capitulo 6

Protección de

Alimentadores

AT/MT

L.Sayas P.

Contenido

1. Filosofía de protección

2. Configuración de SD

3. Protección típicas

4. Aplicaciones

../HighVolt.pps

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Filosofía de protección

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

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Las fallas Pueden ser de dos orígenes:

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

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

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Por lo tanto los equipos de protección deben ser dimensionados de modo que protejan el sistema en condiciones de fallas y también promuevan la continuidad y calidad del suministro.

Las filosofías aplicables son:

• Sistema selectivo

• Sistema coordinado

• Sistema combinado

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Sistema Selectivo

• Esta filosofía es típico en SD con protección de Relés de sobre corriente o con Reconectadores operando con las curvas instantáneas bloqueadas.

• Las interrupciones son en general en larga duración

• Clientes reclaman demora

• Requiere mayor numero de personal

• Mayor costo de operación

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Sistema Coordinado

• Esta filosofía promueve la continuidad del servicio

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

• Requiere menor numero de personal

• Menor costo de operación

• Requiere Reconectadores en lugares estratégicos como circuitos principales

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Sistema Combinado

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

• Se aplica filosofía selectiva y coordinada

• Hay necesidad de dimensionar y capacitar al personal

• Costo de operación según la calidad del servicio exigido

• La principal característica es promover mayor continuidad del servicio principalmente s los clientes especiales

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Sistema Combinado

51

52 R

RECLOSER

RELE DE SOBRE CORRIENTE

FUSIBLE

TC

DISYUNTOR

ZONA DE PROTECCION

L.Sayas P.

Sistema Combinado

R2

A

B

C

Icc

T

R1

D

F2

F3

F1

3(L2)

2(L1)

F3

F1 y F2

1(R2)

2(R1)

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Protección básica

Protección primaria

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

Protección secundaria

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

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Tipos de Sistemas de distribución

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

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Sistemas con neutro aislado • A continuación mostramos un sistema

con neutro aislado en la que se indican

los fasores de tensión antes y después de

una falla a tierra, en esta se puede

observar el corrimiento del neutro ante la

falla a tierra, característica importante de

este tipo de fallas que permite la

generación de tensiones homopolares

que polarizan los relés direccionales.

L.Sayas P.

Y D

60 kV

10 kV

G

sin falla con falla

Vr

VsVt

Vr

VsVt

A1

A2

An

Sistemas con neutro aislado

L.Sayas P.

Sistemas con neutro aislado

Xo/X13

L.Sayas P.

Sistemas con Neutro Puesto a Tierra

• El sistema mostrado es con neutro

puesto a tierra. Ante una falla a

tierra, el neutro prácticamente no se

desplaza, lo cual no permite la

generación de tensiones

homopolares o resultan muy

pequeñas, lo que impediría el uso de

relés direccionales.

L.Sayas P.

Sistemas con Neutro Puesto a Tierra

DY

60 kV

10 kV

G

sin falla con falla

Vr

VsVt

Vr

VsVt

A1

A2

An

Xo/X13

L.Sayas P.

Análisis teórico de las fallas a tierra

L.Sayas P.

Sistemas con Neutro Aislado

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

L.Sayas P.

Sistemas con Neutro Aislado sin falla a tierra

R

S

T

ALIM. 2

R

S

T

ALIM. 1Ur

Us Ut

La Suma Corriente Capacitiva = Cero

Sistema Neutro Aislado

L.Sayas P.

Y D

60 kV

10 kV

G

A1

A2

Anfalla a tierra

Co

Co

Co

Co

I>o

Sistemas con Neutro Aislado ante una falla a tierra

L.Sayas P.

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

Sistemas con Neutro Aislado

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Camino de retorno de la corriente de falla

RF

I FT

C01

C02

C03Ra=28700xL/Ia

1,4

L.Sayas P.

L.Sayas P.

