coordinacion de protecciones en 13.8 kv

8/13/2019 Coordinacion de Protecciones en 13.8 Kv

1/132

TO SKMO

PUIETO -

TESK> PREVIA A LA OBTENCINDEL TITULO DEINGENIERO EN LA ESPECIALIZACION DE ELEC-TRICIDAD FUERZA) DE LAESCUELA FOLITEC

NICANACIONAL

HCTOR FERNANDOESPIN ZAPATA

Quito Noviembre de 1977


2/132

Certificoque la presenteTESIS,h sido realizada en sutotalidadpor el seor H. FernandoEspn

ING. JULIOJURADODirector de Tesis


3/132

Al seor IngenieroJulioJuradoM. por suvaliosa direcciny orientacin.Al seor Ingeniero Vctor Orejuela L . atodosloscompaeras y amigos del Instituto Ecuatoriano de Electraficacin y a cada una de las personas que de una uotra forma colaboraron parala realizacin deestetrabajo.

> . rf ff j rp


4/132

I N D I C EP

CAPITULOI

1.1 Objeto a e B

CAPITULO H

2,1 CaractersticasgeneralesdelSistema2.1.1 Descripcin desubestaciones . . . . . . . . . . . . . . .2.1.2 LneadeTransmisinQuitc-Ibarra2.1.3 CaractersticasElctricas de SistemaQuito-Iba-

T a a B e t > e a B a < ; B e 9 i 9 a a B B e e e B e L

2 2 Diagrama equivalentedelSistema ,.eo , s - 22.1 Primera Etapa . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . 1

CAPITULOIH

3,1 ClculodeFallas . , . . . , . . . . . . . . . . . . . . . 1


5/132

CAPITULO IV

ndice 2.P

Seleccinydiseodel sistema deproteccin . 24.1 ' Seleccin deltipodeproteccin de lalnea , . . , . 2 1.1 Importancia delsistema Norte . . * . . . . . . . . . . . . 24. 2 Configuracindel sistema 34 1. 3 Seleccin deltipo proteccin . . . . . . . . . . . . . . . 34. 2 Seleccin de los transformadores de potencial y -

corriente . . * . . . n a . . . . . . ? ' ' . . . . . . ' * . . . , o402.1 Transformador depotencial . . . . . . . . . . . . . . . . . 34. 2. 2 Transformador decorriente . . , . . . . . , . . 44. 3 Seleccin deinterruptores automticos y seccio -

4 ^ i T" ic 'm'n")"""iYi ^oU i J-/J.O VLilitvjj CO * s o * o o * o * * e * e s 4 * i i 9 # * * o * .J4*3.2 Especificacin de las caractersticasde los dis -

yUnUOre < a * * a * * * a e a e a . a < i * * 9 # * 4 < > < t * D

4. 3. 3 Seleccin deSeccionadores . , . . . . . . * . . . * . . . * . 64,4 Seleccin de las caractersticasde losrels * 74.4.1 Generalidades . . . . . < . . . . . . . . .e . . .B. . . . . 7 144 .2 Seleccin c , 0 , f l < , * 1 , e . 9 o * o o - * o * * * * * * 7


6/132

ndice 3.F

4.5 Diagrama delsistema deproteccinymedida 83

CAPITULO vCoordinacinde la Proteccin

5,1 Alimentacin de las zonas deproteccin5,2 Ajuste de losrels de distancia5.2.1 Condiciones para elajuste . . , . . . . . i5. 2. 2. Mtododelclculodelajuste .5,2.2.1 Condicin 1 8 0 . . . . . . . . . 5.2.2 ,2 Condicin2

5.2 3 Calibracin de los rels detierra 11CAPITULO VI

4 e f l o f f B e a e o a e < i o i i

Conclusiones Recomendaciones . . . . , 12


7/132

C A P I T U L O I

1.1 . O B J E T O

Elmovimientode integracin econmicaenLatinoamrica y susvas formasdecooperacin econmica utilizados comoun instrumeto eficaz para eldesarrollo de la regin handeterminado que elEcuador se embarque en uno de susvastosprogramas de infraestructura tal OITO la electrificacin entreotros para poder comptir industrial y comercialmente contodoslos Pases vecinos;ya qseraimposible alcanzar un nivel socio-econmico adecuado si no dispone deEnergaElctrica

El InstitutoEcuatorianodeElectrificacin -INECEL- hasido encargado dellevar adelante un Plan Nacional de Electrificacin cuymeta es la construccindelSistema NacionalInterconectado estacindounabasta red deLneasde TransmisinygrandesCentralElctricas para suministrar energaa las principales zonasde cosumo divididos enSistemas Regionales Uno de estos sistemaselNorte quecomprendelas provincias delCarchi eImbabura y lparte No reste de la Provincia de Pichincha Las dos ciudades mimportantes de este sistema son; Ibarray Tulcn con unapoblaci

e


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aproximadamente de45 000y 3 0 0 0 0 habitantes respectivamenteen el ao de 1976

Como INECEL tiene programadoincluir este sistema en elSistemaNacionalInterconectado a previsto la construccin de unaLifnea dTransmisin a 138K V desde la ciudad de Quito hasta la ciudad deIbarra cuyarealizacin requiere deestudiodediseos tantomecnicos como elctricosy entre uno de estos est la Coordinacindl Proteccin.

El presente trabajo tiene por objeto dar los criteriosbsicos quehayque considerar para la seleccinydiseode los esquemas deprotecciny su aplicacin de la Lnea Quito~Ibarraa

Es necesario determinar que se hanpartido de condicionesya defidastales como:

a Delestudiode Proyeccinde la demandahasta el ao de1990 a nivelde centrosdecarga elaborada comoparte destudio del Sistema NorteySistema Quito

b Equipamientode las Centrales existentes oequiposdege


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racinpor instalarseen un futuro inmediato

c De los diagramasunifilares definidosen los estudios deseo realizadospor INECEL en.el ao de 1975 tanto eprograma quinquenalde Electrificacin corno en los delgra NacionalInterconectadoj condicionesque hanservidde base para realizar este estudio.

Unavez fijadas las caractersticas delsistemaha estudiarse sanalizany especificanlas caractersticaselctricasdecadaunolos componentesdelSistema deProteccin determinndose adelos criteriosde coordinacin y ajustede los rels con el fin que el esquema de proteccin cumpla su objetivo.


