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CURSO CURSO PROTECCION DE SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA PROFESOR: ING. BERNARDINO ROJAS VERA AREQUIPA, OCTUBRE, NOVIEMBRE 2004 CAPITULO 1

Proteccion de Sistemas de Potencia 1

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Page 1: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

CURSOCURSO

PROTECCION DE SISTEMAS ELECTRICOSDE POTENCIA

PROFESOR: ING. BERNARDINO ROJAS VERA

AREQUIPA, OCTUBRE, NOVIEMBRE 2004

CAPITULO 1

Page 2: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

ES LA CAUSA CAPAZ DE PRODUCIR UN TRABAJO MECANICOLA ENERGIA CALORIFICA PRODUCE TRABAJO MECANICO (MAQUINAS A VAPOR) LA ENERGIA POTENCIAL DE LAS AGUAS ALMACENADAS EN UN EMBALSE PRODUCEN TRABAJO MECANICOLA FUERZA DE LOS VIENTOS PRODUCEN TRABAJO MECANICO

ASPECTOS GENERALES DE LAS PROTECCIONES (1)

ANTECEDENTES DE LA ENERGIA ELECTRICAANTECEDENTES DE LA ENERGIA ELECTRICA

ENERGIA ENERGIA

Page 3: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

PRODUCE LA FUNCION CLOROFILICA EN LAS PLANTASLAS PLANTAS SON EL ESLABON DE LA CADENA ALIMENTICIA DE LOS SERES VIVIENTES LAS PLANTAS Y LOS SERES VIVIENTES SON LA FUENTE DE LOS COMBUSTIBLES FOSILESLOS COMBUSTIBLES FOSILES SE UTILIZAN PARA PRODUCIR ENERGIA CALORIFICALA ENERGIA MECANICA SE PUEDE TRANSFORMAR EN ENERGIA ELECTRICA

ASPECTOS GENERALES DE LAS PROTECCIONES (2)

ANTECEDENTES DE LA ENERGIA ELECTRICAANTECEDENTES DE LA ENERGIA ELECTRICA

ENERGIA SOLARENERGIA SOLAR

Page 4: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

PRODUCE EL CICLO HIDRO-LOGICO EVAPORACION -PRECIPITACION CON ALMACE-NAMIENTO DE ENERGIA POTENCIAL EN LOS EMBALSESLA ENERGIA POTENCIAL DE LAS AGUAS ALACENADAS SE UTILIZAN PARA LA PRODUCCION DE ENERGIA ELECTRICA LOS VIENTOS SE ORIGINAN A CAUSA DE LAS DIFERENCIAS DE PRESION CAUSADAS POR LA ENERGIA SOLARLA FUERZA DE LOS VIENTOS SE PUEDEN UTILIZAR PARA PRO-DUCIR ENERGIA ELECTRICA.

ASPECTOS GENERALES DE LAS PROTECCIONES (3)

ANTECEDENTES DE LA ENERGIA ELECTRICAANTECEDENTES DE LA ENERGIA ELECTRICA

ENERGIA SOLARENERGIA SOLAR

Page 5: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

FUENTE DE ENERGIA EN LOS NUCLEOS ATOMICOS DESCU-BIERTO EN EL SIGLO XXES EL RESULTADO DE LA TRANSFORMACION DE PARTE DE LA MASA NUCLEAR EN ENERGIASE BASA EN LA FORMULA DE EINSTEIN:� E = MC²� E = ENERGIA PRODUCIDA� M = MASA TRANSFORMADA� C = VELOCIDAD DE LA LUZ

LA ENERGIA NUCLEAR SE PUEDE UTILIZAR EN ENERGIA ELECTRICA

ASPECTOS GENERALES DE LAS PROTECCIONES (4)

ANTECEDENTES DE LA ENERGIA ELECTRICAANTECEDENTES DE LA ENERGIA ELECTRICA

ENERGIA NUCLEARENERGIA NUCLEAR

Page 6: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA (1)

DEFINICIONDEFINICION

Un “sistema eléctrico de potencia” es un conjunto de componentes y equipos que permiten trasladar la energía desde los centros de generación hasta los puntos de carga, el cual debe cumplir con las siguientes características� Continuo� Adecuado� Confiable� Oportuno y de calidad

Page 7: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA (2)SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA (2)

Page 8: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

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Page 9: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

TURBINAS PELTONTURBINAS FRANCISTURBINAS KAPLAN

SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA (3)

