tesis phisvia a la obtenciÓn del titulo de ingeniero en...
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TESIS PHISVIA A La OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO EN
ESPECIALIZACION DE ELECTROTECNIA DE La ESCUELA POLITECHI-
PROTECCION DE La CENTRAL
SAN HIGÍÍELITO
PROYECTO PIS1YAMBO o
* f^f-j ai * y f 1
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CAPITULO
Características generales 1
Características del sistema 1
Característica© de la turbina 1
Características del generador 2
Disposición de las centrales 2
Capacidad do almacenamiento 1$.
Desvio del rio Quillopacha 5
Desvío del rio Talatag 5
Sistema principal del conducción 6
Mercado Eléctrico 7
Principales Zonas del Mercado 8
Características de la Central San Miguelito 10
Constantes de las máquinas generadoras 12
Lámina á-2 15
Diagrama Genral # 1 16
CAPITULO SEGUNDO.-
Estudio de las corrientes de corto-circuito 17
Cálculo de las irapedancias de las líneas 17
Disposición de los conductores 18
Cálculo de la reactancia Capacitiva Shunt 20
Selección de las magnitudes utilizadas como base 22
Esquema eléctrico general del Prometo con valores
por unidad 23
Consideraciones generales en el estudio de las corrientes
de falla 25
Diagrama de secuencia positiva 26
Diagrama de secuencia negativa 27
Diagrama de secuencia cero 27
Cálculo de las corrientes de falla en el punto # 1 para
diferentes condiciones 28-50
Cálculo de las corrientes de falla en el punto # 2
para diferentes condiciones 50- 62
CAPITULO OS5RCERP
Estudio general de la conexiona del neutro del generador
a tierra 63
Métodos de conexión a tierra 6k
Conexión del neutro del generador a tierra por medio de
una reactancia 6
Figura 3-C 6?
Conexión del neutro del generador a tierra por medio de
una resistencia 68
Conexión del neutro del generador a tierra por medio de
un transformador de distribución 70
Figura 3-D 72
Conexión del neutro del generador a tierra por medio de
un transformador de potencial 73
Conexión del neutro del generador a tierra "Central
San Miguelito8! 75
Protección de las unidades generadoras 83
Fallas externas»™ Protección contra sobrecargas* 8¿f
Protección contra desbalance de fases 87
Figura 4-2 89
Figura ¿r3 90Protección contra sobretensiones de servicio 91
Figura 4-4 93
Protección contra sobretensiones atmosféricas 94
Figura ¿(.-5 97Fallas internas*- Protección contra corto-circuitos entre
fases 98
Figura 4~7 102
Protección diferencial del transformador 103
Figura 4-8 106Protección contra fallas entre espiras 10?
Figura 4-9 10?
Figura 4-10 108
Figura A 109
Protección de campo 110
Figuras 4-12-a ; 4-12-b 111
Figura 4-12~e 112
Figura 4-12-á 113Protección contra fugas a tierra del estator 115
Figura 4~13 118Protección contra fallas en ©1 rotor 119
Figura 4™14 120
Figura 4-15 121Beguladores automáticos de tensión 122
Regulador automático de tensión d© acción indirecta 123
Kegulador de velocidad y frecuencia 125
Figura 4-17 127Protección contra esceso de velocidad 128
Protección contra incendios 129
Selección y coordinación del equipo de protección 130Heles tiíao inducción 130
Figura 5-1 131Figura 5-2 132
Helé de impedancia y figura 5~3 133-134
Figura 5~4 135Helé direccional y figura 5ra6 136
Helé de corriente directa y figura 5-7 137-138Coordinación de los rells de protección 139-147Diagrama de protección de la Central San Miguelito 148
GOOOQOOQOQOQOQOOoooooooooooooooooooo
A.I.- CAI^Cü'íKIS'j'ICAb 2>JL 3IST13M/U- El Proyecto Pisayaebo está rabí
cáelo cu 3.a Cordillera Oriental cíe los Ancles Ecuatorianos a unos 120
Kn» el sur uc la Capital Ecuatoriana y será desarrollado cutre los
2.2>00 á 3^600 actros cíe altura sobro el nivel ucl nar; coi-i^rcncle la
construcción cíe 2 céntralos tic £cricraci5n: 5^ niciuELlTO Y PUCAM,
con unr. "ootOiicia cío 9^ y 50 ¡-1/ refjpoctivanent©. So ha previsto que
Ir Central Bcii i;i¿;uolito entro en operación on el año Kv?2 y la -
Central Pucará en 1.975; & continuación se suuarizs las c.::.racteri_a
ticas roucralos cío las Centrales.
Enero 1,972 jgnc.-ro 1 .\0 CT 2-25 i-¿'.¿
1 o - Tipo« 'Peí. ton Peí toa
2. - Po tone ia ( H • P • ) ¿i-1 * 500 35
3»- Ca-ídr ( rae tros ) 720
4«- Vc-locidad (H.P.H.) 720
5o- Hcndinionto a plena carga o9>5
ir* 1O
lo— ¿•'o fceiicin c*c oleteas 33*M V" ik« 26?3 ¿
2.- Factor ¿"o potencia? 0?9 0?9^
3.- Voltaje i ' 13,8 Kv. 133 8 ICí
¿i-.- Eficiencia a plena carga: 95
S•- SUBESTACIONESe-
K- Transformadores principales 13,8lív/13SKv. 13,uKv/138Kv.
2.- Potencia 33,3 H V A 2693 i'I V A
3.- Autotransfornaelores 13oKv/69Kv
¿i,- Potencie. 25 K" V A »
Í)1BH}BICIÜI-! P]¡' LAS GílíTíiALES.- Las dincnflioncs ¿¿añórales de Ir.s uro.
dados do generación serán siiiiilaroK en las dos céntralos. Se provc£
rán tros uivelosg Piso cíe las válvulas de soguridacls piso de les tur
bines y sala ¿o generodores.
El equino JSlúctrico priiicipe.! que incluyo los ctVblos
del nonorc.dor, el eaüip-o de control y sus cables respectivos so ubi-
cará on el lado a(,:uas arriba do la Central. SI equipo mecánico y tu
bcríes se ubicarán en el lado opuesto.
TURBINAS*- íSernn do impulso vertical pcruitiendo de esta hianora una
disposición compacta do las Centrales. Cada turbina tcnurá un rodó-
te único accionado por cuatro chorros, además irá equipada con sus
respectivos reflectores de chorros que operarán en cambios bruscos
de la carga eléctrica para reducir oí golpe de ariete y serán coman
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•JII2GUITQ DK 69 Kv.- :.ste circuito naco en San Hifíueiito y se dirijo -
hacia las subestaciones de Aubato y Eiobaniba con mía longitud apróxi
mada do ?0 Km. tiene un diámetro do ¿¡.77-000 circuiré mils, una confi
Curación triangular y una linea aerea de tierra para protección con-
tra rayos.-
El Proyecto lisayambo aprovecharé la íoruación natu
ral de la laguna de su noiabre y adcüíAs las aguas cié los ríos: qui-
Ilop2?cha, A^ualoiifío y 'falatsg. ( Ver lamina A. U )
CAPACIDAD BB ALKAC33HAHIIÍÍT20.- SI reservorio Pisaya^bo que se inüica
en el ;?ne:rso A - 2 proveerá un ali-iaconmiiento útil de 110 Billones
Te :.ir-tros cúbicos entre le.o cotas 3537 y 3567- lista capacidad ha si
do seleccionada per medio cío un análisis eeonó'nico, en br.se al incr£
ncnto do costos cíe presas de varias alturas comparado con los valor
res de energía adicionales- La capacidad cíe almacenamiento será i -
£ual el ¿i-O/'i cíe los 268 millones cíe metros cúbicos yronodios Camales
uoí ccuocl o controlarse.-
I^r;JVlO XM jílü QUILLOPACHA»- Durante la primera etapa se desviarán-
del aguas del rio Quillopacha con dirección al l-üesorvorio cíe Pisa -
yambo (Ver lanina A-2)« La capacidad uc3. desvío será cíe 5 rae tros cu
ble os por segundo. Hay que anotar que existe una pequeña dificultad
debido a la gradiente del rio, que es capaz de trasnportar materia-
les do arrastre y la Laguna que se formará con la presa., pronto so
verá llena cíe este material3 por lo cual se lia previsto de une, es-
clusa» Esta esclusa se ubicará en la cota más baja del túnel y eii
minará los materiales de arrastre del rio; una compuerta de opera-
ción manual podría operar la esclusa.-
321 túnel del desvío tendrá un diámetro interno de
156 metros y una longitud de 1.200 metros, este canal descargará
oí agua hacia el reservorio do Pisayambo*-
D&SVIO DEL RIO TALATAG.- El caudal del rio l'alatag, será desviado
al reservorio de Pisayamfoo en la primera etapa, siendo necesario-
como en el caso anterior proveer de una esclusa para eliminar el -
material cíe arrastre del rio«-
Bl túnel de desvio tendrá un diámetro cíe 196 me -
tros y una longitud aproximada cíe 1»300 nietros.
ÉES328VORIO*- El reservorio Pisayambo ©strá ubicado en el Lago Pi~
sayanbo (Ver lámina á-2)« Los niveles cíe operación estarán entre los
3537 y 3567 metros sobre el nivel del mar« La máxima elevación que -
alcanzará el reservorio durante un período de creciente será de 3569
me tros. -
SIS'fEMi PRINCIPAL BE CONDUCCIÓN.- Un sistema principal de conducción
llevará el agua para la utilización en las centrales así coao a los
puntos principales para el riego. Esto sistema incluye el desvio del
Pucará, túnel pucará, reservorio de regulación, túnel Chaapi, tubería
de presión, canales y sifones. (Ver láuina H-l).
El caudal regulado del Proyecto se obtendrá por desvio
¿oí rio Yanayacu con entregas adicionales del reservorio Pisayambo.
La capacidad de conducción del túnel pucará será de 16 metros cúbi-
cos pos segundo, cuando el reservorio este en la cota nínina o sea
3537 niotros, permitiendo de esta manera que la central funciones -
con un factor de planta anual cercano al 50;¿ previsto para el fac-
tor de carga del sistema. -
La capacidad del conducto CEAUPI será co 13 netros -
cúbicos por segundo cantidad suficiente para abastecer la clerianda -
náxina cíe riego, así cono también la cíoaanda reculada de la Central
fían r-l
Las demandas de riego para las 2onas de pillare, y Cu
cliibanba ñas los requeriuicntos para el área cíe fíale cao var:L?.n entre
los 1 á 4 metros cúbicos por segundo, asi pues se lia provisto un cr.u
dal de reculación náxino para San I^i^uelito de 8 uetros cúbicos por
-senundo.-
tu
AOTCiJIOíT CHAUPI - SAÍT ¡4IGUKLITQ.- La aducción Chaupi - San Miguel!to
conprende canales, sifones, reservarlo de regulación >1\9 tu-
bería cíe acero para la central, tendrá una longitud cíe 5» 100 laotros»
(Ver láuina A-1)*
OTITT iAL ±H CALAj-j- SI desarrollo do Puccrá consistirá c-n una prosa de
desvío del -l±o Yanayacu, un túnel de desvio que descarga en el 1-íeser
vorio tío regulación de la Central Hidroeléctrica y l'a subestación» J--1
desvio del rio Yanayacu estará ubicado a^uas arriba de la Central y-
será conducido hasta el resorvorio por gravedad,
31 túnel do desvio tendrá 2 netroc c¿e diáiaotro y i¡-80-
uotros de longitud y tendrá revestiniento de concreto,(Ver lámina-
ADüOOIOIT PUCIHá - 3HAUPI»- La aducción do agua Pucará - Ghaupi será
discññda para 1.3 siotros cúbicos por secundo» ¡31 túnol pucará - ohau
pi tonará una sección circular con un diámetro de 2S2 actros y rcvojg
tido do concreto, la estructura do salida del túnel tendrá tros vál-
vulas cónico - huecas de 76 cni de diario tro, estas válvulas permiti-
rán regular un caudal de 17«7° metros cúbicos por segundo, y como -
el diseño del conducto es de 13 uetros cubicos por segundo las vál-
vulas ooorarlsn a- uii'?5fá cíe su capacidad.-
SECADO KDSCOSICO.- 131 Proyecto Pisayasibo prcveorá energía elGctri
ca a las Provincias de: Pichincha, Cotopaxi, Tun^urcOiua, y Chimbo-
raso os decir abastecerá tanto a Quito Caoital del licurdor como -
a las Capitales Provinciales, Latacunga, áiübato, i-iobaraba,
?.clci:;ás este servicio se ex tona ora a las pequeñas oobl£\ iones do es-
tas provincias COÍHO taí-ibien a sus áreas rurales.
Cerca de 1400s000 habitantes de las cuatro provincias
so beneficiarán con el Proyecto que con relación a la población to -
tal clel País representan el 2&/¿ GG decir ::iás o uenos una cuarta par
te ó.o la ooblacióüo-
-Vi7EA i\í íJUITC.- La Enpresa Eléctrica Quito S.á« abastece do eneróla
ol6c trica a Ir. ciudad capital asi COMO también a sus áreas adyacen-
Ln_. o o
Actualmente on la Ciudad ue ?¿uito existen vp.rir.¡j -
industrias siendo las principales: la de tejidos le.s cup.los se en-
cuentran instaladas en diferentes lujaros do la ciudad, se debe t£
nar en cuenta también que el crecimiento de la deraanda por parte do
la población es cada vez nayor, por lo cual la Smprcsa eléctrica -
Quito se encuentra estudiando actualmente proyectos i-iidroelóc tri-
eos pera el abastecicíuicnto de la Sona.
polvo contribuyan a incrementar su iuportancis1..