10/132

2.1 CARACTERSTICASGENERALESDEL SISTEMAComo se determinanteriormente, elestudio parte decondicionedefinidas Seasume que encondiciones normales, en elSisteNorte, solotrabajarala Central Hidrulica de ElAmbi enIbarracon 8 MW decapacidada la punta, noasilaCentral Haya enTulde 10 3MWy las dems,ya que quedaranparaservicioensituanes de emergencia o se cerrarandefinitivamente, una vez que eaoperar laLnea deTransmisinQuito-Ibarra,o sea apartir d1978;de tal manera que la diferenciaenpotencia para cubrir las cesidadesdeeste sistema provendran del Sistema Quitoy dePisayamboenprimerainstancia, y posteriormente delSistemaNacioInterconectado apartir de19830

Deacuerdo a los estudios defactibilidad realizados por INECEL,determinaque el Proyecto Monttfar debido a su alto costo nofigucomoobra inmediata, quedando postergadasu construccin paradentrode 30 o 40aos, fechaen la cual se podranjustificar loscostosde inversin,,

ElSistema Norteestar conectadopormediode laLnea Quito-Ib


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rra a la SubestacinVicentina ap rtir de la Subestacin Ibarra

Ala Subestacin Vicentina estn adems conectadaslas CentralTrmica Guangopolo, El Sistema Quito y Hsayamtaohasta el ao1983, a p rtirdel cual seinterconectarcon el SistemaNaciona

A continuacinse har unadescripcin de las caractersticas eltric sde los elementosdel sistematanto existentes como proyecdos, hasta el ao de1990, a fin dedeterminar los diagramas unil resenbase los cualessere liz esteestudio

Caberecalcar que losvalores anotadosfuerontomadosde los esdiosdel SistemaNacionaly delDepartamentodePlanificacin dINECEL

Descripcin deSubestaciones

Subestacin Vicentina - Seencuentra ubicadoalOriente de lciudad deQuito; interconectndosea las Subestaciones NorteySdel SistemaQuito en las b rr sde 46 V

Alas barrasde 138 Vllegan las Lineas procedentes deIbarra,


12/132

ta Rosa yGuangopolo0

Est constituida de dos transformadores, cuyas caractersticas sdetallan en el cuadro 2-1; (ver grfico 2 -l),

Barra de Santa Rosa - A estabarra llegarn las lneas procedentes del Sistema Nacional Interconectado, del Proyecto Pisayambosaldrnlneashacia las Subestaciones Epiclachima y Vicentina,, er ubicada al Sur de Quito. (ver grfico (2-1) y 2~2)t t

SubestacinIbarra , - Est ubicada en la ciudad de Ibarray esconstituida de dos transformadores de 30/40 y 20/30 MVA, el primro est conectado a las barras de 345 KV; donde llega el voltaje alimentacin proveniente de la Central El Ambi y la carga de Otavlo Ibarray Atuntaqui, y el segundo est conectado a.la barra de69 KV reduciendo el voltaje proveniente de la Lnea Quito-Ibarra alimentaa las cargasde Cayambe, Otavalo, Cemento Selva Alegr(ver grfico2-l) 8 Las caractersticas de los transformadores tn descritas en el cuadro 2~10

Subestacin Epiclachima - Est prevista la existencia de esta S


13/132

SEIB i O

EAMB

GAS

|2

V

GU

OPOLO f5V 25V 15OV

w

h

DEDE

X

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.

1

oTC4GKV>

[?K

T

SEVCNN

Km

_ SES

5K-

1K.

4K

G

C21

DARMAUIJHLAR3SSS

AQUTOA


14/132

EAM

-a

SEBR hO

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-

i

228K.

c

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C

N

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6KV

1K

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4K.

V

1KV.

|a5>

-aSRS

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.

TG

OO

^__GAS

-

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-

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0

Q

SEVICENTNA

4Km.

1Km

GC22

SESVAEGDIAGRAMAFLACLC*

1

PS

MBO

feGU

PLO

4K SE

S


15/132

estacin parareducir el voltaje provenientede la barradeSantasa de 138 KV a 46 KVinterconectndoseal anillodeQuito.

Las caractersticasde sustransformadores se encuentrandescrien elcuadro2-1 ver grfico2-1 y2-2).

Lnea deTransmisinQuito-Ibarra

Segnlosdatos tomados delDepartamentodeDiseoElctricodeInstituto Ecuatoriano deElectrificacin -INECEL - estprogramdoconstruirtorres paradoblecircuito, instalndose unaternapa1978, y se prevee una segunda terna para 983

Ladisposicin de los conductores lodemuestra elgrfico 2-3, enbase delcual se calcullos valoresdeimpedancia correspondiena la primeraysegunda etapa, de una y dosternasrespectivament

Las caractersticasdeestaLnea son;

Longitud; 86.6 KmN*deCircuitos: 1 1978) 2 1983)N*deHilosdeGuardia; 1 1978) 2 1983)


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1

GRFI O 2 3TORRE S escala 1 2


17/132

11Tipos de HilodeGuardia; 7 xN-9 AlumoweldConductor- 477KcmACSRVoltaje deTransmisin: 138KV

G.M.D.: 2Q 06

Impedancia Primera Etapa; 1978unaterna);

= Z2 O e1226 + j 064827Z 0 = 0 63 9Q 9+j 1B5714

Inxpedancia SegundaEtapa:1983-1990dobleterna)

= 0.12273+ j e4826= Oe4519+ j 1.5114 0.9198

2 f i l > 3 Caractersticas ElctricasdelSistemaQuito-Ibarra

Enlos siguientes cuadros 2 1 y2-2, sedetallan las caracterstictantode generadorescorno de transformadores y de los elementosdela Lnea de Transmisin considerados en elestudio; segn loterminan los grficos Nos* 2-1 y 2 ~ 2 0


18/132

C

C

D

Nmbed

laPaa

EAbPsmTG

o

TG

o

G

o

G

o

G

o

LCo

P CmbCmbN ConConLuo

So

IbaAboQoQoQoQoQoQoQoQoQoQoQoQoQo

N-dUd 2 2 6 1 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 8MVNm,

Cga

5 4 6.532 25 2.0 2.5 1.1

128 11 11 1

5 28 1 28

C

dMw 4 3

52 33 20 16 2 08 22 99 99 18 2

2 1.0 22

VaeK 4

118 66 1

8 23 23 2.3 23 41 41 41 69 6,3 63 41

Fod

Pea -0

8 08 08 08 08 08 08 08 08 09 09 09 08 08 08RaN

AFNm.Xd

30213010 30 30 20 30 2

9*

35

21.830404040

C

SCDLOT

OMA

Nmbed

laPaa

EAb

PsmTG

o

TG

o

G

o

LCo

P CmbCmbN ConLuo

SEVcn

SEIba

SEIba

SEEcan

So

IbaAoQoQoQoQoQoQoQoQoQoQoQoIbaIbaQo

NdUd 2 2 2 1 2 1 1 1 1 2 1 2 2 1 1 2

MVN 5 4 1

2

1213

5 2 56 151515 1 1 4 2

3346

Nddv 2 2 2 2 2 2 2 -2 2 2 2 2 3 3 3 2

RaNmin4135

181661181234234414414414694634414141

161

1861

41

C

DaEea(T

DaEea(T

DaEea(T

DaEea(T

DaEea(T

DaEea(T

DaEea(T

DaEeT

DaEea(T

DaEea(T

DaEea(T

DaEea(T

DaDaET

DaDaET

DaDaE(T

DaEea(T

R H H

NA

(TCcaTea


19/132

C

22

C

SCE

CDLALNADT

MISDSS

LNA

ddha

Qo-ba

Qo-ba

aCma

Cm

QoX2*

G

po-Qo

G

po-Qo

SENeVcn

SEVcnSES

SES-SEEcam

SEEcmSENe

G

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P

G

o

TmcG

po-SEVcn

SaRVcn

SaRP

SESaRSEEcam

EA

ba

SaRVcn

LO K 86 86 28 62 68 68 40 4 50 1

010 10 71 1

59610 40 1

5

V K 1010404O40404 404040404O101010103510

C

O

4KMAR

4KMAR

4KMAR

4KMAR

3cAR

10C3

KMAR

35KMAR

45KMAR

45KMAR

10C30AR

4KMAR

4KMAR

4KMAR

4KMAR

05 4KMAR

N~ Co 2 TV 2 2 2

X=-2K

j04j04j04j04

05 j04j04j04j04j04j05j05

04

04 j04j02j05j02

NA

* XomSrepenamsmcaesc

Im

aMuu


20/132

1

2.2 DIAGRAMA EQUIVALENTE DEL SISTEMA .

Una vez des critos todos los elementos integrantes del sistema conderado, se determinarn a continuacin los diagramas unifilares dlas diferentes condiciones que se deben estudiar parala seleccindiseo de la proteccin del Sistema Quito-Ibarra*

