TRABAJO 2-3

TRABAJO 2-3 PROTECCIONES ELCTRICAS

Entregado por:

Ana Mara Lpez Grajales Shirley Ruiz Hernndez

Profesor:

Jorge Wilson Gonzlez Snchez

Universidad Pontificia Bolivariana Facultad de Ingeniera

Departamento de Ingeniera Elctrica y Electrnica Medelln

2014

Protecciones Elctricas. Taller 2-3

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Contenido

1. INTRODUCCIN ............................................................................................................... 3

2. OBJETIVOS .......................................................................................................................... 4

2.1 OBJETIVO GENERAL. ................................................................................................ 4

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS. ........................................................................................ 4

3. DESARROLLO DEL TALLER. .................................................................................................. 5

4. CONCLUSIONES..36

5. RECOMENDACIONES. .................................................................................................... 37

6. REFERENCIAS. ................................................................................................................ 38


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1. INTRODUCCIN

Todos sistemas elctricos de potencia estn sometidos a condiciones operativas que pueden identificarse como normales o condiciones que representan peligro o algn riesgo. Por tanto para poder garantizar, conservar y resguardar la funcionalidad del sistema y sus elementos ante las condiciones de peligro, generalmente se utilizan esquemas de proteccin con caractersticas definidas; esquemas cuya ejecucin requiere un conocimiento adecuado del sistema y de los elementos que se quieren proteger. Asimismo sabemos que el objeto de un sistema de proteccin es disminuir la influencia de una falla o inadecuada operacin en el sistema, hasta tal punto que no se genere daos relativamente importantes en l, ni que tampoco ponga en peligro la vida de los seres vivos, entendindose por ellos, humanos, animales y planta. Esto solo puede conseguirse cubriendo constantemente los sistemas de potencia mediante el uso de esquemas de proteccin y rels. Por todo lo anterior en el presente trabajo tenemos un sistema de potencia, en el

cual tendremos que ajustar varias protecciones, de acuerdo a las

recomendaciones de la norma y principalmente a los conceptos vistos en el curso

de protecciones elctricas. Entre ellas la proteccin de la lnea de transmisin, la

proteccin a generadores, proteccin del transformador, proteccin a barras, entre

otros. Tambin nos ayudaremos con la ayuda del software Digsilent muy til para

las simulaciones y coordinaciones de los distintos rels.


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2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL.

Aplicar los conceptos aprendidos en clase acerca de las diferentes protecciones elctricas en un software comercial.

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS.

Usar el programa Digsilent como herramienta de simulacin, anlisis y coordinacin de sistemas de proteccin elctricos.

Estudiar el efecto de la coordinacin de protecciones en los sistemas elctricos de potencia, con el fin de eliminar los efectos negativos que pueden presentarse durante una falla.

Conocer los diferentes mtodos de puesta a tierra de los generadores y la efectividad de los mismos ante diferentes condiciones de operacin.

Entender el efecto de los OLTC sobre los rels de proteccin 87T, con el fin de usarlos adecuadamente en el proceso de coordinacin del mismo.


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3. DESARROLLO DEL TALLER. A.

P2-T2: Cmo afecta un OLTC (On Load Tap Changer) a un 87T? Las fallas en transformadores se pueden clasificar en:

Fallos sinuosas debido a cortocircuitos (fase-fase, fase-tierra, el devanado abiertas)

Fallas fundamentales (fallo de aislamiento bsico, laminaciones en corto)

Fallos de terminales (cables abiertos, conexiones sueltas, cortocircuitos)

Fallos cambiador de tomas bajo carga (mecnica, elctrica, cortocircuito, sobrecalentamiento)

Para muchas aplicaciones de transformadores de potencia, una interrupcin del suministro durante un cambio de toma es inaceptable, y el transformador es a menudo equipado con un mecanismo ms costoso y complejo de tomas en carga cambiante (OLTC, a veces LTC). Cambiadores de tomas con carga pueden ser generalmente clasificados como mecnicos, asistido electrnicamente, o totalmente electrnico. Por motivos de seguridad, varios transformadores estn instalados en subestaciones de distribucin. Cuando OLTC de se utilizan para la tensin de control, las corrientes circulantes fluirn entre transformadores si las tensiones en los terminales de carga en que no se mantienen a la misma nivel en todo momento. Por esta razn, es una prctica normal para transformadores en servicio en un lugar que tenga la misma calificacin, el mismo nmero de puestos de tapping, toque intervalo y el mismo sistema de control de cambio de toma. Si se cumplen estos requisitos es habitual para un solo rel de AVC para operar todos los cambiadores de toma simultneamente a la misma posicin de toma. A veces puede no ser posible obtener un valor aceptable de discrepancia con los TCs disponibles o los rel TAP diferenciales. Estos casos requieren el uso de TCs auxiliares o transformadores de corriente de balance. Es preferible en la aplicacin la presencia de estos para reducir la corriente a los rels si es posible. La reduccin de la secundaria corriente a los rels reduce la carga de rel por el cuadrado de la corriente relacin. Cuando la corriente se incrementa a los rels, el rel de carga se incrementa por el coeficiente de liquidez cuadrado. Esto no incluye la carga de la los auxiliares, que deben ser aadidos a la carga en el secundario en el total de transformadores de corriente. Por lo general, estos TAPs proporcionan la posibilidad de modificar la relacin de voltaje 10% para el control de tensin. Rels diferenciales que pueden aplicarse como se discute anterior. La relacin del TC y el rel seleccin TAP se deben hacer en el punto medio del rango TAP cambiante y con un bajo valor de M. La