Se ha estiuado cuo la capacidad corabinacla de instala
ciónos generadoras privadas industríeles es de 1.2p^ Kw5 teniendo -
ore ?„ en te que con la terninaciSn do la planta uiároel&ctrica Iluchi-
XI seguida de la interconccción con la linea de transaisión Pisayajii
A"' TJ'i U:;1 AI-BAíO*- La '¿apresa IDlec trica Aníbato opera el sistema elóc-
trico cíe la Provincia de írungurahua, el cual se encuentra sobrecar
^aclOj pues actualmente les condiciones cíe voltaje son intolerables
en especial entre las 5 y 10 de la noche; se ha es tinaco quo existe
vina restricción de 600 Kw durante j.os uesos cío Dicio.;ibre-Bnero-Fe -
brero, pues existo un déficit energético en..las plantas hidroeléc-
tricas a causa de la sequía» La 2ona de Ambato cuenta con fábricas
de hilados? tejidos, calzado, curtiembres y otras variedades de la
industria liviana.-
A poca distancia do Aubato se encuentran las £onas -
azúcar como también la industrialisacion de productos forestales y
maderas laminadas en las Zonas Orientales abriránnuevas prospecti-
vas al Proyecto pisayaubo.-
AH1SA Diü HXOBAKBá.- líiobanba capital de la Provincia de Chiiuborazo,
tiene instaladas varias fábricas textiles y cerámicas y suponemos
que un abastecimiento adecuado de electricidad ayudarla a la ox -
pansión de las fábricas existentes.-
La fabrica de Cemento Chinbcjraso tiene una capacidad'
de 3*000 sacos diarios lo cual no es suficiente para abastecer la
deuanda de las cuatro provincias, por consiguiente es obvio que -
con un abastecimiento adecuado de electricidad se incremente la -
pro ducc ion de c euento *
Actualmente so ha terminado yr. la construcción do la
planta Hidroeléctrica cíe Alao con 5 O ¿W con lo cusí so ha estimado
que F.G teíaára /suficiente energía para su inmediato desarrollo0-
HEOTlíOTGS TOTALES DJ&, MEá PXSA1AKBCU- Loo requisitos cíe demanda y
energía actuales y estildados se encuentran tabulados en el cuadro -
E-1 y lian sido calculados en las barras de transmisión, distribución
y trensfornación.-
La Central San Ki^uolito tendrá QU reservorio dio re-
CulacIon que servirá para controlar el caudal diario de la Central;
cío eota naner-o se logrará rotular en foriaa adicional las a^uas del
sistena. 1 reservarlo ac la Oentral San ¡-Ii¿¿uelito se lia :r. el Ho-
sr.rio, tendrá una capacidad de I'6ü0,000 raetros cúbicos que lo per
Liitira abastecer a la central durante 50 iioras generando a plena -
capacidad.» El reeervorio El Cosario estE ubicado en un receso top£
¿Tafico natural oí cual será aprovechado por medio de un uique, su
operación estará entre las cotas 299*;- y 2906*
V'l diseiio de las obras hidráulicas y sus partes auzi
llares han tomado en cuenta el caso de que ocurra un rebalse con. el
reservorlo pudiendo suceder esta cuando coincidan los siguientes he
choa:
a)*- Desconección de la Central San Miguclito,
b)e- Falla en el cierre de las tres válvulas del túnel E'l Chaupi 9
cuando están operando con 17 metros cúbicos por secundoa
c).- Que no se tone agua para oí riegoe
Bajo estas tres condiciones el agua subirá de 2«99¿f a 299¿!-$60
metros en tres hora.3 apr5:d_i;iacla:;ientee
Una tubería do acero ¿o 190 ¿aetros cíe úiáiictro se ex
tenderá desdo la toma, recorrerá una longitud de 3-^00 no tros, atra-
v6c- uol terreno con un declive del a $ hasta el tope del barranco do
l^sta tubería proveerá uu caudal do. 10j^ neta?os cúbi
eos *:Dor SGfj'un.o.o a a J.S.B mi3.cicict.ss iLiifí'caiav'.cis on la prxiiiCi'1??. o "ca^a.» —
Para llegar a determinar las constantes tilicas cíe las
uáqulnac generadoras analizáronos primer cuente los valoreo por uni-
dad rc'couencaclos por /j53ÍV5JíTSÜN para náouinas si.uilaros trifásicas -
sincrónicas»-
Xd.
1.20
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íbJÜL™.012-017
2ií!£L_013033
0,¿0_,
02GG5C
Xs
X"d
Oo^0_
013032
0. jifi, w
oj5ü¿;
Xo*
Oe03
001-008
o^8__)0 15-01 4
003023
0.19C030,"4
^, .X o varia con el paso de las bobinas en el deTanado de armadura por
lo cual un valor promedio dificilmente puede ser escogido9 la varia-
ción es de 0.1 á 0.7 de X"d.
Las cantidades que están en el numerador son valores -
promedios y las que se encuentran en el denominador representan valo
res linites.-
Unidades de alta velocidad tienden a tener una reac
tancia sincrónica baja y unidades de baja velocidad una reactancia
sincrónica alta.
El aenual del Ingeniero Eléctrico por ICHOWI/fQH re-
coroioncla las siguientes constantessMotores y generadores sincróni
eos ouo tengan un número de poloa comprendidos entre 6 y 16,
(Valor en p.u, }.-»
= 0
x q = Q*bj>
x'cl = O «32
x"d =
x"q =
'M erorcsa la pendioate do la corriente transitoria del estator-
ante un súbito cortocircuito trifásico»
T" ci expresa la pendiente de la corriente subtransitoria del esta
tor bajo las mismas condiciones.
En general las constantes rccoaondadas por el na-
nual KNOríLTOH concuerdan con los de SSVEHSON por lo cual houos
escocido los valores dados por el nanur.l COLIO constantes típicas
do las unidades de generación cío la Central "San £¡i£u®Iito!I.
1.15
"SAN I-riGUELITO" ( EN P. U }
x» d = 023
x» q = O o 25
X2 = 0.24
Xo = 0005 á 0.20.
La dotcrrainrc-uóii c J L ^ < osiblos corrientoci ue corto circuito, en
estaeiüuOB U e ^encr ación, iuipor tantos, adquiere una a t cae ion ospe-
cial, pues en la actualidad la protección do sistemas eléctricos
os cáela v&z uas precisa, con el afán cíe aeo^ur^r al equino tanto
co'.-O so;?, posible»
Para calcular las corrientes e,o corto circuito, ce necesario te-
ner loe valores cíe iüipoáaricia cíe las lineas por lo cual antes ció
iniciar este capítulo calcularemos la iupcaancia cíe las niauas 5
oasai'o en las formulas dadas por el libro 1V¿^!SL;XS3IQ1Í AKD DIS-
THIDÜ'TION cíe la casa \Vestinghouse.
*CALCULO DE LAS IMPEDAHCIAS BE LA& LINEAS.
A.- Linea trifásica cíe 158 Kv
1-1• Características
A* 1 * 1 • Sección del conductor 6j;b.ÜüO Circulare üiils
A » 1 * 2. Material. Cobros*\
A. 1.3- Resistencia a 50 C; 60 /s; r^ = 0.1095 oiraios/cond/inilla
o c /A.1.4* Reactancia Inductiva á 5° C? 60 s;x - 0,432 ohuios/cond/
o c a nillaA. 1-5- 1-ieact. Capacitiva á 50 €560 /s-x =00977 ohin/coru/milla
* e*
A « 1 . b « Conductividad 97,3 %
So = 2oa - -^j?™^- (V/estin^house)¿jO¡j
Dondet goa = Autoimyedancia de secuencia cero del circuito trifá-
sico»-
Eo£-r; = iLipeeipjicia mutua cíe secuencia cero entro los conductores
do fase y conductores do tierra.
¿3o £ = Auto iiapedanciárde secuencia cero de los conductores el: tic
r + je J- 2x.,c el
Parr. el conductor de cobre de 636.000 Circulars I-Iils tensaos:
x = Qe¿K52 ohra/cond/iiiilla£1
r = O» 1095 ohia/cond/nillas.
r = 0.286 ohm/cond/Hillae
% = 2*888 ohip/cond/nilla
"cíen ohsi/oond/milla (19 pies)
-DISPÜSICIOH DE J.QS GOHDÜCÍOHES,
d (entre conductores de faso) =: 6<,3 &• = 19 ^fS>f* * ' - " *^H-s
d (entre conductores de faso y conductores de tierra)=5*7 n,SCi2
c o uiv alente a 17 pies.
Soa = 0.1095 4- 0386 4- j (0.^32 4- 2,888 - 0.7H) = 0.396 + a'2059«
Eoa en magnitud = 2.62 ohn/cond/Hilla«
2oa¿: = Iiaxjedancia mutua entre conductores de fase y cond, de tierra
3oag = O.00477* + J0.01397£ los
donde De = 2»160 "60 = ^2.730 f = 100 ota/ja; f=60 /s
60 + J001397 x 60 log/ ^?4^
o 03 O H O II V,' o H-
O
H- w H- o" H-
O
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O
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o o o 05 O o
H-
ri- ru C O
O tn H C -O O t—i
fc1.
o O H-
H-
O
X'd = j ( 0,0803 + Oo 1009 * 0.0803 ) = O.OG716 Ke£aohni/cond/miila
X'a ( ver tabla 1 del ^ransLiission And Distribution) = 0.0977
: = 0.0977 + 0.08716 a 0.1848 K
-«„ ; v/£:\-'GIA GáPACITIVá SIÍÜHT D]¿ SECUENCIA C3ÍÍRO
Xóa a X*a * S'e - 2 X'd
Dóneles X'a = 0.0977 Moga o!uí/cond/;ailla
X'e = 00/¡.18 tioga ohn/conG/iailla
X*d = 00 0871 6 Mega ohia/cond/milla
X'oa = 0.0977 + Oo^l8 - 0.
Reactancia capacitiva shunt = Xf + XI ^* X'o = X'csi d
X'cs a 00l3¿;-8 + O.lSiíS + 0.3^57 = 0.71^3 Kofía olin/cond/uilla
Pare-, calcular la irapedancia equivalente de la llena ¿o transmisión
de 138 Kv reduciremos al circuito Pi.
CALCULO D33 3*oq EH SL CIRCUITO PI
Zj^OC! = ~ > J ™ ( 1 ~ ' ' 4-
1.200s' 1.200X*
Dóneles x*= reactancia capacitiva en inesa ohni/cond/ailla.
x = reactancia inductiva en ota/cond/nilla
oL = longitud de la llena en uillas x 10""*-
r = resistencia del conductor en ohm/conú/niilla
x para cond. cobre 97«3$ de conductividad y 636*000 circulara niils
X = x a * x d
x a = 0,¿}29 Transnission And Pistributioa
x d = 0.3573 Transnission And Distribution para una distancia equl
valen te entre conductores cío 19 pies.
x s O* ¿¿-29 + 0.3573 = 0.7863 ohia/cond/raille.
V*- v'a J. "'fl.¿i. — .si, el ^ .íi. »-i
x'a = 0,097 r-legaota/cond/nilla Transmission and Dintribution
r'd = ©.0o?¿^ i.o¿;aohíii/cond/Liilla üTansnission end Distribution pa-
ra una distancia equivalente entre conductores de 19 pios.
r = 0*1093 ohu/comi/idilla L = 50 km = 31 millas
x = O o 33 x 1T7200 x'
iT in1U
3'eo = 0.406 - J10.6ÍJO olim/
CALCULO W, %QQ mt EL CliáCUITO Pi
"X2 , :-L3 ^ L21 r\c\ T ( *) -£i"^™. ^ fe *? 10O^T f 1 *& ¿i—2—T-— *í,- *"*
J~ J-J 1 "?' O *!?•"vTv^y ~ i«>^ •A-^00:r
,2
2 L2 » 0*125 x 10" '
ea = 3*16 + j 23-8 ohuios
^o = 2«37 ohn/eoncL/iailla ^o = Ho37 x'31 = 33.¿^7 ota
Z1 = 2¿;- olniiios =r 2
Para llevar a cabo el estudio do las corrientes cíe falla se solee
cion6 oí sistena por unidad y el dia^ra^ia inifiiar preparado por
la HAESA ^iTíxBrl^Jí-HIHG G01-I?áHY« Cualquier cambio en la disposición
olóctrica del si & tena afectaré los resultados de lac corrientes -
de í'alia, pero en ei fondo se seguirá el ¡it:no procediciónto8
i-otoiicia baso 100 HVA
Voltaje base 138 Kv ( Laclo cíe alta tensión-Voltaje de llena)
=Qa
, . ^ Impedancia on oliniosu.;3c..ancia por uniüac =
—pu
¿i..- Inroedancia ea ohmios 2 = S5 x ESbpu
Par;" encentrar la impedancia base, entro circuitos de diferentes ba
scs do voltaje tenorios:
Coa la o relaciones anotadas anterioruento concnsare^os a. crlcular -
los diferentes valores jpara llevar a cabo el cstuuio de las corrien
tes de falla
Q53J2 = litíM = 190. ¿¡A" " ic5o " "^oo
resultados
o bu = T90" = u' -
Re-suniendo los sal culos anteriores tondreíaosg
55-pu = 00126 (línea trifásica de 138 Kv) = Z~pu
2 pu = 0./I-42 (linea trifásica de 138 Kv).
Línea I3.8kv
dG, = X'dGc
¿i. J. n
X.L = O»126 pu.
I-rota 1,- A excepción de la impcdancia do la línea que tiene como ba
SG 100 MVA y 138 Kv, los demás valores anotados en el diagrama, están
ciados en la propia base, de tal manera que será necesario reducir a.
la Acreencia y voltaje- torae.o.o couo baso*
An t í; e w. o continuar p.cí -.: lante c al c ul;r_r c:eo a al uno s valoro ,s <, .c bas<
los cur.loc nos servirán en cálculos posteriores»
2b (JO- ) nivel 1;jS Kv =
?,b (-a ) nivel = K90¿¡-¿;-
- -,"írr^ I4. v t- J_100 s 1.000
100
,pu = X«pu (base antigua)P. b a? c aii ti rúa
P Tar.sc nueva = 100 MVA
}> barre antigua = 33 I-.-VA
i-'or conciguiente tenclremos:
= 0.32
pu = 0*3*
0.97 =
= 1*216 = X
10 12233-3
.XT. tUí = XI' pu = 0.10 x - " ^¿I- - 5" Ho O 58
Con los valores calculados anteriormente oibujnrenos el diagrama g
nifilar elóctrico del Proyecto, sobro el cual so basara el cálculo
¿e la/3 c orricnt e s en falla •
PIl^wUI/l IITÍtfTLAK ELECTIUGO PHOYSCÍt'C PISAYAHEQ I¿? BASE A ÜM
PE 100 1-¿¥A
CO: !±ÜJISACJC:,NES ÜJ-JÍT K'AJ-.ES N KL ESTUDIO :o;; LA?; uo .1 r:1
En el estudio de las corrientes en falla en general so contoraplan -
3.OG sicuientefi aspectos s
I,/- Tipo do falla que con mayores posibilidades pueda ocurrir,
2.-Tipo do falla nás severa, cue traei'ia GUIJO consecuencia un mayor
pollero para el equipo protegido.