2 e 20 1 PrimeraEtapa (Condiciones Iniciales ao 1978) a -

Para fines del ao 1977 se considera en funcionamiento las centralPlsayambo yTrmica Guangopolo con una generacin total de las dCentrales de 118 022 MVA, con el fin de cubrir la demanda del sistma Quito y Norte, para la cual entrar en operacin a mediados d1978, la primera terna de la lnea de Transmisin Quito-Ibarra qsaliendo de la Subestacin Vicentina (en Quito), llegara a la Subescin Ibarra 0

Ademsen esa fecha se prevee la existencia de una terna de la Lnde Transmisin Santa Rosa-Vicentina/ para interconectar el Sistema Pisayambo al Sistema de Quito* (Diagrama Unifilar grf 8 2-1)


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1

2 S2 2 Segunda Etapa (Condiciones para el ao 1983 hasta 1990) 0 -

En el ao de 1983, entrara en operacin la segunda terna de la LneaQuito-Ibarra y de la Lnea Santa Rosa-Vicentina, con las mismcaractersticas de las ternas de la condicin inicial ademsexisra para esa fecha las Lneas Santa Rosa-Subestacin Eplicachimay tambin se prevee el funcionamiento del Sistema Nacional Intercnectado, en los que estn incluidos los Proyectos: Paute, Toachi yQuijos-Coca, que se nterconectarn al Sistema Quito, por medio unaLnea de Transmisin en la Subestacin Santa Rosa* Estaba previsto en los estudios de INECEL que para el ao de 1985 entraren funcionamiento la Central Hidroelctrica Montfar, pero de debdo a su alto costo, su construccin se encuentra postergada,, Ref0Grf02-2)0


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1

3.1 CALCULODEFALLAS

Generalidades: TiposdeFallaen unSistemadePotencia;- Paraproteccin de unSistemaElctrico y la Seleccindel Equipo adedo, es esencial determinarladistribucin,a trvzdetodo elSima delVoltajey la Corriente, tantoencondiciones normales comalocurrirunafalla enl, ademsdebenser conocidoslos valorlmitesdecorriente en los sitiosdondevan a ser despejadaslaslias En unSistema Trifsicolos tiposde falla son:

Trifsica.Fase-faseDos fases tierraMonofsico

FallaTrifsica - Este tipo defalla seproducecuandolos treconductores, tienen,uncontactofranco y suocurrencia es la menfrecuente enrelacina los otros tipos defalla, para este caso elorde la corriente decortocircuitoes elmximo, porestaraznel clculo bsico de falla en este sistema.


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1

FallaFase-fase - En lamayora de lossistemas depotencelnivelde la corriente defalla francafase-fase es delorden dedela corrientede falla trifsica franca, por esto este clculo esra vez requerido porque la corrienteno es el mximovalor- (re

Falla Fase-tierra . - Lacorriente de unafalla franca faserra puede ser incluso mayor que la corriente de una falla trifsdependiendoestade las ImpedanciasdeSecuencia,

En elcaso deestudio serealiza elclculo defalla trifsica yfatierra con el fin de determinar elvalorde la corrientemximacortocircuito, esteclculose lorealizpormediodecomputaddigital tomando encuentalo siguiente:

Al determinar losvaloresde las impedancias en los diferenelementos delsistemano seconsidera laresistencia, ya qulosvalores dereactancia, debidoal numerode transformadres ygeneradores esalta encomparacina laresistencia;adems de que laresistencia noafecta significativamenteenclculo de la corriente decortocircuito., en especial cuandorelacin X/R es mayorque 4. (Ref. 3),


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1

Pararealizar elclculo defallas pormediodecomputador(ref0 4), es necesario utilizar elSistema (Pu) por unidadrerido a 100MVA basey a unvoltaje'base, similar alvoltanominal que tiene cada elemento en elsistema, utilizando siguientes relaciones, ademsde los clculos correspondietes para determinar losvaloresde las impedanciasde las lneas(Ref. 4-5-6).

MVA, Potencia Base (100 MVA)bKv = Voltaje base fase-faseZb - Impedanciabase

MVAb .

Zpu Impedanciaen por unidadZ = Impedancia olmica/fase

.Z = Zpu = F(3-2)Zb

KVA]_ = Potencia propia del elemento al que est rerido Z%

Z% = Impedanciaenporcentaje referido a


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1

3, Zpu 2 KVAb1

Como se determin en el segundo capitulo la Lnea deTranmisin Quito-Ibarra, tiene dosetapas deconstruccin, en primera entrara aoperar con unasola terna, interconectse los Sistemas QuitoeIbarra;en la segunda etapa, operarlnea con las dosternas interconec'tndoseelSistema IbarrSistemaNacional;serealiza el estudiode unaterceraconddela Lnea que es: operandocon una solaterna eintercontndose elSistema Ibarraal Sistema Nacional,

Conel fin derealizar el estudiode cortocircuito en compura digital, se hareducidoelSistema a 10nodos, encadaudelos cuales se realiza elclculode las corrientes de fall

Serealiza el estudio decortocircuito a capacidad mxima dgeneracina fin deconocerlas corrientes mximas defallara determinar las caractersticasde los disyuntores

Loscuadros3-1 y 3-2 detallanlos valores enPu deGenerares y Transformadores comode las Lneas deTransmisi


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2

Sistema Quito-Ibarra en elcuadro3-3 se encuentranlos vares delSistema Quito-Ibarra reducidos a 10nodos siendo evalores los utilizados en el programa digital

En los grficos 3-1 se encuentra el diagrama unifilar de lascondiciones a estudiarsey en elgrfico 3-2estn determinalosvalores decorriente defalla tanto trifsica como defasetierra en todos y cada uno de los nodos.


27/132

PISAYAMBO GUANGOPOLO

GRAF 3 la


28/132

22

AMBI

34 5 V 69 KV

OS/EiBARRA

138KV

I/o

S EEP CL

GRAF 3 1 b


29/132

M I

34 5KV

SIBARRA

ClHISAYA

38

TJUULU

GRAF 3 l e


30/132

2CUADRO 3-1

IMPEDANCIA EN Fu DE GENERADORES Y TRANSFORMADOREDEL SISTEMAQU ITO-IBARRA

Nombres del ElementoGNaynG. CumbayaGo CumbayaG f l Carolina (Norte)Go Carolina(Norte)G e GuangopoloG* GuangopoloG e GuangopoloG e PasachoaG LuluncotoGe Los ChillosG 0 Gas GuangopoloGo DieselGuangopoloe PisayamboG. El AirfoiSistemaNaciona Intercon0ToNaynTo CumbayaT8 CumbayaTe CarolinaTo GuangopoloTo PasachoaT LuluncotoT8 LosChillosTo Gas GuangopoloT0 DieselGuangopoloTo PisayamboT ElAiribiT t t S/E VicentinaTo S/EIbarraT0 S/EIbarraTs S/ EEpiclachima

