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CURSO:
Protección de Sistemas Eléctricos
de Distribución
PROFESOR: Leonidas Sayas Poma, Phd ©, MBA, MRS, Msc. Ing.
lsayas@osinerg.gob.pe
Celular: 996963438 / RPM: #485075
MAESTRÍA EN SISTEMAS ELÉCTRICOS DE DISTRIBUCIÓN
Calendario
Clases semanales: MES DE AGOSTO, 10 y11, 17 y 18, 24
y 25, 31 y 01/SETIEMBRE.
Sábados de 8:00 a 12:00 y 14:00 a 18:00 horas
Domingos de 08:00 a 12 horas.
Receso cada 2 horas.
Objetivos
Calcular las corrientes de fallas simétricas y asimétricas
Analizar y evaluar fallas en sistemas de distribución
Seleccionar equipos de protección
Interpretar las señales y alarmas dadas por los relés de protección
Adquirir los criterios para el ajuste de la coordinación de la protección
Evaluar las características de diversos tipos de relés de protección
Conocer las nuevas tendencia de protección; smart grid en sistemas de distribución, protección adaptiva etc.
Temario 1. Conceptos de protección y normas de
referencia.
2. Fallas en sistemas de distribución.
3. Dispositivos de protección.
4. Relés de protección.
5. Protección de alimentadores.
6. Primer examen
7. Protección de transformadores de distribución.
8. Criterios de coordinación de la protección
9. Protección adaptiva de sobre corriente.
10. Aplicaciones de Smart Grid en sistemas de distribución.
11. Ubicación optima de equipos de protección, seccionamiento e indicadores de falla.
12. Segundo examen.
L.Sayas P.
Bibliografía
1. Protección de sistemas de distribución, Jose Albini Franca.
2. Protecáo de sistemas aéreos de distribuicáo, Electrobras.
3. Recommended practice for protection and coordination of industrial and comercial power systems, IEEE Std 242.
4. Recommended practice for electric power distribution for industrial plants, IEEE Std 141
Bibliografía Books
Normas de referencia
Bibliografía web
http://www.abb.com
http://www.sandc.com
http://icecalculator.com/
L.Sayas P.
Metodología del curso
1. Expositiva y participativa
2. 4 practicas calificadas/Trabajos individuales.
3. Trabajo grupal, proyecto de protección de un sistema eléctrico de distribución.( presentación, exposición).
4. 02 exámenes ( parcial y final)
5. NF=0.2*PPC+0.5*PEX+0.3*(PP+EP)/2
6. Nota mínima aprobatoria 14( sistema vigesimal).
L.Sayas P.
Conceptos de protección
1. Introducción
2. El sistema de distribución
3. Terminología en protección
4. Filosofía de protección
L.Sayas P.
El mayor porcentaje de accidentes y fallas ocurren en los
sistemas de distribución (SD), por que son mucho mayores
y está mas cerca de la población que los sistemas de
transporte o generación.
La implementación de la protección en el SD, debe enfocar
filosofía, metodología, procedimientos y criterios para crear
una nueva cultura o conceptos sobre protección del SD.
1. Generalidades
Sistema Eléctrico
L.Sayas P.
El objetivo de un Sistema eléctrico de distribución
es asegurar un nivel satisfactorio de la prestación de los
servicios eléctricos garantizando a los clientes un
suministro eléctrico de
las siguientes características:
Continuo
Adecuado
Confiable
Oportuno y de Calidad
Al respecto debe contemplarse :
Calidad del producto;tensión,frecuencia y perturbaciones
Calidad del suministro; interrupciones
Calidad del servicio comercial;trato al cliente,precisión
en la medida de la energía
Calidad de alumbrado público;deficiencias del alumbrado
Indicadores sistémicos que miden la calidad de suministro
(P-074-2003-Osinergmin y Std- IEEE- 1366-2003)
• SAIFI: System Average Interruption Frecuency Index, o Frecuencia Media de Interrupción por
usuario en un periodo determinado.
• SAIDI: System Average Interruption Duration Index, o Tiempo Promedio de Interrupción por
usuario en un periodo determinado.
, 11
N
ut
SAIDIN
u
SAIFI
n
i
ii
n
i
i
Donde:
ui: Número de usuarios afectados en cada interrupción “i”
ti: Duración de cada interrupción “i” (medido en horas)
n: Número de interrupciones en el período
N: Número de usuarios del Sistema Eléctrico al final del
período.
