tipo de central

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  • ESCUELA POLITCNICA NACIONAL

    SELECCIN Y PROTECCIN DE ESQUEMAS

    .DE BARRAS EN SUBESTACIONES DE 230/138 KV.

    APLICACIN A LA SUBESTACIN MILAGRO

    Tesis previa a la obtencin del Ttulo

    de Ingeniero Elctrico, en la Especia_

    lizacin de Potencia.

    EDMUNDO RAMIRO TERAN GMEZ

    Quito, a Abril de 1978

  • . CERTIFICADO ;

    Certifico' que la presente Tesis: MSelec_

    cin y Proteccin de Esquemas de Ba-

    rras en Subestaciones de 230/138 Kv

    Aplicacin a la Subestacin Milagro" ha

    sido realizada en su totalidad por el se_

    or Edmundo R. Tern G.

    ING.. VCTOR OREJUELA l_. ,Director de Tesis

  • Mis., sinceros agradecimientos para todas

    las personas que colaboraron para la con_

    secucin de este trabajo. De manera es_pecial a -los Ingenieros Vctor Orejuela,Carlos Azalde y Luis VinfcimiLla.

  • . I N DIC-E

    Pag.

    INTRODUCCIN

    CAPITULO I .- SELECCIN DE ESQUEMAS DE BARRAS

    .1 . 'CONSIDERACIONES GENERALES. 1

    1,1 Carcterfsticas de un esquema." 1

    1 .2 Criterios de comparacin entre alternativas. 3

    1.3 Elementos de un esquema, 4

    2. . FRECUENCIA DE FALLAS, REPARACIN Y MAN-TENIMIENTO DE BARRAS. ' 4

    3. FRECUENCIA DE FALLAS, REPARACIN Y MANTENIMIENTO DE ELEMENTOS ASOCIADOS A

    - LAS BARRAS, 6

    3.1 Disyuntores, 7

    3,'2 Seccionadores.. : ' 7 -

    3.3 Posicin de .interrupcin. 8

    4. ' ASPECTOS DETERMINANTES EN LA SELECCINDE UN ESQUEMA DE BARRAS. 9

    4.1 Continuidad y calidad de suministro de potencia y

    energa. . . . . 1O

    4.2 Costo anual por interrupciones de servicio. 10'

    4.3 Costo anual de recuperacin de capital. 11

    4.4 Costo anual "total de un esquema.. 13

    &. ' . CONFIGURACIONES DE' BARRAS, MODIFICACIO-

    NES EMPLEADAS Y EVALUACIN. 13

  • 1-2.

    Pag.

    5.1

    5.2

    5.3

    5.4

    5.5

    5.6

    5.7

    Barra simple.

    Barra simple seccionada.

    Barra principal y transferencia.

    Doble barra con un solo disyuntor.

    Doble barra con un solo disyuntor y by pass .

    - Doble' barra con doble disyuntor.

    1 1/2 disyuntores.

    14

    15

    17

    19

    20

    22

    23

    CAPITULO II . PROTECCIN- DE BARRAS

    1 .

    -2.

    2.1

    2.1 .1

    2.1.2

    2.1 .3

    2.2

    2.2-.1

    2.2.2

    2.2.3

    2.3

    2.3.1

    2.3.2

    2.4

    3.

    . CONSIDERACIONES GENERALES . .

    ELEMENTOS EMPLEADOS EN LA PROTECCINDE BARRAS.

    Transformadores de proteccin.

    Transformadores de corriente.

    Transformadores de potencial .

    Divisores capacitivos de potencial.

    Rels.

    Rel direcconal.

    Rel direccional de sobrecorrente.

    Rels auxiliares,,

    Elementos de apertura.

    Seccionadores .

    Disyuntores .

    Circuitos .de control.

    ESTUDIO DE' LOS ESQUEMAS DE PROTECCINPARA LAS CONFIGURACIONES USUALES DE 8A

    RRAS. '

    27

    27

    28

    29

    33

    35

    40

    41

    44

    45

    . 45

    45

    46

    47

    47

  • 1-3.

    Pag

    3.1 Requerimientos de un sistema de proteccin de

    barras. ' " 4 7

    3.2 Principios de funcionamiento de un sistema de

    proteccin" de barras. 51-

    3 . 3 _ _ Proteccin diferencial. . . 5 2

    3.4 Circuito diferencial de alta impedancia. 54

    3.5 Esquema de proteccin para barra simple. 58

    3.6 Esquema de 'proteccin para barra principal y

    transferencia. - 61

    3.7 Esquema de proteccin para doble barra con un

    .solo disyuntor y by-pass. " 63

    "4. EVALUACIN DE LOS ESQUEMAS DE PROTECCION.. . 70

    CAPITULO III .- APLICACIN A LA SUBESTACIN MI-LACRO

    1. CARACTERSTICAS DE LA SUBESTACIN ' 721.1 Programa de instalacin de equipo. 72

    1.2 . Corrientes mximas en posiciones de interrupcin 74

    1.,3 Corrientes de cortocircuito. 77

    2. SELECCIN DE .LOS ESQUEMAS DE BARRAS '792.1 Generalidades.- - 79

    2.2 Seleccin del esquema de barras para el sector

    .de 230 Kv, ' - 81

    2.2.1 . Evaluacin de la continuidad y calidad de suminis_

    tro de potencia y energfa, ' 81

  • 1-4.

    Pag.

    2.2.2 Evaluacin del'costo anual por interrupciones de

    servicio. ' 86

    2.2.3 .Evaluacin del costo anual de recuperacin de

    capital. ' ' 8 6

    2.2.4 Cost anual total. " .. 91

    2.3 Seleccin del esquema de barras para el sector

    d 138 Kv. " 92

    2.3d Evaluacin de la continuidad y calidad de suminis_

    tro de potencia y.energfa,. 92

    2.3.2 Evaluacin del costo anual por interrupciones de

    servicio* 97

    2.3.3 Evaluacin del costo anual de recuperacin de ca

    pital.

    2.3.4 Costo anual total. ' '

    3.- PROTECCIN DE LOS ESQUEMAS DE BARRAS4. ESPECIFICACIN DE TRANSFORMADORES DE

    CORRIENTE. . - 105

    5. ESPECIFICACIN DE RELS'Y EQUIPOS DEPROTECCIN DE BARRAS. ' ' 105

    5.1 Especificacin de rels'. . 1O55.1.1 Rels diferenciales. 105

    5.1.2 ' Rels de bloqueo. ' . 1O7

    5.2 Clculo de ajustes para los rels diferenciales. 1075.2.1 Ajustes para los rels diferenciales para el sec_

    tor de 230 Kv. . " 1 0 8

    5.2.2 Ajustes -para los rels diferenciales para el sec_tor de 138 Kv. ' ' 111

  • 1-5.

    Pag

    5.3 Especificacin de disyuntores. 113

    5.3.1 Disyuntores para el sector de 230 Kv. 113

    5.3.2 Disyuntores para el sector de 138 Kv. 114

    6. SECUENCIA DE ACCIONAMIENTO DEL SISTEMA

    DE PROTECCIN. ' . 114

    CAPITULO IV .- CONCLUSIONES 116

    ANEXO A:

    ANEXO B:

    SMBOLOS Y NOMENCLATURA DE DISPOSJ[TIVOS EMPLEADOS. A-1 .

    CALCULO DE AJUSTES PARA EL REL DIFRENCIAL DE ALTA IMPEDANCIA WESTING

    HOUSE TIPO. KAB. A-3

  • INTROD UCCION

    Este trabajo tiene el propsito de presentar en forma general, elmtodo usual .de seleccin del esquema de barras ms conveniente

    para una determinada subestacin de un sistema elctrico. Adicio

    nalmente se presenta la- descripcin del empleo de algunos rels

    de proteccin en los esquemas de barras que usualmente se tienen

    a voltajes elevados,, como son 138 y 230 Kv.

    Para cumplir con" los objetivos propuestos, se describe los esque_mas usuales de barras y- algunas' de sus variantes, junto con los arreglos de elementos de sistemas de proteccin que-operaran en el

    caso de ocurrir una avera o falla dentro del esquema de barras.

    Finalmente se presenta una aplicacin' de los mtodos descritos, en

    el diseo de tales sistemas para la Subestacin Milagro, eslabn

    importante del Sistema Nacional Interconectado del Ecuador.

  • CAPITULO I

    SELECCIN DE ESQUEMAS DE BARRAS

    1 . ' CONSIDERACIONES GENERALES

    'Al disear una subestacin, se tiene que decidir convenien_

    ;.- ' temenfce el empleo de uno de los varios esquemas de barras

    que se pueden presentar" como alternativas, exigiendo este

    proceso el buen conocimiento de algunos aspectos importan

    tes de cada uno de ellos.

    1.1 CARACTERSTICAS DE UN ESQUEMA

    Las caractersticas, que se consideran para evaluaciones de

    .este tipo son:'

    - Continuidad y calidad de suministro de potencia y ener_

    gfa.

    - Operacin.

    - Proteccin.

    Facilidades de ampliacin

    . Costo,

    a. Continuidad y Calidad de Suministro de Potencia y E-

    nergfa

    Que se puede medir -con el conocimiento del nmero de

  • veces que un esquema deja de suministrar potencia yenerga y el tiempo que estas interrupciones duran,

    puesto que tal .situacin' eleva el costo de la subesta -

    cin por ingresos no percibidos al no vender servicio

    elctrico a los usuarios.

    b. Operacin

    La puesta en servicio de un esquema de barras y su

    funcionamiento en estado normal, desconectando Ifneas

    o transformadores o conectndolos segn lo solicite el

    sis tema 3 requiere el manejo de sus elementos, en elorden necesario, anotndose tambin que la mayora de

    esquemas de barras involucran transferencia de funcio-

    namiento de una seccin a otra, ya sea para efectuar

    mantenimiento o por falla de 'ellas. La operacin de

    un esquema se refiere entonces a la mayor o menor

    cantidad y complejidad de maniobras requeridas paralas situaciones nombradas anteriormente.

    c. Proteccin

    La conservacin del equipo y la continuidad de' servicio

    en una subestacin, en caso de fallas, requiere configijraciones de elementos de proteccin, que varfan de a -

    cuerdo al esquema de barras empleado y que pueden ser

    simples o complicadas, considerando el nmero de sali^

    das y la ubicacin misma de tales elementos en el es -

    quema.

  • 3.

    d. Facilidades de Ampliacin >,

    En la mayora de casos, las subestaciones son suscep_

    tibies de tener ampliaciones, por esto} se tiene que

    considerar las fecilidades que el esquema de barras

    prestar al realizar las extensiones requeridas sin in-

    terrupciones de servicio.

    e. Costo

    Aspecto de singular importancia que es deseable sea lo

    ms 'bajo posible, pero a la vez consistente/ sobretodocon la continuidad de servicio y con los dems aspee -

    tos ya sealados.