Unidades Condicin I y 22222222282622

22222

222 ,2

2

j 28100j I o 9 6 2j 2 0 9 2 5 14o940j 32 000j 130600j 15*500 10a400j. . 8S860j 140960j 30o640 0S330 50230j 00738j 6eO O O 0.4717#* 0.330j Oo516j 0.511j 0 0 5 0 0 1 B 0 0 0j 1.150 O a 456j 2.000j 0.552 0 0 6 0 0 O a 2 6 0 1^400

X H L = 3 0 0215;XHT=jO e339;XLX H L = j O o 2 ; X H T = 3 0e 6 6 ; X L T =XHL=XHT=XLT=j08263 0.116

NOTAj (G): Generador(T): Transformador** s Aplicable soloparala condicin2.PotenciaBase = 100 MVA


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2

CUADRO 3-2IMPEDANCIA EN Fu DE LASLINEASDE TRANSMSION DEL

SISTEMA. QUITO-IBARRA

LneadeTransmisin

Nayn-CumbayaCumbaya-QuitoCumbaya-QuitoGuangopolo-QuitoGuangopolo-QuitoS/E Norte-VicentinaVicentina-S/ESurS/E Sur-S/EEpiclachimaS/E Epclachima-S/ENorteGuangopolo-Los ChillosPasachoa-GuaagopoloTer0GuangopoloS/EVicent,Stae Rosa-S/EVicentinaSta0 Rosa-PucarSta* Rosa-S/EEpiclachimaElAmbi-IbarraSta0RosaVicentinaS/EIbarra-S/EVicentinaS/EIbarra-S/EVicentinaS/E Ibarra-S/E Vicentina

N* deCircutos1221111111111(1*)1 2 **1

J- C) vi*O,1- '1% -P

1

2 ***2**

Condicin 1 y 2V Vxl A 2j Oe061j 0*139j 0.139j 0*178j 0*151j 0,078 0*078j0B109j 08 3 9 3 00418j0.432j0,184

j 0004753 0.23523 0.0159j 0.175j 0.246j 00219j 0.219 0.1065

X0 08218j0.403j 0.403 O a 5 7 1 0.578j 0*234j 0.2343 0842 I e 5 2 7j Ie 3 9j 1.63 0 0 0 5 8 7j 0.1336j O o 8 2 73 000825j 0.5383 0,1097j 0.7143 0.0873 0.5502

Xom

3 0j 0

NOTA; Aplicable soloparalacondicin1Equivalentedeldoble circuitoAplicablesolo parala condicin2Potencia Base = 100 MVA


32/132

26CUADRO 3-3

DATOS PARA PROGRAMAS DE CORTOCIRCUITO DEL SISTEMAQUITO-IBARRA

LINEAdesde a1 - 21 - 2 *.1 51 - 71 - 7 ##1 82 32 435 6c; M QO .


33/132

tt

TIFCA

PRMEA

VA

191

tSNESSMANO

SGU

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CNESMANACIONAL

DOBTNA

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FE

LB

1

G

32


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2

SELECCIN YDISEO DEL SISTEMA DE PROTECCIN

Generalidadesfl- Para desarrollar elestudiode unsistema eltricodepotenciase debe analizar bsicamente.dos condiciones doperacin, operacinencondiciones normales, operacinencociones anormales,,

La operacinencondiciones normales, suponeque el sistemacumcierta calidad prefijadadeservicio noconsiderandola ocurrencidefallasen el equipo, cuando el sistemaest bajo elefecto de ufalla quepuede ser por fenmeno incontrolable, comodescargasmosfricas, oerroreshumanos, o del mismo equipo, se puede dque el Sistema est operandoencondicionesanormales, origindo queciertosequipospuedensufrir daosdeconsideracin , yquedisminuyala calidad deservicio

Frente alproblema originadopor laoperacin anormalde unsistemaelctrico es necesario tratardeaminorar los efectosde las llastantoen el serviciosuministrado, comoen el equipoinstalad


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conun cuidadoso diseo del sistema de protecciones, y una adecda seleccin de sus componentes, se lograr tal objetivo 0

4.1 SELECCIN DEL TIPO DE PROTECCIN DE LA LINEA

Para la adecuada seleccin y aplicacin de el sistema de proteccide la Lnea de TransmisinQuito-Ibarra es necesario consideravarios aspectos (tanto de carcter Fsico Elctrico y Econmicolos cuales se desarrollan a continuacin:

41 * 1 Importancia del Sistema Norte

Comoya se indic anteriormente, la interconexin de los sistemaelctricos tiene como objeto el intercambio de energa a fin de splir las deficiencias de generacin, aprovechando la energa dispblee integrando a las Provincias del Carchi e Imbabura, a fin deque colaboren en el integral desarrollo del Pas; siendo an masLneaQuito-Ibarra la nica Lnea deTransmisin queinterconectra este Sistema Regional con el Sistema Interconectado, es indissable el mantener la mayor calidad de servicio aminorando la ocurrenciade ciertas fallas, para lo cual es indispensable que la pro


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3

cinaseleccionasetenga las mejores caractersticas deSelectivda, rapidez, sesifoilidady seguridad, justificndose la inversinun sistema deproteccin relativamente caro, enrelacin aotrosmuars.

4 1.2 Configuracin delSistema

ElSistema Quito-Ibarraes unsistema netamenteradialy extensoy estubicadoalfinal delotro sistema radial que elSistemaNanalInterconectado, por lo cual, al ocurrirunafalla encualquiertode la Linea Quito-Ibarra, y si su sistema de proteccin noactconadecuada selectividad y rapidez puede salir de operacin toelSistema Quito-Ibarra, con sus subsecuentes molestias y da

Yaque elSistema Quito-Ibarra, es unsistema cuyascondicionescarga variarn entre grandesmrgenes;es necesario que el sistdeproteccin seaindependientede las corrientesdecargaque ciculan por l.

4.1.3 Seleccindeltipodeproteccin

Unavez que se hadeterminadolas caractersticasrequeridas pa


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3

la adecuadaproteccin de la Lnea Quito-Ibarra., analizar los drentes sistemas de .proteccincon el fin de determinar cual sistes que ms se apegaa dichas caractersticas

Al ocurrirunafalla en unsistemaelctrico sta origina impotes variacionesdelvoltajey la corrientedelsistema las cualesjterminandiferentescriteriosparadiscernirlaocurrenciade untocircuitoo

AumentodeCorriente - Uno de los efectos mas caractersticodeun cortocircuito es elaumento enmagnitudde la corriente, posobre el valor nominal en elequipo afectadopor la falla, propornandounmtodoparadesarrollar elsistemade proteccindenomnadode Sobrecorriente

Disminucindevoltaje - Otroefecto de uncortocircuito es edescensodevoltaje, y es ms evidenteamedidaque se acerca apuntode falla, este efectopermite eldesarrollode unsistemadproteccin

SentidodeFlujo dePotencia - Enmuchoscasos en especiacuando existen, conductores enparalelo la inversindel sentidoflujo depotencia, determnala existenciade uncortocircuito es


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efecto, a permitidodesarrollarun sistema de proteccindenomindodireccional,

VelocidaddeVariacinde la Corriente - Lasoscilaciones de mquinas sincrnicasoperando en paralelo originan corrientes psatoriascuyasmagnitudespuedenser equivalentesa los de uncocircuito trifsico; sinembargola variacinde lamagnitud de la c

rriente, de suvalor decarga alequivalentedecortocircuito, nosverificainstantneamente, esta variacinesperidicay sufrecueciacorrespondea la dedeslizamientode las mquinasconsideradEnuncortocircuito trifsico real, la variacinde la corriente einstantnea y semantienehastaeldespejede la falla.

