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Proteccin SEP
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
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Objetivos del Curso Entender y Aplicar los conceptos de relevadores de
proteccin a los diferentes equipos que forman partede un SEP.
Desarrollar habilidades en el diseo y en el anlisis
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e con ngenc as e . Proporcionar al estudiante experiencias prcticas en
el ajuste de relevadores y en el manejo de software
de aplicacin.
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Temario Introduccin Fundamentos de Relevadores
Clculos Por Unidad (P.U) Fasores y Polaridad Componentes Simetricas, Clculos de Fallas
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Principios de Aterrizaje del Sistema Proteccin de Transformadores Proteccin de Barra Proteccin de Lneas de Transmisin
Proteccin de Generadores Fundamentos de Rels Microprocesados Software de Simulacin
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Bibliografa Juan M. Gers and Edward J. Holmes Protection of Electricity
Distribution Networks 2nd Edition, IEE, London-2004.
John J. Grainger, William D. Stevenson Jr. Analisis de Sistemas dePotencia Mc Graw Hill, 1998.
C. Russell Maison, The Art & Science of Protective RelayingGeneral Electric.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
OTRAS LECTURAS: Paul M. Anderson, Analysis of Faulted Power Systems, IEEE
PRESS, 1995.
J. Lewis Blackburn, Symmetrical Components for Power Systems
Engineering. Marcell Dekker, Inc. 1993 J. Lewis Blackburn, Protective Relaying: Principles and
Applications, Second Edition, Marcell Dekker, Inc. 1997.
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Introduccin Los sistemas de potencia debenser diseados para que losrelevadores de proteccin
operen rpidamente al detectaruna falla y puedan aislar elequipo de modo que sereduzcan la duracin yextensin de las interru ciones
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del servicio. Los rels de proteccin sonimportante en los sistemasindustriales, porque puedenprevenir grandes perdidas en la
produccin o dao innecesarioen los equipos comoconsecuencia de un cortocircuito o una sobrecarga
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Definiciones
Que es un rel?Segn la IEEE Es un dispositivo elctrico que esta diseado paraproducir una modificacin dada en un circuito elctrico, cuando sealcanzan condiciones de entradas es ecficas re a ustadas
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Qu es un rel de proteccin?
Es un dispositivo cuya funcin es detectar condiciones anormales ode naturaleza peligrosa para lneas, transformadores o cualquier otro
dispositivo elctrico que forme parte de la red.
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Caractersticas Bsicas de Diseo
Confiabilidad: Asegura que la proteccin realice correctamentela funcin para la cual fue diseada. Selectividad: Continuidad mxima del servicio, con la mnima
desconexin del sistema.
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Velocidad: Duracin mnima de la falla y un dao mnimo delequipo. Simplicidad: Equipo de proteccin mnimo, para alcanzar
objetivos del esquema.
Economa: Mxima proteccin a menor costo.
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Confiabilidad
Dependabilidad:Esta asociada con el grado decerteza que el relevador osistema de proteccin operar
Confiabilidad
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correctamente (si cuando si). Seguridad:
Esta asociada con el grado decerteza de que el relevador o
sistema de proteccin nooperar incorrectamente (nocuando no).Seguridad Dependabilidad
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Selectividad Se le conoce tambin como
coordinacin, y es el
proceso de ajustar y aplicarlos rels de proteccin paraque operen tan rpido comoposible en su zona primaria
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e ac uac n, en en otambin un retardo de tiempoen su zona de respaldo.
Mantiene la continuidad del
suministro, desconectando laminima seccion de la red paraaislar la falla.
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Velocidad Los esquemas de proteccindeben ser lo suficientementerpidos, instantneos, paradespejar fallas en su zona
primaria sin caer enoperaciones no deseadas.
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na pro ecc n e a avelocidad, segn la IEEE,debe operar en menos de 3ciclos.
Instantneo, significa que nohay retardo intencional en laoperacin del dispositivo.
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Simplicidad
Los esquemas de proteccindeben mantenerse lo mas
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
,
sofisticados, incrementamos elriesgo de errores en suprogramacin y consecuentemal funcionamiento.
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Economa
El costo de los equipos deproteccion juegan un papelimportante al momento deseleccionar un dispositivo.
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Al momento de evaluar debemos tambin tomar enconsideracin si losdispositivos cumplen con
las especificaciones tcnicas
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Clasificacin de Relevadores
Los Relevadores pueden Clasificarse por: Funcin ( ms comn)
Seal de Entrada
Construccion
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Hay 5 tipos de funciones: Proteccin
Regulacin
Recierre y sincronizacin
Monitoreo
Auxiliar
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Principios de Aplicacin La filosofia general de la
aplicacin de relevadores,es dividir el sistema depotencia en zonas deproteccin:
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1-Generadores Transformadores2- Transformadores3- Barras4- Lneas5- Equipos Auxiliares6- Capacitor - Reactor
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Proteccin Primaria y Respaldo Proteccin Primaria: Debe operar cada vez que
un elemento detecta una falla en el sistema. El
elemento puede cubrir uno o mas componentesdel sistema.
Proteccin de respaldo: Es instalado para operar
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cuando por alguna razon, la proteccin primariano opera. Para alcanzar esta condicin elelemento de proteccin puede o no, ser similar ala proteccin primaria. Debe permitir al elemento
primario operar primero.
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Proteccin Respaldo Respaldo Local: Es localizada en la zona donde ocurre la
falla y puede disparar el interruptor primario o los
interruptores de zona adyacentes: ejemplo de proteccinde respaldo local es el esquema de proteccion de fallo deinterruptor.
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Respaldo Remoto: Es localizada en zona adyacentes ygeneralmente solo dispara interruptores en su zona deoperacin: un ejemplo son las protecciones de distancia
de lineas en los extremos de subestaciones adyacentes
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Proteccin Direccional Una caracteristica importante de algunos
relevadores, es la capacidad de determinar la
direccin del flujo de Potencia, de forma tal quese bloquea para flujos en la direccin opuesta delajuste del relevador.
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Estos relevadores son importantes, para laproteccion de redes malladas, o donde hay variasfuentes de generacion.
Usualmente la direccion del flujo es indica poruna flecha
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Ejemplo 1: Operacin de la Protecciones
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Caso Interruptores
que
operan
Interruptores
que Operan
Mal
Disparo Por
Proteccion
Primaria
Disparo Por
Proteccion
respaldo
F1 1, 2, 4
F2 3, 5, 8
F3 10
F4 8, 11
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Ejemplo 2: Operacin de la Protecciones
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
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Cdigo ANSI
El listado completo
ANSI Descripcion
21 Rele de Distancia
24 Rele Volts/Hz
25 Rele verificador de Sincronismo27 Bajo Voltaje
32 Direccional de Potencia
40 Perdida de Campo
43 Perilla Selectora
46 Secuencia Negativa
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en la norma IEEEC37.2
50 Sobre Corriente Instantaneo
51 Sobre Corriente Temporizado
52 Contactos Auxiliares C.B.
59 Sobre Voltaje
60 Balance de Voltaje
67 Direccional de Corriente
78 Fuera de Paso
79 Rele de Recierre
81 Rele de Frecuencia
86 Rele de bloqueo
87 Rele Diferencial
94 Rele de Disparo
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Esquematico
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VALORES EN PU
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
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Valor por Unidad (PU)
El valor por unidad de alguna cantidad es larelacin de la cantidad actual por su valorbase.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
CantidadladeBaseValor
ActualCantidadPUCantidad =
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Valor en Porcentaje (%)
La cantidad en porcentaje es igual a lacantidad en PU veces 100.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
100)(% XPUCantidadCantidad =
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Ventajas de PU & % Es mejor para representar resultados de datos de circuitos, que
pueden ser comparados directamente. La impedancia equivalente, en pu, de un transformador es la misma
cuando la referimos a cualquiera de sus lados primario o secundario.