    1 .2 CRITERIOS DE COMPARACIN ENTRE ALTERNATIVAS

    La seleccin de uno de los esquemas de barras en estudio

    se realiza, dando mayor importancia a la medida de conti -

    nuidad y calidad de suministro de potencia y energfa o segu_

    ridad de funcionamiento, que el. esquema provee y al costo

    del mismo. . '

    Se obtiene con esto un criterio tcnico-econmico que invo_

    lucra el mayor tiempo de funcionamiento de una subestacin,

    al menor costo posible. .

    El estudio de la seguridad de funcionamiento de un esquema

  • 4,

    se designa_ con el nombre de confiabllidaC.I,,

    1.3 ELEMENTOS DE UN ESQUEMA

    Por lo general, se divide a'Vos elementos constitutivos deun esquema en dos grupos:

    a. Barras '

    b. Elementos' Asociados a las Barras

    Disyuntores, seccionadores asociados a l y a todo el

    equipo auxiliar como son los transformadores de poten_

    . cial y de corriente, elementos de proteccin, etc. que

    operan con cada disyuntor. El conjunto se denominaposicin de interrupcin.

    Es en estos dos tipos de elementos constitutivos de un es-

    quema 3 en los que pueden ocurrir fallas o averas, cuya

    frecuencia dar la mayor o menor conftabilidad del esquema

    e n estudio. ' . ' .

    2. FRECUENCTA DE FALLAS, REPARACIN V MANTENTMIENTO DE BARRAS.

    La mayora de artculos tcnicos especializados consideran -qu la frecuencia de fallas en barras es un valor muy pe-

    queo, fijo e independiente del nmero de elementos asocia^

  • dos a ellas _, sin embargo, es conveniente''.anotar que un ma

    yor nmero de estas fallas se debe principalmente a la con

    taminacin de los aisladores _, lo que lleva a pensar que

    mientras ms puntos de aislamiento tenga un esquema de ba

    rras_, mayor ser la probabilidad de falla en barras.

    Se define: .

    p = Frecuencia de fallas en barras (fallas/ao x barra)

    Este valor describe sobre todo al nmero de fallas monof_

    sicas a tierra que son las rns frecuentes.

    TABLA N^ 1

    TIEMPO DE SUSPENSIN DE-SERVICIO DEBIDO AFALLAS EN BARRAS

    Esquema . t

    Barna simple . * 120 horas-(rep. de la barra)Doble barra un disyuntor ;" ..0.5 horas (transf. fue.)Barra principal y transferencia 120 horas (rep. de'la barra)Doble barra doble "disyuntor 0.5 horas (transf. fue.)1 1/2 disyuntores 0.5 horas (transf. fue.)

    Cuando ha ocurrido una falla en una barra, se estima que

    el tiempo de suspensin de servicio debido a sta (t|), de_. pende del tipo de esquema 5 ya que en unos casos se pierde

  • 6.

    continuidad de servicio por el tiempo necesario para repa-

    racin de barras y en otros, por el tiempo requerido para

    transferencia de'funcionamiento de una seccin a otra, es-

    te tiempo se indica en la Tabla N- 1, (Ref; A1)

    Puesto que, para efectuar mantenimiento de posiciones de

    interrupcin -o en caso de fallas, para reparacin de stas,.

    a. Desconexin Rpida . .*.

    La mayorfa de fallas en barras estn acompaadas de

    arcos que pueden causar daos considerables a una ins_

    talacin, por lo que se estipula que para minimizar es_

    te dao y la consecuente suspensin de servicio, el

    sistema de proteccin debe ser capaz de ordenar aper

    i tura de disyuntores en el menor tiempo posible (mxi-' mo un ciclo); en esta forma con el tiempo de operacin

    de un disyuntor (dos, tres ciclos), se tendrfa un tiem-po de flujo de la corriente de falla menor que 10O miU_segundos, limite que se considera que una vez sobrepa_

    sado requiere el reemplazo de una co.nsiderable cantidad

    .de equipamiento por daos ocasionados por la falla en el

    caso de subestaciones de_ sistemas interconectados.

    b. Confiabilidad

    Cualidad que permite garantizar la operacin de los re_

    les y en definitiva del o de los disyuntores que coman-

    da el esquema de protecciones, en caso de ocurrir la

    falla para la cual ha sido diseado. Es deseable tener

    la certeza de un funcionamiento correcto, sin deseo -

    nexiones errneas de secciones de barra que pueden pro_

    ducr la interrupcin de servicio a grandes reas y la

    consiguiente prdida econmica por energfa no servida. -

  • 50.

    c. Selectividad

    Las protecciones de barra deben responder solo en el

    caso de falla dentro de la zona que ellas protegen 3 des

    conectando solo aquellas barras o secciones que son a

    fectadas directamente por la avera. La regla general

    que debe seguirse es la de evitar de la mejor maneradesconexiones innecesarias.

    d . Flexibilidad en Operacin

    Bajo ninguna circunstancia, el sistema-de proteccin de_be representar un obstculo para la operacin de la

    subestacin . . En funcionamiento normal., mantenirruen_

    to o reparacin de elementos del esquema de barras de_

    be emplearse por lo general, algunas secciones en reern^

    plazo de otras, lo cual. debe efectuarse sin tener que

    prestar ninguna atencin al sistema de protecciones pues_

    to que ste debe disearse de tal manera que su trans-

    ferencia sea realizada sin intervencin de operadores.

    La proteccin de barras debe entonces seguir automti_carnente la operacin o maniobra y proveer constante-

    mente una imagen verdadera del estado momentneo del

    sistema de barras.

    e. Facilidades de Modificacin y Extensiones

    .Las configuraciones -de barras generalmente son modifi

  • cadas y extendidas varias veces- en el curso de los a -

    os, por esto, el diseo del sistema de protecciones

    debe ser flexible de tal. manera que se adapte a cual -

    quier situacin nueva que pueda presentarse,

    f. Facilidades para Pruebas

    Puesto 'que la operacin de las protecciones de barras

    es relativamente rara, es deseable que su diseo pro

    vea facilidades para probarlo con el fin de asegurar al

    mximo posible su correcta operacin.

    En consideracin a los requerimientos indicados _, se han

    diseado varios mtodos de proteccin de barras que

    cumplen en mayor o menor grado los objetivos anota -dos, siendo los principios de. funcionamiento los que se

    indican a continuacin:

    3.2 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE

    PROTECCIN DE-BARRAS

    .Al ocurrir una averfa^ el sistema de proteccin de barrasdebe funcionar efectuando las operaciones siguientes:

    a o Decidir si la fella'o averfa est localizada dentro o

    fuera del sistema de barras *

    b. Seleccionar la barra afectada por la falla. ^

  • 52.

    c. Interrumpir los alimentadores conectados a la barra a_

    veriada.

    Todas estas decisiones deben ser tornadas simultneamente,

    si el esquema de barras lo permite.

    El mtodo de proteccin ms empleado y que mejores carac_terfsticas presenta dentro del marco establecido por las

    normas de funcionamiento ya indicadas es el de la protec-

    cin diferencial que a continuacin se indica.

    3.3 PROTECCIN DIFERENCIAL

    Se basa en la comparacin de las corrientes que entran y

    salen de un grupo vo sistema'elctrico. El principio de

    funcionamiento se indica en la Figura 1.6.

    .-ELEMENTO PROTEGIDOy -

    Fig. 16

    PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LA PROTECCINDIFERENCIAL

  • -53..

    Si 11 e 12 son iguales, por la rama AB no circular corrien

    te. Si son diferentes, por AB circular su diferencia que

    podr energizar -la bobina de operacin de cualquier rel/or

    denando el accionamiento de disyuntores que separen al ele

    ment falloso del sistema.

    El empleo de los transformadores de corriente en los esque_

    mas diferenciales de proteccin es una de las aplicaciones

    ms crticas-, por el gran nmero de circuitos involucrados

    y los diferentes niveles de energizacin encontrados en los

    varios circuitos,

    En estos esquemas 3 el comportamiento del rel empleado es

    funcin de la exactitud de reproduccin no solamente de la

    corriente de carga .sino tambin de toda corriente de falla.

    Cabe indicar que la saturacin de los transformadores de co_

    rriente en presencia de corriente continua, es una condicin

    rnuy severa puesto que puede ocurrir que una pequea magra

    tud de corriente (de una falla asimtrica) sature el ncleodel transformador reduciendo apreciablemente la precisin

    en la transformacin del valor de corriente a\,

    lo que determinara la aparicin de corrientes diferenciales

    grandes que pueden provocar, una falsa operacin del rel

    del esquema diferencial.

    Este problema puede ser solucionado por varios mtodos,

    asf:

  • 54-V

    . Eliminando el hierro en los ncleos de los transformafdores "de corriente. Se emplea los llamados acoplado-

    res lineales.

    b'. Uno del rel diferencial de: porcentaje variable., diseado para ser insensible a la- saturacin a corriente direc

    ta.

    i el Uso del rel diferencial de alta impedancia.

    /Una evaluacin del mtodo de proteccin diferencial ms a-

    j decado est fuera del alcance de este trabajo, .Para cumplircon los objetivos del mismo., se ha seleccionado el uso delrel diferencial de alta^tapedancia, porque'este permite des_ *

    cribir la aplicacin de equipo auxiliar convencional;

    3.4' CIRCUITO DIFERENCIAL DE ALTA IMPEDANCIA ._

    Emplea un rel diferencial de alta impedancia que discrim_i_

    na entre fallas externas e internas a la. zona protegida en

    base al voltaje que mide. .

    Para este circuito., es necesario que la resistencia de los

    secundarios de los transformadores de corriente se mante_n_

    ga baja para el caso de ocurrencia de una falla, lo cual 1^mita las aplicaciones solamente a los transformadores tipo

    bushing -o de devanado distribuido.

  • 55-

    A continuacin se describe los casos en los que puede ope-

    rar un circuito diferencial .de alta impedancia. Se supone

    que se est protegiendo por este mtodo una barra a la que

    llegan cuatro lneas: dos de-alimentacin y dos de carga.

    a e Operacin Normal

    Aqu, la diferencia entre las corrientes primarias fluyera

    do para y de la barra es cero. Tericamente_, no hay

    una corriente diferencial fluyendo a travs del rel, sin

    embargo, puede aparecer una de un valor pequeo, deb-

    do a la transmisin de errores de los .transformadores

    de corriente, lo que permitir el aparecimiento de un

    potencial -sobre el rel, que es bastante bajo respectodel nivel d respuesta de ste,

    b. Falla Externa

    Para cualquier condicin de operacin de un sistema de

    barras, los secundarios de los transformadores de co -

    rriente de las diferentes salidas y el rel de alta impe_

    dancia resultan conectados en paralelo y en falla exter-

    na, pueden darse dos casos: que los transformadores

    de corriente de la ifnea fallada resulten saturados o no

    saturados.