Estas caractersticas se emplea comounsistemadeproteccinparabloquearla operacinde rels

ComparacindeCorrientes - Cuandola corriente queentraequipono esiguala la quedebesalir del estando ambas magnidesreferidas a unmismo niveldevoltaje, se puededeterminarqentrelospuntos, en que se hanefectuadolamedidaaocurridouncortocircuito, este efecto adado orfgen alsistemadeproteccin


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nominado direccional.

Disminucin de la Impedancia - Otrocriterioconsideradopadesarrollarun Sistema de Proteccin es la disminucin de impedacia o la razn entreelvoltaje y la corrientemedidosen unpuntodado al ocurrir un cortocircuito.

Definido el campo deaplicacin decadacriterioanalizar sus venjas y desventajas para su aplicacin en la lnea Quito-Ibarra.

A La proteccin de sobrecorriente proporciona el medio mas secilloy econmico para la proteccin contra cortocircuito sinembargo este tipo de proteccin tienelas siguienteslimitacio

a. Ensistemascuyas condicionesdecarga varan entre grades mrgenes su configuracindecapacidaddegeneracy disposicin de la lnea de transmisin puedenllegar aciertasconsideraciones; que la corrientemxima de carsea superior a la decortocircuito enmnima generacin.

b. En sistemas radiales degran extensin los tiempos deoracin de los relsmas alejados delpunto defalla resu


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tanmoderadamentelargos

c8 En un sistema deanillo, es imposible disear unaprotecinselectiva,

Luegoeste tipodeproteccines inaplicable paralas lnde transmisin Quito-Ibarra ya quelosliterales a boponena losolicitado en los numerales4.1.1 y 4a l e 2 ;tetipodeproteccinse utilizaexclusivamenteparacirctos radiales de pequea longitudB

Be La disminucinde voltaje alocurrirun cortocircuito adesarllado unsistemade proteccinselectivaintegrada porrelsqoperanal ba jar el voltaje de un valor predeterminado y en untiempoprefijado Sinembargoestetipodeproteccines pcousadopors

ae Laausenciadevoltaje noindica necesariamentecortocirto ya quepuededebersea que el circuito esta desenergi

Las tensionesqueaparecenen los distintos tipos de cortcircuito sondiferentes, imponiendoajustes quequitarn


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sensibilidad al sistema su aplicacin casise halimitada arrancadores de motores.

C0 Siendola potencialanica magnitudcuya direccin es posibldeterminar en forma absoluta permite su aplicacindesarrllar otromedio deproteccin ya que unsistema de proteccicontrolado direccionalrnente opera enconsecuencia solo paradeterminado sentidodeflujo de potencia y evitar la operacdel equipo cuandola potenciafluya endireccin opuesta.

a. La dificultad enaplicar la potenciacomo magnitud demda para uncortocircuito reside en que la tensin en elgar de la falla es prcticamente cero y en consecuencia potencia nopuedemedirse

Otra desventaja es elbajo factor de potencia delcortocicuito hasta elpunto defalla quedetermina que la potenque fluye es esencialmente reactiva

D Almedir lavelocidad devariacin de las corrientes decortocuito como medio de diferenciar un cortocircuito de las oscilciones sincrnicas operando enparalelo noproporcionanun

' ' . 7 ' ' -


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todo deproteccin sino mas bien previene operaciones de lesquepodran operar equivocadamente.

E El sistema deproteccin diferencial puede ser considerado unode los ms perfeccionados pues este sistema es selectiy totalmente independientede las condiciones decarga y no quiere coordinarseconotros elementos de proteccin se apca especialmente para proteger generadores transformadorybarras desubestaciones moderadamente para lneas detrmisin.

Parala aplicacin de la proteccin diferencial enlneas detmisin esnecesario efectuar la comparacin decorrientes etrelos dosextremosde la lnea locualrequierede la instalcin de hilospilotos quelleven la informacin; para lneasgas se utiliza los conductoresprincipalesa los cuales se suponeunaonda de frecuencia elevada queacta comoportadodeseales y se denomina proteccin piloto mediante ondaptadora

F. Otrosistema querene lasmejores caractersticasdeselecvidad es el queutiliza a la impedancia comomagnitud de me


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para detectar cortocircuitos* Laimpedancia comorazn envoltaje ycorriente proporcionaunaproteccindireccional,nif n ola granventajade serindependientede la corriente yconsecuenciade la carga; siendopor estas cualidades utilizparticularmente parala proteccindelneas*

Lanicadesventaja de la proteccindedistancia es la imprecin en el puntolmitedeoperacin,, Laforma prcticadlucionar esteproblema es proteger solamente un80 a 90 dlalnea quedandoel20 o10 paraposibleserroresdelrelenla primera zona; ademsde que con la segunda zona delle seprotege hasta el 100 deltransformador situadoal extmode la lnea determinndoseas la precisin deseada*

Ga El sistemadeproteccin utilizando hilo piloto hace posible enunalneadetransmisin unaaltaselectividad, haciendomolos daos derivados defallas por la altavelocidaddedje de las fallas, permitiendoentrminos generales aumentaposibilidad derecierreconxito/aumentarlaestabilidad traciendeymejorala continuidad deservicio*

El hilo piloto es utilizado parala proteccindelneas cortas


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as para lneas largas en las cuales seutiliza laproteccin tpilotomedianteonda portadora, teniendo esta ltimauncammas ampliodeaplicacinpudindoasociarse el uso deotrosvicios como comunicacin regular o deemergencia.

Este tipodeproteccinse empleaen dos sistemas diferenteque es de comparacin defases y el de comparacindiraccio

a0 El decomparacindefases estbasadoen elprincipio proteccin direccionalsiendo menossensibleque el dec

paracin direccionaly noprevee proteccin derespaldo

El decomparacin direccional posee alta sensibilidad yporcionaproteccin derespaldo, siendoeste sistema deproteccinel ms perfeccionado, debetrabajar encomnacinconrels dedistancia, los quedetectan y ubicala falla.

Delas condicionesanteriormente anotadasse desprendeque:de diversos criteriosaplicados paraladiscriminacin decortocircutos, la impedancia delsistemaa ser protegido, la configuracin


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delnismojdeterminaque el sistema deproteccin pilotoondapordora, porcomparacindireccional queactaencombinacincon ls dedistancia es el queofrece la solucinmsadecuadapara laproteccinde lalneadetransmisinQuito-Ibarra*

Cabe sealar queINECELproteger estalneaconrels de distany tiene comopolticaunificar este sistema deproteccin para todalas lneasdelSistema NacionalInterconectadoe Ref9 6 s

48 SELECCINDE LOSTR NSFORM DORESDEPOTENCI LY CQRRIENTE

La exactitud de unsistemade proteccindependede la precisinque se efecta las medidasde las condicionesdeoperacindeleqpoprotegido, es por esto que./,comopaso inmediato a la determicinde la configuracinde la proteccindelsistema, se debeproder al escogitamientode los transformadores de potencial corrite autilizarse;losmismos quedebern satisfacer las necesidadecondiciones del sistemadel que van aformar parte.

