12 coordinacion proteccion
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SANTO DOMINGO CONTRATISTAS GENERALES S.A.Av. Industrial Oeste Centinela N 218 Chincha Ica
ESTUDIO Y CALIBRACIN DE PARMETROS
DE PROTECCIN EN SISTEMA
ELCTRICO DE USO EXCLUSIVO
AUSTRAL GROUP S.A.A. - PLANTA ILO
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CONTENIDO
1. OBJETIVO.
2. SISTEMA ELCTRICO
2.1. Esquema general del Sistema
2.2. Caractersticas de los equipos
3. FLUJOS DE CARGA
3.1 Flujo de carga al100 % Tap en posicin : 3 Sin conexin de banco Condensador
3.2 Flujo de carga al100% Tap en posicin: 3 Con conexin de banco Condensadores3.3 Flujo de carga al50% Tap en posicin: 3 Con conexin de banco de Condensadores
4. CALCULO DE CORTOCIRCUITO
5. COORDINACIN DE PROTECCIN
5.1 Proteccin.Sobrecorriente
5.2 Proteccin.de Tierra
6. CONCLUSIONES
7. RECOMENDACIONES.
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1. OBJETIVO
Definir los ajustes ptimos de los diferentes elementos de proteccin, garantizando la
adecuada selectividad y coordinacin.
Mostrar los clculos de flujo de carga y cortocircuito para diferentes condiciones de
operacin de la Planta.
.
2.- SISTEMA ELCTRICO.
2.1 Esquema general del Sistema.
En la Pgina siguiente se muestra el esquema general del Sistema en Mencin.
( Grfico 1 )
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2.2 Caractersticas de los equipos.
2.2.1- Suministro de ELECTROSUR
La Empresa concesionaria de Energa Elctrica ELECTROSUR Suministra Energa a
la Planta Austral-Ilo Con una tensin de servicio de 22.9 KV y una potencia de
cortocircuito de 166 MVA.
Tensin entrega: 22.9 KV.
Frecuencia : 60 Hz.
Potencia de cortocircuito: 166 MVA.
Grupo de conexin del transformador principal : Estrella Delta neutro aislado en el
lado de 22.9 KV.
2.2.2. Elemento de Proteccin de Empresa Concesionaria ELECTROSUR
El elemento de proteccin utilizado por la Empresa Concesionaria es un Recloser marca
Nulec con los siguientes ajustes de proteccin.
Las principales funciones de proteccin con las que cuenta este Rel son:
( Rel NULEC ) LADO 22.9 KV
Funciones de Proteccin Cdigo Valores de Ajuste
Sobrecorriente de fases temporizado51P I>
Itoc = 426 AmperiosCurva : NI IEC.TMS: 0.11
Sobrecorriente de fases instantnea 50P I>>Curva = T. DefinidoIIOC = 2500.AmperiosTdisparo: 0 Segundos
Sobretensin Homopolar 59N75% de 13200 Volt.Disparo: 1 Seg.
Sobrecorriente de Neutro Direccional 67N No cuenta con esta funcin
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2.2.3. Punto de Medicin y Proteccin ( PMI )
El punto de entrega de energa a la planta Austral se deriva de un equipo de Medicin
intemperie ( PMI ) , el cual cuenta como proteccin hacia el cliente con fusible de
expulsin tipo K de 100 Amperios.
2.2.4. Celda de Llegada _ Planta Austral
La celda de llegada se encuentra ubicada en las instalaciones de la planta Austral y cuenta
con un interruptor en Sf6 con rel de proteccin modelo SEPAM S40.
2.2.5. Celda de Salida _ A transformadores reductores
Se cuenta con 2 celdas de salida equipadas con Seccionadores de Potencia , teniendo como
elemento de proteccin fusibles limitadores de corriente de 50 Amp. De la marca MESA
EN 22.9 KV.
2.2.6. Transformadores de Potencia
Se cuenta con 2 Transformadores de Potencia, los cuales trabajaran en paralelo,
alimentando la carga en 0.46 KV.