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trifasico es la misma independiente del tipo de conexin de susdevanados
El mtodo por unidad es independiente de los cambios de voltaje yngulos de fase a travs del transformador, si los voltajes en los
devanados son proporcionales al nmero de vueltas en el devanado. Usualmente el fabricante especifica la impedancia del equipo en pu o
% en la base de su capacidad nominal de placa.
( ) ,,,
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Continuacin
Valores tpicos para varios tipos de equipos estan disponibles enalgunos libros o fuentes de referencia.
Hay menor probabilidad de confundirse entre los valores de potenciamonofasica y trifasica o entre voltajes de lnea a lnea y lnea a tierra.
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El mtodo en pu es til para simular el comportamiento del sistema,en estado estable o transitorio, por computador.
El voltaje fuente es asumido, usualmente, como 1.0 pu para clculosde falla.
El producto de dos cantidades en pu es expresada en pu. En cambio, el
producto de dos cantidades en %, tiene que ser divido entre 100 paraser expresado en %.
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Cantidades Bases
Las cantidades bases son escalares, de manera que la notacin defasores no se requieren para las ecuaciones bases.
El mismo valor base en MVA, es utilizado en todo el sistema.Normalmente se utiliza un valor base de 100 MVA.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Se seleccionada un valor de voltaje base arbitrario, y todos los otrosvoltajes deben estar relacionados al voltaje base a travs de la relacinde vueltas de la conexin de los transformadores.
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Relaciones Generales
Para cualquiera de los dos tipos de conexiones (Delta, Estrella)tenemos:
= S
I 3
=
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
+= 303 LNLL VV
LLV3
3
30= LDI
I
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Conexin Estrella Impedancia Conectada en Estrella:
3
3
3
30
S
Vx
V
I
VZ LLLL
L
LNY
==
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
3
2 30
S
VLL =
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Conexin Delta Impedancia Conectada en Delta:
L
LL
D
LLD
I
V
I
VZ
==
303 a
ZDZD
IL
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
3
2 303
S
VLL =
b
c
LL
ZD
ID
3
3303SVxV LLLL =
LLD
LLD
V
S
Z
VI
3
303 ==
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Cantidades Bases
Utilizaremos notacion KVA o MVA en lugar de S, y KV en lugarde V:
Potencia Base es dada por:BBB IkVkVA 3=
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Corriente Base es dada por:
Impedancia Base es dada por:
Desde que kVA = 1000 x MVA,
B
BB
kVA
xkVZ
10002=
ohmsMVA
kVZ
B
BB
2
=
AmperioskV
kVAIB
BB
3=
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Impedancia en PU
La impedancia en pu es dada por:
2
B
B
B
pukV
ZMVA
Z
ZZ ==
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
La impedancia en Porcentaje es dada por:
2
100100
B
BpukV
ZMVAZxZ
==
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Cambio de Base Normalmente la impedancia en pu
de los equipos se especifica en labase del equipo, siendogeneralmente diferente de la basedel sistema. Esto hace necesario
2
1
1
1
1kV
ZMVAZZZ
B
pu ==
2 ZMVAZ
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
convertir todos los valores a una
base comn seleccionada. Esta conversin se deriva de
expresar la misma impedancia enohms sobre dos bases en pudiferentes.
2
22
2
kVZ Bpu ==
1
2
1
2
2
2
1
2
MVA
kVx
kV
MVA
Z
Z
pu
pu=
2
2
1
1
212
=
kV
kVx
MVA
MVAZZ pupu
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Tabla Valores Base
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
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V. B. Por Nivel Voltajes
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
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Ejemplo de Aplicacion
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
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Ejemplo de Aplicacin
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
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Ejemplo de Aplicacin
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
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Ejemplo de Aplicacin
Ejemplo 2: Prepare un esquemtico unifilar del sistema, mostrando todas las
impedancias en pu en una base de 100MVA, 154KV en la lnea de transmisin.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
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Ejemplo de Aplicacin
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
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Fasores Y Polaridad
Los fasores y la polaridad detransformadores son importantes en elanlisis documentacin entendimiento de
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
la operacin del sistema de potencia y delas corrientes y voltajes asociadas con fallasy desbalances.
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Definicin de Fasores
Segn la IEEE, es un numero complejo, que esusado en sistema lineal alterno de estado estable.
Su modulo corresponde a cualquier pico de
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
amplitud o el valor rms de la cantidad. Su fase corresponde al ngulo de fase en eltiempo cero.
Puede ser aplicado a impedancia, y relacionancantidades complejas independiente del tiempo.
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Representacin de Fasores
Las coordenadas cartesianas
es la forma mas comn derepresentar fasoreselctricos y magnticos.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Donde la x (absisa) es el ejede las cantidades reales,la y (ordenada) es el ejede las cantidades
imaginarias.
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Otras Representaciones de Fasores
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Representacion de fasores de impedancia y fasores de potencia.
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Formas Matemticas de Fasores
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Polaridad de Transformadores
Son establecidas por estndares, para todos los
tipos de transformadores. Hay dos variedad de
polaridad que siguen las
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
mismas reglas:Substractiva:Transformadores de potenciae instrumentos
Aditiva: (Trafo deDistribucin)
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Reglas de Polaridad de Transformadores
El flujo de corriente
entrando en la marca depolaridad de un devanado,flu e hacia fuera de la
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
marca de polaridad delotro devanado.
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Reglas de Polaridad de TransformadoresLa cada de voltaje de
polaridad a no polaridada travs de undevanado, est
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con la cada de voltajede polaridad a no
polaridad a travs delotro devanado.
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Polaridad de Reles 67
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
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Desfase Angular de un Trafo El desfase angular de un
transformador trifsico es unngulo que indica el desfase delas fuerzas electromotricesinducidas por el flujo comn
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
ex stente entre os term na es
de alta y baja tensin deltransformador.
La norma americanada estipulaque la conexin de alta
siempre adelanta la conexinde baja por 30 grados.
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1er
Paso: Para Determinar Desfase Angular
Indicar, arbitrariamente,por medio de flechas el
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
sentido de las fuerzaselectromotrices inducidasde alta y baja tension deltransformador.
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2do
Paso: Para Determinar Desfase Angular
Sobre una circunferenciadibujamos un diagramafasorial de las f.e.m del
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
,
manera que el terminal H2,quede en la parte superior. Como la conexion esta en
triancgulo, las fem de AT
son dispuestas entriangulo.
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3er
Paso: Para Determinar Desfase Angular
En la misma circunferencia
colocamos las fem de baja,observando que e1 esta enfase con E 1-2. Las f.e.m del
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
,
sentido de los terminaleshacia el neutro. Como la conexin esta en
estrella, las fem son
dispuestas en estrella.
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4to
Paso: Para Determinar Desfase Angular
El desfase angular es medido
por los dos radios de lacircunferencia que se dirigena los puntos H2 y X2.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
2 es a a e an a o gra os
en relacin con H2,considerando el terminal debaja como referencia y quelas bobinas estn enrolladas
en el mismo sentido.
Tabla de Conexiones
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Tabla de Conexiones
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
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Ejemplo De Aplicacin
Determine el desfaseangular deltransformador con el
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
estrella y el devanadode baja en delta,conforme la figura.
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Ejemplo De Aplicacin
Determine el desfase
angular del auto-transformador T3 de lasubestacin Panam, con
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
el devano de alta enestrella y el devanado debaja en delta, conformela figura.
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COMPONENTES SIMETRICAS
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
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Historia El 18 de Junio de 1918, Charles L. Fortescue,
present en la 34th. Convencin anual de laAIEE, su paper titulado Method of Symetrical
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Poliphase Networks. En este trabajo, Fortescue presenta un mtodo enque un sistema desequilibrado de n fasoresrelacionados, puede descomponerse en n sistemasde fasores equilibrados, denominadoscomponentes simtricas.
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Sistema Trifsico Desbalanceado 3 Sistema balanceado
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
7/24/2019 Proteccin Presentacin
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Operador a La letra a, es comnmente
usada para designar unoperador que causa unarotacin de 120 grados en el
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
sen o an orar o.