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suma de M, ms la mitad de la gama TAP debe estar dentro de las caractersticas porcentuales de rel. Con el transformador de TAP el desajuste mximo es de 13,78%, lo que ocurrira el TAP mximo o mnimo de tensin. Este valor es siempre dentro de las caractersticas diferenciales porcentuales de los rels aplicables.

Cmo se tienen en cuenta para ajustar una 87T? Para realizar los ajustes del rel, el primer paso es determinar el desfase del transformador de potencia entre los lados de alto y bajo voltaje. Lo que hay realizar es un diagrama fasorial de las corrientes y encontrar el ngulo en que se adelantan las corrientes del lado de alto a las corrientes del lado bajo en el rel. La conexin del rel TPU2000r estar dado por la siguiente figura:

Al realizar el diagrama fasorial de las corrientes del primario con respecto a las

corrientes del secundario, observamos que la corriente del primario atrasa en 30


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grados a la corriente del secundario, es decir que la corriente del primario adelanta

en 330 grados la corriente del secundario.

Demostrar que con OLTC este 20% se incrementa en el valor mayor (valor absoluto) de derivacin del TAP.

La mayora de los rels de transformadores diferenciales tienen un parmetro de

diferencia pendiente de 20%, 30% y 40% como se muestra. El ajuste deseado es

dictado por el rango de funcionamiento del conmutador bajo carga, que es

responsable de la mayor desequilibrio de corriente en condiciones saludables, por

ejemplo, si el cambiador de tomas rango es de 15 a -5% = 20%, entonces se

selecciona el ajuste de polarizacin 20%. Conexiones tpicas para un

transformador delta-estrella sera como se muestra en la figura:


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Bajo carga o condiciones de falla a travs de las corrientes del secundario del TC,

pasando a travs de los devanados de polarizacin para estabilizar el rel,

mientras que derrame fuera de equilibrio slo pequeas corrientes fluirn a travs

de la bobina de operacin, no lo suficiente para causar una operacin. De hecho,

la mayor es la corriente circulante mayor ser la corriente derrame necesario para

disparar el rel, como puede verse en la figura:

B.

Puesta a tierra del generador.

Consultar esquemas. Dos tipos de esquemas de puesta a tierra representan los principales mtodos usados en la industria para aterrizar los devanados del estator del generador. Estos son la puesta a tierra de alta y baja impedancia, que mostraremos a continuacin: Puesta a tierra de baja impedancia: La siguiente figura ilustra un generador

puesto a tierra a travs de un resistor o reactor. El resistor o reactor de puesta a

tierra es seleccionado para limitar la contribucin de la corriente de falla a tierra del

generador entre 200 A y 150 % de la corriente nominal del generador. La puesta a

tierra de baja impedancia es generalmente usada cuando unidades generadoras

mltiples son operadas sobre un bus comn o cuando estn directamente

conectadas a buses de carga sin una transformacin de tensin, proporcionando

as la fuente de tierra para el sistema.


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Puesta a tierra de alta impedancia: La figura siguiente ilustra un generador

puesto a tierra utilizando un transformador de distribucin con un resistor

secundario. Este mtodo de puesta a tierra permite que las corrientes de falla a

tierra sean reducidas a bajos niveles, tpicamente 5 a 25 Amperios. Es usada en

generadores conectados en forma unitaria.

