CATÁLOGO DE PRÁCTICAS TIPO EMPLEANDO EL MÓDULO DE...

CATÁLOGO DE PRÁCTICAS TIPO EMPLEANDO EL MÓDULO DE SISTEMAS

DE POTENCIA Y EL SOFTWARE MSCOM2

ANDERSON MOLINA SALAMANCA

LUIS ANTONIO PEÑA MALAMBO

TRABAJO DE GRADO PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

TÉCNOLOGO EN ELÉCTRICIDAD

ANEXO 1.

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

BOGOTÁ DC

FEBRERO 2018

Datos relevantes:

Este catálogo de prácticas busca brindarle información al usuario acerca del uso y manejo del software MScom2,

empleado para la programación de los relés que componen el banco de sistemas de potencia del Laboratorio

de Electricidad Aplicada de la Facultad Tecnológica de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas.

Este documento consta de ocho prácticas tipo, utilizando los relés programables de los módulos de sistemas

de potencia y una práctica que involucra las conexiones del módulo de línea correspondiente al módulo

DL7901TT.

Cada una de las prácticas consta de seis (6) ítems:

1. Fundamentos teóricos 2. Descripción de la práctica 3. Listado de equipos y especificaciones técnicas 4. Cálculos 5. Montaje 6. Configuraciones del software MScom2

La práctica # 9. No contiene los ítems mencionados anteriormente ya que varios de ellos No Aplican para su

ejecución.

Especificaciones técnicas y programación del software mscom2:

MScom2 es el software a través del cual se programan los relés para la protección contra fallas, Este programa

cuenta con una interfaz gráfica didáctica y con una programación simple que consiste en activar, modificar y

establecer parámetros que posteriormente son identificados por el relé programado.

¿Qué es el Software MScom2 y para qué se utiliza?

El programa MScom2 es un software de comunicación basado en Windows y desarrollado por

Microelecttrica Scientifica, fue creado para la programación de relés y posteriormente fue adquirido por

D’Lorenzo Of America Corp. S.A. Mediante su interfaz gráfica se pueden establecer parámetros que

posteriormente son enviados al relé en conexión, esto facilita y agiliza la programación del dispositivo, para

establecer enlace entre el programa y el relé se debe contar con un cable RS232 convertido a USB. .

(Microelecttrica, 2012)

Instalación del Software MScom2

Para la instalación de dicho software se requieren los siguientes parámetros:

Espaciamiento: Un PC con un procesador posterior a Pentium 3, por lo menos 256 MByte de Memoria RAM Y 200 MByte de disco duro. Cabe resaltar que es indispensable que el equipo cuente con un teclado y un mouse.

Software: Un sistema operativo Microsoft Windows 98SE, ME, SP3, XP. Se debe insertar el CD-ROM de instalación del software MScom2, luego ejecutar el archivo “Setup.exe” y seguir las instrucciones.

Inicio y Programación general del Software MScom2

Luego de estar instalado el programa, se puede modificar el idioma (inglés, francés, italiano o turco). Cada

relé tiene una programación diferente, sin embargo el software cuenta con una interfaz similar para todos,

lo cual hace que su programación sea asequible. Como se había mencionado anteriormente la

programación de dicho programa consta de modificar y/o definir parámetros de operación. En cada una de

las prácticas establecidas en esta guía se encuentran los pasos que se deben seguir para la programación

del dispositivo.

Nota: Los montajes eléctricos no contemplan las conexiones de los equipos de medida (Multímetro – Pinza

Amperimétrica), esto con el fin de reducir el diagrama de conexiones y facilitar al usuario su ejecución.

Nota: Todas las prácticas fueron previamente ejecutadas y probadas, dando así la seguridad de ser realizables

siempre y cuando se sigan los pasos plasmados en este documento de manera adecuada. También se

recomienda que el usuario tenga conocimientos previos de la solución de circuitos trifásicos e instrucciones

básicas en circuitos digitales

Nota: Este documento no reemplaza los manuales otorgados por el fabricante de los equipos, el actual trabajo

recopila y emplea algunas recomendaciones brindadas por D’Lorenzo Of America Corp. S.A y otra parte del

documento surge de la experimentación realizada por los ejecutores de este proyecto, así mismo se brindan

algunas sugerencias propias que ayudan y facilitan la realización de las prácticas.

Nota: Cada una de las prácticas de esta guía son propias de este proyecto, es decir, que fueron diseñadas por

los ejecutores del mismo.

Nota Importante: Antes de realizar el montaje se recomienda leer cada uno de los manuales de los equipos a

utilizar, así mismo, previamente a energizar el circuito se recomienda solicitar la aprobación por parte de la

persona encargada del laboratorio (Con el fin de evitar perjuicios en la salud e integridad del usuario o posibles

daños de los equipos empleados)

Observaciones: Los valores de las medidas de tensiones y corrientes mostrados en la interfaz gráfica del

software MScom2 no concuerdan con los valores reales del circuito, en la función System Settings se puede

establecer el factor multiplicador de las medidas. Sin embargo, en la fase inicial de este proyecto se quiso

encontrar la constante de proporcionalidad entre los valores reales y los valores mostrados en la función

Actual Measurements. Se realizaron pruebas durante casi seis semanas, pero no se logró hallar una función

de proporcionalidad, debido a que los datos arrojados por las pruebas eran no lineales y seguían cierto

comportamiento de histéresis.

Cabe resaltar que existen todavía muchas incógnitas alrededor del manejo de los módulos de sistemas de

potencia, puesto que en el laboratorio de máquinas eléctricas de la Facultad Tecnológica de la Universidad

Distrital Francisco José de Caldas, no se cuenta con un documento o una persona que capacite y/o instruya

en el uso del software MScom2 y con ello a la programación de los relés del banco de sistemas de potencia,

este proyecto realizó cada una de las prácticas bajo experimentación teniendo en cuenta los valores

nominales de cada uno de los equipos empleados en esta guía de prácticas.

Esta guía puede ser tomada como el primer documento que acerca a los estudiantes y docentes a la

programación de los relés del banco de sistemas de potencia mediante el uso del Software MScom2. De

igual manera este trabajo incita a los docentes, laboratoristas y estudiantes a continuar explorando cada uno

de los módulos que componen el banco de sistemas de potencia y de esta manera darle un mayor

aprovechamiento a estos equipos.

Los ejecutores de este proyecto agradecemos al actual Coordinador del laboratorio, Luis Antonio Noguera

Vega, así como, a cada uno de los Laboratoristas encargados del laboratorio de Máquinas Eléctricas de la

Facultad Tecnológica de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, por su diligente colaboración en

el préstamo y uso de los equipos empleados en esta guía.

CONTENIDO BREVE

FALLA ASIMÉTRICA DE CORTOCIRCUITO L-N EMPLEANDO EL RELÉ DE SOBRECORRIENTE

DE TIEMPO INVERSO DL2108T13 ..................................................................................................... 6

FALLA SIMÉTRICA DE CORTOCIRCUITO DE LAS TRES FASES A NEUTRO, EMPLEANDO EL

RELÉ DE SOBRECORRIENTE DE TIEMPO INVERSO DL2108T13 ................................................. 18

FALLA ASIMÉTRICA DE CORRIENTE POR EL CONDUCTOR NEUTRO Y DESBALANCE DE

CARGA, EMPLEANDO EL RELÉ COMBINADO DE SOBRECORRIENTE Y FALLA A TIERRA

DL2108T15 ......................................................................................................................................... 30

FALLA DE AUSENCIA DE TENSIÓN Y TRANSFERENCIA AUTOMÁTICA, EMPLEANDO EL RELÉ

DE CONTROL DE FALLA A TIERRA DL2108T18 ............................................................................. 42

FALLA DE SUBTENSIÓN EN LA ALIMENTACIÓN DE UNA CARGA TRIFÁSICA, EMPLEANDO EL

RELÉ DE CONTROL DE FALLA A TIERRA DL2108T18 ................................................................... 53

FALLA A TIERRA INTERNA EN EL PRIMARIO DE UN TRANSFORMADOR, EMPLEANDO EL RELÉ

DE PROTECCIÓN DIFERENCIAL EN TRANSFORMADORES DL2108T21 ..................................... 64

FALLA DE SOBRE O BAJA FRECUENCIA, EMPLEANDO EL RELÉ ADMINISTRADOR DE LA

ALIMENTACIÓN DL2108T23 ............................................................................................................. 78

