selecciÓn de protecciones del sistema...
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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA
MECANICA Y ELECTRICA
SELECCIN DE PROTECCIONES DEL
SISTEMA ELCTRICO PARA UNA BANDA
TRANSPORTADORA DE UNA CENTRAL
CARBOELCTRICA
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE
INGENIERO ELECTRICISTA
P R E S E N T A N:
ESTEVA ANGEL JOSE LUIS OLGUIN MONTIEL JORGE ALBERTO
MEXICO, D. F. DICIEMBRE DE 2009
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NOMENCLATURA
Icc: Corriente de corto circuito
kVAcc: Potencia Aparente en kilo Volts Ampers
kV L-L: Tensin de lneas en kilo Volts
M: Factor que se multiplica por la corriente de corto circuito para obtener la corriente de
corto circuito en el siguiente punto
kVA: Potencia Aparente en kilo Volts Ampers
kA: Corriente en kilo Ampers
kV: Tensin en kilo Volts
CCM: Centro de control de motores
X/R:Factor multiplicador con la que cuentan los equipos de reactancia y resistencia
MVA: Potencia Aparente en Mega Volts Ampers
kVApc: Potencia Aparente a plena carga en kilo Volts Ampers
PU: Por unidad
%Z: Por ciento de impedancia
F.P.: Factor de potencia
Pn: Potencia Nominal del Motor
X: Valor de reactancia
X: Reactancia subtransitoria
Irb: Corriente de Rotor Bloqueado
Xm: Reactancia subtransitoria del motor
Xpc: Reactancia subtransitoria a plena carga
XM: Reactancia subtransitoria momentnea
Xint: Reactancia subtransitoria interruptiva
Rint: Resistencia interruptiva
Zth: Equivalente de la resistencia de Thevenin
Ipu: Corriente en por unidad
Ib: Corriente base
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NOMENCLATURA
If= Es la mxima corriente de falla del transformador de corriente por unidad del rango
del TC
Zb: es el BURDEN del TC por unidad del BURDEN STD
Vs: Es el voltaje de saturacin
ANSI: Es el rango de voltaje del transformador seleccionado
I MAXIMA: Es la mxima corriente de falla en trminos del primario del TC, rango del
voltaje ANSI, BURDEN en ohms y la relacin (X/R) del circuito primario del
transformador
TC: Transformador de corriente
BURDEN: Resistencia interna con la que cuenta el Transformador de Corriente
In: Corriente Nominal
Ipc: Corriente a plena carga
I MAX: Corriente mxima
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CONTENIDO
CONTENIDO
Resumen--------------------------------------------------------------------------------------------1
Introduccin---------------------------------------------------------------------------------------2
Relacin de Figuras------------------------------------------------------------------------------5
Relacin de Tablas-------------------------------------------------------------------------------6
Capitulo 1.- Generalidades del Calculo ---------------------------------------------------------7
1.1 Teora de corto circuito----------------------------------------------------------------------8 1.1.1 Tipos de corto circuito.-----------------------------------------------------------------------8 1.1.2 Mtodos de clculo.---------------------------------------------------------------------------9 1.1.3 Programas basados en mtodos tradicionales.----------------------------------------12 1.2 Teora de la coordinacin y Seleccin de protecciones.-----------------------------13 1.2.1 Alcance de los criterios de ajuste y coordinacin de la proteccin.--------------14 1.2.1.1 Ajuste de la proteccin.---------------------------------------------------------------------14 1.2.1.2 Coordinacin de la proteccin.------------------------------------------------------------14 1.2.1.3 Criterios de ajuste y coordinacin de la proteccin.---------------------------------15 1.2.1.4 Principios generales para el ajuste y la coordinacin de la proteccin sensibilidad y velocidad------------------------------------------------------------------------------15 1.2.2 Selectividad de la proteccin--------------------------------------------------------------16 1.2.3 Fiabilidad y seguridad de la proteccin-------------------------------------------------16 1.2.4 Objetivos del ajuste y la coordinacin de la proteccin-----------------------------16 1.2.5 Proceso de ajuste y coordinacin de la proteccin-----------------------------------17 1.2.6 Anlisis de la operacin del sistema-----------------------------------------------------17 1.2.7 Mximas y mnimas corrientes de falla ------------------------------------------------18 1.2.8 Criterios generales de las protecciones-------------------------------------------------18 1.3 Diagrama unifilar y simbologa-----------------------------------------------------------18
Capitulo 2.- Descripcin del sistema elctrico de la banda transportadora de ceniza y
sus criterios de proteccin -----------------------------------------------------------------------19
2.1 Descripcin general-----------------------------------------------------------------------------20
2.2 Localizacin de la banda transportadora de ceniza -------------------------------------21
2.3 Datos especficos del diseo de la banda --------------------------------------------------21
2.4 Datos del equipo elctrico de la banda-----------------------------------------------------22
2.5 Seleccin de protecciones----------------------------------------------------------------------23
2.5.1 Limites de proteccin del equipo----------------------------------------------------------24
2.5.2 Condiciones de operacin del equipo-----------------------------------------------------24
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CONTENIDO
2.5.3 Requisitos mnimos de proteccin ---------------------------------------------------------26
2.6 Capacidad de los equipos para soportar sin daarse esfuerzos ocasionados por
altas corrientes en un periodo de tiempo dado.-----------------------------------------------29
2.7 Coordinacin por intervalos de tiempo ------------------------------------------------------31
Capitulo 3.- Clculo de Corto Circuito -----------------------------------------------------------33
3.1 Caractersticas de la corriente de corto circuito ------------------------------------------34
3.2 Mtodos para calcular las corrientes de corto circuito ----------------------------------35
3.3 Procedimientos para clculo de corto circuito --------------------------------------------36
3.4 Reactancias equivalentes-----------------------------------------------------------------------40
3.5 Calculo de la corriente de falla durante la interrupcin---------------------------------43
3.6 Calculo de reactancias y resistencias tomando una base de100 MVA---------------46
3.7 Calculo de corto circuito ------------------------------------------------------------------------50
Capitulo 4.- Seleccin de protecciones---------------------------------------------------------51
4.1 Calculo de Transformadores de Corriente-------------------------------------------------53
4.2 Ajuste de protecciones para la banda transportadora----------------------------------64
4.3 Coordinacin de las protecciones de la banda transportadora-----------------------70
Capitulo 5.- Estudio econmico-------------------------------------------------------------------85
Conclusiones ------------------------------------------------------------------------------------------95
Bibliografa------------------------------------------------------------------------------------------- -96
Anexos--------------------------------------------------------------------------------------------------97
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RESUMEN
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Debido a la importancia que tiene la operacin continua de las centrales generadoras de
electricidad, es necesario contar con una adecuada coordinacin de las protecciones.
La coordinacin de protecciones se define como el proceso para determinar los ajustes
en los dispositivos de proteccin, para una instalacin elctrica.
El presente trabajo est enfocado a coordinar las protecciones para los servicios propios
de la Banda Transportadora de Ceniza del Deposito Zona Sur de la Central
Carboelctrica Plutarco Elas Calles. Para esto es necesario con estudios como el de
corto circuito y el tcnico econmico, adems de conocer las caractersticas de los
equipos elctricos de la banda transportadora de la central.
Los equipos se deben proteger contra condiciones anormales de operacin
(sobrecorrientes, sobrevoltajes, bajo voltaje, etc.) o fallas de operacin (corto circuito)
lo cual se logra con los dispositivos de proteccin.
Por lo anterior es esencial establecer los lmites de proteccin para los equipos, estos
lmites son establecidos por los requisitos de operacin, por la Norma Oficial Mexicana
001 SEDE 2005 en sus artculos 430-81, 82 y 83.
Las protecciones operar en diferente forma con el rgimen anormal y con el de corto
circuito. En el primer caso la operacin de las protecciones ser lenta, dando lugar a que
el rgimen anormal desaparezca sin necesidad de hacer desconexiones; para el segundo
caso es necesario que la proteccin opere con mayor rapidez, ya que los daos serian
severos y en algunos casos causara problemas de estabilidad.
El objetivo final es contar con una instalacin confiable, segura y econmica.
En el captulo 1 trataremos todo lo referente a teora de corto circuito y seleccin de
protecciones para darnos un panorama de lo que vamos a realizar en los clculos del
presente trabajo.
En el captulo 2 nos da una breve descripcin del sistema con el que vamos a trabajar
como son los equipos donde se encuentra ubicado, etc. As como tambin como los
criterios de seleccin se protecciones que tomaremos en cuanta para nuestro sistema
En el captulo 3 realizaremos el clculo de corto circuito del sistema propuesto tomando
como referencia de nuestros clculos 100 MVA de potencia, para calcular la corriente
de corto circuito en cada una de las fallas que estn propuestas en el sistema.
En el captulo 4 se tiene el clculo de Transformadores de Corriente para cada uno de
los elementos del sistema y el ajuste de las protecciones para el sistema dado.
Finalmente se incluyen costos de los materiales que se emplearon para la realizacin de
este proyecto.
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INTRODUCCION
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Planteamiento del problema
A diferencia de la planeacin de sistemas de generacin y transmisin, las protecciones
de sistemas elctricos de Centrales Carboelectricas involucran un gran nmero de
variables que deben ser determinadas para una adecuada proteccin de los equipos
elctricos; Actualmente en los sistema de generacin de energa elctrica son muy
importantes las protecciones de los equipos de auxiliares con los que cuentan las
centrales de generacin, estas deben de estar protegidas contra fallas entre las
principales: cortocircuitos, sobrecargas de energa, mala operacin del equipo, errores
de instalacin entre otras ya que una central es una de las partes mas importantes de un
sistema elctrico de potencia y si por alguna razn llegaran a fallar repercutira
principalmente en la generacin de energa elctrica y probablemente se tendra que
sacar de operacin esto sera muy costoso para el proveedor del servicio de energa
elctrica, ya que entre ms salidas tenga la Central del Sistema elctrico su factor de
disponibilidad baja y por lo tanto sera una Central muy costosa, es la razn del porque
la seleccin y coordinacin de protecciones debern ser confiables.