C. C. Para el sistema de potencia industrial de la pg. 85, de la IEC TR 60909-4, 2000, Short-circuit currents in three-phase a.c. systems Part 4: Examples for the calculation of short-circuit currents, tambin programado en los ejemplos (Demo) del DIgSILENT como el caso: Fault 2 with motors.pfdque est ubicado en el caso genrico: IEC 909 Example 3, realizar un estudio de coordinacin y ajuste de protecciones de acuerdo con el siguiente derrotero:

a. Instalar una lnea de transmisin de 15 km entre el alimentador y la barra Q. Se recomiendan como parmetros: Zserie=(0,048 + j0,48) ohm/km. Para estudios de cortocircuito y protecciones se puede despreciar el componente capacitivo (adems de lo corta que es la lnea); tensin 220 kV, frecuencia del sistema (creo que es 50 Hz).

Primero insertamos la lnea, usando los elementos del programa Digsilent. Despus definimos los parmetros, como la impedancia de la lnea, donde


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R=0.048 /km y X=0.48 /km. Definimos el nivel de tensin en la lnea el cual va ser de 220 kV, la frecuencia del sistema, que en este caso es 50 Hz.

Igualmente ponemos la longitud de la lnea de transmisin la cual es de 15 km.


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Como podemos ver obtenemos la reactancia de secuencia positiva (X1) y la impedancia de secuencia positiva de la lnea (Z1), la cual tiene los siguientes valores:

b. Demarcar las zonas de proteccin y asignar las protecciones elctricas y mecnicas de acuerdo con estndares internacionales (se recomiendan IEEE) o de acuerdo con textos reconocidos (Blackburn, Horowitz, Anderson, Cigr).

Protecciones elctricas y mecnicas de acuerdo con estndares internacionales:

Generador: Estas fallas se dividen dependiendo de los componentes del generador: fallas a tierra en el estator (87), muy comn para generadores mayores de 15 MVA y para generadores menores el 51 V. El tiempo de disparo esta entre 0.1 y 1 segundo. Tambin est las fallas entre espiras,


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sobretemperatura (49), fallas a tierra del rotor, perdida de excitacin (40), etc.

Transformador: La eleccin de la proteccin apropiada puede estar condicionada tanto por consideraciones tcnicas, de confiabilidad, econmicas y por el tamao del transformador. En la proteccin del transformador se estn utilizando tcnicas de procesos avanzados a travs de seales numricas y recientemente introducciones de inteligencia artificial, lo cual facilita tener una proteccin ms rpida, segura y confiable para el transformador. 87% para transformadores mayores de 10 MVA, aunque a veces para transformadores mayores de 5 MVA. Esta proteccin se considera como principal. Por otra parte, la 51 se aplica para proteger ante sobrecargas. Ajuste entre 1.1 y 1.5 la corriente nominal y debe coordinar con los rels aguas abajo.

Barras: la barra es un elemento que dispone de alta confiabilidad pero tambin ocurren fallas, llegando a ser un elemento crtico en el sistema de potencia, ya que es el punto de convergencia de muchos circuitos talas como transmisin, generacin o carga. La barra del sistema de potencia debe estar provista de una proteccin de alta velocidad que minimice los daos en los equipos y que evite la inestabilidad del sistema antes condiciones de falla. Algunas de estas protecciones son: barra sobrecargada o de respaldo selectivo, comparacin direccional, proteccin diferencial de barras, la proteccin diferencial porcentual con alta impedancia moderada, etc.

Lneas de transmisin: Las principales protecciones de lnea son: la proteccin de distancia, que es selectiva y puede ser rpida o lenta dependiendo segn la longitud de la lnea, la carga que se prev transportar y para lo cual se debe tener en cuenta algunas razones principales. Tambin se encuentran las protecciones de sobre y bajo voltaje, que opera a un tiempo determinado cuando se supera un valor de voltaje especifico. Se incluye tambin el rel de recierre y verificacin de sincronismo. Tenemos entonces la 21, 27, 59, 67 y 67N.

Mecnicas: Encontramos los rels de presin sbita o vlvula de sobrepresin, que son aplicables en los transformadores sumergibles de aceite. Estos rels operan ante cambios sbitos de presin del aceite, que se originan durante fallas internas. Este rel no opera por presiones estticas o cambios de presin resultantes de la operacin normal del transformador.


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El rel Buchholz es una de las protecciones propias del transformador y se utiliza ampliamente en la proteccin de transformadores sumergidos en aceite, ests una combinacin de gas y rel de aceite y es instalado en la parte superior del tanque principal.

c. Determinar si la lnea a proteger es corta, media o larga de acuerdo con el SIR (clusula 4.1 Length considerations - IEEE Std C37.113-1999). Para calcular el SIR realice estudios de cortocircuito con el DIgSILENT. Calcule la Xth, y con la Xlnea halle el SIR.