    En el caso de que los transformadores no resulten satu_

    rados, la diferencia entre .las corrientes que 'salen

  • 56.

    y entran a las barras es cero y de rgual manera que en

    operacin normal., la corriente diferencial que puede a

    parecer ser mnima. (Fig. 17)

    Fig. 17-

    FALLA E>CTERNA

    Si los transformadores conectados a la Ifnea -fallada re_

    sultn totalmente saturados, presentan como impedancia

    solamente la resistencia del cobre de sus bobinados se_

    cundarios3 por -donde circula la corriente secundarla de

    los transformadores de los circuitos de alimentacin, lo

    cual produce una cafda de potencial que es menor que el

    ' nivel de -respuesta del rel . . .

  • 57.

    c. ' Falla Interna

    Cuando, ocurra un cortocircuito en la barra (Fig. 18)_,i

    la corriente secundaria de los transformadores de los

    circuitos de alimentacin .queda limitada por la impe-

    'dancia de los transformadores de los circuitos de car_

    ga y la del rel de_ sobrevoltaje* Como estas impeda_ncas son altas, los transformadores de los circuitos de

    alimentacin operan prcticamente como si estuvieran

    en circuito, abierto y el voltaje que aparece en bornesdel rel es mucho mayor que para el caso de falla ex

    terna'. La cada de potencial a la mhirna corriente de

    cortocircuito, debe estar sobre el nivel.de respuesta y

    causar la operacin del rel.

    Fig. 18

    FALLA INTERNA

  • 58.

    Por lo general, el rel de alta impedancia tiene conec

    tado en paralelo un elemento resistivo no lineal con el

    objeto de protegerlo en caso de corrientes altas de fa' lia.

    El funcionamiento de un circuito diferencial de alta irn_

    vs pedancia puede. _utilizars.e para varios tipos de esquemas\ de barras., formando parte de un sistema de proteccin

    / que debe, cumplir en lo posible y de acuerdo al esque

    ma -de barras tratado3 con' los principios de funciona -

    -' v miento que ya han sido enunciados.

    A continuacin se desarrolla someramente los sistemas

    de proteccin para algunos esquemas de barras3 basados

    en el empleo del rel de alta impedancia 3 suponindose

    que al esquema en estudio estn llegando dos lneas de

    alimentacin y que salen dos lneas de carga.

    3.5 ESQUEMA DE PROTECCIN PARA BARRA SIMPLE

    En este caso, el sistema de proteccin decide si la falla es_

    t dentro o fuera de la barra. Si la avera es interna., o

    peran los disyuntores de todos los alimentadores.

    Los. transformadores de corriente empleados son los de tipo

    bushing por-la razn indicada anteriormente y su ubicacin

    se muestra en la Figura 19.

  • -BARRA

    59,

    DISYUNTOR [T.CJ

    PROTECCINDE B A R R A

    Fig. 19

    UBICACIN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

    -En este esquema se requierey a ms del rel de alta impe

    dancia, de un rel de bloqueo cuya funcin es la de coman_

    dar el disparo de los disyuntores y cortocircuitar los bornes

    del rel de alta impedancia.

    .Las conexiones al circuito de potencia y al circuito de co

    "miente continua se indican en forma esquemtica en las Fi_

    -guras 20 y 21 .

    Cabe indicar que para el caso de funcionamiento del siste-

    ma de proteccin-, por avera interna, se -debe preveer un

    >:c-ircuito de control que bloquee cualquier reconexin que los

    -^circuitos de apertura, y cierre de disyuntores puedan ser

    vcapaces de -realizar,.

  • 60.

    Fig'. 20DIAGRAMA ESQUEMTICO UMIFILAR DE CONEXIONES AL

    SISTEMA DE POTENCIA, ESQUEMA DE BARRA SIMPLE

    PARA OPERACINDISYUNTORES

    86 B

    Fig. -21

    DIAGRAMA ELEMENTAL DE CORRIENTE CONTINUA PARA

    PROTECCIN DEL ESQUEMA DE BARRA SIMPLE

  • 6T.

    3.6 ESQUEMA DE PROTECCIN PARA BARFJA PRINCIPAL YTRANSFERENCIA

    Si una averfa ha ocurrido^ el sistema de proteccin opera-r en dos posibles estados del esquema de barras.

    - Estado normal. _

    -t Mantenimiento de una posicin de interrupcin.i . '

    En estado normal de funcionamiento, al igual que en el ca-

    so de barra simple, al ocurrir una averfa, el sistema de.

    proteccin decide si esta es externa o interna y en este l

    timo caso operan los disyuntores de todos los alimentado

    res.

    Si una posicin de interrupcin est en- mantenimiento 3 la

    posicin de transferencia la reemplaza, y si ocurre una a

    verfa interna el sistema de proteccin acta como en el ca_

    so del estado normal, operando los disyuntores 'de todos los

    alimentadores.

    Las conexiones al sistema de potencia se indican en formaesquemtica en la Figura 22, anotndose que para este es_

    quema de barras, las conexiones al circuito de corrientecontinua son similares a las del esquema de barra simple

    mostradas en la Figura 21 . -

  • B-

    PRIN

    CIPA

    L

    \

    \;

    \\

    86

    B

    B. TR

    ANSF

    .

    Fig

    .

    22

    DIA

    GR

    AM

    A

    ES

    QU

    EM

    TIC

    O

    UN

    1FIL

    AR

    D

    E C

    ON

    EX

    ION

    ES

    A

    L

    SIS

    TE

    MA

    D

    E P

    OT

    EN

    CIA

    '

    DE

    L

    EQ

    UE

    MA

    D

    E'

    BA

    RR

    A P

    RIN

    CIP

    AL

    Y

    T

    RA

    NS

    FE

    RE

    NC

    IA

    CD

  • 63.

    Tambin en' este caso se debe prever par.a el circuito de

    disparo de disyuntores 3 un circuito que bloquee el recierre

    de estos al operar el sistema de proteccin de barras.

    3,7 ESQUEMA DE PROTECCIN- PARA DOBLE BARRA CONUN SOLO DISYUNTOR Y "BY.PASS"

    .Este esquema p.uede encontrarse en tres estados de funcio-

    namiento: :

    - Estado normal.

    - Mantenimiento de una posicin de interrupcin,

    - Mantenimiento de una barra.

    El mtodo de proteccin que para este esquema puede em-

    plearse considera los estados de funcionamiento descritos

    y cumple en- grado aceptable con los principios de funciona_

    miento indicados en el numeral 3.2, de la siguiente mane-

    ra-: . . . .

    a. Estado Normal

    En este caso, el sistema de proteccin decide si la fa_

    lia es interna o externa, mediante el rel diferencial

    de alta impedancia. Los rels direccionales de fase y

    de tierra empleados a uno y otro lado del disyuntor de

    acople (Figura 23) discriminan si la falla es en una uotra barra y ordenan la operacin de todos los disyunto_

    res.

  • 89-B

    P-1

    BARR

    A

    I /8

    9-S

    3-I

    '8

    9-S1

    -I

    LIN

    EA

    t 1

    LIN

    EA

    ,2

    u

    1 SI- 1

    -z

    89-L

    -1

    ^-i C

    89

    -B-l

    / .

    B9-

    BP

    -2

    89-S

    4-I

    \ 89

    -S4-

    2

    BAR

    RA

    3-3

    89

    -BP

    -4

    /

    89

    -S2-

    L

    v. \52M

    L E

    89

    -L-4

    1

    89-S

    2-2

    /89

    - \V UNE

    .

    89 -L-

    2

    i/5

    2-Z

    L

    Q9-

    B-2

    : /

    f ] \ r(

    B-4

    v A

    A 4

    '

    43

    -

    .

    |i 'I

    43

    -2 H "1 .

    f) U 86 B

    \ /X^ \

    i

    Fig

    . 23

    DIA

    GR

    AM

    A-E

    SQ

    UE

    MT

    ICO

    U

    NIF

    ILA

    R

    DE

    SC

    ON

    EX

    ION

    ES

    A

    L S

    IST

    EM

    A D

    E P

    RO

    TE

    CC

    IN

    DE

    L

    ES

    QU

    EM

    A

    DE

    D

    OB

    LE

    B

    AR

    RA

    .C

    ON

    U

    N'S

    OL

    O

    DIS

    YU

    NT

    OR

    Y

    B

    Y

    PA

    SS

    or

  • 65.

    La seleccin de los disyuntores conectados a la barra

    fallada se realiza empleando contactos auxiliares de los

    seccionadores selectores de barra en serie con la bobi_

    na de disparo de cada disyuntor (Figuras 24 y 25).

    b. Mantenimiento de una Posicin de ' Interrupcin

    La ubicacin de los transformadores de corriente den-

    tro o fuera del "by pass" tiene gran importancia para

    el caso de. efectuar mantenimiento de una posicin de

    interrupcin. Si los transformadores se ubican fuerat

    el esquema de proteccin no vara y opera en idntica

    forma que en el caso de estado normal del esquema de

    barras.

    Si los transformadores de corriente se ubican dentro

    del "by-pass", al efectuar. mantenimiento de una posi-

    cin de interrupcin., los respectivos transformadores

    de corriente saldran del circuito diferencial de alta

    impedancia, ocasionando el funcionamiento del rel di-

    ferencial por la presencia .de una corriente diferencial'

    falsa. En este caso, 'se presenta como solucin, el

    empleo de llaves manuales (43) y de un adecuado modode operacin del esquema de barras, por la necesidad

    de reemplazar el disyuntor en mantenimiento por el de

    acople de barras.

    En el caso descrito-, es necesario que antes de sacar

  • 87 B =

    IC

    S =

    87

    8

    r I C

    S~

    "$: 87

    B

    ^=

    ICS

    CONE

    XIN

    DE

    RE

    LS

    DIF

    EREN

    CIAL

    ESY

    AUXI

    LIAR

    ESCO

    NEXI

    N

    DE RE

    LS

    DIS

    CRIM

    INAD

    ORE

    S DE

    BA

    RR

    A FA

    LLAD

    AY

    RE

    LS

    DE

    BLO

    QUEO

    Fig

    .

    24

    DIA

    GR

    AM

    A E

    LE

    ME

    NT

    AL

    D

    E C

    OR

    RIE

    NT

    E C

    ON

    TIN

    UA

    D

    EL S

    IST

    EM

    A

    DE

    P

    RO

    TE

    CC

    IN

    PA

    RA

    D

    OB

    LE

    BA

    RR

    A

    CO

    N U

    N S

    OL

    O D

    ISY

    UN

    TO

    R

    Y

    "B

    Y P

    AS

    S"

    O) O)

  • POSI

    CIN

    DE

    AC

    OPL

    E

    =F=

    89-S

    l-l18

    9-SM

    86B

    - zbS

    GB

    - 2

    101

    C

    b 52

    -1

    : 52

    -1'

    a

    52"

    52-A

    IOI

    C

    Fig

    . 25

    CO

    NE

    XI

    N

    DE

    B

    OB

    INA

    S

    PA

    RA

    O

    PE

    RA

    CI

    N

    DE

    D

    ISY

    UN

    TO

    RE

    S

    ai

  • 68.

    la posicin elegida para efectuar mantenimiento , todas

    las dems posiciones de interrupcin sean conectadas

    a. una sola barra, quedando la otra, a funcionar como'

    barra de transferencia con la posicin a mantenerse co_

    nectada a ella. Con esto se logra reemplazar la posi-

    cin en mantenimiento, por la posicin de interrupcin

    de acoplamiento de barras.

