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

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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

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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

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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.

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Relé

Contactos del reléBanco de baterias

Bobina

de

disparo

InterruptorTC

Carga

Funciones de los sistemas de protección

• Circuito elemental

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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.

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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

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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

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Preguntas, comentarios?