ESTUDIO DE COORDINACIN DE PROTECCIONES

SUBESTACIN CNT

GUAYAQUIL: Marzo 2015

Contenido

Antecedentes Resultados de flujo de potencia Anlisis de corrientes de falla y Coordinacin Seleccin de transformadores de corriente Recomendaciones Anexos Anexo 1 Curvas de coordinacin de fase referidas a 69kV Anexo 2 Curvas de coordinacin de tierra referidas a 69kV

Antecedentes Para este estudio de coordinacin de protecciones se toma como referencia la informacin de equivalentes de cortocircuito entregados por CNEL EP en el punto de entrega de la lnea a SENAGUA y los resultados de pruebas de fbrica del transformador de potencia 8/10.5 MVA 69kV a 13.8kV. El transformador se conecta mediante una lnea de 3.6 km con un conductor 4/0 desde el punto de entregaLos datos elctricos del equivalente Thevenin en el punto de entrega para corrientes mximas de cortocircuito son:r (ohm)jx (ohm)

Secuencia +1.17156.77

Secuencia 01.4510.3

Los datos elctricos del equivalente Thevenin para corrientes mnimas de cortocircuito son:r (ohm)jx (ohm)

Secuencia +2.5112.529

Secuencia 01.4510.3

Resultados de flujo de potencia

De la modelacin del subsistema elctrico, no se aprecian problemas de voltaje, la subestacin al estar directamente servida de un alimentador principal. Los voltajes son de 1 pu. Tanto para demanda mxima y mnima no existen inconvenientes de voltaje para una cargabilidad de 100% Anlisis de corrientes de falla y Coordinacin

De acuerdo al estudio los niveles de cortocircuito para 69kV en el punto de entrega son:

Nivel: 69 kVDatos CNEL EP (kA)Datos Estudio (kA)Datos CNEL EP (kA)Datos Estudio (kA)

MximasMximasMnimasMnimas

SC Trifsico5.795.83.13.12

SC Monofsico4.954.93.33.4

Los niveles de falla del estudio son similares a los obtenidos por parte de CNEL EP, validando de esta forma los resultados obtenidos

El detalle de las corrientes de falla para cada caso es:

Corrientes Mximas de falla Sistema CNT

Barra FalladaVoltaje (kV)FallaIa (A)Ia angIb (A)Ib angIc (A)Ic angIfalla (A)angCorrientes de 13.8kV referidas a 69kV

Ia (A)Ia angIb (A)Ib angIc (A)Ic ang

Barra CNEL(SENAGUA)69LG5002-80.1584.56-13183.5577.074978.98-80.54

LLG70.97-26.435482.1167.065561.433.695561.433.69

LL 94.16-275108.4-169.77503310.88503310.88

3P5855.5-79.455855.5-79.455855.540.555855.5-79.45

Barra Transformador69LG3936.5-75.5684.47-13184.2877.853908.04-76.04

LLG72.83-26.954518.22172.534484.835.954484.7735.95

LL 94.16-27.064217.84-166.27414714.584146.9914.58

3P4829.3-75.854829.3164.154829.344.154829.3-75.8

Barra Transformador13.8LG1191195.04420.8454.49409.32-11011861.7-85.41418.18-85.71338.8196.395.0361.92

LLG259.29155.5211028.1-33.4811677-13614046.592.091337.59-1351302.9146.72050.566.38

LL 475.15151.99076.15.538684.3-172.79076.1-5.53958.5-170.81094.1-176.05205.566.38

3P1025296.3810252-23.610252-143.610252.8-83.62050.56-113.62050.56126.382050.566.38

Corrientes Mnimas de falla Sistema CNT

Barra FalladaVoltaje (kV)FallaIa (A)Ia angIb (A)Ib angIc (A)Ic angIfalla (A)angCorrientes de 13.8kV referidas a 69kV