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Fasores de Voltajes Cada uno de los fasores desbalanceados originales
es la suma de sus componentes equilibrados:
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
( )
210
210
210
1
cccc
bbbb
aaaa
VVVV
VVVV
VVVV
++=
++=
++=
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Utilizando el Operador a
El numero de cantidades desconocidas se puedereducir utilizando el operador a
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
( )
2
2
222
111
2
1
0000
2
acab
acab
acab
VaVaVV
aVVVaV
==
==
==
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Fasores de Voltajes Sustituyendo el conjunto de ecuaciones (2) en (1):
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
2
2
10
21
2
0
210
aaac
aaab
aaaa
VaaVVV
aVVaVV
++=
++=
++=
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Forma Matricial
=
=
1
0
1
0
21
111
a
a
a
a
b
a
V
V
AV
V
aaV
V
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
22
2
1 aac VVaaV
=2
2
1
1
111
aa
aaA
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Forma Matricial
=
=
b
a
b
a
a
a
VV
AVV
aaVV 1
2
2
1
0
1111
3
1
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
cca aa2
=
aa
aaA2
21
1
1
111
3
1
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Fasores Simtricos de Voltajes Descomposicin de tres fasores asimtricos en sus
componentes simtricas:
1
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
)(31
)(3
13
2
2
2
1
0
cbaa
cbaa
cbaa
aVVaVV
VaaVVV
++=
++=
=
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Fasores Simtricos de Corrientes Si consideramos corrientes en lugar de voltajes :
1
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
)(31
)(3
13
2
2
2
1
0
cbaa
cbaa
cbaa
aIIaII
IaaIII
++=
++=
=
Ejemplo De Aplicacin
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Ejemplo De Aplicacin
Determine las componentes simtricas delas fases A, B y C. dado:
010 0
=
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
AI
AI
C
B
0
18010 0
==
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Forma Matricial
010111 0
0Ia
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
= 0
18010113
0
2
2
2
1
aaaa
IIa
a
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72/350
Solucin( )
( )ooo1
oo
0
018010*12010103
1
00180100103
1
=++=
=++=
I
I
a
a
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
( )( )( )
( ) o
oo
3077.588.2566.85103
1
010*866.05.0103
1
010*30010103
==+=
++=
++=
Ajj
j
7/24/2019 Proteccin Presentacin
73/350
Solucin
( )oo
ooo
2
060100101
018010*24010103
1
++=
=++=Ia
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
( )( )
( ) o
3077.588.2566.85103
1
10*866.05.0103
1
3
+=+=++=
++=
Ajj
j
7/24/2019 Proteccin Presentacin
74/350
Solucin
90775.5210775.5
o
1
o
1
==
c
b
II
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
0
0
90775.5
.
0
0
o
2
2
=
=
=
=
c
b
c
b
I
I
I
7/24/2019 Proteccin Presentacin
75/350
Reglas de Uso de las C. S. Voltaje de secuencia positiva, negativa y cero
inducen nicamente corrientes de secuenciapositiva, negativa y cero respectivamente.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
inducir voltajes de esa misma secuencia. Los puntos 1 y 2, se resumen diciendo que: no
existe interaccin entre secuencias distintas.
Los elementos activos de la red, solo generaranvoltaje de secuencia positiva.
7/24/2019 Proteccin Presentacin
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Reglas de Uso de las C. S. Los voltaje de secuencia negativa y cero, se
consideran generados en el punto de falla;disminuyendo en magnitud tan pronto nosalejamos de ese punto.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
El voltaje de secuencia positiva es cero en elpunto de falla y mximo en los puntos degeneracin.
Como las corrientes de secuencia cero, estn en
fase y son del mismo tamao, necesitan el neutro,conexin a tierra para poder circular.
Clculo de Fallas
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Clculo de Fallas
Anlisis del Comportamientoelctrico del sistema bajocondiciones de falla.
Herramienta til para:
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
e ecc n e a con gurac n e
sistema. Capacidad nominal para los
equipos de HV.
Aplicacin y diseo de proteccin.
Investigacin del desempeo, nosatisfactorio de los equipos.
Corrientes de Corto Circuito
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Corrientes de Corto Circuito
Las corrientes de cortocircuito pueden crear
destruccin masivas a losequipos del sistema.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
magnitudes mayores que lacorriente de mxima carga. Las corrientes C.C. pueden
ser catastrficas para laoperacin del sistema
Tipos de Fallas Rgimen (DUTY)
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Los niveles de corto circuitovaran considerablemente duranteuna falla, tomando en cuenta la
cada rpida de la corriente debidoa la reaccin de armadura de lasmaquinas sincronas y aunado que
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
a ex nc n e un arco e c r co
nunca es alcanzadoinstantneamente. La corrientetiene que ser calculadacuidadosamente, de forma aobtener el valor correcto para las
respectivas aplicaciones.
Corrientes de CC ANSI/IEEE C37
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Se refiere a cuatro tipos de corrientes de fallas dergimen (duty):
Primer ciclo o Momentnea: Son las corrientes presentesen el medio ciclo despus de iniciada la falla, indicado porIk, se calculan con la componente DC.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
co: orrespon e a a corr en e m x ma uran e e pr mer
ciclo despus de comenzada la falla, es Interrupcin : Son los valores a ser despejados por los
interruptores, son calculados en el rango de 3 a 5 ciclos.Estado Estable o Retardo de Tiempo: Corresponden a los
valores obtenidos en el rango de 6 a 30 ciclos. Nocontiene componente DC
Principio Fundamental
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De todas las solicitudes hechas a un ingeniero deproteccin, la mas analtica es: determinar las magnitudesde las corrientes y voltajes que pueden darse en el sistema
bajo varias condiciones de corto circuito. El principio fundamental ms involucrado en el clculo de
corrientes de corto circuito es la le de Ohm. La corriente
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
que fluye por la red, est relacionado con la relacin entre
el voltaje y la impedancia.
Aplicacin del Principio
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Desarrollar una representacin bsica delsistema, llamado diagrama unifilar.
Calcule la impedancia total de la fuente decorriente corto circuito, para el punto en que una
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
(Z equivalente). Conociendo el voltaje de pre-falla de circuito
abierto, use la ley de Ohm para calcular la
corriente de corto circuito.
7/24/2019 Proteccin Presentacin
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Factores que Afectan los Clculos Tipos de Fallas.
Corto CircuitoCircuito Abierto
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Posicin de la Falla. Configuracin de la
red.
Aterrizaje del neutro
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Anlisis de Fallas Representa el SEP, en redes de secuencia
por fase. Cada red contiene voltaje y elementos de
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
impedancia para la secuencia.
Reduce la red a un equivalente de Theveninen cada secuencia de fase.
Todas las fuentes estn en la red desecuencia positiva.
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Red de Secuencia Positiva (+)
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
7/24/2019 Proteccin Presentacin
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Red de Secuencia Negativa (-)
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
7/24/2019 Proteccin Presentacin
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Red de Secuencia Cero (0)
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
7/24/2019 Proteccin Presentacin
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Redes de Secuencia Bsicas Cada red se conecta de la Barra de
referencia a la Barra de falla.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
diferentes. La impedancia de secuencia cero incluye la
impedancia de tierra.
La conexin depende del tipo de falla.
7/24/2019 Proteccin Presentacin
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Tipos de Fallas Por Corto Circuito:
Una fase a Tierra. Fase a Fase
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Trifsica (solo secuencia
positiva) Por Circuito Abierto:
Una fase abierta. Dos fase abiertas
Tres fases Abiertas.
Interconexin de Fallas Trifsica
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Interconexin de Fallas Monofsica
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Interconexin Redes Secuencia, Falla 1-Fase
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
i l d l i i
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Equivalentes del Circuito Respecto a los equivalentes para lineas,
generadores y transformadores; lointeresante al anlisis ara ser intercalado a
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
la red de secuencia cero es este ltimo. Vistas las conexiones Delta o Estrella decada devanado, su comportamiento es
radicalmente distinto, cambiando el aspectode la red de secuencia cero.
