06 - cap 5 - estudio de cortocircuito y coordinacion de proteccion
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Corto circuito en redes de distribuciónTRANSCRIPT
148
CAPITULO 5:
ESTUDIO DE CORTOCIRCUITO Y COORDINACION DE
PROTECCION
5.1 Objetivo
El cálculo de cortocircuito en un sistema de distribución es el análisis del
comportamiento de este en condiciones de falla, en el cual se determinan los
valores de corriente ante esta situación anormal.
El estudio de cortocircuito del sistema de distribución tiene como finalidad:
Determinar la capacidad interruptiva de los fusibles instalados en el
sistema de distribución.
Seleccionar los arreglos más adecuados de los circuitos de media y baja
tensión que limiten los valores de corrientes de falla a magnitudes que no
representen un peligro para los equipos.
Coordinar los equipos de protección instalados en el proyecto.
5.2 Estudio de Cortocircuito
El sistema presentado en el presente proyecto es un sistema radial el cual tiene
características específicas, siendo posible deducir expresiones propias válidas
solo para este tipo de sistema. En este caso el cálculo de la corriente de
cortocircuito es simple, bastando por lo tanto, obtener el circuito Thévenin
equivalente, con la impedancia acumulada desde la generación hasta el punto
de falla.
149
Una falla se puede definir como cualquier condición anormal del sistema que
incluye un defecto en el comportamiento dieléctrico del equipo. A continuación
presentamos tres tipos de fallas que se pueden presentar en el sistema de
distribución.
5.2.1 Cortocircuito 3Ø en el sistema radial
El objetivo es solo obtener el modulo de la corriente de corto circuito. A
partir del punto del cortocircuito, se efectúa el equivalente Thévenin de
todo el sistema eléctrico. La impedancia de todo el sistema será la
impedancia acumulada, conocida como impedancia Thévenin.
Como la corriente de cortocircuito 3Ø son balanceadas, solamente es
considerado el modelo de secuencia positiva.
Donde Z1 es la impedancia de secuencia positiva acumulada desde el
generador hasta el punto de falla.
[
] [
] [
]
150
Así:
Como:
Se tiene:
En modulo:
| |
Por lo tanto la corriente en modulo de cualquier fase es:
| |
151
5.2.2 Cortocircuito 2Ø en el sistema radial
El sistema de distribución generalmente está lejos del generador. Se
puede, entonces, considerar que la impedancia de secuencia positiva Z1
es igual a la impedancia de secuencia negativa Z2. Así, para el
cortocircuito 2Ø, los modelos son conectados en paralelo.
Por la matriz de transformación se tiene:
[
] [
] [
] [
] [
] [
]
( )
Además se tiene que:
√
152
√
√
√
Considerando solo el módulo:
√
| |
Comparando con la ecuación del cortocircuito trifásico tenemos:
√
A continuación se presentan los diagramas unifilares de la red con los
valores de cortocircuito obtenidos.
153
5.2.3 Cortocircuito 1Ø en el sistema radial
En este caso los modelos son conectados en serie.
Donde:
Z0: Impedancia de secuencia cero, acumulada hasta el punto de
falla.
Z1 = Z2
Por el teorema de Fortescue, se tiene
Sin especificar la fase, el módulo de la corriente de cortocircuito 1Ø-tierra
| |
154
5.2.4 Cálculo de la corriente de cortocircuito 3Ø, 2Ø y 1Ø
A continuación se presentará el cálculo de las corrientes de cortocircuito
para una barra del sistema y luego se mostrará una tabla resumen con
los resultados obtenidos.
Datos:
SCC : 120MVA (en el punto de diseño SE Challapampa)
Vbase : 10.4kV
Con los datos anteriores calculamos la Ibase y Zbase.
√
√
Con la potencia de cortocircuito calculamos la impedancia acumulada de
la red en la subestación Challapampa. (se asume una relación X/R=5)
155
Se calculará la corriente de cortocircuito en el punto 1 del diagrama
unifilar, para lo cual se sumará la impedancia de la red con la impedancia
del conductor comprendido desde la SE Challapampa hasta el punto 1.