En las centrales termoelctricas de tipo carboelctricas se producen desechos, ya que
estas centrales funcionan con la combustin del carbn, lo que provoca una cantidad
considerable de ceniza. Anteriormente se realizaba la transportacin del desecho
mediante camiones y tracto camiones contratados externamente lo que haca muy
costoso a lo largo de un periodo de tiempo; actualmente para facilitar su manejo se est
proponiendo utilizar bandas transportadoras que ayuden a llevar la ceniza desde los
silos de almacenamiento de cenizas hasta los patios de almacenamiento lo que lleva a
optimizar considerablemente en costo y tiempo de traslado.
En este trabajo se pretende usar el sistema de apilado de la central Plutarco Elas Calles
que consta de 7 unidades; Este trabajo se enfocara en la unidad 7 que es la que se
encuentra en construccin y prxima a entrar en el sistema de generacin del pas la
que va a aumentar la generacin de ceniza en la central y por consecuente se va a
ampliar el sistema de manejo de ceniza, por lo cual es indispensable proteger estos
sistemas que cuentan con diferentes elementos que no pueden salir de operacin como
motores, sistemas de iluminacin, cuartos de control, etc.
Justificacin
Actualmente los sistemas elctricos de potencia predominantemente son los
termoelctricos y en especial los que usan como combustible base el carbn.
Un aspecto muy importante en la generacin de energa elctrica es de minimizar los
costos de operacin. En este trabajo se pretende disminuir el costo de manejo del
desecho de la central con la ayuda de la banda que va a transportar la ceniza desde los
silos hasta el patio de depsito formando pilas de 18 metros de alto por 560 metros de
corona superior por 2000 metros de largo sin necesidad de utilizar camiones.
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INTRODUCCION
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Debido a la gran cantidad de ceniza que se obtiene de la quema de combustible base
para la produccin de la energa elctrica es indispensable tener un adecuado sistema y
coordinacin de las protecciones elctricas. Ya que si no se tiene una adecuada
seleccin de protecciones elctricas se corre el riesgo de que sucedan fallas y con lo
cual se puede detener la transportacin y manejo de ceniza para su apilacin en el patio
de almacenamiento.
Alcance:
El proyecto pretende dar la adecuada proteccin elctrica a los equipos elctricos de las
bandas transportadoras de ceniza de la central carboelctrica. Teniendo as una
transportacin de cenizas hacia los patios de almacenamiento.
Para llevar a cabo el desarrollo del estudio de coordinacin de protecciones se tiene que
cumplir con los siguientes requisitos:
Definir las condiciones de operacin del sistema y la seleccin de los equipos; contra que fallas anormalidades se debe de proteger el sistema.
Realizar un diagrama unifilar, mostrando los equipos que intervienen en la coordinacin de protecciones, tales como barras, transformadores, interruptores,
cables alimentadores, motores, etc.
Anotar sobre el diagrama unifilar las caractersticas tcnicas de los equipos antes mencionados, tales como: valores de impedancias o reactancias, voltajes de
operacin, tipo de enfriamiento.
Desarrollar un estudio de corto circuito, usando los valores de reactancias o impedancias de los equipos que tienen influencia contribuyen con flujo de
corriente hacia la falla de corto circuito.
El estudio deber determinar las mximas y mnimas corrientes de corto circuito
(Bajo condiciones normales de operacin), as mismo realizar un diagrama de
reactancias impedancias mostrando los valores de los puntos de falla
considerados y de los equipos involucrados.
Elegir los dispositivos de proteccin que cumplan con los requisitos de corto circuito y las corrientes de falla.
Desarrollo del clculo de coordinacin de protecciones cumpliendo con los rangos de ajustes mximos y mnimos que marcan las normas y cdigos
internacionales.
Elegir el tipo de grafica tiempo-corriente que cumpla con los ajustes seleccionados en el desarrollo del clculo de coordinacin de protecciones, para
realizar una correcta coordinacin.
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INTRODUCCION
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Objetivo
El objetivo de este trabajo es la seleccin de las protecciones elctricas de la banda
transportadora de cenizas de la Central Carboelctrica, adems de minimizar los daos
en el sistema y sus componentes, as mismo evitar la interrupcin en la generacin,
teniendo en cuenta las condiciones con las que debe contar una instalacin elctrica:
1. Continuidad: suministrar ininterrumpidamente el servicio de energa elctrica.
2. Seguridad: operar con mrgenes que eviten o minimicen una mala operacin en las centrales.
3. Economa: satisfacer la demanda de energa elctrica con un bajo costo de produccin.
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RELACION DE FIGURAS
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Fig. 1.1 Proceso de ajuste y coordinacin de la proteccin ---------------------------------17
Fig. 3.1 Diagrama unifilar del sistema ---------------------------------------------------------47
Fig. 3.2 Diagrama unifilar del sistema con valores en pu -----------------------------------64
Fig. 4.1 Curvas de selectividad para tablero de media tensin 6.9 kV 01BHT07 -------78
Fig. 4.2 Curvas de selectividad para el tablero de media tensin 6.9kV 01BCC05 ----79
Fig. 4.3 Curvas de selectividad para tablero de media tensin 6.9 kV 01BCC05/
01BHL10 ------------------------------------------------------------------------------------------80
Fig. 4.4 Curvas de selectividad para tablero de media tensin 6.9 kV 01BCC05 /
01BHC05/M1-XCT-22A------------------------------------------------------------------------81
Fig. 4.5 Curvas de selectividad para tablero de media tensin 6.9 kV 01BCC05 /
01BHC05/M1-XCT-23A------------------------------------------------------------------------82
Fig. 4.6 Curvas de selectividad para transformador 01BHT07- 01BHC05-------------------83
Fig. 4.7 Diagrama unifilar de ruta de coordinacin de protecciones para banda
transportadora de cenizas ----------------------------------------------------------------------84
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RELACION DE TABLAS
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Tabla 2.1 condiciones de transformador y caractersticas del mismo ---------------------25
Tabla 2.2 Capacidades de transformador y sus mltiplos ----------------------------------26
Tabla 2.3 Protecciones de equipo en base a la impedancia --------------------------------28
Tabla 2.4Corrientes simtricas en devanados as como sus tiempos ANSI--------------29
Tabla 2.5 kVA nominales de placa ------------------------------------------------------------29
Tabla 2.6 Categoras del transformador y seleccin de puntos ANSI --------------------30
Tabla 2.7 impedancias del Transformador ---------------------------------------------------31
Tabla 3.1 Descripcin del equipo de la banda transportadora -----------------------------46
Tabla 3.2 Valores de reactancias de los alimentadores -------------------------------------47
Tabla 3.3 Valores de reactancias de los equipos de la banda transportadora ------------48
Tabla 3.4 Valores de corriente de corto circuito en buses ----------------------------------50
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CAPITULO 1
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CAPITULO 1
GENERALIDADES DEL
CLCULO
Uno de los aspectos a los que se les pone mayor atencin en el diseo de los sistemas elctricos es la
prevencin de fallas causadas por el corto circuito y sobrecargas, ya que estas pueden producir
interrupciones de servicio con la consecuente prdida de tiempo y la y la interrupcin de equipos
importantes o servicios vitales, en ocasiones y desde luego con el riesgo de dao a personas, equipos e
instalaciones.
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CAPITULO 1
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1.1 TEORIA DE CORT CIRCUITO
Un estudio de corto circuito es el anlisis de un sistema de potencia que determina la
magnitud de las corrientes elctricas que fluyen durante una falla en diversos puntos del
mismo. Posteriormente, dichas magnitudes son comparadas con las caractersticas de
los componentes del sistema para determinar si son adecuados para usarse en el sistema
analizado. La capacidad de soportar un corto circuito de un componente debe ser igual o
mayor a la magnitud del valor calculado de la corriente de falla.
Por lo anterior, como parte del diseo del sistema elctrico de potencia se debe
considerar el estudio de corto circuito y siempre que el sistema sea ampliado en
capacidad.
1.1.1 Tipos de corto circuito
Un corto circuito es una conexin de baja resistencia establecida intencionalmente o por
accidente entre dos puntos de un circuito elctrico. Esa conexin causa una corriente
excesiva que quema, sobrecalienta, mueve, expande, etc. causando daos a personas y
equipos. La mxima corriente de corto circuito depende directamente del tamao y
capacidad de la fuente, y por otro lado de las impedancias del sistema incluyendo la
falla.
Las fuentes de la corriente de corto circuito son:
El sistema elctrico nacional.
Generadores
Motores sncronos
Motores de induccin
La fuente de corriente proveniente del sistema elctrico nacional se modela como una
impedancia (Equivalente de Thevenin) constante, ya que por su magnitud, la corriente
se mantiene constante durante todo el periodo de falla.
Por simplificacin de una frmula compleja, variable en el tiempo y por el mtodo
utilizado solamente se considera la reactancia en tres tiempos: Reactancia Subtransitoria
X, Reactancia transitoria X' y reactancia sncrona X. La primera reactancia es la que
tienen los primeros ciclos despus de la falla, seguida por la transitoria, y a su vez, por
la sncrona o estacionaria, que no es usada para los clculos.
=kVAcc
( 3x kV LL) (1.1)
La corriente de corto circuito es diferente en cada punto del sistema elctrico. Es ms
grande en las fuentes y ms pequeo en la carga. La corriente depende de la impedancia
del circuito. A mayor impedancia del circuito, menor corriente de corto circuito.
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CAPITULO 1
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Y, la impedancia depende del material del conductor, del material y del largo de la
canalizacin.
Los cortocircuitos pueden ser: slido, a tierra o de arqueo. En el primer caso, se tiene
una falla entre los tres cables de un sistema trifsico con una conexin de impedancia
cero, por lo que se obtiene la condicin de corriente mxima.