    Una vez -realizada la operacin anterior se debe manipu

    lar la llave manual (43) correspondiente, segn la barraque se utilice como de transferencia, suspendindose en"

    este momento la operacin del rel diferencial hasta sa_car completamente la posicin que va a mantenerse, _u

    na vez realizada esta operacin se vuelve a introducir

    la proteccin incluyendo los transformadores de corriera

    te correspondientes', ubicados a un lado y otro de la po

    sicin de acoplamiento, completando la operacin de la

    llave manual (43).

    La secuencia de accionamiento para este esquema de

    barras y su proteccin en este caso puede resumirse

    asf:

    - Conectar todos los alirnentadores, a excepcin del

    que va a mantenerse, a una sola barra.

    - Operar la llave 43 hasta su posicin intermedia.

    - Separar la posicin de interrupcin completa.

    - Completar la operacin de la llave manual (43).

  • 69.

    Los contactos de las llaves 43 se indican en la Figura

    26*

    CON-

    TACTO

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    10

    II

    12

    ' POSICIN

    NORMAL

    X

    X

    X

    -

    DESCON.

    X

    -x

    X

    INTERMED

    X

    X

    X

    X

    X

    X

    TRANSF.

    X

    X

    X

    CORTOCIRCUITO DE T. C. UBICA-, DOS EN LA POSICIN DE INTE-

    RRUPCIN DE ACOPLAMIENTO

    INTRODUCCIN DE T. C. DE LAPOSICIN DE ACOPLAMIENTO EN.EL CIRCUITO DIFERENCIAL

    CORTOCIRCUITO DEL(, REL DIFERENCIAL

    X CONTACTO CERRADO '

    Fig. 26 '

    1 CONTACTOS DE LA LLAVE MANUAL 43

  • 70.

    c. Mantenimiento de una Barra

    Para esta situacin conviene emplear contactos auxilia

    res tipo " b" del disyuntor de acople que sacan del cir_

    cuito de corriente continua los contactos de los rels

    discriminadores de barra fallada (21B-13 21B-2, 67NB-1, 67NB-2) y permiten la operacin -de todos los dis-yuntores conectados a la barra en funcionamiento, al

    ser detectada una falla interna por el rel diferencial

    de alta impedancia. La" conexin de los contactos auxi_

    liares del disyuntor se indica en la Figura 24 y la se-

    cuencia de accionamiento u operacin para este caso es

    la siguiente:

    - Conectar todas las posiciones de interrupcin de los

    alimentadores a la barra'que va a quedar en opera

    cin.

    - Abrir posicin de interrupcin de acoplamiento.

    4. EVALUACIN DE LOS ESQUEMAS DE PROTECCIN

    La complejidad de los esquemas de proteccin aumenta con_forme se complican los esquemas de barras. Sin' embargo _,

    puede decirse que conociendo un medio de proteccin para

    un esquema simple puede, mediante algunos refinamientos,

    aplicarse a un esquema ms complejo.

    Del estudio de la aplicacin de rels diferenciales de alta

  • 71 .

    impedancia puede verse que aquella realizada en' el esque-

    ma de doble barra con un solo* disyuntor y "by pass" es la

    .que mayores refinamientos y complicaciones para operacin

    requiere, ganndose sin embargo todas las caractersticas

    convenientes que presenta este esquema de barras.

    El costo de un esquema de proteccin en cuanto a rels y

    paneles que para ellos .se necesita, es insignificante frente

    al costo de equipamiento de una subestacin., razn por la

    cual,- no se debe escatimar ningn componente que mejoreel sistema de proteccin,

    Conviene tambin, tomar en cuenta .que se debe tratar de

    evitar el diseo de una proteccin rnuy sofisticada que si

    bien puede efectivizar su operacin^ puede complicar el

    funcionamiento del esquema de barras,

  • C A P I T U L O I I I

    APLICACIN A LA SUBESTACIN MILAGRO

    1. CARACTERSTICAS DE LA SUBESTACIN

    - La Subestacin Milagro ser un importante eslabn en el

    Sistema Nacional Interconectado y recibir energa de la

    Subestacin Paute mediante un doble circuito a 230 Kv.

    Su funcin ser la de reducir la tensin a los niveles de

    138 y 69 Kv. para servir a las Provincias de -Guayas} Los

    Ros y El Oro o Milagro actuar tambin como subestacin

    seccioradora entre las Subestaciones Paute y Pascuales y

    su, ubicacin se indica en la Figura 27.

    1 .1

    Miilagro funcionar a su potencia nominal alrededor del ano

    1990 (180 MVA) y se tiene previsto un programa de instala_cin de equipo que toma corno referencia los aos 1982 y

    1988 (Ref: E1) as:

    1982 Instalacin

    4 lneas a 230 Kv.

    2 lneas- a 138 Kv,2 lneas 69 Kv.1 banco de 3 auto transformador es monofsicos ms uno

  • NA ESMERALDAS

    73.

    COLOMBIA

    CENTRAL TRMICA QUITO30+ 25 MV/

    E.E.QU1TO |S (H,O IBAfiAA

    CENTRAL TRMICASTO. DOMINGO

    300

    PiSAYAMBOCENTRAL PUCAR

    69.2 MW

    CENTRAL7^MW?i'

    EMELEC

    _ GUAYAQUIL'= 146 MW

    143.5 MW (T)

    sQ ;CUENCA

    PAUTECENTRAL MOLINO

    | Etapa503 MW

    MCHALAE.E. CUENCA 15 MV/

    10MWH}5MW (T)

    "

    &

    A"Q LOJA

    . 9-82-SISTEMA NACIONAL TJTERCONECTAOO ssovv. DOSLE

    StSTEMA NACIONAL 1NTERCONECTAOO 23O VV. SIMPLE

    , SISTEMA NACIONAL IMTERCOfJECTADO 133 W.

    CIRCUITO

    ClftCU.TQ

    . 27

    UBICACIN- DE LA SUBESTACIN

    '-MILAGRO

  • 74.

    de reserva de relacin 230-138-13.8 Kv. ; 30/40/50

    MVA (OA/FA/FOA). . 1 transformador trifsico de relacin 138-69 Kv. 4O/

    53.3/66.7 MVA (OA/FA/FOA)

    1988 - Instalacin de: .

    1 lnea a 138 Kv.

    3 iCneas a 69 Kv.

    - 1 banco de 3 autotransfdrmadores monofsicos de rea

    cion 230-138-13.8 Kv.; 30/40/50 MVA (OA/FA/FOA).- 1 autotransformador trifsico de relacin 138-69 Kv.;

    40/53.3/66,7 MVA (OA/FA/FOA).

    La Figura 28 muestra el equipamiento en forma cronolgica

    1.2 CORRIENTTES MXIMAS EN POSICIONES DE I[\JTERRUP -CION

    En base a los estudios de flujo de carga mxima entre losaos. 1982 y 1990 (Ref: .E2), y con las siguientes considera_ciones para las diferentes posiciones de interrupcin:

    a. Posicin de Interrupcin de Lnea a Doble Circuito

    Operando en dos situaciones:

    Condicin normal: cada circuito porta su respectiva

    corriente.

  • 75...

    PASCUALES PAUTE

    BABAHOYO

    I It t t I

    230 kV

    _ 230-138-13.8 kV

    138 kV

    138 - 69 kV

    69 k V

    EL ORO

    EQUIPAMIENTO 1982

    EQUIPAMIENTO 1988

    LINEA DE UN CIRCUITO

    f/ LINEA' DE DOBLE CIRCUITO

    Fg. 28

    EQUIPAMIENTO DE LA S/E MILAGRO

  • 76.

    - Emergencia: un circuito ha salido del sistema y

    su corriente es conducida por el circuito restante,

    b. Posicin de Interrupcin -de Lfnea de un Solo Circuito

    Que operar solo para estado normal; y,

    c* Posicin de Interrupcin para Autotransformador

    Para la cual se tomar como corriente normal la del

    rgimen FA y como corriente de emergencia la del re

    gimen FOA5 se obtuvieron los valores .de corrientes

    mostrados en las Tablas .Nos. 9 y 10 indicndose tam-

    bin el ao en que tales corrientes tendrn sus mximos

    valores,

    TABLA No. 9

    CORRIENTES MXIMAS . PARA. POSICIONES DE

    "INTERRUPCIN DEL. SECTOR'DE aso KV.

    Posicin

    L/T Paute-Milagro.

    L/T Milagro-Pas -

    cuales .

    Autotransformador

    230-138 Kv.

    Ao

    1983

    -

    1983

    _

    Corriente.' normal

    (A)

    564

    468

    301

    CorrienteEmergencia

    (A)

    1 . 1 28

    936

    377

  • 77.

    TABLA N 10

    CORRIENTES MXIMAS PARA POSICIONES DEINTERRUPCIN DEL SECTOR DE 138 KV.

    Posicin

    L/T Milagro-El Oro

    \-/T Milagro-Babaho

    yo.

    Auto transformador

    230-138 Kv.

    Auto transformador

    138-69 Kv.

    Ao .mf

    1990

    1990

    Corriente-normal

    (A)

    161

    150

    502

    223 '

    CorrienteEmergencia

    (A)

    322

    -

    63O

    279

    1.3 CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO

    Los valores de corriente encontrados en base a los estudios

    de cortocircuitos realizados para el Sistema Nacional Inter_

    conectado para fallas trifsicas y monofsicas a tierra se

    presentan en las Tablas Nos. 11 y 12 y para los aos 1983

    y 1990.

    Los valores de corrientes de cortocircuito para el ano 1983

    se emplearn para el clculo de ajustes de rels diferencia_les, mientras que los indicados para 199O servirn como

    base para la seleccin del" aislamiento del equipo necesa -

    rio.

  • 78.

    . - - TABLA N^ 11

    CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO AO 1983

    Naturaleza de la corriente

    Corbocircuito trifsico nterno (valor mnimo)

    Cortocircuito monofsico atierra interno (valor mnimo) .

    Cortocircuito trifsico externo (mximo) .

    Cortocircuito monofsico atierra externo (mximo)

    ' Valor (A)Sector230 Kv.

    1 ,425

    2,045

    2,854

    5j787

    Sector133 Kv.

    1 5990

    2,710

    4,740

    4,584

    TABLA N- 12

    CORRIENTES DE .CORTOCIRCUITO AO .199O

    Naturaleza de la corriente

    Cortocircuito trifsico nterno (valor mximo)

    Cortocircuito monofsico atierra interno (valor mximo)

    Valor (A)

    Sector230 Kv.

    7,766

    9,551

    Sector138 Kv.

    9,843

    12,797

  • 79.

