ESTUDIOS DE COORDINACIÓN DE LAS PROTECCIONES ELECTRICAS

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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL Facultad de Ingeniería en electricidad y computación ESTUDIOS DE COORDINACION DE LAS PROTECCIONES POR METODOS COMPUTARIZADOS APLICADOS A CALIZAS HUAYCO S.A. Presentado por: ANDRES FELIPE GUTIERREZ MONTESINOS FRANCISCO ERNESTO COELLO SALGUERO DANIEL EDUARDO CHICA GARCIA

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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

Facultad de Ingeniería en electricidad y computación

ESTUDIOS DE COORDINACION DE LAS PROTECCIONES

POR METODOS COMPUTARIZADOS APLICADOS A CALIZAS HUAYCO S.A.

Presentado por:ANDRES FELIPE GUTIERREZ MONTESINOSFRANCISCO ERNESTO COELLO SALGUERO

DANIEL EDUARDO CHICA GARCIA

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Resumen “Estudios de coordinación de las protecciones

eléctricas por métodos computarizados aplicados a Calizas Huayco S.A.” tiene como objetivo principal coordinar el sistema de protecciones de la industria mencionada implementando un modelo que incluya equipos de última generación satisfaciendo criterios operacionales, técnicos y económicos. Tras realizar el levantamiento en el que se recopilaron datos del todo el sistema eléctrico de la industria, se procedieron a realizar los estudios de flujo de carga, análisis de corto circuito y demás correspondientes para finalmente proponer un sistema adecuado de protecciones mediante el uso de herramientas modernas con la finalidad de aumentar la confiabilidad y eficiencia del sistema.

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DESCRIPCION DE LAS INSTALACIONES.

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Descripción Física Generalizada de las Instalaciones

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Descripción General del sistema eléctrico

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Descripción de las Subestaciones

Subestación principal

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Descripción de las Subestaciones

Subestación de Trituración primaria

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Subestación de Trituración primaria

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Descripción de las Subestaciones

Subestación de Trituración secundaria

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Subestación de Trituración secundaria

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Descripción de las Subestaciones

Subestación “Planta de Cal”

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Subestación “Planta de Cal”

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Descripción del proceso de elaboración de la cal

HORNO

MOLINO DE MARTILLO

ELEVADOR 22

HIDRATADOR 3 ETAPAS

ELEVADOR 13

ELEVADOR 14

SEPARADOR CAL

SEPARADOR CEMENTINA

MOLINO DE BOLAS

SILO CAL HIDRATADA

SILO CEMENTINA

TOLVA

ENVASADORA

SILO 1

ELEVADOR 5

ELEVADOR 6

SKIP

TUNEL DEL

HORNO

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Descripción del caso “Optimizado”

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ESTUDIOS DE FLUJO DE CARGA.

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Criterios adoptados para el estudio

Flexibilidad Operacional

Niveles de Confiabilidad

Niveles de sobrecarga

Regulación de Voltaje

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Análisis de casos

Caso Base (Máxima carga) Caso Base (Mínima carga) Caso Optimizado (contingencia 1) Caso Optimizado (contingencia 2)

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Resultados de los Estudios de Flujo de Carga

Los resultados de Flujo de carga serán presentados en forma gráfica por ser el método más conciso y usualmente más informativo.

El análisis del flujo de carga muestra lo siguiente: Voltaje en barras. Factor de Potencia. Requerimientos de potencia

Reactiva. Carga sobre todos los conductores y

transformadores, verificar que la carga este dentro de la capacidad de transmisión para condiciones normales y contingencias operativas.

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Resultados de los Estudios de Flujo de Carga

Caso Base (Máxima carga) Caso Base (Mínima carga) Caso Optimizado (contingencia 1) Caso Optimizado (contingencia 2)

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Conclusiones del estudio de Flujo de carga.