En el segundo, un conductor vivo toca alguna pieza metlica conectada a tierra. y en la
falla por arqueo, el corto circuito resulta entre dos conductores cercanos pero no en
contacto.
En anlisis de circuitos todas las fallas posibles son sujetas de estudio, pero por la
normativa mexicana, se calculan al menos las corrientes de cortocircuito de una falla
trifsica, de una falla de una fase a tierra, y de dos fases a tierra.
Falla trifsica.
Los clculos de corriente de corto circuito trifsico se requieren para la adecuada
seleccin de la capacidad interruptiva de las protecciones de la instalacin.
Falla monofsica a tierra.
Los clculos de corriente de falla de una fase a tierra se requieren para el diseo de la
malla de tierra de la subestacin elctrica.
Falla entre dos fases.
El valor de la corriente del corto circuito bifsico se emplea para calcular los esfuerzos
electrodinmicos en las barras de las subestaciones y tambin en los estudios de
coordinacin de protecciones cuando se estn comparando valores mnimos de falla en
los puntos del sistema.
Falla de dos fases a tierra.
Los clculos de corriente de falla de dos fases a tierra los pide el Procedimiento de
Evaluacin de la Conformidad (PEC) de la NOM-001-SEDE-2005 para el diseo de la
malla de tierra de la subestacin elctrica.
1.1.2 Mtodos de clculo
Tradicionalmente los mtodos de clculo han sido clasificados como completos y
simplificados. Un mtodo completo es aquel que evala todos los parmetros del
circuito. Un mtodo simplificado utiliza tablas y grficas, o hace alguna consideracin
para obtener un resultado aproximado.
La utilidad de cada mtodo depender del uso que le demos al resultado.
Los mtodos ms conocidos son:
Mtodo a Bus Infinito
Mtodo Punto-A-Punto
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CAPITULO 1
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Mtodo hmico o de Impedancias (Z bus)
Mtodo por unidad
Mtodo por componentes simtricas
Mtodo por kVA
Mtodo E/X
En todos los casos, existen programas de cmputo para encontrar los valores del corto
circuito. Desde los que se usan para resolver matrices hasta los que utilizan algoritmos
sofisticados.
De tiempo en tiempo, aparecen otros mtodos de clculo para resolver las limitantes de
los mtodos anteriores. Por ejemplo, en sistemas de distribucin con miles de barras
trifsicas, monofsicas, radiales y en anillo como es el caso de CFE y otras empresas
elctricas no se puede utilizar por componentes simtricas porque la topologa no es
igual para las tres fases, por lo que se requiere la representacin por fases a-b-c.
Mtodo punto a punto
El mtodo de punto-a-punto se basa en que la corriente de corto circuito va
disminuyendo paulatinamente a partir de la fuente, por lo que haciendo algunas
consideraciones y sumando las contribuciones de motores a la corriente de corto circuito
en la fuente, se puede hacer el clculo punto a punto.
La corriente de corto circuito de un punto es igual a la corriente del punto anterior
multiplicada por un factor M
Iccn = Icc(n-1) * Mn (1.2)
Donde:
Para fallas trifsicas Mn = ( C * R * V ) (1.3)
( C * R * V + 1,73 L * Icc(n-1) )
Para fallas monofsicas L-L Mn = ( C * R * V ) (1.4)
( C * R * V + 2 L * Icc(n-1) )
Para fallas monofsicas L-N/G Mn = ( C * R * VL-N ) (1.5)
( C * R * V L-N + 2 L * Icc(n-1) )
Siendo:
C - Factor de impedancia de cables en canalizacin.
R - Nmero de cables en paralelo por fase. Sin unidades
V - Voltaje de lnea a lnea. (Volts)
VL-N - Voltaje de lnea a lnea. (Volts)
L - Longitud de los cables entre barras (metros)
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CAPITULO 1
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Mtodo por kVA
El mtodo por kVA tiene las ventajas de no requerir una base especial y, que al hacerlo
una vez, queda calculado para todos los puntos. Est basado en calcular la potencia de
corto circuito en kVA desde la red hasta el ltimo usuario de la energa. Y, tiene la
ventaja que considera tambin la potencia de corto circuito de las otras fuentes, tales
como generadores auxiliares y motores. Por lo que en la referencia Electrical
Construction & Maintenance se dice que tiene una exactitud de 95%.
Se basa en obtener los "kVA equivalentes" de cada componente, y sumarlos en serie o
paralelos para obtener para cada punto la potencia en kVA de corto circuito que cada
fuente contribuye.
Los "kVA equivalentes" de los componentes pasivos como son los cables, es la potencia
en kVA que sera entregada en un corto circuito en sus terminales, si en el otro extremo
se encontrara una fuente infinita de kVA al voltaje del sistema.
Y, por otro lado, los "kVA equivalentes" de los componentes activos como son todas las
fuentes, es la potencia en kVA que sera entregada en un corto circuito en sus
terminales, si en el otro extremo se encontrara una fuente constante de voltaje.
Los "kVA equivalentes" de cada componente son fciles de recordar:
Red - La capacidad de corto circuito en kVA
Generadores - kVAG / X"
Transformadores - kVAT / Z (p.u.)
Reactores - 1000 kV2 / Z (ohm)
Cables - 1000 kV2 / Z (ohm)
Motores - kVAM / X", si X" (El no. de veces la corriente nominal,
que es la de
rotor bloqueado)
Es conocida; en otros casos:
Motores > 50 HP - 6 kVAM
Motores < 50 HP - 5 kVAM
considerando que 1 kVAM = 1 HP; kVAG es la potencia del generador en
KVA; y, que kVAT para transformadores OA/FA es la potencia en kVA en OA
porque la Z est dada por norma para OA.
Una vez encontrada para cada punto la potencia de cortocircuito, se calcula la corriente
de cortocircuito con la tensin del mismo punto.
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CAPITULO 1
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1.1.3 Programas basados en mtodos tradicionales
En muchas revistas y en Internet se anuncian programas de software de una gran gama
de precios. Inclusive, algunos gratuitos como el de Punto a Punto de Bussmann
PROGRAMAS IEC 60609
DOCWin: Programa de ABB, de distribucin gratuita que incluye mdulo de coordinacin de protecciones.
Es utilizado en la UNAM y en otras escuelas de educacin superior. Limitacin: Usa
calibres de cables en mm2, y para la coordinacin de protecciones, nicamente tiene
modelos de interruptores de la marca ABB.
PROGRAMAS ANSI/IEEE
ETAP: Programa modular que calcula cortocircuito y protecciones bajo
normas IEC o ANSI/IEEE.
NEPLAN: Poderosa suite de programas de anlisis de sistemas representada
en Europa por ABB y en Amrica por Gers. Utiliza los dos
mtodos de solucin IEC y ANSI/IEEE. Posee una extensa
biblioteca de curvas de protecciones.
PALADIN: Programa desarrollado por la empresa americana EDSA.
PCCC: Programa sencillo y gratuito para clculos de cortocircuito que se
utiliza en algunas universidades.
POWER*TOOLS: Programa de la serie de programas de anlisis de
sistemas elctricos que la compaa SKM ha
desarrollado. Tambin utiliza los dos mtodos de
solucin IEC y ANSI/IEEE. Lo representa en Mxico
Schneider Electric.
http://www.cooperbussmann.com/software/index.aspxhttp://www.etap.com/shortcircuit.htmhttp://www.neplan.ch/http://www.gersusa.com/http://www.edsa.com/http://www.ruelsa.com/notas/cortocircuito/cc10pccc.ziphttp://www.skm.com/products_afault.shtmlhttp://www.schneider-electric.com.mx/
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CAPITULO 1
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SCWINEX: Programa gratuito para el clculo de flujo de corriente y de
corto circuito. Est orientado a sistemas de media y baja
tensin utilizados en minas, por lo que se encuentra en el sitio
de la Mine Safety and Health Administration de los Estados
Unidos.
(23, 24)
1.2 TEORIA DE SELECCIN Y COORDINACION DE PROTECCIONES
Un estudio de coordinacin es el proceso de determinar las caractersticas y ajustes
ptimos de los elementos de proteccin de un sistema elctrico. Los ajustes son elegidos
para obtener interrupciones de la mnima parte del sistema durante condiciones de falla.
El sistema de proteccin de los equipos y/o instalaciones del sistema elctrico tiene
como objetivos:
1. Detectar las fallas para aislar los equipos o instalaciones falladas tan pronto
como sea posible.
2. Detectar y alertar sobre las condiciones indeseadas de los equipos para dar las
alertas necesarias; y de ser el caso, aislar al equipo del sistema.
3. Detectar y alertar sobre las condiciones anormales de operacin del sistema; y
de ser el caso, aislar a los equipos que puedan resultar perjudicados por tales
situaciones.
El sistema de proteccin debe ser concebido para atender una contingencia doble; es
decir, se debe considerar la posibilidad que se produzca un evento de falla en el sistema
elctrico, al cual le sigue una falla del sistema de proteccin, entendido como el
conjunto Rel-Interrutpor.
Por tal motivo, se debe establecer las siguientes instancias:
1. Las protecciones principales (primaria y secundaria) que constituyen la
primera lnea de defensa en una zona de proteccin y deben tener una actuacin
lo ms rpida posible.
2. Las protecciones de respaldo que constituyen la segunda instancia de
actuacin de la proteccin y debern tener un retraso en el tiempo, de manera de
permitir la actuacin de la proteccin principal en primera instancia.
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CAPITULO 1
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Esta proteccin es la siguiente:
La proteccin de respaldo, la cual detecta la falla y acta en segunda instancia
cuando no ha actuado la proteccin principal. Para ser un verdadero respaldo,
este rel debe ser fsicamente diferente de la proteccin principal.