FALLA DE SOBRETENSIÓN, EMPLEANDO EL RELÉ ADMINISTRADOR DE LA ALIMENTACIÓN

DL2108T23 ......................................................................................................................................... 89

PRÁCTICA DE CONEXIONES DEL MODELO DE LÍNEA DEL MÓDULO DL7901TT ..................... 100

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................. 104

6

FALLA ASIMÉTRICA DE CORTOCIRCUITO L-N EMPLEANDO EL RELÉ DE SOBRECORRIENTE DE

TIEMPO INVERSO DL2108T13

7

PRÁCTICA # 1

FALLA ASIMÉTRICA DE CORTOCIRCUITO L-N EMPLEANDO EL RELÉ DE SOBRECORRIENTE DE TIEMPO INVERSO DL2108T13

1. Fundamentos Teóricos

La mayoría de las fallas que ocurren en los sistemas de potencia, son fallas asimétricas que consisten

en cortocircuitos asimétricos, fallas asimétricas a través de impedancias o conductores abiertos. Las

fallas asimétricas que pueden ocurrir son: fallas monofásicas a tierra o línea a tierra, fallas línea a línea

y a tierra o doble línea a tierra. La trayectoria de una corriente de falla de línea a línea o de línea a tierra

puede o no contener impedancia, para este último caso la falla puede generar daños mayores en el

sistema de potencia.

Una definición técnica de cortocircuito correspondería a: “Camino conductor accidental o intencional

entre dos o más partes conductoras, forzando a que la diferencia de potencial eléctrico entre esas partes

conductoras sea igual a cero o cercana a cero” (AEA, 2014)

Las principales consecuencias que produce un cortocircuito podrían ser:

Presencia de arcos eléctricos generando deterioro en los aislantes, sobrecalentamientos y fusión

de los conductores, este efecto conlleva a posibles riesgos de incendio.

Daños severos en los elementos de potencia tales como: bobinados de transformadores o

máquinas eléctricas rotativas y quebrantamientos en los aisladores.

También se puede producir una disminución de la tensión e incluso poner fuera de servicio una

parte de la instalación eléctrica. (Ferro, 2015)

2. Descripción de la práctica

Esta práctica consiste en alimentar una carga trifásica en Y balanceada y figurar una falla de cortocircuito

L-N en la carga insertando una resistencia en paralelo de un valor óhmico mucho menor a la misma,

para que actúe el relé de protección de sobrecorrientes, haciendo apertura del interruptor principal de la

red.

Valores de Operación

Voltaje en la fuente trifásica 170 V AC

Carga Trifásica en Y R1 = R2= R3 = 800 Ω

Resistencia limitante de corriente para la falla R = 130,38 Ω

8

Ahora se presenta el diagrama de conexión general y el unifilar para esta práctica:

9

3. Listado de equipos y especificaciones técnicas

El relé DL2108T13 tiene dos niveles máximos de operación, los cuales deben ser tenidos en cuenta

para el uso de este dispositivo, dichos niveles pueden ser modificados con el selector ubicado a la

derecha inferior de la parte frontal del relé. A continuación se muestran los valores máximos de

operación del relé:

Valores máximos del relé DL2108T13

Corriente máxima 1A / 5A

Nota: Para esta práctica el selector debe estar ubicado en la posición 1A

Ahora se listan los equipos que se requieren para la realización de la práctica.

1 DL 1059 De Lorenzo Fuente trifásica variable

1 DL 7901TT De Lorenzo Módulo de Línea

2 DL 2108T02 De Lorenzo Interruptor trifásico

1 DL 2108T13 De Lorenzo Relé de sobrecorriente de tiempo inverso

1 DL 1017 De Lorenzo Cargas RLC

1 DL 2096 De Lorenzo Carga resistiva motorizada

1 Fluke 179 Fluke Multímetro

40 Conectores Banana-Banana de diferentes tamaños

10 Conectores en U

5 Conectores de control

1 Cable RS232 con Adaptador USB

1 Computador con el Software MScom2

4. Cálculos

A continuación se realizan los cálculos de las corrientes del circuito, con el fin de cuidar los equipos

empleados en esta práctica de posibles daños. Primero se realizan los cálculos de la reactancia del

modelo de línea corta o de impedancia concentrada, transformándola al dominio de la frecuencia:

𝑍𝐿 = 𝑅𝐿 + 𝑗𝑋𝐿 [Ω]

𝑗𝑋𝐿 = 𝑗𝜔𝐿 = 𝑗(2𝜋𝑓)(𝐿) = 𝑗(2𝜋 ∙ 60)(290 ∙ 10−3)

𝑗𝑋𝐿 = 𝑗109,33 [Ω]

El circuito en operaciones normales, es un circuito balanceado por lo tanto se puede solucionar como

un modelo por fase, tal como se muestra a continuación:

10

𝑉𝜙 = 𝐼 ∙ 𝑍𝐸𝑞

𝐼 =𝑉𝜙

𝑍𝐸𝑞=

𝑉𝜙

𝑍𝐿 + 𝑍𝑌=

(170

√3)

(13 + 𝑗109,33) + (800)

|𝐼| = |(119,65 ∠ − 7,659° ) ∙ 10−3| = 119,65 [𝑚𝐴]

Para generar la falla de línea a neutro en el sistema, se inserta una resistencia que limita la corriente

con el fin de no generar sobrecorrientes perjudiciales que puedan afectar los equipos del laboratorio.

Al insertar la resistencia de falla 𝑍𝑓 queda en paralelo con la resistencia de carga 𝑍𝑌 de una de las ramas

del circuito, generando así una carga desbalanceada, tal como se muestra a continuación.

11

𝑍𝑒𝑞1 = 𝑍𝑌 ∕∕ 𝑍𝑓

𝑍𝑒𝑞1 =𝑍𝑌 ∙ 𝑍𝑓

𝑍𝑌 + 𝑍𝑓=

800 ∙ 130,38

800 + 130,38

𝑍𝑒𝑞1 = 112,11 [Ω]

Ahora se procede a la solución del circuito trifásico desbalanceado, listando las tensiones de fase y las

impedancias equivalentes:

𝑉𝜙1 = (170

√3 ∠ 0°) = (98,15 ∠ 0°) [𝑉]

𝑉𝜙2 = (170

√3 ∠ − 120°) = (98,15 ∠ − 120°) [𝑉]

𝑉𝜙3 = (170

√3 ∠ 120°) = (98,15 ∠ 120°) [𝑉]

𝑍𝜙1 = 𝑍𝐿 + 𝑍𝑒𝑞1 = (13 + 𝑗109,33) + (112,11) = (125,11 + 𝑗109,33) [Ω]

𝑍𝜙2 = 𝑍𝐿 + 𝑍𝑌 = (13 + 𝑗109,33) + (800) = (813 + 𝑗109,33) [Ω]

𝑍𝜙3 = 𝑍𝐿 + 𝑍𝑌 = (13 + 𝑗109,33) + (800) = (813 + 𝑗109,33) [Ω]

Ahora se calculan las corrientes de línea y la corriente por el conductor neutro.

𝐼1 = 𝑉𝜙1

𝑍𝜙1=

98,15 ∠ 0°

(125,11 + 𝑗109,33)= (587,46 ∠ − 41,15°) [𝑚𝐴]

𝐼2 = 𝑉𝜙2

𝑍𝜙2=

98,15 ∠ − 120°

(813 + 𝑗109,33)= (119,65 ∠ − 127,66°) [𝑚𝐴]

𝐼3 = 𝑉𝜙3

𝑍𝜙3=

98,15 ∠ 120°

(813 + 𝑗109,33)= (119,65 ∠ 112,34°) [𝑚𝐴]

𝐼𝑜 = 𝐼1 + 𝐼2 + 𝐼3 = (587,46∠ − 41,15°) + (119,65∠ − 127,66°) + (119,65∠ 112,34°)

𝐼𝑜 = (492,50 ∠ − 48,80°) [𝑚𝐴]

12

El circuito de falla equivalente es el que se muestra a continuación.

