Diseño y Calculo Electrico Planta Cogeneración

DISEÑO Y CÁLCULO ELÉCTRICO DE UNA PLANTA DE COGENERACIÓN AL CAMP DE

TARRAGONA

TITULACIÓN: Ingeniería Técnica Industrial en Electricidad

AUTOR: Eduardo Barbero.

DIRECTOR: Sr. Lluís Massagues. FECHA: Mayo del 2012

DISEÑO Y CÁLCULO ELÉCTRICO DE UNA PLANTA DE COGENERACIÓN AL CAMP DE TARRAGONA

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1. ÍNDICE. ………………………………...…………………………………….…… 3

2. MEMORIA DESCRIPTIVA. ……………………………..………………….. 6

3. MEMORIA DE CÁLCULO. ……………………….………………..…….. 39

4. PLANOS. …………….……………………………………….…………….….. 110

5. PRESUPUESTO. ……………………..…………………………….…..….. 119

6. PLIEGOS DE CONDICIONES. ……………………...…………….….. 126

7. ANEXOS. ………….……………………………………………………….….. 130


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1. ÍNDICE……………………………………………………………………….…… 3

2. MEMORIA DESCRIPTIVA. ……………………………..………………….. 6

2.1 Hoja de identificación……………………………………………………....... 7 2.2 Antecedentes……………………………………………………………….... 8 2.3 Situación y emplazamiento…………………………………………………... 9 2.4 Justificación de la unidad de cogeneración………………………………… 10 2.5 Descripción general del proceso de cogeneración………………………..... 11 2.5.1 Características de la turbina de gas…………….…………..…………... 17 2.5.2 Características del alternador…………………………..…………..…... 19 2.5.3 Características caldera recuperación de calor………………………...... 20 2.5.4 Características técnicas motor de arranque de la turbina……………..... 22 2.6 Descripción proceso de cogeneración……………………….....…………... 23 2.7 Control y protecciones…………………………………………...……….... 25 2.7.1 Protecciones eléctricas del alternador………………………………...... 27

2.7.1.1 Las protecciones de apoyo……………………….……….......... 29 2.7.1.2 Protección de generador y transformador…………………........ 30

2.7.1.2.1.1 Protección contra fallos entre fases………….….….. 30 2.7.1.2.1.2 Protección contra desequilibrios………………..….. 30 2.7.1.2.1.3 Protección contra retorno de potencia………..…….. 31 2.7.1.2.1.4 Protección contra fallos a tierra………………...….. 31 2.7.1.2.1.5 Protección contra pérdida de excitación………..….. 11 2.7.1.2.1.6 Protección contra sobretensiones……………….….. 32 2.7.1.2.1.7 Protección diferencial del transformador……….….. 32

2.8 Canalizaciones de cables……………………………………………….….. 35 2.8.1 Zanjas……………………………………………………………….….. 35 2.8.2 Tubos………………………………………………………………..….. 36 2.8.3 Cable 15 KV…………………………………………………...……….. 37 2.8.4 Cable 66 KV………………………………………………………...….. 38

3. MEMORIA DE CÁLCULO …………………………………………..…….. 39

3.1 Cálculos de las protecciones ajustes de cada relé y coordinación……...….. 40 3.1.1 Relé 32 Direccionalidad de potencia……………………………….….. 40 3.1.2 Relé 46 Desequilibrio o inversión de fases estator…………………….. 44 3.1.3 Relé 87G Diferencial del generador………………………….……….... 52 3.1.4 Relé 64G Protección de fase a tierra generador………………….…….. 56 3.1.5 Relé 64B Protección falta a tierra cables y transformador………….….. 59 3.1.6 Relé 59G1 Protección sobretensión del generador…………………….. 63 3.1.7 Relé 59G2 Protección sobretensión del generador…………………….. 66 3.1.8 Relé 40 Relé de pérdida de excitación………………………………..... 69 3.1.9 Relé 27 Relé de mínima impedancia o falta de tensión (subtensión) …. 74 3.1.10 Relé 21 Mínima impedancia………………………………………….... 77 3.1.11 Relé 64T Circulación por cuba transformador……………………...….. 81


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3.1.12 Relé 51G Protección sobreintensidad generador……………………..... 85 3.1.13 Relé 87T Diferencial del transformador……………………………….. 90 3.1.14 Relé 87B Diferencial del transformador……………………………….. 95 3.1.15 Relé 64F Falta a tierra Rotor………………………………………….. 100 3.1.16 Relé 64TN Circulación por neutro de transformador………..……….. 103 3.2 Cálculos de cables……………………………………………………….... 105 3.2.1 Cálculo de cable 15KV……………………………………………….. 106

3.2.1.1 Sección mínima por intensidad cortocircuito……………...….. 106 3.2.1.2 Comprobación por intensidad de la sección elegida………….. 107 3.2.1.3 Comprobación por caída de tensión de la sección elegida…..... 108 3.2.1.4 Comprobación de la sección de la pantalla metálica……...….. 109

4. PLANOS ……………………………………………………………………….. 110

4.1 Situación………………………………………………………………….. 111 4.2 Emplazamiento ……………………………………………………….….. 112 4.3 Emplazamiento Cogeneración ………………...……………………..….. 113 4.4 Esquema de la instalación de Cogeneración con turbina de gas ……...….. 114 4.5 Esquema unifilar de potencia ………..………………………………..….. 115 4.6 Esquema multifilar protecciones grupo cogeneración…………………..... 116 4.7 Esquema multifilar de potencia ……………………..………………...….. 117 4.8 Esquema multifilar de protecciones y ajustes. ……………………..…….. 118

5. PRESUPUESTO…………………………………………………………..….. 119

5.1 Cuadro de Descompuestos…………………………………………….….. 120 5.2 Resumen del presupuesto……………………………………………...….. 125

6. PLIEGOS DE CONDICIONES ……………………………………….….. 126

6.1 Normas legales y reglamentos aplicables a las especificaciones técnicas.....127


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7. ANEXOS. ………………………………………………………………….….. 130

7.1 Decreto 19384/ 5 setiembre 1985 7.2 Relé LGPG 111 7.3 Relé sobreintensidad 7.4 Funciones de los dispositivos 7.5 Excitación


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2. MEMORIA DESCRIPTIVA

TITULACIÓN: Ingeniería técnica industrial especialidad electricidad


DIRECTOR: Sr. Lluís Massagues. FECHA: 1 / 02/ 2012


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2.1 HOJA IDENTIFICACIÓN

Titulo del proyecto: Diseño y cálculo eléctrico de una planta de cogeneración al Camp de Tarragona

Encargado por: REPSOL PETROLEO SA.

Autor del proyecto: Eduardo Barbero Espinosa, estudiante de ingeniería técnica industrial especialidad electricidad con DNI 39923649-L; con dirección profesional Avinguda del Casteller nº32 (Reus), tlfno 650666584

email: [email protected]

Dirección del proyecto: Dr. Lluis Massagues Vidal, tlfno: 977559695

email: [email protected]

Fecha y firma:

1 / 02/ 2012


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2.2 ANTECEDENTES

El complejo industrial de REPSOL PETROLEO SA. se encuentra en los términos municipales de La Pobla de Mafumet y El Morell en la provincia de Tarragona.

REPSOL PETRÓLEO tiene el objetivo de transformar el petróleo en sus derivados como por ejemplo gasolina, gasoil, nafta, etileno, etc.

Este complejo industrial dispone de dos unidades de cogeneración y en este proyecto nos centraremos en la unidad de cogeneración nº2.

En el Complejo Industrial de REPSOL PETROLEO SA. se compraba electricidad en los años 80 a la red eléctrica de FECSA- ENDESA y se producía vapor (109,8 Tm/h a 40 Kg/cm²).

Las calderas funcionaban con combustible fuel-oil y la empresa REPSOL PETROLEO SA. para poder mejorar su rendimiento energético y conseguir un importante ahorro económico (ver apartado 2.4) construyó dos unidades de cogeneración constituidas por turbina de gas, caldera de recuperación, alternador, transformador y los servicios auxiliares.

El alternador accionado por la turbina de gas tiene las siguientes características:

Potencia nominal: 53,1 MVA

Factor Potencia: 0,9

Tensión nominal: 11 KV ± 10%

Intensidad nominal: 2780 A

La energía generada es transformada mediante un generador de 50/60 MVA ONAN/ONAF a 11/66 KV para su conexión a la red de 66 KV.

La conexión se realizará por medio de cables aislados 36/66 KV de 4 (1 x 500 mm² Al).


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2.3 SITUACIÓN Y EMPLAZAMIENTO

El complejo industrial de REPSOL PETROLEO SA. se encuentra en los términos municipales de La Pobla de Mafumet y El MORELL en la provincia de Tarragona.

Las vías principales de comunicación más importantes del complejo desde Tarragona son la carretera Nacional 240 y la autopista AP-7. Para acceder al complejo industrial se tendrá que utilizar la carretera T-721.

En el plano nº1 podrá consultar la situación del complejo y en el plano nº2 el emplazamiento.

En los planos nº 3 y nº4 podrá ver el emplazamiento de la unidad de cogeneración dentro del complejo industrial.


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2.4 JUSTIFICACIÓN DE LA UNIDAD DE COGENERACIÓN

REPSOL PETRÓLEO tiene el objetivo de transformar el petróleo en sus derivados como por ejemplo gasolina, gasoil, nafta, etileno, etc.

La transformación del petróleo en sus derivados se consigue mediante la aportación de calor en forma de vapor. Este sistema fue implantado en los años 70, y se producía el calor mediante calderas de gas.

Con la implantación de una planta de cogeneración se pretende introducir en las calderas de gas, el vapor producido en la planta de cogeneración-

Por este motivo, se tiene que dimensionar la turbina para producir el vapor y la energía necesaria suficiente para poder arrastrar el generador eléctrico.

Con la instalación de las unidades de cogeneración se consigue:

- Reducir el coste de operación al reducir el coste de la energía eléctrica consumida por REPSOL PETRÓLEO SA.

- Mejorar el rendimiento energético - Reducir el impacto ambiental.


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2.5 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROCESO DE COGENERACIÓN

El sistema de cogeneración está principalmente compuesto por una turbina de gas con su alternador y una caldera de recuperación de calor de los gases de escape de la turbina.

La turbina realiza dos funciones:

- Producir energía eléctrica a través del alternador que arrastre - Ceder a la caldera de recuperación de calor los gases de escape de alta temperatura.

La turbina se alimentará con gas natural con una presión de 23 Kg/ cm² y la caldera de recuperación de calor producirá vapor de media y alta presión.

Los gases calientes tras la combustión se expanden en la turbina que arrastra al generador eléctrico, enfriándose hasta una temperatura de 542 ºC, y son conducidos hasta la caldera de recuperación de calor donde son expulsados a la atmósfera a una temperatura de 187 º C.

La planta de cogeneración permite al Complejo Industrial de REPSOL PETROLEO SA. operar en modo isla. El modo isla consiste en que el complejo industrial no recibe ninguna corriente eléctrica de las líneas de alta tensión de FECSA-ENDESA y toda la electricidad que necesita el complejo se produce en las dos plantas de cogeneración con las que cuenta el complejo.

En modo isla los interruptores de línea estarán abiertos.

Si se produce un corte eléctrico o alguna perturbación en las líneas eléctricas de FECSA-ENDESA el complejo pasaría a funcionar el modo isla permitiendo el correcto funcionamiento de las instalaciones sin recibir electricidad del exterior del complejo.


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Existes diferentes tipos de tecnologías de cogeneración. Pero en nuestro caso, elegiríamos la tecnología de “Turbina de Gas” porque se ajusta a la potencia eléctrica necesaria y tiene un coste menor que las “turbinas de vapor”.

Tabla 1 Tecnologías comerciales de cogeneración


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Figura 1 Esquema Planta de Cogeneración con turbina gas


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Como el complejo industrial funciona las 24h del día, habitualmente las unidades de cogeneración funcionan en paralelo con la red eléctrica durante las horas punta de consumo eléctrico y en cambio el complejo industrial funcionará conectado a la red eléctrica de FECSA-ENDESA durante las horas valle.

Con esta medida se puede conseguir un importante ahorro económico a la empresa debido a que el precio de la electricidad en las horas valle es muy inferior al precio de la electricidad en las horas punta (ver Fig. 2).


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Figura 2 Precio medio del mercado eléctrico

DISEÑO Y CÁLCULO ELÉCTRICO DE UNA PLANTA DE

Demanda eléctrica en el Estado Español según Red

Figura 3 Curvas de carga de potencia media horaria

LCULO ELÉCTRICO DE UNA PLANTA DE COGENERACIÓN AL CAMP DE TARRAGONA

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stado Español según Red Eléctrica de España (REE):

Curvas de carga de potencia media horaria

COGENERACIÓN AL CAMP DE TARRAGONA

de España (REE):


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2.5.1 Características de la turbina de gas

La turbina de gas es del modelo PG 6541 (B) de EGT-GEC ALSTHOM de potencia 185.000 W y que gira a una velocidad de 5114 rpm.

Temperatura máxima: 1106ºC

Velocidad máxima en el extremo: 438 m/s

El grupo turbina de gas consta de:

- Compresor con álabes de entrada variable y adaptado para lavado (off-line online) - Turbina de gas tipo “Heavy Duty” - Sistema de adaptación para inyección de vapor (aumento de potencia) - Sistema de combustión para gas natural, gas de refinería, destilado ligero y pesado - Dos detectores de gas - Sistema detección incendios

La potencia generada por la turbina depende de las condiciones ambientales y de la carga a la que esté trabajando. La carga habitual de trabajo será la carga base, aunque puede operar a cualquier carga por debajo de esta e incluso por encima de ésta, en carga pico y durante periodos cortos. En operación normal de la planta no se realizará inyección de vapor, pero si el operador lo desea puede inyectar vapor a 19 ± 1kg/cm² y 260 ± 8ºC procedente de la caldera de recuperación de calor. El objeto de ésta inyección de vapor es el aumento de la potencia generada por la turbina, lográndose como efecto adicional una reducción en la emisión de NOx. La turbina de gas requiere de una fuente externa de energía eléctrica para arrancar. Para arrancar la unidad de cogeneración se puede utilizar tanto la red eléctrica de FECSA-ENDESA como el sistema eléctrico de emergencia del polígono formado por generadores diesel. Este sistema es usado para alimentar el motor de arranque y los demás sistemas auxiliares de la turbina. Una vez la turbina de gas está en servicio, todos los consumos propios del paquete turbina, proceden del alternador de la turbina de gas tras pasar por el trasformador de auxiliares. Durante el arranque, aumento de carga y operación normal, los sistemas de la turbina de gas son controlados por el centro de control de la turbina, que será un SPEEDTRONIC MARK V.


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Las entradas y los ajustes de valores de referencia del operador podrán introducirse en el MARK V por medio de órdenes dadas en la cabina de control local de la turbina de gas o por medio de pulsadores dedicados para las señales principales en la sala de control. La mezcla o cambio de combustible no afecta al funcionamiento de la turbina de gas siempre que la velocidad de variación del índice de Wobbe sea inferior o igual a 0,3% por segundo. El control del sistema de inyección de vapor antes mencionado está incorporado en el Mark V y puede ser ajustado o puesto en fuera de servicio desde la cabina de control local o desde la sala de control de la planta. El aire que llega al compresor de la turbina ha de haber sido filtrado previamente por un filtro (modelo GDX DONALDSON).

Figura 4 Rendimiento de una turbina de gas Relación Potencia eléctrica/térmica: 0,5-0,8 Rendimiento eléctrico: 25-40% Rendimiento térmico: 40-60% Combustible: gas natural, líquidos ligeros


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2.5.2 Características del alternador

El alternador accionado por la turbina de gas tiene las siguientes características:

Potencia nominal: 53,1 MVA

Factor Potencia: 0,9

Tensión nominal: 11 KV ± 10%

Intensidad nominal: 2780 A

Velocidad: 3000 rpm.

Peso total aproximado: 92200 Kg

La energía generada es transformada mediante un generador de 50/60 MVA ONAN/ONAF a 11/66 KV para su conexión a la red de 66 KV.

Ver ANEXO para más información sobre la excitación del alternador.


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2.5.3 Características caldera de recuperación de calor

La caldera de recuperación de calor de los gases de escape de la turbina de gas es una unidad horizontal de construcción modular y circulación natural (no requiere de ninguna bomba para conseguir la circulación de los gases) que dispone de un quemador postcombustión de gas natural (ver plano nº4) y está prevista para una instalación a la intemperie.

Las condiciones de la salida del vapor generado en esta caldera son:

Vapor de alta presión: 40 kg/cm² 390ºC

Vapor de media presión a suministrar a la turbina de gas: 20 Kg/cm² 260ºC

Vapor de media presión a suministrar a la red de la refinería: 16 Kg/cm² 235ºC

El equipo de recuperación de calor propuesto está diseñado para recuperar el calor sensible de los gases de escape de una turbina de gas de aproximadamente 38 MW eléctricos para producir vapor a dos niveles de presión.

Los gases de escape de la turbina serán llevados a través de un conducto hasta la caldera de recuperación, en donde cederán su calor en las diversas secciones de intercambio de las que está constituida, para producir vapor tras lo que son enviados a la atmósfera a través de una chimenea.

Con el fin de adecuar la producción de vapor de la unidad a los requerimientos establecidos, se instalará en el conducto de paso de gases de turbina a caldera, un quemador de postcombustión en el conducto, que permita elevar la temperatura de los gases hasta el valor deseado.

Este quemador aprovechara el contenido en oxígeno de los gases de escape de la turbina, aunque puede requerir en algún caso puntual del aporte de aire exterior.

La instalación está diseñada para funcionar con un sistema de aire ambiente.

Para ello la potencia del quemador ha sido aumentada en relación a la necesaria de no haberse contemplado este requerimiento, ya que en este modo de funcionamiento no se cuenta con la aportación térmica de la turbina.


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Para este modo de operación se instalará un ventilador de aire ambiente que introducirá un caudal de aire ambiente similar al flujo de gases de la turbina cuando ésta se encuentra en su carga base.

La producción máxima de vapor en operación normal, es decir turbina con carga base y caldera funcionando sin postcombustión, será de 70Tm/h a 40kg/cm² y 390ºC y 6,1 Tm/h a 16kg/cm² y 235ºC.

El combustible a emplear en postcombustión será gas natural con presión de alimentación de unos 3,5kg/cm².


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2.5.4 Características técnicas del motor de arranque de la turbina

Potencia nominal: 450 KW

Tensión Nominal 6 KV

Frecuencia: 50 Hz

Velocidad: 3000 rpm

Cos PHI: 0,9

Rendimiento: 91,8 %

Par nominal: 2,35 N·m

Par arranque: 0,85 N·m


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2.6 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE COGENERACIÓN

La cogeneración es un sistema alternativo, de alta eficiencia energética, que permite reducir de forma importante la factura energética de ciertas empresas, sin alterar su proceso productivo. (Ver Plano nº5)

Se define la cogeneración como la producción conjunta, por el propio usuario, de electricidad o energía mecánica y energía térmica útil.

Este aprovechamiento simultáneo del calor, que conlleva un rendimiento global más elevado, es lo que la distingue de la autogeneración, en la cual no hay aprovechamiento térmico como efecto útil secundario.

Un compresor alimenta aire a alta presión a una cámara de combustión en la que se inyecta el combustible, que al quemarse generará gases a alta temperatura y presión, que a su vez, alimentan a la turbina donde se expanden generando energía mecánica que se transforma en energía eléctrica a través de un generador acoplado a la flecha de la turbina.

Los gases de escape tienen una temperatura que va de 500 a 650 °C. Estos gases son relativamente limpios y por lo tanto se pueden aplicar directamente a procesos de secado, o pueden ser aprovechados para procesos de combustión posteriores, ya que tienen un contenido de oxígeno de alrededor del 15%. Debido a su alta temperatura, estos gases suelen ser empleados a su vez, para producir vapor, que se utiliza en los procesos industriales e inclusive, como veremos más adelante, para generar más energía eléctrica por medio de una turbina de vapor.

La cogeneración con turbina de gas resulta muy adecuada para los procesos en los que se requiere una gran cantidad de energía térmica, o en relaciones de calor/electricidad mayores a 2. Esto quiere decir, que esta turbina resulta adecuada para procesos industriales en los que se necesita el doble de energía en forma de calor que electricidad.


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Tabla 2 Datos de la cogeneración en diferentes modos de funcionamiento


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2.7 CONTROL Y PROTECCIONES

En un sistema eléctrico, los generadores constituyen un elemento claramente diferenciado del resto de equipos que constituyen el sistema. Obviamente, en caso de que el sistema este perturbado por cualquier causa (cortocircuito, perdida de estabilidad, descenso de frecuencia, etc.) los generadores han de mantenerse en servicio siempre que sea posible, en un intento de evitar un “apagón” general, que puede tener consecuencias importantes.

Esto no siempre es posible debido, principalmente, a sus limitaciones mecánicas y térmicas-. Por otro lado, los generadores, como maquinas rotativas, padecen los disturbios de la red de forma muy diferente a como los sufren el resto de equipos no rotativos.

