por un factor K1)
con la característica MMT del fusible.
b. El punto mínimo de coordinación para una
corriente de cortocircuito común a ambos
dispositivos se tiene en la intersección de la
característica MCT del fusible con la curva lenta
del restaurador.
42
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
CRITERIO DE COORDINACIÓN
Restaurador – Fusible
MCT
t (seg)
El factor K1 para
compensar el efecto
calentamientoenfriamiento sufrido por
el fusible debido a las
operaciones rápidas de
disparo y recierre del
restaurador.
MMT
R
Icc max
B
Icc min
Desplazamiento
de la curva:
AxK1
A
Rc = Rango de coordinación
Icc max < I2
Icc min > I1
I1
I2
Rc
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I (A)
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
CRITERIO DE COORDINACIÓN
Fusible-Fusible
t (seg)
Debe existir un margen
mínimo en tiempo de
coordinación del 25 %
del tiempo de la MMT
del fusible de respaldo,
entre esta y la MCT del
fusible
delantero
o
primario.
F1
F2
Icc max
t2min
t1 ≤ 0.75 t2
Icc min
t1min
F1
t2max
MCT
MMT
t1max
F2
MCT
MMT
Icc min
44
Icc max
I (A)
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
CALCULO DE CORTO CIRCUITO
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
DIAGRAMA CON CORTO
CIRCUITO
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
EJEMPLO DE COORDINACIÓN
47
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
PROTECCIÓN EN BAJA TENSIÓN
El interruptor termomagnético, es un dispositivo
utilizado para la protección de los circuitos
eléctricos contra cortocircuitos y sobrecargas. El
funcionamiento de un interruptor termomagnético
se basa en dos de los efectos producidos por la
circulación de corriente eléctrica en un circuito: el
magnético y el térmico (efecto Joule).
48
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
COMPONENTES DEL ITM
49
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
PROTECCIONES EN ITM
1-Protección contra sobrecargas: Su característica
de disparo es a tiempo dependiente o inverso, es
decir que a mayor valor de corriente es menor el
tiempo
de
actuación.
2-Protección contra cortocircuitos: Su característica
de disparo es a tiempo independiente, es decir que
a partir de cierto valor de corriente de falla la
protección actúa, siempre en el mismo tiempo.
50
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
CURVA CARACTERÍSTICA
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COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
CURVA CARACTERÍSTICA
Curva B: Circuitos resistivos (para influencia
de transitorios de arranque) o con gran
longitud de cables hasta el receptor.
Curva C: Cargas mixtas y motores normales
en categoría AC (protección típica en el
ámbito
residencial).
Curva D: Circuitos con transitorios fuertes,
transformadores,
capacitores,
etc.
52
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
CURVA CARACTERÍSTICA
53
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ
GRACIAS POR SU
ATENCIÓN
División de Distribución Oriente
54
COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ

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