5. Montaje

A continuación se listan los equipos ilustrados en el montaje eléctrico.

A. Fuente trifásica variable DL 1059

B. Módulo de Línea DL 7901TT

C. Interruptor trifásico Principal DL 2108T02

D. Carga resistiva motorizada DL 2096

E. Interruptor trifásico de Falla DL 2108T02

F. Relé de sobrecorriente de tiempo inverso DL 2108T13

G. Cargas Resistivas DL 1017

H. Computador con el Software MScom2

14

6. Configuraciones del software MScom2

Establecer conexión entre el relé DL2108T13 y el PC, mediante el cable RS232 con el

adaptador USB.

Abrir el software MScom2, dar clic en Search y luego en On Serial Port

Configurar el puerto de comunicación USB y la velocidad de transmisión de datos (para el relé

DL2108T13 la velocidad adecuada de operación es de 9600 Baudios) y luego dar clic en el

botón Scan.

Dar clic en el botón inferior Connect y luego escribir el nodo al cual se está estableciendo

conexión (Para el relé DL2108T13 el nodo correspondiente es el node 1) finalmente dar clic en

el botón OK.

15

Dar Clic en el botón Menu seguidamente de Change Window ahora debe mostrar una ventana

como la siguiente, este es el menú principal de herramientas y configuraciones del relé.

Dirigirse al icono System Settings y realizar las modificaciones mostradas a continuación:

Ahora se debe verificar las conexiones del montaje y revisar las medidas que el relé está

tomando, para esto se debe volver al Menu principal y dar clic sobre el botón Actual

Measurements. (este relé es un equipo didáctico y mostrará valores exagerados de tensión y

corriente en comparación con los valores reales)

16

Retornar al menú principal y presionar en Functions Setting, esta ventana corresponde a las

configuraciones del relé, es indispensable marcar la variable requerida en modo (ON) luego

realizar las configuraciones mostradas enseguida y presionar los botones Send y Read.

Cada vez que se haga una modificación el relé le solicitará ingresar una contraseña, para este

relé la contraseña es 1111

Si se requiere modificar la curva de disparo tiempo-corriente, este relé tiene dos opciones, IEC y

curvas estandarizadas IEEE. Para esto se debe dar clic en la opción TCC y posteriormente se

debe elegir la curva acorde a la necesidad (Se aconseja revisar el catálogo del equipo

DL2108T13).

17

Ahora se debe configurar la salida del relé, la cual actuará para dar apertura al interruptor

principal, para esto, se debe volver al Menú principal y dar Clic a la opción DO Configuration,

luego Configurar la salida R1 en modo Normally Energized y seleccionar la variable que se activó

anteriormente I>

Ahora sólo resta simular la falla oprimiendo manualmente el botón de cierre del interruptor de

falla y verificar que el interruptor principal haga apertura para proteger la red contra falla a tierra

de una línea a neutro. El software permite visualizar las salidas en la opción Outputs Status.

18

FALLA SIMÉTRICA DE CORTOCIRCUITO DE LAS TRES FASES A NEUTRO, EMPLEANDO EL RELÉ DE

SOBRECORRIENTE DE TIEMPO INVERSO DL2108T13

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PRÁCTICA # 2

FALLA SIMÉTRICA DE CORTOCIRCUITO DE LAS TRES FASES A NEUTRO, EMPLEANDO EL RELÉ DE SOBRECORRIENTE DE TIEMPO INVERSO DL2108T13


Existen diferentes causas que pueden generar cortocircuitos en una instalación electica, entre estos se

encuentran:

Deterioro o perforación del aislamiento

Por problemas mecánicos

Sobretensiones o factores humanos

Debido a esto se debe contar con protecciones debidamente coordinadas que protejan equipos y

garanticen el menor impacto ante una falla.

Cuando en un sistema eléctrico de potencia se produce una falla por cortocircuito, el valor de la corriente

que circula por la red queda determinado por la fuerza electromotriz de las maquinas conectadas al

sistema, por sus impedancias y por las impedancias entre las máquinas y el punto de falla. El

cortocircuito es un fenómeno transitorio interesante, debido a que la corriente que circula

inmediatamente después de la falla, la que circula varios ciclos después y la que circula en régimen

permanente poseen valores distintos, esto se debe al efecto de la corriente en el rotor sobre el flujo que

genera tensión en la maquina; entonces la corriente de cortocircuito varia con relativa lentitud desde el

valor inicial hasta el de régimen permanente. (Schneider, 2000)

En general el análisis de un sistema eléctrico de potencia en condiciones de falla requiere de cierta

información:

Diagrama unifilar del sistema

Diagrama de impedancias

Tipo de falla

Ubicación de la falla


Esta práctica consiste en alimentar una carga trifásica en Y y generar una falla de cortocircuito de las

tres fases a neutro en la carga, insertando una resistencia en paralelo de un valor óhmico mucho menor

a la misma, para que actúe el relé de protección de sobrecorrientes, haciendo apertura del interruptor

principal de la red.

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La falla se genera oprimiendo el botón ON del interruptor de falla y se debe verificar que el relé haga

apertura del interruptor principal.

En la siguiente tabla se ilustran los valores de las principales variables en las cuales el circuito va a

operar.



Carga Trifásica en Y R1 = R2= R3 = 1 kΩ

Resistencia limitante de corriente para la falla R1 = R2 = R3 = 130,38 Ω

A continuación se presenta el diagrama general de conexión que corresponde a esta práctica.

21






22






1 DL 7901TT De Lorenzo Modelo Línea


1 DL 2108T13 De Lorenzo Relé de sobrecorriente de tiempo inverso


1 DL 2096 De Lorenzo Carga resistiva motorizada



10 Conectores en U




4. Cálculos

A continuación se realizan los cálculos de las corrientes del circuito en condición normal de operación,

Primero se realizan los cálculos de la reactancia del modelo de línea, transformándola al dominio de la

frecuencia:


𝑗𝑋𝐿 = 𝑗𝜔𝐿 = 𝑗(2𝜋𝑓)(𝐿) = 𝑗(2𝜋 ∙ 60)(290 ∙ 10−3)

𝑗𝑋𝐿 = 𝑗109,33 [Ω]




𝐼 =𝑉𝜙

𝑍𝐸𝑞=

𝑉𝜙


(200

√3)

(13 + 𝑗109,33) + (1000)

|𝐼| = |(113,33 ∠ − 6.15992° ) ∙ 10−3| = 113,33 [𝑚𝐴]

23

Para generar la falla simétrica de las tres líneas a neutro se limita la corriente con una resistencia en

paralelo a la carga de un bajo valor óhmico, el circuito resultante son dos cargas en paralelo, tal como

se muestra a continuación:

Se calcula la impedancia resultante del paralelo de impedancias.

𝑍𝐹 =𝑍𝐶 ∗ 𝑍 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎

𝑍𝐶 + 𝑍𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎=

(1000) ∗ (130,38)

(1000) + (130,38)= 115,34 [Ω]

El circuito en condición de falla es un circuito balanceado por lo tanto se puede solucionar como un

modelo por fase, tal como se muestra a continuación:

𝑉𝜙 = 𝐼 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎 ∙ 𝑍𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙

24

𝐼 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎 =𝑉𝜙

𝑍𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 =

𝑉𝜙

𝑍𝐹 + 𝑍𝐿=

(200

√3)

(13 + 𝑗109,33) + (115,34)

|𝐼 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎| = |(684,894 ∠ − 40.4269°) ∙ 10−3| = 684,89 [𝑚𝐴]

El circuito de falla resultante es el que se muestra a continuación:

5. Montaje




C. Carga resistiva motorizada DL 2096

D. Interruptor trifásico Principal DL 2108T02

E. Interruptor trifásico de Falla DL 2108T02

F. Relé de sobrecorriente de tiempo inverso DL 2108T13



26



adaptador USB.




botón Scan.



el botón OK.

27








28









DL2108T13).

29




anteriormente I>


falla (ON) y verificar que el interruptor principal haga apertura para proteger la red contra falla a

tierra de las tres líneas a neutro. El software permite visualizar las salidas en la opción Outputs

Status.

