COORDINACIÓN DE PROTECCIONES EN REDES DE DISTRIBUCIÓN

COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ

COORDINACIÓN DE PROTECCIONES EN REDES DE DISTRIBUCIÓN

SUBGERENCIA DE DISTRIBUCIÓNDIVISIÓN DE DISTRIBUCIÓN ORIENTE

DEPARTAMENTO DE OPERACIÓN Y MANTENIMINETO

(May 2013)


CONTENIDO

Sistemas de Distribución.Subestación EléctricaNaturaleza de las fallasIdentificación de dispositivosCoordinación de Dispositivos de Protección

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SISTEMAS DE DISTRIBUCION

A) Sistemas de GeneraciónB) Sistemas de TransmisiónC) Sistemas de Distribución:

a)Líneas de subtransmisiónb) Subestaciones de distribuciónc) Circuitos de media tensiónd) Transformadores de distribucióne) Circuitos secundariosf) Acometidas

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SISTEMA ELÉCTRICO

4


SISTEMAS DE DISTRIBUCION ...

5

CLASIFICACION DE TENSIÓN

COMPONENTE DEL SISTEMA

TENSIÓN NOMINAL KV

PREFERENTE RESTRINGIDA CONGELADA

BAJA TENSIÓN MENOR DE 1 KV

ACOMETIDAS Y CIRCUITOS

SECUNDARIOS

0.120.1270.2200.240

MEDIA TENSIÓNMAYOR A 1 KV Y MENOR A 35 KV

CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN

13.823

34.5

2.44.46.911.820

ALTA TENSIÓN MAYOR A 35 KV Y MENOR A 230 KV

LINEAS DE ALTA TENSION

69115 85

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Esta constituida por equipos y dispositivos, que modifican y controlan algunas características de la potencia eléctrica como son: Voltaje, Corriente, Factor de Potencia, Etc.

Elementos principales:Transformador ApartarrayosInterruptor de potencia

Tableros de Banco de Baterías control

Capacitores Cuchillas

Transf. de instrumentos6

SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

COLEGIO DE INGENIEROS MECANICOS Y ELECTRICISTAS DEL PUERTO DE VERACRUZ 7

Elementos secundarios:

Cables de control

Alumbrado

Estructura

Herrajes

Sistema de Tierras

Trincheras

SUBESTACIÓN ELÉCTRICA


NATURALEZA DE LAS FALLAS Fallas Transitorias:

Son aquellas donde la perdida de aislamiento de los elementos del sistema sometidos a tensión eléctrica, es momentánea, es decir, que se trata de aislamientos del tipo recuperable. Entre el 80-95 % del total de las fallas son de naturaleza transitoria.

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Fallas Permanentes:Son aquellas donde la pérdida de aislamiento

del elemento fallado es permanente, estas requieren reparación, mantenimiento o reposición del equipo.

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NATURALEZA DE LAS FALLAS


INTENTOS DE RECONECTAR LA CARGA

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TIU (Tiempo de Interrupción por Usuario) Comportamiento Mensual Acumulado

Divisional

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

min


TIU (Tiempo de Interrupción por Usuario)Valor Acumulado por Causa

Rama o

Árbol

s/linea

Ani-male

s

Contamina..

.

Prop.

Falla

aj.

a CFE

Falla

CCF

Corro-si

ón0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

min

Periodo: Ene-Abr 2013


FILOSOFÍA DE LAS PROTECCIONES

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La función primordial de un equipo o dispositivo de protección es la de desconectar rápidamente cualquier elemento de un sistema eléctrico que sufra un corto circuito, sobrecarga o que empiece a operar en una forma anormal que pudiera causar daño o interferir con la operación efectiva del resto del sistema.


ESTUDIO DE COORDINACIÓN

La coordinación de protecciones de sobrecorriente consiste en un estudio organizado tiempo – corriente de todos los dispositivos en serie desde la carga hasta la fuente. Este estudio es una comparación del tiempo que toma cada uno de los dispositivos individuales para operar cuando ciertos niveles de corriente normal o anormal pasa a través de los dispositivos de protección.

