12 coordinacion proteccion

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    SANTO DOMINGO CONTRATISTAS GENERALES S.A.Av. Industrial Oeste Centinela N 218 Chincha Ica

    ESTUDIO Y CALIBRACIN DE PARMETROS

    DE PROTECCIN EN SISTEMA

    ELCTRICO DE USO EXCLUSIVO

    AUSTRAL GROUP S.A.A. - PLANTA ILO

    |

    AUSTRAL GROUP S.A.A.Sistema de Utilizacin MT para Planta Industrial

    Ilo - Moquegua

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    CONTENIDO

    1. OBJETIVO.

    2. SISTEMA ELCTRICO

    2.1. Esquema general del Sistema

    2.2. Caractersticas de los equipos

    3. FLUJOS DE CARGA

    3.1 Flujo de carga al100 % Tap en posicin : 3 Sin conexin de banco Condensador

    3.2 Flujo de carga al100% Tap en posicin: 3 Con conexin de banco Condensadores3.3 Flujo de carga al50% Tap en posicin: 3 Con conexin de banco de Condensadores

    4. CALCULO DE CORTOCIRCUITO

    5. COORDINACIN DE PROTECCIN

    5.1 Proteccin.Sobrecorriente

    5.2 Proteccin.de Tierra

    6. CONCLUSIONES

    7. RECOMENDACIONES.

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    1. OBJETIVO

    Definir los ajustes ptimos de los diferentes elementos de proteccin, garantizando la

    adecuada selectividad y coordinacin.

    Mostrar los clculos de flujo de carga y cortocircuito para diferentes condiciones de

    operacin de la Planta.

    .

    2.- SISTEMA ELCTRICO.

    2.1 Esquema general del Sistema.

    En la Pgina siguiente se muestra el esquema general del Sistema en Mencin.

    ( Grfico 1 )

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    2.2 Caractersticas de los equipos.

    2.2.1- Suministro de ELECTROSUR

    La Empresa concesionaria de Energa Elctrica ELECTROSUR Suministra Energa a

    la Planta Austral-Ilo Con una tensin de servicio de 22.9 KV y una potencia de

    cortocircuito de 166 MVA.

    Tensin entrega: 22.9 KV.

    Frecuencia : 60 Hz.

    Potencia de cortocircuito: 166 MVA.

    Grupo de conexin del transformador principal : Estrella Delta neutro aislado en el

    lado de 22.9 KV.

    2.2.2. Elemento de Proteccin de Empresa Concesionaria ELECTROSUR

    El elemento de proteccin utilizado por la Empresa Concesionaria es un Recloser marca

    Nulec con los siguientes ajustes de proteccin.

    Las principales funciones de proteccin con las que cuenta este Rel son:

    ( Rel NULEC ) LADO 22.9 KV

    Funciones de Proteccin Cdigo Valores de Ajuste

    Sobrecorriente de fases temporizado51P I>

    Itoc = 426 AmperiosCurva : NI IEC.TMS: 0.11

    Sobrecorriente de fases instantnea 50P I>>Curva = T. DefinidoIIOC = 2500.AmperiosTdisparo: 0 Segundos

    Sobretensin Homopolar 59N75% de 13200 Volt.Disparo: 1 Seg.

    Sobrecorriente de Neutro Direccional 67N No cuenta con esta funcin

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    2.2.3. Punto de Medicin y Proteccin ( PMI )

    El punto de entrega de energa a la planta Austral se deriva de un equipo de Medicin

    intemperie ( PMI ) , el cual cuenta como proteccin hacia el cliente con fusible de

    expulsin tipo K de 100 Amperios.

    2.2.4. Celda de Llegada _ Planta Austral

    La celda de llegada se encuentra ubicada en las instalaciones de la planta Austral y cuenta

    con un interruptor en Sf6 con rel de proteccin modelo SEPAM S40.

    2.2.5. Celda de Salida _ A transformadores reductores

    Se cuenta con 2 celdas de salida equipadas con Seccionadores de Potencia , teniendo como

    elemento de proteccin fusibles limitadores de corriente de 50 Amp. De la marca MESA

    EN 22.9 KV.