E i l d L
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Equivalentes de Lneas
La impedancia serie totalde la lnea es dada en p.u. oen %.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
No se considera la
capacitancia en derivacin. La reactancia (+) y (-) son
las mismas y la reactancia
de (0) varia entre 2 y 6veces el valor de la (+).
E i l d G d
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Equivalentes de Generadores
Hay 3 valores de reactanciadiferentes: Subtransitoria X
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Transitoria (Xd)
Sincrona (Xd)
La reactancia subtransitoria esutilizada para calculo de corto
circuito y designada igual a lareactancia de secuencia (+) y (-).
E i l t d T f d
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Equivalentes de Transformadores Esta representacin es muy complicada y no
es recomendada para calculo de corto circuito.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
E i l t d T f Si lifi d
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Equivalente de Trafo Simplificado
Desestimando las perdidas . Desestimando la reactancia
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
.
Representamos los valoresde impedancia en p.u. Las reactancias de secuencia
(+) y (-) son iguales.
E i l t d l T f d D Y
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Equivalente del Transformador D-Y Ponemos en corto el devanado
en estrella y aplicamos un
voltaje monofasico entre elcorto y la tierra, de manera quefluyan corrientes de secuencia
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
cero iguales en magnitud y
angulo y que se suman en elneutro (4to. Condutor).
Cada corriente induce unacorriente en la delta que por seriguales y estar en fasecircularan en la Delta.
E i l t d l T f d D Y
7/24/2019 Proteccin Presentacin
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Equivalente del Transformador D-Y Si repetimos el
procedimiento para ladelta:La corriente vale cero
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
lo que significa que la
impedancia (Z) esinfinita, de maneraque el circuito para
secuencia cero estaabierto.
E i l t M f i D Y
7/24/2019 Proteccin Presentacin
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Equivalente Monofasico D-Y Observamos en la
figura que:El lado de la deltarepresenta un punto
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
abierto para el circuito.
El neutro del lado de laestrella representa uncamino para la
corriente de secuenciacero
Equivalente del Transformador Y-Y
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Para el transformador Y-Y,con neutro aterrizado:
La inyeccin de corriente 3Ioque se intenta en cualquierade los dos devanados, tendr
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
x to s o s e otro evana otermina en conexionesexternas en otrotransformador.
Bastaria con abrir cualquierneutro, para que el circuito se
comportara coo si Z fueraigual a infinito.
Equivalente Monofasico Y-Y
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Este equivalente se dice que deja pasar la corriente desecuencia cero
Equivalente Transformador 3 Devanados
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Este equivalente, resultaser una combinacin de
los transformadores conconexin D-Y, y Y-Y.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
os textos u an e
equivalente en formageneral, de manera quepueda obtenerse paracualquier combinacin de
conexiones.
Devanados Conectados en Delta
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Devanados Conectados en Delta
Si todos los devanadosestuvieran conectados
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
en delta, el equivalente
tendra visto desde lared, Zo igual ainfinito.
Transformador de 3 Devanados
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Transformador de 3 Devanados
( )stptpsp ZZZZ +=2
1
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
( )( )
psptstt
ptstpss
ZZZZ
ZZZZ
+=
+=
2
1
2
1
Ejemplo: Z Transformador de 3D
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Ejemplo: Z Transformador de 3D
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Circuitos Equivalentes, Z
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Ejemplo: Diagrama Unifilar Sec +
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Falla de Fase a TierraR t i i l l li i d l f ll (f A)
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Falla de Fase a Tierra Restricciones en la localizacin de la falla (fase A).VA= 0
IB = IC = 0
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
VA = (VA0+VA1+VA2)/3= 0 IA0 = ( IA+ 0 + 0 )/3
IA1 = IA2= (IA+ 0 + 0)/3
IA0 = IA1 = IA2 = (IA)/3
Conexiones AG
D f d ti f l
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De forma de satisfacer lasrestricciones, conectamos
las redes de secuencia enserie.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
e conec a e pun o e a a
de una red al punto dereferencia de la redsiguiente.
Solucin de Fallas AG
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Resolviendo I0, podemos calcular IA.
Luego resolvemos V1, V2 y V0 y calculamosel voltaje de fase.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
En general jX0, ser reemplazado con:
Z0 = jX0+ 3Zgr+ 3Zf El factor de 3 resulta de que la secuencia
cero es la misma para todas las tres fases.
Fallas de Fase a Fase Dos fases (usualmente se utiliza B y C para
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Fallas de Fase a Fase Dos fases (usualmente se utiliza B y C, paraanlisis) conectadas juntas.
No conectadas a tierra.VB= VC = 0
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
B = - C
De las ecuaciones de componentes simtricas: I0 = 0
I1 = -I2
V1 = V2
Conexiones BC
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Si hay alguna impedancia defalla, esta aparecer entre las
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
No hay red de secuencia cero. VB= IB * Zf+ VC
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TRANSFORMADORES DEINSTRUMENTOS CT/PT
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Tareas Principales
L l d i d i
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Los relevadores requieren reproduccinrazonablemente precisa de las condiciones
normales, tolerables e intolerables del sistema. Transforman voltajes o corrientes, de un valor
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
instrumentos. Aislamiento de los circuitos de medicin del altovoltaje primario.
Proporcionan posibilidades de estandarizacin, encorrientes y voltajes nominales.
Leyes Comunes para Transformadores
T f d d C i
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Transformador de Corriente:
I1/I2 = N2/N1
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Transformadores de voltaje:
E1/E2=N1/N2
Transformadores De Potencial PT
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Transformador de Voltaje
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j Es esencial que el voltaje del devanado
secundario sea lo mas cercano posible,ro orcionalmente al volta e rimario.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
De forma a alcanzar lo anterior, se diseanpara que la cada de voltaje en el devanadosea pequea y la densidad de flujo en el
ncleo sea bien abajo del valor de saturacin,as la corriente de magnetizacin es pequea.
Transformador de Voltaje
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j Los transformadores de voltaje,
formalmente llamado transformadores deotencial los transformadores de volta e
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
con acoplamiento capacitivo sonseleccionado de acuerdo a dos criterios:Nivel de voltaje del sistema
Nivel de Aislamiento (BIL), requerido para elsistema en el cual sern conectado.
Voltaje Secundario Nominal
Bajo la norma ANSI, dos voltajes secundarios
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j , json permitidos:115 y 120 Voltios.
Los voltajes correspondientes de lnea aneutro son: 115/1.73 120/1.73.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
El voltaje secundario nominal, para lostransformadores capacitivos son: 115 y 66.4voltios.
Circuito Equivalente PT
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Pueden ser considerados
transformadores pequeos,su circuito equivalente es elmismo ue el de un
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
transformador de potencia.
El circuito de magnetizacinpuede ser consideradodespreciable.
Diagrama Vectorial PT El voltaje secundario
Vs atrasa al voltaje
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Vs atrasa al voltajeVp/n y es menor enmagnitud.
El error mximonominal es
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
relativamente pequeo.
Tiene un excelentecomportamientotransitorio y reproducefielmente cambios
abruptos en el voltajeprimario.
Errores en los PT
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Los errores son debido a diferencia en magnitud y
fase entre Vp/n y Vs. Esto consiste de erroresbajo:
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
,carga, Zb, es infinita y causada por la cada de voltaje
de la circulacin de la corriente de magnetizacin atravs del devanado primario.
Cada de voltaje como resultado del flujo de corrientede carga IL, a travs de ambos devanados.
Error ={(nVs-Vp)/Vp}x 100
Carga en los PT- ANSI C57.13
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
La carga nominal para transformadores de voltaje es usualmenteexpresada en VA en un factor de potencia especifico.
Fuentes de Voltajes Tpicas
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
La delta rota, se utiliza como fuente de polarizacin de relsdireccionales de tierra.