1.2.1 Alcance de los criterios de ajuste y coordinacin de la proteccin
Para definir la operacin del sistema de proteccin, se debe considerar un ajuste que sea
totalmente adaptado a todas las condiciones de operacin normal del sistema elctrico; y
adems, se requiere una coordinacin para asegurar que las fallas, el funcionamiento
anormal del sistema, as como las condiciones indeseadas de los equipos sean aisladas
afectando al mnimo a las partes no afectadas.
1.2.1.1 Ajuste de la proteccin
Ajustar la proteccin significa definir los lmites o umbrales de su caracterstica de
operacin para detectar las fallas, las condiciones anormales del sistema y las
condiciones indeseadas de los equipos. Es decir, ajustar la proteccin es definir los
umbrales de las seales de entrada (o de un algoritmo de ellas), los cuales determinarn
la operacin de la proteccin.
Criterios de ajuste y coordinacin del SEIN
El ajuste de la proteccin est determinado por la capacidad y el comportamiento de los
equipos e instalaciones del sistema elctrico, en todas las condiciones de operacin, ya
sean temporales como permanentes.
1.2.1.2 Coordinacin de la proteccin
Coordinar la proteccin significa definir los tiempos de operacin de la proteccin para
permitir la actuacin debidamente priorizada de los rels de proteccin, minimizando
los tiempos de actuacin y garantizando una apropiada graduacin en los tiempos de
actuacin de todas las protecciones, tanto las principales como las de respaldo.
La coordinacin de la proteccin est determinada por la necesaria graduacin de
tiempos para la correcta y oportuna actuacin de todas las protecciones.
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CAPITULO 1
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1.2.1.3 Criterios de ajuste y coordinacin de la proteccin
Para establecer los criterios de ajuste y coordinacin de la proteccin se debe considerar
lo siguiente:
1. Las protecciones principales y de respaldo cuando sean protecciones unitarias
solamente requieren ajustes con respecto a las caractersticas de operacin de los
correspondientes equipos; y en consecuencia, en el presente documento
solamente se menciona de manera general algunas recomendaciones para este
ajuste
2. Las protecciones principales y de respaldo cuando sean protecciones
graduadas sern ajustadas y coordinadas de acuerdo a lo establecido en el
presente documento
3. Las protecciones preventivas y las protecciones incorporadas en los equipos
sern ajustadas de acuerdo a los criterios de cada proyecto y siguiendo las
recomendaciones de los fabricantes de los equipos, las cuales estn vinculadas a
las garantas proporcionadas por stos.
1.2.1.4 Principios generales para el ajuste y la coordinacin de la proteccin
Sensibilidad y velocidad
Se debe definir la operacin de los rels de proteccin para detectar las fallas, el
funcionamiento anormal del sistema y las condiciones indeseadas de los equipos. El
ajuste y la coordinacin de la proteccin deben tener las siguientes caractersticas:
1. Sensibilidad para detectar estas condiciones por muy incipientes que stas
sean.
2. Velocidad para detectar estas condiciones lo ms prontamente posible.
En una proteccin unitaria que comprende solo una zona de proteccin, la sensibilidad
como lmite distinguir la operacin normal de la condicin de falla. En cambio, en una
proteccin graduada que alcanza ms de una zona, la sensibilidad tiene como lmite o
meta detectar las fallas con la mnima corriente de falla, la cual se produce con la
mnima generacin en el extremo de las zonas vecinas a la zona protegida.
La velocidad de una proteccin esta ligada al tiempo de operacin de los siguientes
componentes:
1. El tiempo de operacin del Rel que debe ser de dos ciclos. Cuando se aplica
un esquema de tele proteccin se debe agregar el tiempo de transmisin de las
seales.
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2. El tiempo de operacin del Interruptor que vara entre dos y cuatro ciclos,
segn el nivel de tensin.
El criterio antes mencionado es aplicable a la proteccin primaria que debe actuar sin
ninguna temporizacin. Para la proteccin secundaria se tiene los siguientes lmites:
1. El tiempo de crtico de extincin de la falla por razones de estabilidad
2. El tiempo que los equipos e instalaciones soportan un cortocircuito sin dao
fsico y sin afectar la seguridad de las personas.
Es una buena prctica generalizada utilizar 500 ms en los diseos de seguridad de las
puestas a tierra; y de otra parte, es tambin una prctica aplicar este mismo tiempo como
lmite de exigencia por cortocircuito a los equipos, con la finalidad de cuidar su vida
til. Por esta razn, es recomendable limitar los tiempos de extincin de las falla por
parte de las protecciones a 500 ms. Se debe notar que este tiempo incluye la apertura del
interruptor.
1.2.2 Selectividad de la proteccin
La selectividad de la proteccin requiere un apropiado ajuste para detectar todas las
fallas en sus zonas de proteccin; pero, tambin requiere una actuacin debidamente
coordinada.
La funcin objetivo del ajuste y la coordinacin de la proteccin ser la total
selectividad con la mxima sensibilidad y la mxima velocidad. Sin embargo, en la
realidad estas caractersticas no pueden ser todas maximizadas de manera
independiente, ya que estn relacionadas entre s. Cuando se incrementa una de ellas lo
ms probable es que se disminuya las otras dos.
1.2.3 Fiabilidad y seguridad de la proteccin
Con la finalidad de asegurar una buena fiabilidad de la proteccin, se recomienda que la
proteccin principal sea redundante; es decir, se debe tener dos rels de proteccin
fsicamente diferentes (proteccin primaria y secundaria), los cuales deben operar de
manera independiente uno del otro y contar con bateras de alimentacin diferentes.
Estas protecciones actuarn en paralelo; es decir, cualquiera de ellas efectuar la accin
de disparo de los interruptores.
Cuando la seguridad de la proteccin que otorga un elemento puede ser insuficiente, se
recomienda emplear dos elementos de proteccin que deben actuar en forma simultnea
para efectuar una accin de disparo a un interruptor. Es decir, los contactos de estos
elementos deben ser conectados en serie para que la accin sea vlida.
1.2.4 Objetivos del ajuste y la coordinacin de la proteccin
El ajuste y la coordinacin de la proteccin tienen por objetivo asegurar que se cuenta
con un sistema de proteccin principal y de respaldo que funciona de la siguiente
manera:
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1. La proteccin principal debe proteger totalmente el sistema elctrico y eliminar cualquier falla en un tiempo mximo de 100 ms. Este tiempo equivale a una
proteccin de 2 ciclos y un interruptor de 4 ciclos.
2. La proteccin de respaldo de la proteccin principal est constituida por rels fsicamente diferentes a los de la proteccin principal. La proteccin de respaldo
debe proteger totalmente el sistema y eliminar cualquier tipo de falla en un
tiempo mximo de 500 ms.
1.2.5 Proceso de ajuste y coordinacin de la proteccin
El ajuste y coordinacin de la proteccin es un proceso que comprende la integracin de
varios subprocesos interrelacionados, de manera que muchas veces es necesaria una
retroalimentacin hasta llegar al resultado final. En la figura 1.2 se muestra una
esquematizacin simplificada del proceso. Para el ajuste de la proteccin se requiere
determinar previamente todas las condiciones de operacin del sistema elctrico, las
cuales determinan el lmite de la no actuacin de la proteccin. Para ello se debe
considerar todas las configuraciones posibles, as como todos los escenarios de de
generacin y demanda. Sobre la base de todas estas condiciones se puede determinar el
ajuste de las protecciones principales.
Figura 1.1
Los ajustes obtenidos para las protecciones principales deben ser verificados para
coordinar su actuacin como protecciones de respaldo. Esto significa que las
protecciones unitarias no requieren ninguna coordinacin puesto que solamente operan
en una zona de proteccin, mientras que las protecciones graduadas deben ser
coordinadas para verificar su actuacin como protecciones de respaldo en las zonas de
proteccin vecinas.
1.2.6 Anlisis de la operacin del sistema
El anlisis de la operacin del sistema elctrico tiene por objetivo determinar las
mximas y mnimas corrientes de falla que deben servir para ajustar los rels y
determinar sus tiempos de operacin que permitan asegurar la adecuada coordinacin de
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la proteccin. Para ello se debe considerar todas las condiciones operativas, incluso
aquellas que son de carcter temporal como la conexin de los circuitos.
1.2.7 Mximas y mnimas corrientes de falla
La mxima y mnima demanda esta asociada a las cargas conectadas al sistema, las
cuales determinan la mxima y mnima generacin. El objetivo es determinar las
mximas y las mnimas corrientes que pueden alimentar los cortocircuitos, ya que para
el ajuste y la coordinacin se tiene un compromiso entre selectividad y sensibilidad de
acuerdo a los siguientes criterios:
1. La sensibilidad de la proteccin debe permitir detectar las fallas an con las mnimas
corrientes de cortocircuito
2. La selectividad de las protecciones de respaldo debe mantenerse an con las mximas
corrientes de falla, para lo cual se requiere tiempos de debidamente coordinados.
Se debe tener en cuenta que el despacho de la generacin es diferente en poca de
avenida con relacin al estiaje, ya que en avenida se dispone de suficientes recursos
hdricos para un pleno aprovechamiento de las centrales hidroelctricas. El despacho en
estiaje requiere un mayor complemento de las centrales termoelctricas. En
consecuencia, se debe analizar todos estos escenarios de operacin con las posibles
sobrecargas que se puedan presentar.
De manera independiente al despacho del sistema, para el caso de las protecciones de
las centrales y las lneas que se conectan, se debe considerar los distintos despachos
posibles de las unidades generadoras.
1.2.8 Criterios generales de coordinacin de las protecciones
La coordinacin de las protecciones consiste en definir las graduaciones de tiempo
necesarias para la operacin debidamente priorizada del sistema de proteccin con la
finalidad que su actuacin sea en el mnimo tiempo posible. En tal sentido, se requiere
considerar las coordinaciones entre las protecciones principales y la proteccin de falla
de interruptor, as como con la proteccin de respaldo.