Naturalmente también pueden producirse averías internas en los arrollamientos rotórico y estatórico. Algunas de estas averías, aunque de poca significación en cuanto a magnitud, son muy dañinas para la maquina. La detección de tales faltas internas precisa de sistemas de protección de una cierta sofisticación.

Los relés de protección no deben actuar durante el funcionamiento normal de los sistemas mientras que deben estar dispuestos a dominar de forma inmediata las situaciones anormales.

Cuando se produce una falta las intensidades generalmente aumentan y las tensiones disminuyen. Además de estos cambios una falta también puede provocar cambios en potencia reactiva, en la potencia activa, en la frecuencia, y los armónicos, etc. Los relés basados en estas perturbaciones deben detectar estas perturbaciones.

La información necesaria para detectar una falta la reciben a través de los transformadores de medida instalados en la instalación a proteger. Esta información es recibida por los relés, y en caso de ser necesario, transmitida a través de unos contactos a los circuitos de disparos de los interruptores automáticos.

Estos abren los circuitos de la instalación a proteger, aislando los equipos y partes de la instalación, cortando toda la alimentación que pudieran recibir de cualquier fuente de alimentación.

Todos los relés o equipos de protección tienen una parte que va acoplada a través de los transformadores de medida y otra parte que va acoplada a los circuitos auxiliares de disparo y control.


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Teóricamente un sistema de protección debería ser capaz de responde a todas las anormalidades del circuito protegido. En la práctica se debe diseñar una protección basándose en los siguientes factores:

- Fiabilidad: grado de certeza de que el relé o sistema de relés funcionará correctamente.

- Economía: Se ha de conseguir la máxima protección posible al coste mínimo. Considerando el coste del equipo protegido, el coste del relé o sistemas de relés y también la importancia estratégica del equipo protegido, estos es, las consecuencias del fallo (perdidas producción, energía no distribuida etc.)

- Selectividad: Interrelación de relés e interruptores automáticos, (o fusibles), de

modo que su actuación en caso en caso de sobreintensidad deje un mínimo de abonados o cargas fuera de servicio.

- Velocidad: Se desea conseguir el mínimo tiempo en despejar la falta y reducir así los desperfectos del material.

- Simplicidad: Realización de la protección con el mínimo de aparatos y cableado

posible.


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2.7.1 Protecciones eléctricas del alternador

El alternador está protegido por los relés de protección del armario de control y protección del alternador (armario A 502). Las salidas de los relés están conectadas a la matriz de diodos para seleccionar las alarmas y las ordenes de disparo apropiadas.

La presencia de un fallo hace encender el piloto S4 del panel de mando del armario. Al pulsador S4 permite rearmar los relés de disparo.

El fallo de puesta a tierra del rotor es detectado en el armario de excitación y regulación del alternador (armario A 501) por el relé K91 que manda un electroimán. El electroimán aplica un contacto en el anillo del rotor durante 10 s El electroimán también puede ser activado manualmente mediante un pulsador.

El armario A502 nos permitirá:

- Recibir las informaciones lógicas y analógicas desde los captadores de la máquina.

- Visualizar los parámetros lógicos o analógicos

- Control y mando del generador

- Visualizar en el armario faltas y alarmas

- Detectar ordenes de disparo a los disyuntores o a la turbina


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Figura 5 Vista delantera Armario 502


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2.7.1.1 Las protecciones de apoyo

Las protecciones de apoyo se instalan para cubrir los posibles fallos en los propios equipos de las protecciones primarias y, también, los posibles fallos en el interruptor. Todo esquema de protección de apoyo, debe de servir de apoyo tanto para el relé, como para el interruptor o interruptores que acciona.

Las causas que pueden producir fallos en el relé son:

- Fallo en los circuitos de alimentación de C.A. por defecto en los transformadores de medida o en sus cables de conexión.

- Fallo en la fuente de alimentación de los circuitos de disparo y control.

- Fallo en los dispositivos auxiliares

- Fallo en el propio relé.

Las causas que pueden contribuir al fallo de un interruptor son:

- Fallo en el circuito de disparo

- Bobina de disparo en cortocircuito o en circuito abierto

- Fallo mecánico en el dispositivo de disparo

- Fallo en los contactos principales del interruptor

La protección de apoyo ideal debe ser instalada de forma que cualquier elemento o dispositivo que produzca, en un algún momento, un fallo en la protección primaria no sea motivo también de fallo en la protección de apoyo. Es por eso que, en casos muy concretos, se pueden duplicar los circuitos de disparo, control y los transformadores de medida.

Una condición básica es que la protección de apoyo no opere hasta que la primaria haya tenido la oportunidad de hacerlo. Por ellos, siempre existe una demora asociada a la operación de las protecciones de apoyo. Cuando se produce un cortocircuito arrancan las dos protecciones para operar, pero si la primaria despeja la falta, la de apoyo debe reponerse antes de completar su ciclo de disparo. Si la falta no es despejada por la primaria, al cabo de un cierto tiempo actuara la protección de apoyo, disparando los interruptores necesarios para despejar la falta y aislar el elemento del sistema.


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2.7.1.2 Protección de generador y transformador

2.7.1.2 .1 Protección contra fallos entre fases

La protección contra fallos internos del generador, debe asegurarse en lo posible por un relé de protección diferencial.

En caso de fallo externo, los relés de sobreintensidad clásica pueden dar problemas a la hora de proteger el generador contra sobreintensidades.

En efecto, en el momento del cortocircuito la corriente del generador cambia rápidamente desde unos valores subtransitorios hasta unos valores permanentes, pasando por el periodo transitorio. Si bien la corriente subtransitoria es muy elevada, de 5 a 10 In), la corriente permanente de cortocircuito puede llegar a ser inferior a la nominal de la máquina. Como los relés de sobreintensidad que estén en el alternador deberán estar temporizados para poder coordinar con las protecciones aguas abajo, solamente verán las corrientes permanentes.

Con lo cual la solución idónea para poder proteger a los alternadores en estos casos, es poner relés de sobreintensidad. Estos relés desplazan su curva en función de la tensión. De esta forma se pueden detectar los cortocircuitos ya que la tensión en barras disminuirá y el relé desplazara su curva.

2.7.1.2.2 Protección contra desequilibrios

Según la teoría de componentes simétricas, los desequilibrios producen corrientes de naturaleza inversa, que calientan anormalmente las maquinas.

Para proteger los generadores contra este tipo de fallo, conviene poner relés de corriente inversa que sigan:

KIn

Ii =

2

Siendo K la constante de ajuste del relé e inferior a la constante k de la máquina.


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2.7.1.2 .3 Protección contra retorno de potencia

La protección contra retorno de potencia, o anti-motorización, ha de detectar una inversión del sentido de la potencia activa. Este cambio de sentido indica que el alternador está funcionando como motor y está arrastrando a la maquina primaria (turbina de gas). Esta motorización es síntoma de un fallo en el sistema de propulsión y puede producir grandes daños a la maquina arrastrada. Este retorno de potencia puede variar desde un 5% en turbinas de vapor hasta un 25% en motores diesel.

2.7.1.2 .4 Protección contra fallos a la tierra

Contra cortocircuito entre fase y tierra:

El núcleo del estator se ve forzadamente comprometido cuando tiene lugar un cortocircuito entre fase y tierra del estator de un generador, debido a que, independientemente de la conexión del neutro del generador con respecto a tierra, la carcasa del generador se encuentra conectada a tierra. El daño que originará el cortocircuito a tierra en las láminas del estator estará supeditado a la intensidad de la corriente del cortocircuito y al tiempo que circule dicha corriente.

La intensidad de la corriente que circula, para un cortocircuito de fase a tierra en el estator, está condicionada por el tipo de conexión que tiene el neutro del generador. Dicha intensidad será máxima en el caso de que el neutro esté sólidamente conectado a tierra y será mínima si el neutro se encuentra desconectado físicamente de tierra y se opera con un sistema de tipo bloque.

Las normas de fabricación de los generadores determinan que los mismos resistirán los esfuerzos térmicos y mecánicos que surgen al producirse un cortocircuito de una fase a tierra en sus bornes, siempre que el valor de la corriente de cortocircuito de una fase a tierra se limite al valor del cortocircuito trifásico a través de la utilización de reactores o resistores entre neutro y tierra.


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2.7.1.2 .5 Protección contra perdida excitación

La pérdida de excitación puede producirse por:

- Apertura no intencional del interruptor de campo

- Circuito de Campo abierto o en Cortocircuito

- Avería en el regulador automático de tensión

Cuando un generador de cierta carga pierde su excitación, pierde también el sincronismo con la red y pasa a funcionar a una frecuencia superior a la del sistema.

En el caso de un generador de polos salientes está dentro del 15 ± 25 % de la potencia nominal. En el caso de turbo alternadores puede ser solo de 3 ± 5 %

El resultado es un sobrecalentamiento de la parte final del estator y de rotor si la maquina gira así durante un cierto tiempo. La tensión en bornes del generador varia periódicamente debido a la variación de corriente reactiva absorbida por la red. En los momentos en que la tensión baja podrían fallar los motores de inducción auxiliares lo que ocasionaría la perdida de la central.

La pérdida de sincronismo también puede producirse con el circuito de excitación en perfectas condiciones. En este caso, sería debido a cortocircuitos en la red exterior.

En estas condiciones el par de la maquina sufrirá fuertes oscilaciones, con variación de corriente, potencia y factor de potencia. Podría recuperarse el sincronismo si la carga se redujese drásticamente, pero si esto no ocurre en pocos segundos, será necesario desconectar el generador de la red y volverlo a sincronizar.


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2.7.1.2 .6 Protección contra sobretensiones

Se emplea para proteger máquinas o los transformadores, en caso de servicio separado de red, frente a elevaciones excesivas de tensión, por funcionamiento anómalo del regulador de tensión o falsa maniobra con regulador manual.

Los turbogeneradores poseen reactancias transitorias considerables que pueden ocasionar, en casos de desconexiones en plena carga, la aparición de puntas transitorias de tensión, que pueden estar próximas a las máximas solicitaciones de tensión admisible en el generador y transformador y en estos casos es necesario supervisar la rapidez de intervención del regulador de tensión.

La protección de sobretensión puede emplearse en dos etapas, la instantánea y la temporizada.

2.7.1.2 .7 Protección diferencial del transformador

La protección diferencial es muy útil para detectar faltas que se producen tanto en el interior del transformador como en sus conexiones externas. Hay que tener en cuenta un detalle muy importante, la protección diferencial de un trasformador debe disponer de elementos de filtrado que eviten desconexiones intempestivas debidas a la corriente de excitación. Estos elementos de filtrado son otros relés que actuarán antes que el relé de diferencial del transformador, para evitar desconexiones intempestivas. En las protecciones diferenciales de transformadores se dan algunas circunstancias que dificultan su planteamiento:

- Las corrientes a uno y otro lado del transformador son de distinta magnitud

- Los transformadores de intensidad al emplear relaciones de transformación distintas no compensan esa diferencia

- El grupo de conexión del transformador induce un desfase entre las corrientes

primaria y secundaria

- Si los transformadores de intensidad se conectan en estrella no pueden compensar este desfase

- Si uno de los arrollamiento da falta y el otro no, será preciso filtrar las corrientes

homopolares solo en un lado del transformador


35

La protección diferencial no solo cubre exclusivamente el transformador, sino que cubre la zona comprendida entre los transformadores de intensidad. Por lo tanto, quedan protegidos todos los equipos que forman parte del bloque de transformación. Los inconvenientes antes citados conducen a introducir en el circuito unas conexiones secundarias complejas debido a la introducción de transformadores de intensidad auxiliares necesarios para compensar las diferencias angular y de magnitud en las corrientes.


36

2.8 CANALIZACIONES DE CABLES

La instalación de cables se efectuara, en lo posible, haciendo los cambios de dirección en ángulo recto. En todas las zonas los cables tendrás que ir debidamente protegidos

2.8.1 Zanjas

En zonas sin pavimentar el tendido de los cables se efectuara directamente en zanjas abiertas en el terreno. Después de tendidos los cables, rellenada y compactada la zanja, se señalizara el recorrido colocando en el eje de la zanja cada 30 meros y siempre que se cambie de dirección, unos carteles indicadores; también se colocaran señalizadores en las cruces de recorrido y paso de calles. En las zanjas que tengan más de 1m de ancho se colocaran carteles a ambos lados de la zanja En zonas pavimentadas se hará una zanja con paredes de hormigos y fondo de tierra compactada. Una vez tendidos los cables y compactada la arena de rellenos, se remata la zanja con una losa continua de hormigos convenientemente sellada. La resistencia de la losa puede ser la misma que la del resto del pavimento. La zanja tendrá una altura de 1,2m y una anchura de 1,25m El fondo de la zanja se rellenara con una capa de gravilla clasificada, mas una capa de 150 mm de arena ya que se trata de cables de la misma tensión. Entonces se colocarían los tubos y se añadiría otra capa de 150 mm de arena. Encima se colocaría una cubierta de hormigos coloreado rojo de 50 mm de espesor mínimo, con juntas dilatación cada 2m. El resto de la zanja se llenara con arena de canto rodado. En zonas pavimentadas se suprimirá dicha capa de hormigón.


37

2.8.2 Tubos

Se utilizaran bloques de tubo de 150 mm de PVC embebidos en hormigón. Se evitara en lo posible el empleo de tubos con longitud inferior al paso de calles y cuando esto sea inevitable se emplearan tubos abocardados. Por cada tubo pasara un solo cable de MT.


38

2.8.3 Cable de 15 KV

Las características específicas de los cables de media tensión de 15 KV son las siguientes: Fabricante: Roque Tensión nominal: 8,7/15 Kv Sección a emplear: 3x150 mm² Material del conductor: Cobre Material de la pantalla: Cobre Sección mínima de la pantalla: 16 mm² Formación de la pantalla: Cinta helicoidal Aislamiento: Polietileno reticulado Armadura: Corona de alambres acero Cubierta: PVC resistencia hidrocar


39

2.8.4 Cable de 66 KV

Las características específicas de los cables de alta tensión de 66 KV son las siguientes:

Fabricante: Roque Tensión nominal: 36/66 KV Sección a emplear: 1x500 mm² Material del conductor: Aluminio Material de la pantalla: Cobre Sección mínima de la pantalla: 25 mm² Formación de la pantalla: Cinta helicoidal Aislamiento: Mezcla a base de etileno-propileno de alto

módulo (HERP) Armadura: Corona de alambres acero Cubierta: Mezcla termoplástica a base de poliolefina

(Z1)


40

3. MEMORIA DE CÁLCULO



DIRECTOR: Sr. Lluis Massagues.

FECHA: 1 / 02/ 2012


41

3.1. CÁLCULOS DE LAS PROTECCIONES, AJUSTES DE CADA RELÉ Y COORDINACIÓN

3.1.1 RELÉ 32 Direccionalidad de potencia

FUNCION: Direccionalidad de potencia

TI: 3000/1 A - 5VA - 5P10

TV: 11000/√3 V : 100/√3 V - 5VA - cl3P

GAMA DE AJUSTE:

Umbral: 0.2 a 8 W (pasos de 0,05 W)

Temporización: 0.5 a 10 s (pasos de 0.5 s)

AJUSTES ADOPTADOS:

-Pm: 2.70 W

T: 2.5 s

DESCRIPCION DEL RELÉ Y SU FUNCION

Puede suceder que ante un mal funcionamiento del regulador de velocidad u alguna otra razón similar, la inyección de combustible a la turbina de gas descienda por debajo de lo necesario para mover el compresor. En estas condiciones el generador absorbe potencia del sistema, aun cuando la combustión puede mantenerse estable. (La turbina utiliza hasta un 23% de la potencia desarrollada para mover el compresor en régimen permanente).

El relé instalado mide la potencia consumida por el generador eléctrico y cuando esta supera un valor separa la maquina del sistema.


42

REQUERIMIENTOS DE COORDINACIÓN

Por su característica este relé no necesita coordinar con ningún otro relé del sistema.

Debe garantizarse que el relé no dispare ante ninguna oscilación de la maquina impuesta por disturbios en el sistema. Para garantizar esto se debe realizar una simulación en la instalación para garantizar que no se producirán disparos espúreos.

Figura 6 Relé 32 Protección del generador contra protección inversa. 1. Generador 2.Transformador de tensión 3.Transformador de intensidad 4. Relé de retorno 5.Relé temporizado 6. Contacto de dispositivo de desconexión rápida 7. Interruptor Generador 8. Disyuntor Excitación 9. Dispositivo alarma


43

CÁLCULOS RELÉ 32

Con el objeto de obtener una sensibilidad aceptable, el relé se ajustará a -5% de la potencia nominal. Como esta protección no necesita una gran precisión, no tomaremos en cuenta los errores debidos a los transformadores de medición.

Para evitar disparos no justificados debidos a variaciones transitorias de potencia temporizaremos este relé a 2,5 s

VTCT

nG

KK

SPmPm

⋅⋅⋅=3

%

donde:

Pm = Potencia a ajustar en el relé

Pm% = Potencia requerida al primario de los transformadores de medición

nGS = Potencia nominal generador: 53,1 MVA

CTK = Relación transformadores corriente: 3000

VTK = Relación transformadores de tensión: 110

11030003

101,5305,0

6

⋅⋅⋅⋅−=Pm

= -2,68 W

Pm


44

Figura 7 Característica de función de protección contra inversión de potencia.

Tabla 3 Rango del ángulo operativo de la función de protección contra inversión de

potencia del LGPG111.


45

3.1.2 RELÉ 46 Desequilibrio o inversión de fases estator

FUNCION: Desequilibrio o inversión de fases estator

TI: 3000/1 A - 5VA - 5P20

TV: 11000/√3 V : 100/√3 V - 5VA - cl3P

GAMA DE AJUSTE:

Alarma:

I 2>: 0,03 a 0,5 In (pasos de 0,01)

T: 2 a 60 s (pasos de 1 s)

Disparo: I 2>>: 0,05 a 0,5 In (pasos de 0,01)

k: 2 a 40 s (pasos de 1 s)

tmin: 0,25 a 40 s (pasos de 0,25 s)

tmax: 300 a 2000 s (pasos de 0,25 s)

I 2>>: I2 máximo requerido (relé)

k: Capabilidad térmica de operación (constante de capacidad térmica requerida por el relé)

tmin: Tiempo mínimo de operación

tmax: Tiempo máximo de operación

AJUSTES ADOPTADOS:

Alarma:

I 2>: 0,05 In

t: 10 s

Disparo: I 2>>: 0,07 In


46

k: 6 s

tmin: 2 s

tmax: 420 s


El objeto de esta protección es de detectar la componente inversa de la corriente (I2), debida al funcionamiento en desequilibrio del generador y que tendría como consecuencia el calentamiento anormal de este.

Las corrientes estatóricas pueden ser desequilibradas cuando los circuitos que alimenta no son equilibrados o cuando se abre alguna fase.

Este desequilibrio influye sobre el generador produciendo vibraciones y calentamiento del hierro rotórico por circulación de corriente de secuencia inversa. La componente inversa de la intensidad está dado por:

13

· IR a · Is a · IT

donde IR, Is, IT son las corrientes por cada una de las fases y

a = e j · (2π/3)

Cuando la corriente que pasa por el generador supera el valor de 2√3 In el relé adiciona automáticamente una pendiente para insensibilizar al relé y así evitar disparos intempestivos ante perturbaciones externas.

El relé utiliza la medida de corriente del estator para determinar el valor de la componente inversa a comparar con el umbral ajustado sobre el relé.


Por tratarse de una protección propia del generador y que no tiene correspondencia con ninguna otra protección de la red no es necesario ningún tipo de coordinación con otras. Si bien las faltas monofásicas en la red ocasionan corrientes de secuencia inversa, las


47

temporizaciones de un relé de este tipo son muy superiores a las de cualquier dispositivo que deba eliminar la falta.

Figura 8. Relé 46, desequilibrio o inversión de fases estator.


48

CÁLCULOS RELÉ 46

Los ajustes de este relé son función de las constantes térmicas del generador.

La corriente de secuencia inversa tiene como efecto fundamental el calentamiento, y la disipación del mismo es quien gobierna los valores máximos de I2 admisibles.

Datos del generador (ver curva):

- capabilidad de componente inversa permanente: %8In

I2 =

- constante de tiempo: s 8TInI

k2

2 =⋅=

- corriente nominal: In= 2780 A

Figura 9 Característica térmica de secuencia inversa.


49

Figura 10 Componente inversa admisible

Umbral de alarma:

Para asegurar un margen de seguridad suficiente, se intentar ajustar el umbral de alarma a alrededor del 80% del valor de la componente inversa permanente del generador.

In%88,0I8,0I 22 ⋅=⋅=>

=⋅⋅=> 3000

2780

100

88,0I2 59,3 mA

Esta protección deberá operar después de todas las protecciones contra cortocircuitos. Por eso, este umbral se temporizara a: t = 10 s


50

Umbral de disparo a tiempo dependiente:

Figura 11 Umbral disparo a tiempo independiente.

I 2>>: I2 máximo requerido (relé)

K: Capabilidad térmica de operación

tmin: Tiempo mínimo de operación

tmax: Tiempo máximo de operación

Los parámetros del relé (I 2>>, K, tmin, tmax) deben ser elegidos para obtener una curva de disparo que este localizada bajo la curva de capabilidad del generador.

