curso de corto circuito

PROTECCIÓN DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

FUNDAMENTOS DE PROTECCIONES

Sistemas de potencia comprenden:

• Condiciones normales de operación• Control de frecuencia• Control de voltaje• Operación economica de sistema

Sistema de Potencia

✶ Protección del elemento del sistema

✶ Sistema de protección✶ Recierre automático✶ Transferencia automática

asuministros alternos✶ Sinclronización automática

Elementos del Sistema de Potencia

✶ Generadores✶ Transformadores✶ Líneas de potencia✶ Buses✶ Bco. de capacitores✶ Motores

Elementos del Sistema de Potencia

Carácterísticas de los SEP actuales

✶ Operan muy cerca de los limites de seguridad:o Unidades de generación de gran

capacidad.o Líneas de transmisión largas.o Poca redundancia.

✶ Los productores independientes de energía se han incrementado

Desregularización en la Industria Eléctrica

✶ Mercados de energía abiertos.✶ Conflicto entre la protección del elemento

del sistema y la protección del sistema de potencia.

✶ FACTS.✶ Problemas organizacionales.

Fallas en el sistema de potencia

✶ Cortos circuitos.✶ Contactos a tierra.✶ Sistemas con neutro aislado.✶ Sistemas aterrizados con alta impedancia.✶ Fases abiertas.

Condiciones anormales del sistema de potencia

✶ Sobrecorrientes.o Sobrecargas.o Fallas externas.

✶ Operación desbalanceada.✶ Oscilaciones de potencia.✶ Corrientes de inrush en transformadores.✶ Reestablecimiento de carga fría.

Cortos circuitos

✶ Corrientes altas.o Esfuerzos mecánicos.o Esfuerzos térmicos.

✶ Bajo voltaje.o Estabilidad.o Calidad de la energía.

Distribución tipica de fallas

Una fase a tierra:70-80%

Dos fases a tierra:17-10%

Dos fases:10- 8 %

Tres fases:3 – 2 %

Causadas por:1) Falla de un elemento del SEP2) Falla de un equipo auxiliar3) Falla en la red

Causas de una falla (Típica)

Descargas Atmosféricas 30

Contaminación 15

Equipo Principal 20

Personal Trabajando 18

Equipo de Control 5

Otros 12

TOTAL 100

CAUSA % DEL TOTAL

FUNDAMENTOS DE PROTECCIONESFallas en un SEP

COMBINACION S-P PARALELO SERIE

ENTRE FASES

TRIFASICA

BIFASICA

MONOFASICA

ALTA RESISTENCIA

TRIFASICATRIFASICA

BIFASICA BIFASICA

A TIERRA

MONOFASICA

A CAMPO TRAVIESO

FALLAS EN UN SEP

Fallas en un SEP

✶ Fallas transitorias.o Aquella que basta con quitarle el voltaje

unos cuantos ciclos para extinguirla.o El aislamiento perdido se autorestablece

y al reconectar vuelve a operar satisfactoriamente.

✶ Fallas permanentes.o Requiere la desconexión definitiva del

elemento hasta que se haga la reparación del daño y vuelva a estar en condiciones de operar

¿Qué significa Protección?

La ciencia, habilidad y arte de aplicar y ajustar los relevadores, que proporcione la máxima sensibilidad para detectar fallas y condiciones indeseables en el SEP, evitando su operación en cualquier condición permisible y/o tolerable.

Dispositivos de protección

✶ Fusibles.✶ Restauradores.✶ Seccionadores.✶ Interruptores de bajo voltaje.✶ Relevadores de protección

Definiciones:

✶ Relevador – Relé. Dispositivo electrónico que responde a señales de entrada y cuando se producen condiciones predeterminadas activa un contacto o cambio abrupto en los circuitos de control.

✶ Relevador de protección. Detecta condiciones anormales o peligrosas en el sistema de potencia e inicia acciones correctivas rápidas para restablecimiento nuevamente a su estado normal.

✶ Fusible. Dispositivo de protección que se funde con el calor que produce al pasar por este una corriente superior a su valor nominal.