    2. SELECCIN DE LOS ESQUEMAS DE BARRAS

    2.1 ' GENERALIDADES

    La seleccin de los esquemas de barras se realizar inde

    pendientemente para los sectores de 230 Kv. y de 138 Kv.,

    para luego vincular los esquemas ms econmicos en cada-

    caso y elegir de esta manera la alternativa ms convenien

    te o

    La evaluacin econmica del equipo considerado para esta

    subestacin se realizar tomando en cuenta, el programa de

    equipamiento y llevando a valor presente al ao base 1982.

    La evaluacin de prdidas por interrupciones de servicio se_

    r realizada para el ao 1990 asumindose que dicho cargo

    anual es el que se tendr para cualquier ao dentro de la

    vida 'til, de la subestacin.

    Para 'la evaluacin de la continuidad y calidad de sumins -

    tro de potencia y energa de los sectores de 230 y 138 Kv.,

    se requieren como datos las potencias que manejan las dife_rentes posiciones de interrupcin, las que se muestran-en

    la Figura 29 (Ref. E2). De la misma figura cabe destacarque por trmino medio, todo el sector de 230 Kv. tendr u_

    na potencia -de 355 Mw.3 valor que se considerar como la

    potencia total de la subestacin, mientras que el sector de

    138 Kv, tendr una potencia de 96 Mw.

  • 80.

    PASCUALES JL. 4 PAUTE

    BABAHOYO -*-

    129.65

    48.09

    -48.09

    18.03 18.0;

    - 177.74

    48.09

    -48.09

    ' -18.03 -18.03

    18.03 21.0-4

    69 KV

    230

    138 kV

    EL ORO

    LOS NMEROS SIN UNIDAD INDICAN POTENCIASPOR CIRCUITO,

    ._ LAS POTENCIAS CON SIGNO -t- SON LAS QUE SA-LEN DE LA BARRA Y LAS QUE TIENEN SIGNO SON LAS QUE ENTRAN A LA MISMA.

    Fig. 29

    POTENCIAS EN POSICIONES DE INTERRUPCIN

  • 81 .

    2.2 SELECCION-DEL ESQUEMA DE BARRAS PARA EL SECTOR

    DE 230 KV. . ^. n

    Se han considerado las siguientes alternativas:

    Alternativa A2:

    Alternativa B2:

    Alternativa C2;

    Barra simple.

    Barra principal y transferencia,

    Doble barra con un solo disyuntor y

    "by pass",

    2.2.1 Evaluacin de la Continuidad y Calidad de Suministro de

    Potencia y Energa

    .Con'los datos sealados y por el uso de las Tablas Nos,, 2 y 3

    (Captulo I), y para las alternativas anota das, se obtienen losvalores indicados en las Tablas Nos, 13, 14 y 15.

    TABLA No. 13

    ALTERNATIVA A2: BARRA SIMPLE

    (Ref: Fig. 30)

    TIPO DE AVERIA

    EN LA B A R R A

    EN-POSICION DE

    INTERRUPCIN

    GRAVE

    LEVE

    TOTAL

    "TOTAL..

    NUMERO ANUAL - DE AVERIAS

    DENOMINAS.

    . 01.

    . -031

    G32

    G3T

    KT

    fAVERIAS^VALOR-L AO J

    0. 02

    0.12; .

    0.30.

    ' 0.42

    0.44

    TIEMPO TOTAL DEINTERRUPCIN

    DENC.MINAC.

    H1

    H31

    H32.

    H3T

    HT

    VAU)Rp25ASIr]^ ANO j

    2.4

    13.751

    2.29

    16.25

    18.651

  • 82,

    .TABLA No. 14

    ALTERNATIVA B2:

    BARRA PRINCIPAL Y TRANSFERENCIA

    "(Ref: Fig. 31)

    TIPO DE AVERIA '

    EN LA BARRA PRINC.

    EN BARRA DE

    TRANSFERENCIA

    EN POSICIN DEINTERRUPCIN

    SIMULTANEA EN

    POSICIONES DE

    ' INTERRUPCIN ^

    SIMULTANEA ENB A R R A S

    TOTAL

    NUMERO ANUAL DEAVERIA'S

    DENOMINAC.

    G1

    'G2

    GT2

    G2T

    G3

    ' : G4

    G!4

    G4T

    G5

    ' KT

    f AVERIAS 1VALH ANO J

    '0.02

    0.00066

    0.0001

    0.0008 -

    0.42

    0.0120

    0.001

    01013

    0

    0.4538

    TIEMPO TOTAL DEINTERRUPCIN

    DENOMINAC.

    H1

    H2

    H

  • 83.

    TABLA No. 15

    ALTERNATIVA C2:DOBLE: BARRA CON UN SOLO DISYUNTOR Y "BY PASS"

    (Ref: Fig. 32).

    TIPO DE - AVERIA

    i

    EN LA BARRA PRINC.

    EN BARRA DE

    TRANSFERENCIA

    EN POSICIN DEINTERRUPCIN

    .. ..SIMULTANEA EN

    POSICIONES DE

    INTERRUPCIN t * *

    SIMULTANEA ENB A R R A S

    TOTAL

    NUMERO ANUAL DEA V E R I A S

    DENOM1NAC.

    G1

    . '-G2

    G''2 '

    G2T

    . G3

    ' - G4

    G'4

    G4T

    G5

    KT

    (AVERIAS 1^MLurt 1 AO. J

    0.02

    0 , J0066

    0..0001 -

    '- 0.0.0.076

    0.42

    0.0120

    0.001

    0.0130

    . OOO6

    0.4544

    TIEMPO TOTAL DEINTERRUPCIN

    DENOMIN'AC.

    H1

    H2

    H'2

    H2T

    H3

    .H4

    H'4 .

    H4T

    'H5

    HT

    fHORAS INT.lVAUJKL AO J

    0.01

    O.O317

    0.0118

    . 0.0435

    O. 21

    0.1893 '

    0.1151

    0.3044

    0.072

    0.6399

  • 84.

    PASCUALES

    . P A U T E

    t i\ L

    ( A i

    AUTOTRANSFORMADORES230-138- 13.8 kV

    Fig. 30

    ALTERNATIVA A2: BARRA SIMPLE

    PASCUALES

    L L L\&

    B.T.

    (fe ^

    L\.

    ALTERNATIVA B2:

    AUTOTRANSFORMADORES230- 138- 13.8 kV

    Fig. 31

    BARRA PRINCIPAL Y TRANSFERENCIA

  • 85.

    PASCUALES PAUTE

    B 2

    AUTOTRANSFORMADORES230- 138- 13. 8 k V

    Fg. aaALTERNATIVA C2: DOBLE BARRA CON UN SOLO DISYUNTOR Y

    "SY PASS"

  • 8-6.

    2.2.2 Evaluacin del Costo Anual por Interrupciones de Servicio

    Con los siguientes costos por potencia y energa Interrump

    das (Ref: A1):

    Cp = US$ 200/KwCe = US$ 100/Kwh.

    Los valores obtenidos en 2.2.1 y en base-a la tarifa, bino-

    mia (F-2). '

    Ca K x C x P + H x C x P

    se obtienen los siguientes resultados:

    TABLA. No. 16

    COSTO ANUAL POR INTERRUPCIONES DE SERVICIO

    Alternativa

    - A2

    B2

    C2

    Cai (US$)

    693,350

    1 37 , 225

    54,978

    2.2.3 Evaluacin del Costo Anual de Recuperacin de Capital

    Se toma en cuenta los precios de los siguientes equipos.,

    notndose que se ha considerado un escalamiento anual del

  • 87.

    orden del 5 %, asf:

    Equipo

    Disyuntor

    Seccionador

    Pararrayosi

    Divisor capacitivo de potencial

    Precio US$1982

    135,000

    60,000

    . 13,000

    30,000

    Precio US$1988

    180,000

    80,000

    1 8 , 000

    40,OOO

    Para cada posicin de interrupcin, a excepcin de la de trans_

    ferencia (en el caso de que el esquema lo requiera), se haconsiderado la utilizacin de tres pararrayos (uno por fase)y tambin el empleo de tres Divisores capacitivos de poteri

    cial para cada posicin de interrupcin de lnea y tres para

    medicin y control de cada barra.

    En cuanto al costo de estructuras-, se ha tomado como base,

    el precio global de las empleadas en el esquema de doble

    barra con un solo disyuntor (Ref: C8), estimndose que pa_ra los dems esquemas, pueden considerarse acertados, a

    proxtmadamente los siguientes porcentajes:

    Barra simple

    Barra principal y 'transferencia

    30 %

    100 %

    Para el 'rubro por instalacin del esquema y para efectos de

  • este estudio se ha considerado el 25 % del costo de es tructuras.

    Los resultados globales se presentan en las Tablas Nos. 17

    y 18.

    .Todas las inversiones programabas para el ao 1988 han si

    do llevadas a un valor presente en 1982 considerando un in

    teres del 12 % mediante el factor:

    PWF = 0.5066

    El costo total de cada alternativa en el ao 1982 se presen.

    TABLA N2- 19

    COSTO TOTAL DE CADA ALTERNATIVA

    Alternativa

    A2

    B2

    C2

    Inversin- 1982

    1*947,000

    2*564,100

    S'254,100

    Valor presente 1982de inversin 1988

    202,550

    249, 9OO

    331 ,000

    Total

    2' 149, 550

    2'814,000

    S'585,100

    El costo anual de recuperacin de capitales ha sido calcula_

    do considerando que el equipo tiene una vida til de 30 a -

    os, y empleando un inters del 12 % mediante el factor:

  • TA

    BLA

    N

    ^ 17

    SU

    BE

    ST

    AC

    IN

    M

    ILA

    GR

    O

    EQ

    UIP

    AM

    IEN

    TO 1982

    Desc

    ripci

    n

    del

    equ

    ipo

    Dis

    yunt

    or

    Sec

    cion

    ador

    Para

    rrayo

    s

    Div

    isor

    capa

    cibi

    v

    de pote

    n-

    cia

    l

    Barr

    as y

    rmsce

    le

    os

    Inst

    ala

    cin

    TO

    TA

    L:

    !

    Pre

    cio

    Unita

    rio

    13

    5,0

    00

    .

    60,0

    00

    13

    ,00

    0

    30

    ^00

    0

    Alte

    rnativ

    a A

    2

    Can

    tidad

    5 10 15 15

    Co

    sto

    67 5 ,,00

    0

    60

    0,0

    00

    19

    5^0

    00

    45

    0,0

    00

    22 .,00

    0

    5,0

    00

    1 '9

    47

    ,00

    0

    Alte

    rna

    tiva

    ' B

    2

    Can

    tidad

    6

    J7 15

    15

    Co

    sto

    81

    0 ,,00

    0

    1 '0

    20

    ^00

    0

    19

    5,0

    00

    45

    0^0

    00

    .