1.3 Diagrama unifilar y simbologa
Es aquel que muestra mediante una sola lnea las conexiones entre los dispositivos,
componentes o partes de un circuito elctrico o de un sistema de circuitos y estos se
representan por smbolos.
La simbologa elctrica requerida por el Procedimiento de Evaluacin de la NOM-001-
SEDE-2005 es la que aparece en la NMX-J-136-ANCE-2007 - Abreviaturas, Nmeros
y Smbolos Usados en Planos y Diagramas Elctricos que se adquiere en ANCE. (ver
anexo 1)
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DESCRIPCIN DEL SISTEMA
ELCTRICO DE LA BANDA
TRANSPORTADORA DE
CENIZA Y SUS CRITERIOS DE
PROTECCIN
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2.1 DESCRIPCION GENERAL
Tomando en cuenta los datos de la Carboelctrica Petacalco (Gral. Plutarco Elas
Calles)) Ubicada en el municipio La Unin, Guerrero, en la localidad de Petacalco, en la
costa del ocano pacfico, a 15 Km. de Lzaro Crdenas, Michoacn. La Central se
localiza a aproximadamente 7 Km. del puerto de descarga y a 5 km. de los patios de
almacenamiento de carbn, la capacidad de estos patios es de 1'920,000 toneladas de
carbn.
La Central utiliza como combustible principal carbn importado, el cual es transportado
en barcos con capacidad de hasta 150,000 toneladas de peso muerto. Tambin se utiliza
combustleo pesado como combustible alterno y diesel para los arranques, estos ltimos
se descargan desde buques-tanque de 50,000 toneladas de peso muerto de capacidad.
Debido a que estas unidades generadoras cuentan con quemadores de combustible
diseados para poder quemar carbn y tambin combustleo, se le denomina Central
"Dual".
En las instalaciones de esta central se cuenta con seis unidades generadoras
Carboelctricas, en operacin con una capacidad nominal de 350 MW cada una,
haciendo una capacidad instalada total de 2,100 MW. Las fechas de entrada en
operacin comercial de sus unidades generadoras son las siguientes: U-1, noviembre 8
de 1993; U-2, diciembre 14 de 1993; U-3, octubre 16 de 1993; U-4, diciembre 21 de
1993; U-5, julio 27 de 1994 y U-6, noviembre 16 de 1994.
Al interior de la central termoelctrica, generalmente se dispone de un sitio de recepcin
y apilamiento de carbn (materia prima), para lo cual se debe proveer una
infraestructura mnima, representada en un acceso adecuado, un patio de recibo y un
patio de almacenamiento, este ltimo con una capacidad tal que garantice un
abastecimiento de combustible adecuado para por lo menos dos meses de operacin de
la planta. Este sistema es complementado por los dispositivos de recepcin y descarga
del mineral (camiones, cargadores, tolvas, bandas transportadoras) actualmente est la
construccin de otra unidad generadora para suministro de la demanda.
Cada unidad generadora consumir 220 toneladas de carbn por hora y se considera
para fines de clculo 46% de ceniza generada, de la cual el 15%ser utilizada de fondo y
85% de ceniza voltil, es decir 101 toneladas totales de ceniza por hora, 15.1 toneladas
de ceniza de fondo y 86 toneladas de ceniza voltil.
La ceniza voltil generada por las calderas, ser colectada desde la combustin por
medio de precipitadores electrostticos, controlando as la contaminacin atmosfrica.
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2.2 LOCALIZACIN DE LA BANDA TRANSPORTADORA DE CENIZA
El Depsito de ceniza del sitio Zona Playa de la Central Termoelctrica Pdte. Plutarco
Elas Calles, se divide en dos zonas, la zona Triangular y la Zona Sur.
La Zona Triangular y la Zona Sur es responsabilidad de la Comisin en la cual
construir drenajes pluviales, caminos interiores, obras de captacin para el sistema de
humectacin de ceniza y fosa de sedimentacin de ceniza.
El diseo total y construccin de la primera etapa de la Zona Sur se debe tomar en
cuenta su interconexin con los sistemas comunes de la Zona Triangular, como son, los
drenajes pluviales, caminos interiores, lnea de agua para riego y humectacin de
cenizas y la fosa de sedimentacin.
El depsito de cenizas denominado Zona Sur se localiza al Suroeste del poblado
Petacalco. El Depsito de Cenizas Zona Sur tiene las siguientes colindancias: al Norte,
con el poblado de Petacalco; al Este con el estero Boca Vieja y el Ocano Pacfico; al
Sur con el Brazo San Francisco del ro Balsas y al Oeste con el canal de llamada de la
Central, con la banda transportadora de carbn y ceniza y con el depsito de Ceniza
denominado Zona Triangular.
2.3 DATOS ESPECIFICOS DEL DISEO DE LA BANDA
La capacidad de transporte y descarga ser de 450 t/h ceniza seca (se humificara al 20%)
El equipo debe de tener alta confiabilidad con bajos requisitos de mantenimiento
El equipo debe de operar en optimas condiciones durante 30 aos de vida til
Datos para diseo
Pesos especficos de la ceniza
Las capacidades de transporte, volumen y cargas en seco de la ceniza se calcularn con
los valores siguientes:
Transporte a depsito final (N/m3) Para clculo de la estructura 19 615 Para transporte por banda 6 865 Por depsitos temporales 14 700
Tiempos de operacin
Sistema de transporte de ceniza 8 horas diurnas/24 horas
Para transporte de ceniza se debe considerar que se transportar ceniza hmeda con un
mximo de 20% de agua en peso.
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Los siguientes datos se tendrn en cuenta para el diseo de los equipos de transporte por
banda
Angulo de reposo de la ceniza seca 37 Altura mxima de diseo de la pila 12 m de almacenamiento temporal
Pendiente mxima de las bandas transportadoras 12 Angulo d desplazamiento del apilador radial 180
Todos los equipos deben seleccionarse para operacin de a cuerdo a la zona climtica
del sitio
Equipos:
Se deben considerar los equipos y materiales necesarios para llevar la alimentacin
elctrica a las cargas para el sistema de depsito se ceniza, para lo cual se tiene
disponible un interruptor existente de los servicios comunes de las unidades 1y2, de
donde se debe llevar un alimentador en la tensin de 6.9 kV hasta la zona de depsito de
ceniza, este alimentador se debe llevar a travs del banco de ductos considerado para el
depsito de ceniza zona triangular.
Se debe considerar un tablero de media tensin, una subestacin unitaria, un CCM, as
como tableros menores a 480 V para alimentar los equipos motivo de este sistema.
2.4 DATOS DEL EQUIPO ELECTRICO DE LA BANDA
Subestacin Compacta Mvil
Subestacin Compacta Mvil integrada por un tablero autosoportado en media tensin
acoplado directamente a un tablero de distribucin autosoportado en baja tensin.
Tablero de Media tensin
El tablero de media tensin operara con un aislamiento de 7.2 kV, corriente nominal
600 A, gabinete NEMA 4X, Icc 42 kA compuesto por las siguientes secciones:
Motores
Los motores utilizados en este sistema son tipo jaula de ardilla a 460 V los datos se
muestran en el anexo 12.
Seccin de Acometida y Seccin de Seccionador
Seccin de acometida y seccin de seccionador principal tripolar en aire de operacin
con carga con acoplamiento para una tensin mxima de diseo de 7.2 kV y corriente
nominal de 600 A, equipado con mecanismo de resorte de energa almacenada para
proporcionar una operacin rpida de cierre o apertura, bobina de disparo remoto,
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accionamiento motorizado para la correcta operacin remota del seccionador, contactos
auxiliares para sealizacin e indicacin de posicin del interruptor y sus respectivos
fusibles limitadores de corriente de 40 A de corriente nominal para una tensin mxima
de diseo de 7.2 kV y una capacidad interruptiva de 40 kA.
Transformador trifsico
Seccin del transformador trifsico tipo seco, autoenfriado, de 400 kVA, 6,9/0.480 kV,
60 Hz, conexin delta/estrella, neutro disponible para ser slidamente aterrizado,
impedancia de 5.75%, derivaciones: dos arriba y dos abajo de 2.5% respecto a la tensin
nominal, aislamiento clase H, temperatura ambiente mxima de 40C, elevacin de
temperatura mxima de 65C, altitud de operacin 1,000 msnm, equipado con
transformador de corriente en la boquilla del neutro relacin 50:5 A para proteccin.
Tablero de tensin baja
Tablero de tensin baja de distribucin autosoportado, gabinete NEMA 4X,
aislamiento 600 VCA, 600 A, Icc - 42 kA, trifsico, con interruptor principal termo
magntico en caja moldeada 600 VCA, 3 fases, 60 Hz, capacidad interruptiva 65 kA
con una capacidad nominal de adecuada, con 5 circuitos derivados habilitados con
interruptor termomagntico en caja moldeada como se indica: 5 interruptores
termomagnticos en caja moldeada, 600 VCA, 3 fases, 60 Hz, capacidad interruptiva 65
KA Capacidad Nominal: cuatro (4) interruptores de 150 A de disparo y marco de 250 A
y uno (1) de 50 A de disparo y marco de 100 A, todos los interruptores
termomagnticos deben ser equipados con unidad de disparo electrnica con censores
de corriente y proteccin de falla a tierra integrada, con bobina de disparo remoto y
bobina de disparo por bajo voltaje. Incorporar relevador de proteccin por
sobretemperatura (49) y relevador de sobrecorriente 50N, para proteccin de
transformador y operar sobre bobina de disparo de interruptores termomagnticos y/o
unidad de disparo electrnica. (Deben verificarse las capacidades reales de los equipos
de los transportadores mviles y transportador radial con el fin de seleccionar
correctamente las capacidades nominales de los interruptores termomagnticos).
Cables
Cable de potencia monopolar aislado XLP 8 kV, calibre 4/0 AWG.
Cable de fuerza tripolar aislado 600 VCA, calibre 4/0 AWG.