Se muestra a continuacin los datos de placa de ambos transformadores
TRANSFORMADOR T1
CODIGO Vn1 ( Kv ) Vn2 ( Kv ) POT. ( KVA ) Vcc ( % ) CONEXIN
T1 22.9 0.46 1250 6.15 D Yn5
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TRANSFORMADOR T2
CODIGO Vn1 ( Kv ) Vn2 ( Kv ) POT. ( KVA ) Vcc ( % ) CONEXIN
T1 22.9 0.46 1250 6.03 D Yn5
2.2.7. Banco Automtico de Condensadores.
Se cuenta con un banco Automtico de condensadores con una potencia de 2 X 800 Kvar,
los cuales entraran en funcionamiento en dependencia de lo requerido a fin de poder
eliminar las condiciones de prdidas por el empleo de motores elctricos, mejorando el
factor de potencia , la cada de tensin y reduciendo las prdidas.
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3.- FLUJOS DE CARGA
Para los clculo de flujo de carga se empleo el SOFTWARE CYMDIST versin 3.28.en el
cual se modelo el sistema elctrico con los diferentes elementos y parmetros elctricos
Se simularon 3 casos de estudio, en cada Caso se muestra grficamente los valores deCorriente, Tensiones, Factor de Potencia y Factor de utilizacin de cada Equipo.
3.1 Caso1: Con una carga del 100 % ( 2300 KW )-posicin de conmutadores en 3 y sinconexin del Banco Automtico de Condensadores.
Para este caso se considero las siguientes Cargas:
150 KW Barras de 0.46 KV Sistema de Alumbraado y servicios auxiliares
2150 KW..Barras de 0.46 KV Empleo de equipos industriales ( FP=0.85% )
De los resultados Obtenidos ( Ver pagina9 ) se puede concluir lo siguiente:
La Energa registrada en el punto final ( barras de 0.46 KV ) 2316 KW, 3580Amp.
El factor de potencia es de 86.56 % El factor de utilizacin del Trafo 1 es de 105. % ( Ligeramente Sobrecargado )
El factor de utilizacin del Trafo 2 es de 107. % ( Ligeramente Sobrecargado )
El factor de utilizacin de la red subterrnea de 70 mm2 22.9kv es de 30%
El factor de utilizacin de la red subterrnea 22.9kv 50 mm2 N2XSY es de 36.2%
Las tensiones en Barras de 0.46 KV es de 429 Volt.Tensin normal considerando que los equipos trabajan a una tensin nominal de 440Volt. Valores Normales de tensin:+ 5% -5% ( 462 Volt - 418 Volt ).
El cambiador de tomas ( TAP ) se encuentra en la posicin 3 para ambos transformadores.
La energa reactiva consumida bajo esta condicin es de 1570 KVAR y el factor depotencia es de 83.49 %, lo cual genera perdidas y cada de tensin.
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3.1 Caso1: Con una carga del 100 % ( 2300 KW )-posicin de conmutadores en 3 y conconexin del Banco Automtico de Condensadores.
Para este caso se considero las siguientes Cargas:
150 KW Barras de 0.46 KV Sistema de Alumbrado y servicios auxiliares
2150 KW..Barras de 0.46 KV Empleo de equipos industriales ( FP=0.85% )
De los resultados Obtenidos ( Ver pagina 11 ) se puede concluir lo siguiente:
La Energa registrada en el punto final ( barras de 0.46 KV ) 2312 KW, 2969 Amp.
El factor de potencia es de 99.8 %
El factor de utilizacin del Trafo 1 y 2 es de 91.5 %
El factor de utilizacin de la red subterrnea 22.9kv de 70 mm2 N2XSY es de 24.8%
El factor de utilizacin de la red subterrnea 22.9kv 50 mm2 N2XSY es de 15.1%
Las tensiones en Barras de 0.46 KV es de 448 Volt.Tensin normal considerando que los equipos trabajan a una tensin nominal de 440Volt. Valores Normales de tensin:+ 5% -5% ( 462 Volt - 418 Volt ).