Clasificación de los relevadores

✶ Protección.Operan con condiciones intolerables para el SEP.

✶ Regulación.Los asociados con cambiadores de taps y el control de voltaje de os generadores.

✶ Recierre y verificación de sincronismo.Para restablecer un circuito después de un disturbio.

✶ Monitoreo.Para verificar condiciones del SEP y/o de protección.

Sistema de protección (componentes)

Filosofia de la Aplicación de protecciones

o Zonas Primarias o Zonas de Respaldoo o Zonas de Deteccióno (Por TCs, TPs, Fusibles)

o Por Zonas de Libramientoo (Fusibles, 52s, Cese de Excitación)

La filosofía de la protección consiste en dividir el sistema en áreas o zonas de protección, de tal forma, que no quede un solo punto en el sistema fuera de un área.

Para lograr esto, las zonas deben quedar translapadas

Protección primaria

Zona de Translape

Requerimientos de la protección

✶ Confiabilidad.✶ Selectividad.✶ Velocidad de operación.✶ Simplicidad.✶ Economía.

Confiabilidad

✶ Dependabilidad.Grado de certidumbre de operar correctamente para

todas las fallas para las cuales fue diseñado (se requiere, hay falla en su propia zona).

✶ SeguridadGrado de certidumbre de no operar incorrectamente (no se requiere, no hay falla en su zona).

DependabilidadFactores que afectan la Dependabilidad:

✶ Diseño del relevador o del sistema de protección

✶ Característica de operación

✶ Sensibilidad

✶ Invulnerabilidad a condiciones ambientales adversas

✶ Disponibilidad (mucho mantenimiento, poca disponibilidad)

✶ Cantidad y arreglo de equipo

Seguridad

Factores que afectan adversamente la Seguridad:

• Transitorios en TCs y TPs

• Transitorios en capacitores serie

• Sobrevoltajes por maniobra en alto voltaje o en voltaje de control

La seguridad se puede incrementar utilizando relevadores o esquemas diseñados para comportarse correctamente en los ambientes eléctricamente hostiles de las SEs

Confiabilidad

Selectividad

✶ Zona de protección.Depende de la ubicación del equipo a proteger,

interruptores y transformadores de instrumento.Debe operar para fallas en su zona antes que

cualquier otra protección de la red y disparar el mínimo necesario de interruptores.

✶ Zona de respaldo.Debe operar con retardo de tiempo para fallas fuera de su zona (coordinación).

Selectividad y coordiación

Ahora bien, es un hecho que: Los esquemas de protección no son infalibles Y por lo tanto: Todos los elementos de un SEP deben contar, además de la protección primaria, con una protección de respaldo.

Características de los Esquemas de Protección

Los esquemas de protección se eslabonan finalmente a los interruptores para aislar la falla.

Estos también fallan ocasionalmente.

Las causas de sus fallas son (en orden de aparición):

1.- Pérdida de la fuente auxiliar de CD

2.- Bobina de disparo abierta

3.- Bobina de disparo en corto circuito

4.- Falla del mecanismo de disparo

5.- Incapacidad de los contactos principales para interrumpir la corriente de falla

La protección de respaldo se puede proporcionar en dos formas:

Respaldo remoto

Respaldo local

Protección de respaldo

FUNDAMENTOS DE PROTECCIONES2.- Si A no abre por algún problema en el sistema de protección1.- Ante la falla F deben

abrir A y B

3.- Entonces debe abrir C2 como protección de respaldo remoto

2.- Si A no abre por algún problema en el sistema de protección

FUNDAMENTOS DE PROTECCIONES2.- Si A no abre por algún problema en el sistema de protección

3.- Entonces debe abrir este 52 con protección de respaldo local

2.- Si A no abre por algún problema en el sistema de protección

Este relevador 86FI manda disparar todos los interruptores conectados a la barra a la que esta conectado el 52 que no abrió

Respaldo Remoto

Respaldo Local

Ejercicio 1• Operan interruptores 6, 8, 10 y 11. ¿Dónde esta

el corto-circuito y si aplica, que interruptor fallo?• Los que operaron fueron correctamente bajo las

circunstancias.• Considerar solamente las falla de un interruptor

y respaldos remotos.