4 a 2 e l Transformador dePotencial Te dePa)

Eltransformador depotencial es uno de los componentesdelsist


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ma deproteccin, que suministra informacina los rels mediantemagnitudes de voltaje, es untransformadorsimilar a untransformdor depotencia;y comono es untransformador ideal se produceucadadevoltaje, originada por la impedanciade los bobinadospriirio y secundario. Dadoque la raznde un T de P dependede lacarga conectada alsecundario, las normasANSclasificana lostrformadoresde potencial encinco clases (cuadro-4-1(a)expresadaenvoltamperios a undeterminado factor depotencia* Encuantoala precisin seclasifica entres clases designadascorno, 0,3 - 0 162, queindicanelporcentaje deerrormximoquepuedetener larazndel transformador al ser conectadaunacarga secundaria omalizada, para cualquier voltaje comprendidoentre el 90 y 110 delvoltaje nominal*(Cuadro 4-l(b)

CUADRO4-1BURDENYCLASEDEEXACTITUDDE LOST.deP. NORMALIZA

DOSEGN ANSBurdenWXYZZZ

VoltAmp012852575200400

factorde carg,o a io0.100.85O e 8 50885

Clasexactitud81.20.60 0 3

Lftnite de fac0de correccinde transform1.012 - 0Q 9 8 81.006'-06994I a003 Oa 9 9 9

limitedelfactor decarga0,6 -1000 C 6 - 1.00 6

errode aminim+6+ 30+ 1

Otro tipodeelemento,que sedenomina Divisor CapacitivodePotee


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cial mide elvoltajede unsistemadealtatensinmedianteundivsor detensin capacitivoque se conecta entre faseyneutro, se psenta en la prctica bajo dos formas: (a) el"dispositivode potencconcondensadordeacoplamiento", y (b)elndispositivodepotenciatipoboquilla", siendoelprincipio defuncionamiento elmismo enbostipos*

Losdispositivosdepotencial capacitivo proporcionanelmedio meconmicopara obtener voltajes reducidos, ensistemasdealtatesin, pero sonmenosprecisos que los transformadores depotencElvoltajedesalidade undivisor capacitivo es generalmente mayqueelrequerido, por lo cual se intercalan transformadores de tesin6

Deacuerdo a las facilidades deajuste, las normasAIEE clasificana los dispositivosdepotencialcomoclaseA yC, en la que se detmina que la carganominalde los dispositivos depotencial claseAes de 150watts, ydeben contarcon untransformador de dos bobidos secundarios, el dispositivo de potencial claseC de 75 watts dpotencia mximay untransformador auxiliar de xin solo bobinado*

El cuadro 4-2, proporcionala precisin normalizadade los dispotivosde potencialAe


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42CUADRO 4 2

ERRORDERELACINYNGULODEFASE CONTRALATENSINLA CARGA

Porcent0del voltajnominal

100255

Errorderelacin

+1+3+ 5

Desfaseengra-dos

+1-f 3+ 5

Porcent*de carganoxru, VA

100500

Errorderelacin

+1+6+ 12

Desfasegrados

+1+4+8

Enel cuadro 4-3 sedeterminalas ventajas ydesventajas deT, de yel Divisor CapacitivodePotencial

CUADRO 4-3VENTAJAS YDESVENTAJASDEL T. DE P0 Y EL DIVISOR CAPA

VODE POTENCIALTipo Ventajas Desventajs

Trahs~forma,dor dePotencial

DivisorCapaci-tivo dePoten-cial,,

Seco BaratoTamaopequeoIncombustibleNo seconstruyeparams de 24

Aceite

BuenAislamientoOperacin satisfactoria paraproteccin encondiciones ~anormalesdevoltajey fre*cuenciaaMayor capacidad que los di-visorescapacitivosdepotencial

Seconstruyede2 4 K V 0Relativamentemcaro que el diviscapacitivo parade 69 KV0TamaoMedianMuybuen aislamientoTamaomedianoMs econmico que elT8 de P6 para voltajesmayoresde 69 K VBOperacin satisfactoriapara condiciones anor-males devoltajede 5 a15 del valor nominal,

Menos preciso que los Tde PMenos capacidad que losTo de PSeconstruyeparams 69 KVoSuprecisin es crtica cvariacindefrecuencia+ 205 .


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Deacuerdoa lo expuestoy deacuerdo aldiagrama unifilar proputo sedeterminaque en las subestaciones QuitoeIbarra seutilizatransformadores depotencial, ya queademsdeemplearseparaproteccin, dicho equiposeutilizarparamedida, para lo cualedispensablela precisin, caractersticade la quecarece elDiviCapacitivo dePotencial; acontinuacinseanalizaelprocedimienpara la determinacinde las caractersticasyseleccinde losde Pe

Seleccin del Transformador dePotencial

Voltaje Nominal Primario - Estdeterminadopor elvoltajerainaldelsistemay la clasedeaislamiento

Deacuerdoa las normas ANSlas clasesdeaislamiento clasificaentres gruposa los transformadores depotencialy son:

Grupo 1: Transformadores paraservicio lnea alinea,neaneutroylneatierra

Grupo2; Transformadorespara servicio lnea alnea,


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ro pueden ser conectados Ifnea a tierra o neutrdividiendo el voltaje nominal para VTT 8

Grupo 3; Transformadores para servicio lnea a tierraro teniendo dos secundarios*

Como el sistema en estudio es a 138 KV con neutro a tierra el votaje nominalpara un aislamiento de 138 KV es;

138*000/138,000 YBIL: 65 KV Eef.:ANS.

Relacin de Transformacin - Segn normas ANS la relacin transformacin que corresponde a estos transformadores es:

1 200 ; 1

Voltaje Nominal Secundario - A esta relacin de transformacde 1B 2 : 1 corresponde un voltaje nominal secundario de 115 o 86 4voltios, ya que depende tambin del tipo de aislamiento.

PotenciaNominal - La potencia nominal est dada por laimpedanciatotal de los equipos conectados en los terminales secundari


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del To de P ; y se denomina Burden, est expresado en volt-ampros (VA) o ms comunmente por la impedancia en ohms* La f

mua VA=E 2/Z expresa la relacin de los dos trminos,

Conel fin de ilustrar el presente caso, se realiza el clculo del Bden para el T 8 de P 8 situado en el Subestacin Quito adoptndose que irn conectados al secundario los intrumentos GeneralElectrindicados en el cuadro 4-4, se ha adoptado tambin que la carga toest conectada al T de P* con un cable de cobre N- 10 AW G3 cuylongitud total es 50 metros*

CUADRO 4-4

BURDEN C R CTERSTICODEPOTENCI L

Aparato2121 NCabledeCu 50m

TipoGCX51AGCXG51AN* 10AWG

Volt115115115

Imped^460 + j 100625+ j 1751624 + j 0

f8de pe0.9770 0 9 6 21 00

VA28,092 0 0 3 77,8

W27.4319.60

7 e 8

V550

Usandola siguiente relacin podemos calcular la carga total en VA


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Cargatotal VA) \/ Vatiostotales)2 Varestotales)2 F 4Factor de Potencia Vatiostotales F 4Carga total VA)As; Vatios totales 54.83