Desempeo de Transformadores de Voltajes
Proporcionan excelente reproduccin del voltaje
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p p jprimario, ya sea en estado transitorio o estable, para
los rels de proteccin. No tiene problema de saturacin, ya que los sistemas
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
de potencia, no deben de ser operados en voltajes
superiores al nominal y en fallas hay reduccin delvoltaje.
Tienen amplia capacidad y son dispositivos altamente
confiable.
Transformadores De Corriente CT
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Desempeo de CT
El desempeo varia con:
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p
Tipo de proteccin
Calidad del CT
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Evitar Saturacin de CT:Para las fallas mas criticas el CT debe operar en su
porcin lineal de la curva de magnetizacin..
Debe ser capaz de suministrar corriente suficiente, de
manera que el rel opere satisfactoriamente.
Circuito Equivalente de CT
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n2 ZH , es la
impedancia primariareferida al ladosecundario.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
ZL, es la impedancia
del lado secundario. Rm y Xm, representan
las perdidas y la
excitacin del ncleo.
Diagrama Vectorial de CT En general ZL, es
resistivo y Ie atrasa por90 l l j V
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90 el voltaje Vs.
Ie, es la principal fuente deerror. El efecto de I , es hacer
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
con que la IL atrase y sea
menor que la corrienteIH/n, la cual es la corrienteprimaria referida alsecundario.
Ir, es el error en magnitudde IH/n y IL.
Saturacin AC del CT Los errores de CT resultan de
corrientes de excitacin, de formaa verificar si el CT est
7/24/2019 Proteccin Presentacin
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funcionando correctamente,debemos medir o calcular sucurva de excitacin.
La corriente de magnetizacin
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
depende de la de la seccintransversal y longitud del circuito
magntico, numero de vueltas enel devanado y caractersticamagntica del material.
Un aumento de 10% en el voltaje
de excitacin, provoca unaumento de 50% en la corriente.
Salidas de CT
Medicin o Instrumentacin:
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Alta precisin para corrientes arriba de las nominales
(5-120%)Clases de precisin de 0.1 (laboratorio), 0.2, 0.5 y 1.0
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Precisin baja.Ata capacidad para transformar altas corrientes de
fallas de forma que permitan a los rels medir ydesconectar la falla.
Clase de precisin de 5P y 10P de acuerdo a la normaIEC 185.
Ncleos de Medicin
Proteccin de Instrumentos y Medidores:
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y
deben saturarse entre 10-40 veces lacorriente nominal.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
tienen baja capacidad de resistencia entre12-20 veces la corriente nominal.
Ncleos de Proteccin
Caractersticas:
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Baja Precisin
Voltaje de saturacin alto
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
.
Factores que definen el Ncleo:Clase de error de 5% (5P) o 10%(10P)
Factor limite de precisin
Carga de un CT
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
La carga de un CT, es el valor en ohms de la impedancia dellado secundario, debido a los relevadores y las conexionesentre el CT y los rels.
La norma IEC 185 (1987), especifica los CT`S por la clasede precisin seguida de una letra M o P, el cual denota si eltransformador es disponible para medicin o proteccin.
Seleccin de CT Cuando seleccionamos un CT, es importante
asegurar que la corriente de falla y las condicionesd l l i d l
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de carga normal, no resulten en saturacin del
ncleo y que los errores no excedan los limitesaceptables. Estos factores pueden ser evaluados
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
FormulaCurvas de magnetizacinClase de precisin del CT.
Los dos primeros mtodos proporcionan forma
precisa para la seleccin del CT, y el tercer mtodosolo nos da una estimacin cualitativa.
Estimacin del Voltaje Secundario
El voltaje secundario Es debe ser determinadopara los tres mtodos anteriores, si la
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pimpedancia Xm del circuito magntico es alta:VS = IL ( ZL + ZC + ZB )
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
S . . .secundario
IL es la corriente mxima secundaria en amperios.ZB es la impedancia externa mxima conectada.ZL es la impedancia del devanado secundario.ZC es la impedancia del alambrado de conexin.
Uso de la Formula
El mtodo utiliza la ecuacin fundamentaldel transformador:
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del transformador:
VS = 4.44f A N Bmax10-8
voltiosfes la frecuencia en HZ .
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
A es el rea de la seccin transversal del ncleo
(in2).Bmax es la densidad de flujo, 100,000 lneas/in
2,es un valor tpico para transformadores
modernos.
Ejemplo de Aplicacin Asuma que un CT con una relacin de 2000/5,
teniendo un ncleo de acero de alta permeabilidad t l d 3 25 i 2 d d
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y un rea transversal de 3.25 in2, un devanado
secundario con una resistencia de 0.31 ohm. Laimpedancia de los rels incluyendo conexiones es
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
. ,una falla de 35,000 Amperios a 60 Hz:IL = 35,000* 5/2000 = 87.5 AmperiosN= 2000/5 = 400.V
S
= 87.5 (2 + 0.31) = 202.1 voltiosBmax = 202.1*108/4.44*60*3.25*400 = 58,356.4
Usando la Curva de Magnetizacin
Las curvas dan la magnitud de la corriente de excitacinrequerida, de manera de obtener un voltaje secundario especifico. El mtodo consiste en:
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Asumir un valor para IL
Calcular VS de acuerdo a la ecuacin dada. Localice el valor de VS en la curva para el tap seleccionado y
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
encuentre e va or asoc a o e a corr ente e magnet zac n, Ie. Calcule I
H/n(=I
L+ I
e) y multiplique este valor por n para referirlo
al lado primario del CT. Este proporciona un punto en la curva de IL vs. IH. El proceso es
repetido para obtener todos los valores de IL y los valores
resultante de IH.
Curva de Saturacin
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Clase de Precisin Segn ANSI
La clase de precisin de un CT (NormaC57 13) es descrita por dos smbolos: una
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C57.13), es descrita por dos smbolos: una
letra y un voltaje nominal, definiendo lacapacidad del CT. La C indica que la
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
relacin de transformacin puede ser
calculada; mientras que la T indica que larelacin de transformacin puede serdeterminada por pruebas.
Ejemplo de Aplicacin
La corriente de falla mxima en un circuitod d d 12 000 A L l i i l
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dado es de 12,000 A. La relacin nominal
del CT es de 1200/5 y la relacin a serusada es de 800/5. La clase del CT es C-
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
200, la resistencia del secundario es 0.2
ohm. La carga secundaria total es 2.4 ohm yel factor de potencia es 0.6. Determine si enla ocurrencia de una falla el error exceder
10%
Saturacin DC
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
La componente transitoria DC, puede producir
saturacin severa en la corriente secundaria del CT. Si ocurre saturacin en CT`S asociados a esquemas
particulares de rels, resultara en circulacin decorrientes desbalanceadas que podran causar una
mala operacin del esquema.
Precaucin al Trabajar con CT Trabajar con CT, en circuitos energizados puede
ser extremadamente riesgoso. Particularmente, sid j l d i bi t d t
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dejamos el secundario abierto pueden presentarse
sobre tensiones peligrosas que pueden implicar endao al personal o al equipo, ya que los CT estn
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
diseados para ser usado en circuitos de potencia
con impedancia mayor que la propia del CT. Los circuitos asociados con CT, deben sersiempre mantenidos en una condicin cerrada oen corto circuito, de manera a prevenir laocurrencia de condiciones adversas.
Ejemplo de Ilustracin
Considere un alimentadorcon una carga de 10MVAyfPde 1.0, asociado con
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este circuito tenemos unCT de relacin 500/5, elcual alimenta un sistema
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
de medicin cuya carga
total es 10VA. Calcule elvoltaje que aparecer en elcircuito secundario delCT, el sistema de
medicin fueraaccidentalmente abierto.
Continuacin Ejemplo de Ilustracin
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ATERRIZAJE DEL SISTEMA
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Introduccin Durante condiciones normales de operacin, el
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p
mtodo de aterrizaje a tierra no tiene influencia.Cuando ocurre una falla a tierra, el mtodo de
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aterr za e co ra mportanc a.
