IMPACTO DE LA GD EN LOS ESQUEMAS DE PROTECCIÓN CONTRA SOBRECORRIENTES

IMPACTO DE LA GD EN LOS ESQUEMAS DE PROTECCIÓN

CONTRA SOBRECORRIENTES

Impacto de GD en las protecciones

• Modifica los principios de coordinación, ya que los dispositivos dejan de estar en serie o recorridos por la misma corriente.

• Cambios en el alcance de la protección por colaboración a la corriente de falla.

• Pérdida de sensibilidad de la protección por nuevos caminos para la corriente de falla.

• Modifica los principios de coordinación, ya que los dispositivos pueden dejar de ser recorridos por corrientes de valor constante.

• Dificulta la eliminación de fallas transitorias, por desaparecer los tiempos-sin-corriente (intervalo de reconexión) de los reconectadores.

I. Esquema tradicional de protecciones en sistemas de distribución.

Alimentadores primarios

Interruptor o reconectador

Sistema de transmisión

Subestación

Reconectador de línea

Seccionalizador

Fusibles laterales

GD

Corriente de falla variable

Curvas características de interruptores y fusibles

Se determinan tiempos para valores constantes de corrientes

Curvas características de fusibles limitadores

23

43

21

Tiempo de apertura

Corrriente [A]

Ir

Tc

Id

td

tg

Ig

Ii

Relevo de sobrecarga

Relevo de sobrecarga

Relevo de cortocircuitoretardado

Relevo de cortocircuito instantáneo

Relevo de falla a tierra

[s]

Interruptores automáticosInterruptores automáticos

t = k/( ( I/Is )a -1)

Tipo de curva k aNormal inverso 0.14 0.02Muy inverso 13.5 1Extremadamente inverso 80 2

Operación de un reconectadorEliminación fallas: 85% - 1°, 4% - 2° y 1% - 3°

Curva característica

típica de un

reconectador

Coordinación reconectador - fusible Calentamiento del fusible T = Tf ( 1 - e-t/θ) Enfriamiento del fusible T = Tf e-t/θ Constante de tiempo térmica θ = 0,1 S2 (s) donde S =I0,1s/I300s

II.a. Dispositivos clásicos para protección direccional: Selectividad lógica

Se requiere de comunicación entre dispositivos de protección

Responde al valor de la corriente y a la dirección de la potencia de cortocircuito

UB

ICC(F1)

A C D

1 2 4 5 6

F1 F2 B 3

~ ~

UB

ICC(F2)

RELE 3

II.b. Dispositivos clásicos para protección direccional: Relé direccional

PROTECCIÓN DIRECCIONALPROTECCIÓN DIRECCIONAL

A B C D1 2 3 4 5 6

TII2

TIII4

TI2

TII4

TIII6

TI4

TI5

TII6

TII5

TI6

G2 T

G1 G3

T1I

T1II

T1III

T3I

T3II

T3III

Comportamiento frente a fallas:límite en el alcance

Pérdida de sensibilidad de la protección por nuevos caminos para la corriente de falla

Dispositivo con pérdida de sensibilidad

III. Efecto de las sobrecorrientes de doble escalón sobre las protecciones.

Dispositivos que dejan de ser recorridos por corrientes de valor constante

GD

Corriente de falla variable en el tiempo

0

200

400

600

800

0.01 0.1 1 10 100

Time (s)

Curr

ent

(A)

Corriente de cortocircuito suministrada por la red y dos GD, sincrónico con penetración del 25 % y celda fotovoltaica cuyo

inversor es limitado en 1s al 50 % de su corriente de cortocircuito

Debe transformarse de “corriente en función del

tiempo” a “energía específica en función del tiempo”, empleando su expresión:

∫i2dt

Tiempo (s)

Cor

rien

te (

A)

Corriente y energía específica como función del tiempo

19

Energía específica

Sistema radial con inclusión de GD

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Time (s)

Cu

rre

nt

an

d v

olt

ag

e

(pu

)

Faulted branch current SE voltage

Operación fusible 0,066 pu2s

Salida de servicio (ss) ES 0,205 pu2s

Si CB abre en 0,2 s ES ss en 0,42 sSi CB abre en 0,38 s F4 opera en 0,49 sy ES no sale de servicio (saldría en 0,53s)

ES

Coordinación reconectador – fusible en presencia de Generación Distribuida

Problemas:• Diferentes corrientes por el fusible y el reconectador,• Si el fusible opera durante la primer operación del reconectador, la coordinación salva-fusible falla,• El disparo instantáneo del DG no es instantáneo, tarda de 40 a 100 ms,• La falla que debería estar sin corriente, recibe energía de la DG, puede fallar la des-energización de la falla,• Posible conexión fuera de fase (conexión semi-rígida).