If = 8,095 A I = 6,633 A I = 1,461 A

I = 0,268 A

I = 0,132 A I = 1,020 A I = 0,292 A I = 0,677 A

I = 1,798 A I = 2,446 A I = 0,952 A I = 0,965 A

If = 7,96122 A

SED 03

A SAB 4291 A SAB 4292

AL - 03ALIM - 02AL - 01

SED 01

SED 02

SED 03

SED 04

A SAB 4523 A SAB 4830 A SAB 4524

A SAB 3775 A SAB 3785

A SAB 3772 A SAB 4405

A SAB 4259 A SAB 4826

A SAB 1759 A SAB 2643 A SAB 3782 A SAB 3518

I = 0,972 A

I = 1,518 A

I = 0,382 AI = 1,454 A

I = 3,075 A

I = 1,497 AI = 0,671 A I = 0,269 A

I = 0,570 A I = 0,570 A

I = 6,442 A

If = 8,917 A

I = 4,524 A

I = 0,183 A I = 1,226 AI = 0,658 AI = 0,649 A

I = 1,668 A

I = 0,090 A I = 0,696 A I = 0,199 A I = 0,461 A

I = 4,393 A

I = 0,260 A I = 0,992 AI = 0,663A

I = 2,097A

I = 1,021 A

I = 0,458 A I = 0,184 A

I = 0,389 A I = 0,332 A

If = 25,765 A

(Rf = 0) I = 2,590 AI = 5,475 A I = 1,731 A

I = 1,196 A I = 2,66 A I = 0,480 A

I = 1,015 AI = 0,867 A

I = 0,496 A I = 3,326 A

I = 12,271 A

I = 1,761 A I = 1,786 A

I = 4,525 A

I = 0,244 A I = 1,886 A I = 0,541 A I = 1,252 A

I = 2,704 A

I = 15,968 A

If = 8,095 AIf = 8,095 A I = 6,633 A I = 1,461 A

I = 0,268 A

I = 0,132 A I = 1,020 A I = 0,292 A I = 0,677 A

I = 1,798 A I = 2,446 A I = 0,952 A I = 0,965 A

I = 6,633 A I = 1,461 A

I = 0,268 AI = 0,268 A

I = 0,132 AI = 0,132 A I = 1,020 AI = 1,020 A I = 0,292 AI = 0,292 A I = 0,677 AI = 0,677 A


If = 7,96122 AIf = 7,96122 A

SED 03

A SAB 4291 A SAB 4292

AL - 03ALIM - 02AL - 01

SED 01

SED 02

SED 03

SED 04

A SAB 4523 A SAB 4830 A SAB 4524

A SAB 3775 A SAB 3785

A SAB 3772 A SAB 4405

A SAB 4259 A SAB 4826


SED 03

A SAB 4291 A SAB 4292

SED 03SED 03

A SAB 4291 A SAB 4292

AL - 03ALIM - 02AL - 01

SED 01

SED 02

SED 03

SED 04

A SAB 4523 A SAB 4830 A SAB 4524

A SAB 3775 A SAB 3785

A SAB 3772 A SAB 4405

A SAB 4259 A SAB 4826


AL - 03ALIM - 02AL - 01

SED 01

SED 02

SED 03

SED 04

A SAB 4523 A SAB 4830 A SAB 4524

A SAB 3775 A SAB 3785

A SAB 3772 A SAB 4405

A SAB 4259 A SAB 4826


ALIM - 02AL - 01

SED 01

SED 02

SED 03

SED 04

A SAB 4523 A SAB 4830 A SAB 4524

A SAB 3775 A SAB 3785

A SAB 3772 A SAB 4405

A SAB 4259 A SAB 4826


I = 0,972 A

I = 1,518 A

I = 0,382 AI = 1,454 A

I = 3,075 A

I = 1,497 AI = 0,671 A I = 0,269 A

I = 0,570 A I = 0,570 A

I = 6,442 A

I = 0,972 AI = 0,972 A

I = 1,518 A

I = 0,382 AI = 1,454 A

I = 3,075 A

I = 1,497 AI = 0,671 A I = 0,269 A

I = 0,570 A I = 0,570 A

I = 6,442 AI = 1,518 A

I = 0,382 AI = 1,454 A

I = 3,075 A

I = 1,497 AI = 0,671 A I = 0,269 A

I = 0,570 A I = 0,570 A

I = 6,442 AI = 1,518 A

I = 0,382 AI = 0,382 AI = 1,454 AI = 1,454 A

I = 3,075 AI = 3,075 A

I = 1,497 AI = 1,497 AI = 0,671 AI = 0,671 A I = 0,269 AI = 0,269 A

I = 0,570 AI = 0,570 A I = 0,570 AI = 0,570 A

I = 6,442 AI = 6,442 A

If = 8,917 AIf = 8,917 A

I = 4,524 A

I = 0,183 A I = 1,226 AI = 0,658 AI = 0,649 A

I = 1,668 A

I = 0,090 A I = 0,696 A I = 0,199 A I = 0,461 A

I = 4,393 A

I = 0,260 A I = 0,992 AI = 0,663A

I = 2,097A

I = 1,021 A

I = 0,458 A I = 0,184 A

I = 0,389 A I = 0,332 A

I = 4,524 AI = 4,524 A

I = 0,183 AI = 0,183 A I = 1,226 AI = 1,226 AI = 0,658 AI = 0,658 AI = 0,649 AI = 0,649 A

I = 1,668 AI = 1,668 A


I = 4,393 AI = 4,393 A