Cable de fuerza tripolar aislado uso rudo 600 VCA, calibre 4 AWG.
2.5 SELECCIONDE PROTECCIONES
El objetivo principal de tener una adecuada seleccin en las protecciones es minimizar
los daos en el sistema y sus componentes, as mismo evitar la interrupcin en la
generacin, teniendo en cuenta las condiciones con las que debe contar una instalacin
elctrica
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- Confiabilidad - Seguridad - Economa
Para determinar los ajustes de los relevadores se usar el mtodo de trazo de curvas
caractersticas tiempo-corriente de los dispositivos de proteccin sobre una hoja de
coordinacin (LOG-LOG).
La coordinacin es una rutina de tanteo, en que las curvas caractersticas de los
relevadores son comparadas grficamente unas con otras para lograr un disparo
selectivo en caso de falla.
Esta comparacin reconoce, no solo los lmites impuestos por los dispositivos de
proteccin, sino tambin los lmites definidos por la corriente de carga nominal,
corriente de arranque, sobrecargas, corrientes de corto-circuito, lmites trmicos,
cdigos y requisitos de norma. Los dispositivos de proteccin deben de operar dentro
de esos lmites y deben de proporcionar una coordinacin selectiva con otros
dispositivos de proteccin.
Los lmites de proteccin estarn dados por los requisitos de operacin y por las norma.
NOM 001 Sede 2005 articulo 240
2.5.1 Limites de proteccin del equipo
Los lmites extremos de Sensibilidad de Corriente dentro de los cuales los dispositivos
de proteccin deben operar, los determinan las mximas corrientes de carga y las
mximas corrientes de corto circuito.
Para la correcta seleccin de los lmites de proteccin de los equipos se tomar en
cuenta lo siguiente:
1) Condiciones de operacin del Equipo 2) Requisitos mnimos de proteccin 3) Capacidad de los quipos para soportar sin daarse, esfuerzos ocasionados por
altas corrientes en un periodo de tiempo dado.
2.5.2 Condiciones de operacin del equipo
Los dispositivos de proteccin no deben operar con corrientes nominales del equipo
esto es, corriente de plena cara, corrientes permitidas de sobrecarga y corrientes de
arranque.
Estos datos son proporcionados por el fabricante o impresos en los datos de placa de los
equipos o bien, tomados de los diseos normalizados.
Cuando no se cuenta con la informacin anterior las siguientes aproximaciones son
permitidas.
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Motores
- Para motores de induccin 1HP= 1kVA - Motores con F.S.=1 no tienen capacidad de sobrecarga - Corrientes transitorias (Mxima corriente de arranque) se considera 1.76 veces
la corriente de rotor bloqueado para motores de media tensin (6.9 kV) y 1.5
veces para motores de baja tensin (480V y menores) con tiempo de duracin de
0.1 segundo.
- Corriente de rotor bloqueado igual a 6 veces la corriente a plena carga para motores de induccin y sncronos con F. P. unitario que manejan cargas de baja
inercia.
Para motores sncronos que manejan cargas de alta inercia y tienen F. P. unitario,
considerar la corriente de rotor bloqueado igual a 9 veces la corriente de plena
carga.
El tiempo de duracin de la corriente de rotor bloqueado de 5 a 30 segundos
dependiendo de la inercia de la carga.
Transformadores
La capacidad de sobrecarga del transformador depende del tipo de enfriamiento
proporcionado y del sobre-elevacin de la temperatura, los cuales estn resumidos
en la tabla 2.1
Tabla 2.1: Condiciones del Transformador y caractersticas del mismo
TIPO DE
TRANSFORMADOR
CAPACIDAD
kVA
ENFRIAMIENTO TEMPERATURA
TIPO FACTOR ELEVACION FACTOR
SECO 2500 AA 1.0 150C 1.10
FA 1.3
CENTRO DE
CARGA
2500 OA 1.0 55/65C 1.12
55C 1.0
500
2000
FA 1.15 55/65C 1.12
55C 1.10
>2000
2500
FA 1.25 55/65C 1.12
55C 1.0
SUBESTACION
PRIMARIA
CA 1.0 55/65C 1.12
55C 1.0
FA 1.3 55/65C 1.12
55C 1.0
FOA 1.67 55/65C 1.12
55C 1.0
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Por lo tanto, la capacidad de sobre carga (Isc) del transformador se obtiene de
multiplicar los componentes de plena carga (Ipc) por el factor de enfriamiento (Foent) y
por el factor de elevacin de temperatura (Foet).
Isc= Ipc x Foent. x Foet. (2.1)
Isc= Capacidad de sobrecarga del transformador
Ipc= Corriente a plena carga
Foent= Factor de enfriamiento
Foet= Factor de elevacin de temperatura
Punto de magnetizacin
Es una aproximacin de el pico de corriente de MAGNETIZACIN que se presenta al
energizar el transformador.
La corriente de magnetizacin es un mltiplo de la corriente nominal del transformador
y vara en funcin de la capacidad del transformador como se indica en la tabla 3:
Tabla 2.2: Capacidades de Transformador y sus mltiplos
CAPACIDAD DEL
TRANSFORMADOR
MULTIPLO
KVA 1500
8
1500< KVA < 3750
10
3750 KVA
12
Esta corriente puede alcanzar valores de 8 a 25 veces la corriente nominal para
transformadores tipo seco.
El tiempo de duracin de corriente de magnetizacin se considera invariablemente de
0.1 segundo.
Cables
La corriente nominal de los cables, la capacidad de sobrecarga y los factores de
correccin, se muestran en publicaciones de la NOM 001 Sede 2005 artculo 326
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2.5.3 Requisitos mnimos de proteccin
Los cdigos y las normas indican los lmites dentro de los cuales los dispositivos de
proteccin deben ajustarse.
Motores
- La NOM 001 Sede 2005 articulo 240 en el articulo 430 parte 145 especifica que para motores mayores de 600 volts, estos se deben proteger contra sobrecargas
peligrosas y fallas en el arranque, mediante el uso de un dispositivo trmico
interno o un dispositivo externo sensor de corriente.
Tambin requieren proteccin contra corriente de falla, por medio de un adecuado
interruptor o fusible
Para motores de 600 volts o menores, el artculo 145 de la NOM 001 Sede 2005 dice en
forma ms especificada las protecciones que requiere el motor (sobrecarga y
sobrecorriente)
SOBRE CARGA
Requiere un dispositivo de sobrecarga en cada fase, el cual debe ser ajustado para
disparar a no ms de los siguientes porcentajes de corriente a plena carga indicada en la
placa de datos del motor.
Motores con Factor de Servicio 1.15125%
Motores marcados para una
elevacin de temperatura de 40C.125%
Todos los dems..115%
SOBRE CORRIENTE (C. C.)
Requiere de un dispositivo de sobrecorriente el cual se ajustar para disparar a no ms
de los siguientes porcentajes de la corriente de plena carga indicada en la placa de datos
del motor:
Intensidad con carcter de tiempo inverso..250%
Disparo instantneo de intensidad...700%
Fusibles sin retardo de tiempo.300%
Fusibles con retardo de tiempo175%
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Transformadores
El artculo 450 de la NOM 001 Sede 2005 listo los lmites mximos requeridos para la
proteccin de sobrecorriente del primario y el secundario de transformadores, la tabla
2.3 resume estos lmites en por ciento de la corriente de plena carga del transformador.
Tabla 2.3: Protecciones de equipo en base a la impedancia
Impedancia lado primario Lado secundario
Volt Interruptor Fusible >600 V _< 600V
Interruptor
Fusible
Toda
>600 V
3 X 1.5 X Ningn Ningn Ningn
6%
6 X
3 X 3 X 1.5 X 2.5 X
>6 %
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2.6 CAPACIDAD DE LOS EQUIPOS PARA SOPORTAR SIN DAARSE
ESFUERZOS OCASIONADOS POR ALTAS CORRIENTES EN UN PERIODO
DE TIEMPO DADO.
Motores
En motores se le conoce como mximo tiempo de bloqueo tolerable, esto es, el perodo
de tiempo durante el cual el motor puede continuar operando a corriente de rotor
bloqueado antes de ocurrir una avera.
Transformadores
Esta capacidad es definida por las normas ANSI y se denomina PUNTO ANSI.
El lmite mximo de proteccin de transformador lo determina el punto ANSI, que
establece las caractersticas que deben cumplir los devanados para soportar sin resultar
daados por los esfuerzos trmicos y magnticos causados por corto circuito en sus
terminales, considerando de la corriente a plena carga (Ipc), se resumen en la tabla 5:
Tabla 2.4: Corrientes simtricas en devanados as como sus tiempos ANSI
Z
(%)
CORRIENTE SIMETRICA RMS EN
CUALQUIER DEVANADO
T. ANSI
(segundos) MULTIPLOS
CONEXIN
/ O Y/Y
MULTIPLOS
CONEXIN
/ Y
4
menor
5
5.25
5.50
5.75
6
6.5
7
Mayores
25
20
19.05
18.18
17.39
16.67
15.38
14.29
14.50
11.60
11.05
10.55
10.09
9.67
8.90
8.29
2
3
3.25
3.50
3.75
4
4.50
5
El punto ANSI es sustituido por la CURVA ANSI y nos representa la mxima
capacidad del transformador, de soportar sin daarse esfuerzos mecnicos y trmicos
ocasionados por corrientes de corto circuito.