( ) ( )
( )
( )
( ) [
]
( ) [
]
( )
( )
( )
156
( ) [
]
( ) [
( )
]
( )
Z0 = 2Z1
Punto Icc3Ø Icc2Ø Icc1Ø-tierra
kA kA kA
SEChallapampa 6.67 5.77 5.00 1 6.54 5.66 4.09 2 5.90 5.11 4.43 3 5.01 4.34 3.76 4 4.96 4.3 3.73 5 4.8 4.16 3.6 6 4.3 3.72 3.22 7 4.07 3.52 3.05 8 3.89 3.37 2.92 9 3.71 3.22 2.79
10 3.55 3.07 2.66 11 3.53 3.05 2.64
5.1 4.7 4.07 3.53 5.2 4.44 3.84 3.33 5.3 4.23 3.66 3.17 5.4 4.2 3.64 3.15 5.5 3.93 3.41 2.95
6.1 4.27 3.7 3.2 8.1 3.87 3.35 2.9 9.1 3.69 3.2 2.77
5.1.1 4.68 4.05 3.51 5.2.1 4.41 3.82 3.31 5.3.1 4.21 3.64 3.15
Tabla 5.1.-Resultados de estudio de corto circuito en cada nodo.
157
5.3 Coordinación de protección
Para realizar la coordinación de las redes di distribución primaria del proyecto se
tendrán en cuenta:
Coordinación de fusibles de MT con interruptor de BT para la protección
de transformadores de distribución.
Coordinación de los fusibles de MT en la red de distribución radial
5.3.1 Coordinación de fusibles de MT con interruptor de BT para
la protección de transformadores de distribución
Para los transformadores de distribución por razones económicas no se
suele disponer de interruptor automático en MT, en su lugar es usual el
empleo de fusibles con seccionadores con apertura automática
(apertura del seccionador por fusión de alguno de los fusibles).
Simplemente con fusibles en MT es prácticamente imposible cumplir
con la protección del transformador contra fallas internas y sobrecargas.
La única protección que proporciona el fusible es ante cortocircuitos
internos.
Dado que se supone que el fusible es el único elemento de protección
del transformador será necesario coordinarlo con la protección de la
salida de BT, procurando para estas que en caso de cortocircuito en la
salida de BT la actuación sea prácticamente instantánea.
Al realizar esta coordinación se puede observar que:
En caso de cortocircuito en BT actúa mucho antes la protección
de BT que el fusible de MT.
En caso de cortocircuito interno actúa solamente el fusible ya
que este defecto no es visto por la protección de BT.
La interferencia con la corriente de inserción (inrush) es aparente
ya que la energización es realizada por MT y no es vista por la
protección de BT.
158
Las graficas de coordinación de fusible de MT con interruptor de BT se
muestran en las láminas al final del capítulo.
5.3.2 Coordinación de fusibles de MT en la red de
distribución radial
La configuración más habitual en MT es la radial con su único punto de
alimentación desde el cual parten las líneas y derivaciones que a su vez
alimentan subestaciones de distribución (MT/BT). En este caso debido
a que ante una falla la corriente procede de la cabecera de la línea, la
protección de las derivaciones y de la parte de MT de las subestaciones
de distribución está encomendada a los fusibles de MT.
En este tipo de líneas la protección utilizada es la de sobrecorriente,
dado que tanto por razones técnicas (nula incidencia sobre la
estabilidad del sistema) como económicas no se justifica el empleo de
otras protecciones más complejas como la de distancia, empleadas en
líneas de mayor tensión.
Al final del capítulo se muestran las curvas de coordinación de
protecciones para la línea de distribución.
5.4 Simulación de sistema de distribución con software ETAP 6
Para la validación de los resultados obtenidos de los cálculos de
cortocircuito estos se compararon con los resultados obtenidos con
ayuda del software ETAP. Se muestra una parte del sistema de
distribución modelado con ETAP 6.
159
Parte del sistema modelado con ETAP 6
160
En la figura anterior se muestra como se presenta la coordinación de
protección con ETAP 6, se muestra numerado el orden de actuación de
las protecciones.
A continuación se muestra el reporte generado por ETAP para el
estudio de corto circuito del sistema de distribución.