Indicadores individuales que miden la calidad de suministro
(NTCSE y su Base Metodológica)
• N: Numero de interrupciones por Nivel de tensión
• D: Duración de las interrupciones por nivel de tensión
Estos indicadores sirven para compensación individual por la mala calidad de suministro
Estos indicadores miden el comportamiento del sistema eléctrico en su conjunto
Indicadores Promedio 2005-2012 Empresas Distribuidoras Estatales Vs Privadas
14 Fuente: OSINERGMIN
Benchmarking Principales Capitales Latinoamérica
15 Fuente: CIER – Elaborado por OSINERGMIN
Evolución del SAIFI Lima y Resto del País Interrupciones Programadas y No Programadas
Evolución del SAIDI Lima y Resto del País Interrupciones Programadas y No Programadas
Evolución del SAIFI Lima y Resto del País Por Instalación causante de las interrupciones: G - T - D
Evolución del SAIDI Lima y Resto del País Por Instalación causante de las interrupciones: G - T - D
Evolución del SAIFI Por Sector Típico de Distribución
Evolución del SAIDI Por Sector Típico de Distribución
Fuente: OSINERGMIN
Fuente: OSINERGMIN
Principales causas de las interrupciones
45% de SAIFI y 52 % de SAIDI por causas propias (mantenimientos y reforzamientos, fallas equipos y falta mantenimiento de componentes y servidumbres, entre otras causas).
16% de SAIFI y 17% de SAIDI es debido a terceros (Hurtos de conductores, contactos accidentales, caídas de árboles, vandalismos, entre otras causas originadas por terceros)
19% de SAIFI y 14% de SAIDI es por fenómenos naturales (descargas atmosféricas, fuertes vientos, entre otras causas climatológicas adversas)
20% de SAIFI y 17% SAIDI por Otras Empresas Eléctricas (mantenimientos, déficit de generación, fallas SEIN, entre otras causas originadas en OEE)
Propias45%
Otras E.E20%
Fen. Nat.19%
Terceros16%
Principales Causas de la Frecuencia de Interrupciones 2012
Total empresas Distribuidoras del Estado
Propias52%
Terceros17%
Otras E.E17%
Fen. Nat.14%
Principales Causas de la Duración de Interrupciones 2012 Total empresas Distribuidoras del Estado
Fuente: OSINERGMIN
Evolución de Multas y Sanciones a las Empresas de Electricidad
Identificación de Problemas EN GENERAL en sistemas de distribución
• Descargas atmosféricas y Redes Extensas (33kV, 22.9kV y
13.2kV)
• Deficiente Sistema de Protección.
• No existe verificación de ubicación optima de equipos de
protección, seccionamiento e indicadores de falla.
• No existe cultura de uso de indicadores de falla en
distribución. ( sistema con neutro a tierra o neutro aislado).
• No se usa protección adaptiva en sistemas de distribución.
• Hurto de conductores
• Deficiente Mantenimiento
• Déficit de Generación SEIN, se paga MR?
• Falta margen de reserva en sistemas de generación aislada
• Sobrecarga de transformadores, falta de elementos N-1.
Alternativas de Solución
Redes Extensas (33kV, 22.9kV, 13.2kV)
Problema Alternativas de Solucion SIST.ELECT. ST
- Redes de media tensión de mas de 300km y hasta 600km - Enlaces y/o líneas en 60kV SAN FRANCISCO 4
- Las redes recorren zonas de alto nivel isoceraunico -Doble fuente de alimentacion en donde sea factible POZUZO 4
-Descargas atmosféricas - Reforzamiento de Redes (remodelacion) y/o Ampliaciones CHULUCANAS 4
- El mantenimiento es muy complejo y difícil - Efectuar un estudio integral de coordinación del aislamiento RODRIGUEZ DE MENDOZA 4
-Materiales deficientes en muchos casos usados - Implementar criterio N-1, previos estudios de confiabilidad y si HUANCAVELICA RURAL 5
- Reposicion de componentes demoran mucho tiempo el crecimiento de la demanda lo amerita AYACUCHO RURAL 5
- Dispositivos de protección mal dimensionados HUANUCO RURAL 2 5
- Accesos a redes en mal estado e inexistentes PUQUINA-OMATE-UBINAS 5
- Deficiente Puesta a Tierra o en muchas casos inexistente HUARI 5
- Mal dimensionamiento de dispositvos y componentes de redes
respecto al aislamiento
- Falta coordinar el aislamiento y mejorar el sistema de PAT
http://icecalculator.com/
L.Sayas P.
ETAPAS DE UN SISTEMA ELECTRICO DE POTENCIA
G
GENERACION TRANSMISION DISTRIBUCION
T
ALTERNADOR
S.E.