30

FALLA ASIMÉTRICA DE CORRIENTE POR EL CONDUCTOR NEUTRO Y DESBALANCE DE CARGA,

EMPLEANDO EL RELÉ COMBINADO DE SOBRECORRIENTE Y FALLA A TIERRA DL2108T15

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PRÁCTICA # 3

FALLA ASIMÉTRICA DE CORRIENTE POR EL CONDUCTOR NEUTRO Y DESBALANCE DE CARGA, EMPLEANDO EL RELÉ COMBINADO DE SOBRECORRIENTE Y FALLA A TIERRA

DL2108T15


El desbalance de corriente es producido cuando por las tres fases de un sistema trifásico no circulan las

mismas corrientes, este tipo de desbalances provoca sobrecalentamiento en los conductores y

protecciones y bajo este principio funcionan algunos dispositivos de protección los cuales monitorean

cualquier cambio en la señal que está recibiendo, pues si la magnitud de la señal de entrada varía de tal

forma que sobrepasa los límites previamente configurados, el relé envía la respectiva señal, accionando

el elemento de potencia (Interruptor). (Castaño, 2018)

A continuación se muestran las diferentes configuraciones asociadas a la conexión de los equipos de

medida para la detección de fallas por el relevador:


Esta práctica consiste en alimentar una carga trifásica en Y y desbalancear la carga variando la primera

resistencia R1 hasta la posición # 6, con el fin de producir un flujo de corriente por el conductor neutro,

haciendo así que el relevador haga apertura del interruptor principal y de esta manera aísle la carga de

la red de alimentación.

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Tensión en la fuente trifásica 250 V AC

Tensión en el primario / Tensión en el secundario 250 VLL / 159,54 VLL

Carga Trifásica en Y R1 = R2= R3 = 457,8 Ω

Resistencia para desbalance de carga (Condición de Falla) R1 = 155,14 Ω

A continuación se ilustra el diagrama general de conexión y el unifilar de esta práctica.

33









34

A continuación se listan los equipos que se requieren para la realización de la práctica.


1 DL 1080 De Lorenzo Transformador trifásico


1 DL 2108T15 De Lorenzo Relé combinado de sobrecorriente y falla a tierra






1 Computador con Software MScom2

4. Cálculos

A continuación se realizan los cálculos de las corrientes del circuito en las condiciones normales de

operación y en la condición de falla, con el fin de cuidar los equipos empleados en esta práctica de posibles

daños. Para empezar se realiza el cálculo de la relación de transformación para tensiones y corrientes (el

transformador opera como reductor de tensión).

𝑉𝐴𝑇 = 2 ∗ 190 = 380 𝑉𝐿𝐿

𝑉𝐵𝑇 = √3 ∗ 2 ∗ 70 = 242,5 𝑉𝐿𝐿

𝑎 =𝑉𝐴𝑇

𝑉𝐵𝑇=

380 𝑉

242,5 𝑉= 1,56701

𝑒1 = 250 V → 𝑒2 =𝑒1

𝑎=

250

1,56701= 159,54 V


un modelo por fase en el secundario del transformador, tal como se muestra a continuación:

𝑉𝐵𝑇 𝜙 = 𝐼2 ∙ 𝑍𝑌

𝐼2 =𝑉𝐵𝑇 𝜙

𝑍𝑌=

(159,54

√3)

(457,8)

𝐼2 = (201,20 ) ∙ 10−3 = 201,20 [𝑚𝐴]

Ahora se transfieren las corrientes al primario del transformador:

𝑎 =𝐼2

𝐼1 → 𝐼1 =

𝐼2

𝑎=

(201,20 ) ∙ 10−3

1,56701= 128,41 [𝑚𝐴]

35

Para hallar las corrientes del circuito en las condiciones de falla, se soluciona por el método de mallas

en el lado de baja tensión.

Ahora se procede a obtener las ecuaciones de malla del circuito.

𝑉𝑠1−𝑉𝑠2 = (𝑅1 + 𝑅2) ∙ 𝐼𝑚1 − 𝑅2 ∙ 𝐼𝑚2

(92,11 ∠0°) − (92,11∠ − 120°) = (155,14 + 457,8) ∙ 𝐼𝑚1 − 457,8 ∙ 𝐼𝑚2

159,54 ∠30° = 612,94 ∙ 𝐼𝑚1 − 457,8 ∙ 𝐼𝑚2 𝐸𝑐. 1

𝑉𝑠2 = 𝑅2 ∙ 𝐼𝑚2 − 𝑅2 ∙ 𝐼𝑚1

92,11∠ − 120° = 457,8 ∙ 𝐼𝑚2 − 457,8 ∙ 𝐼𝑚1 𝐸𝑐. 2

𝑉𝑠3 = −𝑅3 ∙ 𝐼𝑚3

92,11∠ 120° = −457,8 ∙ 𝐼𝑚3 𝐸𝑐. 3

36

Solucionando el sistema de ecuaciones se obtienen los valores de las corrientes de malla 𝐼𝑚1 , 𝐼𝑚2 y 𝐼𝑚3

[

𝐼𝑚1

𝐼𝑚2

𝐼𝑚3

] = [612,94 −457,8 0−457,8 457,8 0

0 0 −457,8]

−1

∙ [159,54 ∠30°

92,11∠ − 120°92,11∠ 120°

] = [593,69 ∠ 0°

523,004 ∠ − 19.46°201,20 ∠ − 60°

] [𝑚𝐴]

Para finalizar se hallan las corrientes de línea del circuito y la corriente por el neutro

𝐼𝑠1 = 𝐼𝑚1 = (593,69 ∠ 0°) [𝑚𝐴] → |𝐼𝑠1| = 593,69 [𝑚𝐴]

𝐼𝑠2 = 𝐼𝑚2 − 𝐼𝑚1 = (201,20 ∠ − 120°) [𝑚𝐴] → |𝐼𝑠2| = 201,20 [𝑚𝐴]

𝐼𝑠3 = −𝐼𝑚3 = (201,20 ∠ 120°) [𝑚𝐴] → |𝐼𝑠3| = 201,20 [𝑚𝐴]

𝐼𝑜 = 𝐼𝑚2 − 𝐼𝑚3 = (392,514 ∠ − 0.000096) [𝑚𝐴] → |𝐼𝑜| = 392,51 [𝑚𝐴]

5. Montaje



B. Transformador trifásico DL 1080

C. Interruptor trifásico Principal DL 2108T02

D. Relé combinado de sobrecorriente y falla a tierra DL 2108T15

E. Cargas Resistivas DL 1017

F. Computador con el Software MScom2

38



adaptador USB.




botón Scan.



el botón OK.

39








40






41




DL2108T15).




anteriormente Io>

Ahora sólo resta simular la falla variando una de las cargas para generar un flujo de corriente por

el conductor neutro y verificar que el interruptor principal haga apertura para proteger la red contra

desbalances de carga y corrientes por el neutro. El software permite visualizar las salidas en la

opción Outputs Status.

42

FALLA DE AUSENCIA DE TENSIÓN Y TRANSFERENCIA AUTOMÁTICA, EMPLEANDO EL RELÉ DE

CONTROL DE FALLA A TIERRA DL2108T18

43

PRÁCTICA # 4

FALLA DE AUSENCIA DE TENSIÓN Y TRANSFERENCIA AUTOMÁTICA, EMPLEANDO EL RELÉ DE CONTROL DE FALLA A TIERRA DL2108T18


En muchas ocasiones de la vida real se hace imprescindible contar con energía eléctrica, garantizando

así que el trabajo requerido no cese; para esto una red debe contar con un sistema redundante, que no

es otra cosa que mantener un circuito energizado por diferentes barrajes, con ello, en caso de que alguna

de las fuentes de alimentación falle, inmediatamente y de forma automática, entre en operación la red

de suplencia.