Ia (A)Ia angIb (A)Ib angIc (A)Ic ang

Barra CNEL (SENAGUA)69LG3386.1-78.383.49-126.5681.9172.633370.18-78.68

LLG58.79-25.33236.39158.693348.845.373586.7399.78

LL 94.16-272787.17-167.942714.813.312714.7513.31

3P3176.4-77.333176.35162.673176.442.673176.39-77.33

Barra Transformador69LG2863.4-75.283.23-127.9882.8873.912842.75-75.68

LLG62.93-26.752864.18164.47284944.952835.75104.03

LL 94.16-27.062503.25-166.092432.915.362432.9215.36

3P2849.7-75.382849.67164.622849.744.622849.71-75.38

Barra Transformador13.8LG976397.25420.3355.86407.43-1119722.56-83.21168.67-83.81091.498.9495.0361.92

LLG229.68157.228997.23-35.39642.1-1308997.23-35.31105.45-1291064.81144.91593.388.7

LL 475.15151.927091.287.556710.7-170.07091.287.55732.43-167864.02-174.31593.388.7

3P7966.998.77966.9-21.297966.9-141.27966.92-81.31593.38-1111593.38128.71593.388.72

Los ajustes de coordinacin de protecciones se definen en los Anexos en las siguientes curvas: CURVA 1 Proteccin de sobrecorriente de fase correspondiente al transformador en nivel de 69kV. La curva correspondiente a tierra no est presente en 69kV debido a la conexin del transformador Delta Y a tierra. La curva se encuentra dimensionada con un 20% de sobrecarga para la definicin del TAP CURVA 2 Proteccin de sobrecorriente de fase y tierra correspondiente al transformador en nivel de 13.8kV o Incoming. CURVA 3 Proteccin de sobrecorriente de fase y tierra correspondiente a los feeders en 13.8 kV con una capacidad de 3.2 MVA CURVA 4 Proteccin de sobrecorriente de fase y tierra correspondiente a SENAGUALas curvas de proteccin 4 y 1 disponen de un tiempo de coordinacin mayor a 150 ms garantizando una coordinacin adecuada y una selectividad en tiempo entre las protecciones del transformador y las respectivas de SENAGUA. Con los valores indicados no existen problemas de coordinacin Las curvas de coordinacin 1 y 2 tienen similar ajuste en dos niveles de voltaje distintos, a cada lado del transformador, garantizando un despeje en tiempo iguales en los dos extremos del transformador. La utilizacin de estas dos curvas otorga un respaldo para fase a la proteccin del transformador en dos niveles distintos de voltaje.Las curvas 2 y 3 correspondientes a 13.8 kV disponen de un tiempo mayor a 150 ms garantizando una coordinacin adecuada y una selectividad en tiempo entre las protecciones del transformador o incoming y los feeders.Adicionalmente en la curva 3 se incluy la proteccin instantnea para un despeje inmediato en fallas o sobrecargas que sobrepasen los 5 kA.Para una visualizacin en un mismo nivel de voltaje se refieren los valores de fase a nivel de 69kV y los valores de coordinacin de tierra a nivel de 69kV. En las mismas grficas se aprecian los tiempos de disparo de cada curva involucrada en la coordinacinDe acuerdo a informacin suministrada, los ajustes de proteccin de la curva 4 correspondiente a SENAGUA son:

La ecuacin correspondiente a MULTILIN IAC EI es:

*Tomada de manual Multilin GE T35

Sobre los datos obtenidos se determina que el tiempo de coordinacin entre curvas de fase son: Entre OC Feeders y OC Transformador: mayor a 500 ms Entre OC Transformador y OC CNEL: mayor a 200 msSe incluye adems la curva de dao del transformador de acuerdo a Norma C57 109-1993 Categora III Pagina 15, diagrama 3b, las curvas de proteccin mantienen tiempos mayores a 1300 ms por el lado inferior. De acuerdo a la norma indicada los valores de tiempo para un transformador de 10 MVA son: Ibase: 83.77 A en 69kVVeces I baseCorriente (A)Tiempo (s)

2167.52000

5418.850

201675.462.8

403350.921.1

Curvas de tiempo Categora III Norma C57 109-1993

*Para referencia se adjunta la informacin de la Norma.En referencia a las corrientes de tierra se requieren realizar las siguientes precisiones:

Debido a la conexin del transformador delta Y, las corrientes de secuencia cero en 13.8kV no se reflejan en 69kV como fallas a tierra, por lo general se reflejan como fallas bifsicas de menor intensidad.