ELEVADORA L.T.
S.E.
REDUCTORA
S.V.C.
L.S.T.
S.E.
DISTRIBUCION
CARGAS
CARGAS
TURBINA
Y Y Y
Y
Y
Etapas de un sistema eléctrico de potencia
13,8
KV
220
KV
220
KV
60
KV
60
KV
10
KV
10
KV
0,22
KV
ELEV AD O RA
PR IMA RI AR ED UCTO RA
PR IMA RI AR ED UCTO RA
SEC UNDA RI AD ISTRI BUCI O N
L.Sayas P.
El Sistema Eléctrico Moderno.
L.Sayas P.
Etapas de un sistema eléctrico de potencia
L.Sayas P.
L.Sayas P.
L.Sayas P.
Esquema Unifilar De La Red De Media Tensión
Alimentador
A4103
SISTEMA ELÉCTRICO HUANCAVELICA RURAL
L.Sayas P.
Tipos de sistemas de distribución (por la conexión del neutro)
Sistemas con neutro artificial Sistemas con neutro aislado
Sistemas puesto a a tierra
DY
60 kV
10 kV
G
sin falla con falla
A1
A2
AnDY
60 kV
10 kV
G
sin falla con falla
A1
A2
AnDY
60 kV
10 kV
G
sin falla con falla
A1
A2
AnDY
60 kV
10 kV
G
sin falla con falla
A1
A2
An
L.Sayas P.
Tipos de sistemas de distribución (1575)
Tipos de sistemas de distrubución
Delta, 1065Delta aterrado, 50
Estrella aterrado, 412
Estrella , 45
Desactivado, 3
Conceptos fundamentales
Misión de los sistemas de protección
Funciones de los relés de protección
Esquemas de protección
Zonas de protección
Sensibilidad
Selectividad
Coordinación
Características tiempo corriente
Coodinograma
Misión de los sistemas de protección
• Minimizar los efectos de las perturbaciones
sobre el resto de la red, aislando el elemento
fallado con rapidez evitando la propagación y
pérdida de estabilidad del sistema con el
consiguiente colapso.
• Prevenir y atenuar los daños a los equipos
minimizando los efectos de las variables
anormales.
• Salvaguardar físicamente a las personas
evitando accidentes y lesiones
L.Sayas P.
Funciones de los sistemas de protección
• Protección: Conjunto de equipos necesarios para
la detección, evaluación y eliminación de la falla.
• Los relés deben detectar rápidamente la falla y
dar orden de alarma o disparo al interruptor.
L.Sayas P.
Relé
Contactos del reléBanco de baterias
Bobina
de
disparo
InterruptorTC
Carga
Funciones de los sistemas de protección
• Circuito elemental
L.Sayas P.
Alimentador de Distribución
TC
B C BD
Interruptor
Fuente DC
Relé
I>
Donde:
TC = Transformador de corriente
B = Bobina de operación del relé
C = Contacto de disparo del relé
BD = Bobina de disparo del interruptor
• Lo que permite continuar con suministro
y evitar perdidas económicas que es mas
cuanto mayor es la zona afectada y el
tiempo de duración.
L.Sayas P.
Funciones de los sistemas de protección
Efecto de la
protección
• Minimiza el daño
• Reduce la gravedad y
duración de la falta
de servicio eléctrico
L.Sayas P.
Funciones de los sistemas de protección
Función de la
protección
• Detección y desconexión automática del elemento
afectado por una falla o régimen anormal de operación.
• Proporcionar información del tipo de falla o régimen
anormal.
• Indicar la localización del problema.
• Comunicar al CC sobre la anomalía.
• Evalúa evento, conmuta circuitos, restablece el
suministro y aísla la parte fallada.
• Genera OT para reparar la parte fallada, MS mediante
GPS.
L.Sayas P.
Alarma y disparo
Disparo • Toda aquella desconexión
causada por la actuación del
dispositivo de protección.
Alarma • Detectan la anomalía en su
etapa inicial, sobrecarga,
sobretensión,
sobretemperatura, etc.
• Dando la oportunidad al
operador localizar la
anomalía.
L.Sayas P.
Esquema de protección
Definición • Arreglo completo de
dispositivos de protección y
equipos asociados para
lograr una función especifica
de protección, en base a un
principio de operación y
diseñado para un objetivo
dado.
L.Sayas P.
Elemetos de un esquema de protección
Los principales son: • Relés
• Fusibles
• Interruptores
termomagneticos
• Interruptores o disyuntores
• Reconectadores
• Seccionadores
• Transductores
• Sistemas de comunicación
• Fuente auxiliar
L.Sayas P.