Actualmente existen muchas clases de transferencias automáticas, los PLC, Interruptores automáticos,

son tan sólo una muestra de la alta diversidad con la que cuenta el mercado actual. En la mayoría de

los casos la red suministrada por el operador es la red principal de operación y un sistema de generación

Diésel, proporciona la red de suplencia. El equipo de transferencia supervisa las dos fuentes de

generación y en caso de falla en la red principal hará una conmutación y el circuito estará respaldado

por la fuente de suplencia. (Alberto, 2008)


Esta práctica consiste en implementar el relé de protección de fallas a tierra y subtensiones DL2108T18,

para realizar una transferencia eléctrica en caso de ausencia de tensión en la red principal y alimentar

la carga con la red de suplencia hasta que se normalice la tensión en la red principal y haga nuevamente

la conmutación, ésto con el fin de mantener en funcionamiento una carga resistiva conectada en estrella,

a continuación se muestran los valores en los cuales opera el circuito.


Voltaje de alimentación en las fuentes trifásicas variables 197 V AC

Carga Trifásica en Y sin conductor neutro R1 = R2= R3 = 793 Ω

Se deben fijar las tensiones de las fuentes en el valor correspondiente; antes de encender las fuentes

se recomienda transferir al relé el programa mediante el software MScom2, La falla se genera apagando

la fuente que corresponde a la red principal del módulo DL1013M3, en este caso el relé debe dar cierre

al interruptor de suplencia mediante un cruce de tensión por cero, en caso de volver a encender la fuente

de la red principal, entonces debe cerrarse nuevamente el interruptor principal con otro cruce por cero

de tensión.

La siguiente Imagen muestra el diagrama de tiempo del proceso de conmutación, tal como se ilustra en

la imagen se puede apreciar un cruce de tensión por cero.

44

La siguiente Imagen muestra el diagrama general de conexión de la actual práctica.

45


El relé DL2108T18 tiene un nivel máximo de operación por cada bobina, este se debe tener en cuenta

para el uso de este dispositivo. A continuación se muestra el valor máximo de operación del relé:

Valor máximo del relé DL2108T18

Tensión máxima por bobina VL 120 V

46

Nota: El valor máximo de tensión depende del tipo de conexión que se realice en el relé, en conexión

delta su tensión máxima es 120V, en caso de estar conectado en Y su tensión máxima será 208V.

Se recomienda trabajar en niveles de tensión no muy cercanos a los valores máximos.

Ahora se listan los equipos que se requieren para la realización de la práctica


1 DL 1013M3 De Lorenzo Fuente trifásica variable



1 DL 2108T18 De Lorenzo Relé de control de falla a tierra


1 DL 2109T2T De Lorenzo Indicador de secuencia



30 Conectores en U



1 Computador

4. Cálculos

A continuación se realizan los cálculos de las corrientes del circuito. Primero se realizan los cálculos de

la reactancia del modelo de línea, transformándola al dominio de la frecuencia:


𝑗𝑋𝐿 = 𝑗𝜔𝐿 = 𝑗(2𝜋𝑓)(𝐿) = 𝑗(2𝜋 ∙ 60)(290 ∙ 10−3)

𝑗𝑋𝐿 = 𝑗109,33 [Ω]




𝐼 =𝑉𝜙

𝑍𝐸𝑞=

𝑉𝜙


(197

√3)

(13 + 𝑗109,33) + (793)

|𝐼| = |(139,83 ∠ − 7,725° ) ∙ 10−3| = 139,83 [𝑚𝐴]

47

5. Montaje




C. Fuente trifásica variable DL 1013M3

D. Módulo de Línea DL 7901TT

E. Interruptor trifásico de Suplencia DL 2108T02

F. Indicador de secuencia DL 2109T2T


H. Interruptor trifásico Principal DL 2108T02

I. Relé de control de falla a tierra DL 2108T18

J. Computador con el Software MScom2

49



adaptador USB.




botón Scan.



el botón OK.

50








51


configuraciones del relé, es indispensable marcar las variables requeridas en modo (ON) luego


(Los tiempos 3 segundos y 5 segundos pueden ser modificados de acuerdo a la necesidad)



Ahora se debe configurar las salidas del relé, las cuales actuarán para dar apertura al interruptor

principal en caso de ausencia de tensión y cierre al interruptor de la red de suplencia, para esto,

se debe volver al Menú principal y dar Clic a la opción DO Configuration, luego Configurar la

salida R1 en modo Normally Energized y R2, R3 en modo Normally Denergized y seleccionar las

variables que se activaron anteriormente tV>, tV< y V<.

52

Ahora sólo resta simular la falla apagando la fuente trifásica DL1013M3 y verificar que se haga

la transferencia automática haciendo apertura del interruptor correspondiente a la red principal y

posteriormente haga cierre del interruptor de suplencia con el fin de mantener la carga

energizada; en caso de volver a encender la fuente DL1013M3 lo que ocurrirá es que se abrirá

el interruptor de suplencia y un tiempo después se cerrará el interruptor de la red principal,

volviendo así a la normalidad. El software permite visualizar las salidas en la opción Outputs

Status.

Carga alimentada por la red principal Condiciones normales de operación

Carga sin alimentar Apertura del interruptor principal Transición para la transferencia

Carga alimentada por la red de suplencia Cierre del interruptor de suplencia

Condición de falla en la red principal

53

FALLA DE SUBTENSIÓN EN LA ALIMENTACIÓN DE UNA CARGA TRIFÁSICA, EMPLEANDO EL RELÉ

DE CONTROL DE FALLA A TIERRA DL2108T18

54

PRÁCTICA # 5

FALLA DE SUBTENSIÓN EN LA ALIMENTACIÓN DE UNA CARGA TRIFÁSICA, EMPLEANDO EL RELÉ DE CONTROL DE FALLA A TIERRA DL2108T18


Las subtensiones generalmente son producidas por conectar cargas que demandan grandes

magnitudes de corriente, por ejemplo, el arranque directo de un motor demanda un alto flujo de corriente,

la cual, causa importantes caídas de tensión en los conductores.

Otra causa de subtensión en un circuito puede presentarse por daños internos en los bobinados de los

trasformadores de potencia, provocando así alteraciones en la relación del número de vueltas entre la

bobina primaria y la secundaria. Este causante es muy poco presentado en la vida real, sin embargo, en

los casos que se ha evidenciado dicho inconveniente, sin lugar a duda, ha generado graves daños en la

red eléctrica y con ella todos los equipos conectados a la misma. (Seymour, 2005)


Este laboratorio consiste en alimentar una carga en delta, mediante una fuente variable de tensión. Se

hace uso del relé de control de falla a tierra DL2108T18, para que proteja la red en caso de subtensión,

la falla se provoca disminuyendo el nivel de tensión a través de la fuente variable.

Para que el circuito opere en condiciones normales se debe presionar el botón (On) del interruptor, a

continuación se muestran los valores de operación de la práctica.



Voltaje en la fuente trifásica para la falla 125 V AC

Carga Trifásica en Delta R1 = R2= R3 = 793 Ω

55

Ahora se ilustra el diagrama de la conexión general y el unifilar de esta práctica:

56


El relé DL2108T18 tiene un nivel máximo de operación por cada bobina, este se debe tener en cuenta

para el uso de este dispositivo. A continuación se muestra el valor máximo de operación del relé:

Valor máximo del relé DL2108T18

Tensión máxima por bobina VL 120 V

Nota: El valor máximo de tensión depende del tipo de conexión que se realice en el relé, en conexión

delta su tensión máxima es 120V, en caso de estar conectado en Y su tensión máxima será 208V.

Se recomienda trabajar en niveles de tensión no muy cercanos a los valores máximos.

Ahora se listan los equipos que se requieren para la realización de la práctica




1 DL 2108T18 De Lorenzo Relé de control de falla a tierra



10 Conectores en U




57

4. Cálculos

El circuito en condiciones normales de operación está conformado por una carga resistiva en

delta, a una tensión de 140V, y una impedancia de línea RL. Primero se realizan los cálculos de la

reactancia del modelo de línea, transformándola al dominio de la frecuencia:


𝑗𝑋𝐿 = 𝑗𝜔𝐿 = 𝑗(2𝜋𝑓)(𝐿) = 𝑗(2𝜋 ∙ 60)(290 ∙ 10−3)

𝑗𝑋𝐿 = 𝑗109,33 [Ω]

Luego se realiza una transformación de la carga de delta a estrella:

𝑍𝑌 =𝑍∆

3=

793

3= 264,33 [Ω]




𝐼 =𝑉𝜙

𝑍𝐸𝑞=

𝑉𝜙


(140

√3)

(13 + 𝑗109,33) + (264,33)

|𝐼| = |(271,104 ∠ − 21.5155° ) ∙ 10−3| = 271,10 [𝑚𝐴]

58

Ahora se procede a resolver el circuito en la condición de falla (Subtensión), la carga sigue siendo

balanceada por lo tanto se resuelve el circuito por fase.