;j-on respecto al primer punto, se pueác resumir brevemente indican-
do que une falla de fase a tierra es la sás frecuentes siguiéndole
en oí óróen de suceción la falla bifé.sicas y por últiuo la falle -
trifásica, la cual nuy rara vés sucede, espscis.lueiitc en aquellos
sistemas cíe potencia de alto voltaje. ,
trifásica es la más severa o critica puesto que Ir i-ipcdancia re-
sultc-.nte es menor comparada con los otros tipos de falla además es
necesario indicar que se ha seleccionado el punto uno y el punto 2
para analizar los valores de las corrientes de falla bajo las si -
guientes consideracionesi
A.- Que todas la& unidades cíe las Centrales San Kiguclito y Pucará
ost-'n en funcionamiento en el momento cíe producirse la falla,
B.- Que estén en funcionamiento solamente las unidades do San Migue
lito *
Una ves hechas las consideraciones anteriores procederemos a ela-
borar los diagramas de secuencia positiva y negativa y coro, las
cuales servirán do baso para el cálculo cíe las; corrientes ce falla.
= 0.97pu
• i ft iI U ¿ -
.t-X-
'1G5 ,Hl6pu
Los valores anotados tienen como base 100
-orno-
'«DIAGRAMA DE SECUENCIA NEGATOá*
, z-z «, n 95;J>P a u o f £
»2fí.»^ =s O,» C.1J ® J — W í
72.
0.72. a 30
O.T'Z 0.30
O. i
iDIAGHAMA DE SECUENCIA CEEO<
10Qs 33 « Oo60 pu;
C7.3O
•Je™
C?.
<?.75í^W1-! —W1 1
•j™-* i
FALLA Día Ul-íA LÍNEA A TIKSKA 33H EL PUNTO 1 .-
C^nc.lcionos: Unidad s 1-2-3 cl-° 1?- Contra! San Ni¿juelito funcionando
Tensión cíe generación 1-1 pu
Para el car.o de- una falla ¿o iinua a tierra os necesario encontrar
el dia¿?rrua de secuencia positiva negativa, y cc-.-ro; y luc^'o conectar
lac en scriee
o.sr@ rrrzn
@ — nnnp —CJ.3O
0.^7 C.-BO O.-3Q i.3 i 6
IMOTA.- Ho intervienen la linca, ni loe «,'cncradoros ¿j. y 5 debido a -
que la falla se produce en el punto 1, con la condición de cr/fcar fun
cionando solamente lot- gonoradoror?; ¿c la Central San Mi^uellto.
L-2*
iíEDUCCION DEL DIAGRAMA D
j 1.28
Pf.i-c5 encontrar la corriente de falla en un generador os necesario •
distribuir el valor ció "las corrientes do cada secuencia en sus res
poctivos diagramas» ( Ver diagramas anteriores )
IFG- = Corriente de falla que circulará on oí generador
IFC41 = H + IF2 + IF, = - 3 0. 2? - 3 0. 27 - j.0¿;.27 =
1FG, = IFG- = IFG, = - j 1.28 pu'1
Condiciones.- Gonradores 1-2- y 3 cíe la Central San Miguolito; ¿¡. y
5 de la Central Pucará funcionando.
Tensión cíe generación en el hio&ento tic la falla 1 s 1 pu.
. -OTr**-0-C7.4^
x±s i.'zrnrftr^-•5Q.4-*3_
Xmi.'Z.rOrtWIOvo'
-T «7.43
í?.d^6v /mri
r <-J"c?,6
-3-C3.-3
X¿ = L 5<36
- y a. ó
C7. 92-4-
k.02
- :r e?.44B
lc?2nnrrn-70.443
¿.£72/•v-v-v",
-3-0.443
\
F
C7.Í25^T^rTO—-o" a 584
X-2.-o.rr2. azs
— rTin—| OW—i
Ve raí O &>:: 0.442. x*o s C7. i 9
= 0.6-32.
o -
» 23 0. t?S. A
-N & = I rx •*• la* •*• I G.
J,e--i —
'2 O
Icii ~ l'J"¿CU^GTíT
1 1 Q*J t » y j 1.91
Distribución do la corriente de ssecuencic positiva.- Si nos fija»
rao e en los tiiagrsiüías u o secuencia, positiva veroiaow que existe la si
¿Tiicntc relacións
1 « ™ •.j,""j"^r— — "p>i.^r J
Tíf^ 'nr^o0 TTo *-?tv'* •-•
a.- Ir^SK + la^P = - j 1.91
JO.60
J1.91 ( 3 )
.- 5 1.91 -í-á 0*6 = - j
la.P = - 3 0060 =i
j£l valor uo estr.? • oorriontor:
Bce acucia positiva.
CU 772 = aa?la.
J1.91 (2)
líconpl^zanclo le?, ecuación 1 en 2 tonaromos;
.cipoM ¡ 1.91 + j 0.58¿f
j 1*33
1.33
la,
ni nos f i ja j ' r iof i en los cliagriuaa.fi ue secuencia, cero encontráronos la
siguiente relación entre las reactancias re^ultateí" U e caua central*
»Í5e - = £^¿¿^la P 0,10
to,
I a In D — — -i 1O ~ J '
6.32 1Q T -f IaQ la P -j, o¿
J 1»91 + J ,65
IaQP =
fete valor r!c lr-:s corrientes está distribuido en loa cox^e-spondicntos
gr áf i eos el c se c menc ic c o ro e
*
la = I
'3 " ' '"
101 valor. wC la corriente do falla ca los generadores L\. y 5 será;
la = la, + La0 + Ia^ » - j 0.722
LOCALIS*
Punto 1
Punto 1
2 - 3
IFG,
-J1.28
IFG¿i.
•-J0.72
IFG
•30.72!
Fasos fpilosas: b y c
Condicionóos Clon orador es 1-2 y 3 ció la Contra! Son í-a^uolito f unci>
nanclo,
Tensión do generación en el uoueatü de la fr.lla = 1*1 1-if
» C7.4-23
r ¿. (72
r—WO—
p-WTP
«u
CQ Cu •H O
Cu _¡
ÍH ¡H O
co Cj
-p o íl £Co o H O
u •H
Cu O
C9 O tí O •H O
cu > II v rjC
,:í-i
í-3
O I! O T-.1
I
IAo
O o •p X O I II
O
O o •í-3
Cj
-H tu H Cj
«H
Cd M
O O H
O
Cu il
1Aa
O •o H OJ e
OJ tí w
•o ti o
IFb = Corriente co falla on la fase
2IFb = a la, 4- aiaD * la
Ti1!-»r u
r» -!-C,.. 1¿i
— *i~~ tí
Lr, corriente que circulara'por el neutro al momento cíe Xa f^lla será
Kl valor cío enta corriente so pucau conprcbar aplicando Ir. siguiente
i'>;ur.ldad IFn = 3 1 = 3 ( J 1 « 7 ) = j 5 . 1
La corriortto do falla que circulará en cr.aa generador do Ir. Central
C3 e -n "' "T --i i --•>. "1 -¡ J.- r-i f /••-, -íi SI a,Ot.;il 1 .i¿;U'/ J..L L.O E £,'.'- c;. S
3
IFG c = .3
-oFALLA UIFASICA A TIEHHA.™
Genrauorcs 1-2-3- cíe Sc.n Kiruclxuo y L y 5 cío Pucará en
funcionanionto.
Fases faliosas b y c
Tención degeneración al raoi.ionto cíe Ir. falla 1 o 1 pu
- Te?, rs
s o.r$&
C7.28C7
. £2-3
C7.238
X I
X
Ko
K>
Q
< r> 1H í\
?
H- O pL H-
O H-
Su H O O H-
O o p rt- ri-
O
H O
1.1
la.
JO.238 + JOe086
Va-j = 1.1 - < - j 3*23 ) ( j ) = 1.1 - 0.91 = 0.19
= í 0.795
la ao
•L c-. A -~ (J
0.19
jü.080
x» - oO
Para onc.mtrar la corriente cíe falla en c;.-dr, uno do los gen orador es s
será ncccsr.rio hacer la distribución cíe corrientes en cr-.da uno cíe los
ciaA:r ::i s respectivos.
2» 18 Ia-SM + IG.P s - ji s
Donde: la.SM = Corriente de la Central San Mi¿-uolito
la- P = Corriente de la Central pucará
las cío u ecuaciones anteriores tenar cuosg
18 Ia.jP la^P = » j 3.23 I P = - j 1 .02
l a M = - j 2.21
¿r íleos co
la oM 0.632„: _ J¿ __ *-.,„. — ™™™».™™™_ ¡5 6*32 T£Í SM *s* Xa P = 1la P o o
o
6*32 la P * la. P j 2«2 7. 321a P = j 2*2O O ss O
IaoP = j 0.30 IaQ£M = JU9
El valor do estas corrientes fue distribuido en los gráficos co
rro s oondi ont e s 0
Con la distribución de corrientes, que constan en los gráficos
de secuencia positiva y coros podemos calcular con ayuda de las
componentes simétricas, las corrientes cíe falla para cada uno -
de los generadores.
I3?bC41
IFbC41 = a2 la, + aiap + Iarti i £, \j
O
Donde? afc = - 005 - j 0.866 a = - 0.5 + j 00866
Iat = - j 0.73 Ia2= j G«180 IaQ a j 0,63
lícooplasando estos valores en el valor de la corriente c-.c falla
on la fase b del generador í¿ 1 tondr crios s
IFbG1 a j 0*903 + 0.788 IFcG1 s j 0*903 - 0.788
IFbG. = a2Ia-+ ala- Iart = 3 0.335 -¿f ¡ ¿- O
IFcG; = j
Lo caliz;-:.c i 6n
Punto1
Punto1
Unidades enoperación.
1-2-3
,-w-w
IG,i
jO. 9-0.8
509+08
IG-5d
J09-08
J09+08
XG-3-
J09-08
J09.o3
±^i,_
303-J-J06
-
áj 03+J06
BIFÁSICA EN EL PUHTQ UÜO.-
G' :'T:'VrCj;Ory;;S: GoncraUorcs 1-2- y 3 ^-- ií* Gontral San Ki^uolxto fun
clonando.
F
= C7.323
= C7.-34-
Do acuerdo a la teoría, de las componentes sinStricas, táñenos las
siguientes consideraciones:
-
Va^ = EG - la. ( 3 )
1.1la.
Va = 1,1
u
( - J1.66 ) ( J0.3H3 ) = 0,565
= ~" 3 i »oo ia, = j i«oo
La corriente que circulará por cada generador en oí mo^cirto do la
falla serás IFbG-
3
Ia0 = Jl «66 1
a O,
FALLA BIFÁSICA EN EL PUNTO UNO,
5 ¿e la Central Pucará funcionando,
a W J «» f
tfyL?r
a.gg J0.66 X"B= (.2^wX-_4fl.33
0.&4&
j o.
fl.Z?
Para encontrar la corríante- cío i'alia cu el prcuc-nto c;? GO9 oc ÍIOCG
snrio combinar oí resultado uo las reactancias cío isocuwucia posi-
tiva y nc^a'cxva cono se pueo.e ver en oí sir:uxonte diagrama
))o acuerdo a la teoría do las componentes simétricas ton01:10s las
si juleptee i'Giaciones:Vi"-1.
° 1 ~ *" 2 o - j - j ^ ^ v . .j -
¿íi nos lijados oí diagrama do secuencia positiva encontráronos
oue ozcisto las si¿juion'ccs roiacionos:
,i la SM + la P = » j
Ro .solviendo law «loe ecuaciones a anteriores tenclrouos:
SI valor cíe octan corrientes, se distribuyó en ios úia;-raaas cíe
socucncia positiva«
Si no 3 ti ja. jos en los ciia^raiüas cío socuoucia negativa encontrare
iaoü la?. s;i(¿ uion tos relaciones entro lay reactancias re multan t os—
do cac1^. Central»
0.772.o*0 3 ¿r = j 2.15 ( 2 )
Ia.,P = j .OG6pu la~SM = j 1.61C, £_
El valor ¿o osttx corrientes fuo ciistribulcio on lo;.: L'ir.^ras.iaü cío
3ÜÜ"CO C£13O OS X¿,'Ucli *
3
Donde:
la- - - j O o ¿5.8 pup
n""— -. f ) '•í — •! D Aí^íti — — \J o } ~ J V» CJD \^ = O ü0^3 a = - 0.5 + ,-j 0.866
tendrCiüoss
IFbG- = - 0.866 - j 00025 IFcG- = - 0.866 + jC1 j
La corriente quo circulará on oí ¡aonento ti e la falla por cada ge
IFbG. = a la- + axa0¿¡- I ¿
Dóneles
Ia2 s j 0,33
IFbG¿i = - O o 3 O.ÜOJ 0.598 + j O.ÜÜ5
• CUADRO D33 R33SUMN,
( a continuación)
vr.
o b H C !
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O H O H í2 C f-r
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DISMINUCIÓN .OS COIíRIK^ÍJSS.- Si nos fijamos on los t¡i£?.-raí:3as ¿-.uto
rioroc veremos que existon las si¿uiontcs relaciones entro la.o -
reactancias resultantes ao cáela Central»
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Donde
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CUADKQ DS KESU1-33N GEHESAL
LUC4AK DE LA FALLA PUMO 1
Tipo dofalla o
Trifásica
_ dad es enDer ación.
.^.2-3-,-5
-2-3-
-2-3-4-5
O "2_•*•&.*" _?
.2->4-5
-0.8-J0.9
o.a.,0.,
-0,96
-0-87
-0.87
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-jO.61
i-iou+x^ oTW o,
FALLA DE UNA LINEA A TIBRKA EN EL PUNTO #
CONDICIONES i G©araáor©s
,DIAGi?AM DE SECUENCIA POSITIVA^
--30.67-
O * 5 «3 d• s> ;? gj
0.60 0.30
i—TíffP•4a-
O/3O
o. É o e?, s o
i—WMí- r—TTO*J=> P
7, 44-2. •JLr
O.
'iJ-ii
^ o, 2 o
o
IFa =
1 1' *
= IFaQ ( 1 )
IF = IFa1 + IFa2 * IFaQ = 3 ( - J 1 . 1 7 ) = - j 3.51
El valor cío la corriente- cíe falla do secuemcia 'positiva, negativa,
y coro será distribuido en sus diagramas correspondientes, ció a -
cuerdo al valor cío sus reactancias.