Ejercicio 2• Operan interruptores 5, 7, 10 y 12. ¿Dónde esta

el corto-circuito y si aplica, que interruptor fallo?• Los que operaron fueron correctamente bajo las

circunstancias.• Considerar solamente las falla de un interruptor

y respaldos remotos.

Velocidad

✶ Minimiza daño al equipo.✶ Aumenta la estabilidad del sistema.✶ Mejora la calidad del suministro.✶ Instantáneo o alta velocidad, tiempo de

operación < 50 mseg.✶ Retardo de tiempo de 0.2 a 2 seg.✶ Aumenta la posibilidad de error.✶ Arriesga la selectividad.

Simplicidad

✶ Bajo mantenimiento.✶ Menos puntos de falla.✶ Baja posibilidad de error humano al ajustar o al

conectar.

Economía

✶ El costo del sistema de protección debe ser lo mas bajo posible.

✶ ¿Costo de falla del equipo primario?Transformador, interruptor, motor, etc.

✶ ¿Costo por el paro del proceso?

Clasificación de la operación

✶ Operación correcta.o Al menos un relevador primario operó

correctamente.o Ningún relevador de respaldo manda disparo.o El área con la falla fue librada en el tiempo esperado.

✶ Operación incorrecta.o Mala aplicación del relevador.o Ajuste incorrecto.o Errores del personal.o Problemas en el quipo asociado (interruptores, TC´s,

TP´s, banco de baterías, alambrado, etc.✶ Inconclusa y/o otras causas.

o Cuando no se encuentra la causa de la operación.

Factores que afectan la protección

✶ Economía.✶ Ingenieros de protección.✶ Los dispositivos de entrada y libramiento.✶ Disponibilidad de indicadores de falla.

Nomenclatura ANSI/IEEE

Circuito de disparo en CC

Transformadores de instrumentoTC´s TP´s TT´s

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

Simbolos del TC

Conexiones comune de un TC

o El Denominador es la Corriente secundaria Nominal

o Normalmente: 1 A ó 5 A o El Numerador no Siempre es la Corriente Primaria

Nominal

Consumo de potencia de TC´s para Relevadores con secundario de 5 A

según Normas ANSI

La carga del TC consta de la impedancia de los cables más la

impedancia del relevador

Comportamiento no lineal sin Histéresis

Tensión secundaria inducida

Suponiendo que el TC no está Saturado y que la Densidad del Flujo Magnético (B) es Sinusoidal:

La Tensión Secundaria Inducida es Aproximadamente:

Circuio equivalente del TC

Curva de Exitación utilizando Vs

ANSI Vs IEC Knee Point

Curva tipica de exitación

Respuesta del TC a la Corriente Sinusoidal Ip

Saturación Aproximada con una Corriente Sinusoidal Ip

Corriente secundaria en un TC saturado con una corriente Ip sinusoidal pura

Clasificación de los TC´s según las Normas ANSI

Letras de Designación según Norma ANSI

Tensión en los Terminales (Bornes) según Normas ANSI TCs Clase C

Parámetros del transformador de corriente

Clases de precisión según Norma IEC

ANSI Vs IEC

Respuesta a la Frecuencia del TC

Transformadores de Tensión

Circuiro Equivalente del TP referido al secundario

Curva tipica de saturación del TP

Conexión estrella del TP

Conexión delta del TP

Conexión delta abierta con 2 TP´s “V”

Conexión de TP´s en Delta abierta

Potencias Estándar según ANSI TP´s

Respuesta de Frecuencia del TP

Respuesta en Frecuencia del TPC

SEL 351

Comandos de puerto serial

Disparo asistido por comunicaciónSEL 351

Elementos direccionales de neutroSEL 351

27, pag 48SEL 351

APLICACIONESSEL 351

Conexiones para la comunicaciónSEL 351

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