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CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES

DE LA PROTECCIÓNLas características que se deben considerar durante el diseño y coordinación de las protecciones que definen un diseño eficiente del esquema de protecciones de cada sistema eléctrico son:

SensibilidadConfiabilidad

SelectividadSimplicidad

VelocidadEconomía.

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ZONAS DE PROTECCIÓN:

Se definen como el área de cobertura de un dispositivo de protección, el cual protege uno o más componentes del sistema eléctrico en cualquier situación anormal o falla que se presente

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a)Líneas de alta tensiónb)Barras de alta tensiónc)Transformadores de potenciad)Barras y circuito de media

tensióne)Circuitos de distribuciónf)Transformadores de

distribución, circuitos

g)secundarios y acometidas.17



Las zonas de protección se disponen de manera que se traslapen para que ninguna parte del sistema quede sin protección.

La protección primaria es la primera línea de defensa, mientras que la protección de respaldo solo actúa cuando falla la protección primaria.

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La protección primaria opera para disparar el dispositivo de protección más cercano al componente fallado, haciendo posible que sedesconecte únicamente el elemento con falla.El respaldo se define como la protección que opera independientemente de un componente específico en el sistema de protección primaria, quizás duplique la protección Primaria o solo opere si la protección primaria falla o está temporalmente

PROTECCIÓN PRIMARIA


SISTEMAS DE DISTRIBUCION ...

20


RELEVADOR

Es un Dispositivo que sensa de manera constante las condiciones del Sistema de Potencia y causa un cambio abrupto en su circuito de control, esto hace operar un interruptor de potencia que corta la continuidad de la energia. Lo anterior sucede cuando las condiciones normales del sistema se ven afectadas por una condición anormal o de falla.

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El "pick up" de un relevador es el valor mínimo de la cantidad actuante (corriente o voltaje), con el que empieza a operar.

RELEVADOR


TIEMPO

CORRIENTE DE FALLA

CARACTERISTICA DE OPERACIÓN DE UN RELEVADOR DE SOBRECORRIENTE


INVERSIDAD DE LAS CURVAS

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TIEMPO

MULTIPLOS DE TAP

Extremadamente inverso

Muy inverso

Inverso


IDENTIFICACION DE DISPOSITIVOS

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NÚMEROS Y FUNCIONES DE LOS DISPOSITIVOSNUMERO IDENTIFICACION

50 Relé de sobrecorriente instantánea51 Relé de sobrecorriente de tiempo52 Interruptor de corriente alterna59 Relé de sobre voltaje60 Relé de balance de voltaje61 Relé de balance de corriente62 Relé de tiempo retardado para arranque o apertura63 Relé de presión (Buchholz)64 Relé de proteccion a tierra67 Relé direccional de sobrecorriente


IDENTIFICACION DE DISPOSITIVOS ...

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NÚMEROS Y FUNCIONES DE LOS DISPOSITIVOS

NUMERO IDENTIFICACION79 Relé de recierre.81 Relé de frecuencia85 Rele receptor de carrier86 Relé auxiliar de bloqueo87 Relevador de protección diferencial.89 switch de linea94 Relé de disparo.


PROTECCIONES Y ALARMAS DE BANCO

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51HT

87T

63B

63P

49T

51T

51NT

86T

50/51

50/51

49Q71Q

SOLO ALARMAS


CRITERIO BASICO PARA S.E.

Para el Transformador de potencia con esquemas 51HT, 51NT y 51BT/51NBT:51HT y 51BTTAP: Se ajusta al 200% de la capacidad

OA del banco ó al 120% de la capacidad FOA2.

51HT de 1seg a 800mseg.51BT de 500 a 700mseg.

.

28


51NT y 51NBTTAP : Se ajusta del 30% al 40% de

desbalance de carga del banco51NT 1seg A 800mseg.51NBT de 500 a 700mseg.CIRCUITO 0.3seg + INST.

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CRITERIO BASICO PARA S.E.