0

20

40

60

80

100

120

0 1 2 3 4 5

Tiempo relativo (t/θ)

Tem

pera

tura

rel

ativa

(%)

Fuente

Corriente de carga

Reconectador

Ramal

Coordinación reconectador – fusible en presencia de Generación Distribuida

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Relative time (t/θ)T

em

pe

ratu

re r

ise

(%

Tf)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Relative time (t/θ)

Te

mp

era

ture

ris

e (

% T

f)

Fusible In=40 A, constante tiempo 12,4 s, If= 165 A, IDG=65 A, interruptor del DG abre a los 100 ms. Fusible abre 14 s sin DG (solo 100A), 6,28 s (0,506) si DG abre 100 ms y 3,4 s (0,274) si DG no abre

Con impedancia, IDG se reduce de 65 A a 25 A. 14 s sin DG, 4,8 s (0,388) si se transfiere en 100 ms y 3,4 s (0,274) sin transferencia.

Tiempo relativo (t/)

Tiempo relativo (t/)

Tem

pera

tura

rel

ativ

a (%

Tf)

Tem

pera

tura

rel

ativ

a (%

Tf)

Fuente

Corriente de carga

Reconectador

Ramal

Efecto de la GD sobre los reconectadores

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (seconds)

Cu

rre

nt

(A x

10)

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

Vo

ltag

e (

pu

)

Current Voltage

Desionización fallida

Desionización exitosa

Parámetros de ensayo:I = 10 A, l de 90 a 205 mm y relación corrientes GD / sistema de 1/16 a 1/10

Concepto de conexión semi-rígida

• EDr = (87– 30%)2 0,16 s = 520 %2 s.

• EDnr = (87– 30%)2 0,04 s + (87– 80%)2 0,12 s = 136 %2 s.

Gs Zs Zf fault

DG ZDG Zv & CB

Load (SE)

Impedancia Ifalla Déficit de energía específica con

generación distribuida e impedancia limitadora

Déficit de energía específica sin

generación distribuida e impedancia limitadora

ohm % s-c %2 s %2 s

j 15.7 3 19.22 438.9

j 15.7 6 30.60 276.4

j 15.7 6 26.04 388.7

j 15.7 10 33.31 757.1

j 6.28 50 47.87 1062.6

j 3.14 100 60.83 955.5

j 31.4 100 64.80 952.2

Ejemplo: 13,2 kV; Pns=30 MVA, Pngd= 3 MVA, lf= 10 km, t= 40 ms

Ejemplo de aplicación

ZS

Z2 Z1

ZDGPVZDGS

D1 D2 D3

D4D5

D7 D6

F 2 F 1

DGPVDGS

GRID

Circuito simplificado de un sistema de distribución

1.00E+02

1.00E+03

1.00E+04

1.00E+05

1.00E+06

1.00E+07

0.01 0.1 1 10 100

Time (s)

Spec

ific

Ener

gy (A

2s)

Comparación de energías específicas de dispositivos protectores con la corriente de falla (sólida y de rayas:

DP, de puntos: corriente).

1.00E+02

1.00E+03

1.00E+04

1.00E+05

1.00E+06

1.00E+07

1.00E+08

0.01 0.1 1 10 100 1000

Time (s)

Spec

ific

Ener

gy (A

2s)

Coordinación D1-D5

1.00E+02

1.00E+03

1.00E+04

1.00E+05

1.00E+06

1.00E+07

1.00E+08

1.00E+09

0.01 0.1 1 10 100 1000 10000

Time (s)

Spec

ific

Ener

gy (A

2s)

Coordinación D2-D5

Tiempo (s)Tiempo (s)

Tiempo (s)

Ene

rgía

Esp

ecíf

ica

(A2 s

)

Ene

rgía

Esp

ecíf

ica

(A2 s

)

Ene

rgía

Esp

ecíf

ica

(A2 s

) D3, 63 A; 0,11 s

D4, 40 A; 0,04 s

D1, 200 A; 200 s

D5, 63 A; 0,1 s

D5, 63 A; 0,11 s

D2, 100 A; 8000 s