La mayoria de las fallas en SEP, son de fase a tierra(70 90% del nmero total de fallas).
Los SEP, son aterrizados para prevenir daos a las
personas y a los equipos.
Mtodos de Aterrizaje
Segun ANSI/IEEE 141 1986, tenemos que: Directo o solido a Tierra
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Directo o solido a Tierra
Alta Impedancia Bobina de Petersen
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Alta Resistencia
Baja Impedancia Reactor Baja Resistencia
Tierra Aislada
Directo o Slido a Tierra
Neutral del sistema aterrizado en un punto, sininsercin deliberada de alguna resistencia. Es definido por la norma ANSI/IEEE cuando
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tenemos las constantes del sistema:R
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El neutro de los devanados en estrella de lostransformadores, se conectan a la tierra de lasubestacin.
Las corrientes de falla pueden variar de valorespequeos a mayores que la corriente de fallatrifsica.
..11 XX
Alta Impedancia
Alta Resistencia: Casos en donde el factor 3R0 esmenor o igual a Xco, Xco es la capacitancia total dela red por fase contra tierra Obtenida usando la
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la red por fase contra tierra. Obtenida usando lamayor Ro a tierra posible. Utilizada en generadores
lantas industriales.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Bobina de Petersen o tierra resonante:
Inductancia calibrada a la capacitancia de la red enla frecuencia nominal. Debe satisfacer todas lasalternativas de conexin. El ajuste debe sercambiado con el cambio de topologa de la red. Esde uso limitado en U.S.A., y no se usa en Panam.
Baja Impedancia
Reactor: Ocurre bsicamente en la literaturaamericana y esta relacionada donde Xo es menor oigual a 10X1 El factor 10 es requerido para reducir
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igual a 10X1. El factor 10 es requerido para reducir
drsticamente los sobrevoltaje debida a fallas atierra transitorias.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Baja Resistencia: Es una resistencia donde Ro es
menor igual a 2X0, pero Ro se mantiene pequeade manera que una alta corriente de falla a tierra esobtenida, entre 200 a 2000 A. Este mtodo esrecomendado por la norma Inglesa, cuyto valor
propuesto es de 300 Amperios.
Tierra Aislada Sistemas no aterrizados, son SEP sin
aterrizaje intencional
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aterrizaje intencional. Estn aterrizados por la capacitancia natural
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
e s s ema.
Niveles de corrientes son muy bajos, condanos mnimos a equipos. El sistema esta sujeto a sobrevoltaje
transitorios altos.
Ventajas y DesventajasMetodo Ventajas Desventajas
La proteccion de falla a tierra simple,
debido a corriente de falla elevadas
Corrientes de fallas elevadas pueden
causar danos a los equipos
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debido a corriente de falla elevadas causar danos a los equipos
Se elimina la influencia del arcosecundario
Sobrevoltajes reducidos, menor que
Directo
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
0.8 veces el voltaje de fase-fase
Reduccion de corriente de falla Incremento en sobre voltaje transitorio
Sobrevoltajes entre 0.8 veces y el
voltaje de fase-fase completo
Reduccion de corriente de falla y
voltaje transitorio
Sobrevoltajes pueden ser mayores
que el voltaje de fase-fase
Sobrevoltajes entre 0.8 veces y el
voltaje de fase-fase completo
Reactancia
Resistencia
Seleccin del Mtodo
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
PROTECCION DE SOBRECORRIENTE
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Breve Historia
Los rels electromecnicosde sobre corriente-tiempo,
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fueron uno de los primerosrels de proteccin,-
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
aos atrs. Hoy da, todava
es utilizado en algunasaplicaciones. El diseoactual, utiliza el principiode disco de induccin.
Proceso de Coordinacin La aplicacin correcta de los rels de sobre corriente, requiere un
conocimiento de la corriente de falla que fluye en cada parte dela red. Los datos requeridos para un estudio de coordinacin son: Diagrama Unifilar del sistema
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Diagrama Unifilar del sistema.
Impedancias en ohm, pu o % de los equipos y cables.
Valores mximo mnimo de las corrientes de corto circuito.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Requerimientos de corriente de arranque de motores y tiempos dearranque y stalling de motores de induccin.
Corriente de carga mxima.
Curva de decaimiento de las corrientes de falla suministrada por losgeneradores.
Curva de desempeo de los transformadores de corriente.
Ajustes de los Relevadores
Los ajustes de los relevadores son determinadospara satisfacer:Tiempos mnimos de operacin en corrientes de fallas
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Tiempos mnimos de operacin en corrientes de fallasmxima.
O eracin satisfactoria ara corrientes de fallas
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
mnimas esperadas.
Se aconseja plotar las curvas de los rels y otrosdispositivos de proteccin, fusibles, en una escalacomn.
La escala correspondiente mas conveniente es la
corriente esperada en el menor voltaje base.
Reglas Bsicas de Coordinacin
Hay dos reglas bsicas para una correctacoordinacin de relevadores:
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Cuando posible, utilice relevadores con la mismacaracterstica de operacin.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
seg rese que e re eva or mas a e a o e a uen e,tiene los ajustes de corriente igual o menor que los
relevadores detrs de l. Esto es, la corrienterequerida para operar los relevadores del frente essiempre igual o menor que la corriente primaria paraoperar el relevador localizado en la parte de atrs.
Tipos de Rels de Sobre corriente
Basados en sucaracterstica de
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operacin pueden serclasificados en:
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Instantneo
Tiempo definidoTiempo Inverso
Rels de Sobre corriente Instantneo Opera instantneamente cuando
la corriente de operacin alcanzael valor ajustado.
El ajuste es seleccionado demanera que en la subestacinmas alejada de la fuente la
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mas alejada de la fuente, lacorriente de operacin del rele esmenor, y a medida que nos
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
acercamos a a uen e aumen a acorriente de operacin.
Tiene baja selectividad envalores alto de corriente. Tiene dificultad en distinguir
entre la corriente de falla entredos puntos cuando la
impedancia entre estos dospuntos es pequea.
Rels de Tiempo definido
En este mtodo, damos unintervalo de tiempo decoordinacin apropiado
para cada rel
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controlando uninterruptor, de forma a
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
interruptor mas cercano a
la falla abra primero. La operacin delelemento de sobrecorriente, nicamente
inicializa el elemento deretardo de tiempo.
Rels de Tiempo Inverso
Con esta caracterstica eltiempo de operacin esinversamente proporcionala la corriente de falla y la
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caracterstica actual es unafuncin de ambos a ustes:
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
tiempo y corriente.
Margen de Coordinacin
El intervalo de tiempoentre la operacin de dosrelevadores adyacentesdepende de un numero de
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pfactores: Tiempo de interrupcin
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
de la corriente de fallapor el interruptor.
Tiempo de sobre carreradel relevador.
Errores.
Margen de seguridad.
Ajuste del Multiplicador de Tiempo
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Ejemplo de Coordinacin
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Coordine B con A utilizando la corriente de falla mxima IFMAX:
Ambos relevadores tienen curva IDMT Normal (3/10). Relevador A:
Ajuste de corriente es 5 Amperios secundario o 100 Amperios primarios.
IFMAX = 1400 =14 veces el TAP.
Tiempo de operacin en 14 veces el Tap, con TMS igual a 0.05 es 0.13 segundos.
Ejemplo de Coordinacin
Relevador B: Ajuste de corriente es 5Amperios secundario o200 Amperios primarios.
IFMAX = 1400 = 7
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veces el TAP. Tiempo de operacin en
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
7 veces el Tap, con TMSigual a 1.0 es 3.6
segundos. Tiempo de operacinrequerido = 0.13 + 0.4 =0.53
TMS requerido es 0.53 /
3.6 = 0.147
PROTECCION DE TRANSFORMADOR
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Propsitos del Transformador En SEP
Transferir energa de un circuito a otro por
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medio de acoplamiento magntico.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Reducir perdidas de transmisin.