𝑉𝜙 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎 = 𝐼 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎 ∙ 𝑍𝐸𝑞

𝐼 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎 =𝑉𝜙 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎

𝑍𝐸𝑞=

𝑉𝜙 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎


(125

√3)

(13 + 𝑗109,33) + (264,33)

|𝐼 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎| = |(242,094 ∠ − 21.5155° ) ∙ 10−3| = 242,09 [𝑚𝐴]

El circuito resultante en la condición de subtensión es el siguiente:

5. Montaje




C. Relé de control de falla a tierra DL 2108T18




60



adaptador USB.




botón Scan.



el botón OK.

61






Measurements. (este relé es un equipo didáctico y mostrará valores diferentes de tensión y


62






63




anteriormente V<

Ahora sólo resta simular la falla oprimiendo disminuyendo el nivel de tensión de la fuente variable

y verificar que el interruptor principal haga apertura para proteger la red contra subtensión en la

red. El software permite visualizar las salidas en la opción Outputs Status.

64

FALLA A TIERRA INTERNA EN EL PRIMARIO DE UN TRANSFORMADOR, EMPLEANDO EL RELÉ DE

PROTECCIÓN DIFERENCIAL EN TRANSFORMADORES DL2108T21

65

PRÁCTICA # 6

FALLA A TIERRA INTERNA EN EL PRIMARIO DE UN TRANSFORMADOR, EMPLEANDO EL RELÉ DE PROTECCIÓN DIFERENCIAL EN TRANSFORMADORES DL2108T21


Normalmente en los transformadores de potencia se conectan otros transformadores de medida

(Transformadores de corriente, TC’s) en el primario y secundario respectivamente. y dichos

TC’s llevan las señales de corriente a un relé diferencial, dicha protección es la más común en

los sistemas de potencia para garantizar el correcto funcionamiento del transformador principal.

Esta protección está basada en la comparación de la corriente en ambos lados del

transformador, en caso de existir una diferencia notable entre las corrientes del primario y el

secundario, la protección hará apertura del interruptor principal que se encuentra aguas arriba

del transformador de potencia. Dicha diferencia de corrientes puede presentarse por

cortocircuitos internos entre líneas o entre línea y el núcleo puesto a tierra. La siguiente imagen

ilustra la conexión general del relé de protección. (Giménez, 2018)


Esta práctica busca figurar una falla dentro de un transformador elevador de tensión, haciendo uso del

relé de protección diferencial en transformadores DL2108T21, la falla consiste en hacer un cortocircuito

línea a línea en el primario del transformador provocando así el disparo de apertura del interruptor

principal ubicado aguas arriba del transformador. Las medidas se deben tomar mediante

transformadores de medida TC´s en conexión YY0. El cortocircuito tiene una resistencia limitante para

no generar sobrecorrientes que pueden resultar perjudiciales para los equipos del laboratorio.

Para que el circuito funcione en condiciones normales se debe oprimir el botón (On) del interruptor

Principal, para generar la falla basta con presionar el botón (On) del interruptor de falla. A continuación

se muestran los valores de operación del circuito.

66


Relación de transformación teórica del transformador en conexión YY 380V / 140V

Relación de transformación real del transformador en conexión YY 380V / 155V

Voltaje en la fuente trifásica o primario del transformador 100 V AC

Voltaje en el secundario del transformador 245 V AC


Resistencia limitante de corriente para la falla Rf = 200 Ω

Nota: Se debe tener cuidado con la corriente máxima del Módulo DL 1017 entre los bornes t y s ésta

corresponde a 0,6 Amperios.

Nota: El relé puede ser configurado para diferentes conexiones en los CT´s, por lo cual el usuario no

debe preocuparse por la diferencia angular entre el primario y el secundario, para esta práctica la

conexión empleada es YY0.

67



para el uso de este dispositivo, dichos niveles pueden ser modificados en la programación interna del

relé. A continuación se muestran los valores máximos de operación del relé:



Nota: En caso de tener dudas acerca del nivel máximo de operación se recomienda operar el

dispositivo con corrientes menores a 1 Amperio.

68


1 DL 1013M3 De Lorenzo Fuente trifásica variable

2 DL 2108T02 De Lorenzo Interruptores trifásicos

1 DL 2108T21 De Lorenzo Relé de protección diferencial en transformadores

2 DL 2109T22 De Lorenzo Transformadores trifásicos de corriente


1 DL1080 De Lorenzo Transformador trifásico

1 DL 1017 De Lorenzo Reóstato de arranque y resistencia variable






4. Cálculos

A continuación se realizan los cálculos de las corrientes del circuito en las condiciones normales de

operación y en la condición de falla, con el fin de cuidar los equipos empleados en esta práctica de

posibles daños. Para empezar se realiza el cálculo de la relación de transformación para tensiones,

corrientes e impedancias, (el transformador opera como elevador de tensión).

Nota: Los cálculos mostrados a continuación se realizaron con los valores reales del montaje, puesto que el

transformador DL1080 con el cual se realizó la prueba presenta una relación de transformación un poco menor a

la brindada por el fabricante, sin embargo, la prueba es funcional con otros transformadores con relaciones de

transformación similares. De igual manera para facilitar los cálculos, el modelo del transformador de potencia y los

transformadores de medida se toman como un modelo ideal, puesto que el objetivo de este catálogo no es

presentar datos precisos, sino, por el contrario los cálculos buscan evitar posibles daños a los equipos por violación

de los límites de operación.

𝑎 =𝑒1

𝑒2=

155 𝑉

380 𝑉= 0,407895

𝑒1 = 100V → 𝑒2 =𝑒1

𝑎=

100

0,407895= 245 V

𝑒1 = 𝑉𝑝 , 𝑒2 = 𝑉𝑠 ; 𝐼1 = 𝐼𝑝 , 𝐼2 = 𝐼𝑠


un modelo por fase en el secundario del transformador, tal como se muestra a continuación:

𝑉𝑠𝜙 = 𝐼𝑠 ∙ 𝑍𝑌

𝐼𝑠 =𝑉𝑠𝜙

𝑍𝑌=

(245

√3)

(793)

𝐼𝑠 = (178,37 ) ∙ 10−3 = 178,37 [𝑚𝐴]

69

Ahora se transfieren las corrientes al primario del transformador:

𝑎 =𝐼2

𝐼1 → 𝐼1 =

𝐼2

𝑎=

(178,37 ) ∙ 10−3

0,407895= 437,02 [𝑚𝐴]

Para hallar las corrientes del circuito en las condiciones de falla primero se realiza una transformación

de la carga de estrella a delta.

𝑍∆ = 𝑍∆𝑠 = 3 ∙ 𝑍𝑌 = 2379 [Ω]

Ahora se transfiere la impedancia de carga al primario del transformador.

𝑍∆𝑝 = 𝑎2 ∙ 𝑍∆𝑠 = (0,407895)2 ∙ (2379) [Ω]

𝑍∆𝑝 = 396,33 [Ω]

70

En el siguiente diagrama se ilustra la resistencia limitante de corriente para generar la falla de

cortocircuito entre líneas en el primario del transformador.

La resistencia de falla 𝑅𝑓 está en paralelo a una de las impedancias resistivas de la carga 𝑍Δ𝑝 por lo

cual se realiza la siguiente operación que da como origen una carga en delta desbalanceada.