La orden de disparo se da cuando el conjunto (I 2/In; t) alcanza la curva de capabilidad del generador. El valor de arranque de la temporización a tiempo dependiente es:

In%8II 22 ==>>

mA 13,743000

2780

100

8I 2 =⋅=>>


51

%413,72 =>>I de la corriente nominal de entrada del relé.

Tenemos que determinar el factor k para obtener una curva de disparo situada debajo de la curva de capabilidad generador.

Determinaron factor k:

2

generadorkK

⋅=

TC

generador

In

In

s86,630002780

8K2

=

⋅=

Para garantizar un cierto margen de seguridad y obtener un tiempo en el cual las dos curvas se cruzan en un punto superior al valor mínimo de ajuste del relé, el factor k se ajustara a 7. La validez de la curva ajustada se puede comprobar en el diagrama siguiente:

In= 2780 A - I2/In = 8% - (I2/In)2 · T= 6,86 s

I2/In

MINUTOS Figura 12


52

Dado que las formulas matemáticas del generador y del relé son diferentes, deberemos determinar el tiempo para el cual ambas curvas se cruzan y así ajustar la constante de tiempo tmax.

Sabemos que para este tipo de máquina el cruce se ubica a alrededor de los 7minutos. Entonces, vamos a determinar este tiempo de manera gráfica haciendo un zoom entre 6,8 y 7,3 minutos.

I2/In

MINUTOS

Figura 13.

Vemos k tmax. Debe ser inferior a 7 minutos. Tomando en cuenta un margen de seguridad:

tmax ≤ 7 · 60 420 s


53

3.1.3 RELÉ 87 G Diferencial del generador

FUNCION: Diferencial del generador

TI: 3000/1 A - 35VA - 5P20

TV: -----

Transformador de corriente: 3000/1 A 35 VA 5P20

GAMA DE AJUSTE:

IS1 = 0,05 a 0,1 In (pasos de 0,01 In)

k1 = 0% a 20% (pasos de 1%)

IS2 = 1 a 5 In (pasos 1 In)

K2 = 10% a 150% (pasos 10%)

AJUSTES ADOPTADOS:

IS1 = 0,05 A

k1 = 0%

IS2 = 1 A

K2 = 10%


54


Este tipo de relé protege al generador contra faltas entre fases y de fase a tierra.

Debido a la elevada resistencia de puesta a tierra en el neutro, este relé no llega a detectar faltas a tierra si el generador no está conectado a la red. Por esta razón se complementa con la protección 64G (protección de fase a tierra generador) que si nos da esta protección.

Cuando está acoplado a la red ambos relés pueden llegar a disparar para faltas a tierra, dependiendo del lugar donde se produzca la misma.

El principio de funcionamiento de esta protección es: la diferencia entre las medidas de corriente lado neutro y lado del transformador se compara al umbral ajustado sobre el relé.

Figura 14 Relé 87G, funcionamiento de la función de protección diferencial del generador


55

Figura 15 Característica de funcionamiento de la función de protección diferencial.


Por tratarse de una protección unitaria debe mandar disparo inmediatamente, por lo que no hay ninguna razón para temporizar este disparo.

CÁLCULOS RELÉ 87G

Las recomendaciones del fabricante del relé indican que la protección se debe ajustar según los siguientes paramentos:

IS1 = 0,05 In

IS1 = 0,05 · 2780 /3000 = 0,046 A

Por tanto IS1 = 0,05 A

k1 = 0%

IS2 = In

IS2 = 2780 /3000 = 0,92 A


56

Por tanto IS2 = 1 A

k2 = 10%

Si ∆I ≥ 0,1 A - 0,05 A

Si ∆I ≥0,95 A el relé disparará.


57

3.1.4 RELÉ 64 G Protección de fase a tierra generador

FUNCION: Protección de fase a tierra generador

TI: 5/1 A - 10 VA - cl 1

TV: -----

GAMA DE AJUSTE:

Umbral: 0.005 A a 0.5 (pasos 0.005A)

Temporización: 0.1 a 10 s (pasos 0.1 s)

AJUSTES ADOPTADOS:

Umbral: 0.110 A

Temporización: 0.2 s


El objeto de esta protección es de detectar un fallo a tierra localizado en los arrollamientos del estator del generador y/o un fallo a tierra en barras 11kV, cables 11kV y arrollamientos 11kV.

El neutro del generador se conecta a tierra por medio de una resistencia de limitación teniendo por función limitar la corriente homopolar a 10A. Dado que los arrollamientos del generador deben ser protegidos al 95%, la protección actuara en cuanto se detecte 5% de la corriente de limitación.

El método de puesta a tierra afecta el grado de protección obtenida por los relés diferenciales. Cuanta más alta es la impedancia del neutro, menor es la corriente de falta y es más difícil detectarla.

En los casos de generadores puestos a tierra con alta impedancia como en este caso, los relés diferenciales pueden llegar a no actuar para faltas a tierra de una fase. Se


58

conseguirá una protección adecuada colocando un relé muy sensible en el neutro del generador.


Dado que esta protección sólo actúa ante faltas en el generador, cables de interconexión o parte del transformador de elevación y no actúa ante faltas externas, no hay ninguna razón para temporizar mucho su disparo.

La corriente de falta (limitada a 10 A) es del mismo orden de los fusibles conectados (6.3A). Por ello este relé disparará para faltas también en los TV o el trasformador de servicios auxiliares. Por tanto, la temporización de 0.2 s Se considera correcta y, en caso de producirse esta falta (fase a tierra generador) no se producirán daños (fusión) entre las laminaciones del estator.

Figura 16 Protección 64G con el neutro del generador conectado a tierra mediante una resistencia.


59

CÁLCULOS RELÉ 64 G

El valor mínimo de la corriente a ajustar es:

Rp1

)Ra1()CTa1(51

IIe )0( ⋅+⋅+⋅⋅≥

Donde:

)0(I = corriente de fallo visto al primario TC

CTa = precisión del TC = 1%

Ra = precisión del relé = 5%

Rp = porcentaje de retorno del relé = 95 %

Cuando ocurre un fallo, la corriente mínima vista por el relé es:

A 5,0)95,01·(10I )0( =−=

Entonces:

A 112,095,01

)05,01()01,01(51

5,0Ie =⋅+⋅+⋅⋅≥


60

3.1.5 RELÉ 64B Protección falta a tierra cables y transformador

FUNCION: Protección falta a tierra cables y transformador

TI: ---

TV: 11000/√3 V : 100/√3 V - 20 VA - cl 10,5

GAMA DE AJUSTE:

Umbral: 1 a 25 V (pasos 1 V)

Temporización: 0.5 a 5 s (pasos 0.1 s)

AJUSTES ADOPTADOS:

Umbral: 12 V

Temporización: 1,6 s


El objeto de esta protección es de detectar un fallo a tierra en el 11kV (barras 11kV, generador, cables 11kV y arrollamientos transformadores).

La protección diferencial no permite detectar faltas entre espiras, excepto cuando ésta se produce entre bobinados de distintas fases que comparten la misma ranura. Estas faltas pueden producir corrientes elevadas y, eventualmente pueden llegar a dañar el núcleo. La única forma de detectarlas es basarse en las componentes de secuencia cero de las tensiones causadas por la reducción de la f.e.m. en la fase en falta. En este sentido, la protección 64B es un respaldo de la protección 64G.

Esta protección (64B) es además útil cuando existe interruptor entre el generador y el trasformador (52G) ya que el transformador elevador puede permanecer en tensión cuando el generador está desconectado.

De esta forma los cables, que conectan el generador con el transformador, y el mismo transformador están protegidos contra falta a tierra por esta protección.


61

Este relé es un relé electrónico de sobretensión, con un circuito de medición sintonizado a la frecuencia fundamental. Está diseñado para medir tensiones de frecuencia cero en presencia de tensiones armónicas importantes.

El principio de funcionamiento es el siguiente: la medida de las tensiones 11kV a través de los transformadores conectados en triangulo abierto cargado por una resistencia se utiliza para determinar el valor de la tensión homopolar a comparar con el umbral ajustado del relé.


Este relé se temporizara para evitar disparos intempestivos debidos a variaciones transitorias. La temporización deberá superar el tiempo de disparo del relé de la protección 64G que es de 0,2 s El ajuste de tiempo de este relé será de 1,6 s

Figura 17 Protección falta a tierra cables y transformador


62

CÁLCULOS RELÉ 64 B

El valor de la tensión homopolar es:

3321 VVV

Vh++

=

Tomaremos en cuenta el caso más desfavorable, es decir una fase directamente a tierra.

Figura 18 Diagrama de tensiones sin fallo y durante el fallo

En fallo

321 VV

Vh+

=


63

Entonces

3

V2

3V

2

3

V21

h

+=

Como

1003

3V

3

3VVV h21 ⋅=⋅=⇒=

V 7,57Vh =

Con el objeto de obtener una buena sensibilidad y de evitar alcanzar el valor máximo de la tensión homopolar, el relé se ajustara a 20% de Vh

Ve = 0,2 · 57,7 =11,55 V

El ajuste elegido será Ve = 12 V.


64

3.1.6 RELÉ 59G1 Protección sobretensión del generador.

FUNCION: Protección sobretensión del generador.

TI: ---

TV: 11000/√3 V : 100/√3 V - 5VA - cl3P

GAMA DE AJUSTE:


Temporización: 0 a 10 s (pasos 0.1 s)

AJUSTES ADOPTADOS:

Umbral: 122 V



Las sobretensiones que pueden aparecer ya sea por desconexiones o islas en la red exterior y/o por un fallo en el regulador de tensión pueden llegar a dañar el aislamiento. Este relé detecta sobretensiones y desconecta el generador cuando estas sobretensiones exceden un cierto valor durante un tiempo excesivo.


El relé debe disparar ante valores de tensión anormalmente altos en la red o la planta, pero no debe hacerlo ante las sobretensiones que aparecen posteriores a una reaceleración importante, y antes que el regulador de tensión estabilice la misma, especialmente durante un paso a isla.


65

Figura 19 Protección de sobretensión.

Figura 20 Característica de sobretensión


66

CÁLCULOS RELÉ 59G1

El valor mínimo de ajuste de la protección es el siguiente:

paa R

1)R1()VT1(pUnV ⋅+⋅+⋅⋅≥

donde:

Un = Imagen de la tensión generador al secundario del transformador de tensión

Un = 100 V

p = Tensión máx. permanente (1.1xUn), ajuste a: 1,1

aVT = Precisión del transformador de tensión: 3%

aR = Precisión relé: 2.5%

pR = Porcentaje de retorno del relé: 95%

V 2.12295.0

1)025.01()03.01(1.1100V =⋅+⋅+⋅⋅≥

Ajustaremos el relé a 122 V y temporizaremos el relé a 3.2 s con el objetivo de filtrar las sobretensiones transitorias.


67

3.1.7 RELÉ 59G2 Protección sobretensión del generador.

FUNCION: Protección sobretensión del generador.

TI: ---

TV: 11000/√3 V : 100/√3 V - 5VA - cl3P

GAMA DE AJUSTE:



AJUSTES ADOPTADOS:

Umbral: 130 V



Este relé y su función complementan a las del relé 59G1. Posee un ajuste más elevado y una Temporización más rápida que el relé 59G1 para disparar el generador ante sobretensiones anormalmente rápidas.


El ajuste debe ser superior a la máxima sobretensión que aparecería ante un rechazo de carga total, tal como una apertura intempestiva del transformador estando el generador generando su potencia nominal. Por lo tanto, será del orden de entre 125% y 130% de la tensión nominal. El ajuste existente de este relé cumple estas condiciones.


68

Figura 21 Protección de sobretensión.

Figura 22 Característica de sobretensión


69

CÁLCULOS RELÉ 59G2

Este relé y su función complementan a las del relé 59G1. Posee un ajuste más elevado y una Temporización más rápida que el relé 59G1 para disparar el generador ante sobretensiones anormalmente rápidas.

El ajuste debe ser superior a la máxima sobretensión que aparecería ante un rechazo de carga total, tal como una apertura intempestiva del transformador estando el generador generando su potencia nominal. Por lo tanto, será del orden de entre 125% y 130% de la tensión nominal.

Ajustaremos el relé a 130 V y temporizaremos el relé a 0.8 s con el objetivo de filtrar las sobretensiones transitorias.


70

3.1.8 RELÉ 40 Relé de pérdida de excitación.

FUNCION: Relé de pérdida de excitación.

TI: 3000/1 A - 5 VA - cl5P10

TV: 11000/√3 V : 100/√3 V - 5VA - cl3P

GAMA DE AJUSTE:

Xa: 2,5 a 25 Ω (pasos de 0,5 Ω )

Xb: 25 a 250 (pasos de 1 )

t: 0 a 25 s (pasos de 0.1 s)

AJUSTES ADOPTADOS:

Xa: 9,25

Xb: 135,25

t: 1,6 s


El objeto de esta protección es de detectar un funcionamiento en modo asíncrono del generador, debido a la perdida de excitación, y de evitar un calentamiento anormal del rotor.

Cuando la excitación de un generador síncrono falla, la f.e.m.. interna cae. Esto se debe a que la salida de potencia activa de la máquina falla y al aumento de nivel de la potencia reactiva que extrae el sistema eléctrico.

A medida que la salida de potencia activa disminuye, la tracción mecánica mantenida acelerará la máquina de forma que se producirá el deslizamiento de polo y funcionará a velocidad supersíncrona.

Ω Ω

Ω

Ω


71

Cuando la máquina empieza a funcionar de forma supersíncrona, se inducen intensidades de deslizamiento en el rotor, en los bobinados amortiguadores y en los bobinados de campo.

Las intensidades de rotor de baja frecuencia inducidas por deslizamiento generarán un flujo en el rotor.

La máquina se excitará entonces a partir del sistema eléctrico pudiendo funcionar como un generador de inducción. Si por alguna razón el control de excitación falla, el bobinado de la excitatriz piloto queda sin tensión, y la máquina pierde su capacidad de mantenerse en sincronismo. Pasa entonces a comportarse como un generador asíncrono.

En estas condiciones la máquina puede sufrir un recalentamiento del rotor, puesto que las barras de amortiguación no han sido diseñadas para llevar corriente de deslizamiento.

Como generador asíncrono éste toma de la red potencia reactiva necesaria para establecer el campo magnético.

Si esta potencia reactiva puede ser aportada sin provocar excesivas caídas de tensión esta situación no será detectada ni por los relés de sobreintensidad, subtensión ni sobrevelocidad.

Este relé detecta esta situación a través de la medición de la tensión e intensidad en bornes del generador. Comparando la impedancia con la ajustada por el relé, puede detectarse la pérdida de excitación.


Se ha de garantizar que esta protección no dispara ante oscilaciones ocasionadas por faltas en la red eléctrica. Por esta razón el disparo debe temporizarse para que no se produzca en estas condiciones.

La Temporización existente de 1.6 s es la adecuada para evitar este tipo de disparos.


COMENTARIOS ADICIONALES

El disparo del relé de pérdida de excitación del instantáneo. Pueden pasar varios segundos sin que exista riesgo para el funcionamiento del generador.

Figura 23 Protección contra subexcitación


72


del relé de pérdida de excitación del generador no debe ser necesariamente instantáneo. Pueden pasar varios segundos sin que exista riesgo para el funcionamiento del

Protección contra subexcitación


generador no debe ser necesariamente instantáneo. Pueden pasar varios segundos sin que exista riesgo para el funcionamiento del


73

CÁLCULOS RELÉ 40

Las características del generador en el punto CEI 40ºC

Xd: reactancia síncrona 218%

X’d: reactancia transitoria 30,1%

SrG: potencia aparente 53,1 MVA

XL: impedancia al punto de 5,00 Ω

limitación (0MW/-24,2MVAR)

Ω=⋅=⋅= 96,410x1,53

11000

100

0,218

S

U

100

(%)XdXd 6

2

rG

2rG

Ω=⋅=⋅= 685,010x1,53

11000

100

1,30

S

U

100

(%)d'Xd'X 6

2

rG

2rG

Estos valores deben ser traslados de lado de los secundarios de los transformadores de medida

VT

CTp

CTp

VTp

K

KX

K/I

K/V

Is

UsXs ⋅===

pp X27,27110

3000XXs ⋅=⋅=

Entonces las reactancias sincronía, transitoria y de limitación:

Xds = 27,27 · 4,96 = 135,25 Ω

X’ds = 27,27 · 0,685 = 18,579 Ω

XLs = 27,27 · 5,00 = 136,3 Ω

Para asegurarse que el área del relé es correcta, tenemos que ajustar Xa y Xb.


74

Ω== 25.135XdsXb

Figura 24 Característica de fallo de campo

Ω≈<⇒< 279.92

579.18Xa

2

ds'XXa


75

3.1.9 RELÉ 27 Relé de mínima tensión o falta de tensión (subtensión).

FUNCION: Relé de mínima tensión o falta de tensión (subtensión).

TI: ---

TV: 11000/√3 V : 100/√3 V - 5VA - cl3P

GAMA DE AJUSTE:



AJUSTES ADOPTADOS:

Umbral: 75 V



El relé de subtensión tiene por objeto desconectar al generador si en sus bornes existe un valor de tensión inferior al nominal durante un periodo prolongado. En este sentido esta protección es un respaldo de los relés de sobreintensidad y/o mínima impedancia.

En el caso de generadores que alimentan un sistema industrial, que normalmente se suministra desde un sistema eléctrico público, debería tener los ajustes de protección de sobreintensidad del sistema por encima de los niveles máximos de intensidad de carga del sistema con el suministro normal disponible. Si falla el suministro público, la producción de la generación local podría alimentar el sistema completo.

En el caso de un sistema eléctrico en isla, con generadores conectados a líneas de media tensión, quizá la protección de mínima tensión fuera la única forma de protección que pudiera detectar de modo fiable una falta trifásica remota en la línea al fallar la protección o el interruptor de dicha línea.

Este relé detecta esta mínima tensión y habilita un temporizador que desconecta al generador si la tensión no se ha recuperado durante ese tiempo.


76

El principio de funcionamiento de este relé es: se compara la medida de tensión con el umbral ajustado sobre el relé. Dado que los motores de baja tensión pueden funcionar con un valor de tensión mínima de 0,8xUn, el umbral se ajustara tomando en cuenta este valor, es decir a 75%.


Este relé no debe disparar para los siguientes casos:

- Faltas externas eliminadas por protecciones propias - Faltas externas que ocasionen un paso a isla. Este tipo de faltas suelen durar como

máximo 3 segundos por lo tanto el relé de mínima tensión estará ajustado a más de 3 segundos para garantizar que no se producirá disparo para este tipo de falta.

- Faltas internas despejadas en tiempos de la protección principal o de respaldo.

Figura 25 Característica de mínima tensión.


Figura 26 Esquema protección subtensión

CÁLCULOS RELÉ

R)R1(100V as ⋅+⋅=

)025.01(100Vs +⋅=

Donde:

aR =

pR =

aVT =


77

Esquema protección subtensión

RELÉ 27

75.0)VT1(R

1a

p

⋅+⋅

V 4,75U75.0)03.01(05.1

1) s =⇒⋅+⋅⋅

precisión relé: 2,5%

porcentaje retorno relé: 105%

precisión TP: 3%



78

3.1.10 RELÉ 21 Mínima impedancia

FUNCION: Mínima impedancia

TI: 3000/1 A 5 VA - 5P10

TV: 11000/√3 V : 100/√3 V 5VA - cl3P

GAMA DE AJUSTE:

Umbral: 10 a 40 Ω

Temporización: 0.04 a 4.4 s (pasos 0.4 s)

AJUSTES ADOPTADOS:

Umbral: 25 Ω



Este relé es una protección de respaldo del generador tanto para faltas internas como externas.

Para faltas internas actúa como respaldo de la diferencial de generador (faltas entre fases) o el de sobreintensidad homopolar (faltas a tierra).

Para faltas externas actúa como respaldo de todo el resto de protecciones del transformador y la red, evitando que el generador quede acoplado si la falta no es eliminada.

Este tipo de relé puede llegar a actuar (aunque no hay seguridad) durante una pérdida de sincronismo del generador.

Este relé (mínima impedancia) actúa tanto si la corriente de falta es inferior a la corriente nominal, como puede ocurrir en el caso de generadores si la falta es persistente.


79

Este relé mide la tensión en bornes y la corriente en cada una de las fases y manda disparo temporizado cuando el cociente U/I es menor que un cierto valor.


Por tratarse de un relé de respaldo, debe garantizarse que su actuación sea posterior a la actuación de los relés primarios.

En este caso los relés primarios son:

- Falta interna:

Diferencial: instantáneo

Falta a tierra estator: 0.2 s

Falta en cables: 0.8 s

Por lo tanto su actuación debe ser como mínimo de 1.2 s para mantener un margen de coordinación.

- Falta externa:

En este caso debe garantizarse que el relé no actúa antes de que lo hagan las protecciones de red. Con el ajuste de alcance escogido (25 Ω) es posible que este relé puede llegar a actuar ante oscilaciones y/o una vez que se pasa a isla, durante la reaceleración.


Como se trata de una protección de respaldo se debe temporizar en unos pocos segundos.


80

Figura 27 Protección 21 de mínima impedancia


81

CÁLCULOS RELÉ 21

Normalmente se ajusta a valores de 1/2 a 1/3 de la impedancia que ve el generador en terminales para la potencia nominal.