Las lneas se deben clasificar segn el valor del SIR (Source to Line Impedance Ratio) que es la relacin entre la reactancia de la fuente situada detrs de la proteccin de la lnea y la reactancia de la lnea, y no solamente segn su longitud, como se establece en la Gua de la IEEE, Standard C37.113-1999, as:

Lneas Cortas: SIR 4. Lneas Medias: 0.5SIR4. Lneas Largas: SIR0.5.

Para calcular la reactancia de la fuente, hacemos un estudio de cortocircuito, donde desconectamos todo lo que este aguas abajo, y solo dejamos la fuente de ese sistema de potencia, y as calculamos un equivalente de thevenin, como mostramos a continuacin:


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De la simulacin tenemos que:

Ahora con la impedancia de la fuente y la impedancia de lnea calculamos el SIR:

Como podemos ver nuestra lnea de transmisin es una lnea larga, de acuerdo al criterio de la SIR. Se podra pensar que la lnea era corta, por su poca longitud, pero pudimos comprobar que es todo lo contrario, ya que es larga.

d. Seleccionar un esquema (Clusula 5.2.4 Directional comparison

schemes - IEEE Std C37.113-1999) adecuado para la longitud (SIR) de la lnea.

1. Un esquema adecuado para la lnea sera un POTT, que consiste en lo

siguiente:

POTT (Permissive Overreaching Transfer Trip) El esquema POTT requiere funciones sobrealcance (RO). Este esquema usa un elemento de zona 2 en sobrealcance (tambin se puede usar la zona 1 a ms del 100% de la lnea) para enviar una seal al extremo remoto. El interruptor abre cuando recibe la seal si su elemento de zona 2 (o el de zona 1 en sobrealcance) est detectando una falla. Con fallas externas solamente operar una de las unidades de sobrealcance, por lo que no se efectuar disparo en ninguno de los terminales. El esquema es seguro ya que no dispara para falla externa, pero es menos fiable por los posibles problemas en el canal de comunicaciones, caso en


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el que no habra disparo ante fallas internas. Este esquema necesita lgica de inversin de corriente en lneas paralelas.

2. Otro esquema adecuado o que se podra utilizar sera el PUTT, ya que

tiene funciones de subalcance (RU) y sobrealcance (RO), como explicamos a continuacin:

PUTT (Permissive Underreaching Transfer Trip) El PUTT requiere de una funcin de subalcance (zona 1) que dispara el interruptor local y enva una seal al extremo remoto, y de una funcin de sobrealcance (zona 2). El interruptor del extremo remoto abrir cuando reciba la seal si su elemento de zona 2 est detectando una falla. El PUTT no enviar seal para fallas por fuera de la seccin de la lnea. Este esquema no requiere de lgica para inversiones de corriente en lneas paralelas. El esquema de teleproteccin en subalcance permisivo, PUTT, es reconocido como seguro, dado que no ocasiona falsos disparos.


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3. Un esquema el cual no sera adecuado es el DUTT, ya que tiene solo funciones de subalcance (RU), y podra haber zonas muertas, lo cual sera muy grave, ya que la falla no se despejara. A dems es conocida como disparo directo, razn por la cual al producirse una seal de disparo errnea puede ocasionar una falsa operacin del rel y generar problemas.

DUTT (Direct Underreaching Transfer Trip) Las funciones RU deben superponerse al alcance, en otro caso habra una zona muerta en la lnea donde las fallas no seran detectadas. Por el contrario, puede que no sea posible utilizar funciones de sobre corriente de tierra direccional, ya que es probable que no sea posible ajustarlos para proporcionar la superposicin requerida. Para fallas internas dentro de la zona de traslapo, las funciones RU en cada extremo de la lnea operaran y dispararan el interruptor directamente. Al mismo tiempo, las funciones RU manipularan sus respectivos transmisores para enviar una seal de transferencia de disparo directa a la terminal remota de la lnea. La recepcin de la seal TRIP tambin inicia el disparo del interruptor. El esquema disparar a alta velocidad durante fallas cercanas (close-in). Por el contrario, no se proporcionan disparos en caso de fallas ms all del alcance de las funciones de subalcance si el interruptor remoto est abierto o si el canal de control remoto no est operando. Si solo uno de los canales de comunicacin es usado en cada terminal, la seguridad puede verse comprometida debido a que cualquier salida errnea del canal iniciar un disparo instantneo. Por esta razn, este esquema es comnmente aplicado con dos canales, donde ambas salidas deben iniciar el disparo para garantizar la seguridad. La seguridad puede ser mejorada an ms, porque se requiere que un canal suba la frecuencia, mientras que el otro la baje para iniciar el disparo.