El cambiador de tomas ( TAP ) se encuentra en la posicin 3. La energa Reactiva es de 193 KVAR considerablemente menor que el caso anterior, el
cual no contemplaba el uso del banco automtico de Condensadores.
La tensin en barras de 0.46 KV es de 0.448 KV y el factor de potencia se aproxima a 1.
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3.3 Caso3: Con una carga del 50 % posicin de conmutadores en 3 y con conexin delBanco Automtico de Condensadores.
Para este caso se considero las siguientes Cargas:
150 KW Barras de 0.46 KV Sistema de Alumbrado y servicios auxiliares
1075KWBarras de 0.46 KV Planta de Harina.
De los resultados Obtenidos ( Ver pagina 13 ) se puede concluir lo siguiente:
La Energa registrada en el punto final ( barras de 0.46 KV ) 1225 KW, 1558 Amp.
El factor de potencia es de 99.9 %
El factor de utilizacin del Trafo 1 y 2 es de 49.3 %
El factor de utilizacin de la red subterrnea 22.9kv de 70 mm2 N2XSY es de 13%
El factor de utilizacin de la red subterrnea 22.9kv 50 mm2 N2XSY es de 7.8%
Las tensiones en Barras de 0.46 KV es de 454 Volt.Tensin normal considerando que los equipos trabajan a una tensin nominal de 440Volt. Valores Normales de tensin:+ 5% -5% ( 462 Volt - 418 Volt ).
El cambiador de tomas ( TAP ) se encuentra en la posicin 3.
La energa Reactiva es de 39 KVAR
La tensin en barras de 0.46 KV es de 0.54 KV y el factor de potencia se aproxima a 1.
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4.- CALCULO DE CORTO CIRCUITO
Para los clculo se empleo el SOFTWARE CYM DIST en el cual se modelo el sistema
elctrico con los diferentes elementos y parmetros elctricos.
Los resultados se muestran a continuacin.
Grficamente se muestran en la Pagina 15.
Feeder Id Equipment Id Phase LLL(Amps)
LLG(Amps)
LL(Amps)
LG Max(Amps)
LLL(MVA)
BUS 1 SE ILO ABC 4185 0 3624 0 166
BUS 2 Punto Medicin ABC 1618 0 1401 0 64
BUS 3 Celda de Llegada ABC 1617 0 1400 0 64
BUS 4 Celda de Salida ABC 1617 0 1400 0 64
BUS 5 Barras de B.T. 0.46 ABC 34135 39083 29562 0 27
Para el clculo de cortocircuito se considera el funcionamiento en paralelo de ambos
transformadores.
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5. COORDINACIN DE LA PROTECCIN.
El ajuste de los diferentes dispositivos de Proteccin se dan en base a los clculos de Flujo de
Caga , Corto Circuito y se tiene en cuenta los parmetros de: Capacidad nominal de
transformadores, dao trmico de los cables e insercin; siendo los ajustes recomendados
para cada equipo de proteccin los siguientes:
Para realizar la coordinacin se empleo el SOFTWARE : CYMTCC, donde se modelo elesquema elctrico.
5.1 PROTECCIN DE SOBRECORRIENTE
5.1.1 Proteccin en barras de 0.46 KV
Las barras son protegidas principalmente por 2 Disyuntores, los cuales debern proteger
contra fallas de cortocircuito.
Los Disyuntores principales son de la marca Merlin Gerin con las siguientes caractersticas:
Marca: Merlin Gerin
Modelo: MasterpackControlador: Micrologic 5.0A
Capacidad: 2000 Amperios
Los ajustes recomendados son los siguientes:
Ir ( Largo retardo ) = In X 0.9 = 2000 x 0.9 = 1800 ( Considera el 20% de Sobrecarga delTransformador de 1250 Kva. )
Tr ( Temporizacin ) = 1 SIsd ( Short Time ) = 6 x 1800 = 10800Tsd ( Tiempo ) = 0.1 Sg.Ii ( Instantneo ) = OFF ( Queda bloqueado para poder realizar la coordinacin con losdisyuntores de menor capacidad aguas abajo )
En la pagina siguiente se muestra la curva del Disyuntor MICROLOGIC 5.0A con los ajustes
propuestos.