En este caso sería:

SN = 53.1 MVA

UN = 11000 V

Ω== 27.21.53

11Z

2

primarios

Tomando en cuenta la relación de transformación entre los TI y TV:

91.6111000100

13000

27.2Z )RELÉ(CARGA =

⋅⋅= Ω

Ω=⋅ 95.3091.613

1

Ω=⋅ 63.2091.612

1

Por lo tanto en un ajuste típico, debe estar en el orden de 20.63 Ω y 30.95Ω.


82

3.1.11 RELÉ 64T Circulación por cuba del transformador

FUNCION: Circulación por cuba del transformador

TI: 100/5 A

TV: -----

GAMA DE AJUSTE:

Umbral: 1.2 a 8.8 A (pasos 0.4 A)


AJUSTES ADOPTADOS:

Umbral: I = 2.4 A



Esta protección es un complemento a la diferencial del transformador para detectar faltas del bobinado en la cuba. Este es un sistema típico de detección de faltas a tierra y consiste simplemente en la medición de la corriente que fluye desde la cuba a tierra a través de un transformador de intensidad.

Aparte de esta conexión de la cuba a tierra no debe existir ninguna obra de ningún tipo (incluyendo las accidentales). Es decir, la cuba debe estar aislada y solo puesta a tierra por la conexión de este relé.

Esto debe hacerse para que:

- La conexión a tierra y el transformador de intensidad no estén cortocircuitados, incrementando artificialmente el setting (ajuste) del relé.

- Las corrientes de tierra, originadas en una falta cualquiera externa fluyan por la cuba (debido a las diferentes tierras) y originen así disparos en el relé.


83


En principio esta protección solo detectara faltas internas en el trasformador, por lo que no existen requerimientos especiales de coordinación que exijan temporizar el disparo.


Para el adecuado funcionamiento de esta protección es necesario que toda la cuba este aislado de tierra a través de calzos. Si esto no fuese así, en caso de una falta externa parte de la corriente podría circular por la cuba y disparar el relé.

Como que en caso de falta externa las corrientes de tierra serian del orden de decenas de KA, la resistencia de aislamiento entre cuba y tierra (excluyendo la conexión del relé) debería dar del orden de 1 kΩ para garantizar que nunca vayan a existir disparos en caso de faltas externas.


84

Figura 28 Protección 64 TN, protección circulación por neutro de transformador


85

CÁLCULOS RELÉ 64T

Si la cuba está totalmente aislada no hay razón para que circulen corrientes por la cuba y por lo tanto el umbral puede reducirse tanto como se desee siempre y cuando este esté por encima de las corrientes originadas por las capacidades parasitas.

Por norma general este relé se suele ajustar por debajo de la mínima corriente de cortocircuito monofásico.

El ajuste será a 2.4 A (48 A primarios) y 0.2 s

A 484.25

100 =⋅


86

3.1.12 RELÉ 51 G Protección sobreintensidad generador.

FUNCION: Sobreintensidad generador

TI: 3000/1 A - 5VA - 5P20

TV: ------

GAMA DE AJUSTE:

Umbral alto: 1.2 a 8.8 A (pasos 0.4 A)


Umbral bajo: 0.6 a 1.55 A (pasos 0.05 A)


AJUSTES ADOPTADOS:

Umbral alto: 2.8 A, 0.4 s

Umbral bajo: 1.1 A, 4 s


Este tipo de protección es un respaldo a otra serie de dispositivos de protección del generador. Este tipo de relés no está directamente relacionado con las características térmicas del generador y su función es fundamentalmente operar ante faltas.


87


Este relé debe actuar ante:

- las sobreintensidades que aparecen por faltas en la red externa, siempre con una temporización adecuada (varios segundos)

- Faltas en el transformador o cables de alimentación con una Temporización baja

El relé no debe actuar ante:

- Ante las sobretensiones originadas por la reaceleración ante un paso a isla - Las oscilaciones de corriente originadas por alguna falta en la red, eliminada

adecuadamente y sin paso a isla

En las siguientes faltas se obtendrían las siguientes intensidades:

Faltas Ipico I0.3 seg I3seg

Falta trifásica permanente en bornes del generador 5.8 A 2.9 2.8

Falta trifásica permanente en bornes de 66 KV transformador

3.6 A 2.4 2.4

Falta trifásica permanente en Perafort 66KV 3 A 2.3 2.4

Tabla 3

Por lo tanto los ajustes son correctos porque garantizan una seguridad adecuada.

Si el ajuste del umbral alto fuese por ejemplo de 2.4 A 0.4 s este relé podría detectar faltas trifásicas más allá del transformador, en este caso, podría disparar para faltas en la línea eléctrica de Perafort y no nos interesa que esto ocurra.


88


La temporización a 0.4 s es un poco alta y no garantiza el disparo (por decrecimiento de la Icc) ante faltas en bornes del transformador. El siguiente valor más bajo al que se podría ajustar el relé es 0.2 s pero con esta Temporización es posible que el relé llegase “a ver” faltas en la red y perdiera selectividad. Dado que el generador está bien protegido por otra serie de protecciones (diferencial, falta a tierra) es más recomendable que en algún caso el relé no llegase a actuar antes que se disparasen simultáneamente este relé y las protecciones de paso a isla.

Figura 29 Protección 51G, protección sobreintensidad generador


89

CÁLCULOS RELÉ 51G

A la curva 10 le corresponden los tiempos nominales a los cuales se refieren el resto de curvas. Los tiempos de la curva 1 son el 10% de la curva 1, los tiempos de la curva 2 son el 20 % de la curva superior, etc.

Elegiremos la curva normal inversa 1 (se puede ver en la gráfica de la página siguiente).


Figura 30 Curva característica normal inversa


90

Curva característica normal inversa



91

3.1.13 RELÉ 87T Diferencial del transformador

FUNCION: Diferencial del transformador

TI: 3000/1 A - 35VA - 5P20

600/1 A - 15VA - 5P20

TV: -----

GAMA DE AJUSTE:

Ir/In primario: 0.6 Ia 1.26 In (pasos de 0.06 In) + 0 – 0.03 In

Ir/In secuandario: 0.6 Ia 1.26 In (pasos de 0.06 In) + 0 – 0.03 In

Id/I: 25, 37-5 o 50%

Id: 20 - 40 - 60 - 80 % de Ir

T50: Desfase 0 o + 180º

0 o + 120º Amplitud 1 o + 1/√3


0 o + 120º Amplitud 1 o + 1/√3

AJUSTES ADOPTADOS:

Ir/In 11 KV: 0.98 + 0.03

Ir/In 66 KV: 0.84 + 0.03

Id/I: 25%

Id: 20% Ir

T50: φ1 = 0º

φ 2 = 0º

X = 1


92

T51: φ1 = 0º

φ 2 = 0º

X = 1/√3


La protección diferencial de transformador tiene por objeto despejar instantáneamente faltas entre fases o a tierra ocurridas dentro de la zona protegida evitando su actuación si la falta está fuera de esta zona.

Este relé (modelo TDP) con sus equipos asociados T50 y T51 permiten cumplir con esta función, a través de la medición de las diferencias entre las corrientes de entrada y salida.

Para evitar falsos disparos ante faltas externas la corriente (I1-I2) es comparada con

el valor medio de ambas 2

I I 21 +, produciéndose disparo si I1-I2 ≥ p · donde “p”

es la pendiente de bloqueo. Para evitar disparos por desequilibrios en los TI y/o corrientes de magnetización ante cargas bajas, también debe cumplirse que I1-I2 > R· IR donde R es el valor mínimo de actuación en % de la corriente nominal.

Los módulos T50 y T51 tienen por función ajustar las fases y amplitudes de las corrientes de modo que en condiciones normales y sin falta I1 y I2 sean iguales.

AJUSTES DE LOS TRASFORMADORES DE ADAPTACIÓN:

Como los TI de los lados de 66 y 11 KV están conectados en estrella, debe seleccionarse:

11 KV: Modulo T50 (conexión estrella/estrella).

66 KV: Modulo T51 (conexión estrella/triángulo).

Los ángulos φ1 y φ 2 del T50 y T51 y la compensación 1/√3 en la amplitud del T51 parecen correctos.

2

I I 21 +


93


No es de aplicación.


En la protección diferencial de transformadores hay que tener cuidado con el tipo de conexión del transformador, ya que es necesario intercalar transformadores de adaptación para corregir los desfases entre el primario y el secundario.

Es importante a la hora de compensar los desfases, que al relé le lleguen dos corrientes en triangulo de ambos lados, ya que de esta forma “borramos” las corrientes homopolares externas a la zona.

Los relés diferenciales de protección de transformadores deben tener retención y además, deben tener un filtro de armónico 2, para evitar el disparo del relé durante la conexión del transformador (corriente en un solo devanado).

Figura 31 Protección diferencial del transformador


94

CÁLCULOS RELÉ 87T

Los ajustes de esta protección dependen del tipo de transformador TI escogidos.

Ajustes de factores Ir/In

- Lado 11 kV:

A 314910·11·3

10·60

U·3

SI

3

6

N

TT ===

A 25.53000

5·II TR ==

A 5I N =

05.1II

N

R =

Por lo tanto se selecciona:

0.03 1.0205.1II

N

R +==

- Lado 66 kV:

A 52510x66x3

10x60

U3

SI

3

6

N

TT ==

×=

A 37.4600

5xII TR ==

874.0II

N

R =


0.03 84.0874.0II

N

R +≈=

A5I N =


95

Ajuste de la pendiente:

Se debe contemplar tanto las diferencias esperadas en el comportamiento de los TI, como los errores de igualación y los efectos introducidos en los reguladores bajo carga.

En este caso particular al existir estos últimos sólo se toman en consideración los 2 primeros.

Errores en los TI: Como son de clase 5P20, el error de cada uno de ellos es < 5%

Error de igualación: Por los ajustes escogidos será menor del 3%

Error total: 5 + 5 + 3 + 3 = 16% máximo.

Por lo tanto seleccionaremos una pendiente mínima del 25%

Ajuste de umbral mínimo:

Por las características del equipamiento puede seleccionarse el primer valor: 20%


96

3.1.14 RELÉ 87B Diferencial del bloque transformador/generador

FUNCION: Diferencial de bloque transformador/generador

TI: 3000/1 A - 35VA - 5P20

600/1 A - 15VA - 5P20

TV: -----

GAMA DE AJUSTE:

Ir/In primario: 0.6 Ia 1.26 In (pasos de 0.06 In) + 0 – 0.03 In

Ir/In secundario: 0.6 Ia 1.26 In (pasos de 0.06 In) + 0 – 0.03 In

Id/I: 25, 37-5 o 50%

Id: 20 - 40 - 60 - 80 % de Ir


0 o + 120º Amplitud 1 o + 1/√3


0 o + 120º Amplitud 1 o + 1/√3

AJUSTES ADOPTADOS:

Ir/In primario 11 KV: 1.02 A + 0.03 A

Ir/In secundario 66 KV: 0.84 A + 0.03 A

Id/I: 25%

Id: 20% Ir

T50: φ1 = 180

φ 2 = 0


97

X = 1

T51: φ1 = 180

φ 2 = 120

X = 1/√3


La protección diferencial de transformador tiene por objeto despejar instantáneamente faltas entre fases o a tierra ocurridas dentro de la zona protegida evitando su actuación si la falta esta fuera de esta zona.

Este relé con sus equipos asociados T50 y T51 permite cumplir con esta función, a través de la medición de las diferencias entre las corrientes de entrada y salida.

Para evitar falsos disparos ante faltas externas la corriente (I1-I2) es comparada con

el valor medio de ambas , produciéndose disparo si I1-I2 ≥ p · donde “p”

es la pendiente de bloqueo. Para evitar disparos por desequilibrios en los TI y/o corrientes de magnetización ante cargas bajas, también debe cumplirse que I1-I2 > R· IR donde R es el valor mínimo de actuación en % de la corriente nominal.

Los módulos T50 y T51 tienen por función ajustar las fases y amplitudes de las corrientes de modo que en condiciones normales y sin falta I1 y I2 sean iguales.

AJUSTES DE LOS TRASFORMADORES DE ADAPTACIÓN:

Como los TI de los lados de 66 y 11 KV están conectados en estrella, debe seleccionarse:

11 KV: Modulo T50 (conexión estrella/estrella).

66 KV: Modulo T51 (conexión estrella/triángulo).

Los ángulos φ1 y φ 2 del T50 y T51 y la compensación 1/√3 en la amplitud del T51 parecen correctos.

2

I I 21 +2

I I 21 +


98


No es de aplicación.


En la protección diferencial de transformadores hay que tener cuidado con el tipo de conexión del transformador, ya que es necesario intercalar transformadores de adaptación para corregir los desfases entre el primario y el secundario.

Es importante a la hora de compensar los desfases, que al relé le lleguen dos corrientes en triangulo de ambos lados, ya que de esta forma “borramos” las corrientes homopolares externas a la zona.

Los relés diferenciales de protección de transformadores deben tener retención y además, deben tener un filtro de armónico 2, para evitar el disparo del relé durante la conexión del transformador (corriente en un solo devanado).

Figura 32 Protección diferencial bloque transformador/generador.


99

CÁLCULOS RELÉ 87B

Los ajustes de esta protección dependen del tipo de transformador TI escogidos.

Ajustes de factores Ir/IN

- Lado 11 KV (neutro):

A 314910·11·3

60·10

U·3

SI

3

6

N

TT ===

A 049.13000

1II TR =⋅=

A 1I N =


- Lado 66 KV:

A 52510·66·3

60·10

U·3

SI

3

6

N

TT ===

A 874.0600

1II TR =⋅=

A 1IN =


05.1I R =

NI

0.03 1.0205.1I R +==

NI

874.0I R =

NI

0.03 84.0874.0I R +≈=

NI


100

Ajuste de la pendiente:

Se debe contemplar tanto las diferencias esperadas en el comportamiento de los TI, como los errores de igualación y los efectos introducidos en los reguladores bajo carga.

En este caso particular al existir estos últimos sólo se toman en consideración los 2 primeros.

Errores en los TI: Como son de clase 5P20, el error de cada uno de ellos es < 5%

Error de igualación: Por los ajustes escogidos será menor del 3%

Error total: 5 + 5 + 3 + 3 = 16% máximo.

Por lo tanto seleccionaremos una pendiente mínima del 25%

Ajuste de umbral mínimo:

Por las características del equipamiento puede seleccionarse el primer valor: 20%


101

3.1.15 RELÉ 64F Falta a tierra rotor

FUNCION: Falta a tierra rotor

TI: ----

TV: -----

GAMA DE AJUSTE:

R de 1 a 5 kΩ (Pasos de 1 kΩ)

AJUSTES ADOPTADOS:

R = 2 kΩ


Un contacto a tierra unipolar en el rotor de un generador síncrono no perturba, por si solo, el servicio de la maquina.

Esta protección se instala solamente para dar una alarma. Se deja a criterio del personal de servicio el momento más conveniente para quitar el servicio de la maquina y efectuar una medida exacta del contacto a tierra (por ejemplo, durante servicio nocturno con carga débil).

El gran problema aparece con el segundo contacto a tierra, en este caso queda anulada una parte del arrollamiento del inductor.

Aparte de los efectos térmicos sobre los conductores del rotor, la doble falta a tierra supone una distorsión del flujo magnético creado por el arrollamiento del inductor, de forma que la fuerza atractiva puede ser muy fuerte en un polo y muy débil en el polo opuesto. Esta fuerza desequilibradora gira según lo hace el propio rotor, produciéndose una violenta vibración que puede dañar los cojinetes e incluso desplazar el propio rotor.


Para controlar una posible falta a tierra en el rotor utilizaremos un método de protección con potenciómetro.

Se trata de una resistencia con una toma intermedia conectada en paralelo con el inductor. La toma media está conectada a tierra a través de un relé que no actúa en condiciones normales. Cuando se produce un contacto a tierra aparece una tensión a bornes del relé y este a tierra, con una cierta temporización un contacto de alarma.

Este sistema presentaproximidades del centro del arrollamiento del rotor, el relé no queda sometido a ninguna tensión y no produce alarma. El problema se resuelve mediante otra toma del potenciómetro. Si no existe cEsta conmutación debe efectuarse de manera periódica y tomar la precaución de volver el relé a su posición original.

Este relé en caso de actuar realizaría una alarma en la sala de control.

REQUERIMIENTOS DE COORDINACIÓ

No es necesaria ningún tipo de coordinación en este caso. El relé solo realiza alarma en la sala de control.

Figura 33 Protección de falta a tierra rotor


102

Para controlar una posible falta a tierra en el rotor utilizaremos un método de protección con potenciómetro.

Se trata de una resistencia con una toma intermedia conectada en paralelo con el media está conectada a tierra a través de un relé que no actúa en

condiciones normales. Cuando se produce un contacto a tierra aparece una tensión a bornes del relé y este a tierra, con una cierta temporización un contacto de alarma.

Este sistema presenta un inconveniente. Cuando existe un contacto a tierra en las proximidades del centro del arrollamiento del rotor, el relé no queda sometido a ninguna tensión y no produce alarma. El problema se resuelve mediante otra toma del potenciómetro. Si no existe contacto a tierra, al conmutar la toma tampoco opera el relé. Esta conmutación debe efectuarse de manera periódica y tomar la precaución de volver el


REQUERIMIENTOS DE COORDINACIÓ N

No es necesaria ningún tipo de coordinación en este caso. El relé solo realiza alarma

Protección de falta a tierra rotor


Para controlar una posible falta a tierra en el rotor utilizaremos un método de

Se trata de una resistencia con una toma intermedia conectada en paralelo con el media está conectada a tierra a través de un relé que no actúa en

condiciones normales. Cuando se produce un contacto a tierra aparece una tensión a bornes del relé y este a tierra, con una cierta temporización un contacto de alarma.

un inconveniente. Cuando existe un contacto a tierra en las proximidades del centro del arrollamiento del rotor, el relé no queda sometido a ninguna tensión y no produce alarma. El problema se resuelve mediante otra toma del

ontacto a tierra, al conmutar la toma tampoco opera el relé. Esta conmutación debe efectuarse de manera periódica y tomar la precaución de volver el


No es necesaria ningún tipo de coordinación en este caso. El relé solo realiza alarma


103

CÁLCULOS RELÉ 64F

El valor de ajuste en este caso no es relevante ya que en condiciones ideales el valor del aislamiento debe ser de varios MΩ y ante cualquier falta este valor disminuiría muchísimo.

Por lo tanto un ajuste de 2 KΩ es aceptable.

3.1.16 RELÉ 64TN Circulación por neutro de transformador

FUNCION: Circulación por neutro de transformador.

TI: 100/1 A

TV: -----

GAMA DE AJUSTE:

Umbral: I = 0.1 a 2 A (pasos 0,01 A)

Temporización: 0.4 a 4.4 s

AJUSTES ADOPTADOS:

Umbral: I = 0.88 A

Temporización: t = 2 s


La función de este relé es desconectar el transformador y el generador tanto en caso de falta interna del transformador como de falta externa persistente.


104


En este caso no se requiere de ningún tipo de coordinación

Figura 34 Protección 64 TN, protección circulación por neutro de transformador

CÁLCULOS RELÉ 64TN

Los ajustes de este relé dependen directamente del tipo de puesta a tierra del transformador y de la real a la cual está conectada.


105

3.2 CÁLCULOS DE CABLES Los cables se han calculado teniendo en cuenta las variables:

- Intensidad admisible - Caída de tensión - Cortocircuito

Utilizaremos la siguiente fórmula:

·

Bn: Capacidad de n cables enterrados en grupo B1: Capacidad de 1 solo cable enterrado Dn: Capacidad de n cables en canalización D1: Capacidad de 1 solo cable en canalización


106

3.2.1 Cálculos de cables 15 KV 3.2.1.1 Sección mínima por intensidad cortocircuito La sección del conductor, de acuerdo con la formula aplicable para cortocircuitos de

duración menor 5 segundos será:

√ ·

S= Sección del conductor en mm² t= Tiempo de disipación del cortocircuito 0,25 segundos Ik = Intensidad eficaz de cortocircuito en 20 KA rms k= constante, 143 para conductores de cobre aislados con etilenopropileno

√1 · 20000

143 139 ²

Por lo que seleccionaremos la sección nominal superior: 150 mm² El tiempo de disipación de cortocircuito se ha tomado como 1 segundo.


107

3.2.1.2 Comprobación por intensidad nominal de la sección elegida El cable seleccionado9, en instalación enterrada admite una intensidad de 385 A,

valor al que hay que aplicarle los coeficientes reductores debidos a la forma de la instalación.