Zonas de protección
¿Quien define Zona de protección??
Los TC fijan los limites de Zonas de protección
L.Sayas P.
Zonas de protección en distribución
• Tramo de una red protegido por un equipo
• La zona es determinada en función del equipo
• Cada equipo tiene su característica y finalidad especifica
en un SD
51
52 R
RECLOSER
RELE DE SOBRE CORRIENTE
FUSIBLE
TC
DISYUNTOR
ZONA DE PROTECCION
L.Sayas P.
Zonas de protección
• Los equipos de protección están expuestos a fallas u omisiones de
actuación
• Es necesario prever protección de respaldo, por lo menos para el
primer equipo instalado antes, en dirección de la carga, y de esta
manera efectuar los ajustes de coordinación entre el protector y el
de respaldo considerando los respectivos intervalos de
coordinación.
RESPALDO
PROTECCTOR
PROTECCTOR
L.Sayas P.
Sensibilidad
• Capacidad del dispositivo para interrumpir la Iccmin en el final del
tramo de su zona de protección, y de mantener cerrado para la
Imax de carga.
• La sensibilidad esta aliada a un factor de seguridad que depende
de: los datos para el calculo de la Icc y de los equipos de
protección.
1 ajuste
ccmin
Ik
I
Donde:
K = es el factor de seguridad atribuido
el (1.5; 2; 3..)
Iccmin
= menor valor de cortocircuito en
el tramo considerada de la zona de
protección.
Iajuste
= corriente de disparo del equipo
de protección
L.Sayas P.
Sensibilidad de la unidad de fase
R
1
2
3
45
1
aju
cc
Ik
I
Donde:
IccFF es el menor valor de la corriente de cortocircuito
fase-fase encontrado en los puntos 1, 2, 3, o 4-
IajF es el valor da corriente de disparo de fase del
reconectador
L.Sayas P.
Sensibilidad de la unidad de tierra
R
1
2
3
45
1.
neutroaj
tcc
Ik
I
Donde:
- IccF es el menor valor de la corriente de cortocircuito
fase-tierra encontrado en los puntos 1, 2, 3 o 4
- IajF es el valor da corriente de disparo de tierra del
reconectador
L.Sayas P.
Selectividad
• Es la condición que se da a dos o más equipos de protección de interrumpir y mantener aislado el menor tramo del sistema, provocado por cualquier tipo de falla (transitoria o permanente) sin interrumpir el suministro de los clientes instalados entre ellos y la fuente.
51
52
AB
C
Icc
RELE
FUSIBLE
T1
T2
T
L.Sayas P.
Coordinación
• Es la condición que se da a dos o más equipos de protección, instalados en serie, para operar en una determinada secuencia de operación previamente definida, en condiciones de falla en el sistema
REGLA ELEMENTAL DE COORDINACION
1. Para fallas permanentes: aislar el menor tramo que esté en falla.
2. Para fallas transitorias: eliminar la falla, en cualquier parte del SD, en el menor tiempo posible y proporcionar un esquema de reconexión para garantizar la continuidad del suministro de
energía
L.Sayas P.
Coordinación
R2
A
B
C
Icc
T
R1
D
F2
F3
F1
3(L2)
2(L1)
F3
F1 y F2
1(R2)
2(R1)
L.Sayas P.
Caracteristica tiempo corriente
• Representa la respuesta del equipo de protección para cualquier valor de ajuste, en función de la corriente de cortocircuito del sistema.
• Las características Tiempo x Corriente, también llamadas curvas de tiempo, pueden ser presentadas de tres maneras: Tiempo x Corriente, Tiempo x Múltiplo de la corriente de ajuste y Porcentaje de la corriente de ajuste.
I(A)
T(s)
I / Is
T(s)
% I
T(s)
L.Sayas P.
Coordinograma
• Gráfico que ilustra la coordinación de los equipos de protección, que puede ser obtenido computacional o manualmente. Es construido a través del uso correcto de las características Tiempo x corriente de los diversos equipos de protección suministradas por los respectivos fabricantes.
• Método de elaboración: punto a punto, plantilla y sobreposición de curvas.
• Este último es el mas rápido, eficiente y práctico, pero exige que las características, Tiempo x Corriente de los equipos utilizados estén en una misma escala
Icc
IccmaxIccmin
I
K
K,L
F
C
t1
k t1
t2
t3
k t3
t4
t
L.Sayas P.
Preguntas, comentarios?
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