    72

    ,60

    0

    16

    ,50

    0

    2I5

    64

    11

    00

    Altern

    ativa

    C

    2

    Can

    tidad

    6

    27 15 18

    Co

    sto

    81

    0,0

    00

    1*6

    20

    ,00

    0

    1 95

    , 000

    54

    0^0

    00

    72

    ,60

    0

    16

    ,50

    0

    S'2

    54

    ,10

    0

    co (O

  • TA

    BL

    A N

    - 18

    'S

    UB

    ES

    TA

    CI

    N M

    ILA

    GR

    O

    EQ

    UIP

    AM

    IEN

    TO

    198

    8

    Desc

    ripci

    n

    del

    equ

    ipo

    Dis

    yunto

    r

    Sec

    cion

    ador

    Para

    rrayo

    s

    Div

    isor

    capa

    cj^tiv

    o

    de po

    ten-

    cia

    l

    Barr

    as y

    mis

    cel

    eos

    Inst

    ala

    cin

    Pre

    cio

    Unita

    rio

    _

    180,0

    00

    80

    ,00

    0

    1 8,O

    OO

    40

    ,00

    0

    Altern

    ativa

    A

    2

    Can

    tidad

    1

    2 3

    TO

    TA

    L:

    ;"

    Cos

    to

    180,0

    00

    160

    ,000

    54

    ,00

    0

    -7

    4,6

    00

    '1 ,200

    399^

    800

    Altern

    ativa

    B

    2

    Can

    tidad

    1 3 3

    Cos

    to

    180

    .,00

    0

    240

    ,,00

    0

    54

    ,00

    0

    15

    ,40

    0

    3^3

    00

    49

    3,3

    00

    . A

    ltern

    ativa

    C

    2

    Can

    tidad

    1 5 .

    3

    --

    Cos

    to

    180,0

    00

    400 .,00

    0

    54

    ,00

    0

    15

    ,40

    0

    3,0

    00

    653^

    300

    CD O

  • 91 .

    CRF = 0.12414

    De la siguiente manera:

    TABLA N2- 20

    Alternativa

    A2

    B2

    C2

    Costo

    Costo anual de recuperacin' de capital (US$)

    266,845

    349,330

    445 .,055

    Anual Total

    Se presenta a continuacin:

    TABLA N*. 21

    COSTO ANUAL TOTAL

    Alternativa

    A2

    B2

    C2

    Costo anual. por interrup_cin.

    693,350 '

    137,225

    54,978

    Costo anualrecuperacinde capital

    266,845349,330

    445,050

    Total anual.

    960^195

    486,555

    500,028

    De la Tabla anterior puede elegirse como alternativa ms e^

    conmica la del esquema' de barra principal y transferencia

    (Alternativa B2).

  • 92.

    2.3 SELECCIN ^ DEL ESQUEMA DE BARRAS PARA EL SEC-TOR DE 138 KV.

    .V,

    Se consideran las siguientes alternativas:

    Alternativa Al:

    Alternativa B1:

    Alternativa C1:

    Barra simple.

    Barra principal y transferencia,

    Doble barra con un solo disyuntor y

    "by pass".

    2.3.1 Evaluacin de la Continuidad y Calidad de Suministro de Po-'

    tencia y Energa

    En forma similar al caso del sector de 230 Kv., se ob t i e -

    nen los resultados:

    TABLA N- 22

    ALTERNATIVA A1 : BARRA SIMPLE

    (Ref: Fig. 33)

    TIPO DE AVERIA

    EN LA B A R R A

    EN POSICIN DE

    INTERRUPCIN

    GRAVE

    LEVE

    TOTAL

    /TOTAL

    NUMERO ANUAL - DE A V E R I A S '

    DENOMINAC.

    G1

    . G31

    ' G32

    G3

    KT

    TAVERAS"!VHLORL AO J

    . 0..0054

    0.0379^

    0.0946

    0 . 1 325

    0.1379

    ' TIEMPO T O T A L DEINTERRUPCIN

    DENOMINAC.

    H1

    H31

    H32

    H3

    HT

    VA-LOR^ASJNT.lL. ANO J

    O. 649

    4.69O1

    0.7805 .

    5.5369

    6.1859

  • TABLA N2- 23

    ALTERNATIVA . Bf

    BARRA PRINCIPAL Y TRANSFERENCIA

    (Ref: 'Fig. 34)

    1

    TIPO DE AVERIA

    EN LA BARRA "PRINC.

    EN BARRA DE

    TRANSFERENCIA

    EN POSICIN DEINTERRUPCIN

    ..SIMULTANEA EN

    POSICIONES DE

    INTERRUPCIN

    . SIMULTANEA ENB A R R A S

    TOTAL

    NUMERO ANUAL DEAVERIAS

    DENOMINAC.

    ' G1

    G2

    G'2

    . G2T

    G3

    G4 :

    G'4

    G4T

    ' G5

    KTT

    f AVERIAS "|VALOH AO J

    0 0054

    0 . 0002

    0 . 00003

    O.Q0023

    0.1325

    0 . 0045

    0.0003

    0 . 0048

    0

    0.1429

    TIEMPO TOTAL DEINTERRUPCIN

    DENOMINAC.

    H1

    H'2;

    H'2

    H2T

    H3

    H4

    H'4

    H4T

    H5

    HT

    HORAS INT.1VAUJH[ AO J

    0.6490

    0.0096

    0.0036

    0.0132

    0.0663

    ' 0.0772

    0.0402

    0.1174

    0

    0.8459

  • . 94.

    TABLA N- 24

    ALTERNATIVA C1

    DOBLE BARRA CON UN SOLO DISYUNTOR Y "BY PASS"

    (Ref: Figl 35)

    TIPO DE AVERIA

    EN LA BARRA PRINC.

    EN BARRA DE

    TRANSFERENCIA

    EN POSICIN DEINTERRUPCIN

    ..SIMULTANEA EN .

    POSICIONES DE

    - , INTERRUPCIN

    SIMULTANEA ENBARRAS

    TOTAL

    NUMERO ANUAL DEA V E R I A S

    DENOMNAC.

    G1

    G2

    ; :G'2G2T

    G3

    G4

    G'4

    'G4T

    . --G5

    KT-

    f AVERIAS "lVALUH AMO J

    0.02

    O.Q002

    0.00003

    0 . 00023

    0.1325

    0.0045

    0 . 0003

    0 . 0048

    '. 000 16

    0.1577

    TIEMPO TOTAL DEINTERRUPCIN

    DENOMNAC.

    H1 -

    H2

    H'2

    H2T

    H3

    H4

    H!4

    H4T"

    H5

    HT

    CHORAS INT.lVAUJKL AO J

    0.01

    0.0096

    0 . OO36

    0.0132

    0.0663

    0.0772

    0,0402

    0.1174

    0.01947

    0.2264

  • VION3fcH.dSNVyj. A

    080 13

    A* 69-8CI

    VAIJ_VNa3J_"~lV

    OAOHV8V8

    mi ii un u nQ^aii

    8'|-8!-02

    '96

    3~!dWIS Vdb'Va : l-VVAIJ.VNy3J.~lV

    SS *

    69-8EIOiJO 13

    i i

    rr ) 7 r

    i \3

  • 96.

    A U T O T R A N S P O R M A D O R E S230-138- 13.8 kV

    L L/ u /V

    j;T

    \ L \ - L L\O

    TRANSFORMADORES138- 69 kV

    \ 2

    EL ORO

    . ' -Fig. 35

    'AUT.ERNATIVA ci: DOBLE BARRA'CON UN SOLO DISYUNTOR Y"BY PASS"

  • 97.

    2.3.2 Evaluacin del Costo Anual por Interrupciones de Servicio

    Los resultados obtenidos son:

    TABLA N- 25

    COSTO ANUAL POR INTERRUPCIONES DE SERVICIO

    Alternativa

    A1 '

    ' -B1

    01

    Cai (US$)

    229,390

    40,175

    19,233

    2.3.3 Evaluacin del Costo Anual de Recuperacin de Capital

    Los precios de equipo considerados son:

    Equipo

    Disyuntor

    Seccionador

    Pararrayos

    Transformador de potencial

    Precio US$1982

    80 .,000

    19,000

    5,000

    7,200

    Precio US$1988

    110 .,000

    25,000

    7,000

    9,600

    Con similares criterios a los adoptados en el caso del sec_

    tor de 230 Kv,3 se obtienen los resultados mostrados en

    las Tablas N^ 26 y 27.

  • TA

    BLA

    N

    -

    26

    ''

    SU

    BE

    ST

    AC

    IN

    M

    ILA

    GR

    O

    EQ

    UIP

    AM

    IEN

    TO

    1982

    *

    '

    De

    scri

    pci

    n

    .i -i

    -

    : i-

    '--

    del

    equ

    ipo

    Dis

    yunto

    r

    Sec

    cion

    ador

    Para

    rrayos

    Tra

    nsfo

    rma -

    dor

    de po

    ten-

    '

    cia

    l

    Barr

    as y

    mus

    cel

    neos

    Insta

    laci

    n

    Pre

    cio' 'N

    " '

    Unita

    rio'-

    80

    ,00

    0

    .

    19

    ,00

    0

    5,0

    00

    7 .,20

    0

    "A

    lte

    rna

    tiva

    A

    1

    Cantid

    ad

    4 8 12 9

    TO

    TA

    L

    Co

    sto

    32

    0,0

    00

    15

    2,0

    00

    '

    60

    ,00

    0

    64

    ,80

    0

    11 ,550

    2 .,62

    5

    610,9

    75

    Altern

    ativa

    'B

    1

    Cantid

    ad

    5 14 12 9

    Co

    sto

    40

    0^0

    00

    26

    6,0

    00

    60

    ,00

    0

    64

    ,80

    0

    -

    38

    ,50

    0

    8,7

    50

    538

    0050

    Altern

    ativa

    C

    1

    Cantid

    ad

    5

    22 12 12

    '

    Co

    sto

    40

    0,0

    00

    41 8

    ,00

    0'

    60

    ^00

    0

    86

    ,40

    0

    38

    ,50

    0

    8,7

    50

    1/0

    11 ,650

    (O co

  • TA

    BL

    A N

    - 27

    SU

    BE

    ST

    AC

    IN

    M

    ILA

    GR

    O

    EQ

    UIP

    AM

    IEN

    TO

    1988

    Desc

    ripci

    n

    del

    equ

    ipo

    Dis

    yunto

    r

    Sec

    cion

    ador

    Para

    rrayo

    s

    Tra

    nsf

    orm

    ador

    de" po

    tenc

    ial

    '

    Barr

    as y

    mis

    cel

    eos

    Inst

    ala

    cin

    Pre

    cio

    Unita

    rio

    110

    .,00

    0

    25,0

    00

    7,0

    00

    9

    .,60

    0

    Altern

    ativa

    A

    2

    Can

    tidad

    3 6 9

    .

    3

    .

    TO

    TA

    L:

    Cos

    to

    330,0

    00

    150,0

    00

    63

    ,00

    0

    28

    ^80

    0

    8,9.