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e. Realizar la seleccin de CTS, PTs. Proceder con el ajuste y coordinacin de las protecciones principales y de respaldo de cada equipo indicadas (ver listado abajo). Seleccionar rels de fabricantes (ABB, Alstom, Beckwith, GE, SEL, Siemens), y llenar las hojas de datos de ajuste del fabricante de los rels seleccionados (ajustes bsicos nicamente).

Sabemos que:

As:

Luego As el CT800/1 un CT1000/1

Para el PT =

=2000


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f. Para proteccin de generadores ajustar la proteccin contra fallas externas (51 V 21 preferible), la diferencial del grupo G-T (87%) y la de prdida de excitacin (40).

La proteccin 21 del generador se ajusta como un respaldo para fallas externas tomndose como impedancia de ajuste la correspondiente al transformador adyacente, que mostramos a continuacin:

Calculamos la corriente nominal, admitindole una sobrecarga del 25 % para as definir el CT a utilizar y posteriormente definiremos el PT para ajustar la proteccin de distancia:

Segn el rel de distancia escogido en Digsilent, el cual fue Dista nce 4 Stages Mho (Rel de distancia de 4 etapas, tipo Mho), tenemos lo siguiente:


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Por todo lo anterior escogemos un CT 9000/1, 10P20. Igualmente escogemos un PT de 21kV/110 V para la misma funcin. Por tanto ajustamos sola la zona 1 al 80% del transformador de potencia,

sabiendo que la tensin en el secundario del trafo y la barra mostrada en la figura

es de 21kV. Igualmente sabemos que el generador tiene una potencia de 250

MVA y el trafo adyacente tiene una reactancia del 15 %, por tanto tenemos que:

(( )

)

Pero en Digsilent el rel se ajusta en Ohmios secundarios, por tanto tenemos que:

(

) (

)

Estos datos los ajustamos en el Digsilent y dejamos configurado el rel de

distancia, para fallas externas del generador.


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Ajuste del Rel de Prdida de excitacin (40) Los ajustes tpicos de los rels de impedancia utilizados para detectar la prdida

de excitacin se definen teniendo como referencia los lmites operativos del

generador, y las trayectorias esperadas de la impedancia en caso de prdida total

o parcial de la excitacin de la mquina. Las dos figuras a continuacin muestran

dos esquemas comnmente utilizados como zonas de deteccin en el plano R-X,

usando rels de impedancia.

Ajuste del rel usando el Esquema 1: La zona ajustada con 1.0 pu. en la base del generador como dimetro (Ver figura de esquema 1), detectar una prdida de excitacin si la mquina opera en un rango entre el 100% y


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el 30% de su capacidad. Se usa normalmente para esta zona un retardo de 0.1 segundos por proteccin contra transitorios. La zona externa tendr un dimetro igual a Xd (reactancia de saturacin) y usar un retardo de 0.5 o 0.6 segundos. Ambas unidades tendrn un offset igual a la mitad de la reactancia transitoria (Xd). El offset y los retardos de tiempo en la operacin de las zonas, se implementan para prevenir operaciones incorrectas durante oscilaciones estables del sistema sin que haya prdida de excitacin; adems brindan la posibilidad de dar respaldo a otras protecciones como la de prdida de sincronismo (ANSI 78), ante oscilaciones inestables.

Ajuste del rel usando el Esquema 2: De forma similar al esquema 1, se usan dos unidades de impedancia, esta vez ajustadas con un offset de Xd/2 y con un alcance igual a 1.1 por Xd, como se observa en la figura del esquema 2. Puede hacerse una verificacin contra las curvas de capacidad y lmite de estabilidad, graficadas en el plano R-X a partir de su definicin en el plano de Potencia activa vs. Potencia reactiva. Adicionalmente, es comn usar funciones como la de subtensin, para prevenir operaciones del rel de prdida de campo, cuando se opera voluntariamente en la regin de subexcitacin, o incluir caractersticas direccionales para restringir la sensibilidad de la proteccin.

En generadores pequeos, la prdida de excitacin puede detectarse identificando la magnitud de la corriente de campo, o mediante un rel que supervise el flujo de potencia reactiva hacia la mquina, o el ngulo del factor de potencia. Estos dispositivos tienden a ser menos precisos y confiables que el esquema de proteccin por impedancia y por lo tanto son utilizados usualmente solo para activar alarmas. Sea cual sea el esquema de deteccin implementado, la proteccin de prdida de campo se dispone normalmente para efectuar disparo del interruptor principal del generador y del interruptor de campo y unidades auxiliares en caso de prdida de excitacin. Este mtodo permite que el generador sea rpidamente resincronizado, si la prdida de campo se debe a una condicin fcil de remediar. Al igual que la proteccin de distancia, la proteccin contra prdida de campo

puede operar de manera incorrecta por causa de oscilaciones estables en el

sistema; si la duracin del paso de la impedancia aparente dentro de alguna zona

de deteccin supera el ajuste de retardo, saldr el generador de operacin, lo cual

puede afectar de manera grave al sistema.