Las alimentadoras “Cal” y “Agregados” tienen una alta ampacidad y margen de reserva por lo que se ha concluido que no existen caídas significativas de voltaje que afecten a la calidad de servicio.

Los bancos de capacitores en cada estación de carga de “Calizas Huayco S.A” suplen efectivamente el nivel de reactivos requeridos manteniendo tanto el factor de potencia como los voltajes dentro de rangos aceptables atenuando la carga en los transformadores.

Los alimentadores “Cal” y “Agregados” trabajan a menos de la mitad de su capacidad nominal. se ha decidido proponer un sistema de transferencia bajo condiciones de falla para mejorar la confiabilidad y la continuidad de producción.

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Conclusiones del estudio de Flujo de carga.

Debido a la baja caída de tensión en las líneas, se mantiene a los transformadores en su respectivo tap central (3).

El estudio de flujo de carga determinó que los transformadores, tanto de trituración secundaria como el de primaria, se encuentran trabajando en sus límites de capacidad nominal (entre el 85% y el 98%).

Se determinó que para el caso denominado “contingencia 1”, el alimentador “Agregados” puede servir a la carga de la Planta de Cal sin poner en riesgo los niveles de voltaje ni la estabilidad del sistema debido a la capacidad de la línea.

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Conclusiones del estudio de Flujo de carga.

Se determinó que para el caso denominado “contingencia 2”, el alimentador “Cal” puede servir a la carga de la Planta de Cal sin poner en riesgo los niveles de voltaje ni la estabilidad del sistema debido a la capacidad de la línea.

Se comprobó que el factor de demanda, tanto de trituración primaria como de secundaria, así como el de la planta de cal es aproximadamente de 0.75, determinándose esto al hacer un balance entre la energía registrada por los medidores y la potencia nominal de las cargas conectadas a dichos sistemas en específicos periodos de tiempo.

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ESTUDIO DE CORTO CIRCUITO

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ESTUDIO DE CORTO CIRCUITO

“Calizas Huayco S.A” requiere realizar estudios de Corto Circuito para resolver situaciones críticas y obtener la información básica para la coordinación de las protecciones. Los estudios se realizaran con los siguientes objetivos:

Determinar el efecto de las corrientes de falla en los componentes del sistema tales como cables, barras y transformadores durante el tiempo que persista la falla.

Los estudios determinaran las zonas del sistema en donde la falla puede resultar en depresión inaceptable de voltajes.

Determinar del ajuste de los equipos de protección, los cuales son establecidos considerando el sistema bajo condiciones de falla.

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Alcance de los estudios de Corto Circuito

Considerando que el Sistema de “Calizas Huayco S.A” se caracteriza por ser un sistema típicamente aterrizado el estudio de corto circuito considera los siguientes tipos de falla:

Falla Trifásica a tierra Falla de línea a tierra.

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Datos del Sistema Impedancias Equivalentes y MVA de corto

en el punto de entrega de la UDELEG

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Resultados de los Estudios de Corto Circuito

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COORDINACION DE LAS PROTECCIONES.

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Los estudios de flujo de carga y Corto Circuito de “Calizas Huayco S.A” son la base para el ajuste y coordinación de las Protecciones del Sistema. Los estudios se realizaran con los siguientes objetivos:

Determinar los equipos a usar con el fin de dar una protección optima

Determinar del ajuste de los equipos de protección, los cuales son establecidos considerando el sistema bajo condiciones de falla.

La aplicación del Estudio permitirá el despeje oportuno y selectivo de las fallas del sistema.

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Esquemas de Protección

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Esquema de protección del Transformador de la subestación

principal

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Descripción del Control del sistema de transferencia

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Alternativa 1 para el sistema de Transferencia

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Descripción del Control del sistema de transferencia

(alternativa 1)

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Alternativa 2 para el sistema de Transferencia

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Esquema de protección del Transformador de la subestación

“Trituración primaria”.