Los factores para la aplicación apropiada del equipo de protección:

Distancia y calibres de conductores a lo largo del circuito que se desea proteger.

Voltaje del sistema.Corrientes normales de carga. Niveles de falla máxima y mínimos en los

puntos que se desean proteger. Valores mínimos de operación.Características operativas y secuencia

seleccionada en los equipos de protección.

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LINEAMINETOS BÁSICOS


A) Esquemas de protección Relevador - Relevador

Esquemas de protección para una subestación de distribución con un Transformador de Potencia mayor de 10 MVA e Interruptores de circuito

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B) Esquemas de protección Fusible - Relevador Para las subestaciones en las cuales sus bancos

de transformación tienen una capacidad entre 7.5 y menor de 10 MVA’S. Son los fusibles de potencia los que realmente protegen al transformador y lo aíslan en caso de falla.

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C) Esquemas de protección Fusible – Relevador – Restaurador

Las subestaciones que utilizan este arreglo de protección, podemos decir que son del tipo rural y su uso se limita a la protección de transformadores con capacidades menores de 7.5 MVA’S.

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Podemos distinguir tres tipos básico de alimentadores primarios :

Tipo rural .- Con dos tipos carga, la que alimenta pequeños poblados cuya carga se caracteriza por motores chicos ( bombas, molinos, pequeñas industrias) y alumbrado y la que alimenta grandes sistemas de bombeo.

Tipo urbano.- aquel que tiene carga de alumbrado y grandes comercios y pequeñas industrias.

Tipo industrial.- Urbano o rural que se caracteriza por grandes consumos de energía y por grandes motores.

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ALIMENTADORES PRIMARIOS


Fusible .- Dispositivo de protección contra sobrecorrientes, con dos curvas características de operación.

MMT: Mínimo tiempo de fusión, tiempo en el cual el fusible comenzará a fundirse.

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DISPOSITIVOS Y EQUIPOS ELECTRICOS EN MEDIA TENSIÓN.


MCT: Máximo tiempo de limpieza, tiempo total en el que el fusible interrumpe la circulación de corriente. Los fusibles más utilizados en redes de distribución son los de curva característica tipo “K” y “T”

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El restaurador es un equipo habilitado para sensibilizar e interrumpir en un tiempo determinado sobrecorrientes en un circuito debidas a la eventualidad de una falla, así como efectuar recierres automáticamente re-energizando el circuito.

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Interruptor - Interruptor

Debe existir una coordinación mínima de 0.3 a 0.4 segundos entre ambas protecciones para la máxima corriente de corto circuito.

38

CRITERIO DE COORDINACIÓN


Relevador - Restaurador

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Debe existir una coordinación mínima de 0.3 a 0.4 segundos entre ambas protecciones para la máxima corriente de corto circuito común a ambos equipos.

t (seg)

I (A)Icc max.

t1 t2

∆t0.3 seg

52

Acumulada del RestauradorNo. A + No. B

No. A = No. operaciones rápidasNo. B = No. operaciones lentas

B

A

t2 ≤ 0.9 t1

Icc max.

50 51

52

R



Debe existir un margen mínimo en tiempo de coordinación de cuando menos 0.3 y 0.4 segundos entre la curva MCT del fusible y la característica del relevador para la máxima corriente de cortocircuito.

Relevador - Fusiblet (seg)

I (A)

0.3 – 0.4 seg

52

MMT

50 51

52

MCT

IccD

IccBIccC

IccA

IccAIccBIccC

51

50



Se requiere un margen de tiempo mayor de 0.2 segundos entre sus curvas características tiempo-corriente para la máxima corriente de falla común a ambos dispositivos.

Restaurador - Restauradort (seg)

I (A)Icc max.

∆t > 0.2 seg

R1

R2

Icc max.

R1

R2



a. El punto máximo de coordinación para una corriente de cortocircuito común a ambos dispositivos se tiene en la intersección de la curva rápida del restaurador (corregida por un factor K1) con la característica MMT del fusible.

b. El punto mínimo de coordinación para una corriente de cortocircuito común a ambos dispositivos se tiene en la intersección de la característica MCT del fusible con la curva lenta del restaurador.