Vares totales = 11.47Cargatotal VA)= 56801f. de p. = 0 9 7 8

Seasumeque eltransformador depotencial situado en la subestacIbarra, tiene la misma carga en elsecundario, que elubicadoensubestacin Quito, luegolos T8 deP9 tantode la subestacin IbacomoQuito/tienenelBurden nominalsimilar; quesegn normasANS, cuadro 4~l a), corresponde 75VA, designacinY,ClasedePrecisin . Ya que las caractersticasdlos sistemde proteccinnorequierende la exactitud exigida para medida, yconsiderandoqueordinariamenteelpreciode lostransformadoresdepotencial se incrementan-conelincrementodeexactitud, a un mismoBurden;hadeterminado que la clase de exactitud selecciona.da sea: 102para los dostransformadores0 Luegolas caracterscas nominales de lostransformadores de las Subestaciones Quito

s


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Ibarra es 1.2 Ye

PotenciaLmite Trmica - La potencia Lmite Trmica nomindeun T0 deP. debe ser especificada en trminos del mximo Burdel cual eltransformador debeacarriar a un voltaje secundario nomnal sin exeder en su incremento de temperatura sobre los 30gradopermitidos porANS la potenciatrmica nominaldebe ser la mis ma comolamxima estndar potencia nominal para la cual laexactitud nominales dadae Paralos transformadores de potenciadela lineaQuito-Ibarrala potencialimitetrmicaseria 75 VAe

Transformadores de Corriente

Los transformadores deintensidad sontransformadores depequepotencia cuyos-devanadosprimarios estn constituidospor la lnemisma ycuyos devanados secundarios se encuentran prcticamencortocircuitados atravs de los aparatos de medida contadores rles oreguladores conectadosa ellos0 Separan de la tensin primra circuitos demedicinyproteccinyprotegenlos aparatos contra sobrecarga Dado que la razn de un transform ador decorriete enfuncin de las caractersticasde carga; las normasANS d


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finen ciertascargas normales, yson: 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0,y 8.Oohms. (cuadro 4-5) . Encuantoa la precisin las normasANS especifican el voltaje mximo quepuede aparecer en los bnes del secundario para no exceder en unerror de transformacide ms del10 , esto se determinaya que lostransformadores dcorrienteusadospararelspuedenoperarvarias aveces la capadadnominal (por muy breves intervalos), las normasANS, estbasadaspara unacorriente 20veces la nominal.

El error derelacin detransformacin nodebeexceder el 10 cudosoportaunBurden estndarde 20vecesla corriente nominalyerror tampocopuede exceder el 10 de una a 20vecesla relacnominal, cuandoest soportandounBurdenmenor.

Lasnormas ANSreferida a lostransformadores decorriente utzadospara rels determinanuna corriente nominalen elsecundrio de 5amperios, por lotantoalmultiplicar estevalornominal2 veces, la corriente secundaria es de 100amperios, cuando ecorrientefluye atravs de los Burden estndar seobtienelos sguientesvalores.

Burdensestndar: 0.1 0.2, 0.5, 1.0, 2.0,4.0, 8.0.


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Voltaje Secundario; 10, 20 , 50, 100, 200,400, 800Ref.;ANS

Paralos transformadores decorrientede baja reactancia de fug tipotoroidal) la designacindeexactitud es con elprefijo CO J y ra los transformadores dealta reactancia defuga seutilizael prjoT8 para definir su exactitud as: C.10, C 2 0 etc0

Elngulodefase de la corriente secundaria con respecto a la primariano es deimportanciaparala aplicacin derels0

CUADRO 4-5BURDEN ESTNDAR PARAT, de C0 ANS

BurdenEstndarsB 0 1

B 0,2B 00 5B1B 2B 4B 8

CaractersticasResisto Inductancsohms miliamp.0,09 0.1160818 0.2320.45 0580O a 5 2*31.0 4a62 ,0 96 24.0 18*4

CaractersticasSecundarias Nopara 5amperiosImpedanc,ohins

0 10.20 8 51 02 , 04 e O8 0

VA2 e 55 B0

12 52550100200

FactoPoten0 90 90 B 90 8 50 S 5O e 50 6 5


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Seleccindetransformadoresdecorrientes- Seanaliza lacindeltransformadorde corriente ubicadoen la Subestacin

Clase deaislamientoyBIL 0- Deacuerdoa las normasANclasedeaislamiento quecorresponde a esteT0 de Cs es de 1con un BIL de 650KV 0

Voltaje nominaly frecuencia - Elvoltaje nominal normalies de 138 KVa60Hz6

Corrientenominalprimaria y secundaria - Es necesario minar la corriente quecircularpor las lne sdetransmisinIbarra paralo cual se considera que la lnea Quito-Ibarra alr a dostransformadores de 20 y 30 MVA quetotalizan 50 Mmando en cuenta que se est alimentando al sistema norte cosol terna, setiene que la corriente decarga I) es igual a;

= 5 Q Q Q Q = 209*17Ampc x 138Por lotantoelTe deC8 , quecubre elvalorde la corrientealar de lalne Quito-Abarra, es el quetiene la relacindetra


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inacinde: 300 ; 5 o sea que la corriente primaria nominal es d300Ampe y la secundaria de 5Amp.

Caractersticas deBurdeny exactitud de los T de C Q 0- El BudeunT , deCa est expresadoenVolt-amperios VA)o ms comente, por la impedancia expresada enohms, la frmulaVA=I2expresa la relacin entrelos dosterminse

ElBurdenes la impedancia totalde los equipos, conectados a losterminales secundarios.

Con elobjeto deilustrar elpresente caso, se haadoptado queirconectados alsecundariodeT9 deCe los instrumentos Generaltrieindicadosen elcuadro4-6

U DRO4 6

BURDEN DECORRIENTE

Aparat, .2121N

Cablede Cu

TipoGCX51AGCXG AN* 10AWG

Ampe R5 0*325 0 8 2 5 95 0.184

X0.120.1030

Vatt7.996 .5

4,6

Var2 . 9 92 B 5 90

VA8*5474,6


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Conestas condicionesy considerando que la cargatotal est conectada por uncable de cobreN2- 10 AWGcuya longitud total es 50tiene:

Vatios totales: 19009Vares totales: 5058

Usandolas relacionesF 4-l) y F 4~2). se tienes

Carga total VA) : 19,88Factor de potencia; 96O

Delas misrramaneraque en los Te de P* asumimos, los Ts de Cetienenla misma carga en las subestaciones QuitoeIbarra que deacuerdoa las normas ANS, elBurden Nominalal que correspondlos Te de Cf t es de 25 VA condesignacinB l

Paradeterminar la exactitud de los Te deC0 solo bastaraque ha designacin B-l corresponde un voltaje secundario de 100voltioscomo el T deC que se requiereparalas subestaciones Quito eIbarraes toroidal la designacinde la exactitud es C1000


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Factor nominaldecorriente . Es elfactor por el quedebemuLplicarse la corriente primaria, paraobtenerlamxima corrienteprimariaquepuedecircular, continuamente por elT. de C sin ecederlos lmitesde 30 C de temperatura ambiente, segdnANSte factor puede ser 1, 1*33, 1,5, 2 0 , paralos Te deCede la LneaQuito-Ibarra se ha determinado un factor de 1*00, ya que alconsiderar la corriente mxima quecirculaporestalnea queede 2Q 9B 1 7 Amperios, se determinaque noexistircorrientesmxmas sobre la nominalde 300amperios

Corriente Trmica Nominal.- Es elvalor eficaz EMS)de la corrienteen elprimario enK A , durante unsegundo, cuyo efecto tmicopuede soportar eltransformador de corriente estandocortoccuitado eldevanado del secundario, sin sufrir deterioroffl