𝑅𝐴 = 𝑅𝑓 ∕∕ 𝑍∆𝑝

𝑅𝐴 =200 ∙ 396,33

200 + 396,33= 132,92 [Ω]

Ahora se procede a transformar la carga de la conexión delta a estrella con el fin de facilitar los cálculos

71

𝑅1 =𝑅𝐴𝑅𝐵

𝑅𝐴 + 𝑅𝐵 + 𝑅𝐶=

(132,92) ∙ (396,33)

(132,92) + (132,92) + (132,92)= 56,92 [Ω]

𝑅2 =𝑅𝐶𝑅𝐵


(396,33) ∙ (396,33)

(132,92) + (132,92) + (132,92)= 169,71 [Ω]

𝑅3 =𝑅𝐴𝑅𝐶


(132,92) ∙ (396,33)

(132,92) + (132,92) + (132,92)= 56,92 [Ω]

Ahora se procede a obtener las ecuaciones de malla del circuito.

𝑉𝑝1 = (𝑅1 + 𝑅3) ∙ 𝐼𝑚1 − 𝑅3 ∙ 𝐼𝑚2 = (56,92 + 56,92) ∙ 𝐼𝑚1 − 56,92 ∙ 𝐼𝑚2

100∠0° = 113,83 ∙ 𝐼𝑚1 − 56,92 ∙ 𝐼𝑚2 𝐸𝑐. 1

𝑉𝑝2 = (𝑅2 + 𝑅3) ∙ 𝐼𝑚2 − 𝑅3 ∙ 𝐼𝑚1 = (169,71 + 56,92) ∙ 𝐼𝑚2 − 56,92 ∙ 𝐼𝑚1

100∠ − 120° = 226,63 ∙ 𝐼𝑚2 − 56,92 ∙ 𝐼𝑚1 𝐸𝑐. 2

Se soluciona el sistema de ecuaciones y se obtienen los valores de las corrientes de malla 𝐼𝑚1 y 𝐼𝑚2

[𝐼𝑚1

𝐼𝑚2] = [

113,83 −56,92−56,92 226,63

]−1

∙ [100∠0°

100∠ − 120°] = [

905,28∠ − 13,97°437,02∠ − 89,99°

] [𝑚𝐴]

72

Para finalizar se hallan las corrientes de línea del circuito.

𝐼𝑝1 = 𝐼𝑚1 = (905,28∠ − 13,97°) ∙ 10−3 → |𝐼𝑝1| = 905,28 [𝑚𝐴]

𝐼𝑝2 = 𝐼𝑚2 − 𝐼𝑚1 = (905,25∠ − 166°) ∙ 10−3 → |𝐼𝑝2| = 905,25 [𝑚𝐴]

𝐼𝑝3 = −𝐼𝑚2 = (437,02∠ 90°) ∙ 10−3 → |𝐼𝑝3| = 437,02 [𝑚𝐴]

5. Montaje


A. Fuente trifásica variable DL 1013M3

B. Interruptor trifásico Principal DL 2108T02

C. Transformador trifásico de corriente Primario DL 2109T22

D. Interruptor trifásico de Falla DL 2108T02

E. Reóstato de arranque y resistencia variable DL 1017

F. Transformador trifásico DL1080

G. Transformador trifásico de corriente Secundario DL 2109T22

H. Cargas Resistivas DL 1017

I. Relé de protección diferencial en transformadores DL 2108T21

J. Computador con el Software MScom2

74



adaptador USB.




botón Scan.



el botón OK.

75








76




77






anteriormente R1d>


falla y verificar que el interruptor principal haga apertura para proteger la red contra falla a tierra

interna en el primario del transformador. El software permite visualizar las salidas en la opción

Outputs Status.

78

FALLA DE SOBRE O BAJA FRECUENCIA, EMPLEANDO EL RELÉ ADMINISTRADOR DE LA

ALIMENTACIÓN DL2108T23

79

PRÁCTICA # 7

FALLA DE SOBRE O BAJA FRECUENCIA, EMPLEANDO EL RELÉ ADMINISTRADOR DE LA ALIMENTACIÓN DL2108T23


La frecuencia eléctrica es uno de los parámetros con mayor estabilidad dentro de un sistema de potencia,

ya que la variación de la frecuencia puede alterar las impedancias de un sistema e incluso puede

provocar pérdidas abruptas de potencia, también puede ocurrir que algunos motores giren a velocidades

diferentes de aquella para la que fueron diseñados.

La frecuencia debe permanecer dentro de unos límites operativos estrictos para que el suministro

eléctrico cuente con óptimas condiciones de calidad de la energía. Para garantizar el correcto valor de

la frecuencia en un sistema de potencia, las centrales de generación cuentan con sofisticados sistemas

de control que miden en todo momento las velocidades de rotación de los ejes de la turbina del

generador, de igual manera en las subestaciones también se mide la frecuencia de onda por medio de

relés y/o dispositivos especiales. (Ledesma, 2008)


Esta práctica consiste en alimentar una carga en Y, mediante un generador sincrónico DL1026A y

programar el relé administrador DL2108T23 para que proteja la carga haciendo apertura del interruptor

principal en caso de una falla de sobre o baja frecuencia, la falla se simulará manipulando la corriente

de campo del motor impulsor.

Cabe resaltar que se requiere oprimir el botón (On) del interruptor para dar cierre al mismo. A

continuación se muestran los valores de operación de la práctica.


Voltaje de alimentación del motor DC DL1024R 200 V DC

Voltaje de línea en bornes del generador sincrónico DL1026A 208 V AC


Frecuencia de operación / Sub Frecuencia / Sobre Frecuencia 60 Hz / 58 Hz / 62 Hz

Ahora se muestra el diagrama general de conexión de esta práctica:

80

A continuación se muestra el diagrama unifilar de esta práctica:

82



para el uso de este dispositivo, dichos niveles pueden ser modificados en la programación interna del

relé. A continuación se muestran los valores máximos de operación del relé:






1 DL 1013M3 De Lorenzo Fuentes Variables DC

1 DL 1026A De Lorenzo Generador sincrónico

1 DL 1024R De Lorenzo Motor DC

1 DL 1017 De Lorenzo Reóstato de arranque y resistencia variable


1 DL 2108T23 De Lorenzo Relé administrador de la alimentación




1 Kit de protección con acople


1 Cable de poder para la alimentación del relé



4. Cálculos

El circuito tiene variaciones en la frecuencia de operación, sin embargo, no es necesario solucionar el

circuito a diferentes frecuencias ya que su carga es netamente resistiva, de este modo la impedancia

resulta ser la misma a diferentes frecuencias. Este circuito es balanceado por lo tanto se puede solucionar

como un modelo por fase, tal como se muestra a continuación:

𝑉𝜙 = 𝐼 ∙ 𝑍𝑌

𝐼 =𝑉𝜙

𝑍𝑌=

(208

√3)

793

𝐼 = (151,44) ∙ 10−3 = 151,44 [𝑚𝐴]

83

A continuación se muestra el circuito trifásico con las magnitudes de las corrientes de línea.

5. Montaje


A. Fuentes Variables DC DL 1013M3

B. Reóstato de arranque y resistencia variable DL 1017

C. Motor DC DL 1024R

D. Generador sincrónico DL 1026A

E. Interruptor trifásico Principal DL 2108T02

F. Cargas Resistivas DL 1017

G. Relé administrador de la alimentación DL 2108T23


85



adaptador USB.




botón Scan.



el botón OK.

86








87


configuraciones del relé, se configura el nivel de sobre frecuencia en 62 Hz y de sub frecuencia

en 58 Hz, es indispensable marcar las variables requeridas en modo (ON) luego realizar las

configuraciones mostradas enseguida y presionar los botones Send y Read.

Nota: Posteriormente que se envíen los datos al relé DL2108T23 se recomienda desconectar la

alimentación del mismo y volver a encenderlo, con esto el dispositivo lee su última programación.

88






anteriormente 1f> y 1f< en este caso se deben programar las compuertas lógicas en OR

Ahora sólo resta simular la falla girando la resistencia variable que controla el campo del motor

impulsor que se encuentra entre los bornes t y s y verificar que el interruptor principal haga

apertura para proteger la red contra falla de sobre o sub frecuencia. El software permite visualizar

el estado de las salidas en la opción Outputs Status.