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CURVA DE AJUSTE DE CONTROLADOR MICROLOGIC 5.0A
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.01
.1
1
10
100
1000
.5 1 10 100 1000 10000
Current in Amperes: x 100 at 0.46 kV and x 2.009 at 22.9 kV.
TIME CURRENT CHARACTERISTIC CURVES
PLOTTING VOLTAGE: DATE:
NO:
AUSTRAL-ILO
BY: STO DOMINGO
0.46 kV 11-10-2007
LVCB MG STR68U
8
7
1250kVA
6
5
4
1:1
51
3
2
200:5
51
1
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5.1.2 Proteccin de Transformador de 1250 KVA
Los transformadores de Potencia de 1250 KVA cada uno, cuenta con fusibles limitadores de
corriente de 50 Amperios de capacidad y son de la marca MESA.
Tal como puede verse en el grfico de la pagina siguiente, la curva del fusible se encuentra
por encima del punto de insercin del transformador de 1250 KVA y por debajo del punto de
dao.
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CURVA DE DAO E INSERCIN DEL TRANSFORMADOR DE 1.25 MVA YFUSIBLE LIMITADOR MESA DE 50 AMP.
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.01
.1
1
10
100
1000
.5 1 10 100 1000 10000
Current in Amperes: x10 at 22.9 kV and x497.826 at 0.46 kV.
TIME CURRENT CHARACTERISTIC CURVES
PLOTTING VOLTAGE: DATE:
NO:
AUSTRAL-ILO
BY: STO DOMINGO
22.9 kV 11-10-2007
Fuse
1250kVA Inrush
Transformer
1250kVA FLA
8
7
1250kVA
6
5
4
1:1
51
3
2
200:5
51
1
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5.1.3 Proteccin en Celda de llegada ( Planta Austral )
La proteccin en la celda de llegada esta equipada con un rel de proteccin Merlin Gerin
modelo SEPAM S40, cuyos ajustes propuestos son los siguientes:
( Rel SEPAN S40 )
Funciones de Proteccin Cdigo Valores de Ajuste
Sobrecorriente de fases temporizado51P I> Itoc = 76 Amperios
Curva : IEC EI / CTMS: 0.7
Sobrecorriente de fases instantnea 50P I>> BLOQUEADO
Nota: El ajuste de la corriente de arranque para la funcin 51P , se esta considerando en un
20 %ms de la capacidad de los Transformador. ( En la pagina siguiente se grfica el ajuste
de proteccin de sobrecorriente para este rel
La Funcin 50PO funcin instantnea queda bloqueada para asegurar una adecuada
coordinacin y selectividad con los fusibles limitadores de corriente..
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CURVA DE PROTECCIN DE RELE SEPAM S20
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.01
.1
1
10
100
1000
.5 1 10 100 1000 10000
Current in Amperes: x10 at 22.9 kV and x497.826 at 0.46 kV.
TIME CURRENT CHARACTERISTIC CURVES
PLOTTING VOLTAGE: DATE:
NO:
AUSTRAL-ILO
BY: STO DOMINGO
22.9 kV 11-10-2007
Relay ABB IDMT EXTR INV
8
7
1250kVA
6
5
4
1:1
51
3
2
200:5
51
1
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5.1.4 Proteccin en Punto de Medicin y Entrega ( PMI )
La proteccin presente en el unto de entrega o medicin esta dada por un fusible de expulsin
tipo K de 100 Amperios.
Este fusible no coordina con el rel SEPAM S40 de la Empresa Austral, por lo que serecomienda solicitar el cambio de capacidad por uno de 140 Amperios.