Entre las dos curvas de tierra no es posible hacer una comparacin ya que hay un transformador de conexin DY de por medio. Esa es la misma razn por la cual no se calibra proteccin de falla a tierra en alta del transformador y nicamente se lo hace en baja.

Las curvas de tierra estn referidas a 69kV a fin de apreciar la coordinacin adecuada.

Seleccin de transformadores de corriente

La subestacin al estar cerca de la fuente tiene niveles de cortocircuito elevados. Las relaciones de los transformadores de corriente correspondientes a las protecciones de acuerdo al diagrama unifilar son: Nivel de VoltajeRTC

69 kV600/5 VAR

13.8 kV800/5 VAR

Las corrientes a mxima potencia del transformador 8/10.5 MVA 69kV a 13.8kV son:

Nivel de VoltajeCorrientes mximas nominales (A)

69 kV87

13.8 kV439

De lo indicado, se determina que no existe inconveniente al tomar las relaciones indicadas de acuerdo a la potencia mxima del transformador, sin embargo, de acuerdo a los niveles de cortocircuito las relaciones escogidas son demasiado pequeas. Comparando con las magnitudes de fallas en barras de 69kV y 13.8kV es posible que exista saturacin de los transformadores de corriente causando una operacin no adecuada de las protecciones elctricas.Para el clculo del burden de alta tenemos que la potencia de la lnea desde el TC a los rels es de 1.5VA (20metros con cable 12AWG) y la potencia del medidor es 0.1VA; la potencia de los TCs es de 20VA, por lo que si abastece la demanda requerida.Con respecto a lado de baja la distancia es la misma y el rel tiene una potencia de 20VA; la potencia de los TCs es de 50VA, por lo que si abastece la demanda requerida.

Para seleccionar los transformadores de corriente se utilizan las corrientes de falla. Los transformadores de corriente de acuerdo a normas ANSI o IEC utilizan por lo regular un nivel de saturacin de 20 Veces su corriente nominal.Los transformadores de corriente del proyecto son especificados 5P20 20 VA para AT y 50VA para el lado de BT. 5 Precisin del CT 5% P Para Protecciones 20 Veces nivel de corriente nominal para saturacinEl procedimiento de seleccin del Transformador de Corriente adecuado consiste en utilizar la corriente mxima de falla asimtrica a tierra, dividida entre 20 (de acuerdo a la especificacin del tc), la seleccin del valor del TC debe ser superior al valor obtenido.

Nivel de VoltajeCorrientes Mximas (kA)Corriente a ser registrada sin al lmite de saturacin utilizando TCs XP20

TC recomendado

69kV3.9195200/5

13.8kV11.8590600/5

Los valores escogidos de los tcs son:

Para 69kV es 200/5 o mayor. Para 13.8kV es 600/5 o mayor.

Recomendaciones

Si se dispone el campo relaciones ms elevadas de relaciones de corriente es conveniente seleccionarlas de tal forma de reducir el efecto de la saturacin.Las curvas de coordinacin 1 y 2 OC alta y baja del transformador o Incoming, tienen similar ajuste en dos niveles de voltaje distintos, a cada lado del transformador garantizando un despeje en tiempo iguales en los dos extremos del transformador. Depender del equipamiento disponible la seleccin de las funciones de sobrecorriente en alta o baja del transformador, se recomienda habilitarlas en ambos lados, si nicamente se dispone de una funcin, esta debe estar referida al lado de alta del transformador

Anexo 1 Curvas de coordinacin de protecciones de fase referidas a 69kV

Anexo 2 Curvas de coordinacin de protecciones de tierra referidas a 69kV