F1: 1, para instalación enterrada con una temperatura del mismo de 25º C F2: 0,75 para tres cables enterrados en la misma zanja con separación entre si de un

ladrillo. Factor total: F1 · F2 = 1 · 0,75 = 0,75 Por lo tanto 385· 0,75 = 288 A > 71 A 288 A > 71 A intensidad nominal de los transformadores 16000 KVA · 1,15 = 18400 KVA


108

3.2.1.3 Comprobación por caída de tensión de la sección elegida La caída de tensión la verificamos mediante la siguiente formula ∆U = L · In · √3 (R · cos PHI + X sen PHI) ∆U= Caída de tensión en voltios L= longitud del cable en km In Intensidad nominal de la carga en Amperios R/X = Resistencia/Reactancia del cable en Ω/km Para el cable seleccionado i según los datos del fabricante será 0,169 y 0,100

respectivamente. Cos PHI = factor de potencia de la carga La caída de tensión admisible es del 1% del máximo, es decir:

ΔU 1

100· 15000 150 V

La longitud del cable es de 520m por lo que la caída de tensión tendrá el siguiente

valor: ∆U= 0,520 · 71 · √3 · (0,169 · 0,9 + 0,100 · 0,43)= 12 V Que es claramente inferior al admisible 150 V>12 V


109

3.2.1.4 Comprobación de la sección de la pantalla metálica La sección de la pantalla metálica la calcularemos con la siguiente fórmula:

S √t · Ik

k

S= Sección de la pantalla en mm² t= Tiempo de operación del elemento de desconexión en segundos Ik = Intensidad de defecto a tierra en A k= constante, 115 para conductores de cobre aislados con PVC

S '0,5 · 400

115 2,46 mm²

La intensidad de defecto a tierra está limitada a 400 A por la resistencia de puesta a

tierra del sistema de 15 KV. El tiempo de operación del elemento de desconexión es de 0,5 segundos


110

4. PLANOS




FECHA: 1 / 02/ 2012


118

La empresa propietaria de la documentación solicita la no inclusión en este documento del plano 6


120

5. PRESUPUESTO




FECHA: 1 / 02/ 2012


121

5.1 CUADRO DE DESCOMPUESTOS.

Cant. Descripción Precio Total

6 Interruptores automáticos trifásicos 13.190 79.140

SF6, intemperie, mando tripolar,

accionamiento mecánico por muelles

tipo S1-72,5 de 72,5Kv, 2000 A, y

25 KA, incluida gas de llenado,

armario con cerradura y enclavamiento

mecánico con cerradura.

TOTAL PARTIDA..................................... 79.140


5200 mts. de cable Alta Tensión 32,2 167.440

Vo/V=36/66 KV

Sección 1x500 mm² tipo DHUFAV

Según UNE 21.123

TOTAL PARTIDA................................... 167.440


122


90 mts. De cable tipo RHZ1 H-16 Cu 30,00 2.700,00 8.7/15 KV 1x240 mm² Conductor: cobre, semirrígido clase 2 Aislamiento: polietileno reticulado

(XLPE) Pantalla: Corona de hilos de cobre Cubierta exterior: Poliolefina

termoplástica libre de halógenos

Según normativas EC 60502-2

( Norma constructiva) UNE-EN 50267

(Libre de halógenos. Baja acidez y

corrosividad de los gases) IEC 60754 (Libre

de halógenos. Baja acidez y

corrosividad de los gases)

TOTAL PARTIDA................................... 2.700,00


1 Turbo alternador 7.000.000 7.000.000

ABB 53,1 MVA

factor potencia 0,9

tensión nominal 11 KV ± 10%

intensidad nominal 2780 A

TOTAL PARTIDA................................ 7.000.000


123


1 Transformador salida 800.000 800.000

ABB 50/60 MVA 11/66 KV

ONAN/ONAF

TOTAL PARTIDA................................... 800.000


1 Embarrados 11 Kv 28.100 28.100

TOTAL PARTIDA................................ 28.100


6 Transformador intensidad. 4.000 24.000

T/i 600/5-5-5A 30VA y clase 0,5

72,5 KV, 25 KA (1s) tipo CTE-72

de ARTECHE

TOTAL PARTIDA..................................... 24.000


124


3 Transformador intensidad. 4.000 24.000

T/i 600/1-1-1A 20 VA y clase 5P20

72,5 KV, 25 KA (1s) tipo CTE-72

de ARTECHE

TOTAL PARTIDA..................................... 24.000


12 Transformador tensión inductivos. 3.700 44.400

T/t 66/√3/0,110/√3 - 0,110/√3 -0,11/√3

3Kv, 50 Va clase 0,2, 100 VA clase 1

25VA clase 3P potencias simultáneas

para 72,5 KV, 25 KA para líneas y

embarrados. Factor tensión 1,5Un (30s)

Tipo CTE-72 de ARTECHE

TOTAL PARTIDA..................................... 44.400


17 Seccionadores Giratorios tripolares 3.970 67.490 72,5 KV, 1250 A, tipo

SGC-72/1250 de MESA mando

eléctrico tipo AE-90 de MESA

TOTAL PARTIDA..................................... 67.490


125


1 Relé LGPG 1111 de ALSTOM 3.000 3.000

Relé de protección integrada

de generadores.

TOTAL PARTIDA..................................... 3.000


126

5.2 RESUMEN DEL PRESUPUESTO.

Resumen Importe

TOTAL EJECUCIÓN MATERIAL ……………………………. 8195870

6% Beneficio Industrial……………………………………..….. 49.1752,2

13,00% Gastos Generales …………………………………… 1.065.463,1

2,00 % Pequeño material.............................................................. 163.917,4

5,00 % imprevistos......................................................................... 409.793,5

TOTAL PRESSUPOST…………………………………...................... 10.326.796,2

18,00 % I.V.A.......................................................................................... 1.858.823,32

TOTAL PRESSUPOST FINAL ……….............................................. 12.185.619,5

El precio total del PRESUPUESTO sube hasta DOCE MILLONES CIENTO OCHENTA Y CINCO MIL SEISCIENTOS DIECINUEVE euros con CINCUENTA céntimos.

EDUARDO BARBERO

Tarragona 2 de febrero de 2012


127

6. NORMAS LEGALES Y REGLAMENTOS APLICABLES A LAS ESPECIFICACIONES

TÉCNICAS



FECHA: 1 / 02/ 2012


128

6.1 NORMAS LEGALES Y REGLAMENTOS APLICABLES A LA S ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

Decreto 19384/ 5 setiembre 1985.

ORDEN de 5 de 5cptiembre de 1985 por la que se establecen normas administrativas y técnicas para funcionamiento y conexión a las redes eléctricas de centrales hidroeléctricas de hasta 5.000 KVA y centrales de autogeneración eléctrica

Reglamento electrotécnico baja tensión y instrucciones técnicas complementarias.

Condiciones y garantías que han de reunir las instalaciones eléctricas conectadas a una tensión inferior o igual a 1 KV para corriente alterna y 1,5 KV para corriente continua.

Reglamento sobre condiciones técnicas y garantías de seguridad en líneas eléctricas de alta tensión y sus instrucciones técnicas complementarias ITC-LAT 01 a 09

REAL DECRETO 223/2008, de 15 de febrero, por el que se aprueban el Reglamento sobre condiciones técnicas y garantías de seguridad en líneas eléctricas de alta tensión y sus instrucciones técnicas complementarias ITC-LAT 01 a 09.

CEI 60694. UNE-EN 60694.

Estipulaciones comunes para las normas de aparamenta de Alta Tensión.

CEI 61000-4-X. UNE-EN 61000-4-X. Compatibilidad electromagnética (CEM).

Parte 4: Técnicas de ensayo y de medida.

CEI 60298. UNE-EN 60298.

Aparamenta bajo envolvente metálica para corriente alterna de tensiones asignadas superiores a 1 KV e inferiores o iguales a 52 KV.


129

CEI 60129. UNE-EN 60129.

Seccionadores y seccionadores de puesta a tierra de corriente alterna.

CEI 60265-1. UNE-EN 60265-1.

Interruptores de Alta Tensión para tensiones asignadas superiores a 1 kV e inferiores a 53 kV.

CEI 60076-X. UNE-EN 60076-X.

Transformadores de potencia.

UNE 20101-X-X.

Transformadores de potencia.

RU 5201D.

Transformadores trifásicos sumergidos en aceite para distribución en

Baja Tensión.

UNE 21428-X-X.

Transformadores trifásicos sumergidos en aceite para distribución en Baja Tensión de 50 kVA a 500 kVA, 50 Hz, con tensión más elevada para el material hasta 36 kV.

Ley 54/1997 de 27 de Noviembre, del Sector Eléctrico

Ley de Regulación del Sector Eléctrico) y las modificaciones introducidas por la Ley 50/1998 de 30 de Diciembre de Medidas Fiscales, Administrativas y del Orden Social.


130

Real Decreto 1955/2000 de 1 de Diciembre

En este Real Decreto se regulan las actividades de transporte, distribución, comercialización, suministro y procedimientos de autorización de instalaciones de energía eléctrica.

Real Decreto 841/2002, de 2 de Agosto

En este Real Decreto se regula, para las instalaciones de producción de energía eléctrica, en régimen especial, su incentivación en la participación en el mercado de producción, determinadas obligaciones de información de sus previsiones de producción

Real Decreto 616/2007, de 11 de Mayo

Real Decreto sobre fomento de la cogeneración.


131

7. ANEXOS


AUTOR: Eduardo Barbero. DIRECTOR: Sr. Lluis Massagues.

FECHA: 1 / 02/ 2012

28810 Jueves 12 septiembre 1985 BOE núm. 219

19383 ORDES de II de septiembre de 1985 sobre fijación deldnecho regulador para la importación de cereales.

de hasta 5.000 KVA y centrales de autogeneración eléctrica, serinlas sigujentes:

19384

Ilustrisimoseñor:De conformidad con el artículo 5.n del Real Decreto 2332/1984.

de 14 de noviembre. 'Este Ministerio ha tenido a bien disponer:

Prirne-ro.-La cuantia del derecho regulador para las imponaciones en la Península e islas Baleares de los cereales Que se indicanes la que a continuación se detalla para los mismos:

Producto PanidaPese18s Tm nelaarancelaria

Centeno. 10.02.8 Contado: 4.559Mes en curio: 4.561

Cebada. 10.03.8 Contado: 7.519Mes en curso: 7.521O<:tubre: 7.547Noviembre: 8.145

~ \ena. 10.04.8 Contado: 896Mes en curso: 898

Maiz. 1O.05.B.1I Contado: 3.745Mes en curso: 3.747Octubre: 5.500Noviembrt:: 5.815

'1ija. 10.07.8 Contado: 559Mes en curso: 561

Sorgo. 10.0?C.1I ·Contado: 7.142Mes en curso: 7.143O<:tubre: 6.841Noviembre: 6.699

:\lpI5te. 10.0?D.ll Contado: 10Mes en curso: 10

Segundo.-Es10S derechos estarán en vigor desde la fecha d~publicación de la presente Orden hasta su modificación.

Lo que comunico a V. L para su conocimiento y efel'lOs.Dios guarde a V. 1. muchos años.Madrid. 11 de septiembre de 1985.

SOLCHAGA CATALAN

Ilmo. Sr. Director general de Política Arancelaria e Importación.

MINISTERIODE INDUSTRIA Y ENERGIA

ORDEN de 5 de 5cptiembre de 1985 por la que seestablecen normas adminlSlrativas y técnicas parafuncionamiento y conexión a las redes elél:.:tricas decentrales hidroeléctricas de hasta 5.000 KVA y centrales de autogencración eléctrica.

I1 v;lrísima señora:

El Real Decreto 907/1982, de 2 de abnl, sobre Fomento de la.-\.utQgcncración Eléctrica, encomienda en su articulo vigésimop:-imero al Ministerio de Industria y Energía la promulgación de lasOrJenes complementarias necesanas. de acuerdo con lo indicadoen su articulado y en sus artículos 7. 0 y 12, se indica que laconexión de los grupos autogeneradores a las redes de las empresaseléctricas deberá cumplir las nonnas que para este tipo de instala~

ciones establezca el Ministerio de Industria y Energía, y en el 17encomienda al citado Departamento dicha misión, previa consultaa los sectores afectados, determinando el artículo 12 de dicho RealDecreto 907/1982, que las normas dictadas tendrán como objeto.entre otros, el evitar la transferencia de averías a las redes publicas.la correcta explotación· y medición y la normalización de equipose instalaciones.

~simismo, el párrafo segundo del apartado 3 de la Orden de 28de Julio de 1982. para fomento de la producción hidroeléctrica enpequeñas centrales. indica que la conexión de estas centrales a lasredes de las empresas eléctricas se hará de acuerdo con lo que seestablezca para centrales de autogeneración.

En su virtud, tengo a bien disponer:

Primero.-Las normas administrativas y técnicas para funcionamiento y conexión a las redes eléctricas de centrales hidroeléctricas

l. Normas administrativas de carácter general

l. t A efectos de la presente disposición, el término «central»incluye tanto las de autogeneración propiamente dichas, reguladasen el Real Decreto 907/1982, como las centrales hidroeléctricasreguladas en el Real Decreto 1217/198l.

1.2 El titular de una central de autogeneración deberá solicitar, de la empresa eléctrica que distribuya energía en la wna dondevaya a estar ubicada la central, los datos y las condiciones técnicaspara la realización del proyecto de las instalaciones de conexión dela central a la red, segun se contempla en los puntos 1.3 y 1.4.

La elección del punto de conexión de la central a la red de laempresa suministradora se hará de forma que la inversión precisasea lo más reducida posible y en caso de desacuerdo se estará a loque decida el órgano competente de la Administración.

. 1.3 La empresa deberá suministrar los datos citados y lascondiciones indicadas en el punto 1.2, en unos plazos que seráncomo máximo: a) Centrales de hasta 1.000 KVA, treinta días; b)Centrales de más de 1.000 KVA, sesenta dias.

En caso de incumplimiento de dichos plazos, el 'titular de la centralpodrá solicitar la intervención del Organo provincial competente de la Administración, que requerirá la entrega de los datos ala empresa. eléctrica, imponiendo, además, si procede, las sancionesadministrativas correspondientes.

1.4 La empresa eléctrica suministrará la mencionada informacíun. de acuerdo con 10 establecido en el Real Decreto 907/1982.sobre fomento de la autogeneración eléctrica, en la Orden de 7 dejulio de 1982, por la que se regulan las condiciones tecnicas yl":onómicas entre autogeneradores y empresas o entidades eléctri. :.IS. y en esta Orden.

Al solicitar a la empresa eléctrica los datos para proyectar lasinstalaciones de conexión, el titular de 13 central deberá comunicara la empresa eléctrica el número, potencia y tipo'de los generadores.así ,1mo los datos necesarios para calcular las corrientes decorto·:lrcuito y la potencia máxiMa que prevé entregar. La empresaeléctnca, en los plazos antes indicados deberá proporcionar, altitular de la central en proyecto. el punto y tensión de conexión ala red. la potencia máxima y mínima de cortocircuito y, si existereengam:he automático, sus datos de funcionamiento.

1.5 Realizadas las instalaciones de interconexión, el titularsolicitará de la empresa eléctrica la conexión de sus instalaicones ala red, presentando los proyectos de acuerdo con la legislaciónvigente, así como la autonzación de sus instalaciones de generacióny. en su caso. de transformación otorgada por el Organo competente de la Administración.

La empresa eléctrica deberá verificar, antes de realizar la puestaen servicio, Qve las instalaciones de interconexión y demas eementos que afecten a la regularidad del suminjstro están realizadas deacuerdo con esta Orden y demás reglamentos en vigor, pudiendonegar la conexión en el caso contrario, asimismo, podrá procedera la regulación de aquellos elementos que 10·precisen en colaboración con el técnico elegido por el Utular, precintindolos paragar<.intizar la permanencia de la regulación.

En caso de disconformidad con el estado de la instalación. laempresa eléctrica comunicará por escrito al titular las reformas queprecisen. remitiendo una copia al órgano competente de la AdmInistración, que realizará en este caso las inspecciones precisas ydictará la resolución Que proceda.

1.6 Por los servicios de verificación citados, la empresaeléctrica percibirá el pago de los derechos de verificación previstosen el Reglamento de Acometidas Eléctricas que estén vigentes.

1. 7 El titular de una central interconectada a la red de unaempresa eléctrica deberá suscribir con ella un contrato, en que estaúltima podrá requerir que se incluya la obligación de aquél desuscribir una póliza de seguro de daños a terceros, o una garantíaanáloga. en caso de que se trate de instalaciones interconectadas, ysu derecho a verificar periódicamente el estado de las instalacionesde interconexión y protección. En el citado contrato se deberánestablecer también normas para comunicación rápida entre ambaspartes. indicando los nombres de las' personas responsables., asícorno las condiciones de entrega de la potencia y energía eléctncas.

Cualquier discrepancia entre las partes sobre el contrato afirmar será resuelta por el Organo Provincial competente de laAdministración.

2. P~escripciones y normas técnicas de carácter general

2.1 Se establecen las siguientes prescripiones generales parafijar las condiciones de funcionamiento y de conexión de lascentrales a las redes públicas;

2.1.1 El funcionamiento de las centrales no deberá provocaren la red pública averías, disminuciones de las condiciones de

BOE núm. 219 Jueves 12 septiembre 1985 28811

4.6 Solamente se ~rmitirá el arranque como motor paragrupos térmicos, si no se provocan en la conexión variaciones detensión superiores al S por 100 Y en un tiempo menor de unsegundo, y, en este caso, no se exigirá lo indicado en el punto 4.S.

5. Condiciones especificas de interconexi6n de centrales deautogeneración con generadores síncronos

5.1 Los generadores síncronos deberán tener una capacidad degeneración de energía reactiva suficiente para mantener las condi·

también las condiciones expuestas en el punto 3.2.2 en relaCión conla capacidad de transpone de la línea.

3.3 Conexión a redes de alta tensión:

3.3.1 La conexión de centrales a redes de alta tensión se harásiempre a través de transformadores con uno de sus devanados enconexión triángulo.

3.3.2 Centrales con -generadores asínCTon~. .Se podrán conectar centrales cuya potenCIa no sea supenor a

5.000 KVA. siempre que su potencia no supere el 50 por lOO de lacapacidad de transpone de la línea a la Que se c~nec'!-e.. .

Para potencias mayores, la empresa eléctnca mdlcara lascondiciones técniC'3S de la conexión, y en caso de desacuerdo delautogenerador decidirá el órgano competente de la Administración.

3.3.3 Centrales con generadores síncronos.Se podrán conectar centrales de potencia no superior a 1O~VA

siempre Que su potencia no supere el 50 por 100 de la capaCidadde transpone de la línea a la Que se conecte. . . .

Para potencias mayores convendrán ambas partes las condiCIOnes técDlcas de la conexión, y en caso de desacuerdo, decidlTá elórpno competente de la Administración.

4. CondiciONes especificas de interconexión de centrales deautoge"eraci6n con generadores asíncronos

4.1 El factor de potencia de la energía suministrada por lainstalación no será inferior a 0,86 a la potencia nominal y para ello,cuando sea necesario, se instalarán las baterías de condensadoresprecisas.

Para evitar la autoexcitación en caso de fallo del suministro dela empresa eléctrica, se establecerán los dispositivos de protecciónadecuados para asegurar la desconexión de la~ baterías de condensadores.

La empresa eléctrica, a petición del titu.lar, podrá eximir de laobli~ción de compensar el factor: de potenCla en caso de Que puedasummistrar la ener¡ia reactiva o corregir. dicho factor, instalandocondensadores en el punto de la red que convenga.

4.2 En la conexi6n de un generador asíncrono se deberánrespetar los siguientes límites:

a) La caída de tensión será como máximo deiS por 100 de latensión nominal.

b) En el caso de generadores eólicos, la frecuencia de lasconexiones será como máximo de tres por minuto, siendo el límitede la caída de la tensión del 2 por 100.

4.3 Para limitar las interisidades en el momento de la conexión y las caídas de tensión a los valores arriba indicados. seemplearán dispositivos adecuados. Entre los que pueden utilizarsepara la limitación de la sobreintensidad de conexión de ungenerador asíncrono. se pueden citar:

a) Utilización de reaetancias de limitación entre el generadory la red. reactancias que se pOnen en cortocircuito una vezfinalizado el régimen transitorio. .

b) Autoexcitación en vacío por medio de condensadores yconexión a la red mediante un equipo de sincronización adecuado.

4.4 En los generadores eólicos, para evitar las fluctuaciones detensión debidas a las variaciones rápidas de la velocidad del viento,la potencia de estos generadores no será superior a 1/20 de lapotencia de cortocircuito de la red en el punto de conexión.

4. S La conexión de un generador asíncrono a la red no serealizará hasta Que hayan alcanzado (accionados por la turbina o elmotor) una velocidad que sea la siguiente:

seguridad, ni alteracion~ superiores a las admitidas por losReaIamentos en vigor Que afecten a los demás abonados, según seesf'Ccifica posteriormente. Además, su funcionamiento no daráongen a condiciones ,",~s de trabajo para el personal demantenimiento y explotación de la red pública.

2.1.2 La tensión generada por las centrales será prácticamentesinusoidal con objeto de evitar efectos petjudiciales en los equiposde baja impedancia a aI:tas ~uenc~ (balerias de conde~sad~res.etc.) y eqwpos eleclfómcos" lnfOnnátlCOS y de telecomurucaclón.

2.1.3 Las condiciones de funcionanuento )' de conexión deuna central a una red pública se fijarán en funcIón de la potenciade Jos generadores y de sus caraeteristicas, de las máquinasmotrices que l()s accionen,. así como de la forma de funcionamientode la central y de la potencia máxima que vaya a suministrar ala red.