GORKIKNOT 13)3 SECUENCIA POSITIVA.- Si noc fíjanos on loa roeultaaos
do los uiagrcuaas ce secuencia positiva vercLíOS quo existo la si -
guíente- relación i
P
+ J 1.17
aos iru
a" 0.50 j 0.67
Si an£.li££i:-ios el resultado dol dia^racia de socucncia negativa, po
cloraos ver que existo la siguió. ito relación entre las reactancias
de las üos Centrales.
Iap BU 0*72.-_£:„_ - __ — _ 1 p ( 1 } Tn AlVi^Tp P - - il 19 f P 1.«w» »^__ ___ __ ^_ | » C. V * / J.t-'.«.w¿ ¿ r* J» Ci^A — <J I • ' ( \• /
Ti 'D O <OXclp ¿J wo O*-*
Hcjsolvicndo las dos igualdades anteriores tendremos:
Ia2P = - j 0.53 Ia2 SM = - j Oe6¿^
SI valor do estas corrientes fuG distribuido en el diagrai-ia de se
cucncia negativa.
DISTRIBUCIÓN BE LáS CGIMEHTSS Er: EL DIAGlUi-íA DI, SSCUSHC1M CBHO.
,Si analízanos en rcsulto.eo del dia&rana cíe secuencia cero veremos
aue existen los siguientes valores:
IOSM = - j 1.17 pu IOSKSI = - 3 0.39
-. CALCULO DB LAS COHKIEHTE5 Dü¡ FALLA PAHA CADA GSHESADOK. -
IFG- = la- 4 lap 4= la (corriente do falla en el generador $ 3 )
IP0~ = - j 0.50 + (- j Oe^3) + ( - j 1.17 ) = - j 2.20
O a
IFG,( = - 3 0.14 +( - 3 0.13 ) * - 3 0-27
IFG, =
1-2-3-¿t-5
CG.
-.10
IG.
•32.2 •30,
IG.
•j 3*6
A A ü1 IERRA EN Sí, ¿UNTO #2 FAS3S FALLOSAS B y G
Funcionando sol;:.¡:;cnco oi generador # 3,
Tensión cío generación en ei momento c.c ir.Ila 1t.1 pu
A
r> —
j coro tonar oraos % Fig "A"
De acuerdo a la teoría do las compo-
nentes sirsótricac tono; .10 a 1^3 si^uion
tos relaciones:
Va. = I3G - la.X ( 2 )
TT~» / ~? \í Í 6 l
-s-J^ . \ /
Donde* X- = 0.97 X-I £
¿i.^ A —
¿: _ _ _ O _
¿1°2S Ao
)t = Oo 60 EQ = 1.1
— — -i— J a = 1.1 -(-30.85)U0.97)=0.28
~ " V a /X = ~ 0.28/J0.72 =
J0o60
IFbG- = corriente ció falla on la fase
IFbGU = aI&. 4- Ia
Donde: a = - 0.5 - J G«866 a = - 0.5 + J0o866
Ia1 = - j 0.85 Ia2 = - j Oo^O laQ = 3 0. 6
Bceplarsando los valores anteriores on la ecuación $ 1 toncaos <
IFbG-, = 3*0.685 ™ 1.082 IFcG3 = 30,685 + 1.082
La corriente que circulara por el neutro será igual a la suma
cío las corrientes de falla en las fases b y c
IFn = iFb + IFc = 3 0,685 + 3 0.685 + 1.082 - 1S032 = j 1.37
IFn tarobión es igual cío acuerdo a las componentes sino tricas t
-«.FALLA BIFÁSICA A TIKEHHA EN EL PUNTO 20-
Condiciones! Fases fallosas b y c
Generador os 1~?.-3"¿¡-~5 on funcionamiento
Tonsión do generación en el nor.iento do le. falle. 1
-70.46 OT 4 a2.. o
C?. 5" i
«7.7 2 O. "3 O
-Tt?. 5-4
a ¿£? o.-3 oi—W^— r-^?P
O, -3 -O
j—wr^—•„, |l *-•
•i J_ •< —X-
C7.3S
—¿Tf f l f f 1 — iT ' I
c?.
j;-!ara encontrar la corriente de falla en el presento caso, dobemOi
combinar el resultado de las reactancias de secuencias positiva,
negativa y ceroa conforme so indica en el siguiente diagrama.x.= o.-
Be acuerdo a la teoría de lasXa. = C7. 33
b = CJ.6C7
Ao,A._2 O
Hcomplaaando los valores anteriores en. la ecuación ;•? 2 teñónos,
la, = - j U8 Va- = 1.1 -(-jl.3)(30»398) = 0.39
-í 1 1 P,"•- rs i I . 11 )v ' * • *•* la =e- 1 o— J V
Si nos f i jalaos en el resultado Ce los diagramas o. e secuencia po-
sitiva veremos que existe la siguiente relación entre las rcaetari
cías do las Contraías.
la, p
0*67— •" ""—
Oo979 f i, ( \
la, P s= - j 1*8
iíCBolvicnco Ic.a dos igualdades tuitcrioros tonciuos:
Is.jSK = - 3 0&?¿¡- Ia.jP = - 3 1*06
El valor de cstajü corrientes í'u6 distribuido en oí diagrama de so
cuencia positiva»
Si nos fijamos en el resultado cíe los diagramas cío secuencia nc£a
ti va. 5 vorenos quo existen la siguiente relación entro las reactan
cías cié las Centrales»
T*.-» '.-•* ¿"* Ttr\~la^P u9f¿.ü
He solviendo las dos igual dadc. a anterior ce tenemos :
Xa F = 10 e 6¿¡-
cucncia negativa.
tSi nos fíjanos en el resultado de los diagramas cíe secuencia cers>
voronos que existe la siguiente relacións
T o —o ~
. 0 .1 2 o
Dónelo t a2a -O» 5- jO.866 a = -0S5 ^ J0.866
30,54
T TT11 i* a
Ia2= jO.192 la * O
= - 0.30 + JO,06
¿i
- O- U
_ n '* n T T?ÍI— W«^U ¿¿'U-?
-0B¿^2
:aclicioness Funcionando solcuacnte el generador ;=;: 3
tensión de generación on el raor.iento de la falla 1
1.1
O o 97= 1*13 p
Condiciones: Funcionando los cinco generadores
Tensión do generación on oí nouonto uc la falla 1.1ou
IF1 1I O I
pU
= 08? (1) Ta SM •!* TP P - - 1 P 8j.'-.i.rt-'-'ii ' ,¿. t,. _ j. —• j c - o W
T-Í p 0*970_L &•-.» A v • y f w
"(2 .o. fr-f^"\í T "i i", íi r! /~i T *a o r> f^ o ~í •"." n TI 1 r7 " /"I ; ;i C' o vi "í" mi -v~> ~\ ~í~ r~* ;T f! •.*> f i; i¿í o i-)U-L w Ja'.^ íiU.U JL til »i í -U O —o L-ícrt J-Lí.t,-.<..L ¡'; i j tlíi L L. X .Í.U J. U o tr UliU.X W-'-í
T n í.'! í T — — -i 1 1 *7J.a-iJÍ'1 = ~ J ! e I (
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(O o co ü tú .pO
G •rl cj a cj o •P
H O O tí
Actualmente existen varios ai6 todos cíe conexión ccl neutro del gene
radar a ti orí-a, siendo los principales los siguientes*
rJ?EROEr; H i?ODG.- Neutro del generador a tierra por necio cío un trans
foruador cíe distribución»
CUANTO M3TODO*- Neutro del generador a tierra por laoclio ¿e un trans
íorraador cío potencíale
En ¿jcnoral la ncjor aanora o nStodo que se puede conseguir para u
na conexión del neutro del generador a tierra., os aquel que provee
una limitación requerida cíe la corriente de falla y 1?. ilniraa dis
toroión do voltaje cuando ocurro una falla cic fase a tierra.
La conexión del neutro del generador a tierra per i.icdio de una
reactancia, significa una conexión a tierra por LÍC-UÍO de una ÍLI
dáñela cuyo principal eleiaento es la roactncia.
iSstc. conexión queda definida ¿eneralhionte en función 6.e Zo/ i ? o
sea, que la relación entre la reactancia de;- Gccuwncia core 5=" le re
reactancia do secuencia positiva es nayor que ~$l cuando se utili-
za una baja reactancia en la conexión del neutro del generador a
tierras do tal nanera que XO/X^ sea menor que 33 &o se considera
coi-io una conexión del neutro del generador a tierra por medio de
unr. reactancia, en tr nielo en el canpo de una concesión CIO.L neutro
en for:.ia cioctiva* Pera este últiuo caco lea corriente-e de í'ella
teñeran valorea similares a las que se obtienen con el ;;i'todo de-
c oneirieii a "GIL erra en. i orina o i ce "C-Lva»
jül P.U-. ic.-nto de valor en la reactancia en la conexión uci neutro-
<icl (/;-. neradür a tierra, igualar las corrientes de ir 11 a iuo no fá-
sica y trifásica y uác*; aún increuentando el Taior Je la reactan-
cia 3 dará c o;no re sui t r. - ".o una c orrient o mono f ásic a do fr.il a uás
^ o c ¡ u o í 1 a s qu o un a c o r r J. o n t e c; c f al 1 a t r i i (?. s i c a , o r. r o h a jr q u o alio
trr, cue cuando el vp.lor de- la r ore tañe ia aiu.i-.-nta, el des^la^a-
:.:lcnto j del ñau tro taubi^n É?.u¡.icnta, y los voltajes transitorios
debido a fallas a tierra serán elevados.
!'>urrnto O'ooracioncis de conexión y desconexión do loe £ruoo¿; de-
generación ael cono t rabión de loe transforme cor es de potoncia,
se presentan voltajes transitorios elevados cuando el valor de
IP r' r j t,~ cía e8 tai-ibién, erando ; parp e:rolic¿\ í.io jor er;te fenó-
meno pDíi^i*'. 'Os a continuación curvas características que deanes
tran los vaioroe de voltajes transitorios que se obtienen en. di
Y or ©li'cc s íiici^n 3. wXio.es cíe xi*cs,c Ccinc XEIS* •'-'•' B tcis ctirvír.s se iicín o o 'cénit™"
do en oí analizador cié redes (V/cstin¿;}:iouso) ver íi^uras 3 i y 3b
Hl ;uó todo c:o una conexión e. tierra del neutro del ^ entrador T>or
nedio do une. roactancir. se ..lie licitado debido al cUaio oue puede
sufrir el equipo ante condiciona de resonancia®
A continuación oxpondre^ios las principales ventaja^ j doevcnta-
jas ouo tiene esto r.iétodo.
VK1T:CAJAS.- a) La principal ventaja que se obtiene utilizando u-
na conexión a tierra por ;.iedio de una rcr.utr.nci
li,jitar la corriente de falla c. un valor que no soa peligroso .para
el equino, reduciendo los escuerzos noc añicos en ai ¿ ás.aO, los cua
les non función directa ¿oí valor do le. corriente u es £ cilla»
b) 3o cic^iiuuye la posibilidad cío que por causa do una priuera í'al
lia a tierra, esta ce extienda a otra fase, teniendo en cuenta c»uc
la alslación uol equipe débil; puesto que, se inducirá un canpo j¿
loe trie o ;on los circuitos vecinos a la falla de acuerdo a le. Ley «
cíe ¡L'l -iSyjL e=H cl0/dt.
c) La interconexión con sis tonas sigilaros so realiza con ¿Tan f a
ciliclac.; este punto os i;:iportanto en cistemes grandes loe cuales
el c b o n £,• o r i n t c r c o n e c t a d o s *
DES Y íT U/AJAS.» a) Una onda de so'brovoltajo puede producir uncí reno
nancia 011 oí estado transitorio 9 puaiendo a cause, do ello por f orr.r
el aislamiento del equipo o al ráenos debilitarlo disminuyendo le
ce puridad del equipo.
b) Cuando sucede una falla do fase a tierra, pueden aparecer fono
menee de arcos a tierra (ÁííCIKG UKO'UHD) , especialmente cuanuo el -
valor de la reactancia os clavado,
c)LA grauiento de potencial para las condiciones de falla, os cíe
vacia, poro en un sisteua de potencia esto no representa -/¡e 701* pro
blena cuantío so utilizo, diferentes puntos d:.. conexión a ticri'a.
el } ?; : 1 d i s e i' i o d 1 valor d o 1 a r c a c t an c i a. o u e su c o n e c t ar á a t i e r r a
debo tenor en cuenta fono: leños transitorios de voltaje durante con
daciones ce operación de conexión y desconexión del sistema, asi
co:-.io ta;:íblén arito í alias ocuri-idae en el misao*.