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g. Para proteccin de transformador ajustar 87% (corta). El transformador a proteger es el siguiente, en el cual veremos sus valores de tensin y de potencia, para as poder definir los CTs y PTs a utilizar, con el respectivo rel diferencial que se escoja.

Como vemos de las imgenes tenemos lo siguiente: Transformador de potencia de 250 MVA, con una relacin de 240kV / 21kV Admitiendo una sobrecargar del 25%, tenemos las siguientes corrientes:


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Escogemos un CT 800/1, 10P20, en lado primario Escogemos un CT 9000/1, 10P20, en el lado secundario

10P20 es un ncleo que en condiciones normales (nominales) produce un Error de corriente de 3%. Escogeremos un rel GE Multilin SR745 del fabricante GE, el cual es un rel de

proteccin de transformador. Este rel trabaja de acuerdo con la siguiente grfica:


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Como podemos ver, hay que definir las dos pendientes, el punto de inflexin o quiebre de pendientes y la corriente Pickup (V), con los criterios recomendados por el rel, los cuales son los siguientes:

Corriente Pickup (V): Esta se elige basndose en la cantidad de corriente diferencial que podra existir bajo condiciones de funcionamiento normales.

Pendiente 1 (Pendiente de falla interna): El ajuste de pendiente 1 que es aplicable para las corrientes restringidas desde cero hasta el punto de inflexin (quiebre de pendientes), y define la relacin del diferencial con respecto a la corriente restringida por encima del cual opera el elemento. Est pendiente est ajustada para asegurar la sensibilidad hacia fallas internas en niveles normales de operacin de la corriente. Los criterios para ajustar esta pendiente son: 1. Para permitir el desajuste cuando se opere en el lmite del rango del cambiador de derivacin de carga del transformador (OLTC). 2. para acomodar los errores de CT. En otras palabras se debe seleccionar o ajustar la pendiente de operacin, para que discrimine fallas de condiciones normales, como el OLTC, errores de corriente, CT mismatch, entre otros.

Pendiente 2 (Pendiente de falla externa): Este ajuste es aplicable en corrientes restringidas que se encuentren por arriba del punto de inflexin (quiebre de pendiente) y que han sido ajustadas para asegurar la estabilidad bajo condiciones difciles de falla que podran llevar a corrientes diferenciales altas como resultado de la saturacin del CT. La recomendacin es ajustarla entre el 100% al 200% (saturacin completa), como indica la grfica de pendientes.

Kneepoint o Quiebre de pendientes: sta es el punto de transicin entre las pendientes 1 y 2, en trminos de corriente restringida, en las unidades de la corriente nominal del rel. Ajuste el punto de inflexin justo arriba del nivel de operacin mximo del transformador entre el mximo nominal de la corriente enfriada y forzada y el nivel mximo de la corriente de sobrecarga de emergencia.


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De acuerdo a las especificaciones anteriores, ajustamos el rel:

Para el trafo de potencia de 250 MVA, tenemos un OLTC de 12% (Ajustado

manualmente este TAP)

Por tanto tenemos:

( )

La corriente Pickup(V) es la siguiente:

En Kneepoint o quiebre de pendiente es:

Reflejando las corrientes en el secundario de cada CT, obtenemos:

(

)

(

)

| | | |


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| |

| |

Si ubicamos eso dos punto ( ), vemos que se encuentra por debajo de la pendiente 1, lo cual significa que se encuentra en zona de no operacin, por lo

tanto el rel de no dispara, y esto quiere decir que el rel se ha ajustado

adecuadamente. Este solo debe dispara para fallas internas, en operacin normal

y fallas externas no debera disparar, si eso pasa, hay que ajustarlo nuevamente

para que no se presente esta situacin.

h. Para proteccin de barras indicar el ajuste de acuerdo con el catlogo del fabricante.