    2.2.6. Transformadores de Potencia

    Se cuenta con 2 Transformadores de Potencia, los cuales trabajaran en paralelo,

    alimentando la carga en 0.46 KV.

    Se muestra a continuacin los datos de placa de ambos transformadores

    TRANSFORMADOR T1

    CODIGO Vn1 ( Kv ) Vn2 ( Kv ) POT. ( KVA ) Vcc ( % ) CONEXIN

    T1 22.9 0.46 1250 6.15 D Yn5

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    TRANSFORMADOR T2

    CODIGO Vn1 ( Kv ) Vn2 ( Kv ) POT. ( KVA ) Vcc ( % ) CONEXIN

    T1 22.9 0.46 1250 6.03 D Yn5

    2.2.7. Banco Automtico de Condensadores.

    Se cuenta con un banco Automtico de condensadores con una potencia de 2 X 800 Kvar,

    los cuales entraran en funcionamiento en dependencia de lo requerido a fin de poder

    eliminar las condiciones de prdidas por el empleo de motores elctricos, mejorando el

    factor de potencia , la cada de tensin y reduciendo las prdidas.

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    3.- FLUJOS DE CARGA

    Para los clculo de flujo de carga se empleo el SOFTWARE CYMDIST versin 3.28.en el

    cual se modelo el sistema elctrico con los diferentes elementos y parmetros elctricos

    Se simularon 3 casos de estudio, en cada Caso se muestra grficamente los valores deCorriente, Tensiones, Factor de Potencia y Factor de utilizacin de cada Equipo.

    3.1 Caso1: Con una carga del 100 % ( 2300 KW )-posicin de conmutadores en 3 y sinconexin del Banco Automtico de Condensadores.

    Para este caso se considero las siguientes Cargas:

    150 KW Barras de 0.46 KV Sistema de Alumbraado y servicios auxiliares

    2150 KW..Barras de 0.46 KV Empleo de equipos industriales ( FP=0.85% )

    De los resultados Obtenidos ( Ver pagina9 ) se puede concluir lo siguiente:

    La Energa registrada en el punto final ( barras de 0.46 KV ) 2316 KW, 3580Amp.

    El factor de potencia es de 86.56 % El factor de utilizacin del Trafo 1 es de 105. % ( Ligeramente Sobrecargado )

    El factor de utilizacin del Trafo 2 es de 107. % ( Ligeramente Sobrecargado )

    El factor de utilizacin de la red subterrnea de 70 mm2 22.9kv es de 30%

    El factor de utilizacin de la red subterrnea 22.9kv 50 mm2 N2XSY es de 36.2%

    Las tensiones en Barras de 0.46 KV es de 429 Volt.Tensin normal considerando que los equipos trabajan a una tensin nominal de 440Volt. Valores Normales de tensin:+ 5% -5% ( 462 Volt - 418 Volt ).

    El cambiador de tomas ( TAP ) se encuentra en la posicin 3 para ambos transformadores.

    La energa reactiva consumida bajo esta condicin es de 1570 KVAR y el factor depotencia es de 83.49 %, lo cual genera perdidas y cada de tensin.

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    3.1 Caso1: Con una carga del 100 % ( 2300 KW )-posicin de conmutadores en 3 y conconexin del Banco Automtico de Condensadores.

    Para este caso se considero las siguientes Cargas:

    150 KW Barras de 0.46 KV Sistema de Alumbrado y servicios auxiliares

    2150 KW..Barras de 0.46 KV Empleo de equipos industriales ( FP=0.85% )

    De los resultados Obtenidos ( Ver pagina 11 ) se puede concluir lo siguiente:

    La Energa registrada en el punto final ( barras de 0.46 KV ) 2312 KW, 2969 Amp.

    El factor de potencia es de 99.8 %

    El factor de utilizacin del Trafo 1 y 2 es de 91.5 %

    El factor de utilizacin de la red subterrnea 22.9kv de 70 mm2 N2XSY es de 24.8%

    El factor de utilizacin de la red subterrnea 22.9kv 50 mm2 N2XSY es de 15.1%

    Las tensiones en Barras de 0.46 KV es de 448 Volt.Tensin normal considerando que los equipos trabajan a una tensin nominal de 440Volt. Valores Normales de tensin:+ 5% -5% ( 462 Volt - 418 Volt ).