DE
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Le conexión del neutro ¿el generador a tierra por medio cíe una P£
sistencias provee un raedio sencillo para el retorno cíe la corrían
te cié falla*
¿•¿i general la mejor nanera o ¡método que se puede conseguir para u
na conexión del neutro del generador a tierra es acuol que provee
una licitación requerida de la corriente de falla y la minina ais
torciÓn de voltaje cuando ocurre una falla de faae a tierra* ¿Jsto
Generalmente significa que alguna relación debe ser üstahlocida -
entro las i.apodancias ^c secuencia positiva, ne^ativas y coro, co
ao criterio para íina conexión del neutro del generao.or a tierra;
puesto 4ue ip-ÍJ ibipedancias de secuencia positiva y negativa son
(jeneral-ueatc las uis.-.iae, es suficiente considerar la relación ent
tro la i'.ipedancie. de secuencia cero y la inpodancia do secuencia
positiva en cada una de ls¿¿ partes del sisteua»
La níniíaa clistorción en el voltaje durante las condiciones do fa-
lla pora una relación SJQ/SI (Iiapcdancia de secuencia eero/l.'-ipedan
c i a d e s c c uoneis positiva), o c urr c c uando 1aG rolación o s X/H de -
lEfs ii-ipcdancias tle las tres secuencias son ͣualcs5 coto es J,Q/&O$
X1/121 ; Xo/R^; para ilustrar uejor este criterio se ponen a con tina
eióa curves en las cuales tc-neuos por un lac-o las ciiferüutes rcla-
ci./nes SO/31 y por otro el valor en porcentaje (>¿)del voltaje cío
linca o- tierra y también el porcentaje de la corriente LÍO ralla -
«XOX'-A un
*
mi
iroir-3q.STSOj: ^x onb sot-on ~£Q '-auanbed so
'^j i3ptm3ss t2im 'eajnoo enb op pxrpT-jfTcnis
*^TTÜJ °P soTioTOTpuoo ojfircanp IT^"
s"a-ft"5.? op oq.u-3T.iaoo ~et onb oq.soncl
op souoaQuej u^poons ont> op oi T sf¿ (o
jc ~5un op oTpon crod "e^iMOTq. "2 IIOTKOUOO ©p opoq.ac IQ noo s^px?at?dv.TO
soaotton nos s'["^TotToq.od op oq.uoTpe?«i3 13 x O'»"1 soiiOTD'aaopTstioo a~J7 (
or-
oo 13
irá
poa os oclrr io jo 119 oirán
i op .TOJSA jo
ostión -[op ugTxouoo op BTou
"3 jop\3«iouo3 jop o«iq.ti3iT Top tapíenos ap opoq.gri
op
"(q t A* 12 L 3'aAjno
^•poturpodrrt '5ira op expon jocí "
*oq.sTS nn no opoons oti j'^iio ox
onb
V
«px?q.oua UQTO^XOJ: G-J; u>3noq. ott onb
q. 13 op"sq.aoicoD "§q.so oaq.noií o£no "^n
q.XípA OF.'STH ~[° Ti^jptcoq. S'asotl'^J ou
O^STSCQ optrano U
op-úuno
podisT *GX op
S nn T3«z-i3d seC'Q^TOA sox op jcop2A
oq.tionuond so lü ^ fc.'ATq.sTso
s'©x ^ soj'3XTr»TS SOOTC! uoo SUA^VIO ir^ST
213*1 *-¿ATq-Tacct 'JTononoos op "ai:ou12q.D"eeor ux op a
T,T -TOX'^A op -JT3ir3q.oi2oa
- a) Como la corriente ció falla on el peor de los ca —
sos no debe dañs.r al equipo, la resistencia será di-
sonada on í'orna especial, y on sis tonas de potencia goncraliuonto -
resulta :auy difícil.
la) 131 espacio que ocupa la resistencia os taiubicu grande ocuparado
con los otros moto do G cíe conos-zión a tierra.
:-ai instalaciones grandes so ha utilizado senoral:;ioiite un transfor
üador do distribución, cono conexión del neutro del generador a -
tierra, este transfornador do distribución, a su ves, tiene una re
sistencia asociada cuyo valor para evitar los voltajes transitorio
a causa de la fcrjporosonancia so lia encontrado quo no debo ser na
yor de:
JCc = Reac tancia capacitiva total por fase de IGO devanados del eso a
tor.
N = a-j/B.2 UolaciÓn del número cíe vueltas del transformador de dis-
tribución.
Ociuo núcele verse en ci ela^iT^ia antarlorg la resistencia aoociacU
os conectada en serie con el transformador de distribución.
Jal taiíaüo clol transfornacor do distribución y de la resistencia £
culará durante condicionas do falla a tierra»
LP figura 3£>5 nos ucuuestra el valor de la corriente do falla pa-
ra un sis tena en el cual un generador o varios cío ellos tc-ngan al
£Ún .iicuio cíe conexión entro el neutro y tierra*
Analxsando la figura 3B, es evidente3 que una conexión c.ol neutro
del gonorador a tierra ya sea cu; una mácuina, o c.o to--.as ellas, -
curndo se tiene un valor de X~ menor que Xi . cía como resultado a*\j - * * --
una corriente de falla monofásica es superior a una corriente de
falla trifásica.
Docdc el punto de vista de los esfuerzos mecánicos en oí devanado
del generador, requiere que se haga una conexión a tierra a tra »
vos de una inpcdancxa que lihiito la corriente nono fásica, por lo ne
nos al valor do la corriente trifásica.
Un u'todo que clir.iina los principales pro"ble¿-ías surgidos en la co
ncxión del neutro del generador a tierra, os aquel que utiliza un
transfornador de distribución y su resistencia asociada conectada
en serio«
A contxaucacxón expondremos s a igual que- en los otros mS tocio E las
principales ventajas y desventajas^ que tienen utilizar couo -
conexión dol neutro del generador a tierra un transformador de dj_s
V:.-IíTAJAS*- a) Utilizando un transformador de distribución y su r£
sxstoncia asociada, se consigue xir.iitar el valor ¿e la
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Por otro lacio, ia energía cíe arco que se puede producir ante una ia
llas puedo ser suficiente para causar daño en el equipo, en caso de
que el relé no opere con la brevedad posible»
Una falla en cualquier parte del devanado del generador inducirá un
voltaje en el lado secundario del transformador de potenciáis que -
será detectado por el relé conectado en serie con. ©1 devanado secua
darlo.
Además debemos anotar también que en sistemas de potencia grandes,-
existo capacitancia ©ntre los devanados del transformador asi coció
taitibion entre cada devanado y tierra, esto originará voltajes r©si
duales de carácter armónico entre el neutro y tierra, por lo cual -
oí relé deberá sor calibrado sobre aquellos lalores ds voltajes ar-
mónicos 9 trayendo como consecuencia disminución en su sensibilidad.
VB1TTAJAS.- a) Un transformador de potencial ©s considerablemente más
pequeño y más barato que un transformador de distribución
b) Keduce el valor de la corriente cíe falla a un ff\% del valor máxi-
mo que se podría obtener con el método del transformador gie distribu
ciÓn»
!>SS¥EHTáJA$a- a) Un sistema que utiliza un transformador do potencial
cono conexión del neutro del generador a tiorre.s no pu£
de tenor la certeza, de ouc voltajes elevados, ®n el estado transito-
rio puedan ocurrir.
b) 33n sistemas cío potencia grandes, en donde el nivel cíe voltaje ya -
os considerable, se puede presentar una operación Í&1&& del rc!6, de
bido a uno falla ocurrida en el lado de alto voltaje ti oí transforma-
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vco r-iu, ce jrut.U'-w r— «c. luir £-^1.1?;. r t,".evii-£- «
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Lii-jlc" irr.rív'.c,,. :¿: üui¿- c ^¿i i¿.l\ f c —
.?rx^,.ií br.i1 ooci\*-tiar.c¿? i'rirr.c- c., I rel ió
j ' .i-lio rl OwOjlr- xe_~ito crMjc.cI'ci~vo entre loa ni'rol'ir j.t>¿¿lcos c":l -
tr^ue'j-Cr : cor • e ^ot: noic.»
Ir' rr ¿ ,u :~ t ro ^rrjo croo ono no cr-rlr. COUTO¿:ÍO;"_Ü? rcco:::.1}!-1:^ ^r:tc r.^
tocio yav:.¡-j el oc'lijro ¿o ouo ocurra un dríio en oí equipo r cr.ucr cíe
Ir c¿:cr,:5,a de arco que no ñoso.rroll-o ñute una fr.llc. a tic-rra ^ucclc
si,r nuy ^orjudiclrl.
..íOó'Uiclffuacnto pasarci.ios a cíiscutir la conexión del neutro del ¿-cae-
V"-""* '" o*'4 *~ "'"í "" r'^p ""O1 " " c * j L Q c' c U1"1 ur c"r' .c '¡"'o""*" nc"or e**.- * ' * • st^iá.! ** •'I ¿*~
' ".' ec.i'OiT-l el : ., '¡or* ^-'tu. '-O C,c coii^^cxóii üell i¿i.ucrú •_,. ! . ',,i..rr_í,or r.
r.gv.cl que provee u/ir, lii-itr.ciüa roc_ueridc. (". le. cerrxea
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ViVioir^r.: T^^. op escuoTDTpiTco s'G^rjo so^rotroa oq.ttor.rs^s'nC ^OSBO oa^s^nii
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op s'YiínoasT.s sot "aaurT op^ptiorroooa f^o opo^rr oq,-';a synopy
r oa^o OUDTq. OtlD oaiT3TUCAtrOO7,TT COTÍ?!! XSI
Oí7 O'M-^XT""^' S"2r.:3^.SrTS SfOJ^.O TICO UOTICOLT
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Para eliminar las elevadas corrientes de magnetización que circu
lan a través del transformador de distribución cuando ocurre una
falla a tierra? el valor del voltaje de transformador debe ser ->
por lo menos 155 veces del voltaje de fase a neutro del generador
SI lado de baja tensión podría ser de 120|2¿fO|¿j.80;voltios depen-
diendo del voltaje nominal del relé*
La potencia del transformador y su resistencia asociada dependerá
de la forma de protección seleccionada para el caso de suceder u*
una falla a tierra* Es decir? el relé de sobrevoltaje podría ser
utilizado para dar simplemente una alarma o para dar desconexión
al disyuntor del generador* Si el relé s© utiliza para dar una a
larmaj la potencia del transformador p su resistencia asociada -
quedan definidas por las fórmulas 2 y 3» pero si el relé es uti-
lizado para dar desconexión al disyuntor, se podría utilizar un
L\Q% de las potencias calculadas con las fórmulas 2 y 3*
Analizando estas dos posibilidades^ mi recomendación serla utili
aar un relé que desconecte el disyuntor del generador cuando ocu
rra una falla3 puesto que el voltaje entre las otras partes del
devanado estatórico se eleva en 1»?1 veces su valor nominal^ pu-
diendo ser causa de una 2 falla que causarla daños adicionales -
Teniendo presente estas consideraciones2 procederemos a calcular
la potencia del transformador de distribución asi como también la
de su resistencia asociada»i 000 3? Vf1
H = IRV 1 91 * M¿ = (Ohmios) VG = 13*800 voltios*I y 2í I e ( I 3£ «*"
H ss 1308 x 1000x1$5/1*71x2 0 (relación de tensiones del generador)
9'7 = o^ro x 021 - H/;Q!
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en general áel cuidado con qu© sa
2
lagan las pruebas <
protección cuando
tado de un mejoramiento progresivo en la calidad de los materiales
i i
guientess
1«» Sobrecargas
2«™ Desbalance de fases
3«™ Sobrevoltajes*
FALLAS IOTSRNAS»™ Entre las fallas internas podemos citar las
lo- Cortocircuito entre fases
2e- Cortocircuitos entre espiras
30a* Fallas en el campo del generador (incluye fal.ta de excitación)
¿i-o™ Fugas a tierra del estator
í?«- Fugas a tierra del rotor*
PROTECCIÓN SOBRECARGAS*- Bebido a sobrecargas o corrientes supe-
riores a la normal^ pero de larga duracióas pueden producirse en
las máquinas generadoras un sobrecalentamiento8 que llegaría a de_
teriorar su aislamiento*
Para esta protección se utiliza generalmente, los relés térmicos,
que pueden ser de dos tiposs
a) Relés térmicos que usan bobinas de exploración*
b) Heles térmicos que utilizan termostatos»
Los relés térmicos que utilizan bobinas de exploración^ actualmen
te son los más indicados! son unidades monofásicas y del tipo de
inducción,*
Su funcionamientogse basa en el principio del puente de v/heatone,
y el circuito está formado por dos bobinas de exploración y dos
resistencias, las cuales van instaladas en. los arrollamientos del
aparato protegido*El circuito eléctrico se puede ver en el folleto
de indicaciones del relé C-T de la casa
Las bobinas de los polos superiores del reli^ se conectan al gal
vanómetro y la alimentación se realiza por medio de un transfor-
mador de corriente que energiza la bobina inferior del relée
Cuando las resistencias del puente son ajustadas, para una tempe
ratura normal de operación, las bobinas de exploración también al
canzan ©sta tempera-tura y bajo estas condiciones no circulará co
rriente en los arrollamientos superiores del relé» La interacción
entre los flujos de los polos superior e inferior del relé^ produ
ce torque en el disco el cual tiende a cerrar los contactos del-
mismo» Estos relés deberán desconectar^ el interruptor principal
y de campot cuando sobrepaga el ¥alor limite para el cual ha si-
do calibrado el relé,
-.SELECCIÓN DEL BELEa~
Para la protección de sobrecargas es recomendable utilizar el re_
le tipo C-T (Westinghouse) que es una unidad de sobrecorriente -
monofásica y de inducción»
««SELECCIÓN DE LAS CURVAS DE OPEKACION*-
Las curvas de operación del relé9 serán seleccionadas en base a -
corriente secundaria nominal que fluirá por los transformadores de
corrienteo La corriente nominal en cada uno de los generadores de
la Central San Miguelito será igual a 1.382 ampss teniendo presen
te que cada potencia de las unidades es de 33$3 MVA,y la tensión
de generación 13»8 KV» Por consiguiente si nosotros escogemos un
transformador de corriente con una relación de 1«500s5$ tendremos
bajo condiciones normales una corriente secundaria en el T0C=¿f-o61
amperios aproximadamente«
En el folleto proporcionado por la Westinghouse, se puede encon-
trar varias curvas de operación que corresponden a diferentes co
rrientes secundarias que pueden circular por los transformadores
de corrientee
Venlendo presente, de acuerdo a las normas AIEES ajustar el relé9
para q.ue opere a 12Q& de la corriente nominal de la uaidad genera
doras se ha seleccionado las siguientes curvas (Ver figura ¿r-1)o
Las curvas mencionadas dan un tap de salida igual a cinco ainpe -
riosg del análisis de dichas curvas se puede ver que est© relé i
niciará su acción en 100 minutos aproximadamente cuando la corrien
te sobrepase un 10 á del tap de salidas lo cual dará como resulta-
do una corriente de circulación de 5«5 amperios que con relación
a la corriente nominal del generador representa el 120f¿ de su va-
lor normal 9 que es justamente el recomendado para las normas men-
cionadas,,
Lüw1oseF£0Lü
HO
1-
ÜJULU
gu
«oPROTECCIÓN CONTRA DESBALANCE DE FASES*»
Cuando se produce un desbalance de fases en un generadoras© hacen
presentes corrientes de secuencia negativa¡, y estas a su vez indja
cen corrientes de secuencia doble en el rotor,»
Los generadores Sincrónicos no pueden soportar fallas desbalancea
dasg especialmente cuando estas son sostenidas, debido a que las2
pérdidas I R elevan rápidamente la temperatura de los arrollamieii
tos 3 provocando daños en las partes estructurales del rotor«
Las causas principales para que se produzca una desbalance de fa~
ses son las siguientes?
