Ingº Alberto G. Martínez - Departamento de Ingeniería - Secco PROTECCIONES – GENERACION...

Ingº Alberto G. Martínez - Departamento de Ingeniería - Secco

PROTECCIONES – GENERACION DISTRIBUIDA EN LINEAS LARGAS Y LOS PROBLEMAS EN LAS

DETECCIONES DE FALLAS

PROTECCIONES – GENERACION DISTRIBUIDA EN LINEAS LARGAS Y LOS PROBLEMAS EN LAS DETECCIONES DE FALLAS

Objetivos:

- Identificar problemas en la coordinación de protecciones en las centrales de generación distribuida durante el funcionamiento en isla, cuando alimentan líneas largas.

- Ofrecer alternativas de ajustes de protecciones que ayuden a la detección de fallas cuando las corrientes de defecto son comparable a la nominal de la central.


Identificación de los problemas en la coordinación de protecciones:

En sistemas de generación de baja potencia funcionando en isla, es posible que para fallas lejanas, las corrientes de cortocircuito sean de orden comparable con la corriente nominal de la central, impidiendo que la falla sea detectada por la protección de corriente.

Esta corriente disipará una cantidad de potencia activa en la longitud de línea que vincula la central con el punto de falla, que podría superar a la potencia disponible en la central, actuando las protecciones de frecuencia, ya que la mayor carga en los generadores tenderá a desacelerarlos.

A continuación se estudiará un caso de falla en una instalación modelando la central y las líneas y estudiando una falla alejada de la central.



Datos para modelado del sistema

• Generador: S=1750kVA, X”d=0,149 pu, X2=0,144 pu, X0=0,01 pu.

• transformadores de bloque: Ynd 11, 1800kVA, 0,4-13.2kV ucc=6%, Pérdida de cortocircuito: 19kW, pérdidas de vacío: 2800W

• La central se conecta al sistema mediante una línea L06 de 5km de longitud, simple terna 95/15mm2 de Al/Ac (cruceta tipo MN 155 de

900mm entre fases utilizada para modelar las reactancias).• Las cargas serán modeladas junto con sus transformadores reductores

pensadas como una unidad.



Líneas y cargas asociadas



Cargas

En el siguiente esquema se muestran las corrientes de falla monofásicas y trifásicas para un evento durante el funcionamiento en isla. (En esta condición, la central será la única proveedora de energía para alimentar cualquier falla en 13,2kV y en 0,4kV)

Escenario analizado• Una falla en la barra de MT de la carga C-08 antes de los fusibles de protección de la

carga hará circular una corriente por el camino de tres protecciones, los fusibles f11, el interruptor 52CT0 de acometida a la barra y el interruptor de salida de la central 52CT.

• Esta falla producirá una corriente menor a la nominal de la central lo que no permite que sea despejada por la protección de la central (52CT) y tampoco por la protección de acometida de la central a la barra de la ET 52CT0, sólo los fusibles actuarán durante esta falla pero en un largo.

• La corriente de falla recorrerá las líneas L06, L07 y L08 desde la central hasta el punto de falla.



Potencia disipada en la línea para una falla en C08

= 2,62 MW en la línea con una falla trifásica

= 1 MW en la línea con una falla monofásica

• Donde r = resistencia específica o por unidad de longitud de línea, L= longitud, Icc = corriente de falla

• La potencia total a suministrar durante la falla puede comprometer las estabilidad de la central. Para evitar esto, durante el trabajo en isla debe cumplirse:

lrIPcc cc ...3 2

lrIPcc SLcc ..2)(

07060504030201 CCCCCCCccgen PPPPPPPPP



La Potencia disipada en las líneas desde la central hasta el punto de falla adicionada a las cargas resultará



MWMW

PPPPPPPP CCCCCCCcc

27,6)28,0104,008,0096,0096,01262,2(07060504030201

Simulación dinámica de la respuesta a la falla en la frecuencia de los generadorest0=4seg (tiempo de inicio de falla)Pcc=6,27MW (potencia de falla)P0=3,71MW (Potencia antes de la falla)

Fre

cuen

cia

[Hz]




Cambiando los fusibles F11 por un reconectador se logra reducir el tiempo de despeje de fallas.

Con el tiempo alcanzado por el reconectador en el despeje de fallas, la frecuencia de la generación no debería bajar más de 49Hz.Los ajustes para lograr esta coordinación, se muestran a continuación.

Curva de coordinación con cambio de fusibles F11 por reconectador

De esta curva surge que la falla deberá despejarse antes de los 150ms, más allá de este tiempo, la frecuencia caerá debajo de 47,5Hz y actúan las protecciones de sub frecuencia de los generadores sin posibilidad de recuperación para la central.

En la siguiente grafica corriente tiempo de las protecciones, se ve que la falla de 148 A, hará quemar a los fusibles F11 en un tiempo que va de 9 a 20seg, tiempo que exceden el límite antes expresado, esto obliga a asociar otro tipo de protección en la alimentación de esta línea.



150ms Tiempo actuación de fus F11: 9 a 20s


Proteccion de salida de la CT F650 Reconectador

Proteccion de sobrecorriente 50/51

Proteccion de sobrecorriente 50/51

Elemento Ajuste Unidad Elemento Ajuste Unidad

I> 362 [A] I> 23 [A]

Curva IEEE ext inv Curva IEC muy inv

TMS 1 s TMS 0,05 s

I>>> 1260 [A] I>> 80 [A]

curva T. Definido Curva T. Definido

t 0,01 [s] t 0,08 [s]

I>>> 100 [A]

curva T. Definido

t 0,05 [s]

Proteccion de sobrecorriente 46

Proteccion de sobrecorriente 46

Elemento Ajuste Unidad Elemento Ajuste Unidad

I> 75 [A] I> 19 [A]

Curva T. Definido Curva T. Definido

t 0,05 [s] t 0,05 [s]



Soluciones implementadas y recomendaciones:

Se implementó el cambio de los fusibles F11 en la salida de alimentación de las líneas L07 y L08 por un reconectador tal como se sugiere en el estudio, ajustando las corrientes a tiempo definido e IEC muy inversas como componentes de protección 50/51. Además se sugiere la configuración del elemento de protección de secuencias negativas (ANSI 46) para la detección de fallas asimétricas lejanas, tanto en la protección de salida de la central como en el reconectador.

Se debe activar además en el reconectador el bloqueo de acción por INRUSH, para permitir su cierre sobre los transformadores de las cargas C07 y C08, también se debe dejar como “No Activa” la reconexión para no rehacer intentos de cierre sobre una falla en un sistema en recuperación.


Lecciones aprendidas:

Siempre que se limite la pérdida de potencia durante una falla, se mitigará el efecto estudiado en este trabajo, un factor que contribuye en este aspecto es la resistencia de la línea, debido a esto hemos comenzado a prestar especial atención a las líneas cuya capacidad de transporte sea pequeña y su extensión, larga.

Hemos comenzado a incorporar líneas de importancia secundarias en nuestros estudios para detectar estas condiciones. Aún cuando la misma no esté directamente ligada a la central.





Gracias por su atención

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