    El cambiador de tomas ( TAP ) se encuentra en la posicin 3. La energa Reactiva es de 193 KVAR considerablemente menor que el caso anterior, el

    cual no contemplaba el uso del banco automtico de Condensadores.

    La tensin en barras de 0.46 KV es de 0.448 KV y el factor de potencia se aproxima a 1.

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    3.3 Caso3: Con una carga del 50 % posicin de conmutadores en 3 y con conexin delBanco Automtico de Condensadores.

    Para este caso se considero las siguientes Cargas:

    150 KW Barras de 0.46 KV Sistema de Alumbrado y servicios auxiliares

    1075KWBarras de 0.46 KV Planta de Harina.

    De los resultados Obtenidos ( Ver pagina 13 ) se puede concluir lo siguiente:

    La Energa registrada en el punto final ( barras de 0.46 KV ) 1225 KW, 1558 Amp.

    El factor de potencia es de 99.9 %

    El factor de utilizacin del Trafo 1 y 2 es de 49.3 %

    El factor de utilizacin de la red subterrnea 22.9kv de 70 mm2 N2XSY es de 13%

    El factor de utilizacin de la red subterrnea 22.9kv 50 mm2 N2XSY es de 7.8%

    Las tensiones en Barras de 0.46 KV es de 454 Volt.Tensin normal considerando que los equipos trabajan a una tensin nominal de 440Volt. Valores Normales de tensin:+ 5% -5% ( 462 Volt - 418 Volt ).

    El cambiador de tomas ( TAP ) se encuentra en la posicin 3.

    La energa Reactiva es de 39 KVAR

    La tensin en barras de 0.46 KV es de 0.54 KV y el factor de potencia se aproxima a 1.

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    4.- CALCULO DE CORTO CIRCUITO

    Para los clculo se empleo el SOFTWARE CYM DIST en el cual se modelo el sistema

    elctrico con los diferentes elementos y parmetros elctricos.

    Los resultados se muestran a continuacin.

    Grficamente se muestran en la Pagina 15.

    Feeder Id Equipment Id Phase LLL(Amps)

    LLG(Amps)

    LL(Amps)

    LG Max(Amps)

    LLL(MVA)

    BUS 1 SE ILO ABC 4185 0 3624 0 166

    BUS 2 Punto Medicin ABC 1618 0 1401 0 64

    BUS 3 Celda de Llegada ABC 1617 0 1400 0 64

    BUS 4 Celda de Salida ABC 1617 0 1400 0 64

    BUS 5 Barras de B.T. 0.46 ABC 34135 39083 29562 0 27

    Para el clculo de cortocircuito se considera el funcionamiento en paralelo de ambos

    transformadores.

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    5. COORDINACIN DE LA PROTECCIN.

    El ajuste de los diferentes dispositivos de Proteccin se dan en base a los clculos de Flujo de

    Caga , Corto Circuito y se tiene en cuenta los parmetros de: Capacidad nominal de

    transformadores, dao trmico de los cables e insercin; siendo los ajustes recomendados

    para cada equipo de proteccin los siguientes:

    Para realizar la coordinacin se empleo el SOFTWARE : CYMTCC, donde se modelo elesquema elctrico.

    5.1 PROTECCIN DE SOBRECORRIENTE

    5.1.1 Proteccin en barras de 0.46 KV

    Las barras son protegidas principalmente por 2 Disyuntores, los cuales debern proteger

    contra fallas de cortocircuito.

    Los Disyuntores principales son de la marca Merlin Gerin con las siguientes caractersticas:

    Marca: Merlin Gerin

    Modelo: MasterpackControlador: Micrologic 5.0A

    Capacidad: 2000 Amperios

    Los ajustes recomendados son los siguientes:

    Ir ( Largo retardo ) = In X 0.9 = 2000 x 0.9 = 1800 ( Considera el 20% de Sobrecarga delTransformador de 1250 Kva. )

    Tr ( Temporizacin ) = 1 SIsd ( Short Time ) = 6 x 1800 = 10800Tsd ( Tiempo ) = 0.1 Sg.Ii ( Instantneo ) = OFF ( Queda bloqueado para poder realizar la coordinacin con losdisyuntores de menor capacidad aguas abajo )

    En la pagina siguiente se muestra la curva del Disyuntor MICROLOGIC 5.0A con los ajustes

    propuestos.

