capitulo 1

CURSO:

Proteccin de Sistemas Elctricos

de Distribucin

PROFESOR: Leonidas Sayas Poma, Phd , MBA, MRS, Msc. Ing.

[email protected]

Celular: 996963438 / RPM: #485075

MAESTRA EN SISTEMAS ELCTRICOS DE DISTRIBUCIN

Calendario

Clases semanales: MES DE AGOSTO, 10 y11, 17 y 18, 24

y 25, 31 y 01/SETIEMBRE.

Sbados de 8:00 a 12:00 y 14:00 a 18:00 horas

Domingos de 08:00 a 12 horas.

Receso cada 2 horas.

Objetivos

Calcular las corrientes de fallas simtricas y asimtricas

Analizar y evaluar fallas en sistemas de distribucin

Seleccionar equipos de proteccin

Interpretar las seales y alarmas dadas por los rels de proteccin

Adquirir los criterios para el ajuste de la coordinacin de la proteccin

Evaluar las caractersticas de diversos tipos de rels de proteccin

Conocer las nuevas tendencia de proteccin; smart grid en sistemas de distribucin, proteccin adaptiva etc.

Temario 1. Conceptos de proteccin y normas de

referencia.

2. Fallas en sistemas de distribucin.

3. Dispositivos de proteccin.

4. Rels de proteccin.

5. Proteccin de alimentadores.

6. Primer examen

7. Proteccin de transformadores de distribucin.

8. Criterios de coordinacin de la proteccin

9. Proteccin adaptiva de sobre corriente.

10. Aplicaciones de Smart Grid en sistemas de distribucin.

11. Ubicacin optima de equipos de proteccin, seccionamiento e indicadores de falla.

12. Segundo examen.

L.Sayas P.

Bibliografa

1. Proteccin de sistemas de distribucin, Jose Albini Franca.

2. Proteco de sistemas areos de distribuico, Electrobras.

3. Recommended practice for protection and coordination of industrial and comercial power systems, IEEE Std 242.

4. Recommended practice for electric power distribution for industrial plants, IEEE Std 141

Bibliografa Books

Normas de referencia

Bibliografa web

http://www.abb.com

http://www.sandc.com

http://icecalculator.com/

L.Sayas P.

Metodologa del curso

1. Expositiva y participativa

2. 4 practicas calificadas/Trabajos individuales.

3. Trabajo grupal, proyecto de proteccin de un sistema elctrico de distribucin.( presentacin, exposicin).

4. 02 exmenes ( parcial y final)

5. NF=0.2*PPC+0.5*PEX+0.3*(PP+EP)/2

6. Nota mnima aprobatoria 14( sistema vigesimal).

L.Sayas P.

Conceptos de proteccin

1. Introduccin

2. El sistema de distribucin

3. Terminologa en proteccin

4. Filosofa de proteccin

L.Sayas P.

El mayor porcentaje de accidentes y fallas ocurren en los

sistemas de distribucin (SD), por que son mucho mayores

y est mas cerca de la poblacin que los sistemas de

transporte o generacin.

La implementacin de la proteccin en el SD, debe enfocar

filosofa, metodologa, procedimientos y criterios para crear

una nueva cultura o conceptos sobre proteccin del SD.

1. Generalidades

Sistema Elctrico

L.Sayas P.

El objetivo de un Sistema elctrico de distribucin es asegurar un nivel satisfactorio de la prestacin de los

servicios elctricos garantizando a los clientes un

suministro elctrico de

las siguientes caractersticas:

Continuo

Adecuado

Confiable

Oportuno y de Calidad

Al respecto debe contemplarse :

Calidad del producto;tensin,frecuencia y perturbaciones

Calidad del suministro; interrupciones

Calidad del servicio comercial;trato al cliente,precisin

en la medida de la energa

Calidad de alumbrado pblico;deficiencias del alumbrado

Indicadores sistmicos que miden la calidad de suministro

(P-074-2003-Osinergmin y Std- IEEE- 1366-2003)

SAIFI: System Average Interruption Frecuency Index, o Frecuencia Media de Interrupcin por

usuario en un periodo determinado.

SAIDI: System Average Interruption Duration Index, o Tiempo Promedio de Interrupcin por

usuario en un periodo determinado.

, 11N

ut

SAIDIN

u

SAIFI

n

i

ii

n

i

i

Donde:

ui: Nmero de usuarios afectados en cada interrupcin i

ti: Duracin de cada interrupcin i (medido en horas)

n: Nmero de interrupciones en el perodo

N: Nmero de usuarios del Sistema Elctrico al final del

perodo.