Usado como filtro de harmnicos:Delta absorbe (Tercera, novena, dcimo quinta,
etc.)
Clasificacin Por Capacidad Pequeo 500 a 10,000 kVA
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Medio 10,000 kVA a 100 MVA
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Menor que 500 kVA no es consideradoun transformador de Potencia.
Componentes del Transformador
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Porque Fallan Los Transformadores
Los devanados elctricos y el ncleo magntico
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estn sujetos a un nmero de fuerzas durante laoperacin:
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Expansin y contraccin debido al ciclo trmico.
Vibracin.
Excesivo calentamiento debido a sobrecarga y fallaen el sistema de enfriamiento.
Impacto de fuerzas por corrientes a travs del
transformador.
Tipos de Fallas en los Componentes
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Tipos de Fallas en los Componentes
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Estadstica de Fallas
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Filosofa y Aspectos Econmicos
La proteccin de Transformadores debe ser
d lt l id d lt ibilid d
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de alta velocidad y alta sensibilidad para: Reducir los daos al e ui o los costos de
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
reparacin.
Detectar corrientes bajas en las fallas internasde los transformadores
Diseo Bsico
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Circuito Equivalente
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Formulas para el Transformador
V1I1 = V2I2 AAI = 5 I = 10
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V1I1 = V2I2 AA
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
N1V2 = N2V1
N2I1 = N2I2V = 100 V = 50
N = 100 N = 50
Tipo de Enfriamiento
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
OAF: Inmerso en liquido con punto de inflamacin menor o igual a 300C,enfriamiento por Aire, circulacin forzada.
Arreglos de los Devanados
Y-Y:Conduce la secuencia cero entre circuitosProporciona fuente de tierra al circuito secundario
D-D:Bloquea la secuencia cero entre circuitos
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Bloquea la secuencia cero entre circuitos
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
o proporc ona uente e t erra D-Y:
Bloquea la secuencia cero entre circuitoProporciona fuente de tierra al circuito secundario
Y-D:
Bloquea la secuencia cero entre circuitosNo proporciona fuente a tierra al circuito secundario
Proteccin de Transformadores
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Elementos de Proteccin deTransformadores
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Proteccin Elctrica
Corto Circuito Interno:
Fallas de Fases: 87T 87H
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Fallas de Fases: 87T, 87H
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
, ,
Corto Circuitos en el Sistema
Fallas de Fases: 50/51, 50N/51N, 46
Falles de Tierra: 50/51, 50N/51N, 46
Proteccin Elctrica
Condiciones Anormales:
Circuito Abierto: 46
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Circuito Abierto: 46
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Frecuencia Anormal: 81
Voltaje Anormal: 27, 59Falla de Interruptor: 50BF, 50NBF
Sobrecarga: 51
Proteccin Mecnica
Acumulacin de Gases: rel Buchholz 63
Producto de arcos internos: Relevadores de Presin:
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Producto de arcos internos: Relevadores de Presin:
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Arcos generados por ondas de presin en el
aceite o gas Trmicos: Temperatura devanado, aceite.Sobrecarga
Sobre excitacin
Proteccin Diferencial 87
Es aplicable a transformadores mayores a 10 MVA
Proporciona la mejor proteccin para fallas entrefases fase a tierra
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Proporciona la mejor proteccin para fallas entrefases fase a tierra.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Compara las corrientes fluyendo dentro y fuera de
la zona de proteccin. Debe operar rpidamente cuando la corriente
diferencial excede al ajuste del relevador.
Factores que Afectan la Proteccin 87
Cuando aplicamos la proteccin diferencialdebemos tomar en cuenta los siguientes
factores:
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factores:
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
.Relaciones y caractersticas diferentes de los CT.
Cambio de fase en la conexin del Banco.Taps del transformador para control de voltajes.Cambio de fase y/o taps de voltajes en la
regulacin de transformadores.
Corriente de Magnetizacin
El fenmeno demagnetizacin, Inrush,
es una condicintransitoria que ocurre
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transitoria que ocurre
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
cuando energizamos untransformador.
No es una falla, por lotanto la proteccin nodebe operar.
Factores Involucrados en el Inrush
Momento de laenergizacin
Tamao deltransformador
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Tamao del sistema Tipo de acero del ncleo Relacin L/R del
transformador y delsistema.
Caractersticas de Rel Diferencial
Restriccin de
Harmnicos.
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
diferencial
Restriccin contrasobre flujo
Aplicacin de Rel 87
Se recomienda que el tap del CT en carga mximade aproximadamente 5 amperios.
Los CT deben ser conectados de manera acompensar el desfase angular del Banco y filtrar
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p g y
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
a secuenc a cero e c rcu o erenc a . El rel debe ser conectado de manera que las
corrientes entrando y saliendo del mismo estn enfase para una carga balanceada.
Solo debe haber un punto de aterrizaje en el
esquema diferencial.
Aplicacin de Rel 87
Una vez seleccionado las relaciones de losCT y los Tap del rel, verificar los valores
de corriente nominales de los devanados
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
.
Verificar el porcentaje de error de corriente,de manera que los tap seleccionados tenganun margen de seguridad adecuado.
Conexin de Rel 87
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Pasos para el ajuste de un Rel 87
Examinar el desempeo de los CT
Calcular los Tap de los devanados
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p
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Determinar el punto de quiebra de la pendiente
Determinar el pickup del 87H
Determinar el pickup del 87GD
Desempeo del CT
Determine la mxima corriente primaria de falla defase y tierra.
Calcule la corriente secundaria basado en el tipo deconexin relacin de los CT.
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conexin relacin de los CT.
Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Determine la carga presentada al circuito
secundario del CT. Determine el voltaje secundario mximo producidode la carga y de la corriente secundaria.
Verifique el voltaje mximo secundario con lacapacidad del CT.
Continuacin
CTS conectados en Y: CTS conectados en D: Determine todas las cargas en el circuito
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
secundario.Rels, medidores, instrumentacin.
Determine la carga de los conductores, el loopcompleto. Use tabla de valores AWG @
ohms/ft.
Continuacin
Determine la impedancia del CT
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Fallas A Travs Del Transformador
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Fallas Internas
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
PROTECCION DE BARRA
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Proteccin Diferencial De Barra
La proteccin de barra es importantedebido a que una falla en una barra resultaen la perdida de muchos circuitos.R i d l i i d
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Requiere que todos los circuitos conectadosa la barra estn involucrados.
De forma que compare toda la corriente queentra a la zona con toda la corriente que
sale de ella.
Proteccin Diferencial De Barra
Cuando tenemos entre 6-8 circuitos, labarra es dividida y unida a travs de uninterruptor de amarre.
Un arreglo de barra es utilizado param n m zar e numero e c rcu to que e e
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
m n m zar e numero e c rcu to que e eser abierto para una falla en la barra.
Usualmente los interruptores asociados a labarra tienen cuchillas manuales en amboslados. Las mismas son operadas sin carga.
Arreglos de Barra Tpicos
Barra Sencilla - Interruptor Sencillo Barra sencilla conectada con Interruptor de
amarre.
Barra Principal y Barra de transferencia -Interruptor Senc o
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Interruptor Senc o. Doble Barra - Interruptor sencillo. Doble Barra - Doble Interruptor. Barra en Anillo.
Interruptor y Medio.
Barra Sencilla- Interruptor Sencillo
Es el diseo de barrams bsico, simple, yeconmico.
Es usado en sistemas
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
niveles de voltajes de
transmisin bajo. No proporcionaflexibilidad en la
operacin
Barra Sencilla- Interruptor Amarre
Es una extensin debarra sencilla.
Es usado en sistemas dedistribucin y
subestaciones
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Proporciona flexibilidad
cuando la subestacines alimentada por dosfuentes.
Barra Principal Barra de Transferencia
Incrementa flexibilidad deoperacin.
Todos los circuitos sealimentan de la barraprincipal.
Normalmente la barra de
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
energizada.
Solo se puede conectar un
circuito a la vez a la barra detransferencia.