Restaurador – Fusible



El factor K1 para compensar el efecto calentamiento-enfriamiento sufrido por el fusible debido a las operaciones rápidas de disparo y recierre del restaurador.

Restaurador – Fusible

t (seg)

I (A)

B

MMTR

MCT

Icc max

Rc

A

Desplazamiento de la curva:

AxK1

I1 I2

Rc = Rango de coordinaciónIcc max < I2Icc min > I1

Icc min



Debe existir un margen mínimo en tiempo de coordinación del 25 % del tiempo de la MMT del fusible de respaldo, entre esta y la MCT del fusible delantero o primario.

Fusible-Fusible

t (seg)

I (A)Icc max

MMT

MCTt1max F2

F1

Iccmax

Iccmin

F1

F2

t2max

t1 ≤ 0.75 t2

Icc min

t2min

t1min

MMT

MCT


CALCULO DE CORTO CIRCUITO

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DIAGRAMA CON CORTO CIRCUITO

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COMISION FEDERAL DE ELECTRICIDADDIVISION ORIENTE

ZONA PAPALOAPANDIAGRAMA DE CORTOCIRCUITO

RDC 4010 RODRIGUEZ CLARA

C0001

ICircuito

RDC-4010

C0003

PR008LA

GLORIETA

F0019LA GANADERA

E0001LA TIAN.A.

R0001F0114

ANGOSTURAF0006 LIBERTAD N.A

T0001

F0045 LOMA

SERRAN

F0121EL MIRADOR

F0074PABLO .SIDAR

F0081JIMBA

F0111HUAYACANES

BANCO300 KVAR

FIJO

F0077PABLO . SIDAR (SANANTONIO)

F0120GUADALUPE

CASTRO

F0119LAS

CANOAS

F0123 F0097

F0098

F0118

F0103

F0106

F0104

F0124 SAN ANTONIO

E0004 F0109

F0059EL PANTEON

F0088LOS

TIGRES

F0047DERIV.

SANTA ROSA

F0050PASO LIMON

F0051CAFETAL

F0052EMILIANOZAPATA

F0053EL MAGUIAL

F0048SAN

LORENZO

F0122 SANTA ROSA

F0083LA GLORIA DE COAPAN

SW

PE002MATA BEJ UCO

ENLACE ISL-4020

F0061

F0065 DIAZ

MIRON

F0057 COL SAN PABLO

F0046COL. MATA

BEJUCO

F0060COL. FELICIANO

CEBALLOS

F0093

C0002

16572271

11181685

9881514

9521449

8261281

852

13277311148

8631343

7911242

388593

564

869

432661

602

387421643

309468

270419

197301

229353

195298 265

160186

283

164248

2251171198

796

775

1174

FUSIBLES 25 K


EJEMPLO DE COORDINACIÓN

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PROTECCIÓN EN BAJA TENSIÓN

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El interruptor termomagnético, es un dispositivo utilizado para la protección de los circuitos eléctricos contra cortocircuitos y sobrecargas. El funcionamiento de un interruptor termomagnético se basa en dos de los efectos producidos por la circulación de corriente eléctrica en un circuito: el magnético y el térmico (efecto Joule).


COMPONENTES DEL ITM

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PROTECCIONES EN ITM

1-Protección contra sobrecargas: Su característica de disparo es a tiempo dependiente o inverso, es decir que a mayor valor de corriente es menor el tiempo de actuación. 2-Protección contra cortocircuitos: Su característica de disparo es a tiempo independiente, es decir que a partir de cierto valor de corriente de falla la protección actúa, siempre en el mismo tiempo.

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CURVA CARACTERÍSTICA

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Curva B: Circuitos resistivos (para influencia de transitorios de arranque) o con gran longitud de cables hasta el receptor. Curva C: Cargas mixtas y motores normales en categoría AC (protección típica en el ámbito residencial). Curva D: Circuitos con transitorios fuertes, transformadores, capacitores, etc.

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División de Distribución Oriente

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GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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