81

250P 251P

150P

151P

Σ87

3

TRANSFORMADOR 500KVA PRIMARIA

13,8 KV

50:5

3

50/87

0,44 KV

GE 745 TRANSFORMER MANAGMENT RELAY

52-1

52-1

1000:5

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Esquema de protección del Transformador de la subestación

“Trituración secundaria”.

81

250P 251P

150P

151P

Σ87

3

TRANSFORMADOR 2000KVA SECUNDARIA

13,8 KV

100:5

3

50/87

0,44 KV

GE 745 TRANSFORMER MANAGMENT RELAY

52-1

52-1

3000:5

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Esquema de protección del Transformador de la subestación

“planta de Cal”.

81

250P 251P

150P

151P

Σ87

3

TRANSFORMADOR 750KVA PLANTA DE CAL

13,8 KV

50:5

3

50/87

0,44 KV

GE 745 TRANSFORMER MANAGMENT RELAY

52-1

52-1

1000:5

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Ajuste y Coordinación de las Protecciones.

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Sistema de protecciones optimizado

Sistema de protecciones actual

Planta de Cal

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Sistema de protecciones actual

Sistema de protecciones optimizado

Taller de Mantenimiento

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Sistema de protecciones optimizado

Sistema de proteccionesactual

Secundaria Tableros B y C

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Sistema de protecciones optimizado

Sistema de proteccionesactual

Trituración Secundaria (banco de capacitores 1)

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Sistema de protecciones optimizado

Sistema de proteccionesactual

Trituración Primaria (Tablero CM12)

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Sistema de protecciones optimizado

Sistema de proteccionesactual

Transformador Principal (3750 KVA)

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Sistema de protecciones optimizado

Sistema de proteccionesactual

Transformador Primaria (500 KVA)

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Sistema de protecciones optimizado

Sistema de proteccionesactual

Transformador Secundaria (2000 KVA)

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Sistema de protecciones optimizado

Sistema de proteccionesactual

Transformador Planta de Cal (750 KVA)

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

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El estudio de flujo de carga determinó que las líneas se encuentran cargadas a menos del 40% de su capacidad nominal (Alimentador “Cal” a 9.58%, “Agregados” a 35.56% para el caso base máxima carga). Esta condición permite el traspaso de toda la carga a un solo alimentador, cualquiera que este fuera, sin presentar problemas de voltaje o sobrecarga.

El transformador de la subestación principal (3750 KVA) se encuentra cargado al 75.74% de su capacidad nominal

El transformador de la subestación secundaria (2000 KVA) se encuentra cargado al 88.37% de su capacidad nominal

El transformador de la subestación Primaria (500 KVA) se encuentra cargado al 90.07% de su capacidad nominal

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El transformador de la subestación Planta de Cal (750 KVA) se encuentra cargado al 46.49% de su capacidad nominal

Como se pude constatar en los reportes, las caídas de tensión que existen al final de alimentadora “Agregados” y la alimentadora “Cal” son menores al 4%.

El estudio de corto circuito permitió establecer la corriente de falla que se usó como referencia al momento de coordinar las protecciones. Dependiendo del nivel de voltaje (69 Kv, 13.8 Kv, 440 Kv, 220V) sometido al estudio.

Se hizo un estudio preliminar con las protecciones actuales que se han aplicado al sistema eléctrico de Huayco S.A. determinado falencias tales como falta de selectividad.

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Se usaron los elementos 50P, 151P, 250P, 251P, 350P, 351P, 81, 87, 50/87 y la facilidad de la programación FLEXLOGICc del relé para un control de transferencia automática.

El diseño del relé ofrece protección en el lado de media tensión a dos devanados. Característica que fue usada para dar protección a las dos alimentadoras que existen en “Calizas huayco S.A”, ofreciendo con esto selectividad ante eventuales fallas.

La transferencia automática que se realiza con el relé ofrece una continuidad en la producción de la planta.

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GRACIAS