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8/18/2019 Tema_1_Introduccion a Las Protecciones

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INTRODUCCION A LAS

PROTECCIONES

Ing. Juvenal Manzaneda

Cochabamba - Bolivia

Tema 1


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GENERALIDADES

LA INDUSTRIA ELECTRICA

INDICE

PROTECCION DE SISTEMAS ELECTRICOS

FALLAS ELECTRICAS

CONSECUENCIAS DE LAS FALLAS

ESTRUCTURA DE UN SISTEMA DE PROTECCION

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1.- GENERALIDADES

CONSUMO DE ELECTRICIDAD = GRADO DE DESARROLLO

La ENERGÍA ELÉCTRICA, es un elemento clave dentro de la sociedad y uno de losprincipales motores que mueve la económica y bienestar. Registra un crecimientosostenido, en los últimos tiempos.

Surge la necesidad de desarrollar e implementar tecnologías y sistemas de vida ytrabajo que ahorren energía, a objeto de alcanzar un auténtico desarrollo sostenible.

La electricidad tiene muchos beneficios, pero también muchos riesgos asociados, tantoque puede acabar en pocos minutos con todos los bienes, sin mencionar el peligroinminente que las personas.

El problema de la Protección de los Sistemas Eléctricos, ha venido adquiriendo cada vezmayor importancia ante el crecimiento acelerado de las redes eléctricas y la exigenciade un suministro de energía a los consumidores finales, con una calidad de serviciocada vez mayor.

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1.- GENERALIDADES

BALANCE ENERGETICO

Petroleo36%

GasNatural

24%Hidroenergia2%

Carbonmineral

17%

Energiarenovable

15%

EnergiaNuclear

6%

Unión Europea (UE)

Petroleo43%

Gas Natural26 %

Biomasa15%

Hidro energia9 %

Carbonmineral

5%

Renovable 0,6%

Nuclear 1,0%

Geotermica 0,4%

Otros2%

América LatinaEl Caribe

Existe una dependencia de los combustibles fósiles (causantes de la emisión de

gases de efecto invernadero). Existe un gran potencial e interés en las energíasrenovables, pero aún queda mucho por aplicar.

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1.- GENERALIDADES

BALANCE ENERGETICO - BOLIVIA

Gas Natural80%

Petroleo,condensado y

gasolinanatural14%

Biomasa5% Hidroenergia

1%

FUENTE PRIMARIA Kbep

Gas natural 111.891,97

Petroleo condensadoy gasolina natural

18.875,43

Biomasa 6.925,20Hidroenergia 1.604,50

TOTAL 139.297,10Kbep = Miles de barriles equivalentes de petroleo

EXPORTACION 2012Energía primaria 89.885,53 Kbep

Gas natural 87.361,23 KbepCrudo reconstituido 2.524,30 Kbep

IMPORTACION 2012Energía secundaria 7.303,09 Kbep

Diesel Oil 5.625,64 KbepOtros derivados 1.677,45 KBEP

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1.- GENERALIDADES

CONSUMO DE ENERGIA - BOLIVIA

Transporte41 %

Industria27 %

Residencial18 %

Agrop. Pes.Min

11 %

Comercial3 % SECTOR Kbep

Transporte 16.293,03

Industria 10.472,17

Residencial 7.090,02 Agropecuaria, Pesca , Minería 4.449,18

Comercial 1.206,97

TOTAL 39.511,37Kbep = Miles de barriles equivalentes de petróleo

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1.- GENERALIDADES

CONSUMO POR FUENTES DE ENERGIA - BOLIVIA

SECTOR Kbep

Diesel Oil 9.743,8

Gas Natural 8.806,5

Gasolina Especial 6.619,1

Biomasa 6.185,6

Electricidad 4.097,9

GLP 3.035,2

Jet Oil 921,5

Kerosene 45,3Gasolina de Aviación 37,1

Gasolina Premium 19,4

TOTAL 39.511,4Kbep = Miles de barriles equivalentes de petróleo

Diesel Oil25 %

Gas Natural22 %

GasolinaEspecial

17 %

Biomasa16 %

Electricidad10 %

GLP7,4 %

Jet Oil2.3 %

Kerosene0.13 %

Gasolina de Aviacion0.10 %

Gasolina Premium0.07 %

Otros0.3 %

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1.- GENERALIDADES

CONSUMO DE ELECTRICIDAD - BOLIVIA

SECTOR Kbep MWh

Residencial 1.516,3 1.790.025,8Industria 1.109,1 2.447.288,6

Comercial 920,8 1.486.055,5

Otro 551,7 890.380,9

TOTAL 4.097,9 6.613.750,8Kbep = Miles de barriles equivalentes de petróleo1 GWh = 0,6196 Kbep

Industria27 %

Residencial37 %

Comercial22 %

Otro

14 %

Entre las diferentes FUENTES de energía, la electricidad representa un 10% (4,097.9Kbep). De acuerdo al balance energético, se tiene la siguiente demanda registrada en laGestión 2013, distribuida por sectores.