I = 0,260 AI = 0,260 A I = 0,992 AI = 0,992 AI = 0,663AI = 0,663A

I = 2,097AI = 2,097A

I = 1,021 AI = 1,021 A

I = 0,458 AI = 0,458 A I = 0,184 AI = 0,184 A

I = 0,389 AI = 0,389 A I = 0,332 AI = 0,332 A

If = 25,765 A

(Rf = 0)

If = 25,765 A

(Rf = 0) I = 2,590 AI = 5,475 A I = 1,731 A

I = 1,196 A I = 2,66 A I = 0,480 A

I = 1,015 AI = 0,867 A

I = 0,496 A I = 3,326 A

I = 12,271 A

I = 1,761 A I = 1,786 A

I = 4,525 A

I = 0,244 A I = 1,886 A I = 0,541 A I = 1,252 A

I = 2,704 A

I = 15,968 A

I = 2,590 AI = 2,590 AI = 5,475 AI = 5,475 A I = 1,731 AI = 1,731 A

I = 1,196 AI = 1,196 A I = 2,66 AI = 2,66 A I = 0,480 AI = 0,480 A

I = 1,015 AI = 1,015 AI = 0,867 AI = 0,867 A

I = 0,496 AI = 0,496 A I = 3,326 AI = 3,326 A

I = 12,271 AI = 12,271 A

I = 1,761 AI = 1,761 A I = 1,786 AI = 1,786 A

I = 4,525 AI = 4,525 A


I = 2,704 A

I = 15,968 A

Contribución de corrientes ante falla monofasica

L.Sayas P.

Oscilograma corrientes ante falla monofasica

TENSION FASE A TIERRA 10 kV

CORRIENTE DE LINEA

L.Sayas P.

Fallas evolutivas

L.Sayas P.

Doble falla a tierra

L.Sayas P.

OSCILOGRAFIA DOBLE FALLA A TIERRA T

en

sio

nes

fase

a

tier

ra

Co

rrie

nte

s en

ba

rra

s d

e l

a S

ET

Condiciones

Normales

Condiciones de

Falla a Tierra

Condiciones de Doble Falla a

Tierra

L.Sayas P.

• Por consiguiente, con la finalidad que la

detección de la falla sea selectiva, se hace

necesario la implementación de relés

direccionales de sobrecorriente

homopolar en cada alimentador, en caso

de utilizar relés no direccionales, todos

los relés operarían.

Detección de parámetros

L.Sayas P.

Io >

3 Uo

3 Io

Io

Uo

condición

de

operación

Tensiones y corrientes

L.Sayas P.

Detección de Uo homopolares

L.Sayas P.

Detección de Io homopolares

L.Sayas P.

En los gráficos de a

continuación mostramos

un croquis dimensional

de un transformador de

corriente toroidal

seccionable y su

montaje :

L.Sayas P.

CT0

C0

C0´

Z1

Z2

3 Rfalla

Io

Vo

Ef

SET

• El circuito equivalente para el análisis de este tipo de fallas será efectuado de acuerdo a la teoría de las componentes simétricas y se muestra.

Cálculo de la falla

L.Sayas P.

CT0

= capacidad total homopolar de los alimentadores

no involucrados en la falla

C0 y C

0´ = capacidad homoplar a ambos extremos del punto

de falla en el alimentador fallado

Z1 y Z2 = impedancia de secuencia positiva y negativa

del sistema

R falla = resistencia de falla a tierra


L.Sayas P.

• Debido a que generalmente las reactancias homopolares son mucho mayores que las reactancias de secuencia positiva y negativa del sistema, podemos aproximar el circuito anterior.

0

00

2

0

20

00000

000

000

22

2

13

donderesalimentadovariosS.E.conunaEn

:homopolar

1)3(

T

T

T

T

T

To

wC

IV

wCRf

EfI

IICCC

CCC

CII

esreledelcorrienteLa

oCCoCwRf

EfIo


L.Sayas P.

Transformadores de Tensión

Sean las tensiones nominales del sistema y del relé las siguientes :

Tensión nominal del sistema = 10 kV

Tensión nominal del Relé = 110 V

Luego la relación de transformación de cada unidad monofásica deberá ser la

siguiente considerando que necesitamos un arrollamiento para las

mediciones del sistema y otro para la detección de la tensión homopolar.