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    CURVA DE AJUSTE DE CONTROLADOR MICROLOGIC 5.0A

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    .01

    .1

    1

    10

    100

    1000

    .5 1 10 100 1000 10000

    Current in Amperes: x 100 at 0.46 kV and x 2.009 at 22.9 kV.

    TIME CURRENT CHARACTERISTIC CURVES

    PLOTTING VOLTAGE: DATE:

    NO:

    AUSTRAL-ILO

    BY: STO DOMINGO

    0.46 kV 11-10-2007

    LVCB MG STR68U

    8

    7

    1250kVA

    6

    5

    4

    1:1

    51

    3

    2

    200:5

    51

    1

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    5.1.2 Proteccin de Transformador de 1250 KVA

    Los transformadores de Potencia de 1250 KVA cada uno, cuenta con fusibles limitadores de

    corriente de 50 Amperios de capacidad y son de la marca MESA.

    Tal como puede verse en el grfico de la pagina siguiente, la curva del fusible se encuentra

    por encima del punto de insercin del transformador de 1250 KVA y por debajo del punto de

    dao.

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    CURVA DE DAO E INSERCIN DEL TRANSFORMADOR DE 1.25 MVA YFUSIBLE LIMITADOR MESA DE 50 AMP.

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    .01

    .1

    1

    10

    100

    1000

    .5 1 10 100 1000 10000

    Current in Amperes: x10 at 22.9 kV and x497.826 at 0.46 kV.

    TIME CURRENT CHARACTERISTIC CURVES

    PLOTTING VOLTAGE: DATE:

    NO:

    AUSTRAL-ILO

    BY: STO DOMINGO

    22.9 kV 11-10-2007

    Fuse

    1250kVA Inrush

    Transformer

    1250kVA FLA

    8

    7

    1250kVA

    6

    5

    4

    1:1

    51

    3

    2

    200:5

    51

    1

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    5.1.3 Proteccin en Celda de llegada ( Planta Austral )

    La proteccin en la celda de llegada esta equipada con un rel de proteccin Merlin Gerin

    modelo SEPAM S40, cuyos ajustes propuestos son los siguientes:

    ( Rel SEPAN S40 )

    Funciones de Proteccin Cdigo Valores de Ajuste

    Sobrecorriente de fases temporizado51P I> Itoc = 76 Amperios

    Curva : IEC EI / CTMS: 0.7

    Sobrecorriente de fases instantnea 50P I>> BLOQUEADO

    Nota: El ajuste de la corriente de arranque para la funcin 51P , se esta considerando en un

    20 %ms de la capacidad de los Transformador. ( En la pagina siguiente se grfica el ajuste

    de proteccin de sobrecorriente para este rel

    La Funcin 50PO funcin instantnea queda bloqueada para asegurar una adecuada

    coordinacin y selectividad con los fusibles limitadores de corriente..

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    CURVA DE PROTECCIN DE RELE SEPAM S20

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    .01

    .1

    1

    10

    100

    1000

    .5 1 10 100 1000 10000

    Current in Amperes: x10 at 22.9 kV and x497.826 at 0.46 kV.

    TIME CURRENT CHARACTERISTIC CURVES

    PLOTTING VOLTAGE: DATE:

    NO:

    AUSTRAL-ILO

    BY: STO DOMINGO

    22.9 kV 11-10-2007

    Relay ABB IDMT EXTR INV

    8

    7

    1250kVA

    6

    5

    4

    1:1

    51

    3

    2

    200:5

    51

    1

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    5.1.4 Proteccin en Punto de Medicin y Entrega ( PMI )

    La proteccin presente en el unto de entrega o medicin esta dada por un fusible de expulsin

    tipo K de 100 Amperios.

    Este fusible no coordina con el rel SEPAM S40 de la Empresa Austral, por lo que serecomienda solicitar el cambio de capacidad por uno de 140 Amperios.