Sistema interconectado nacional (SIN) = 94%

Sistemas Aislados = 6%

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1.- GENERALIDADES

CONSUMO DE ELECTRICIDAD – SIN - 2013

CATEGORIA CONSUM. MWh

Residencial 1.642.727 2.350.761,5

General 188.331 1.146.025,7

Industrial 14.326 1.628.728,5

Minería 74 134.212,5 Alum. Público 1.014 285.123,0

Otros 3.436 189.473,9

Residencial 1.642.727 2.350.761,5

TOTAL 1.849.908 5.734.325,0Kbep = Miles de barriles equivalentes de petróleo1 GWh = 0,6196 Kbep

Residencial41 %

General20 %

Industrial28 %

Mineria2.5 %

A. Publico5 %

Otros3.5 %

Hidroeléctrica = 7.311,1 GWh 33,22%

Termoeléctrica = 14.692,8 GWh 66,76%

Eólica = 4,9 GWh 0,02%

GENERACION02/abril/2014

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2.- LA INDUSTRIA ELECTRICA

TRANSMISIÓNGENERACIÓNHIDROELÉCTRICA

GENERACIÓNTERMOELÉCTRICA

OFERTA (opciones)

GRANDESCONSUMIDORES

(Libres)

DISTRIBUCIÓN

(ConsumidoresRegulados)

DEMANDA (categorías)

AGENTES DEL MERCADO

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Clientes BTClientes MT

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2.- LA INDUSTRIA ELECTRICA

Clientes AT

AT

COMPRADE

ENERGIA

MT BT

Las operaciones de compra y venta de energía eléctrica, se realizan en elMercado Eléctrico Mayorista (MEM), administrado por el Comité Nacionalde Despacho de Carga (CNDC), que es la resposable de: Planificar la operación integrada del SIN Realizar el despacho de carga en tiempo real y a costo mínimo Determinar las transacciones económicas, entres Agentes

DISTRIBUCION

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3.- PROTECCION DE SISTEMAS

ELECTRICOS

Objetivos generales

PROTEGER de manera efectiva a las personas y los equipos REDUCIR la influencia de las fallas sobre las líneas y demás instalaciones CUBRIR de manera permanente el Sistema de Potencia (tiempo de vigilancia 100%) DETECTAR condiciones de falla, monitoreando continuamente las variables del

sistema de potencia (I, V, P, f, Z)

Sistema de PotenciaI, V, P, f, Z

INTERRUPTOR

AISLAMIENTO de la secciónfallada

RELEVADOR

Transformadoresde corriente (CT’s)

Transformadoresde potencial (PT’s)

Función principal - Causar la pronta remoción delservicio, cuando algún elemento del sistema sufre uncortocircuito o cuando opera de manera anormal.

Función secundaria - Proveer indicación del tipo defalla y su localización.

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3.- PROTECCION DE SISTEMAS

ELECTRICOS

Funciones de un sistema de protección

Aislar las fallas permanentes Minimizar el número de salidas y de fallas permanentes Minimizar el tiempo de localización de las fallas Prevenir daños en equipos Minimizar la probabilidad de rotura de conductores Minimizar las probabilidades de falla disruptiva Minimizar los riesgos

Tiempo total de despeje:


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4.- FALLAS ELECTRICAS

El análisis de fallas de los Sistemas Eléctricos de Potencia, se enmarcan en un

problema mas amplio denominado CALCULO DE CONDICIONES ANORMALES

Perturbaciones

Sobrecargas moderadasCargas asimétricasOscilaciones pequeñas

No tienen efectos graves, si seproducen en periodos cortos

Operacionesanormales

Errores de operación Errores en ajuste de

protecciones

Puede provocar interrupcionesde servicio

Fallas

Fases abiertas Cortocircuitos (monofásico,

bifásico, trifásico)