SEALSubestaciónChallapampa
10kV
Poste10731
Poste10734
Poste10741
PosteP3
SEN°1
T11160kVA
SEN°2
T22400kVA
T21500kVA
SEN°3
T32500kVA
T31500kVA
T33400kVA
T42500kVA
T41400kVA
T43200kVA
PosteP6
T52500kVA
T51500kVA
T53200kVA
T62200kVA
T61400kVA
T72500kVA
T71500kVA
T73400kVA
T82250kVA
T81500kVA
AAAC35mm2
PosteP8
SEN°4
SEN°5
SEN°6
SEN°7
SEN°8
(0.064+j0.086)Ω
(0.114+j0.154)Ω
(0.007+j0.010)Ω
(0.026+j0.035)Ω
(0.141+j0.102)Ω
(0.074+j0.053)Ω
(0.094+j0.023)Ω
(0.106+j0.026)Ω
(0.104+j0.026)Ω
(0.045+j0.011)Ω
(0.099+j0.024)Ω
(0.139+j0.034)Ω
67.5 kW
144 kW
144 kW
450 kW 360 kW
5.66 kA
6.67 kA
5.11 kA
4.34 kA
4.30 kA
4.16 kA
4.07 kA
3.84 kA
3.66 kA
3.64 kA
3.64 kA
3.41 kA
3.72 kA
3.70 kA
3.52 kA
3.37 kA
3.35 kA
3.22 kA
3.20 kA
3.07 kA
3.05 kA
5.77 kA
6.54 kA
5.90 kA
5.01 kA
4.96 kA
4.80 kA
4.70 kA
4.44 kA
4.23 kA
4.21 kA
4.20 kA
3.93 kA
4.30 kA
4.07 kA
4.27 kA
3.89 kA
3.87 kA
3.71 kA
3.69 kA
3.55 kA
3.53 kA
(0.022+j0.014)Ω
SEN°2A
SEN°1A
SEN°3A
450 kW 450 kW 360 kW
360 kW 450 kW 180 kW
180 kW 450 kW 450 kW
360 kW 180 kW
450 kW 450 kW 360 kW
450 kW 225 kW
LEYENDA
10 kV0.38 kVIcc 3ɸIcc 2ɸ
25A50A50A
80A
125A
50A 50A 50A
80A
160A 50A
50A 50A
200A
200A
16A
50A 40A
80A
125A
40A 40A 40A
80A
200A
50A 25A
80A
200A
50A50A25A
80A
SE
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
5.1
5.2
5.3
5.5
4.1
6.1
(0.123+j0.030)Ω
Icc 1ɸ
5.00 kA
4.09 kA
4.43 kA
3.76 kA
3.72 kA
3.60 kA
3.22 kA
3.05 kA
2.92 kA
2.79 kA
2.66 kA
3.53 kA
3.33 kA
3.17 kA
5.4 3.15 kA
4.05 kA4.68 kA
3.51 kA
F-1
(0.012+j0.003)Ω
F-1-2
F-2
F-21 F-22
(0.012+j0.003)Ω
5.1.1
F-2-3
CB-11315A6.18 kA
CB-21800A
CB-22800A
CB-31800A
CB-32800A
CB-33800A
19.00 kA 15.20 kA
5.2.13.82 kA4.41 kA
3.31 kA
(0.012+j0.003)Ω
2.95 kA
15.19kA 19.00kA 7.60kA
CB-41800A
CB-42800A
CB-43400A
F-41 F-42 F-43
F-4
F-3-4
(0.012+j0.003)Ω
5.3.1
F-3
19.00kA 19.00kA 15.19kA
3.15 kA
F-31 F-32 F-33
F-A
19.00kA
CB-82400A
CB-81800A
9.50kA
F-81 F-82
(0.012+j0.003)Ω
11
F-8
2.64 kA
F-7-8 F-7
(0.012+j0.003)Ω
9.1
19.00kA
CB-71800A
19.00kA
CB-72800A
15.19kA
CB-73800A
F-71 F-72 F-73
2.77 kA
15.19kA
CB-61800A
7.60kA
CB-62400A
F-61 F-62
(0.012+j0.003)Ω
8.1 2.90 kA
F-C
(0.012+j0.003)Ω
7.60kA
CB-51400A
19.00kA
CB-52800A
19.00kA
CB-53800A
200A
F-53F-52F-51
F-5
F-B
3.20 kA
F-6F-6-7
161