a) Una fase en circuito abierto o falla en un cotacto del circui-
b) Una falla desbalanceada cercana a la estación^ la cual no es -
despejada por el relé" nórmalo
c) Una falla en el devanado estatórico*
Para la protección contra desbalance de fasces, la Westinghouse re
comienda utilizar un relé tipo CQQsque es una unidad de secuencia
negativa9 cuyo funcionamiento de hace a base üe las corrientes de
la secuencia indicada*
CARACTERÍSTICAS DEL RELÉ COQ«- El relé CüQ es una unidad tipo in-
ducción, diseñada para protección de unidades generadorassdebido al
calentamiento excesivo causado por las corrientes de secuencia ne-
gativa que circulan durante fallas desbalanceadas«
Tiene un mínimo valor de operación de 0«6 pude la corriente de se
cuencia negativa^ y tiene taps entre 3 y 5 pu de I^o
Para seleccionar el tap del tiempo en el rel§9 es necesario consmL
tar al constructor de la unidad generadora,sobre el valor permisi.™
2ble l t para un determinado generador^ al respecto podemos indicar
que en oí foleto del r^l^-tif'^ -H0<í e 'iste una t-bla 3 v
permisibles para diferentes tipos de máquinas sincrónicas 0
A continuación podemos ver los mencionados valores*
TIPO DE MAQUINA SINCRÓNICA.- VALOK l|t PERMISIBLE.-
Turbogeneradores 30
Generadores movidos por turbinas hidráulicas l$Q
Generadores térmicos ¿¡X)
Condensadores sincrónicos 30
Intercambiadores de frecuencia 30
El valor permisible para generadores sincrónicos accionados por -
turbinas hidráulicas es de 0 como puede verse en los valores ante
riores*
SELECCIÓN DEL TIEMPO DE OPERACIÓN.- Con el valor de 40 siguiendo -
las indicaciones dadas por la Westinghouse^ determinaremos el cap
del tiempo en el relé*» Asi pues al mencionado valor de acuerdo a
la curva ¿j.*2 corresponde el tap de tiempo ff.3«
También podemos ver en la figura 4*3 3-a característica del relé ti,
po COQ cuyas curvas han sido proporcionadas por la Westinghouse te_
niéndo presente que el valor máximo de 1 obtenido en el capitulo»
de las corrientes de cortocircuito es de aproximadamente 3 veces la
I nominal 9 su tiempo de operación correspondiente será de 3 según™
dos* (ver figura ¿j.o3)«
A continuación pondremos las curvas características del relé tipo
COQe
O8UJaai?í
1Oo
UJ
íg
UJ
70-
6O-
30 -
4O--
30 -
10-
T1EMPO DE OPERACIÓN PARAUNA CORRIENTE I a (pu) « LOO
VERSUS-TAP DE TtEíVlPO DEL RELÉ
( WESTINGHOUSE)
5 r to
TAP DE TIEMPO SELECCIONADO EN EL RELÉ
F 1 G. 4-a
Í.O
1.0
transformadores de potencial cuya relación u«= ,,. ---... ^
l 40Qs240| teniendo presente esta condicón, el ¥0ltaje de baj
tensión serás
11 i.no-iPO - 120 (relación de transformación),\0 4-VJV/ e 1 É-V — » «— ^
£a.
-.PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES DE SEK¥ICIOo-
La protección contra sobretensiones de servicio, es una protección
de Retaguardia recomendada para los grupos hidroeléctricos y turbi
ñas d© gas que accionan generadores^ los cuales están sujetos a so
brevelocidades y por consiguiente a una variación en el voltaje*
Las turbinas de vapor en general no requieren de esta protección^
porque el vapor se puede controlar con mucha facilidad»
Las recomendaciones de las casas fabricantes, asi como también del
Ingeniero Sergio Chaitt especialista en protecciones de ENDESA, es
que la presente protección utilice un relé úe sobrevoltaje con un»
pic-up de 110;- del voltaje nominal y añadirle un elemento instantá
neo para ( 1JO a 150 ) $ del voltaje nominal*
El relé recomendado para esta protección es el CVD o un similar -
que puede ser el IAV*
CARACTERÍSTICAS DEL RELÉ CVD*- El relé CVD es una unidad de sobr£
voltaje9 tipo inducción^ con características de operación inversa
y además debe tener un elemento de compensación a los voltajes de
tercera armónica*
AJUSTE t)EL HELE o- Este relé será calibrado para iniciar su opera-
ción con tiempo de retardo para un valor de '\'\Q% del voltaje nosii
nal 3 y dar una operación instantánea para un }b.0% del valor del -
voltaje nominalo
CALCULO DKL VOLTAJE PARA UNA APEKTÜRA INSTANTÁNEA.- Se utilizará
transformadores de potencial cuya relación de voltaje sea de
1/is¿j.00s2¿i-0| teniendo presente esta condicóa5 el voltaje de baja
1lf.ífOO;120 = 120 (relación de transformación)
13"800* 120 a 115 voltios (tensión normal en, el lado de baja)0
Voltaje con el cual el relé dará una apertura instantánea será
como ya se dijo anteriormente I Ojó de 115 voltios o seas
1«¿¡. por 115 = 161 voltios*
VOLTAJE DE OPERACIÓN CON RETARDO»- El voltaje de operación con
tiempo de retardo como ya se dijo anteriormente será ©1 110% -
del voltaje nominal o seas
1.1 x 115 = 12? voltios*
SELECCIÓN DE LA CURVA*- Ea la figura ¿í-*/f se puede apreciar las
diferentes curvas de operación del relé»
Es necesario escoger una curva rápida9 con el objeto de correr
el mínimo riesgo, pues la importancia del equipo obliga a ello,
teniendo en cuenta esta condición, se ha seleccionado una curva-
rápida (.ver curva $ 2 del gráfico ¿j.«>4)e
Allí poéemos ver que para un voltaje de 110>& del valor del tap
tenemos un tiempo de operación de 58 a 60 segundos aproximada-
mente., y para el valor de 1 0% del valor del tap9 el elemento
instantáneo entrará en operación^
A continuación pondremos las curvas características de opera ra
ción del relé tipo CVD9 en las cuales tenemos en el eje de ab-
cisas el porcentaje de voltaje del tap de ajuste y en el eje -
de ordenadas el tiempo de operación graduado ©n segundos*
<th;t/>UJceo
c/)o
3
IOOO
90O
80O •
700
€00
5OO -
4OO
300
200
100
0 BIL PARA UN TRANSFORMADOR DE 13 B KV CON AISLACfQN ELEVADA
(I) BIL PARA UN TRANSFORMADOR DE 13 B KV CON A1SACION REDUCIDA
BIL PARA UN TRASF. 13 S KV. *= 6SO KV,
PARARRAYOS TJPO ESTACtON 145 KV.
PARARRAYOS TIPO ESTACIÓN 121 KV.
(3) PARARRAYO TIPO ESTACIÓN 100%
(4) PARARRAYO TIPO ESTACIÓN 80%
VALORES DEL VOLTAJE DE DESCARGA
C R O S E G U N D O S
M G. 4-5
150O/S DEVANADOS DEL ESTATOR 1SOO/S
F I G. 4-6
embargo^ hay qu© anotar , que ©n general 1^, no es exactamente
o a
a _, Y «a es /*rtv*T*"í ATI 4" A c; o oí** n n ¿i eiB&"i si ffi: r! A T no *í* v*otY> es tff\v*Yttsi f \ f \s <Í <a í^rtviv»"» tavt»<e ea JUeao uU¿ A 4.<s£i O o o o*SU UllmíaaUS-ca,e> lata J.uo t/¿ dl¿oJ.(JX lüciuuX o o lEís i^UJ. i J-SSil"
para una oo
aún siento comercialmente iáéaticos9 debiáo especialmente a fallas
en la construcción de los mismoss y también a
tud que pu©4en ten@r los
fl&T"iís^T ís Sífítv* si íiiffii4*sidln T^ov*sa ail,o Liwi Xía £>£?£ mj ld@ t*@t«w J.lm£ éa %?J.
cuando sucsA©
Circuitos abiertos en ©1 áevanaáo de la aáquini
1,0-
oUJí/í
UJ
2oHo:
OtL
O-8-
0.7-
O.5
0.4-
0-3-
0.2 -
0-1 -
Dv "v teE Til
2 3 4 3 6 7 8 9
CORRIENTE EN LA BOBINA DE OPERACIÓN
F1G. 4-7
10
guio serás 2*78
Existe UBa pequeña dificultad ea esta
rrientes de IHSÜSH del traasformador áe
áebido a las co
lo cual se
ie las co
eYitanáo que el relé opere falsamente pero cuando sucede una
débiles con lo cual el torqu© de la bobina de operación será supe-
La protección diferencial del transformador será vigilada por
CAHACTERISMCAS Da RELÉ TIPO C*A*™ Esta unidad será semejante a
radora$ además deberá tener un elemento adicional cuya función es
SELECCIÓN DEL BIL!9™ Como a© áijo anteriormente existen áos clases
generadoras pertenecientes a las áos centrales® Para este caso te
la fase fallosa en el laáo ie alta tensión del transformador áe po
La corriente en el lado secundario áe los 2?»Co situados ea el lado
áe alta tensión serái 583o6s50 » 11«67 amperios®
La corriente áe linea de estos transformadores áe corriente conec-
tados en delta serás 11.67 x 1.71 » 20® 1 amperiosa
Aámitienáo como en el caso anterior un error en los transformadores
20o 1 -5- 0.02 x 20« 1 a 20*1 & 0* 2 = 20 5
El desbalance áe corriente serás 20»5 - 16^12 = ¿¡.o38 amperios*
reacial del 1Q%9 cuyo valor es aproximadamente 0«5 amperios9 no
le o
ción era considerado innecesario debido a que la rotura o perfora»
P@ro cuasáo las unidades son áe gran potencias como e& nuestro ca»
i6ñ entre espiras /para,, generadores que tienen, un voltaje de sali*
de corriente, originando una corriente de circulación por
. qu© luego operará*
©sta protección, es recomendable
CARACÍSRISWCAS DEL HELE TIPO C*H«~ Es una unidad
te monofásica j de inducción, que opera bajo un
de desbalance entre las fases partidas como podr
ieterminaio Talor
Terse más
é 4--S -nf\ T&a.po o e i
transformación des 1500i5 será 1390:2x300 . 2.32 amperios,
A continuaciéa pondremos la corra característica de operación
CURVAS TÍPICAS DE OPERACIÓNDEL RELÉ TIPO C-M
oíz
aPir<Q-
UJ
FASE PARTIDA
FIG. 4-IO
valor de desequilibrio de la fase partida $ 2g con relacidn a la
quier tipo de generador9 se puede realizar9 por medio de
dor de contacto entre espiras^ su funcionamiento de basas
o i' A G R A
F I 6.
CONTfcCTO ENTREESPIRAS
lad del sistema® De tal manera qu© una rápita advertencia áe una
La ausencia de la corriente de campo$ producida aate una pérdida
rotor^ más como la turbina sigue proveyendo ie una misma potencia-
aáo^s ©1 ro,tor se A$$l$r&j dando COTSO resultado t
inducen corrientes elevadas ©n ©1 rotorg lo cual traerá un daño
la maquina si continua en estas condiciónese
na no es inmediatamente cero» puesto qu©9 el circuito de la máqui-
0 9 pero como
s de la
cero j luego pasa a ser negativa*
EFECTO EN LOS KW DESALIDA
EFECTO EN EL VOLTAJE YCORRIENTE TERMINAL
2.0
1,6
CORRIENTE TERMINAL POSUNtDAD
TIEMPO EN SEGUNDOS-APROXIMADAMENTE
FIO- 4-13a
Si analizamos la figura ¿t,12a, observaremos que cuando el campo del
para c<
relé de campo será calibrada
EFECTO EN LOS KILOVARS DE SALIDA
KILOVARS DE SAUDA PORUNIDAD
-.\O1 2 3 4 5 6
TIEMPO -EN SEGUNDOS-APROXIMADAMENTE
F 1 G . 4-I2C
CURVAS TÍPICAS DE CAPACIDAD DE
.3 1.O 1.2
RECISTENCIA POR UNIDAD
FIG.4-12d
ie la
de voltaje* Además tiene un elemento de retardo tapo teliioao® La
clones d© baja e%citaoi6si o peráiáa áe la aiiana continua en la
Como la curva de capacidad es el límite térmicot ©1 lugar d© opera
ción de la unidad de impedancia deberla estar un 10% interior a la
curva de capacidad térmica de la máquina»
La figura 4*12á nos indica la curvm de capacidad térmica de
quina^ la cual deberá ser proporcionada por el fabricante,»
Guando analizamos los métodos de conexión del
a tierra se llegó a la conclusión de que los
y su
coiao
tierra puede operar para fallas de una fase a tierra ocu
allá del generador9 por lo cualj sus curvas
cas son de tiempo inverso con la finalidad de coordinar
Para ©ata clase de protecciones
unidad de voltaje monofásico§ con una característica
(Corriente)9 con el fin de evitar operaciones indeseables^
Para un voltaje entre fases de la unidad
13*800 ¥oltios9 y una relación de tramsíormacifa c
/í<aiav*"l sa^fflV» aT w/aii'i'wi f*f\v\t /*nsiT Ym&t*^f£b nnffliT^sav* «aT T^íal &tiíssí¿jjs.eft<!:>d¿. «Ju iiwuujL v^ uwu J-w WU«AJU _yyiü ÜK. y¿/e3¿ sa¿ ssx Jt CJL«?@
1o™ FrotecciSn del 95 del devanador ©etat6rico 133(0©05)=6o65 ¥olt
2»- Protección del 90 d©l devanado estat§rico 133(0010)=:13o3 ¥olt
transformador2 mi recomendación será proteger us 90$ del devanado
5 «4-20
10 -40
28 -112
55 «140
110-280
220-560
t 1Plie.
110?