    En caso de mantenerse el fusible de 100 K , no existira coordinacin entre el fusible y el

    rel SEPAM por lo que en caso de falla por cortocircuito quemara y abrira el rel.

    Esto es un inconveniente para Austral ya que la empresa concesionaria podra cobrar por

    la reposicin del servicio.

    En la Pgina siguiente se muestra la curva del fusible de 140 K considerado en el presente

    estudio. ( Se considera el cambio de fusible )

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    CURVA DE PROTECCIN DE FUSIBLE DE EXPULSIN TIPO LINK K DE 140AMPERIOS.

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    .01

    .1

    1

    10

    100

    1000

    .5 1 10 100 1000 10000

    Current in Amperes: x10 at 22.9 kV and x 497.826 at 0.46 kV.

    TIME CURRENT CHARACTERISTIC CURVES

    PLOTTING VOLTAGE: DATE:

    NO:

    AUSTRAL-ILO

    BY: STO DOMINGO

    22.9 kV 11-10-2007

    Fuse

    8

    7

    1250kVA

    6

    5

    4

    1:1

    51

    3

    2

    200:5

    51

    1

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    5.1.5 Proteccin en barras de 22.9 KV de SET ILO

    Se cuenta con un Recloser de la marca NULEC con los siguientes ajustes de proteccin

    ( Recloser NULEC )

    Funciones de Proteccin Cdigo Valores de Ajuste

    Sobrecorriente de fases temporizado51P I>

    Itoc = 426 AmperiosCurva : NI -IEC.

    T: 0.11

    Sobrecorriente de fases instantnea 50P I>>Curva = T. DefinidoIIOC = 2500.AmperiosTtoc = 0 Segundos

    Nota:

    El ajuste de Sobrecorriente Temporizado 51P eexistente permite una adecuadacoordinacin de la proteccin, por lo que no es necesario solicitar algunamodificacin a los mismos.

    El alcance de la funcin 50P se da antes del punto de entrega del suministro

    elctrico, por lo tanto no existe problemas de coordinacin. No es necesariosolicitar el cambio de ajuste de esta funcin.

    En la pgina siguiente se muestra la curva de proteccin de este rel

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    CURVA DE PROTECCIN DE EQUIPO DE PROTECCIN DE ELECTROSUR RECLOSER NULEC.

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    .01

    .1

    1

    10

    100

    1000

    .5 1 10 100 1000 10000

    Current in Amperes: x10 at 22.9 kV and x 497.826 at 0.46 kV.

    TIME CURRENT CHARACTERISTIC CURVES

    PLOTTING VOLTAGE: DATE:

    NO:

    AUSTRAL-ILO

    BY: STO DOMINGO

    22.9 kV 11-10-2007

    RelayABB IDMT NORMAL INV

    8

    7

    1250kVA

    6

    5

    4

    1:1

    51

    3

    2

    200:5

    51

    501

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    5.1.6 Coordinograma de Proteccin.

    En las pginas siguientes se aprecia el esquema general de coordinacin, donde se incluyen

    adems, las curvas de los diferentes equipos de proteccin

    Como se puede apreciar en el cuadro de coordinacin de la proteccin existe una adecuada

    selectividad entre los diferentes equipos y elementos de la Red, protegiendo de una manera

    adecuada a los cables y transformador de Potencia en lo que se refiere a fallas por

    cortocircuito en el lado de 10KV Y 0.46 KV.

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    PLOTEADO A 22.9 KV

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    .01

    .1

    1

    10

    100

    1000

    .5 1 10 100 1000 10000

    Current in Amperes: x10 at 22.9 kV and x497.826 at 0.46 kV.

    TIME CURRENT CHARACTERISTIC CURVES

    PLOTTING VOLTAGE: DATE:

    NO:

    AUSTRAL-ILO

    BY: STO DOMINGO

    22.9 kV 11-10-2007

    RelayABB IDMT NORMAL INV

    Fuse

    RelayABB IDMT EXTR INV

    Fuse

    LVCB MG STR68U

    8

    7

    1250kVA

    6

    5

    4

    1:1

    51

    3

    2

    200:5

    51

    501

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    PLOTEADO A 0.460 KV

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    .01

    .1

    1

    10

    100

    1000

    .5 1 10 100 1000 10000

    Current in Amperes: x100 at 0.46 kV and x2.009 at 22.9 kV.