Para la proteccin de barras elegimos el rel REB670 del fabricante ABB, el cual

es un rel de proteccin diferencial de barras, su caracterstica es la siguiente:

Proteccin diferencial de barras REB670 El REB 670 est diseado para la proteccin diferencial, selectiva, fiable y rpida de barras, conexiones en T y esquinas en malla. El REB 670 puede utilizarse para la proteccin de estaciones de uno o dos juegos de barras con o sin barra de transferencia, de doble interruptor automtico o un interruptor automtico y medio. El IED puede aplicarse para la proteccin de instalaciones de tensin media (MV), alta (HV) y extra alta (EHV) con una frecuencia de la red elctrica de 50Hz o 60Hz. El IED puede detectar todos los tipos de fallas internas fase a fase y fase a tierra en redes elctricas conectadas a tierra firmemente o conectadas a tierra de baja impedancia, as como todas las fallas multifsicas internas en redes elctricas aisladas o conectadas a tierra de alta impedancia. El REB 670 tiene requisitos muy bajos en los transformadores de intensidad principales (es decir, TI) y no se requieren transformadores de intensidad de interposicin. Para todas las aplicaciones, es posible incluir y mezclar TI principales con corriente secundaria asignada 1A y 5A dentro de la misma zona de proteccin. Normalmente, se pueden utilizar dentro de la misma zona de proteccin diferencial TI con hasta una diferencia de margen de 10:1. El ajuste para distintos ndices de TI principales se realiza de forma numrica mediante configuracin de parmetros.


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La funcin de proteccin diferencial de baja impedancia numrica est destinada a la proteccin rpida y selectiva de fallas dentro de la zona protegida. Todas las entradas del TI conectadas estn provistas de una caracterstica de restriccin. El valor mnimo de deteccin para la corriente diferencial se ajusta para proporcionar una sensibilidad adecuada para todas las fallas internas. Para aplicaciones de proteccin de barra, el valor de configuracin tpico para la corriente mnima de funcionamiento diferencial es del 50% al 150% del mayor TI. Este ajuste se realiza directamente en amperios primarios. La pendiente de funcionamiento para la caracterstica de funcionamiento diferencial est fijada en 53% en el algoritmo. El tiempo de desconexin rpido de la funcin de proteccin diferencial de baja impedancia es especialmente ventajoso para redes elctricas con altos niveles de fallas o donde se requiera una eliminacin de fallas rpida para la estabilidad de la red elctrica. El algoritmo avanzado de deteccin de TI abierto detecta de forma instantnea los circuitos secundarios de TI abiertos y evita el funcionamiento de la proteccin diferencial sin necesidad de zona de comprobacin adicional. Las zonas de proteccin diferencial en REB 670 incluyen nivel operacional sensible. Este nivel operacional sensible se ha diseado para poder detectar fallas a tierra de barras internas en lneas elctricas a tierra de baja impedancia (es decir, redes elctricas en las que la corriente de falla a tierra est limitada a un cierto nivel, normalmente entre 300A y 2000A primarios por reactancia o resistencia de punto neutro). Este nivel sensible se puede usar de forma alternativa cuando se requiere alta sensibilidad desde la proteccin diferencial de barra (es decir, energizacin de barra a travs de una lnea larga). En la siguiente figura se muestra la caracterstica de funcionamiento global

de la funcin diferencial en REB 670.


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Est disponible la caracterstica de zona de comprobacin global integrada,

independiente de la posicin del seccionador. Puede utilizarse en estaciones de

dos juegos de barras para asegurar la estabilidad de la proteccin diferencial de

barras en caso de indicacin de estado completamente errneo del seccionador

de barras en alguna de las celdas de alimentacin.

i. Para la proteccin de lnea ajustar 21, 67 y 67N. Coordinar dos

unidades de sobrecorriente adyacentes. Seleccionar tipo adecuado del 21 (Mho, Cuadriltero) y esquema de comunicaciones o permisivo (POTT, PUTT, etc.).

Ajustamos la proteccin de distancia de la lnea (21). Primero vemos nuevamente los parmetros de lnea, las cuales son los siguientes:

Como sabemos y vemos de la anterior grfica, tenemos:

Segn el rel de distancia escogido en Digsilent, el cual fue Distance 4 Stages Mho (Rel de distancia de 4 etapas, tipo Mho), tenemos lo siguiente:


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Por todo lo anterior escogemos dos CTs 1000/1, 10P20, para poner una al principio de la lnea y otra al final de sta. Igualmente escogemos dos PTs de 220kV/110 V para la misma funcin. Ahora procedemos a ajustar las zonas de rel, empezamos primero ajustando el rel sealado a continuacin:

( )

Pero en Digsilent el rel se ajusta en Ohmios secundarios, por tanto tenemos que:

(

)


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( )

( )

( ) =

Sabemos que el transformador tiene una reactancia del 15 %

(

)

( ) + 0.8 ( ) =

( )

( )


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( )

Ahora procedemos a configurar el rel en el programa Digsilent, con las

impedancias halladas anteriormente de la siguiente manera:

Zona 1


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Zona 2

Zona 3


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Zona Reserva

Igualmente ajustamos el segundo rel que se encuentra en la esquina posterior, solo que a la hora de configurarlo, no tenemos transformador de potencia adyacente, por lo cual podramos ajustar la zona 3 a un 200% 0 250 % de la la impedancia de lnea de transmisin. En el esquema podemos escoger un POTT, por lo que explicamos en el enciso d.

de este trabajo. Principalmente la ventaja de este sistema es su funcin de

sobrealncance, en el cual los rels de una lnea se comunican por medio de

canales, y por ser permisivos, dan la orden de disparo en tiempos ms rpidos,

por lo cual la proteccin sera ms segura, evitando desgastes y daos en los

equipos a proteger.

j. Realizar la coordinacin con el DIgSILENT PF para las protecciones

direccionales de sobrecorriente y el ajuste de una de distancia. En la de distancia realizar sensibilidad con la resistencia de falla alta (rbol efecto infeed). Comentar sobre posibilidades de sub o sobre alcance. Incluir los grficos respectivos de coordinacin.

Cuando tenemos fallas, en la lnea de transmisin, se nos presenta comnmente el efecto Infeed, el cual engaa al rel y lo hace ver un Z de falla muy alta, lo que se traduce en un subalcance del rel, por esta impedancia tan alta que l est viendo. En otras palabras el rel no ve la falla, y no dispara. Simularemos una falla


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en nuestra lnea de transmisin miraremos si se presenta sobrealcance o subalcance. Simularemos una falla trifsica balanceada, al 50 % de la lnea, con un Rfalla de 1.5 como mostramos a continuacin:

Rel del extremo superior de la lnea:


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Rel del extremo inferior de la lnea

Al ver los resultados arrojados por las dos grficas, vemos que el efecto Infeed se

ve reflejado en el segundo rel (rel del extremo inferior). Podemos concluir esto

porque la falla se present al 50 % de la lnea, pero el primer rel (rel del extremo

superior) lo detecta en su zona 1, en cambio el segundo rel no lo detecta en

ninguna de sus zonas, inclusive ni en las zonas de mayor alcance, como podemos

evidenciar en la grfica inmediatamente anterior. Es por esto que el rel sufre una

especie de engao, ya que este ve una resistencia de falla muy grande,

comparada con la que realmente ocurre, por lo que el rel sufre un subalcance.

Por esto hay que tener mucho cuidado al ajustar los rels de distancias para que

nos evitemos tanto los problemas de sobrealcance, como los de subalcance.


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4. CONCLUSIONES

El software DIgSILENT Power Factory es una excelente herramienta

integrada para el anlisis de sistemas elctricos de potencia, que permite

realizar varios estudios caracterizando tcnicas confiables y flexibles.

Los modelos de las protecciones elctricas de DIgSILENT son muy

reales, ya que permite crear protecciones complejas en sistemas de

potencias considerables.

Para coordinar los diferentes rels es importante obtener

previamente los clculos de flujo de carga y de cortocircuito del sistema,

DIgSILENT es una herramienta muy completa la cual permite realizar estos

estudios.

El buen funcionamiento de un rel de proteccin est relacionado

con el comportamiento del transformador de corriente y de potencial

asociado, para lo cual es de gran importancia realizar bien los clculos para

elegir los transformadores, pues en caso de una mala eleccin, las

protecciones no actuaran como se espera.

Una lnea de transmisin se puede proteger con protecciones de

distancia o proteccin diferencial, en la eleccin de la proteccin es

importante tener en cuenta que tipo de lnea se tiene puesto que la

protecciones diferencial solo se aplica para lneas cortas.


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5. RECOMENDACIONES.

Al realizar la seleccin de los transformadores de corriente y de tensin

que permiten la lectura de los dispositivos inteligentes de protecciones no

se toman en cuenta diferentes factores, tales como el nivel de aislamiento

en alta tensin y el nivel de saturacin para los transformadores, lo cual es

de gran importancia tener en cuenta para el correcto funcionamiento de

los rels.

En los sistemas de potencia los elementos que ms fallan son las lneas

por lo cual se les debe dar mayor atencin y proteger adecuadamente con

todas sus protecciones incluyendo el recierre, que es muy comn en las

lneas de distribucin.

Los rels que se instalan en los diferentes sistemas elctricos deben ser

modernos de ltima tecnologa para proporcionar mayor seguridad al

sistema, adems de garantizar por un amplio tiempo los repuestos a estos

dispositivos.


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6. REFERENCIAS.

Blackburn, J. Lewis, Domin, Thomas. Protective Relaying. Principles

and Applications, Third Edition, 2006.

Ramrez, Carlos Felipe. Introduccin a los rels de proteccin. Tercera

edicin, 2006.

TRABAJO 2-3

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