ELEMENTOS BASICOS - GENERACIONELEMENTOS BASICOS - GENERACION

HIDRAULICAHIDRAULICA

TURBINAS A VAPORTURBINAS A GASTURBINAS DIESEL

TERMICA CONVENCIONALTERMICA CONVENCIONAL

NUCLEARNUCLEAR

EOLICAEOLICA

Page 10: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

SU FUNCION ES TRANSPORTAR LA ENERGIA ELECTRICA DESDE UN LUGAR A OTRO

SE CLASIFICAN POR EL NIVEL DE TENSION:

� MEDIA TENSION: DE 1 A 45 KV (DISTRIBUCION)� ALTA TENSION: DE 45 A 300 KV (SUBTRANSMISION)� MUY ALTA TENSION: DE 300 A 700 KV

(TRANSMISION/INTERCONEXION)� EXTRA ALTA TENSION: MAYOR A 700 KV (INTERCONEXION)

LA CLASIFICACION ANTERIOR NO ES RIGIDA; POR EJEMPLO EN EL PERU SE PUEDE CLASIFICAR:

� DISTRIBUCION: DE 1 A 13.8 KV� SUBTRANSMISION: DE 22 A 69 KV� TRANSMISION: DE 132 A 220 KV

SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA (4)

ELEMENTOS BASICOS - TRANSMISIONELEMENTOS BASICOS - TRANSMISION

Page 11: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

UBICACIÓN Y TIPOS DE FALLAS

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Page 12: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

FRECUENCIA DE FALLAS

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Page 13: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

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Page 14: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

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Page 15: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

Gráfica de las distorsiones

Page 16: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

IMPULSOS

Page 17: Proteccion de Sistemas de Potencia 1
Page 18: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

SOBRETENSIONES DE ORIGEN ATMOSFERICO

Externas� Descargas atmosféricas

Diferencia de potencial entrela nube y tierra puede alcanzar de 100 a 1000 millones de voltios y con una intensidad media de descarga de 20,000 amperios, sin embargo, hay registros de hasta 200,000 amperios.

Page 19: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

Efectos

Page 20: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

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Page 21: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

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Page 22: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

Prevenir o atenuar daños al equipo detectando todas las fallasMinimizar el tiempo de INDISPO-NIBILIDAD de los equiposMinimizar interrupciones del suministro a los sistemas ELECTRICOS de los usuariosMinimizar los efectos de las perturbaciones en el resto de la red ELECTRICA evitando la EVOLU-CION de la falla y perdidas de estabilidadDar indicios del lugar y causas de la fallaSalvaguardar FISICAMENTE a las personasRestablecer al sistema ELECTRICO a las condiciones de operación normal

PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE APLICACION

FUNCIONES DE LOS RELES DE PROTECCIONFUNCIONES DE LOS RELES DE PROTECCION

Page 23: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

REQUISITOS DE LOS RELES Y SISTEMAS DE PROTECCION REQUISITOS DE LOS RELES Y SISTEMAS DE PROTECCION

SENSIBILIDADSENSIBILIDAD

SELECTIVIDADSELECTIVIDAD

EL SISTEMA DE PROTECCIONES DEBE SER CAPAZ DE DETECTAR FALLAS EN CONDICIONES DE MINIMA GENERACION, CONDICION DE OPERACIÓN DEL SISTEMA ELECTRICO EN EL QUE CIRCULA LA MINIMA CORRIENTE DE FALLA

EL SISTEMA DE PROTECCIONES DEBE SER CAPAZ DE DETECTAR FALLAS EN CONDICIONES DE MINIMA GENERACION, CONDICION DE OPERACIÓN DEL SISTEMA ELECTRICO EN EL QUE CIRCULA LA MINIMA CORRIENTE DE FALLA

SIGNIFICA QUE SOLAMENTE EL COMPO-NENTE DEL SISTEMA ELECTRICO QUE TENGA LA FALLA SEA ESCONECTADO.

SIGNIFICA QUE SOLAMENTE EL COMPO-NENTE DEL SISTEMA ELECTRICO QUE TENGA LA FALLA SEA ESCONECTADO.