89

FALLA DE SOBRETENSIÓN, EMPLEANDO EL RELÉ ADMINISTRADOR DE LA ALIMENTACIÓN

DL2108T23

90

PRÁCTICA # 8

FALLA DE SOBRETENSIÓN, EMPLEANDO EL RELÉ ADMINISTRADOR DE LA ALIMENTACIÓN DL2108T23


El aumento de tensión por encima del 10% de la tensión nominal se conoce como Elevación Swell, las

elevaciones de tensión tienen un tiempo de ocurrencia, dicho tiempo es medido desde el momento en que

el valor eficaz de la tensión se eleva por encima del umbral hasta cuando retorna por debajo de este. Ver

Figura 1.

Figura 1. Representación gráfica de una señal de sobretensión. (Florez, 2018)

Las causas más comunes que generan sobretensiones en la red son: Las descargas atmosféricas, el exceso

de elementos capacitivos en la red y daños internos en los transformadores de potencia. (Técnologicas,

2017)


Este laboratorio consiste en alimentar una carga en Y con neutro, mediante una fuente variable de

tensión. Se hace uso del relé administrador de la alimentación DL2108T23, para que proteja la red en

caso de sobretensión, la falla se provoca aumentando el nivel de tensión a través de la fuente variable,

actuando así el relé para hacer apertura del interruptor principal.



Voltaje en la fuente trifásica para la falla 120 V AC

Carga Trifásica R1 = R2= R3 = 793 Ω

91

Ahora se muestra el diagrama general de conexión y el unifilar que involucra esta práctica.

92


El relé DL2108T23 tiene dos niveles máximos de operación, los cuales deben ser tenidos en cuenta para el uso

de este dispositivo, dichos niveles pueden ser modificados en la programación interna del relé. A continuación

se muestran los valores máximos de operación del relé:









1 DL 2108T23 De Lorenzo Relé administrador de la alimentación



10 Conectores en U


93



4. Cálculos

Para empezar se realizan los cálculos de la reactancia del módulo de línea, transformándola al dominio

de la frecuencia:


𝑗𝑋𝐿 = 𝑗𝜔𝐿 = 𝑗(2𝜋𝑓)(𝐿) = 𝑗(2𝜋 ∙ 60)(290 ∙ 10−3)

𝑗𝑋𝐿 = 𝑗109,33 [Ω]




𝐼 =𝑉𝜙

𝑍𝐸𝑞=

𝑉𝜙


(100

√3)

(13 + 𝑗109,33) + (793)

|𝐼| = |(70,982 ∠ − 7.72475° ) ∙ 10−3| = 70,98 [𝑚𝐴]

El circuito en condición de falla, es un circuito balanceado por lo tanto se puede solucionar también como


𝑉𝜙 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎 = 𝐼 ∙ 𝑍𝐸𝑞

𝐼 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎 =𝑉𝜙 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎

𝑍𝐸𝑞=

𝑉𝜙 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎


(120

√3)

(13 + 𝑗109,33) + (793)

|𝐼 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎| = |(85,178 ∠ − 7.72475° ) ∙ 10−3| = 85,18 [𝑚𝐴]

94

5. Montaje




C. Relé administrador de la alimentación DL 2108T23




96



adaptador USB.




botón Scan.

Dar clic en en el botón inferior Connect y luego escribir el nodo al cual se está estableciendo


el botón OK.

97








98


configuraciones del relé, se configura el nivel de sobretensión (1U> y 2U>) en 30% Un, es

indispensable marcar las variables requeridas en modo (ON) luego realizar las configuraciones

mostradas enseguida y presionar los botones Send y Read.

Nota: Posteriormente que se envíen los datos al relé DL2108T23 se recomienda desconectar la

alimentación del mismo y volver a encenderlo, con esto el dispositivo lee su última programación.

99





luego Configurar la salida R1 en modo Normally Denergized y seleccionar la variables que se

activaron anteriormente 1U> y 2U> en este caso se deben programar las compuertas lógicas en

OR

Ahora sólo resta simular la falla aumentando el nivel de tensión con la fuente variable y verificar

que el interruptor principal haga apertura para proteger la red contra falla de. El software permite

visualizar el estado de las salidas en la opción Outputs Status.

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PRÁCTICA DE CONEXIONES DEL MODELO DE LÍNEA DEL MÓDULO DL7901TT

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PRÁCTICA # 9

PRÁCTICA DE CONEXIONES DEL MODELO DE LÍNEA DEL MÓDULO DL7901TT


Las líneas de transmisión son elementos de una red eléctrica que se encargan de transportar energía

de un lado a otro, El modelo eléctrico más utilizado en este momento es el modelo PI, éste emplea una

impedancia RL en serie y en cada uno de los extremos ubica una capacitancia.

Existen varias formas de clasificar las líneas de transmisión, generalmente se clasifican en líneas cortas,

medianas y largas, se catalogan dependiendo de la longitud del conductor. A continuación se muestra

su clasificación:

Línea Longitud

Corta L < 80 km

Media 80 < L < 240 km

Larga L > 240 km

En el modelo eléctrico de la línea corta generalmente no se considera la capacitancia entre los

conductores y tierra, por el contrario, en el modelo eléctrico de la línea media y larga se utiliza el modelo

PI; donde R es la resistencia física del conductor, X es la impedancia inductiva debido al campo

magnético producido por el flujo de corriente y Y es la admitancia total producida por el fenómeno

capacitivo que se genera por la diferencia de potencial entre líneas y tierra. (Rodriguez, 1998)

Imagen # 1. Modelo Pi


Esta práctica consiste en realizar tres conexiones del módulo de línea DL7901TT; la primera consiste en

realizar el montaje del modelo de línea corta, la segunda conexión es el modelo Pi empleando la

capacitancia entre Línea y neutro, y por último, el modelo Pi con capacitancia entre líneas y entre línea

y neutro.

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3. Especificaciones técnicas

El módulo de línea DL7901TT, tiene unos valores de impedancia fijos los cuales representan una línea

de transmisión aérea de 360 km de longitud operando a una tensión de 380 kV, dichos valores se

muestran en la siguiente Tabla.

Elemento Valor [Unidad]

Resistencia de línea RL 13 [Ω]

Inductancia de línea LL 290 [mH]

Capacitancia entre línea y línea CL 0,5 [μF]

Capacitancia entre línea y neutro CE 1 [μF]

Resistencia del conductor neutro RE 11 [Ω]

Inductancia del conductor neutro LE 250 [mH]

Nota: Se debe tener cuidado con las sobretensiones que se puedan generar con las capacitancias en paralelo. La corriente máxima del módulo DL7901TT es 1 Amperio.

4. Cálculos

Cálculo de la reactancia inductiva de línea, transformándola al dominio de la frecuencia de 60 Hz


𝑗𝑋𝐿 = 𝑗𝜔𝐿𝐿 = 𝑗(2𝜋𝑓)(𝐿𝐿) = 𝑗(2𝜋 ∙ 60)(290 ∙ 10−3)

𝑗𝑋𝐿 = 𝑗109,33 [Ω]

Cálculo de la reactancia inductiva del conductor neutro, transformándola al dominio de la frecuencia de

60 Hz

𝑗𝑋𝐸 = 𝑗𝜔𝐿𝐸 = 𝑗(2𝜋𝑓)(𝐿𝐸) = 𝑗(2𝜋 ∙ 60)(250 ∙ 10−3)

𝑗𝑋𝐸 = 𝑗94,25 [Ω]

Cálculo de la admitancia capacitiva entre línea y el conductor neutro, transformándola al dominio de la

frecuencia de 60 Hz

𝑌𝐸 = 𝑗𝜔𝐶𝐸 = 𝑗(2𝜋𝑓)(𝐶𝐸) = 𝑗(2𝜋 ∙ 60)(1 ∙ 10−6)

𝑌𝐸 = 𝑗0,000377 [s]

Cálculo de la admitancia capacitiva entre línea y línea, transformándola al dominio de la frecuencia de

60 Hz

𝑌𝐿 = 𝑗𝜔𝐶𝐿 = 𝑗(2𝜋𝑓)(𝐶𝐿) = 𝑗(2𝜋 ∙ 60)(0,5 ∙ 10−6)

𝑌𝐿 = 𝑗0,000188 [s]

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5. Montajes

Conexión # 1. Circuito representante de la conexión # 1.



104

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CATÁLOGO DE PRÁCTICAS TIPO EMPLEANDO EL MÓDULO DE...

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