En caso de mantenerse el fusible de 100 K , no existira coordinacin entre el fusible y el
rel SEPAM por lo que en caso de falla por cortocircuito quemara y abrira el rel.
Esto es un inconveniente para Austral ya que la empresa concesionaria podra cobrar por
la reposicin del servicio.
En la Pgina siguiente se muestra la curva del fusible de 140 K considerado en el presente
estudio. ( Se considera el cambio de fusible )
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CURVA DE PROTECCIN DE FUSIBLE DE EXPULSIN TIPO LINK K DE 140AMPERIOS.
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.01
.1
1
10
100
1000
.5 1 10 100 1000 10000
Current in Amperes: x10 at 22.9 kV and x 497.826 at 0.46 kV.
TIME CURRENT CHARACTERISTIC CURVES
PLOTTING VOLTAGE: DATE:
NO:
AUSTRAL-ILO
BY: STO DOMINGO
22.9 kV 11-10-2007
Fuse
8
7
1250kVA
6
5
4
1:1
51
3
2
200:5
51
1
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5.1.5 Proteccin en barras de 22.9 KV de SET ILO
Se cuenta con un Recloser de la marca NULEC con los siguientes ajustes de proteccin
( Recloser NULEC )
Funciones de Proteccin Cdigo Valores de Ajuste
Sobrecorriente de fases temporizado51P I>
Itoc = 426 AmperiosCurva : NI -IEC.
T: 0.11
Sobrecorriente de fases instantnea 50P I>>Curva = T. DefinidoIIOC = 2500.AmperiosTtoc = 0 Segundos
Nota:
El ajuste de Sobrecorriente Temporizado 51P eexistente permite una adecuadacoordinacin de la proteccin, por lo que no es necesario solicitar algunamodificacin a los mismos.
El alcance de la funcin 50P se da antes del punto de entrega del suministro
elctrico, por lo tanto no existe problemas de coordinacin. No es necesariosolicitar el cambio de ajuste de esta funcin.
En la pgina siguiente se muestra la curva de proteccin de este rel
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CURVA DE PROTECCIN DE EQUIPO DE PROTECCIN DE ELECTROSUR RECLOSER NULEC.
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.01
.1
1
10
100
1000
.5 1 10 100 1000 10000
Current in Amperes: x10 at 22.9 kV and x 497.826 at 0.46 kV.
TIME CURRENT CHARACTERISTIC CURVES
PLOTTING VOLTAGE: DATE:
NO:
AUSTRAL-ILO
BY: STO DOMINGO
22.9 kV 11-10-2007
RelayABB IDMT NORMAL INV
8
7
1250kVA
6
5
4
1:1
51
3
2
200:5
51
501
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5.1.6 Coordinograma de Proteccin.
En las pginas siguientes se aprecia el esquema general de coordinacin, donde se incluyen
adems, las curvas de los diferentes equipos de proteccin
Como se puede apreciar en el cuadro de coordinacin de la proteccin existe una adecuada
selectividad entre los diferentes equipos y elementos de la Red, protegiendo de una manera
adecuada a los cables y transformador de Potencia en lo que se refiere a fallas por
cortocircuito en el lado de 10KV Y 0.46 KV.
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PLOTEADO A 22.9 KV
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.01
.1
1
10
100
1000
.5 1 10 100 1000 10000
Current in Amperes: x10 at 22.9 kV and x497.826 at 0.46 kV.
TIME CURRENT CHARACTERISTIC CURVES
PLOTTING VOLTAGE: DATE:
NO:
AUSTRAL-ILO
BY: STO DOMINGO
22.9 kV 11-10-2007
RelayABB IDMT NORMAL INV
Fuse
RelayABB IDMT EXTR INV
Fuse
LVCB MG STR68U
8
7
1250kVA
6
5
4
1:1
51
3
2
200:5
51
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PLOTEADO A 0.460 KV
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.01
.1
1
10
100
1000
.5 1 10 100 1000 10000
Current in Amperes: x100 at 0.46 kV and x2.009 at 22.9 kV.