Indicadores individuales que miden la calidad de suministro

(NTCSE y su Base Metodolgica)

N: Numero de interrupciones por Nivel de tensin

D: Duracin de las interrupciones por nivel de tensin

Estos indicadores sirven para compensacin individual por la mala calidad de suministro

Estos indicadores miden el comportamiento del sistema elctrico en su conjunto

Indicadores Promedio 2005-2012 Empresas Distribuidoras Estatales Vs Privadas

14 Fuente: OSINERGMIN

Benchmarking Principales Capitales Latinoamrica

15 Fuente: CIER Elaborado por OSINERGMIN

Evolucin del SAIFI Lima y Resto del Pas Interrupciones Programadas y No Programadas

Evolucin del SAIDI Lima y Resto del Pas Interrupciones Programadas y No Programadas

Evolucin del SAIFI Lima y Resto del Pas Por Instalacin causante de las interrupciones: G - T - D

Evolucin del SAIDI Lima y Resto del Pas Por Instalacin causante de las interrupciones: G - T - D

Evolucin del SAIFI Por Sector Tpico de Distribucin

Evolucin del SAIDI Por Sector Tpico de Distribucin

Fuente: OSINERGMIN

Principales causas de las interrupciones

45% de SAIFI y 52 % de SAIDI por causas propias (mantenimientos y reforzamientos, fallas equipos y falta mantenimiento de componentes y servidumbres, entre otras causas).

16% de SAIFI y 17% de SAIDI es debido a terceros (Hurtos de conductores, contactos accidentales, cadas de rboles, vandalismos, entre otras causas originadas por terceros)

19% de SAIFI y 14% de SAIDI es por fenmenos naturales (descargas atmosfricas, fuertes vientos, entre otras causas climatolgicas adversas)

20% de SAIFI y 17% SAIDI por Otras Empresas Elctricas (mantenimientos, dficit de generacin, fallas SEIN, entre otras causas originadas en OEE)

Propias45%

Otras E.E20%

Fen. Nat.19%

Terceros16%

Principales Causas de la Frecuencia de Interrupciones 2012

Total empresas Distribuidoras del Estado

Propias52%

Terceros17%

Otras E.E17%

Fen. Nat.14%

Principales Causas de la Duracin de Interrupciones 2012 Total empresas Distribuidoras del Estado

Fuente: OSINERGMIN

Evolucin de Multas y Sanciones a las Empresas de Electricidad

Identificacin de Problemas EN GENERAL en sistemas de distribucin

Descargas atmosfricas y Redes Extensas (33kV, 22.9kV y

13.2kV)

Deficiente Sistema de Proteccin.

No existe verificacin de ubicacin optima de equipos de

proteccin, seccionamiento e indicadores de falla.

No existe cultura de uso de indicadores de falla en

distribucin. ( sistema con neutro a tierra o neutro aislado).

No se usa proteccin adaptiva en sistemas de distribucin.

Hurto de conductores

Deficiente Mantenimiento

Dficit de Generacin SEIN, se paga MR?

Falta margen de reserva en sistemas de generacin aislada

Sobrecarga de transformadores, falta de elementos N-1.

Alternativas de Solucin

Redes Extensas (33kV, 22.9kV, 13.2kV)

Problema Alternativas de Solucion SIST.ELECT. ST

- Redes de media tensin de mas de 300km y hasta 600km - Enlaces y/o lneas en 60kV SAN FRANCISCO 4

- Las redes recorren zonas de alto nivel isoceraunico -Doble fuente de alimentacion en donde sea factible POZUZO 4

-Descargas atmosfricas - Reforzamiento de Redes (remodelacion) y/o Ampliaciones CHULUCANAS 4

- El mantenimiento es muy complejo y difcil - Efectuar un estudio integral de coordinacin del aislamiento RODRIGUEZ DE MENDOZA 4

-Materiales deficientes en muchos casos usados - Implementar criterio N-1, previos estudios de confiabilidad y si HUANCAVELICA RURAL 5

- Reposicion de componentes demoran mucho tiempo el crecimiento de la demanda lo amerita AYACUCHO RURAL 5

- Dispositivos de proteccin mal dimensionados HUANUCO RURAL 2 5

- Accesos a redes en mal estado e inexistentes PUQUINA-OMATE-UBINAS 5

- Deficiente Puesta a Tierra o en muchas casos inexistente HUARI 5

- Mal dimensionamiento de dispositvos y componentes de redes

respecto al aislamiento

- Falta coordinar el aislamiento y mejorar el sistema de PAT

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L.Sayas P.