    TIME CURRENT CHARACTERISTIC CURVES

    PLOTTING VOLTAGE: DATE:

    NO:

    AUSTRAL-ILO

    BY: STO DOMINGO

    0.46 kV 11-10-2007

    RelayABB IDMT NORMAL INV

    Fuse

    RelayABB IDMT EXTR INV

    Fuse

    LVCB MG STR68U

    8

    7

    1250kVA

    6

    5

    4

    1:1

    51

    3

    2

    200:5

    51

    501

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    5.2 PROTECCIN DE TIERRA

    Para realizar el ajuste de proteccin para este tipo de fallas es necesario realizar las

    siguientes precisiones:

    El tipo de conexin del lado de 22.9 KV en la Sub-estacin Ilo es en Delta sin

    conexin de Neutro ( Neutro aislado ).

    Segn los planos se puede apreciar que solo existe una salida en 22.9 KV, por lo tanto

    las corrientes de falla a tierra son nulas, al no tener contribucin de otros

    alimentadores que no se encuentren en falla, por lo tanto la proteccin direccional de

    tierra ( 67 N ) no es de utilidad.

    La proteccin adecuada en este caso es la funcin 59N sobretensin homopolar, sin

    embargo segn el estudio alcanzado por Electrosur, el Recloser Nulec solo cuenta con

    la funcin 59N como alarma ms no como disparo, por lo que el despeje de la falla a

    tierra se realizar en forma manual, pudiendo tardar varios minutos.

    Las tensiones homopolares presentes en el momento de falla a tierra ( 3VO ) pueden

    causar con el tiempo defectos en los equipos , ya que van debilitando el aislamiento de

    los mismos, por lo que se recomienda ajustar la funcin 59N del rel SEPAM S40 con

    sealizacin preventiva.

    El valor de ajuste ser de :

    3VO = 9900 VoltiosTiempo de Apertura: Sin apertura ( Alarma )

    INCONVENIENTES DE LA ACTIVACIN DE DISPARO DE LA FUNCIN 59N

    Ante una falla a tierra en cualquier parte del alimentador, aunque esta falla no se

    encuentre dentro de las instalaciones del cliente Austral, la funcin 59N se activara y

    ordenara el disparo al interruptor, como consecuencia de ello cliente no tendra energa.

    Ante una falla a tierra temporal o transitoria, se presentaran tambin tensiones

    homopolares con la consiguiente apertura del interruptor.

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    6. CONCLUSIONES.

    La posicin del conmutador de tomas ( TAP ) de los Transformadores de Potencia deber

    de ajustarse en la posicin 3 , ya que en esta posicin se consiguen valores adecuados de

    tensin en barras de 0.46KV para diferentes condiciones de operacin ( 100% , 80% ,

    50%, y 30 % de la mxima demanda )

    Los valores de tensin en barras de 0.46 KV logran estar dentro de la tolerancia

    establecidas ( +- 5% ) tomando como referencia la tensin de 440 Voltios ( tensin de

    uso )

    Con el empleo del Banco Automtico de condensadores se consigue un mayor

    rendimiento y menores prdidas.

    Con los ajustes propuestos se consigue una adecuada coordinacin y selectividad de la

    Proteccin.

    El sistema Delta abierto con un solo alimentador no genera corrientes homopolares, pero

    si tensin homopolar.

    Ante fallas a tierra en cualquier parte del circuito de la Empresa Electrosur ( Set ilo 22.9

    Kv a suministro de entrega- aproximadamente 9800 Metros) se presenta tensiones

    homopolares las mismas que con el tiempo causan envejecimiento a los equipos y

    elementos de la red en 22.9 Kv.

    7. RECOMENDACIONES

    Se recomienda solicitar a la Empresa Concesionaria el cambio de fusibles Link en el

    punto de medicin, la cual deber de ser de 140 Amperios tipo K, de lo contrario no

    existir coordinacin entre el fusible y el Rel SEPAM.

    Habilitar las diferentes protecciones de los transformadores tales como:

    BucholzTemperatura de Aceite.

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