Grave – Rápida necesidad dedesconexión

Fase abiertas ≈ Calentamiento Cortocircuitos ≈ Corrienteselevadas, esfuerzos mecánicos

Motivos para su estudio – DIMENSIONAMIENTO(Interruptores – Reconectadores – Fusibles – Ajuste

de relés de protección – equipos en general)

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4.- FALLAS ELECTRICAS

FRECUENCIA DE FALLA Monofásicos: 85% Bifásico entre dos fases: 8% Bifásicos a tierra: 5 %

Trifásicos (entres 3 fases): 2%TIPOS DE FALLA Simétricas: Trifásica Asimétricas: Monofásicas y Trifásicas

CAUSA DE CORTOCIRCUITOS

Porcentaje(%)

Razon/Motivo Ejemplo

70 - 80 Atmosfericas ymedio ambiente

Rayos - tempestades – neblina, hielo, nieve, salinidad,deslizamientos, etc

7 - 15 Mecanicas Rotura de conductores, aisladores, golpes, caidas

8 – 10 Electricas Aislantes y aisladores envejecidos

INVERSION vs SEGURIDAD DE SERVICIO

SITIO DE LA FALLA Líneas de transmisión: 50% Cables: 10% Equipo de interrupción: 15 %

Transformadores: 12% Trasnsf. de med/protec 2% Equipo de control: 3% Otros 8%

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5.- CONSECUENCIAS DE LAS

FALLAS

Calentamiento excesivo (debido a las corrientes de cortocircuito y fusión de elementos) Destrucción de disyuntores Destrucción de devanados (ocasionado por fuerzas mecánicas elevadas) Caídas de tensión elevadas Perturbaciones (en los circuitos de telecomunicaciones y otras redes eléctricas).

TRANSITORIOS: Impulsivos – Oscilatorios

INTERRUPCIONES: Instantánea – Momentánea – Temporal – Sostenida BAJADA DE TENSION (Corta duración) - SUBTENSION (Larga duración)

AUMENTO DE TENSION - SOBRETENSION

DISTORSION DE LA FORMA DE ONDA: Armónicos - Corte intermitente - Ruido

FLUCTUACION DE TENSION: Cambios aleatorios de tensión (95 a 105 % Vnom)

VARIACIONES DE FRECUENCIA: Poco comun en sistemas estables (interconectados)

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6.- ESTRUCTURA DE UN SISTEMA

DE PROTECCION

PROTECCION PRINCIPAL (o primaria)Tiene la responsabilidad de despejar la falla en primera instancia y están definidas paradesconectar el mínimo número de elementos necesarios para aislar la falla. El sistema

eléctrico se divide en ZONAS de protección.

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DE PROTECCION

PROTECCION DE RESPALDOSe emplea solo para protección de cortocircuito y tienen la responsabilidad de despejar lafalla, en segunda instancia, vale decir que deben operar en el caso de falla de las

protecciones primarias. Se trata de sistema duplicado.

En ambos casos, la protección principal y la de respaldo detectan la falla simultáneamente,pero la operación de la protección de respaldo es retardada para asegurar que la protecciónprincipal despeje la falla, en primera instancia (si es posible)

INFORMACION NECESARIA

Configuración del sistema eléctrico

Sistema de protección existente y sus dificultades

Procedimientos y prácticas de operación existentes y expansiones futuras

Grado de protección requerido

Estudio de fallas

Carga máxima, relaciones de los transformadores de corrientes

Localización, conexiones y relaciones de los transformadores de potencial

Impedancia de las líneas, transformadores, reactores, capacitores y demás equipos

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DE PROTECCION

NORMAS OPERATIVAS (NO) N.O. N° 04 – Operación en Tiempo Real

N.O. N° 05 – Programación y coordinación de mantenimientos

N.O. N° 06 – Restitución del Sistema

N.O. N° 17 – Protecciones – Criterios de coordinación

N.O. N° 20 – Habilitación de Agentes para operar en MEM

N.O. N

°

23 – Temperatura máxima estimada N.O. N° 29 – Declaración Semestral de Agentes

Objetivo

Base legal (Ley N°1604 de electricidad y sus reglamentos)

Condiciones generales

Filosofía de protección

Coordinación y seguimiento de las protecciones

Vigencia (luego de su aprobación de la AE)

Modificaciones (propuesta por el CNDC y aprobada por la AE

ANEXO 1 – Criterios generales de coordinación

ANEXO 2 – Formularios de ajuste de protecciones (13 formularios)

N.O. N° 17

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GRACIAS

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