Para calcular la curva ANSI, es necesario clasificar los transformadores en categoras
como se muestra en la tabla 6
Tabla 2.5: kVA nominales de placa
kVA NOMINALES DE PLACA
(Devanado Principal)
Categora
I
II
III
IV
MONOFASICO
5-500
501-1667
1668-10,000
ARRIBA DE 10,000
TRIFASICO
15-500
501-5000
5001-30,000
ARRIBA DE 10,000
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Para calcular la curva ANSI de las diferentes categoras de trasformadores es necesario
utilizar la tabla 7 y la figura 2
T
4 T 4
3
2
1 1
I I
(a) (b)
Curva ANSI para transformadores Curva ANSI para transformadores
categora I categora II, III y IV
Figura 2: Curvas ANSI del Transformador
Tabla 2.6: Categoras del transformador y seleccin de puntos ANSI
PUNTO CATEGORIA DEL
TRANSFORMADOR
TIEMPO
(segundos)
CORRIENTE
(Amper)
1 I
II
III, IV
1250Zt2
2
2
Ipc
Zt
Ipc
Zt
Ipc .
Zt +Zs
2 II
III, IV
4.08
8
0.7 Ipc
Zt
0.5 Ipc
Zt + Zs
3 II
III, IV
25551
5000 (Zt + Zs)
0.5 Ipc
Zt
0.5 Ipc
Zt + Zs
4 I, II. III, IV
50 5 Ipc
Donde:
Zt= Impedancia del transformador en p.u. en base a los KVA del transformador en OA
Zs= Impedancia del sistema o fuente en p.u. en base a los KVA del transformador en
OA
Ipc= Corriente a plena carga del transformador en amperes en base a su capacidad en
OA
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CAPITULO 2
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Para calcular la corriente en cada uno de los puntos, se utiliza la siguiente tabla, para
determinar los valores mnimos de impedancia que se deben usar los valores de la
tabla8.
Tabla 2.7: Impedancias del Transformador
MONOFASICO TRIFASICO IMPEDANCIA Zt EN P.
U. EN BASE A LA
CAPACIDAD DEL
TRANSFORMADOR
5-25
37.5-100
167-500
15-75
112.5-300
500
0.0250
0.0286
0.0400
Las corrientes calculadas para la curva ANSI se deben afectar por los factores de 1.0 si
es una conexin Delta-Delta o Estrella- Estrella 0.58 si es una conexin Delta-
Estrella.
Cables
El nivel para soportar esfuerzos es definido por los fabricantes de cables como el lmite
de calentamiento por corto-circuito, el cual es mostrado en las curvas tiempo-corriente
para cables.
2.7 COORDINACION POR INTERVALOS DE TIEMPO
Es necesario tener una coordinacin por intervalos de tiempo entre dispositivos de
proteccin por sobre-corriente, que opera en serie, de modo que su operacin sea en la
secuencia correcta, esto es, la unidad de abajo de operar antes que la unidad de arriba
para corrientes de falla que fluyen entre ambos dispositivos.
Por ejemplo en un CCM. Si un motor alimentado de un CCM tiene una falla (corto-
circuito o una sobrecarga) primero debe operar el interruptor derivado, sea antes que
opere el interruptor principal.
En los dispositivos de proteccin en baja tensin, el margen de tiempo es debido al
tiempo de operacin del interruptor que est incluido en la curva caracterstica del
dispositivo de proteccin, es decir en la curva de operacin se incluye la tolerancia de
fabricacin y el tiempo de operacin del interruptor.
En relevadores de sobrecorriente, no obstante que sus caractersticas de operacin son
mostrados como curvas de tiempo-corriente y representadas mediante una sola lnea, es
necesario considerar adicionalmente los siguientes mrgenes de tiempo.
a) Tolerancia b) Tiempo de operacin del interruptor
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CAPITULO 2
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NOTA:
Cuando se tienen relevadores electromecnicos es necesario contemplar la sobrecarga
del relevador. En este caso por tratarse de relevadores estticos no se tomar en cuenta.
Tolerancia
La tolerancia responde a diferencias de fabricacin, ajuste del relevador y precisin de
las corrientes de falla calculadas.
Tiempo de operacin del interruptor
El tiempo de operacin del interruptor es el tiempo en que el interruptor recibe una
seal de disparo al tiempo que la falla es liberada.
El mximo margen de tiempo y el ms usual indicado para coordinacin es 0.3segundos
para relevadores estticos que son coordinados entre s.
0.17 Segundos por tolerancia
+ 0.13 Segundos por tiempo de operacin del interruptor
0.3 Segundos.
Este margen puede disminuir dependiendo de la rapidez con la que el equipo responde a
proteger el sistema, analizando cada margen de tiempo y observando cuando y como
este puede ser reducido.
La tolerancia puede ser a 0.07 segundos si el relevador es probado y calibrado para
operar al nivel de corriente en cuestin. El tiempo de operacin del interruptor de 0.13
segundos es para 8 ciclos, sin embargo, ahora se disponen de 5 y 3 ciclos, entonces el
tiempo de operacin se reduce a:
0.09 segundos para interruptor de 5 ciclos
0.05 segundos para interruptor de 3 ciclos
Por lo tanto para un relevador probado y calibrado y un interruptor de 3 ciclos, el
margen del tiempo ser:
a) 0.07 segundos por tolerancia b) 0.05 segundos por tiempo de operacin de interruptor
Con el total de margen de tiempo de 0.12 segundos entre curvas de relevadores.
El margen de tiempo entre un relevador y otro dispositivo de proteccin tal como un
interruptor de bajo voltaje con disparo de accin directa requiere solo el tiempo de
tolerancia.
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CAPITULO 3
CALCULO DE CORTO
CIRCUITO El propsito principal de los clculos de Corto Circuito de determinar la mxima falla
de Corto Circuito a la que estn expuestos las barras e interruptores y los valores de
impedancia mnima para los transformadores auxiliares y de arranque.
El propsito de este trabajo es ayudar a efectuar los clculos de Corto Circuito como los
pide el Proceso de Evaluacin de la Conformidad (PEC) de la NOM 001 Sede 2005. El
trabajo tiene por objeto facilitar el entendimiento del conjunto de reglas y su uso,
aplicado en el sistema a calcular.
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CAPITULO 3
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Existen dos mtodos para calcular las corrientes de Corto Circuito en los sistemas de la
planta:
1.- El mtodo simplificado E/X
2.- Mtodo E/X corregido para decrementos en corriente alterna y en corriente
directa.
El responsable seleccionara el mtodo apropiado tomando en cuenta la precisin
requerida.
En la subestacin de alta estacin se determinaran las corrientes de falta trifsica y de
falta de una base a tierra.
En general, para los sistemas de tensin media, la falla trifsica aislada de tierra impone
el trabajo ms severo en un interruptor. Por esta razn se presenta el clculo de una falla
trifsica aislada de tierra (inicialmente).
Adicionalmente se calculan las corrientes de falla a travs de las resistencias conectadas
a los neutros de los transformadores auxiliares y de arranque.
La falla se calcula para ambas corrientes, momentnea e interruptiva. La corriente
momentnea ocurre aproximadamente ciclo despus de la iniciacin de la falla. Esta
corriente determina la fuerza magntica mxima, la cual el interruptor debe resistir.
Estas fuerzas se consideran igual a las fuerzas creadas durante el cierre por el corriente
de enganche, presente cuando el interruptor cierre en un Corto Circuito.
La corriente interruptiva ocurre al terminar de abrir los contactos primarios del
interruptor, tpicamente despus de tres ciclos para los interruptores que estamos
tratando. Esta corriente determina la mxima potencia trmica que el interruptor debe
interrumpir.
Se debe consultar la Norma NOM 001 Sede 2005 en el articulo 240-6 antes de empezar
los clculos.
3.1CARACTERISTCAS DE LA CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO.
Un Corto Circuito en un sistema de corriente alterna puede producir la mxima
asimetra (componente de corriente directa) de la onda de corriente. La onda de
corriente asimtrica decae gradualmente hasta convertirse en una corriente simtrica. La
relacin de decaimiento de la componente de C.D. se determina por una constante de
tiempo la cual es funcin de la razn de inductancia resistencia ( T = L seg ). La
corriente total de falla es igual a:
I cc eficaz = ___________Cd R______ (3.1)
I ( Ica ef. )2 + ( I cd )2
Cd = Corriente Directa.
Ca = Corriente Alterna.
Cc = Corto Circuito.
Ef. = Eficaz.
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CAPITULO 3
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Para lograr mayor exactitud, es necesario considerar el decaimiento de la corriente
alterna de Corto Circuito.
Este decaimiento es apreciable cuando la falla esta elctricamente cercana a generadores
o motores.
En casos donde las relaciones X/R son altas y cuando se utiliza retraso en el disparo de
mas de ciclo, se pueden obtener ventajas en el decaimiento de la C.D o de la C.A de
ambas. El decaimiento de la componente de corriente alterna no es significativo en
lugares retirados del punto de generacin. Lo anterior es cierto tambin en sistemas
auxiliares alimentados directamente de las terminales del generador a travs de un
transformador auxiliar de relativamente alta impedancia (relativa a la X d generador
referida a la base).
3.2 METODOS PARA CALCULAR LAS CORRIENTES DE CORTO
CIRCUITO DEL SISTEMA AUXILIAR DE LA PLANTA.
En cuanto se conocen los datos de las mayores cargas auxiliares, los requerimientos del
sistema quedan determinados. Despus de esto deber utilizarse en el segundo mtodo
de clculo.
Mtodo simplificado de calculo E/X (ver nota)
Este mtodo de clculo puede ser utilizado para determinar la capacidad interruptiva
simtrica hasta del 100% de los interruptores, si el sistema tiene un X/R de 15 o menor.
Este mtodo tambin puede utilizarse sin determinar la razn X/R si E/X no excede al
80% de la capacidad interruptiva simtrica del interruptor. El mtodo utiliza clculos
simples para determinar la reactancia equivalente en el punto de falla.
NOTA:
E, es la tensin de la lnea a neutro correspondiente a la tensin de operacin
mayor, en el punto de instalacin del interruptor.
X, es el menor valor de la reactancia del sistema (considerando R = 0) visto
desde el punto de falla con todas las maquinas rotatorias representadas por la
reactancia apropiada.