    10

    2 .,02

    5

    58

    2,7

    35

    Altern

    ativa

    B

    2

    Can

    tidad

    3 19 9 3

    Cos

    to

    330

    n 00

    0

    225,0

    00

    63

    ,00

    0

    28,8

    00

    29,,7

    00

    6,7

    50

    68

    3,2

    50

    Altern

    ativa

    C

    2

    Can

    tidad

    3 15 9 3

    Cos

    to

    33

    0,0

    00

    375,0

    00

    63

    ,00

    0

    28

    ,80

    0

    29,7

    00

    6,7

    50

    83

    3,2

    50

    CD (O

  • 100.

    El costo total de cada alternativa en el ano 1982 se presen

    ta en la Tabla N- 28,

    TABLA N- 28

    COSTO TOTAL DE CADA ALTERNATIVA

    Alternativa

    . iAl

    B1

    .01

    Inversin1982

    610., 975

    538 , 050

    t'Cm ,650

    Valor presente 1 982de inversin 1988

    295 .,220

    346., 140

    422 ,130

    Total

    906 $ 1 95

    884*190

    1 '433 ,780

    Con este costo total para cada alternativa., se obtiene los. si

    guientes valores-de costo anual de recuperacin de'capital:

    TABLA N- 29

    Alternativa Costo anual de resuperacinde capital (US$)

    A1

    B1

    01

    112,495

    109,763

    177,989

    2.3.4 Costo Anual Total

    Se presenta en la Tabla N 30

  • 101 .

    TABLA N^- 30

    COSTO ANUAL TOTAL

    Alternativa

    A1

    B1

    01

    Costo anualpor interrup__clon

    229 .,390

    40,175

    19,233

    Costo anualrecuperacinde capital

    112,495

    .-. '109,763

    177,989

    Total anual

    341,885

    149,938

    1 97 , 222

    De la Tabla precedente puede elegirse como alternativa con

    veniente la del esquema de barra principal y transferencia

    (Alternativa B1) que es la que menor costo total anual tiene,

    PROTECCIN DE LOS ESQUEMAS DE BARRAS

    Puesto quei de la seleccin de esquemas de barras result

    el ms adecuado el de barra principal y transferencia para

    los dos sectores de voltaje, la proteccin de los mismos.,se realizar de igual manera, variando solamente los ajus-tes necesarios para rels y las caractersticas de transfor^

    rnacin de corriente*

    En las Figuras Nos. 36, 37 y 38 se indican los esquemas

    de conexiones al sistema de potencia y al sistema de co -

    rriente continua.

  • PASC

    UALE

    SPA

    UTE

    .'

    *

    SIGN

    IFIC

    A IN

    STAL

    ACIN

    FU

    TURA

    AUTO

    TRAN

    SFOR

    MADO

    RES

    230-

    138-

    13.8

    kV

    Fig

    .

    36

    SIS

    TE

    MA

    'DE

    P

    RO

    TE

    CC

    IN

    D

    EL E

    SQ

    UE

    MA

    D

    E B

    AR

    RA

    P

    RIN

    CIP

    AL

    Y

    T

    RA

    NS

    FE

    RE

    NC

    IA

    SE

    CT

    OR

    230

    K

    V.

    -

    SU

    BE

    ST

    AC

    IN

    M

    ILA

    GR

    O

    O fo

  • AUTO

    TRAN

    SFOR

    MAD

    ORcS

    230-

    138-

    13.8

    kV

    BABA

    HOYO

    TRAN

    SFOR

    MADO

    RES

    138

    -

    69 k

    V

    Pl/N

    TO

    DEUN

    ION

    *

    SIGN

    IFIC

    A IN

    STAL

    ACI

    N FU

    TURA

    Fig

    .

    37

    .

    SIS

    TE

    MA

    D

    E P

    RO

    TE

    CC

    IN

    D

    EL

    ES

    QU

    EM

    A

    DE

    B

    AR

    RA

    P

    RIN

    CIP

    AL

    Y

    T

    RA

    NS

    FE

    RE

    NC

    IA

    SE

    CT

    OR

    138 K

    V.

    -

    SU

    BE

    ST

    AC

    IN

    M

    ILA

    GR

    O

    O co

  • D> 10

    rnrm~=*mzH

    - r"

    Drno

    . o]

    m mr zr\l

    Fig'-

    .

    38

    ~E

    CO

    NT

    INU

    A

    PA

    R

    )S S

    EC

    TO

    RE

    S

    DE

    IV) J>co0 T< i.co' COO) H-,

    CO7\ rn

    j> f(nO -n

    HTI 5XI OHmoo1 1oz

    1F/ ,, RESERVA11

    M APERTURA- 52,-A11

    i, APERTURA 52-6 .I1\ APERTURA 52-5

    1 1

    ,, APERTl/RA 52-4

    i, APERTURA 52- 311

    ,, APERTURA 52 -2M,1 APERTURA 52 -1u

    \ i 03 ^

    1^enCD

    H1 / co \ V Jco ^

    S , II APERTURA 52-1it \, APERTURA 52-2

    1!

    . n APERTURA 52-3

    U APERTURA 52-4nM APERTURA 52-5II

    ,, APERTURA 52-6+ 1

    j , APERTURA 52 -7 M

    | L APERTURA 52-AirM RESERVA .

    ^^

    . ^^^( C \^

    / ~ \o /

    v co y

    ^V-V co Jv_x

    i

    ' ( O ) y en y

    r^ [ :u jXIX -

    co

    I!II

    oCnMj |CoM

    M

    il

    Oenir

    co'

    ! !U

    OC/J

    1 II

    co

    ot11

    00Y1

    oen

    - 11 '

    CO-J

    11 oCo

    H

    1

    r14-

    -^

    rno

    O

    Onr

    Wmo

    . o

    co

    y

  • 105.

    4. ESPECIFICACIN DE TRANSFORMADORES DE CORREN-TE

    En base a los valores de probables corrientes para las dfe

    rentes posiciones de interrupcin indicados en las Tablas

    Nos, . 9 y 10 se ha considerado necesarios transformadores

    de corriente tipo bushing y de las caractersticas siguientes

    para los sectores de 230 y 138 Kv. ' .

    .

    Clase de aislamiento

    BIL . .

    Voltaje nominalFrecuencia

    Relacin de transformacin

    Clase de precisin

    Factor para corriente trmica con

    tfnua

    Sector230 Kv, -

    230 -Kv,

    1050 Kv.

    230 Kv.

    '60 Hz.

    1200:5

    C 40O

    1.33

    Sector138 Kv.

    138 Kv.

    650 Kv.

    138 Kv.

    60 Hz.

    6OO:5

    C 400

    1 .33

    5. ESPECIFICACIN DE RELS Y EQUIPOS DE PROTECCINDE BARRAS

    5.1

    5.1 ,1 Rels Diferenciales

  • 106.

    Para cumplir con los objetivos del presente trabajo se hanelegido rels diferenciales de alta impedancia de marca

    Wstinghouse tipo KAB que presentan como caracterstica

    conveniente la de incluir a ms de la unidad de sobrevolta_

    je, una unidad instantnea de .sobrecorriente, la que permi_te tener una orden de operacin de disyuntores de las dos

    unidades. Sin embargo, esta eleccin no suprime la posj_bilidad de empleo de rels de similares carcterfsticas^ de

    i

    otras casas de fabricacin.

    Se deber tener rels similares para los sectores de 230

    y 138 Kv. cuyas caractersticas individuales son -(Ref: C3):Burden . . . 2,600 -&-

    Monofsico ' 60 50 Hz,

    - Unidad de sobre voltaje. 'Rango . ' 75-300 V.

    Velocidad ajustable de operacin 1 ,5 ciclos- Unidad instantnea de sobrecorriente

    Rango . . 3-^-48 Amp.

    Velocidad de operacin 1.0 ciclos

    - Bobina de Indicacin de funcionamlen_to (ICS) 0.2/2.0 Amp.

    Se emplear 6 rels para los dos sectores de voltaje.

    Se debe efectuar un clculo separado para calibracin de las

    unidades respectivas de cada rel. En el Anexo B^ se indj_ca el mtodo de calibracin recomendado por los fabricantes

  • 107.

    de rels y las caractersticas de excitacin de los transfor

    madores de corriente.

    5.1.2 Rels de Bloqueo

    Con las mismas consideraciones que para rels diferencia-

    les se escoge el empleo de rels de bloqueo de Mitsubishi

    Electric Corporation (Ref: C8)_, para el disparo mltiple de los disyuntores.

    El tipo MKR presenta las siguientes caractersticas:

    Voltaje. (C.D.) 125 V.- Tiempo total energizado 29.2 rns.

    ~ Tiempo para el cierre de contactos 16.3 ms.

    - Tiempo para la apertura de contactos 12.6 ms.

    Nmero de terminales 12

    Se necesita un rel de bloqueo para el sector de 23O Kv, y

    uno para el de 138 Kv.

    5.2 ' CALCULO DE AJUSTES PARA LOS RELS DIFERENCIA-

    LES

    Esta evaluacin ha sido realizada considerando los valores

    de corrientes de cortocircuito para el ao 1983.

    Se asume" que la conexin del rel al punto de unin se rea

  • 108.

    liza con cable N- 1O AWG, cuyas carcterfstcas son:

    Conductor

    Material

    Resistencia pie.s

    No. 10 AWG

    cobre

    1 .06 .

    Se asume que la distancia del transformador de corriente

    ms alejado hasta el punto de juntura.es de 100 m. por loque la resistencia de un conductor ser:

    RL, = 0,35 1

    5.2.1 Ajustes para los Rels Diferenciales para el Sector de230 Kv.

    a . Unidad de Voltaje

    - Para mxima falla trifsica externa

    Rs =RL =

    * f rvk =

    N

    (Rs +

    1 . 62 xx

    0.35 -a.

    5787 A.

    375 v.

    240

    n >> If ' 1 r- i n ^ 5787LJ KI ' . O I. U.oOjvk 375

    = O.1265

  • 109.

    De la Figura B I (Anexo B):

    k = 1 .3

    El voltaje de ajuste requerido ser:

    Vr, = k(Rs ^~ = 1.3(1.62

    . = .61.68 vi

    'Para- mxima -falla monofsica a tierra, externa

    - 2854 A.

    (Rs -+. RL)\7TT~ 375

    ~ 0.073

    De la Figura B I (Anexo B):

    k = 1 .5

    "Hl voltaje de ajuste* requerido ser:

    Vr - = 1.5(1.62 + 2 x 0

    ..3 v.

  • 110.

    EZ1 voltaje elegido como ajuste de los rels podraser 61.68 v. Como los rels tienen un rango de a

    juste de'75 a 300 voltios, se elige el'valor de 75v.