220i
280
372f 420;
El taps que más se acerca á 13*3 voltios^ correspondiente a un
del devanado del generadors lo tenemos en el rango 5 SOg con el-
valor de 12*5 voltios^ esta cantidad será por consiguiente el picsk
- Para esta clase de protecciones es reoomea
dable escoger tina curva cuya característica de tiempo d© operaci&i
sea suficientemente rápiáa& como para prevenir un daño en el aisla
miento de los devanados® La política de las grandes empresas que -
tienen mucha experiencia en esta clase de protecciones es seleccio
nar una curva rápida®
Una breve discusión con el Ing« Sergio Cnaitt especialista en pro»
tecciones de lndesa@ se llegó a la conclusión, de que para el presen
t© casoj deberíamos escoger la curva # 1$. de la figura ¿t»13» y
dir un elemento de tiempo i:
los circuitos de campo no tienen conexlSn a tie»
por lo cual 9 una falla a tierra no causarla daño alguno ni -
tampoco afectaría la operación del generador* Sin embargos una pri
mera falla a tierra9 incrementa los esfuerzos en otros puntos del
devanado de campo cuando voltajes transientes d©l estator son indu
cuando sucede una segunda falla a.tierra parte del devanado -
quedará ©n cortocircuitof y la corriente en el resto del devanado
será incrementada* La falla en el devanado de campo desequilibra •
el flujo en el entrecierro# y por consiguientef ofrecerá una fuer-
Puede suceder que una segunda falla a tierra no cause en el devana
do de campo un desbalaa.ee magnético como para poder causar daño en
el devanado, pero el arco que se forma junto al punto de falla pue
de calentar al rotor localmente^ originando una falla más grave*
La protección contra fallas a tierra del rotors se lo debe llevar
a cabOg áe tal manera que realice una apertuna inmediata del dis™
una falla a tierra del devanado estat6rico9 las cuales deberán ser
detectadas inmediatamente, pera que no se realice una desconeecióh
ante vibraciones no tan altas.» las cuales son producidas en el mo™
mentó de la sincroniaacién o ante fallas de carácter transitorio®
La manera preferida para proteger fallas a tierra del rotor s© pue
CONTACTO DELCIRCUITO BREAKER
CONTACTO DELCIRCUITO BREAKER
I G- 4-14
devanado de campo del generadoro- La bobina de operación del rell
* j ¿*pi c.no lineal ¡
taje aplicado en el aumenta* ¥©r figura
a
tre el punto H y el"punto conectado a tierra* Yer figura
po sucede al final del mismoo
se desarrolla ninguna diferencia de potencial^ j este punto es
M, situado en el centro del devanado áe campo,
cuando la resistencia divisor* R. situada entre ©1 punto M y
positivo de la excitatrias,trias es igual
el lado neg
Taristor es cambiar la
falla a tierra sea detectada ea cualquier
suce_dJ&0£. 3.a falla* (Ver figura ¿
%60
SO
2§ 40-ü
O
I1 30
§UJO
20
UJ
g10-
CONTACTO DEL LADO IZQUIERDO CERRADOS
POSICIÓN DEt PUNTO NULODEL 0EVAWADQ DE CAMPOMEDIO DESDE Et TERMINAL
O IO 20 30 6O 7O 80 ICO 110 120 130 140
PORCENTAJE DEL VOLTAJE NOMINAL DEEX1TACION
F1G. 4-15
tadas; los reguladores automáticos de acción indirecta se usam en al
ternadores de media y gran potencia^ particularmente en sistemas qae
se requiere una respuesta rápida en la excitación^ ya que pueden fun
cionar cerca a los tres ciclos que siguen al cambio de tensión* Lo©
reguladores electrónicos se emplean en grandes centrales limitando™
se su uso por el elevado precio«
Para el caso de la Central San Kiguelito utilizaremos un regulador
automático de tensión de reóstato y de acción indirectao
REGULADOS AUTOMATIC» DE TEHSION DE ACCIÓN INDIRECTA.- Como la
tral San Higuelito es de gran potencia y además requiere de una res
puesta rápida en la excitación utilizaremos el regulador automático
mencionado9 el cual controla la tensión del alternador aumentando o
disminuyendo la resistencia del circuito inductor de la excitatriz
piloto; el regulador trabajará solamente cuando se necesite la regu
El equipo del regulador está constituido por el reóstato de campo -
de la excitatris pilotog el regulador y el elemento del control*
Un transformador de tensión suministra el voltaje necesario al ela-
mento de control, el cual es previamente rectificado» Bl elemento -
de control, está constituido por una serie de contactos llamados de
accionamiento normal y los aontactos de acción rápida*
Si la variación de tensión es pequeña se cierra uno de los contactos
de acción normal, haciendo aatuar al motor que comanda al reóstato -
de campo insertaÉáo resistencias adicionales en el caso de una ©le
vación de tensión o disminuyendo si es inferior a la nórmalo
El regulador está provisto de luces de indicación^ un conmutador «
para accionar manualmente el reóstato y el interruptor qu© contro-
la el regulador! estos aparatos están dispuestos en el pupitre del
Cuando dos o más alternadores tienen sus reguladores y están traba
jando ©a paralelo sobr© las mismas barras colectoras es necesario
el empleo d© un limitador de corriente^ dando lugar entonces a re-
circuito de excitación cuando la corriente del generador supera
Al producirse un cortocircuito, por Bjs disminuye bruscamente la
tensión y el regulador trata de escitar más la máquina lo cual a
ía acción del regulador desexcitando parcialmente la máquina»
Por ultimo cabe señalar que no únicamente es necesario que el regí
lador esté diseñado apropiadamente sino también que las excitatri*
ees y la máquina motrls principal tengan características que armo-
condiciones de carga*»
de compensación para distribución
entre los generadores conectados e
voltaje promedio de las tres fases
será más o menos 1&»
del factor de potencia
paralelo* Deberá responder al
con la velocidad! por lo taatos al variar la veloci-
una variación de la frecuencia® Los cambios de velocidad
miento de las turbinas que se originan al variar la carga produ ™
ciendo un aceleramiento o frenamiento, estos fenómenos hay que e-
vitar ©n lo posiblee
Así pues es necesario poder regular la velocidad y mantenerla siep
pre constante a causa de la frecuencia que es forsoso mantenerla
fija* Esto se consigue aumentando o disminuyendo el caudal que pa
sa a través del distribuidor de la turbina*
Cada turbina irá prevista con su regulador automático de veloci -
dad del tipo de presión de aceite y con capacidad para manobrar -
perfectamente la turbina^ tendrá en mecanismo completo para la re
gulación del distribuidor y además irá previsto de un elemento -
sensible a la velocidad accionado eléctricamente»
Será equipado con dispositivos automáticos necesarios para permi™
tir la operación automática o m^
Los elementos sensibles a la velocidad de cada regulador serán
accionados por un motor de corriente alternaf el cual a su ves re
rrecto de los alabes de la turbina sobre variaciones del 1% de la
velocidad de la turbina^ la regulación se lo nace generalmente ea.
un rango de más o menos 5 *
La velocidad de estos elementos variará directamente de acuerdo a
la velocidad de la turbina? El accionamiento de los atiabes se ha
te a presión proveniente de la bomba del regulador® El regulador
debe ser ca á de mover las paletas directrices hacia cierre o a»
pertura totales, el recorrido completo generalmente es d© 5 según
dos bajo condiciones máximas de operación^ Sim embargo este tiem-
po es recomendable ajustarlo entre limites de 5 y 15 segundos*
Un regulador automático de velocidad debe cumplir con las siguiem
tes condiciones^
1ora Sincronización de la frecuencia del grupo con la frecuencia -
2e- Aumentar o disminuir la carga que suministra uno de los gru -
pos conectados a la red de acuerdo a las exigencias de la mis
toa*
3o™ Poner fuera del servicio al grupo*
¿í-o™ Control para cerrar total o parcialmente la admisiéa en los -
siguientes casos* lo- Embalamiento del grupoaB*-» Falta de
,si6m en el aceite del reguladors
cogiaetes de la turbina o en
automática en conexión con la turbina
©xceso de
del
ÁRBOL ACCIONADO PORLA TRANSMISIÓN DE LA
F IG. 4-17
DEL ACEITE
aceite a presión»
En la Figs ¿f«17í el aparato está en posición normal, es decir -
cuando la velocidad del generador es normal, impidiendo el pis-
tón de la válvula de distribución V9 el acceso del aceite al
servomotor? y además los émbolos de este cilindro distribuidor
cierran la tubería t y e«
Al aumentar el número de revoluciones de la turbina9 las bolas
del regulardor centrifugo se elevan, sube el collar o magneto
C5ascendiendo también el pistón cilindro-válvula, dando entra-
da al aceite por la tubería ts que luego llegará a la cámara -
izquierda del servomotor y a la derecha se pone en comunicación
con el escape de aceite mediante la tubería ®9 entonces ©1 ém-
bolo se mueve de izquierda a derecha^ cerrando las paletas di-
rectrices de la turbina* Cuando disminuye el número de revolu»
ciones por exceso de carga el fenómeno es inverso*
PROTECCIÓN CONTRA. EXCESO DE VELOCIMBo- Al producirse una des-
carga súbita del alternador se produce una sobrevelocidad que
no puede ser controlada por su regulador^ por consiguiente la
máquina debe venir equipada con relés de velocidad que disparen
el interruptor automático del circuito del generador, descone£
te la turbina y anuncie dicho accionamiento•
Genralmente el ajuste de este relé es aconsejable que lü haga -
la casa fabricante puesto que en este fenómeno interviene el mo
mentó de inercia de la maquinas(recomendación dada por Masón)o
VIGILANCIA D£ LOS COGINCTES*- Hay que realizar también la vigilan
cía de los cojinetes que generalmente se lleva cabo con la ayuda -r
de los termostatos^ los cuales han de empotrarse lo más cerca posi
ble de la superficie de fricción* El termostato del cojinete debe
ser dotado de un contacto previo de señal y de un contacto de des™
coliexión» el'cual se accionara1 cuando la temperatura sea de ( 15 a
20 ) °G más elevada que el primero»
En caso de operacións desconectará ©1 alternador y cerrará la admi
©ion de la turbina^ y a veces cuando es necesario actuará también
sobre el freno de la turbina, con el objeto de disminuir el tiempo
Al producirse una averia^ pueden ocurrir incencxos debido a que la
corriente de aire fresco de ventilación alimentaria el fuego, pues
tÉ que contiene un gran porcentaje de oxígenos. Por esta razón el -
relé de protección debe abrir también las válvulas de las botellas
que contienen anhídrido carbónico bajo presión^ que en pocos según
dos sustituye al aire de todos los canales de ventilación®
•SELECCIÓN I COORDINACIÓN DEL EQUIPO DE PROTECCIÓN.-
su prueba* además cada relé estará provisto de tarjeta indicadora
de operacién y contactos para operar con corriente continua de 125
TOltiosg con dispositivos de reposición externa en la parte fron-
tal del tablero serán apropiados para conectarse a los transforma
bajo falla®
principio del funcionamiento de los relés
ferencia a los
f*~ Los relés tipo inducción son
ra su funcionamiento corriente alterna^
partida con contactos| la fuerza desarrollada en el eleméa&teo™
ue puede ser un disco u otra forma de rotor)@ es debido a
inte-raccién de los flujos electromagnéticos con las corrientes
son inducidas en ©1 motor por
;*« La figura 5*» 1 muestra la
producida en la sección de un rotor accionado por dos flujos
F1G, 5-1
de fase en que {L adelanta a
es proporcional a d|L/ eos
'1*2I E".
instante j la aeci6a del reli bajo la mencionada fueraa es posi-
De la misma ecuación se desprende también que la fuerza de acción
£Sí5o*o
sacU-
0.5
!80' 240° 360° GRADOS
FIG. 5-2
£& la figura 5-2 se ha considerado un ángulo a=9Q y 1& fuerza-
neta es una onda sinusoidal de do"ble frecuencia cuyos valores es
tan por encima del eje d© fuersa cero&
La suma de los valores instatáneos d© las dos ondas es uno por
a& poco el ej© de
igual más pequeña que en ©1 caso
tenemos que a es un valor negativo significa que flL.
atrasa á i¿1>t» ©1 ®d© ó© fuérsa cero se elevarla aun más y se pro
ilfia *P Í!tñY*'7.S3í (&YI f*!"í v*^f*f*"^ ñn f* Yin o caí" sa S3"i n om"haT'*cí*í"i 1 o *Piiásv**5o vi e»vU£d XiEcí¿¿ict. O ¿i UXJL c-^» s/ J.UU UMlAcoU^B &J.Ü CJÜlJeí.i gví J.O. J. Li«9X ¿S, íl O
Cuando á= 90 "ÍLa füersá neta es igual
a =s O el promedio 1© la fuerza negativa es igual al promedio de
la fuerza positiva^ ©n esto caso las unidades de inducción tien
el de impedanciag en los cuales existe un telanc© de tsrque entr
tre la corriente y el voltaje^ raaóa por la cual puede ser espre
un torque negs
La ecuación de torque para éstos relés se puede expresar
siguiente manera®2 2
s V ó I son valores RftM*S« de corriente y voltaje
K-Z ©s la constante de retención del resorte»
En el punto de balance o sea en el borde de operación del
el torqu© ©s igual a cero5 por consiguientes
I = O (1)
Dividiendo la ecuación (1) para K I tendremos g
V
,2= O (2)
(3)
Generalmente se acostumbra despreciar el efecto del resorte o
sea K, quedando finalmente?
El relé operará para cualquier valor de corriente y voltaje que
esté sobre la curva característica en la región de torque positi
vo o en otras palabras para cualquier valor de 2 menor que el va
lor constante representado por la característica de operación*
Es más usual mostrar la característica de operación de ua relé-
de impedancia por medio de un diagrama B-X§ donde H representa -
valores de la resistencia^ y X valores de reactancia. La caracte
rlstica de operación de un relé de impedancia despreciando el e-
ver en la figura 5-4*
le
V
Ci
P«
e]
-R
F1G. 5-4
e del •
ángulo 8 ¡» ésta será un circulo con su centro en el origen, cual -
quier valor de g menor que el radio del circulo dará como resul-
do un. torque y cualquier valor de T mayor dará un torque negati
vo*
Bajo este principio operará la unidad de impedaneia del relé de
campo IioL.Fa utilizado en la protección de campo d© la unidad -
generadora»
PRIlíCIPIO DE OPERACIÓN.- Un relé direccional de corriente alter-
na es un elemento utilizado para reconocer la diferencia de sen-
tido d© circulación de corrientes* Básicamente un relé direccio-
nal es fabricado para reconocer l'á diferencia en el ángulo de fa
se entre dos cantidades.