Las protecciones asociada alinterruptor de amarre entre
barra, debe ser adaptable.
Doble Barra Interruptor Sencillo
Alta flexibilidad paraoperacin del sistema.
Cualquier lnea puede seroperada de cualquier barra.
Las Barras pueden ser
operadas juntas oindependientemente. Requiere maniobra
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Requiere maniobracomplicada de lasprotecciones.
Las protecciones asociada alinterruptor de amarre entrebarra, debe ser adaptable.
No es de gran uso, por
complicaciones en protec.
Doble Barra - Doble Interruptor
Arreglo muy flexible,requiere dos interruptorespor circuito.
Cada barra es protegida porun diferencial separado.
La proteccin de lnea opera` ,
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
ambos interruptores.
Con todos los interruptores
cerrados, una falla encualquier barra nointerrumpe el servicio en laslneas.
Barra En Anillo
Este arreglo ha resultadobastante comn,particularmente en altovoltaje.
Cada interruptor sirve a dos
lneas.
interruptores resulta parte de
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
interruptores resulta parte dela lnea.
No se aplica, o no serequiere proteccin de barra.
Interruptor Y Medio
Este arreglo proporciona mas
flexibilidad que la barra enanillo, pero requiere msinterruptores.
Tambin es muy comn, en
sistemas de alto voltaje conmlti les circuitos.
Las barra de operacin tiene
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Las barra de operacin tienediferenciales separados.
El interruptor del mediosirve a ambas lneas.
No se aplica, o no serequiere proteccin de barra.
Informacin Para Aplicacin de 87B
Configuracin de la Barra Corriente de fallas Mximas y Mnimas
(Monofsica y trifsica).
Requerimiento de velocidad de operacin. C i t
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Corrientes.
LocalizacinRelacinClase de precisin
Curva de saturacin
Practicas Comunes en la Proteccin 87B
Usar TCS dedicados. La longitud del cable de conexin debe ser la mnimaposible.
Usar la mayor relacin de los TCS.
Para el arreglo de barra principal barra de transferencia, nose usa 87 para la barra de transferencia.
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
p
No se requiere 87, para un arreglo de barra en anillo.
Arreglo especiales deben ser considerados si hay otrosequipos involucrados.
No hay arreglo sencillo para el 87, en doble barra-doble
interruptor.
Tcnicas de Proteccin 87B
Dos tcnicas ms usadas para evitar
problemas por saturacin de CT:
Diferencial de Corriente de restriccinMltiple
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
t p e
Diferencial de Barra por Alta Impedancia
Proteccin Diferencial Una preocupacin es la saturacin
del CT. Para la falla externa F la corriente
en el CT del alimentador fallado esla suma de todas las corrientes y elTC est en peligro de resultarsaturado.
Un TC saturado no producei t d i
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
corriente secundaria.
El devanado secundario presenta uncamino de baja impedancia a uncircuito externo conectado en susterminales.
Diferencial de Restriccin Mltiple
Es el mtodo mas verstil, para aplicacin generalusando TCS convencionales. Pero es mas difcil deaplicar. Debido a que los TCS pueden saturarse y lacorriente secundaria, puede no representar la corriente
pr mar a.
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Dennis Jimenez, M.I. Proteccion de SEP
Son usados con un devanado de restriccin conectado
a cada circuito que es una fuente mayor de corriente defalla. Todos los TCS son conectados en Y, excepto cuanto
tenemos un transformador.
Diferencial de Restriccin Mltiple
Es el mtodo mas verstil, para aplicacin generalusando CT convencionales. Pero es mas difcil deaplicar.
Son usados con un devanado de restriccin conectadoa ca a c rcu o que es una uen e mayor e corr en e ef ll
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falla.
Los alimentadores y circuitos con contribuciones decorriente de falla baja, pueden conectarse en paralelo Todos los TCS son conectados en Y, excepto cuanto
tenemos un transformador.
Conexin Diferencial de Restriccin Mltiple
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Proteccin De Barra Alta Impedancia
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FALLAS EXTERNASFALLAS EXTERNAS
Proteccin De Barra Alta Impedancia
Para fallas externas:
La corriente a travsdel rel es casi cero.
VR es bajo.
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R j
Por lo tanto, debeestar por debajo delpickup para evitardisparos no deseados.
FALLAS EXTERNASFALLAS EXTERNAS
Proteccin De Barra Alta Impedancia
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FALLAS INTERNASFALLAS INTERNAS
Proteccin De Barra Alta Impedancia
Para fallas internas:
Fluye una corriente atravs del rel.
VRes bien alto.
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FALLAS INTERNASFALLAS INTERNAS
Proteccin De Barra Alta Impedancia
Zr es de muy alta impedancia.
Para fallas externas, el voltaje VR es mnimo. , R debido a la alta impedancia
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debido a la alta impedancia.
El ajuste del rel est en voltaje por lo que elpickup debe estar por debajo del VRmedidodurante fallas externas.
Conexin Diferencial de Alta Impedancia
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Hardware Diferencial SEL-587Z
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Conexin Diferencial
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Mtodo Comparacin 587Z El elemento diferencial
compara el voltaje medidocon el ajuste del elementodiferencial.
Como para el calculo secomparan dos valores, el
elemento acta como uncomparador. Cuando el voltaje medido
excede el ajuste, el rel
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activa un bit de palabra
apropiado. Si este bit fueentrado en la ecuacin dedisparo y le fue asignada unasalida, el contacto cierradisparando el Interruptor.
Calculo de Ajuste
Para el calculo deajuste, equilibre dosconsideraciones:
Valor bajo de ajuste paramxima sensibilidadpara fallas dentro de lazona.
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Valor alto de ajuste, para
asegurar estabilidadcontra saturacin de CTen fallas a travs.
Calculo de Ajuste
El voltaje es directamente
proporcional a laresistencia del conductor ydel TC.
Mantener el voltaje tan
bajo como posible,
ac en o e para e o o mascercano posible de losTCS
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TCS.
Utiliza la mayor relacinde TC, par corrientes defallas altas.
Calculo de Ajuste
Comparando el valorcalculado con el voltaje derodilla del CT, vemos que178 V, esta muy por
debajo del voltaje derodilla de 432 V.
Ajustamos los elementosde voltaje del rel de alta
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de voltaje del rel de alta
impedancia al mayor valorposible,desarrollado parauna falla extrena.
Mnima Corriente de Operacin
La corriente primariamnima de operacin
para falla interna esdada por la ecuacin
3.5 La corriente de
it i I
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excitacin Ie es
obtenida de la curva deSaturacin del TC.
Corriente en MOV
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La corriente a travs del elemento MOV es cero, para Vs = 267 V.
Corriente en MOV
Considere las reasbajo la curva, paraseleccin delnmero de MOV.
S el punto dearriba de la curva
i l i
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superior seleccioneuna relacin y/oclase de TCdiferente
PROTECCIONES DE LINEAS
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Introduccin
Las lneas de transmisin son la parte ms extensadel sistema y la menos protegida contra la
influencia del ambiente. Es la parte del sistema con mayor probabilidad de
causar dao a las personas, equipos y estructuras
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p , q p y
que no son parte del sistema. En el rango de alto voltaje (arriba de 170 Kv), las
lineas son directamente aterrizadas.
Estadstica
La probabilidad de fallas en las lneas detransmisin, como consecuencia de
descargas atmosfericas, estan entre 0.2 - 3a as por m-ao.
Alrededor de 80% de las fallas en las lineas
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Alrededor de 80% de las fallas en las lineas
son monofsicas a tierra, 10% son bifsicasa tierra, 5% bifsicas, el resto de las fallassuman el otro 5%.
Limites de la L/T
Es definida por lalocalizacion de losinterru tores, uesirven para aislar lalinea de otros equipos
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linea de otros equipos
del sistema.
Tipos de Protecciones de Lneas
Relevador de Distancia (21): Su principiode medicion est basado en el clculo de laim edancia vista or el relevador definida
como impedancia aparente y calculada
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