RAPIDEZRAPIDEZ

EL TIEMPO DE DURACION DE LA FALLA DEBE SER LOS MAS REDUCIDO POSIBLE, DE FORMA DE REDUCIR LOS EFECTOS DEL CORTOCIRCUITO Y MANTENER LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA ELECTRICO

EL TIEMPO DE DURACION DE LA FALLA DEBE SER LOS MAS REDUCIDO POSIBLE, DE FORMA DE REDUCIR LOS EFECTOS DEL CORTOCIRCUITO Y MANTENER LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA ELECTRICO

FIABILIDADFIABILIDAD

OBEDIENCIA: OPERAR CORRECTAMENTE CUANDO SEA REQUERIDO

SEGURIDAD: NO OPERAR ANTE CAUSAS EXTRAÑAS

OBEDIENCIA: OPERAR CORRECTAMENTE CUANDO SEA REQUERIDO

SEGURIDAD: NO OPERAR ANTE CAUSAS EXTRAÑAS

Page 24: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

REQUISITOS DE LOS RELES Y SISTEMAS DE PROTECCION

REQUISITOS DE LOS RELES Y SISTEMAS DE PROTECCION

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Page 25: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

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Page 26: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

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Los SP deben eliminar la falla en el menor tiempo posible para proteger a las personas, equipos y mantener la estabilidad del sistema

Tiempo Aclaración Falla Valores de Impedancia [=] Ohm100 ms Impedancias de falla menores o iguales a 100 ohm120 ms Impedancias de falla entre 100 ohm y 200 ohm.1 s Impedancias de falla entre 200 ohm y 300 ohm400 ms Para respaldo local1,5 s Máximo tiempo para respaldo remoto.5 ms Tiempo de enganche relés repetidores

Page 27: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

RELES DE PROTECCION - PRINCIPIOS DE APLICACION

RELES DE PROTECCION - PRINCIPIOS DE APLICACION

PROTECCIONES DE RESPALDOPROTECCIONES DE RESPALDO

FALLA EN LOS CIRCUITOS DE ALIMENTACION DE C.A.FALLA EN LA FUENTE DE ALIMENTACION C.C.FALLA DE LOS DISPOSITIVOS AUXILIARESFALLA EN LA PROTECCION PRINCIPAL (PP)FALLA EN EL CIRCUITO DE DISPARO DE LA PPBOBINA DE DISPARO DE INTERRUPTOR ABIERTAFALLA MECANICA EN EL INTERRUPTOR

RESPALDO REMOTORESPALDO REMOTO

RESPALDO LOCALRESPALDO LOCAL

Page 28: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

UNIDADES BASICAS DE LOS RELES DE PROTECCION

UNIDADES BASICAS DE LOS RELES DE PROTECCION

UNIDADES ELECTROMAGNETICASUNIDADES ELECTROMAGNETICAS

RELES DE ARMADURA BASCULANTERELES DE ARMADURA BASCULANTE

Page 29: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

UNIDADES BASICAS DE LOS RELES DE PROTECCION

UNIDADES BASICAS DE LOS RELES DE PROTECCION

UNIDADES ELECTROMAGNETICASUNIDADES ELECTROMAGNETICAS

RELES DE ESTRUCTURA DE SUCCIONRELES DE ESTRUCTURA DE SUCCION

Page 30: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

UNIDADES BASICAS DE LOS RELES DE PROTECCION

UNIDADES BASICAS DE LOS RELES DE PROTECCION

UNIDADES ELECTROMAGNETICASUNIDADES ELECTROMAGNETICAS

UNIDAD DE DISCO DE INDUCCIONUNIDAD DE DISCO DE INDUCCION

Page 31: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

UNIDADES BASICAS DE LOS RELES DE PROTECCION

UNIDADES BASICAS DE LOS RELES DE PROTECCION

UNIDADES ELECTROMAGNETICASUNIDADES ELECTROMAGNETICAS

UNIDAD DE COPA DE INDUCCIONUNIDAD DE COPA DE INDUCCION

Page 32: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

UNIDADES BASICAS DE LOS RELES DE PROTECCION

UNIDADES BASICAS DE LOS RELES DE PROTECCION

UNIDADES ELECTROMAGNETICASUNIDADES ELECTROMAGNETICAS

DIAL DE TIEMPOS (TIME MULTIPLIER)

DIAL DE TIEMPOS (TIME MULTIPLIER)

SEÑALIZACION (TARGET)

SEÑALIZACION (TARGET)

CORRIENTE DE ARRANQUE (PICK-UP,

PLUG SETTING MULTIPLIER)

CORRIENTE DE ARRANQUE (PICK-UP,

PLUG SETTING MULTIPLIER)