Por otra parte, al establecer las condiciones de conexión a la redpública, se tendrán en cuenta las características siguientes de dichared: tensión nominal y mAxima de servicio, potencia máxima decortocircuito admisible, capacidad de transporte de la ün... potencia disponible de.los transformadores de los centros de transfonnaci6n o subestaciones, sisleJlla de puesta a tie~ tipo de te!! aéreao subterránea y otros datos que en casos especiales fueran necesarios.

2.1.4 En caso de apertura del interruptor automático de laempresa eléctrica correspondiente,Jlla línea a la que se conecte unacentral, ésta no deberá mantener tensión en la red de la compañía,y si la pudiera mantener por ir equipado de generadores síncronoso aSÍncronos autoexcitados, se montará por parte de la propiedadun sistema de teledesconexión de la central desde la subestación ocentro de transformación de la compañía a la que se cop.ecte lacentral.

En las redes aéreas con ~che automático se establecerándispositivos adecuados para que la central no se conecte de nuevohasta que la reconexión sea firme. . -

2.1.S Las empresas eléctricas podrin revisar periódicamente ocuando se haya óriginado una avería, el estado de repIación ymantenimiento de los equipos de protección y coneXIón de lascentrales conectadas a sus redes. En caso de que así lo exija eltitular de la central, en 1& revisión deberá estar presente un técnicodel órgano competente de la Administras::ión o de una entidadcolaboradora de dicha Administración. Si fuera necesario parar lacentral para efectuar las revisiones, el incremento momentáneo dela potencia demandada no repercutirá en la potencia base defacturación.

2.1.6 En lo no previsto en esta Orden, las instalacioneseléctricas de las centrales sólo estarán obligadas a cumplir losreglamentos electro~icos en vigor correspondientes.

3. Potencias máximas de las centrales interconectadas3.1 Para las centrales interconectadas, se establecen, con

,carácter general, para su interconexión a las redes públicas.. laspotencias máximas admisibles si¡:uientes, según las característicastécnicas de los generadores y la tensión de conexión.

3.2 Conexión a redes de baja tensión:

3.2.1 Generadores asíncronos trifasicos.Se admitirán la interconexión de centrales COD ¡eneradores

asíncronos trifásicos de 380/220 V, siempre que la suma de laspotencias nominales no exceda ni de 100 KVA, ni de la mitad dela capacidad de la salida del centro de transfonnación correspondiente a la ün.. a la que se conecte la central.

En redes trifisicas a 220/127 V se podrán conectar centrales deuna potencia total de 60 KVA pero deberán estar preparadas parasu funcionamiento futuro a 380/220 V. Además, su potencia noexcederá de la mitad de la capacidad de la salida del centro detransformación correspondiente a la linea a la que se conecte lacentral.

En caso de que se deseen emplear generadores asíncronosautoexcitados, con objeto de 'poder seguir alimentando sus instalaciones, en caso de fallo de la red de la empresa eléctrica, se deberánprever dispositivos para asegurar que la autoexcitación se producesólo cuando la central esté aislada.

3.2.2 Generadores síncronos trifásicos.Se podrán intercpnectar centrales provistas de generadores

síncronos trifásicos únicamente a través de grupos rectificadoresinvenores trifásicos conmutados por la red, siempre que la sumade potencias nominales no exceda de 100 KVAy, además, lapotencia de la central no sea superior a la mitad de la capacidad detransporte de la linea del centro de transformación a la que seconecta la central.

3.2.3 Generadores de corriente continua con inversores.Se podrán conectar a las redes públicas generadores de corriente

continua a través de inversores trifisicos conmutados por la redhasta una potencia total de 100 KVA, siempre que se cumplan

Porcentaje de la velocidad delsincronismo .. , .

Potencia

:<.: 1.000 kVA

90 a 100

> 1.000 kVA

95 a 100


Potencia del generador

. ciones del factor de potencia señalado.en él artículo noveno delReal, I?ecreto 907/1982, con las variaciones de' tensión normales yadmIsIbles de la red a la que estén conectados· es decir podránmantenOl' un factor de potencia entre 1 y 0,8 en adelante ti retraso,medido en el punto de conexión.

5.2 El aumento de la potencia de cortocircuito de la red- a" quedé 1\!Pf la interconexión de la central deberá ser compatible con lascondiciones de la qtisma. .

S.3 .La central deberá poseer un equipo de sincronizaciónautomátu::o o manual y en cualquier caso será exigible un relé dee!lc1avami~nto de sin~ronismo. Podrá prescindirse de dicho equipoSI la coneXIón se pudiera efectuar como .enerador asíncrono o enlos casos que se emplee un rectificador Inversor.'

5.4 La conexión de la central COn la red deben! hacerse cuandoen la operación de sincronización las diferencias entre las magnitu~des eléctricas del ..nerador y de la red sean inferiores o iguales alos siguientes límltes:

Los puntos posibles de puesta en para1elo, no equiparados pararealizar la operación de sincronismo estarán dotados de losenclavamientos necesarios para impedir la puesta en paralelo.

S.S Los generadores síncronos de potencia igual o inferior a1.000 KVA..podrán conectarse a la red como asíncronos si se puedeconseguir que la caída de tensi6nmáxima en la conexión es comomáximo del 5 por 100 de la tenSión nominal y la duración no"superior a 0,5 segundos.

En el caso de generadores eólicos la frecuencia del número deconexiones será como máximo de tres por minuto, siendo el limilede caída de tensión del 2 por 100.

5.6 En cualquier caso, además, la potencia de los generadoressincronos accionados por turbinas eólicas no superará 1/20 de lapotencia de cortocircuito en el punto de conexión, con objeto deevitar las fluctuaciones de tensión originadas por variacionesn!pidas de la velocidad del viento.

5.7 Para controlar la energía reactiva suministrada por elgenerador, se dispondrá de un control de excitación que permitaregular la energía reactiva suministrada a la red.

6. Condiciones de puesta a tierra de las centrales

6.1 La puesta a tierra de las centrales interconectadas se han!siempre de forma que no se alteren tu condiciones de puesta atierra de la red de la empresa eléctrica.

6.2 Las centrales interconectadas a redes de blIia tensión de lasempresas elktricas con neutro puesto a tierra, conectarán el neutrode sus generadores al neutro de la red de la empresa eléetrica, y noexistirá para la puesta a tierra del neutro ninguna otra puesta atierra directa en la central o en la instalación. Para la conexión dela central a la red se empleaJá un interruptor provisto de uo polosuplementario que establezar n Ülterrumpa la conexión a tierra dela empresa eléctrica al cerrar o abrir el mterruptor.

Cuando por fallo de la red u otra causa la central trabllie aisladade la red de la empresa eléctrica, el neutro del generador seconectará automáticamente a una toma de tierra propia de lacentral prevista para este fin.

Para la protección de las instalaciones de la central se establece·Ti un dispositivo de detección de la comente que circula por laconexión de los neutros de los generadores al neutro de la red dela empresa eléctrica con un sistema de disparo adecuado paradesconexión si se sobrepasa la comente admisible.

6.3 En las centrales interconectadas provistas de transformadores de acoplamiento a la red, la puesta a tierra del neutro de lainstalación se hará en un solo punto, utilizando el neutro de un sologenerador en caso de que haya variOs. También podrá efectuarse lapuesta a tierra utilizando el oeutro de uno de los tranformadores,pero únicamente si no está en el lado del arrollamiento de la redde la empresa eléctrica. En caso de desconexión de la máquina otransformador que se utilice en un 1II0mento para estabfecer lapuesta a tierra, se preven\n sistemas automáticos para transfetir lapuesta a tierra a otro punto.

6.4 En los generadores eólicos la puesta a tierra de protecciónde la torre y del equipo en ella montado contra descatpSatmosféricas será independiente del resto de las tierras de la·instalaci6n.

6.5 En los casos de centrales de autogeneracióo en las que por

2

I0,5

CIa..de precisión

Potencia a medir

Menor o igual de 500 kW . .Mayor de 500 kW y menor o igual de

5.000 kW '.Mayor de 5.000 kW .

Es potestativo del autogenerador emplear contadores de preci·sión su~or en cualquier caso. ,

7.4.4 En los cireuitos de tensión e intensidad del equipo demedida se insta1aIá una reaIeta de verificación que permitaintercalar contadores patrones en paralelo con los existentes sinnecesidad de desene'Jizar la instalación y sin interrumpir lacontinuidad del circwto seeundario de los transformadores deintensidad, tanto para la verificacion de contadores como para laverificación o sustitución de los transformadores de intensidad.

razones de seguridad en sus instalaciones industriales se empleeuna red con neutro aislado o conectada a tierra a través de unaimpedancia de alto ....-alor. la protección contra contactos indirectosse podrá hacer por otro método que no afecte a las instalaciones dela red de la empresa eléctrica.

7. Medida de la energía eléctrica recibida y entregada

7.1 Para medir la energía eléctrica recibida de las empresaseléctricas y la entregada a ellas, se dispondn\ de contadores ymaxímetros distintos, aunque poc!rán ser de uso común otroselementos del equipo, tales como transformadores de medida yrelojes: conmutadores. .

7.2 La liquidación de las energías entregadas y recibidas porcada aut<?$enerador se efectuará con facturas independientes.

7.3 LOs equipos de medida de la eneÍ"gíB recibida por elautogenerador se ajustarán a lo exi¡i.do para abonados de su mismotipo que no sean autogeneradores.

7.4 Equipos de medida para venta de energía alas empresas.eléctricas: _

7.4.1 Los autogeneradores con cos ., < 0,55 poseerán obligatoriamente contador de energía reactiva cualquiera que sea supotencia; tOdos los que tengan una potencia máxima contratadasuperior a 40 KW estarán equipados de contador de energíareactiva, aunque tengan el cos Y' > 0.55.

7.4.2 El equipo de medida estanl integrado por:- El contador (vatiohorimetro) de energía activa con trinquete

que evite la marcha atrás. de triple discriminaci6n horaria, salvopacto en contrario.

- Maxímetro integrador de energía activa de quince minutos.Sí la energía que se entrega a la red es del tipo eventual, se podrá

prescindir del maximetro en el equipo de medida de entrega, perono en el de energia recibida. Si la energía que entrega a la red es deltipo programada, el maxímetro deberá ir provisto de un registradorque imprima, en los mismos periodos. la potencia indicada por·elmaxímetro.

- Contador (varhorimetro) de energía reactiva, con trinquetepara evitar la marcha atrás. . .

Si en el único punto de conexión del autogenerador con la redde servicio público existe más de una vía de paso de la energiaexistirá un equipo intejrador de los parciales de las distintas vías.tanto para la energía activa como para la reactiva y para elmaxímetro.

- Reloj conmutador de las distintas tarifas de los contadoresy del maxímetro.

- Regleta voltiamperi.métrica para verificación.- Transformadores de intensidad, en su caso.- Transformadores de tensión. en su caso.El equipo de medida de centrales de menos de 500 KVA

conectadas a redes de alta tensión podrá colocarse en el lado de bajatensión de los transfomiadores de potencia. en cuyo caso se seguirá,a efectos de facturaci6n, lo establecido en la normativa sobretarifas.

7.4.3 Los contadores y maxímetros tendrán las caracteristicasespecificadas en las normas UNE 20.439, 2L3l~bl y 21.31~80,parte 11. El número de circuitos ~ tensión e intensidad y,consecuentemente. el número de eqwpos motores de que dlspon.drán los contadores sen! igual al de fases activ~.de qu~ esté dotadoel sistema eléctrico. Los contadores en sefVlClO en mstalaclonesexistentes provistos de dos equipos motores se podráil mantener enservicio. Asimismo. se podrán usar en nuevas instalaciones equiposcon dos equipos motores Cuando exista ~tuo acuerdo. Laprecisi6n de los contadores de ener¡ia reactiva sen! de la clase trescomo máximo y la de los contadores de energía activa y maxime·tras será la que se indica en la siguiente tabla:. .

$.1.000 kVA> 1.000 kVA

± 10%± 0..2 Hz± 2('f'

Diferencia de tensiones..Diferencia de frecuencia .Diferencia de fase .

ROE núm. 219 Jueves 12 septiembre 1985 28813

7.4.5 El reloj. para conmutar las di!ltintas tarifas de loscontadores y/o maxímetros será de cuerda eléctrica de tipo mecánico, electrónico o .cualquier otro sistema teenicamente adecuado.

Su alimentación se realizará desde los transformadores detensión para medida y estarán dotados de una reserva de marchaminima de () díBs, para. el caso de interrupción del Servicioeléctrico.

El error máximo en la medida del tiempo no será superior asiete minutos al afto. La sensibilidad de apreciación para la puestaen hora será corno mínimo de qUInce minutos. Dispondrán delnumero de contactos necesarios para Que puedan conmutar unatriple tarifa. El reloj será, además, capaz de conmutar los integradores de acuerdo con el sistema de facturación elegido.

7.4.6 Los transformadores de intensidad tendrán las caracteristicas especificadas en la nnrma UNE 21.088.

Para alta tensión la clase de precisión mínima será de 0,5 y parabaja tensión de 1.

La intensidad secundaria será de 5 A, pero podrán utilizarseintensidades distintas de acuerdo con la empresa eléctrica a cuyasredes esté conectada la central.

Los niveles de aislamiento serán los fijados en los reglamentosen vigor y las intensidades limites, térmica y dinámica que debensoportar se calcularán de acuerdo con la de cortocircuito existentt\en el punto de la red r con el tiempo de despeje de la. faltasdefinido por las protecciones de lá empresa eléctrica.

7.4.7 Los-transformadores de tensión tendrán las características especificadas en la norma UNE 21.088.

La clase de precisiQn no será inferior a 0.5.La potencia de precisión será, como mínimo, de 50 V A para

tensiones de hasta 30 KV Y de 100 VA para las superiores.Se utilizarán, preferentemente, transformadores con un solo

polo aislado en alta tensión y la tensión secundaria preferente seráde LJOj.J'3V, pudiendo usarse tensiones distintas de acuerdo con laempresa eléctrica a cuyas redes esté conectada la central.

Los niveles de aislamiento serán los fijados por los reglamentosen vigor.

7.4.8 La instalación de los equipos de medida se hará deacuerdo con los siguientes criterios: .

Todo el equipo de medida, cajas de bornes de transformadoresde medida, conductos para el cableado, regletas de verificación.contadores, ete., podrán ser precintados por la empresa eléctrica acuyas redes se conecta la central, independientemente de losrre~into~ .que coloquen los Orplnismos oficiales para garantizar lainVIOlabIlIdad de los mecamsmos de marcha y regulación deaquéllos.

Estos precintos no impedirán la lectura de todos los cuadrantesde mt'dida de cualquier aparato, sin n«e-sidad de levantarlos.

La conexión entre los bornes de aparatos o regletas auxiliares seefectuará directamente sin empalmes intermedios.

A los circuitos de medida sólo se permitirá la conexión de losaparatos citados en las presentes condiciones técnicas, quedandoprohibida la conexión de otros aparatos auxiliares (voltímetros,amperímetros, etc.) para control u otros usos.

Se admite, sin embargo, que los transformadores de me-didasean de doble bobinado secundario. desünando uno de ellosexclusivamente a la alimentación de los circuitos de medida.

8. Armónicos

8.1 Las centrales no deberán inyectar en ja red armónicos queeleven su nivel a valores no admisibles. Para evitar este problemadébcrán estudiarse con especial atención las centrales provistas degeneradores asíncronos y las que posean inversores. .

8.2 La existencia de armónicos autoriza a la empresa eléctricaa. desconectar de la red la central que los oripna, previa autorización del órgano competente de la Admimstración, que podráordenar la inmediata desconexión o el establecimiento de un plazoprevio para la eliminación del defecto.

9. Protecciones

9.1 Condiciones generales:9.1.1 Las centrales conectadas a las redes públicas irán equipa

das de protecciones para garantizar que las faltas internas de lainstalación no penurben el correcto funcionamiento de las redes aque estén conectadas, tanto en la explotación normal como duranteun incidente. Por ello, todas las centrales interconectadas iránequipadas de interruptor de desacoplamiento de funcionamientoautomático y manual, accesible permanentemente al personal de laempresa eléctrica. .

9.1.2 Las centrales que se interconecten a redes aéreas consistemas de reenganche automático nevarán el equipo pre:eiso parala desconexión y la conexión a la red de forma debidamentecoordinada con el equipo de reenganche de lubestación de laempresa eléctrica. .

9.1.3 Las centrales llevarán, además, protecciones adecuadaspara reducir los daftos en sus propias instalaciones como conse.cuencia de los defectos internos. Estas prot~iones se ajustarán alo establecido en los reglamentos electrotécmcos.

9.2 Condiciones a tener en cuenta para la reconexión decentrales a la línea de la empresa eléctrica:

9.2.1 La reconexión de la central a la red no se hará hasta queno exista una tensión superior al 85 por 100 de la nominal y hayatranscurrido un tiempo no inferior a tres minutos. .

Si la central tuviera varios generadores, la reconexión de losmismos se hará escalonadamente con intervalos no inferiores adiez segundos. .

9.2.2 En caso de abonados con cargas imponantes, alimentadas sólo por la red, ónicamente se podrán establecer soluciones dedesconexión de la central de autogeneración, para cuya reconexiónse observarán las prescripciones deJ apartado 9.2.1.

q.3 Protecciones específicas para diversos tipos de centrales:9.3.1 En los cuadros que siguen se especifican las protecciones

precisas para los dist.intos tipos de centrales, para potencias dehasta 10 MVA conectadas a redes de distribución radiales. Pararedes malladas se estudiarán las protecciones necesarias en cadacaso, para lograr la correcta coordinación con las protecciones dela red de la empresa eléctrica.

9.3.2 Las centrales con generadores de corriente continuaconectada a la red de baja tensión a tT'dvés de un inversorconmutado por la red, llevarán las mismas protecciones que las delas centrales con generadores sincronos conectadas a través deinversores, pero cambiando las protecciones específicas del ateroador por las del generador de corriente continua.

9.3.3 En los cuadros que siguen se establecen los dispositivosy protecciones necesarias a instalar en las centrales segiin supotencia y tensión.

En ellos se ha denominado equipo de interconexión al quesepara automáticamente la central de la red de la empresa eléctrica.

Segundo.-La Dirección General de la Energía podrá establecernormas simplificadas para la conexión de generadores de potenciamuy reduóda o aprobar equipos normalizados para esta-finalidad.siguiendo las directrices generales de la presente Orden y sinreducción de las condiciones de seguridad.

Tercero.-Las pequeñas centrales que estén en funcionamiento ala entrada en vigor de la presente Orden dispondrán de un plazode seis meses para adaptarse a lo dispuesto en ella. En caso denecesidad el órgano provincial competente de la Administraciónpodrá ampliar dicho plazo.

Cuarto.-La Dirección General de la Energia dictará las normasnecesarias para el desarrollo de la presente Orden.

Lo que comunico a V.I. para su conocimiento y efectos.Madrid. 5 de septiembre de 1985.

MAJO CRUZATEIlma. Sra. Directora general de la Energía.


CUADRO N.UMERO 1

DISPOSITIVOS Y PROTECCIONES PARA CENTRALES DE AUTOGENERACION y MINICENTRALES

Centrales eonectadas a red de baja tensión de la compañía. (Potencia'~ 100 kVA)

Generadores asíncronos o síncronos conectados a la rni a través de inversores conmutados por lá red

Relés (1)

l. Equipo de protección de la interconexión

Un interruptor automático con relés directosde sobrelntensidad maaneto ténnicos.

Tres relés de mínima tensión instantáneos (2).Un relé de máxima' tensión instantáneo (2).

Un relé de máxima y mínima frecuencia.

2. Equipo de protección de la centralUn equipo de protección de la máquina

motriz y de los generadores.Un equipo de protección de los inversores

conmutados por la red (cuando existen encentrales con generadores síncronos).

Reaulación

0,8S Vm1,1 Vm

49 a SI Hz

ObjetO de la protección

Protección de defectos ~lifásicos.

Protección de defectos polifásicos y marcha anormal aislado de la red de lacompañia.

Marcha anormal separada de la red de la compañia.El disparo de estos relés se hará después de que las frecuencias citadas hay~n

permanecido más de 5 periodos (2). .

Según recomendaciones del fabricante y de acuerdo con los reglamentos envigor para protección contra defectos propios o de la red.

Para proteger al inversor cuando falta la tensión de la red y el generador sigafuncionando.

(1) La alimentación de los reJes se tomani. enlff fue 'J neutro, entnl el equipo de medida \ el equipo de desconexión.(2) El r~nganche no se podri realizar hasta que el reanne no se haga manualml'nle.Vm· Tensión media entre (ase y neutro a nivel de la conexión del relé.

CUADRO NUMERO 2'

DISPOSITIVOS Y PROTECCIONES PARA CENTRALES DE AUTOGENERACION y MINICENTRALES

Centrales conectadas' a red de alta tensión de la compañia

(Para generadores asíncronos de potencia"::';; J.500 KVA y alternadores sincronos de potencia .s 10.000 KVAj

1,10 Um (1)

(3)

49 a 51 H

Regulación

l. Equipo de protección de la interconexión

Un interruptor automático.

Tres relés de mínima tensión instantáneo O,85:UM (1)(entre fases).

Un relé de 'máxima tensión.