Mtodo E/X corregido para decrementos de la C.A y C.D
El procedimiento incluye varios pasos para determinar factores y calcular E/X. Estos
factores dependen del punto del sistema en el cual ocurre la falla y de la razn de X/R
viendo el sistema desde dicho punto.
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3.3PROCEDIMIENTO PARA CALCULOS DE CORTO CIRCUITO
El procedimiento consiste en obtener la reactancia equivalente despreciando la
resistencia, y posteriormente se determina la resistencia sin tomar en cuenta la
reactancia. Con el procedimiento anterior se puede obtener mayor exactitud en los
resultados que por cualquier otro procedimiento. El error para casos prcticos puede ser
conservador. Por lo tanto, el procedimiento es el siguiente.
Seleccin de Datos.
Los siguientes puntos deben tomarse en consideracin al seleccionar los datos base para
los clculos de Corto Circuito.
Sistema de Alta Tensin.
Los MVA del Corto Circuito en los lados de alta tensin de los transformadores tanto
principal como de arranque son conocidos usualmente en trminos de las capacidades
presentes y futuras.
Una alternativa es utilizar la capacidad interruptiva de los interruptores alta tensin. Los
MVA mximos y mnimos de Corto Circuito as como las tensiones de operacin,
deben obtenerse para las fuentes principales y de arranque.
Los clculos de cada d tensin incluyen las condiciones mnimas de generacin,
mientas que las necesidades de interrupcin toman en cuenta las condiciones de mxima
generacin.
Generador Principal.
Las contantes de la maquina generadora se obtendrn del fabricante. Para calculo de
Corto Circuito, se utilizara la reactancia sub transitoria de eje directo (saturada) a la
tensin nominal (X d) dada en porcentaje de los KVA nominales del generador.
Transformadores:
La impedancia del transformador guarda relacin con el nivel bsico de impulso BII, de
los devanados. Hay rangos de impedancia normalizadas por los fabricantes.
Generalmente, las impedancias se especificaran siempre en % de los KVA base a 55 C
del devanado de mayor capacidad.
La tolerancia de la impedancia es + 7.5% para transformadores de dos devanados y de +
10% para transformadores de tres o mas devanados (el devanado terciario en delta
tambin se cuenta).
a) Transformador principal.
La potencia de las grandes unidades usualmente se indica en la base al enfriamiento
FOA, (son de dos devanados, con neutro conectado a tierra en el lado de alta tensin la
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impedancia mnima a estas tensiones varan entre 10 y 16% en base al valor nominal
con enfriamiento FOA. Algunas veces se especifica una impedancia menor para mejorar
la estabilidad del sistema.
b) Transformador de Arranque.
La impedancia del transformador de arranque es la ms difcil de determinar porque
debe satisfacer los valores nominales interruptivos del conjunto de interruptores durante
la mxima generacin del sistema, y la cada de tensin durante el arranque del motor
mayor con la mnima generacin. Ambas condiciones deben ser analizadas para
determinar si la impedancia es satisfactoria. Para clculos de Corto Circuito, la
impedancia se disminuira un porcentaje igual al factor de tolerancia.
Para clculos de cada de tensin la impedancia se incrementara en un porcentaje igual
al factor de tolerancia.
c) Transformador Auxiliar.
El nivel bsico de impulso (BIL) de este transformador en alta tensin para 15 KV es 95
KV y para 20 KV es 150 KV y la impedancia normal para dos devanados varia de 5 a
8%. A menudo se utiliza un transformador de tres devanados. En transformadores de
este tipo existe menor probabilidad de encontrar desbalance o entre los dos devanados
secundarios de baja tensin para los BIL indicados anteriormente.
d) Transformadores de Subestaciones Unitarias.
Estos transformadores tienen impedancias normalizadas de fabricacin de 5% desde 225
hasta 500 KVA, y de 5.75% de 750 a 2000 KVA. Las potencias ms utilizadas son: 750,
1000 y 1250 KVA. El de 500 KVA encuentra aplicacin en lugares remotos tales como
la subestacin de salida, rea de manejo de carbn, estructuras de toma, etc.
Para potencias nominales de 1000 KVA y mayores es necesario determinar la
impedancia de los transformadores de las subestaciones unitarias para limitar la
corriente de Corto Circuito de 30,000 A simtricos en el interruptor de reserva
Motores de Media Tensin:
a) Motores Sncronos.
Cuando se desconecte la reactancia sub transitoria, (X d), puede ser considerada igual a
15% en base a los KVA de los motores de 6 polos, y 20% para los de 8 a 14 polos.
b) Motores de Induccin.
La reactancia de Corto Circuito (reactancia sub transitoria) de los motores de media
tensin puede ser determinada cuando se conocen los siguientes datos: H.P., eficiencia,
factor de potencia y corriente de rotor bloqueado por unidad.
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Si solamente se conocen los H.P. y las r.p.m. los otros datos se pueden tomar de los
catlogos del fabricante y la reactancia sub transitoria puede estimarse considerando lo
indicado en nuestras especificaciones de equipos mecnicos.
Las ecuaciones siguientes pueden ser utilizadas para calcular la reactancia de Corto
Circuito:
(KVA) p.c. = HP x 0.746 (3.2)
Ef x FP
Considerando la tensin nominal del motor.
(KVA) r.b. = (KVA) p.c x (I rb P.U) x (V Barras )2 (3.3)
(V Motores)
Considerando cada tensin nominal de las barras.
p.c = Plena carga.
Ir.b.P.U = Corriente de rotor bloqueado por unidad.
Eff. = Eficiencia.
Puesto que el factor de potencia de la condicin de rotor bloqueado es muy pequeo
(0.15 a 0.33) para fines prcticos la impedancia de rotor bloqueado puede considerarse
como reactancia pura.
En base a 100,000 KVA la reactancia sub transitoria de un motor es igual a:
X P.U. = _100.000_ Considerando cada tensin (3.4)
KVA rb de barras como base.
Cuando solamente se conoce la corriente de rotor bloqueado.
En por unidad Considerando la tensin y (3.5)
X P.U. = __1.0__ los kVA del motor como base.
1 rb P.U.
Motores de baja Tensin:
Los motores de baja tensin alimentados desde las subestaciones unitarias pueden
considerarse como un motor de induccin equivalente cuyos H.P equivalen a los KVA
del transformador, con una reactancia sub transitoria de 25% que no incluye a los
motores de induccin menores de 50 H.P. pero requiere que se considere una reactancia
sub transitoria de 15.4% (0.154 p.u), para el resto de los motores.
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Generadores Diesel:
La contribucin al Corto Circuito de los grupos motor diesel generador no se incluir en
los clculos, puesto que no se sincronizan ni conectan en paralelo con la fuente normal
de suministro.
Preparacin de diagrama Unifilar.
En la preparacin del diagrama unifilar deber mostrarse lo siguiente:
a) MVA de C.C o reactancia equivalente del sistema exterior.
b) X d y MVA, del generador principal.
c) H.P de todos los motores (en funcionamiento o en prueba) y sus reactancias.
d) Las reactancias, KVA nominales y relaciones de transformacin de todos los
transformadores.
e) Reactancias y KVA nominales de los reactores.
f) No se tomaran en cuenta las reactancias de los cables, de las barras y de los
transformadores de instrumentos.
NOTA:
Aun cuando las reactancias de los cables son generalmente despreciables en los sistemas
auxiliares de potencia, la resistencia de los cables puede reducir significativamente la
relacin X/R ser tomada en cuenta en los clculos finales.
Localizacin de los Puntos de Falla
Si el punto de falla mayor no puede determinarse lgicamente, entonces para cada juego
de barras, deben calcularse las corrientes de Corto Circuito. La falla en cada juego de
barras es la que ocurre en el alimentador menor, o en el interruptor de reserva si se
incluye.
Es claro que cuando los juegos de barras son de naturaleza similar, el clculo no se
repetir para cada juego de barras.
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3.4 REACTANCIAS EQUIVALENTES.
Todas las fuentes de Corto Circuito se convertirn en reactancias por unidad,
considerando 100 MVA base, tensin nominal de operacin y usando las siguientes
formulas:
a) Sistema Anterior.
X P.U = _100 MVA _ 100 MVA_ (3.6)
MVA cc* Capacidad interruptiva nominal del
Interruptor de alta tensin. **
b) Generador.
X P.U = _100 MVA _(X d) _ (3.7)
MVA nominales 100
c) Transformadores Reactores.
Z = _Z%_ 100 MVA_ kV nominales) 2 F.T. (3.8)
P.U 100 MVA nom. (kV operacin )
En donde: F.T.= 0.925 Para transformadores de dos devanados y para reactores.
F.T = 0.9 Para transformadores de 3 o mas devanados.
Los valores de F.T indicados se aplican a valores de Z% supuestos o especificados.
Cuando Z% es un valor de prueba: F.T = 1.0.
Hoja de datos de los Motores.
Es recomendable preparar una hoja con los datos de los motores, similar a la incluida en
el apndice, para evitar confusiones al seleccionar la reactancia de los motores durante
el proceso de clculo.
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Los siguientes valores deben ser tabulados en la hoja de datos.
a) H.P nominales.
b) Velocidad sncrona en r.p.m.
c) Eficiencia a plena carga.
Si desconocen los datos anteriores, en los catlogos de los fabricantes pueden
encontrarse valores tpicos.
NOTAS PARA HOJAS 13/75.
*Valor mximo al final de la vida til de la C.T
**Al considerar este valor no debe incluirse la contribucin de otros
turbogeneradores de la C.T
d) Factor de potencia a plena carga
Si se desconoce puede tomarse de los catlogos del fabricante.
e) KVA de plena carga. (para clculo de la impedancia por unidad de motor).
(KVA) pc = (HP x 0.746_) x (V barras )2 (3.9)
X F de p V motor
Considerando cada tensin de barras como base.
f) Corriente rotor bloqueado.
La corriente de rotor bloqueado por unidad se expresa como un mltiplo de la corriente
de plena carga.