TIME CURRENT CHARACTERISTIC CURVES
PLOTTING VOLTAGE: DATE:
NO:
AUSTRAL-ILO
BY: STO DOMINGO
0.46 kV 11-10-2007
RelayABB IDMT NORMAL INV
Fuse
RelayABB IDMT EXTR INV
Fuse
LVCB MG STR68U
8
7
1250kVA
6
5
4
1:1
51
3
2
200:5
51
501
-
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5.2 PROTECCIN DE TIERRA
Para realizar el ajuste de proteccin para este tipo de fallas es necesario realizar las
siguientes precisiones:
El tipo de conexin del lado de 22.9 KV en la Sub-estacin Ilo es en Delta sin
conexin de Neutro ( Neutro aislado ).
Segn los planos se puede apreciar que solo existe una salida en 22.9 KV, por lo tanto
las corrientes de falla a tierra son nulas, al no tener contribucin de otros
alimentadores que no se encuentren en falla, por lo tanto la proteccin direccional de
tierra ( 67 N ) no es de utilidad.
La proteccin adecuada en este caso es la funcin 59N sobretensin homopolar, sin
embargo segn el estudio alcanzado por Electrosur, el Recloser Nulec solo cuenta con
la funcin 59N como alarma ms no como disparo, por lo que el despeje de la falla a
tierra se realizar en forma manual, pudiendo tardar varios minutos.
Las tensiones homopolares presentes en el momento de falla a tierra ( 3VO ) pueden
causar con el tiempo defectos en los equipos , ya que van debilitando el aislamiento de
los mismos, por lo que se recomienda ajustar la funcin 59N del rel SEPAM S40 con
sealizacin preventiva.
El valor de ajuste ser de :
3VO = 9900 VoltiosTiempo de Apertura: Sin apertura ( Alarma )
INCONVENIENTES DE LA ACTIVACIN DE DISPARO DE LA FUNCIN 59N
Ante una falla a tierra en cualquier parte del alimentador, aunque esta falla no se
encuentre dentro de las instalaciones del cliente Austral, la funcin 59N se activara y
ordenara el disparo al interruptor, como consecuencia de ello cliente no tendra energa.
Ante una falla a tierra temporal o transitoria, se presentaran tambin tensiones
homopolares con la consiguiente apertura del interruptor.
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6. CONCLUSIONES.
La posicin del conmutador de tomas ( TAP ) de los Transformadores de Potencia deber
de ajustarse en la posicin 3 , ya que en esta posicin se consiguen valores adecuados de
tensin en barras de 0.46KV para diferentes condiciones de operacin ( 100% , 80% ,
50%, y 30 % de la mxima demanda )
Los valores de tensin en barras de 0.46 KV logran estar dentro de la tolerancia
establecidas ( +- 5% ) tomando como referencia la tensin de 440 Voltios ( tensin de
uso )
Con el empleo del Banco Automtico de condensadores se consigue un mayor
rendimiento y menores prdidas.
Con los ajustes propuestos se consigue una adecuada coordinacin y selectividad de la
Proteccin.
El sistema Delta abierto con un solo alimentador no genera corrientes homopolares, pero
si tensin homopolar.
Ante fallas a tierra en cualquier parte del circuito de la Empresa Electrosur ( Set ilo 22.9
Kv a suministro de entrega- aproximadamente 9800 Metros) se presenta tensiones
homopolares las mismas que con el tiempo causan envejecimiento a los equipos y
elementos de la red en 22.9 Kv.
7. RECOMENDACIONES
Se recomienda solicitar a la Empresa Concesionaria el cambio de fusibles Link en el
punto de medicin, la cual deber de ser de 140 Amperios tipo K, de lo contrario no
existir coordinacin entre el fusible y el Rel SEPAM.
Habilitar las diferentes protecciones de los transformadores tales como:
BucholzTemperatura de Aceite.
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