    Vk = 75 v.

    b. Unidad de Corriente

    Para mxima falla trifsica externa

    .62 + 0 . 3 5 ) - = .47.4

    Para falla monofsica a tierra

    Comentario

    Los dos valores de la expresin (Rs + Rt_)~r encontrados dai \n una corriente mxima menor que el rrifnimo valor de a

    juste de los rels (ver Fig.B2 del Anexo B), por lo que nose puede utilizar esta unidad para este ao,

    Esta unidad podr emplearse, cuando la magnitud de corriera

    te de cortocircuito sea ms elevada que la que puede presen_

    tarse en. el ao considerado.

  • 111

    En estas condiciones 3 la corriente mnima de falla inberna

    para operar el rel ser, segn la ecuacin F-B& (AnexoB) y asumiendo una corriente en el varistor:

    Iv = 0.02 A.

    Imfn = (5 x 0.030 + 0.028 + 0.160). 40

    Imfn = 81.-12 Ae

    5*2.2 Ajustes para los Rels Diferenciales para el Sector de138 Kv

    Se han considerado las mismas apreciaciones que para el

    sector de 230 Kv. .

    a . Unidad de Voltaje

    - Para mxima falla trifsica externa

    If = "4740 A.

    N- = 12O.

    = 0.163Vk

    El valor de k:

    k = 1 . 2 5

  • 112,

    Vr = k(Rs + R L ) -^y- = 76.42 V

    Para mxima falla monofsica a tierra, externa

    I-f = 4548 A.

    = 0.19

    El valor de k:

    k = 1.20

    Vr = k(Rs + R L ) - = 86.9 V

    V r = 87 V

    El voltaje elegido como ajuste ser:

    Vr . = 87 v.

    b. Unidad de Corriente

    Para mxima falla trifsica externa

    (Rs + RL) ~rr - 61.14

    Para mxima falla monofsica a tierra, externa:

    (Rs + RL) 77 = 72-4"!

  • 113.

    Com encarto

    .Al igual que en el-sector de 230 Kv., no se debe emplear

    las unidades de sqbrecorriente por la razn expuesta ante-

    riormente.

    La corriente mnima de falla interna que causar operacin

    del rel ser:

    Imfn = (4 x 0.050 + 0.033 -f 0.16) 120

    lmfn = 47.16 A.

    5.3 ESPECIFICACIN DE DISYUNTORES

    Con los valores de corrientes normales (Tablas Nos. 9 y 10)los mximos valores de corrientes de cortocircuito (Tabla N-12) y los requerimientos preferidos para disyuntores para LJso exterior segn las normas ANS (Ref: N2), se considerannecesarios disyuntores de_ las siguientes caractersticas:

    5.3.1 Disyuntores para el Sector, de 23O Kv.

    Nmero de polos tres

    Frecuencia 60 Hz.

    Voltaje nominal 230 Kv.rms.Mximo voltaje de operacin 242 Kv. rms.Corriente nominal 1.6OO A^rms.

  • 114.

    Tiempo para interrupcin de corrientes

    de cortocircuito

    .Mxima corriente simtrica de cortocir_

    cuito para mximo voltaje de. operacin.Capacidad de conduccin de corriente de

    cortocircuito por 3 seg

    Nivel de aislamiento

    5.3.2 Disyuntores para el Sector de 138 Kv.

    Nmero de polos

    Frecuencia

    Voltaje nominalMximo voltaje de operacinCorriente nominal

    Tiempo para interrupcin de corrientes

    de cortocircuito

    Mxima corriente simtrica de cortocir

    cuito para mximo voltaje de operacin.Capacidad de" conduccin .de corriente de

    cortocircuito por 3 seg.

    Nivel de aislamiento

    dos ciclos

    31 .5 kA.rrns

    31 .5 kA.rms

    900 Kv.rms.

    tres

    60 Hz.

    138 Kv,rms

    145 Kv^rms.

    120O A.rms

    tres ciclos

    20 kA.rms.-

    20 kA.rms.

    65O Kv,rms

    6. SECUENCIA DE ACCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE PRQ-

    TECCION

    Los esquemas de proteccin para los- dos sectores de

    je operarn de la siguiente manera:

  • 115.

    a. Estado Normal del Esquema de Sarnas

    Al ocurrin una avera} sta es detectada por el rel dl_

    ferencial que se demorar un ciclo en cerrar sus con-

    tactos. Al ser impartida la orden de apertura de dis-

    yuntores, opera el rel de bloqueo, el tiempo que se

    demora en cerrar sus contactos es aproximadamente un

    ciclo; y, con el tiempo que un .disyuntor tarda en despe_

    jar una corriente de falla 2 a 3 ciclos, se tiene un tiem_po total de 4 5 ciclos1 (66.6 a 83,3 mseg.)_, tiempo quees menor que 100 ms. que habfa sido especificado corno

    lmite de tiempo mximo para el flujo de una corrientede falla sin deterioro de equipos.

    b. Mantenimiento de una Posicin de Interrupcin

    El esquema de proteccin opera como para el caso a.

  • CAPIT ULO. IV

    CONCLUSIONES

    El empleo del mbodo de seleccin de esquema de barras

    mencionado en este trabajo es recomendable para subestaclones de sistemas interconectados.

    La magnitud-de la corriente de cortocircuito determina'el

    empleo o la-no utilizacin de la unidad de corriente de un

    rel diferencial de alta impedancia tipo KAB de Westinghou_

    se. .

    La utilizacin del rel diferencial de alta impedancia para

    proteccin de barras, es recomendable por requerir equi-

    po auxiliar convencional. De igual manera, una adopcin

    de este sistema puede ser realizada fcilmente en subesta

    ciones con otro sistema de proteccin y con el equipo auxi_

    liar indicado.

    Es recomendable el empleo de la unidad direccional de un

    rel de distancia (21) para el sistema de deteccin de labarra fallada en los esquemas que necesiten este requeri-

    miento , por ser una unidad mucho ms rpida que la de

    un rel direccional de sobrecorriente (67)3 que si bien pue_de emplearse, se corre el riesgo de no obtener la veloci-

    dad requerida para proteccin de barras de subestaciones

    importantes.

  • 117.

    La confiabilidad de un 'esquema de barras mejora con la du_plicacin de equipos (empleo de barias barras; un disyuntorque puede reemplazar a otro., etc,)

  • ANEXO A

    SMBOLOS Y NOMENCLATURA DEDISPOSITIVOS EMPLEADOS

    SMBOLOS

    Disyuntor

    iT

    Seccionador

    Contacto de un dispositivo

    Bobina de operacin

    Lmpara indicadora

    -m-

    Fusible

    Transformador de corriente

    Conexin . de tres elementos

    NOMENCLATURA

    101 Llave de control manual

    52 Disyuntor

    87 Rel diferencial

  • A-2.

    Rel de bloqueo

    Bobina para dispositivo indicador de operacin de rel

    Iampara indicadora color rojoLmpara indicadora color verde

    Seccionador .

    Rel de distancia

    Dispositivo selector manual de varias posiciones

    Rel direccional de sobrecorriente a tierra

    SUFIJOS EMPLEADOS

    Rels auxiliares

    T Trip - {Disparo)C Cise (cierre)B Barra

    L Lnea

    a ' Contacto de disyuntor

    b Contacto de disyuntor

  • A N E X O B

    CALCULO DE AJUSTE" PARA EL REL DIFERENCIAL DE ALTAIMPEDANCIA WESTINGHOUSE TIPO KAB

    1 . AJUSTE DE LA UNIDAD DE 'VOLTAJE

    Puede ser expresado de la siguiente manera:

    Vr = k (Rs + RL) ~^ (F-B1)

    En donde:

    Vr = Valor mnimo de inicio de operacin (volts-rrns)RS = Resistencia del bobinado secundario del TC, incluyen_

    do cableado interior hasta los terminales del bushing .

    RL = Resistencia.de! cable desde los puntos de unin al TC

    ms distante (cable de ida para falla de fose, ida yretorno' para falla fese a tierra),

    I{ = Mxima corriente de falla externa (Amp.-rms)N = Relacin de vueltas del TC .

    k = Factor de margen que varia en forma inversa con el

    factor de saturacin del TC y que se lo obtiene de la

    abscisa de la curva de la Figura B1 , resolviendo an-

    tes la expresin:

    (Rs + Rp' l f 'NV

    Siendo Vk el voltaje mximo obtenido del TC menosapto. Los valores; de .la expresin- se encuentran, en el

    eje de las ordenadas para la curva indicada.

  • A-43.50,3.253.002.752.502.25

    Margin Factor for the Setilng of V-ljnt(Emprica! Data)

    .50.60.70.80.90 g S S S S S S g g g g

    V,- Margln Factor K=-

    Fig. B1

    FACTOR DE MARGEN PARA EL AJUSTE DE LA UNIDAD

    DE VOLTAJE

    Cabe indicar que se deber elegir como valor de ajuste dela unidad de voltaje del rel, el mayor encontrado al con^_iderar los tipos de fallas que" pueden ocurrir en el sistema.

    -2. AJUSTE DE LA UNIDAD DE CORRIENTE

    Se emplea la siguiente expresin:

    (Rs + R 1^N (F-B3)

    Sus valores se encuentran en el eje de las ordenadas de lacurva de la Figura B2, cuyo valor respectivo en el eje delas abscisas' da directamente el valor del ajuste de la u-nidad mencionada.

  • A-5

    42540O375350

    2 325? 300*i 275c"" 250

    225' . - 200

    175. 150

    ^-~M^- --

    --

    -

    ^

    R| +

    '^

    ^ =

    ,{ 41

    5.0-.1-V //|//'///K'

    > / / y'/

    ///"-R

    x+ R, = 0 75

    3'.!

    -

    ^1.0

    IT-UnJl Seding (Amperes RMS)

    . Fig. B2 .

    .AJUSTE PARA LA UNIDAD DE CORRIENTE

    Conociendo las caractersticas de los transformadores de co_

    rriente se puede alcular la mfnima corriente de falla reque_

    rtda para operar el rel al valor determinado de ajustey me_diante:

    Imfn = (XI e -h I r + I Y ) N (F-B4)

    En donde:

    I e = Corriente de excitacin secundaria a un voltaje igualal del ajuste de la unidad de voltaje.

    I r = Corriente en la unidad de voltaje al valor de ajusteVr ' '

    2600 (F-B5)

    v = Corriente en el varistor del circuito a un voltaje i-gual al de ajuste de la respectiva unidad.

  • .A-6

    N Relacin de vueltas del transformador.

    X = Nmero de circuitos conectados a la barra.

  • Fot vtt jn'/A C-S Trncale AV.J

    ,-.* ' V'-SKOKDARY EXCITARON ttJARACTERISTICS(200 . 5 . . - . . . . . A-7

    ' -Frcquenc

    -

    rr

    -

    --

    . Fr Po\vcr Circuit'BrcakcIntcrnal Rcsistance _!__(

    r....,{$?... Sccondan,r Turns-.-fty U_L

    9r-r_

    -

    i

    "

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    ij

    4 i i.3

    1J_

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    >x. I^M,

    -

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    N

    C

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    -

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  • GENERAL E13CTBJC fot vttticih C'S Tnflale /i/*-

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    ""SiiLuM'. " Bushh

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