ETAPAS DE UN SISTEMA ELECTRICO DE POTENCIA

G

GENERACION TRANSMISION DISTRIBUCION

T

ALTERNADOR

S.E.

ELEVADORA L.T.

S.E.

REDUCTORA

S.V.C.

L.S.T.

S.E.

DISTRIBUCION

CARGAS

CARGAS

TURBINA

Y Y Y

Y

Y

Etapas de un sistema elctrico de potencia

13,8

KV

220

KV

220

KV

60

KV

60

KV

10

KV

10

KV

0,22

KV

ELEV AD O RA

PR IMA RI AR ED UCTO RA

PR IMA RI AR ED UCTO RA

SEC UNDA RI AD ISTRI BUCI O N

L.Sayas P.

El Sistema Elctrico Moderno.

L.Sayas P.

Etapas de un sistema elctrico de potencia

L.Sayas P.

L.Sayas P.

Esquema Unifilar De La Red De Media Tensin

Alimentador

A4103

SISTEMA ELCTRICO HUANCAVELICA RURAL

L.Sayas P.

Tipos de sistemas de distribucin (por la conexin del neutro)

Sistemas con neutro artificial Sistemas con neutro aislado

Sistemas puesto a a tierra

DY

60 kV

10 kV

G

sin falla con falla

A1

A2

AnDY

60 kV

10 kV

G

sin falla con falla

A1

A2

AnDY

60 kV

10 kV

G

sin falla con falla

A1

A2

AnDY

60 kV

10 kV

G

sin falla con falla

A1

A2

An

L.Sayas P.

Tipos de sistemas de distribucin (1575)

Tipos de sistemas de distrubucin

Delta, 1065Delta aterrado, 50

Estrella aterrado, 412

Estrella , 45

Desactivado, 3

Conceptos fundamentales

Misin de los sistemas de proteccin

Funciones de los rels de proteccin

Esquemas de proteccin

Zonas de proteccin

Sensibilidad

Selectividad

Coordinacin

Caractersticas tiempo corriente

Coodinograma

Misin de los sistemas de proteccin

Minimizar los efectos de las perturbaciones sobre el resto de la red, aislando el elemento

fallado con rapidez evitando la propagacin y

prdida de estabilidad del sistema con el

consiguiente colapso.

Prevenir y atenuar los daos a los equipos minimizando los efectos de las variables

anormales.

Salvaguardar fsicamente a las personas evitando accidentes y lesiones

L.Sayas P.

Funciones de los sistemas de proteccin

Proteccin: Conjunto de equipos necesarios para la deteccin, evaluacin y eliminacin de la falla.

Los rels deben detectar rpidamente la falla y dar orden de alarma o disparo al interruptor.

L.Sayas P.

Rel

Contactos del relBanco de baterias

Bobina

de

disparo

InterruptorTC

Carga


Circuito elemental

L.Sayas P.

Alimentador de Distribucin

TC

B C BD

Interruptor

Fuente DC

Rel

I>

Donde:

TC = Transformador de corriente

B = Bobina de operacin del rel

C = Contacto de disparo del rel

BD = Bobina de disparo del interruptor

Lo que permite continuar con suministro y evitar perdidas econmicas que es mas

cuanto mayor es la zona afectada y el

tiempo de duracin.

L.Sayas P.


Efecto de la

proteccin

Minimiza el dao

Reduce la gravedad y duracin de la falta

de servicio elctrico

L.Sayas P.


Funcin de la

proteccin

Deteccin y desconexin automtica del elemento afectado por una falla o rgimen anormal de operacin.

Proporcionar informacin del tipo de falla o rgimen anormal.

Indicar la localizacin del problema.

Comunicar al CC sobre la anomala.

Evala evento, conmuta circuitos, restablece el suministro y asla la parte fallada.

Genera OT para reparar la parte fallada, MS mediante GPS.

L.Sayas P.

Alarma y disparo

Disparo Toda aquella desconexin

causada por la actuacin del

dispositivo de proteccin.

Alarma Detectan la anomala en su

etapa inicial, sobrecarga,

sobretensin,

sobretemperatura, etc.

Dando la oportunidad al operador localizar la

anomala.

L.Sayas P.

Esquema de proteccin

Definicin Arreglo completo de

dispositivos de proteccin y

equipos asociados para

lograr una funcin especifica

de proteccin, en base a un

principio de operacin y

diseado para un objetivo

dado.

L.Sayas P.

Elemetos de un esquema de proteccin

Los principales son: Rels

Fusibles

Interruptores termomagneticos

Interruptores o disyuntores

Reconectadores

Seccionadores

Transductores

Sistemas de comunicacin

Fuente auxiliar

L.Sayas P.