Un relé de máxima tensión homopolar.

Un relé de máxima y mínima frecuencia.

Tres relés instantáneos de máxima intensidad.

Un teledisparo.

2. Equipo de protección de la central

Un relé de enclavamiento de sincronismo.

Un equipo de protección de la máquinamotriz y para protección del generador (2).

Un sincroniZador automático

Objeto de la protección

Poder desconectar la central de la red.

Para detectar la marcha en red separada a una tensión anormal y paradetectar defectos bifásicos o trifasicos -en la salida

Para detectar la marcha en red separada.

Protección defectos fase·tierra.

Marcha anormal con la red separada.

Sobrecargas.

Para evitar qúe la central quede alimentando a la red de forma separada (4).

Para evitar conectar fuera de sincronismo o con la red sin tensión (sólo' parageneradores síncronos).

Según recomendaciones del fabricante y de acuerdo con los reglame.ntos.

Para centrales de más de 1.()(X) KVA con generadores síncronos.

3.Un regulador.Un telefono.

OtrO$' dispositivos

Preciso en generadores síncronos en ciertos casos.Para centrales de más de 5.000 KVA.

(1) Um - Tenlión media entre fases.(2) Existinl. en la cenlra.l un interruptor automatico para cada generador.(3) A determinar en cada caso.(4) Sólo exi¡ible en los casos previstos en el punto 2.1.4.

Tipo LGPG111Relé digital de protección de generador

integrado

2

Tipo LGPG111Relé digital de protección de generador integrado

Características• Una combinación óptima de

funciones de protección degenerador

• Aplicable a una amplia gama degeneradores

• Lógica de esquema configurablepor el usuario

• Un grupo de ajustes alternativo

• Amplio rango de frecuenciaoperativa

• Visualización de los valoresmedidos

• Registro de faltas, eventos yperturbaciones

• Comprobación integrada paraayuda a la puesta en servicio

• Comunicaciones serie remotas

• Diagnósticos al encendido yautosupervisión

• Ocho entradas lógicas conaislamiento óptico parasupervisión de planta externa.

IntroducciónEl LGPG111 es un relé multifunciónque integra diversas funciones deprotección de generador y unalógica de esquema asociada en unaúnica caja de relé.

Modelos disponiblesLGPG111

Incorpora 14 funciones deprotección de generadorindependientes (véase la figura 2).

AplicaciónEl LGPG111 puede aplicarse a unaamplia gama de generadores.Cada una de sus funciones deprotección puede activarse odesactivarse para adecuarse arequisitos independientes. Estacaracterística evita la necesidad deutilizar versiones de relés específicospara la aplicación y simplifica latarea de la especificación,evaluación y planificación deproyecto del relé. La lógica de

Figura 1: Relé tipo LGPG111

esquema integrada elimina la mayorparte del trabajo de ingeniería depanel, lo que reduce la necesidadde relés auxiliares y el cableadoexterno asociado.

Pueden conectarse contactos deequipo de protección externo y desupervisión de planta a cualquierade las ocho entradas conaislamiento óptico. Esto permiteincorporar la información externa ala lógica de esquema del reléconfigurable por el usuario.Las entradas con aislamiento ópticoy las salidas del relé puedenetiquetarse en el software parasupervisión local o remota.Estas funciones se pueden registraren las características de registro dealarma y de evento.

Las funciones de protecciónsuministradas por el relé LGPG111se muestran en la figura 2.

3

Funciones

Diferencial de generador(87G)

La función diferencial de generadorse utiliza para la protección defaltas de bobinado de estátortrifásicas o entre fases quenormalmente implican elevadascorrientes de falta, de forma que esnecesaria la eliminación rápida dela falta. Esta función trabaja enbase de fase y tiene unacaracterística de polarización dependiente doble, tal como semuestra en la figura 3: la pendienteinferior proporciona sensibilidadpara las faltas internas, mientrasque la pendiente superiorproporciona estabilidad bajocondiciones de falta de paso, sobretodo si se saturan los CT delgenerador.

Falta de tierra de estátor(51N)

La función de falta de tierra deestátor opera por corriente y sepuede ajustar típicamente paracubrir hasta el 95% de losbobinados del estátor. Se utilizageneralmente en los generadorescon puesta a tierra resistiva, perotambién se puede usar pararesponder a la corriente del circuitosecundario de un transformador depuesta a tierra cargado con unaresistencia.Se dispone de un elemento de ajustebajo con retardo de tiempo y unelemento de ajuste alto instantáneo.

Desplazamiento del neutro(59N)

La función de desplazamiento delneutro se opera por voltaje y seutiliza para detectar faltas de tierraen el bobinado del estátor en losgeneradores puestos a tierramediante un transformador dedistribución. Se dispone de doselementos de salida detemporizador.

Falla de tierra direccionalsensible (67N)

Cuando dos o más generadoresestán conectados en paralelo a unabarra colectora principal, se utilizala función de falta de tierra

direccional sensible para discriminarentre faltas de tierra internas yexternas. Se dispone de unaentrada de CT monofase dedicadapara la corriente de operación, quepuede aceptar la corriente residualde tres CT de línea o la corriente deun CT de núcleo equilibrado. Laseñal de polarización de la decisión

direccional puede ser la señal devoltaje aplicada a la entrada de VTde voltaje neutro, o la señal decorriente aplicada a la entrada decorriente de falta de tierra deestátor.

Las funciones de falta de tierra deestátor, de desplazamiento del

Figura 2: Funciones de protección proporcionadas por el LGPG111

Figura 3: Característica de polarizacióndiferencial de generador

Figura 4: Funciones de sobrecorrientedependiente del voltaje

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neutro y de falta de tierradireccional sensible llevanincorporado el rechazo del tercerarmónico mediante un filtro desoftware.

Sobrecorriente dependientedel voltaje (51V)

La función de sobrecorrientedependiente del voltaje se utilizapara la protección de respaldo delsistema y puede disparar eldisyuntor del generador, si la faltano ha sido eliminada por otraprotección después de undeterminado período de tiempo. Lafunción dependiente del voltajepuede estar controlada por voltaje orestringida por voltaje.

Cuando hay control por voltaje, lacaracterística de temporizacióncambia desde una carga a unacaracterística de falta cuando elvoltaje cae por debajo de un nivelestablecido. Se utilizaprincipalmente para generadoresconectados directamente a la barracolectora principal.

En el caso de voltaje restringido, elnivel de toma de corriente desciendede forma proporcional a medidaque el voltaje cae por debajo de unvalor establecido lo que produceuna variación continua de lascaracterísticas de temporización. Seaplica a los generadores conectadosa la barra colectora principal pormedio de transformadoresescalonados.También se dispone de unacaracterística de compensación devector de voltaje para determinar elHV.

Señales de voltaje entre fasescuando se utiliza un transformadorescalonado Yd1 o Yd11.

La característica de temporizaciónpuede ser de tiempo definido oIDMT.

En la figura 4 se muestran losefectos del nivel de voltaje sobre elnivel de toma de corriente paraambas funciones.

69:

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5

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Energía inversa (32R) y bajaenergía hacia delante (32L)

La protección de energía inversa seutiliza para detectar pérdidas delgenerador de fuerza motriz.La protección de baja energía haciadelante puede aplicarse ageneradores con turbinas de vapordonde es preferible la puesta fuerade servicio secuencial, si no hayoperaciones más urgentes, paraevitar la sobreaceleración. Ambascondiciones están equilibradas, porlo que la medición de una sola fasees suficiente. Para esta función, elrelé calcula VIcosθ para la fase A.

Para proporcionar la sensibilidadrequerida, se utiliza una entrada decorriente especial para ambasfunciones.También se dispone de un ajuste deángulo de compensación paraequilibrar el error de fase de lasseñales de los VT y CT delgenerador. Se incluye untemporizador de caída con retardoen la lógica de temporización queactúa como temporizador deintegración. Esto permite al relédisparar dentro del retardo detiempo predeterminado, bajocondiciones de energía pulsatoria.

Figura 5: Característica de disparo de secuencia de fase negativa

Figura 6: Característica de protección de falta de campo

5

Secuencia de fase negativa(46)

La función de secuencia de fasenegativa se utiliza para detectarcondiciones de desequilibrio decarga mantenido.En esas circunstancias, se inducencorrientes parásitas de doblefrecuencia en el rotor del generadorque pueden generar un rápidosobrecalentamiento. La función tieneuna curva de réplica térmica quesimula los efectos del calentamientoprefalta debido a bajos niveles decorriente de secuencia de fasenegativa pendientes I2. Cuando elvalor I2 está por encima del umbral,la réplica térmica se aproxima ala característica t = K/I22, donde Kes la constante de capacidadtérmica de corriente por unidad delgenerador en segundos. Lacaracterística de disparo se muestraen la figura 5.

Cuando se han seleccionado valoresaltos de K y las corrientes desecuencia de fase negativa medidasestán cerca del umbral, el tiempooperativo puede ser demasiadolento. En este caso, se dispone de unajuste de tiempo máximo, tMAX, paraproporcionar un tiempo de disparoseguro.

Cuando I2 es alto, el tiempo deoperación puede ser demasiadorápido y causar pérdida dediscriminación con otras proteccionesde sistema de energía encondiciones de falta. Para reducir elriesgo, se proporciona lacaracterística inversa con ajuste detiempo operativo mínimo ajustabletMIN.

También se dispone de unaconstante de capacidad térmicaindependiente, Kreset, parautilizarla cuando el generador estéfrío, debido a una reducción en I2.Esto es así para tener en cuenta loscomponentes del rotor, que tienenconstantes de tiempo deenfriamiento diferentes.

Se dispone de un elemento dealarma independiente con unasalida de tiempo definido parafinalidades de aviso pre-disparo.

Falta de campo (40)

Las pérdidas importantes deexcitación causadas por una faltade campo pueden hacer que seretire gran cantidad de corrientereactiva del sistema de energía loque pone en peligro al generador.La protección de falta de campo deeste relé es un elemento de mediciónde una sola fase con unacaracterística mho dedesplazamiento, tal como se muestraen la figura 6. También dispone deuna disposición de temporizaciónintegrada idéntica a la de lasfunciones de energía. Esto permiteque el relé dispare dentro delretardo de tiempo predeterminado,aunque la medición de impedanciapueda salir temporalmente de lacaracterística mho, por ejemplo, encondiciones de deslizamiento depolo.

Infravoltaje (27) ysobrevoltaje (59)

Se dispone de un elemento deinfravoltaje y uno de sobrevoltaje dedos etapas. Se utilizanprincipalmente para respaldar elregulador de control de velocidad yel regulador automático de voltaje.Cuando se produce un fuertesobrevoltaje, puede regularse elajuste alto del elemento desobrevoltaje para proporcionaroperación rápida. Ambos elementosson dispositivos trifásicos.

Infrafrecuencia (81U) ysobrefrecuencia (81O)

Se dispone de dos elementos deinfrafrecuencia y uno desobrefrecuencia. Los elementos deinfrafrecuencia se han utilizadopara detectar sobrecarga delgenerador causada por diversasperturbaciones del sistema ocondiciones operativas.El elemento de sobrefrecuencia seha utilizado para respaldar elregulador de control de velocidad sise produce sobreacelaración.

Equilibrio de voltaje (60)

La función de equilibrio de voltaje seha proporcionado para detectarfalta de fusible de VT.Compara los voltajes de secundariode dos grupos de VT (o de dos

circuitos con fusible independientesde un solo VT) y se puede utilizarpara bloquear posibles disparosincorrectos de las funciones deprotección cuyo rendimiento puedaresultar afectado por la aparentepérdida de voltaje, como cuando sefunde un fusible.

Función de retención detemporizador

La función de sobrecorriente, elelemento de ajuste bajo de lafunción de falta de tierra de estátory la función de desplazamiento delneutro disponen de una función deretención de temporizador. Sufinalidad es permitir una eliminaciónrápida de faltas intermitentesrecurrentes, por ejemplo, las faltasde aislamiento con autosellado. Estafunción permite al temporizador delrelé mantener su valor cuando caela corriente, suponiendo que esteperíodo de caída es menor que elajuste del temporizador tRESET.Esta función de reposición ajustablepermite también una coordinaciónmás estrecha con los relés de discode inducción electromecánicos.

Función de temporizadorintegrado

La función de energía necesita laintegración de tiempo para permitircondiciones de carga recíprocascuando el elemento de mediciónpuede tomar breve yperiódicamente. También se disponede la misma característica para lafunción de falta de campo en casode condiciones de deslizamiento depolo. La integración de tiempopermite que la función opere dentrosu tiempo operativo predeterminado.

Para implantar la integración detemporización, se dispone de untemporizador adicional de caídaretardado. Una vez que hayatomado el elemento de medición deprotección, el relé operará despuésdel retardo de tiempo ajustado,siempre que el intervalo de tiempocuando cae el elemento esté dentrodel ajuste del temporizador decaída retardada tDO.

6

Seguimiento de frecuencia

El relé sigue la frecuencia delsistema y ajusta continuamente sureloj de muestreo interno conmúltiplos exactos de la frecuenciadel sistema.Esto proporciona una medición yoperación correctas de las funcionesde protección durante el arranque yparada del generador ajustadascuando la unidad del generadoropera con una frecuencia anormal.El rango de frecuencia operativa vade 25 Hz a 70 Hz para la funcióndiferencial y de 5 Hz a 70 Hz parael resto de las funciones deprotección.

Configuración

Lógica de esquema

La lógica de esquema de protecciónpara un generador ajustado sueleimplicar un gran número defunciones de protección combinadaspara accionar determinadas salidasde disparo común. Cierta lógica debloqueo y de interbloqueo tambiénpuede ser necesaria. Paraacomodar diferentes aplicaciones degenerador, la lógica de esquema esflexible y reconfigurable.

La lógica de esquema del LGPG111tiene la forma de vectores lógicoscon una arquitectura que seencuentra normalmente en losdispositivos de matrices lógicas, cuyaestructura interna AND-OR semuestra en la figura 7.

Las funciones OR permiten que unao más de las salidas de funciónAND controlen cada relé de salida,mientras que las funciones ANDproporcionan bloqueo ointerbloqueo para dos o másentradas o solo a través de laconexión de una entrada. Hay 32entradas de lógica de esquema: 19desde las funciones de protección, 8entradas con aislamiento óptico yuna selección de entradas invertidaspara permitir crear la lógica debloqueo. La lógica de esquemacontrola un total de 15 relés desalida y dispone de 32 funcionesAND seleccionables.

Las matrices de entrada y salidapermiten crear las conexionesdeseadas. Cada intersección de lamatriz representa una interconexiónprogramable. Diseñando lasinterconexiones apropiadas eintroduciendo la información en elrelé por medio de los ajustes delógica de esquema, puedeconfigurarse la lógica de disparorequerida.

La presencia de entradas conaislamiento óptico para el esquema,permite que dispositivos externos,como relés de falta de tierra derotor, dispositivos detectores detemperatura y relés mecánicos seconecten al esquema, para que sepuedan utilizar instalaciones dedisparo junto con las instalacionesde alarma y comunicacionesremotas.

Las entradas con aislamiento ópticoy las salidas del relé utilizadas enun esquema pueden asignarse acualquier función requerida por laaplicación.

El relé tiene una característica paraetiquetar cada una de ellasproporcionando un identificador. Losidentificadores se utilizan durante laconfiguración de la lógica deesquema, por las pantallas deestado de entrada y de salida y porlos sistemas de registro deperturbaciones, de faltas y deeventos.

Grupo de ajuste alternativo

El relé dispone de un grupo deajuste alternativo que está formadopor todos los ajustes de lógica deesquema y de protección. Puedeutilizarse durante el arranque o laparada del generador o durante loscambios de configuración delsistema de energía. Este grupo deajuste puede seleccionarseactivando las entradas conaislamiento óptico apropiadas o conel menú de ajustes del relé.

Funciones auxiliares

Mediciones

Pueden visualizarse las magnitudesde las 17 entradas analógicas delrelé. También se dispone de otrascantidades derivadas. Proporcionaninformación de las tres fases,corrientes de tierra y residual,voltajes entre fases, corrientes depolarización y diferencial, corrientede secuencia de fase negativa, faseA activa y energía reactiva, ademásdel ángulo de fase y frecuencia delsistema de energía.Todas las mediciones puedenvisualizarse en cantidades primariaso secundarias, seleccionables por elusuario. Las cantidades primarias sebasan en los ajustes de lasrelaciones de VT y CT utilizadas porel relé.

Figura 7: Diagrama de bloques de la lógica de esquema

4 2

6

6

9

9

9

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7

Registros de suceso y de falta.

Puede disponerse de hasta 100registros, todos ellos almacenadosen la memoria no volátil. El últimoregistro sobrescribiráautomáticamente el más antiguo. Seproducen registros de sucesosiempre que opera una función deprotección, que se activa unaentrada de estado, que opera unrelé de salida o que se produce unafalta de hardware.

Los registros de faltas también sealmacenan como sucesos. Puedeacomodarse hasta 100 registros desuceso y hasta 50 registros de falta.Los registros de falla se iniciancuando operan las salidas del reléseleccionadas. El registro secompone de la fecha y hora de lafalta, el estado de las entradas conaislamiento óptico, las salidas delrelé y las funciones de protección,junto con los valores de medicióndurante la falta.

Registros de perturbación

El registrador de perturbacionesinterno puede almacenar hasta ochocanales analógicos, junto con todala información de entrada de estadoy de salida del relé.Los canales analógicos sonseleccionables por el usuario desdelas 17 entradas del relé.

Los datos de los canales analógicospueden almacenarse como datos enbruto o como datos de fase y demagnitud. Los datos en bruto seprocesan a razón de 12 muestraspor ciclo eléctrico, mientras que losdatos de fase y magnitud secalculan cada 20 ms. Así, laduración de un registro varía segúnel tipo de datos. Para los datos enbruto, la duración es de 64 cicloseléctricos, pero para los datos defase y de magnitud la duración esde 7,68 s. Esta última permitecapturar eventos de larga duración,como el deslizamiento de polo. Enambos casos, cada entrada dedatos tiene la imagen de la hora.Esto resulta particularmente útil parael registro de datos en bruto, dadoque el intervalo de muestreo varíacon la frecuencia del sistema deenergía debido al seguimiento defrecuencia.

El registrador de perturbacionespuede dispararse desde entradasde estado y salidas de reléseleccionadas. Puede almacenarseun máximo de dos registros en lamemoria volátil. Un registropermanece en el área delalmacenamiento intermedio hastaque se descarga a un PC y,después, se libera elalmacenamiento intermedio. Si losdos almacenamientos intermediosestán llenos, no se puede efectuarningún registro.

Sincronización de tiempo.

El reloj de imagen de la hora deregistro de suceso tiene unaresolución de 1 ms.Para proporcionar sincronización detiempo con otro equipo de laestación generadora, el reloj puedesincronizarse mediante pulsos dereloj externos (períodos de 0,5, 1, 5,10, 15, 30 o 60 minutos) desde unaentrada con aislamiento óptico.

Funciones de impresión

Se dispone de varias funciones deimpresión para permitir que el reléfacilite documentación impresa, pormedio del puerto paralelo del panelfrontal. La información consiste en losajustes del sistema, ajustes deprotección, ajuste de lógica deesquema, registros de suceso yregistros de falta. La salida impresade lógica de esquema estáformateada, de forma que puedecompararse directamente con eldiagrama de lógica de esquema.

Funciones de comprobación

Se dispone de diversas funcionespara permitir la comprobacióncompleta del relé durante lasoperaciones de puesta en servicio,de mantenimiento de rutina y debúsqueda de faltas:

Las funciones de mediciónpermiten comprobar la entradaanalógica y su cableado.

Muestra los estados sí/no de lasentradas de estado y de lassalidas del relé.

Comprobación de los cuatro LEDindicadores.

Comprobación de las salidas delrelé y sus circuitos asociadosmediante operación de loscontactos de salida del relé.

Muestra la operación de cadafunción de protección comoporcentaje de tiempo paradisparo.Esto permite comprobar la toma,el progreso y la operación decada función de protección.

Comprobación de laconfiguración de los ajustes de lalógica de esquema introduciendomanualmente un patrón deentrada para el esquema yexaminando su salida lógica. Estaprueba puede efectuarse encualquier momento sin interferircon el funcionamiento del relé.

Diagnósticos al encendido yautosupervisión.

Las pruebas de diagnóstico alencendido las efectúa el relécuando se pone en funcionamiento.Son comprobaciones deltemporizador, del microprocesador,de la memoria y del módulo deentrada analógica. También serealiza una autosupervisióncontinua, en forma de circuitería devigilancia, comprobaciones dememoria y pruebas de módulo deentrada analógica. En el caso deuna falta, el relé se bloqueará ointentará una recuperación, enfunción del tipo de falta detectada.

8

Descripción delhardwareEl relé está alojado en una carcasa4U de 178 mm de altura yadecuada para montaje en panel oen bastidor. Internamente, estácompuesto por diversos módulosenchufables que se prueban ycalibran de manera independiente.La arquitectura de hardwaremodular se muestra en la figura 8.