Kl torque de operación de un relé direccional vien© dado por la
T = KjVI es ( 0 -"£ ) (Masón)
y ©n el punto de balance del relé o sea cuando está en el limite
de operación el valor del torque será cero por consiguiente ten-
Kj VI es ( 0 -•£) = K2(Masón)
La característica de operación de ©ste relé se puede ver en la -
figura 5™6 de coordinadas polares«
El vector de referencia para esta clase da relés ©s el voltaje
y su magnitud se considera como constante* La característica de
operación es una línea recta perpendicular al torque máximo po-
sitivo* Esta línea da una relación de I eos (9 - t ) a K. Esta
relación se obtiene cuando la magnitud de V es constante; la lí
nea d© operación divide entre el torque neto positivo y negati-
vo* Cualquier vector de corriente que pase sobre esta lín@a o -
sea al área de torque positivo causará la operación del relé*
El relé no operará para cualquier valor d© corriente que pase -
al área de torque negativoo
Para un voltaje de referencia que tenga otra magnitud^ la carac
terlstica de operación será otra línea recta pararalela a la mos
trada en la figura 5-6 y relacionada con la expresión*
CONTACTOS,
RESORTE 0ECONTROL
BOBINA ACTUANTE
MÓVIL
i is
?
f •*
N
T-y^rxyy4"""^ -* a 1PIVOTE S
PARADA
BOBINA
FIG. 5-7
le'cerrando los contactos* Una polaridad inversa en la bobina
actuante invertirá la polaridad magnética en los terminales -
de la armadura móvil permaneciendo los contactos abiertos.
Estos relés funcionan por el mismo principio de un motor de ra
corriente continua y la fuerza que tiende a mover la armadura
despreciando el efecto de la saturación puede expresarse de -
la siguiente nianerai
F = K, X I - K01 a p 2
Donde i K1 representa la constante de la fuerza de conversión®
I valor de la corriente en la bobina de armadura móvila
I valor de la corriente en la bobina polarizanteaj?
K- representa la fuerza de retención (incluye fricción.)
En el punto de equilibrio cuando F = O la característica de o-
• & +peracxon seras
T T ss K / Kfl D ? 1GL JJ t— S
I e l deben tener tal dirección que la fuerza de pic-up esa p
producida como puede verse en la figura 5""7*
Será evidente que si la dirección de I e I (pero no de ambas)a p
se invierte, la dirección de la fuerza también cambiará© Si
las direcciones relativas de las corrientes están en la direc-
ción corecta de operación, el pic-up del relé tendrá un valor-
constante proporcional al producto de las dos corrientes^
A continuación conenzaremos a seleccionar y coordinar el equi-
po de protección de la Central San Miguelito*
Cada generador de la Central se equijjará con los siguientes re-
JL@S e
i?ELE DE PROTECCIÓN CONTKA SOBRECARGAS.- El relé para protección
de sobrecargas será una unidad de sobrecorrieate tipo inducción
monofásico 3 no direccional y ajustable a un tiempo de retardoe
De esta manera se conseguirá dar una alarga cuando la corriente
nominal alcanza un valor de 12Q% aproximadamente9 que podría -
provocar una temperatura peligrosa para la máquina cuando este
valor permanece por un tiempo largo (100 minutos).,
Poseerá además un dispositivo electromagnético, que dispare au-
tomáticamente el interruptor del generador*
Como referencia para esta clase de protecciones se recomienda el
relé tipo C-T (Westinghouee) o un similar equivalente» Deberá te
ner una amplitud d© 2 a 6 amperios*
COORDINACIÓN»- Este relé fue calibrado para operar cuando la co-
rriente sobrepase el límite de 120>á de su valor nominal, sobre -
cuyo valor actuará de acuerdo a las curvas características de o-
peración* Kste valor de 120% deberá ser inferior a la mínima co-
rriente de falla que pueda suceder dentro de la zona protegida^
con el fin de evitar operaciones falsas*
Si recordamos el resultado de las corrientes de fallas veremos -
que el valor mínimo de corriente obtenida en base de 10O MVA, y
teniendo presente que la potencia nominal de los generadores es
de 35 MVA, fue* de - 0«8? pu$ lo cual nos dará una corriente re-
al de 5 por - 0*87 I nominal = - 2*61 I nominal, valor muy sup_e
rior si comparamos con el de 1,2 J nominal para el cual está -
calibrado 6 ajustado el relé de sobrecargas*, De esta manera se
consigue que el relé de sobrecargas opere solamente en caso -
de que existan sobrecargas, no interfiriendo la acción del relé
de sobrecorriente utilizado en la protección contra fallas que
pueden ocurrir dentro de la sona protegida*
PROTECCIÓN CONTRA DESBALANCE BE FASES.~ Para la protección con-
tra desbalance de fasess es recomendable? utilizar una unidad -
de sobrecorriente de secuencia negativa, tipo inducción, con ca
racterísticas de tiempo inverso.
Irá provisto además de un indicador del grado de carga simétri-
ca que accionará una alarma para un l^Q% de corriente de secuen™
cia negativa y contactos que anuncien su operación y produzcan-
el disparo del interruptor de campo y del generador,, Beberá te
ner una amplitud de 2 a 6 amperios*
Como referencia para esta clase de protecciones se recomienda -
el relé tipo COQ (Westinghouse),de secuencia negativa ó un siíai
lar equivalente *
COORDINACIÓN*-*- Be acuerdo a las recomendaciones dadas por la Wes
tinghouse, para esta protección^ teniendo presente las condicio
nes del sistemas ©1 relé COQ de desbalance de fases debe accio-
nar una alarma para un fyQ%. del valor de la corriente de secuen-
cia negativa«(Xp)9 cuyo valor permisible debe dar el fabricante
de la unidad generadora,»
Como el relé COQ funciona aprovechando la presencia de la co
rrient© de secuencia negativa producida ante un desbalance de -
fases su acción no será interferida por el relé de sobrecargas
ni por el relé diferenciáis de tal manera que su acción será in
dependiente*
PRINCIPIO DE OPERACIÓN.- El relé COQS tiene un elemento de so-
^recorriente energiaado con corriente de secuencia negativa*
Cuando el relé es energizado con el valor de corriente de se -
cuencia negativa seleccionado por el tap del relé, el elemento
de sobrecorriente induce corriente de BDDY en ©1 disco, ini -
ciando el giro del mismo, el cual a su vez cierra un pa.rde con
tactos de acuerdo a la característica de operación indicada en
oí capítulo anterior9 este cierre de contactos energiza la bo-
bina de un sv/ltche auxiliar el cual iniciará la operación*
PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES DE SERVICIO*- Para la protec-
ción contra sobretensiones de servicio9 se recomienda una uni-
dad de sobrevoltaje tipo inducción9 monofásico9 y con caracte-
rísticas de tiempo inverso» Además deberá ir provisto de un e-
lemento que compence los voltajes de tercera armónica.» Deberá
tener una característica de operación de retardo para voltajes
cuyos valores sean ligeramente superiores al voltaje nominal -
de la unidad generadora, y una operación instantánea para so -
brevoltajes elevados»
Sstos relés deberán provocar siempre la desconexión del inte -
rruptor principal y de campo»
Beberá tener una amplitud de 55 a 1¿|0 voltios* Como referencia
podemos indicar la utilización de un relé tipo CVD ó un similar
equivalente como el IAV«
COORDINACIÓN»- De acuerdo a las recomendaciones dadas por la -
V/estinghousey este relé deb© comenzar a operar para un 110 % de
voltaje nominal y para valores superiores al porcentaje mencio
.nado e A
Accionará siguiendo la curva característica del relej, y los da
tos constan ©n el capítulo anterior*
Como el voltaje en una unidad generadora está ligado con la fr©
cuencia y por consiguiente con la velocidad^ el relé de protec-
ción contra sobretensiones de servicio deberá ser coordinado -
con el relé de sobrevelocidada el cual a su ves es aconsejable
sea ajustado por el fabricante de la unidad generadora^ puesto
que9 es necesario tornar en cuenta ©1 momento de inercia de la -
máquinas asi como también el limite de embalamiento de la misma.
Cabe indicar que como la protección contra exceso de velocidad
es una protección principal y la protección contra sobretensio-
nes de servicio es una protección de retaguardia, el relé d© so
brevelocidad debe operar antes que el relé de sobretensión lo -
haga*
Las fórmulas que ligan el voltaje en función de la frecuencia y
por consiguiente de la velocidad sons
V = 4 4 N 0 F (1) S s 130 F/P (2)
Donde; F representa la frecuencia
S representa la velocidad^
Como í\ y $ dependen de las características internas de la raáqui
na como son? tipo de devanado^ conductores activoss número de -
poloss circuito magnético etc*9 los cuales son proporcionados -
por el fabricante y ante la dificultad de obtener estos datos -
he creído conveniente representar por un valor constante K=H 0a
Entonces tendremos? V = 4«4¿f KF (1) S = 120 F/P (2)
sobrevelocidad debería comenzar a operar para un valor de 1O7 %
de velocidad nominal dejando de esta manera que el relé de so -
bretensiones de servicio actúe cuando falla la unidad protecto-
ra de sobrevelocidada
RELÉ DIFERENCIAL.- Para la protección diferencial del generador
se recomienda utilizar un relé de sobrecorriente? monofásico, -
tipo inducción de tiempo inverso y porcentaje constante*
Caso de requerirse llevarán contactos para cortocircuitar los -
devanados de los transformadores de corrientes
Estos relés desconectarán el interruptor principal y el de cam-
po 5 accionarán la alarma9 el cierre de la válvula mariposa y -
la operación del dispositivo contra incendioso
Cosío referencia para esta clase de protecciones podemos indicar
Relé tipo C*As de 10f£ de porcentaje constante^ el cual protegerá
contra las siguientes fallasg a) cortocircuitos entre fases b) -
cortoctecuitos entre cada fase y tierra*c) fallas internas en la
inquinará) fallas en cables primarios que se encuentran dentro de
Para el caso de tener falla® a tierrag el relé diferencial que -
tiene el carácter d© protección principal9 debe coordinar con e 1
r©li de protección contra fallas a tierra del estator, cuya uni-
dad desempeña el carácter de protección d© retaguardia®
diente al 90 del devanado ©statórico9 dará una corriente de cor
tocircuito de aproximadamente «j1e/|2 pu9 este valor multiplicado
por la corriente base de ¿f*l80 amperios s©ri igual a í
La corriente de falla en el lado secundario de los transformado-
res de corriente que sirven para la conexión, de los relés dife -
rencialBS será 5»836 s 300 = 19»12 amperios^ por consiguiente la
corriente en la bobina d© operación del relé diferencial de 10
será 19912 amperios^ para este valor le corriente el tiempo de o
peración del rail es d© Oa20 segundos; en cambio el relé d© pro-
tección contra fallas a tierra del estator para la misma condi -
cián de falla operará en 5 segundos aproximadamente9 lo cual pue
d© comprobarse con las curvas correspondientes» De esta manera se
consigue que el relé diferencial opere ©n un tiempo inferior que
el relé de protección contra fallas a tierra del estator^ el
a su vez operará cuando falle la protección diferencial»
Para esta protección es recomendable utilizar un relé de sobrs
ipo C<
partidas@ como puede verse en el capítulo anterior en sus cur -
vas características de operación
Istos relSs accionarán generalmente una alarma^ el interruptor-
3,® 2 a 6 am-
DH PfíOTECCION DE CAMPO*-
Para la protección de campo es recomendable utilizar un rell
que tenga una unidad aireccionalg una ae xmpeaancia y una
con el fin d© poáer diferenciar entre pérdidas accidentales
toria que pueden ocurrir en el sistema»
Este relf deberá operar el aaunciaáor de pérdida o falta de ex-
citación$ el interruptor principal y el de campo9 además cerra-
rá la válvula de entrada del aguae
Como recomendación para esta protección, podría utilizarse un -
relé* KLF (Westinghouse) o un similar
o» El relé de protección de campo, tiene una
tenemos que las unidades de impedancia $t direccional ante condi-
ciones de excitación deficiente darán alarma, posibilitando de -
esta manera qu© el operador de la planta pueda corregir esta a -
normalidad» La unidad de voltaje en cambio entrará a funcionar -
cuando el voltaje de la unidad generadora sea inferior al 80?á de
su valor nominal, el cual a su vez puede causar inestabilidad en
DE PROTECCIÓN CONTRA FáLLáS A TIERRA DEL ROTOR*~
Para la protección contra fallas a tierra ée recomienda utiliaar
un relé de sobrevoltaje de corriente directa, deberá proveer un
suceder en el circuito rotórico, puesto que si no es detectada -
una primera falla a tierrag y al existir la posibilidad de qu© £
curra una segunda fallas cortocircuitaria una parte del devanado
rotórico5 dando como resultado un desbalaace en la interacción -
de los flujos del rotor y del estators causando por este motivo
vibraciones ©n la máquina las cuales podrían dañar la misma®
- El relé que vigila las fallas a tierra del rotor
debe coordinar con el relé de campo9 dando preferencia en el -
tiempo de operación al relé contra fallas a tierra del rotor¡, -
(DoG0F0) de la casa Westinghouse)«
rra la falla en cualquier punto del devanado de campo9 en cambio
el relé HaLoF» que sirve para la protección de campo operará en
un tiempo mayor, de acuerdo a las curvas características de ope
Como referencia para esta protección podemos indicar el relé
D«GBFe de la Westinghouse o un similar equivalente» Deberá tener
un rango de 55 a 1*tQ voltios*
Estos rells comandarán el interruptor principal y el de campo aa
te condiciones de falla^
0000000000000000000000000000000000
lo- Estudio de Prefactibilidad **Preyecto Fisayambo'1 Por la
B1ÍGIK3ER1HQ CGMPáNI - año 1.96?
2o- Teoría de circuitosoProfesor Ing« Arturo Hora* 1.964 - 1.965
3»- Teoría de circuitos,profesor ing. Raúl Hecalde 1.965 - 1.966
4*» Líneas de transmisión Profesor ing* H.Placencia 1.966 - 1-96'/
5*- Circuitos Eléctricos por Hugh Hildreth Skilling 1.963
6.-» Transmission and Distribution Keference Book 1*964
7o- Relés de Protección por Masson
8.- Protective Helays* Por ?larrington 1*962
98- protective Helays« Application üuide tke Bnglish Electric Com
pany Limited 1962
10.» Boletines descriptivos actualizados de relés de protección
Westinghouse.
11.- A How "Silent Sentinels» Publication Westinghouse Electric
Coorporation. 1.964
12«™ Manuá). del Ingeniero Eléctrico* Por Knowlton.
13*- Power System Stability. Por el Ingeniero Kimbark. 1.964»