ENTRADA DE CORRIENTE

ENTRADA DE CORRIENTE

CONTACTOS DE SALIDA

CONTACTOS DE SALIDA

Page 33: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

UNIDADES BASICAS DE LOS RELES DE PROTECCION

UNIDADES BASICAS DE LOS RELES DE PROTECCION

UNIDADES ELECTROMAGNETICASUNIDADES ELECTROMAGNETICAS

UNIDAD DE COPA DE INDUCCIONUNIDAD DE COPA DE INDUCCION

Page 34: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

UNIDADES BASICAS DE LOS RELES DE PROTECCION

UNIDADES BASICAS DE LOS RELES DE PROTECCION

UNIDADES ESTATICASUNIDADES ESTATICAS

Page 35: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

UNIDADES BASICAS DE LOS RELES DE PROTECCION

UNIDADES BASICAS DE LOS RELES DE PROTECCION

UNIDADES ESTATICASUNIDADES ESTATICAS

DIAGRAMA DE BLOQUESDIAGRAMA DE BLOQUES

DIAGRAMA DE ONDAS CUADRADAS

DIAGRAMA DE ONDAS CUADRADAS

Page 36: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

UNIDADES BASICAS DE LOS RELES DE PROTECCION

UNIDADES BASICAS DE LOS RELES DE PROTECCION

UNIDADES ESTATICASUNIDADES ESTATICAS

SECTOR DE OPERACIÓN DE UN

RELE TIPO ADMITANCIA

SECTOR DE OPERACIÓN DE UN

RELE TIPO ADMITANCIA

Page 37: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

RELES DE PROTECCION DIGITALES (1)RELES DE PROTECCION DIGITALES (1)

CARACTERISTICAS PRINCIPALESCARACTERISTICAS PRINCIPALES

•COSTO: ES EL PRINCIPAL FACTOR DE SU ACEPTACION EN EL MERCADO•AUTOCHEQUEO Y CONFIABILIDAD•GENERALMENTE CONTIENE MAS DE UNA FUNCION DE PROTECCION (MULTIFUNCION)•INTEGRACION EN UN SISTEMA DIGITALIZADO•FLEXIBILIDAD FUNCIONAL Y ADAPTABILIDAD A LOS SISTEMAS ELECTRICOS•FACIL DE INTEGRAR EN UN SISTEMA DE CONTROL

Page 38: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

RELES DE PROTECCION DIGITALES (2)RELES DE PROTECCION DIGITALES (2)

ARQUITECTURAARQUITECTURA

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Page 39: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

RELES DE PROTECCION DIGITALES (3)RELES DE PROTECCION DIGITALES (3)

ARQUITECTURAARQUITECTURA

Page 40: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

HARDWARE MODULAR

Vista físicaHigh-Speed Data BusHigh-Speed Data BusP

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DisplayDisplay

KeypadKeypad

LEDModules

LEDModules

LEDModules

LEDModules

LEDModules

LEDModules

Modular HMI Panel

Page 41: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

Software modular

Orientado a objetos

INICIAL

FINAL

ScalabilityScalability

Page 42: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

Proteccion Medida MonitoreoControl HMI Comunic

Clases

SoftwareDe aplicación

Softwarepropio

Page 43: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

RELES DE PROTECCION - PRINCIPIOS DE APLICACION

RELES DE PROTECCION - PRINCIPIOS DE APLICACION

PROTECCIONES PRINCIPALES

ACTUAN CON GRAN RAPIDEZ DENTRO DE SUS ZONAS DE OPERACION

PROTECCIONES PRINCIPALES

ACTUAN CON GRAN RAPIDEZ DENTRO DE SUS ZONAS DE OPERACION

Page 44: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

SISTEMA DE PROTECCION DE UNA LINEA DE TRANSMISION

Page 45: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

SISTEMA DE TRANSMISION DE UNA SUBESTACION

Page 46: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

ESQUEMAS DE PROTECCION

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Page 47: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

•XX59SOBRETENSION

XXX46BCDETECCIÓN DE CONDUCTOR ABIERTO

•XX49SOBRECARGA TERMICA

•XX46SOBRECORRIENTE DE SECUENCIA NEGATIVA

XXX67NFALLA A TIERRA DIRECCIONAL

•XX64NFALLA A TIERRA RESTRINGIDA

XXX67SOBRECORRIENTE DE FASES DIRECCIONAL

XXX50N/51N

SOBRECORRIENTE DE FALLA A TIERRA

XXX50/51SOBRECORRIENTE DE FASES

30/22.9/13.8/10 KV

66/60/50/44 KV

220/138 KV

CODIGO ANSIFUNCION DE LA PROTECCION

FUNCIONES DE PROTECCION FUNCIONES DE PROTECCION

LINEAS DE TRANSMISION, SUB-TRANSMISION Y ALIMENTADORES DE DISTRIBUCION (1)

LINEAS DE TRANSMISION, SUB-TRANSMISION Y ALIMENTADORES DE DISTRIBUCION (1)