SELECCION DE LOS EQUIPOS DE PROTECCION EN

SISTEMAS AISLADOS

L.Sayas P.

Transformadores de corriente La selección de la relación de transformación del transformador de corriente

toroidal seccionable se realiza considerando una resistencia de falla de cero

ohmios ( R falla = 0 ohm ), con la finalidad de obtener la mayor corriente

posible, luego aplicando las ecuaciones anteriores llegamos a lo siguiente :

SELECCION DE LOS EQUIPOS DE PROTECCION EN

SISTEMAS AISLADOS

L.Sayas P.

Angulo Característico del Relé

L.Sayas P.

Sensibilidad Máxima La selección de la sensibilidad máxima del relé se efectúa considerando por

ejemplo que la máxima resistencia de falla que se pretende detectar es de

2000 ohm. Luego se tiene lo siguiente :

Rmax de falla = 2000 ohm

Relación de trafo corriente = 200

L.Sayas P.

Para la calibración de la protección direccional de sobrecorriente homopolar,

simplemente se procede a aplicar las ecuaciones vertidas, por ejemplo, si

tenemos un sistema de distribución de 10 kV cuya reactancia homopolar total

es de 400 ohm y se desea calcular los ajustes para una falla a tierra de 500

ohm, siendo la relación de transformación de 200/1 A, se obtiene lo

siguiente :

CRITERIOS DE CALIBRACION

L.Sayas P.


L.Sayas P.


Alimentador CV 01 CV 02 CV 03 CV 04 CV 05 CV 06 CV 07

R falla (Ohm) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A)

0 64 70 75 70 79 79 70

50 56 60 63 60 65 65 60

100 43 45 46 45 47 47 45

200 26 27 27 27 27 27 27

300 18 19 19 19 19 19 19

400 14 14 14 14 14 14 14

500 11 11 11 11 11 11 11

L.Sayas P.


Alimentador CV 01 CV 02 CV 03 CV 04 CV 05 CV 06 CV 07

R falla (Ohm) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A) 3Io (A)

600 10 10 10 10 10 10 10

700 8 8 8 8 8 8 8

800 7 7 7 7 7 7 7

900 6 6 6 6 6 6 6

1000 6 6 6 6 6 6 6

1500 4 4 4 4 4 4 4

2000 3 3 3 3 3 3 3

2500 2 2 2 2 2 2 2

3000 2 2 2 2 2 2 2

4000 1 1 1 1 1 1 1

5000 1 1 1 1 1 1 1

L.Sayas P.

CONSIDERACIONES PARA LA INSTALACION DE

EQUIPOS EN CELDAS DE 10 KV

Transformadores de corriente

L.Sayas P.

Botella terminal

Transformadores de corriente

L.Sayas P.

Sistemas con neutro puesto a tierra

• El comportamiento de las corrientes homopolares en un sistema puesto a tierra se muestra a continuación.

60 kV

10 kV

G

A1

A2

An

falla a tierra

Co

Co

Co

Co

DY

3IoXo

L.Sayas P.

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


L.Sayas P.

• es por esto que no se justifica la instalación de relés direccionales, en este caso es suficiente la instalación de relés no direccionales sensitivos de corriente homopolar.

• Adicionalmente, en caso de utilizarse relés direccionales estos no operarían debido a que las tensiones homopolares generadas serían muy pequeñas, debajo del 1%, los relés direccionales necesitan de 3 a 5 % de tensión para poder polarizarse.


L.Sayas P.


CT0

C0

C0´

Z1

Z2

3 Rfalla

Io

Vo

Ef

SET

Xo

CT0

= capacidad total homopolar

de los alimentadores

no involucrados en la falla

X0 = reactancia homoplar del trafo

de potencia

generalmente Xo << Xct0

L.Sayas P.

luego podemos simplificar el circuito como sigue:

3 Rfalla

Io

Vo

Ef

SETRele

Z1

Z2

Xo


L.Sayas P.

IoIrele

XoIoV

ZRf

EfI

XoZZtegeneralmen

XoZZRf

EfIo

3

.

133

21

tierraafalladearesistenciRf

trafodelhomopolarreactanciaXo

negativasecuenciadeimpedanciaZ2

positivasecuenciadeimpedanciaZ1

21)3(

0

220

22


L.Sayas P.

Uso de

Software

C:/Documents and Settings/Administrador/Escritorio/Acceso directo a RelayMan.lnk

C:/Documents and Settings/Administrador/Escritorio/Acceso directo a RelayMan.lnk