El módulo del microordenador estáformado por un potentemicroordenador de 16 bits quecontrola todos los módulossubsidiarios por medio de un cableplano de 64 vías llamado Bus deE/S.El procesador lleva a cabo lamayoría de las funciones desoftware, como el proceso de laseñal de entrada, los algoritmos deprotección, la lógica de esquema,los controles de salida del relé y elmanejo del interfaz del operador.

El módulo de entrada analógicaestá formado por 12 CT, 5 VT y 6entradas con aislamiento óptico. LosCT y VT se utilizan para aislar yacondicionar las entradasanalógicas desde lostransformadores de alimentaciónconectados al generador.Sus señales de salida se conviertenen datos digitales para suprocesado posterior.

Además de las 6 entradas conaislamiento óptico del móduloanalógico, el módulo de entrada deestado dispone de 8 más, lo quehace que el relé disponga de untotal de 14 entradas con aislamientoóptico. Seis de ellas tienen funcionespredefinidas, como sincronizaciónde reloj, selección de grupo deajuste, etc., lo cual deja 8 entradaspara alimentar en la lógica deesquema.

Todas las entradas con aislamientoóptico operan desde unaalimentación auxiliar Vx(2) que esindependiente de la fuente dealimentación principal Vx(1).Los valores de Vx(1) y Vx(2) puedenser diferentes (consulte los Datostécnicos).

Se dispone de dos módulos desalida de relé. Cada uno de elloscontiene 8 relés miniatura. Todos losrelés son de autoreposición. Noobstante, se dispone de una funciónde software que permite al usuarioseleccionar las salidas que se debenenganchar en el momento de laoperación.

El panel frontal está formado poruna pantalla de cristal líquido (LCD)alfanumérica de 2 x 16 caracteres yun teclado con 7 botonespulsadores. Proporciona accesolocal a todas las funciones del relé.También hay 4 diodos emisores deluz para indicación visual del estadodel relé, un puerto serie IEC 60870no aislado para conexión de un PCy un puerto paralelo para conectara una impresora.

En la parte posterior del relé, apartede la alimentación de CC normal ylas conexiones de planta, hay unpuerto IEC 60870 aislado y unpuerto K-Bus para conexiónpermanente con un PC remoto.

El módulo de comunicacionesremotases el responsable de gestionar elprotocolo de comunicaciones y decontrolar tres puertos decomunicaciones.

Figura 8: Arquitectura de hardware

Interfaz de usuario

Interfaz de usuario del panelfrontal

Por medio de un menú de fácilmanejo puede accederse a lasfunciones del relé. El menú estádispuesto de forma que loselementos relacionados (celdas demenú) estén agrupados en seccionesindependientes, cada una de ellasidentificada por un título. El usuariose desplaza por el menú mediantelas teclas de flecha, primero paraseleccionar un título de seccióndeterminado y, después, paraseleccionar un elemento dentro deél. La pantalla de cristal líquido delpanel central está limitada paramostrar una celda de menú cadavez.

Interfaz de usuario de accesoremoto

Puede acceder al menú por mediode la característica decomunicaciones remotas.Esto permite que todas las celdas demenú de una sección puedanvisualizarse en la pantalla de unPC. Los cambios de las celdas delmenú pueden realizarse desde elteclado del relé.

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Interconexión de los relés

Se dispone de tres puertos decomunicaciones: el puerto IEC60870 no aislado del panel frontal,el puerto trasero aislado IEC 60870y el puerto K-Bus. Los puertos IEC60870 utilizan niveles de señalRS232 y permiten la conexión puntoa punto. Es aplicable cuando no esnecesaria la conexión en red odurante la puesta en servicio.

Como alternativa, los relés sepueden conectar mediante un cablede par trenzado apantalladollamado K-Bus. Pueden conectarsehasta 32 relés en paralelo con elbus.

5

Figura 9: Disposición de conexión de terminales de K-Bus

El K-Bus puede conectarse medianteun convertidor de protocolo, tipoKITZ, directamente o vía módem, alpuerto RS232 de un PC. El K-Busestá basado en RS485 y se ejecutaa 64 kbits/s. La conexión K-bus semuestra en la figura 9.

Con cada KITZ se adjunta softwarepara proporcionar acceso a los relésy leer y cambiar ajustes. Se disponede un software adicional llamadoSoftware de acceso de protección ykit de herramientas paraproporcionar acceso al registradorde sucesos, junto con otras funcionesadicionales.

Cada relé es direccionabledirectamente por medio del buspara permitir la comunicación con elPC. Hay que tener en cuenta que lasseñales de bloqueo y de disparo deprotección no se dirigen vía K-bus.Se utiliza cableado independienteconvencional para esas funciones.

10

Figura 10: Diagrama de conexión externa del tipo LGPG111 (esquema típico)

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11

Figura 11: Lógica de esquema del tipo LGPG111

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12

Datos técnicos

Consumos

Entradas

Corriente alterna CA In 1A o 5A

Voltaje CA Vn 100 V a 120 V

CC nominal Rango operativo (V) (V)

Voltaje auxiliar Vx(1) 24/27 19,2 - 32,4(Alimentación del relé) 30/34 24 - 40,8

48/54 38,4 - 64,8110/125 88 - 150220/250 176 - 300

Voltaje auxiliar Vx(2) 24/27 19,2 - 32,4(Suministro de entrada de 30/34 24 - 40,8

estado con aislamiento óptico)48/54 38,4 - 64,8110/125 88 - 150220/250 176 - 300

Nota: Vx(2) puede ser diferente deVx(1)

Frecuencia Fn 50/60Hz

Cargas

Corriente CA

Diferencial del generador <0,05 VA por entrada en In(para relé de 1 A)

<0,20 VA por entrada en In(para relé de 5 A)

Sobrecorriente dependiente del voltaje,falta de campo y secuencia defase negativa <0,05 VA por entrada en In

(para relé de 1 A)

<0,22 VA por entrada en In(para relé de 5 A)

Energía baja hacia delante e inversa <0,15 VA en In (para relé de 1 A)<0,30 VA en In (para relé de 5 A)

Falta de tierra de estátor yfalta de tierra direccional sensible <0,12 VA por entrada en In

(para relé de 1 A)<0,25 VA por entrada en In(para relé de 5 A)

Voltaje CA <0,005 VA por entrada en Vn

Voltaje auxiliar de CC (Vx(1)) 15 W en ausencia de señales, máx.34 W en operación

Voltaje auxiliar de CC (Vx(2)) Menos de 0,32 W de promedio porentrada

Relaciones de transformador

Relaciones de CT 1:1 a 9999:1 en pasos de 0,01

Relaciones de VT 1:1 a 9999:1 en pasos de 0,01

13

Requisitos de CT

Diferencial del generador

Diferencial polarizado Vk ≥ 50In (Rct + 2RL + Rr) donde elajustes a Is1=0.05In, máximo a travésk1=0%, Is2=1.2In, de corriente dek2=150% falta = 10 x In y

máximo X/R = 120

Vk ≥ 30In (Rct + 2RL + Rr) donde el máximoa través decorriente de falta= 10 x In ymáximo X/R = 60

Nota: con un mínimo de 34 V

Funciones de protección de falta de tierra

Direccional sensible Vk ≥ 6In (Rct + 2RL + Rr) donde el máximofalta de tierra, utilizando tres X/R = 5 yresidual conectado falta de tierraCT de línea máxima

corriente = 1 x In

Direccional sensible Vk ≥ 6NIn (Rct + 2RL + Rr) donde el máximofalta de tierra, utilizando X/R = 5 y

CT de núcleo equilibrado falta de tierramáximacorriente = 2 x In

Falta de tierra del estátor Vk ≥ 6NIn (Rct + 2RL + Rr)

Funciones de protección auxiliares

Dependiente de voltaje Vk ≥ 20In (Rct + 2RL + Rr)sobrecorriente, falta de campoy secuencia de fase negativa

donde Vk = Voltaje mínimo de punto de inflexión de transformador decorriente para estabilidad

In = Corriente del relé (1 A o 5 A)

Rct = Resistencia del bobinado del secundario del transformadorde corriente (Ω)

RL = Resistencia de un solo conductor desde el relé altransformador de corriente (Ω)

Rr = Resistencia de cualquier otra de las funciones deprotección que comparten el transformador de corriente (Ω)

N =

Nota: N no debería ser mayor de 2. Debe seleccionar la relación de CT detierra y el CT de equilibrio de núcleo de acuerdo con ello.

67

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14

Función de energía

Para ajustes >3% Pn Utilice el CT de protección de clase 5Pcorrectamente cargado

Para ajustes ≤3% Pn Utilice CT de clase de medición. Consulte la tablasiguiente.

Se recomienda el CT de medición para ajuste de energía menorde 3%Pn

Ajuste de baja energía hacia Clase de CT de medicióndelante/inversa (%Pn)

0,2 0,1

0,4

0,6

0,8 0,2

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1,2

1,4

1,6

1,8

2,0 0,5

2,2

2,4

2,6

2,8 1,0

3,0

Resistencia térmica

Resistencia continua Entrada de CT 4 x In

Entrada de VT 400 V

Resistencia a corto plazo Entrada de CT 100 A para 1s (In = 1A)

400 A para 1s (In = 5A)

Rangos de ajuste

Diferencial del generador

Ajuste de corriente diferencial básico Is1 0,05In a 0,1In en pasos de0,01In

Umbral de polarización de incremento Is2 1In a 5In en pasos de 0,1In

Polarización K1 (Ibias < Is2) 0% a 20% en pasos de 5%

Polarización K2 (I > Is2) 10% a 150% en pasos de 10%

15

Falta de tierra del estátor

Elemento de ajuste bajo:

Característica Estándar inversa/tiempo definido

Ajuste de corriente Ie> 0,005In a 0,5In en pasos de 0,005In

Ajuste del multiplicador de tiempoTMS 0,05 a 1,2 en pasos de 0,05

Característica de operación IDMT t = x TMS

Ajuste de tiempo definido t> 0,1s a 10 s en pasos de 0,1s

Ajuste de temporizador derestauración tRESET 0s a 60s en pasos de 1s

Elemento de ajuste alto:

Ajuste de corriente Ie>> 0,005In a 2In en pasos de 0,005In

Ajuste de tiempo t>> 0s a 5s en pasos de 0,1s

Desplazamiento del neutro

Ajuste de voltaje Ve> 1V a 25V en pasos de 1V

Ajuste t1 de temporizador 1 0,5s a 5s en pasos de 0,5s

Ajuste t2 de temporizador 2 1s a 10 s en pasos de 1s

Temporizador de restauraciónt2RESET del temporizador 2 0s a 60s en pasos de 1s

Falta de tierra direccional sensible

Corriente operativa Ires> 0,005In a 0,02In en pasos de 0,005In

Voltaje de polarización Vp> 1 V a 10 V en pasos de 1 V

Corriente de polarización Ip> 0,005In a 0,02In en pasos de 0,005In

Ángulo característico del relé RCA -95° a 95° en pasos de 1°

Sobrecorriente dependiente del voltaje

Funciones Controlada por voltaje/restringida porvoltaje/simple

Característica Estándar inversa/tiempo definido

Ajuste de corriente I> 0,5In a 2,4In en pasos de 0,05In

Multiplicador de tiempo TMS 0,05 a 1,2 en pasos de 0,05

Característica de operación IDMT t = x TMS

Ajuste de tiempo definido t 0s a 10s en pasos de 0,1s

Ajuste de temporizador derestauración tRESET 0s a 60s en pasos de 1s

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16

Ajustes de voltaje:

Vs (controlada por voltaje) 20V a 120V en pasos de 1V

Vs1 (restringida por voltaje) 80V a 120V en pasos de 1V

Vs2 (restringida por voltaje) 20V a 80V en pasos de 1V

Factor K 0,25 a 1,00 en pasos de 0,05

Rotación del vector de voltaje Ninguna o Yd

Nivel de toma de corriente

Controlado por voltaje Restringido por voltaje

I> para V> Vs I> para V > Vs1

KI> para V≤ Vs KI> para Vs1≥ V ≥ Vs2

KI> para V < Vs2

Energía inversa

Ajuste de energía -P> 0,2W a 8W en pasos de 0,05W(para relé de 1A)

1W a 40W en pasos de 0,25W(para relé de 5A)

Temporizador de toma retardada t 0,5s a 10s en pasos de 0,5s

Temporizador de caídaretardada tDO 0s a 5s en pasos de 0,1s

Baja energía hacia delante

Ajuste de energía P< 0,2W a 8W en pasos de 0,05W(para relé de 1A)

1W a 40W en pasos de 0,25W(para relé de 5A)

Temporizador de toma retardada t 0,5s a 10s en pasos de 0,5s

Temporizador de caídaretardada tDO 0s a 5s en pasos de 0,1s

Ángulo de compensación θcomp -5° a +5° en pasos de 0,1°(para energía inversay baja energía hacia delante)

Nota: Los ajustes de energía son cantidades de una fase.

Elemento de disparo de secuencia de fase negativa

Ajuste de umbral de disparo I2>> 0,05In a 0,5In en pasos de 0,01In

Constante de capacidad térmica(calefacción) K 2s a 40s en pasos de 1s

Constante de capacidad térmica(refrigeración) Kreset 2s a 60s en pasos de 1s

Característica operativa(sin precalentamiento)

Tiempo máximo de operación tmax 500s a 2.000s en pasos de 10s

Tiempo mínimo de operación tmin 0,25s a 40s en pasos de 0,25s

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17

Elemento de alarma de secuencia de fase negativa

Umbral de alarma I2> 0,03In a 0,5In en pasos de 0,01In

Ajuste de temporizador de alarma t> 2s a 60s en pasos de 1s

Falta de campo

Desplazamiento mho -Xa 2,5Ω a 25Ω en pasos de 0,5Ω(para relés de 1 A)

0,5Ω a 5Ω en pasos de 0,1Ω(para relés de 5 A)

Diámetro mho Xb 25Ω a 250Ω en pasos de 1Ω(para relés de 1 A)

5Ω a 50Ω en pasos de 0,2Ω(para relés de 5 A)

Temporizador de toma retardada t 0s a 25s en pasos de 0,1s

Temporizador de caída retardada tDO 0s a 5s en pasos de 0,1s

Infravoltaje

Ajuste de voltaje V< 30V a 110V en pasos de 1V

Ajuste de temporizador t 0,1s a 10s en pasos de 0,1s

Sobrevoltaje

Ajustes de voltaje V>, V>> 105V a 185V en pasos de 1V

Ajustes de temporizador t>, t>> 0s a 10s en pasos de 0,1s

Infrafrecuencia

Ajustes de frecuencia F1<, F2< 40 Hz a 65 Hz en pasos de 0,05 Hz

Ajustes de temporizador t1, t2 0,1 s a 25 s en pasos de 0,1 s

Sobrefrecuencia

Ajustes de frecuencia F> 40 Hz a 65 Hz en pasos de 0,05 Hz

Ajustes de temporizador t 0,1s a 25s en pasos de 0,1s

Equilibrio de voltaje

Ajuste de voltaje Vs 5V a 20V en pasos de 1V

Entradas digitales

Entradas con aislamiento óptico 14 (6 dedicadas, 8 disponibles parala lógica de esquema)

Contactos

Relés de salida 10 cierre doble2 cierre simple3 cambio

Alarma de falta de alimentaciónde energía 1 cierre simple

1 interrupción simple

Alarma de relé inoperante 1 cambio

18

Tasa de contacto Efectuar: 30A y transporte durante 0,2sMantener: 5A continuoInterrupción: CC 50W resistiva

25W inductiva(L/R = 0,4s)ca 1250VA

Sujeta a un máximo de 5A y 300V

Duración

Contacto cargado 10.000 operaciones

Contacto descargado 100.000 operaciones

Comunicaciones

Lenguaje Courier

Puerto IEC 60870 (delantero/posterior)

Modo de transmisión Asíncrona

Niveles de señal RS232

Formato de mensaje IEC 60870 FT1.2

Velocidad de datos 600 - 19.200 bits/s

Conexión Una terminación

Tipo de cable Apantallado multinúcleo

Longitud del cable 15m

Conector Hembra de tipo D de 25 patillas

Aislamiento Frontal (no aislado)

Trasero (1 kV durante 1 minuto entre lamasa de la carcasa y otros circuitos)

Puerto K-Bus

Modo de transmisión Síncrona

Niveles de señal RS485

Formato de mensaje HDLC

Velocidad de datos 64 kbits/s

Conexión Multipunto (32 unidades)

Tipo de cable Par trenzado apantallado

Longitud del cable 1.000m

Conector Terminales roscados

Aislamiento 2kV rms durante 1 minuto

Resistencia al voltaje

Resistencia dieléctricaIEC 60255-5: 1977 2,0 kV rms durante 1 minuto entre

todos los terminales y la masa de lacarcasa.

2,0 kV rms durante 1 minuto entre losterminales de circuitos independientes,incluidos los circuitos de contacto.

1,0 kV rms durante 1 minuto entrecontactos abiertos de relés de salida.

1,0 kV rms durante 1 minuto entreel puerto trasero IEC 60870 y la masa

19

Voltaje de impulsoIEC 60255-5: 1977 Tres impulsos positivos y tres negativos

de pico 5kV, 1,2/50µs, 0,5J entretodos los terminales del mismo circuito(excepto los contactos de salida), entrelos circuitos independientes y entretodos los terminales conectados entreellos y la puesta a tierra de la caja

Resistencia de aislamientoIEC 60255-5: 1977 >100MΩ

Entorno eléctrico

Interrupciones de suministro de CCIEC 60255-11: 1979 El relé deberá resistir una interrupción

de 10ms en la alimentación auxiliar,en condiciones normales, sin dejar defuncionar

Oscilación de CA en alimentación de CCIEC 60255-11: 1979 La unidad deberá resistir un rizado de

ca del 12% en la alimentación de cc

Perturbación de alta frecuenciaIEC 60255-22-1: 1988 Clase III Pico de 2,5kV entre circuitos

independientes y la puesta a tierra dela caja.

Pico de 1,0kV entre los terminales delmismo circuito (excepto contactosmetalicos).

Descarga electrostáticaIEC 60255-22-2: 1996 Clase 2 4,0kV - descarga al aire con

protección

4,0kV - contacto en punto dedescarga sin protección

Perturbación de transitorio rápidoIEC 60255-22-4: 1992 Clase III 2,0kV, 5kHz aplicados directamente a

la alimentación auxiliar

2,0kV, 5kHz aplicados directamente atodas las entradas

Clase IV 4,0kV, 2,5kHz aplicados directamentea la alimentación auxiliar

4,0kV, 2,5kHz aplicados directamentea todas las entradas

Interferencia de radiofrecuencia:

Inmunidad radiadaIEC 60255-22-3: 1989 Clase III intensidad de campo 10V/m

Rango de frecuencia ampliado 20MHz a 1.000MHz

Inmunidad conducidaIEC 60801-6: 1994 10V rms, 0,15 MHz a 80 MHz

Emisiones radiadasEN 55022: 1994 Clase A

20

Emisiones conducidasEN 55022: 1994 Clase A

Conformidad con EMC89/336/EEC Conformidad con la NormativaEN 50081-2: 1994 Europea La Directiva de la ComisiónEN 50082-2: 1995 de la CEE es reclamada vía Archivo

de Construcción Técnica. Se hanutilizado estándares genéricos paraestablecer la conformidad.

Seguridad de los productos73/23/EEC Conformidad con la Directiva de la

Comisión Europea sobre el VoltajeBajo

EN 61010-1: 1993/A2: 1995 Para certificar la conformidad se hanEN 60950: 1992/A11: 1997 utilizado estándares genéricos de

seguridad

Entorno atmosférico

TemperaturaIEC 60255-6: 1988 Almacenamiento y transporte

-25°C a +70°CFuncionamiento -25°C a +55°C.

HumedadIEC 60068-2-3: 1969 56 días al 93% de humedad relativa

a 40°C.

Protección del recintoIEC 60529: 1989 IP50 (protegida contra el polvo)

Entorno mecánico

VibraciónIEC 60255-21-1: 1988 Respuesta a las vibraciones Clase 2

Duración a la vibración Clase 2

Choques y caídasIEC 60255-21-2: 1988 Respuesta al choque Clase 2

Resistencia al choque Clase 2

Caída Clase 1

SísmicaIEC 60255-21-3: 1993 Clase 2

21

Carcasa

El relé está alojado en una carcasa MIDOSmultimódulo, tal como se muestra en la figura 12.

Figura 12: Reseñas de la carcasa

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Información adicional

Manual de servicio LGPG111 R5942

Folleto de comunicaciones Courier R4113

22

Información necesaria para el pedido

Tipo de relé: L G P G 1 1 1 0 1

Caja de montajePanel PRack R

Tensión auxiliar Vx(1)24 – 27V dc 130 – 34V dc 248 – 54V dc 3110 – 125V dc 4220 – 250V dc 5

Tensión auxiliar Vx(2)24 – 27V dc 130 – 34V dc 248 – 54V dc 3110 – 125V dc 4220 – 250V dc 5

Valores nominales TI y TT100/120V – 1A L100/120V – 5A M

IdiomaInglés E IFrancés FAlemán G AEspañol S

St Leonards Works, Stafford, ST17 4LX EnglandTel: 44 (0) 1785 223251 Fax: 44 (0) 1785 212232 Email: [email protected] Internet: www.alstom.com

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Diseño y Calculo Electrico Planta Cogeneración

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