Zonas de proteccin

Quien define Zona de proteccin??

Los TC fijan los limites de Zonas de proteccin

L.Sayas P.

Zonas de proteccin en distribucin

Tramo de una red protegido por un equipo

La zona es determinada en funcin del equipo

Cada equipo tiene su caracterstica y finalidad especifica en un SD

51

52 R

RECLOSER

RELE DE SOBRE CORRIENTE

FUSIBLE

TC

DISYUNTOR

ZONA DE PROTECCION

L.Sayas P.

Zonas de proteccin

Los equipos de proteccin estn expuestos a fallas u omisiones de actuacin

Es necesario prever proteccin de respaldo, por lo menos para el primer equipo instalado antes, en direccin de la carga, y de esta

manera efectuar los ajustes de coordinacin entre el protector y el

de respaldo considerando los respectivos intervalos de

coordinacin.

RESPALDO

PROTECCTOR

PROTECCTOR

L.Sayas P.

Sensibilidad

Capacidad del dispositivo para interrumpir la Iccmin en el final del tramo de su zona de proteccin, y de mantener cerrado para la

Imax de carga.

La sensibilidad esta aliada a un factor de seguridad que depende de: los datos para el calculo de la Icc y de los equipos de

proteccin.

1 ajuste

ccmin

Ik

I

Donde:

K = es el factor de seguridad atribuido

el (1.5; 2; 3..)

Iccmin

= menor valor de cortocircuito en

el tramo considerada de la zona de

proteccin.

Iajuste

= corriente de disparo del equipo

de proteccin

L.Sayas P.

Sensibilidad de la unidad de fase

R

1

2

3

45

1

aju

cc

Ik

I

Donde:

IccFF es el menor valor de la corriente de cortocircuito fase-fase encontrado en los puntos 1, 2, 3, o 4-

IajF es el valor da corriente de disparo de fase del reconectador

L.Sayas P.

Sensibilidad de la unidad de tierra

R

1

2

3

45

1.

neutroaj

tcc

Ik

I

Donde:

- IccF es el menor valor de la corriente de cortocircuito

fase-tierra encontrado en los puntos 1, 2, 3 o 4

- IajF es el valor da corriente de disparo de tierra del

reconectador

L.Sayas P.

Selectividad

Es la condicin que se da a dos o ms equipos de proteccin de interrumpir y mantener aislado el menor tramo del sistema, provocado por cualquier tipo de falla (transitoria o permanente) sin interrumpir el suministro de los clientes instalados entre ellos y la fuente.

51

52

AB

C

Icc

RELE

FUSIBLE

T1

T2

T

L.Sayas P.

Coordinacin

Es la condicin que se da a dos o ms equipos de proteccin, instalados en serie, para operar en una determinada secuencia de operacin previamente definida, en condiciones de falla en el sistema

REGLA ELEMENTAL DE COORDINACION

1. Para fallas permanentes: aislar el menor tramo que est en falla.

2. Para fallas transitorias: eliminar la falla, en cualquier parte del SD, en el menor tiempo posible y proporcionar un esquema de reconexin para garantizar la continuidad del suministro de

energa

L.Sayas P.

Coordinacin

R2

A

B

C

Icc

T

R1

D

F2

F3

F1

3(L2)

2(L1)

F3

F1 y F2

1(R2)

2(R1)

L.Sayas P.

Caracteristica tiempo corriente

Representa la respuesta del equipo de proteccin para cualquier valor de ajuste, en funcin de la corriente de cortocircuito del sistema.

Las caractersticas Tiempo x Corriente, tambin llamadas curvas de tiempo, pueden ser presentadas de tres maneras: Tiempo x Corriente, Tiempo x Mltiplo de la corriente de ajuste y Porcentaje de la corriente de ajuste.

I(A)

T(s)

I / Is

T(s)

% I

T(s)

L.Sayas P.

Coordinograma

Grfico que ilustra la coordinacin de los equipos de proteccin, que puede ser obtenido computacional o manualmente. Es construido a travs del uso correcto de las caractersticas Tiempo x corriente de los diversos equipos de proteccin suministradas por los respectivos fabricantes.

Mtodo de elaboracin: punto a punto, plantilla y sobreposicin de curvas.

Este ltimo es el mas rpido, eficiente y prctico, pero exige que las caractersticas, Tiempo x Corriente de los equipos utilizados estn en una misma escala

Icc

IccmaxIccmin

I

K

K,L

F

C

t1

k t1

t2

t3

k t3

t4

t

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Preguntas, comentarios?

Documents

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