Page 48: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

N.A.XX50 BFFALLA DE INTERRUPTOR

N.A.XX78BLOQUEO DE OSCILACIONES DE POTENCIA

XXXSOFT/TOR

CIERRE SOBRE FALLA/REENGANCHE EN FALLA

•XX85ESQUEMAS DE TELEPROTECCION

•XX21DISTANCIA

XXX87LDIFERENCIAL DE LINEA

••X59MAXIMA TENSION

•XX27MINIMA TENSION

•XX59NSOBRETENSION RESIDUAL

30/22.9/13.8/10 KV

66/60/50/44 KV

220/138 KV

CODIGO ANSIFUNCION DE LA PROTECCION

FUNCIONES DE PROTECCION FUNCIONES DE PROTECCION

LINEAS DE TRANSMISION, SUB-TRANSMISION Y ALIMENTADORES DE DISTRIBUCION (2)

LINEAS DE TRANSMISION, SUB-TRANSMISION Y ALIMENTADORES DE DISTRIBUCION (2)

Page 49: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

AAX79ESQUEMA DE REENGANCHE TRIFASICO

N.A.•X79ESQUEMA DE REENGANCHE MONOFASICO

••X25VERIFICACION DE SINCRONISMO

30/22.9/13.8/10 KV

66/60/50/44 KV

220/138 KV

CODIGO ANSIFUNCION DE LA PROTECCION

FUNCIONES DE PROTECCION FUNCIONES DE PROTECCION

LINEAS DE TRANSMISION, SUB-TRANSMISION Y ALIMENTADORES DE DISTRIBUCION (3)

LINEAS DE TRANSMISION, SUB-TRANSMISION Y ALIMENTADORES DE DISTRIBUCION (3)

Page 50: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

N.A.••••••••24SOBREFLUJO

N.A.XX78DETECCION DE GAS

N.A.XXSOBREPRESION

N.A.��59SOBRETENSION

N.A.N.A.X21MINIMA IMPEDANCIA

••••XX49SOBRECARGA TERMICA

••••••••••••64SOBRECORRIENTE DE FALLA A TIERRA RESTRINGIDA

X�X50N/51N

SOBRECORRIENTE DE FALLA A TIERRA

��X50/51SOBRECORRIENTE DE FASES

CONDENSADORES, SVC

REACTORES

TRANSF.

CODIGO ANSIFUNCION DE LA PROTECCION

FUNCIONES DE PROTECCION FUNCIONES DE PROTECCION

TRANSFORMADORES DE POTENCIA, REACTORES, BANCO DE CONDENSADORES, SVC

TRANSFORMADORES DE POTENCIA, REACTORES, BANCO DE CONDENSADORES, SVC

Page 51: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

�24SOBREFLUJO

X87DIFERENCIAL DE GENERADOR

X40PERDIDA DE CAMPO

�59SOBRETENSION

X46PROTECCION DE SECUENCIA NEGATIVA

X51VSOBRECORRIENTE CON RESTRICCIPON DE TENSION

�21PROTECCION DE MINIMA IMPEDANCIA

X50N/51N

SOBRECORRIENTE DE FALLA A TIERRA

X50/51SOBRECORRIENTE DE FASES

GRUPOCODIGO ANSIFUNCION DE LA PROTECCION

FUNCIONES DE PROTECCION FUNCIONES DE PROTECCION

UNIDADES DE GENERACION (1)UNIDADES DE GENERACION (1)

Page 52: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

�49CALENTAMIENTO COJINETES

X64RTIERRA ROTOR

X64GSTIERRA ESTATOR

�81UMINIMA FRECUENCIA

X81OMAXIMA FRECUENCIA

X32POTENCIA INVERSA

GRUPOCODIGO ANSIFUNCION DE LA PROTECCION

FUNCIONES DE PROTECCION FUNCIONES DE PROTECCION

UNIDADES DE GENERACION (2)UNIDADES DE GENERACION (2)

Page 53: Proteccion de Sistemas de Potencia 1

X

X

X

X

X

220/138KV

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••••50 BFFALLA DE INTERRUPTOR

X50/51SOBRECORRIENTE DE FASES ACOPLAMIENTO

�27MINIMA TENSION

X59MAXIMA TENSION

X87BPROTECCION DIFERENCIAL DE BARRAS

60/66 KVCODIGO ANSIFUNCION DE LA PROTECCION

FUNCIONES DE PROTECCION FUNCIONES DE PROTECCION

SISTEMA DE BARRAS DE TRANSMISION Y SUB-TRANSMISIONSISTEMA DE BARRAS DE TRANSMISION Y SUB-TRANSMISION