Lajcorriente quedebesoportar el T deC0 dependedelvalormxmodecorriente, quepuede fluir en elpuntodelsistemadonde secuentra ubicado, ademsde la denominacinde tal corriente*

Debe cumplir la siguiente condicin: ref. 12)Ice \l t 0005 50 =KAef duranteun segundo F 4-3

f


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donde: Ithi Corriente trmicadel T* deC0Ice: Corrientedecortocircuito en elpuntodeubicacin

del T* de C0 KAef).t : Duracindelcortocircuito seg)usualmentemenos

5 segundos0f s Frecuencia nominaldel sistema ciclos/seg)e

Analizandola Icepara elT0 deCe en la Subestacin Quitosetien

Ice a512Amperiost 4seg*Ith= 7,512 x 4+ Oe05x 5

60Ith = 15.10 KAef durante1segundo)

Expresada enfuncin de la corriente nominalprimaria setendra

Ith= 50834In

Corriente Dinmica Idyn) - Es laamplitudde laprimeraonddecorrienteen KA cuyo efecto dinmico puedesoportarun transfmador decorriente, con eldevanadodelsecundario cortocircuitosin sufrir deterioro, elvalorde la corrientedinmica que debes

o


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portar el T. deC O J vale normalmente por lomenos2 ,5veces Ith,hastavaloresmenores de 120 KA deIth. R efa 12)BEn este caso: Idyn =2.5x15.10 = 37.75De estamanera se hadeterminadolas caractersticasdel T de Cla SubestacinQuito En elcuadro4-7 sedetallan las caractersticas nominales de los transformadores decorrienteypotencial parala subestacin QuitoeIbarra

CUADRO 4-7CARACTERSTICASNOMINALESPE LOSTRANSFORMADORESDERRIENTE Y POTENCIALDE LAS SUBESTACIONES QUITOE IBARCARACTERSTICASVoltajeNominisVoltaje nominalprimario KVBIL KV Tipo de circuitoRelacindetransformacinCorrienteNominal;CorrientenominalprimariaAeRelacin deTransformacinFrecuencia del sistemaHzTipo de ServicioBurdenVolt-amperiosVAfactor de potenciaExactitudExactitud especfica deacuer-do alBurdenRequerimLentode sobrecorrienteFactor nominaldecorrienteCorrientetrmicanominalKAefCorrientedinmica nominalKAefPotencia Trmica nominalVA

TsdeP.-S/E T.de C ~ S /Quito Ibarra Quito Ibar138 138650 650y Y1200; 1200;

60 60intemp intempa

138650Y138650Y

300 300300;5 30060 60intemp inte750 * 9 7 750B97

1 6 2 Y le 2 Y

25O f f l9 6

C10010015.1037675

250 9 6

C1001.005 a2613.17

7


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4.3 SELECCIN DE INTERRUPTORESAUTOMTICOSYSECCIONADRES

Como se determin al inicio de estecaptulo existen dispositivosdestinados aabriruncircuito elctrico interrumpiendo el paso dla corriente queaparece^tanto en condiciones normales como delia. Estedispositivo se componede un par decontactos que seencuentran cerradosy quepuedensepararce mediante dispositivoelctricos omecnicos asegurandola proteccin delsistemaeltrico y se clasifican como;

DisyuntoresSeccionadores

4 3 1 Disyuntores

Sonlos aparatos destinados a establecer soportar einterrumpirrrientes . tanto en condiciones normales como anormales en uncto elctrico estn caracterizadospor dosoperaciones; de apertuy cierredel circuito las cuales puedenser efectuadasautomticmente omanualmente y se dividen en dos grandes grupos: Disyun


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5

res de aceite y sin aceite,

Disyuntores deaceite. - Sepuede dividira su vez endisyuntodegranvolumendeaceite TipoTanque) y depequeovolumendeaceite.

Los primeros tien en un dispositivo de interrupcin en elinterioruntanquemetlico lleno deaceite, no as el depequeovolumenaceite donde la interrupcin se realizadirigiendo un chorro deacte contrael arco, para apagarlo dentrodecmaras especiales,

Disyuntores sinaceite - Sonaquellos queoperanconaire coprimido, alvacio, conaireapresinatmosfrica o congas*

EnlosDisyuntores deairecomprimido, sehacepasar dtro de unacmara, unchorrodeaire, produciendounbdo longitudinal ooxialdel arco*

Enlos Disyuntoresdeairea presin atmosfrica laintrrupcin del circuito se consigue por alargamiento delauntipomuy usado esaquelqueutiliza bobinas colocadaperpendicularmente a ladireccindelarcoy se denomide soplomagntico0


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Otrotipo deDisyuntoresaquel queutiliza gases inertesgranresistenciadielctrica altacapacidaddeextincinde arco, el ms usadoes aquelqueemplea SFg ExafLururode azufre).

Sepuededecir quepara instalaciones cuya potenciaderuptura es mediana, no es apropiado el empleo de interruptores neumticos dbidoal alto costode las instalaciones, y elmantenimientoquellevconsigo, sobre todo comoes el caso de la LneaQuito-Ibarraen qel nmero de disyuntores es reducido

Al comparar las ventajasde los disyuntores depequeovolumen daceite conrespectoa las de los degranvolumendeaceite se pueddecir entreotrasque:

Hayunamnima dispersin de energaTiene una limitada carbonizacinde aceite yUnreducido deteriorode los contactos,,

Lo que determina un menor mantenimiento y por tanto menor costodetalmanera que losdisyuntores seleccionados para lalneaQui barrason detipodepequeovolumendeaceite.


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5

4 0 3 0 2 Especificacinde las caractersticas de los disyuntores

La principal funsin de los disyuntores es evitar los daosdebidocortocircuitos en unsistema por lo cual y para definir las caracrsticasde los disyuntores que se van ainstalar en las subestaciodeQuitoeIbarra es necesario determinar la mximacorrientedecortocircuito y la mximapotenciadeinterrupcin adems de latensiny corriente nominal yotras caractersticas que se detalacontinuacin:

FrecuenciaNominal - La frecuencia estndar es 60HzTensinNominal - Paraun -interruptor o para cualquier otroequipode corte es un valor de tensin quesirve para designarloa la cual serefiere sus condiciones de funcionamientoB Normamente se determina dos tensiones normales de operacin la tens

normalde la red y la tensin eficazmas altaparalo cual est pvisto; para nuestro caso elvoltaje nominal es 138 Vy de elvoltmximonominal de acuerdo a normasANS es 145KV pero dedo a la variacin de la densidad relativadelairey la consiguientdisminucin de rigidez dielctrica para grandesalturas comparacon aquella al nivel delmar; parala instalacinde disyuntores

o


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necesario especificar mejor niveldeaislamientoyvoltaje nominamximo, para altitudes mayores a IQQOrru deacuerdoa los siguites valores Cuadro 4-8

CUADRO 48FACTOR DE CORRECCIN DEALTITUD

AltitudMstros100015003000

Mximo VoltajeNivel de Aislamiento

18000,950 80

CorrienteNominal

1.000 0 9 90.96

Si seconsidera que las subestaciones deQuitoeIbarra, estarnucadas a2400 msnm. los nuevosvaloresde los voltajes de operacseran:

138 KV x Q0 8 6 = 118,68145KV x Q086 124.74

Y elvoltaje nominal mximo seramenorque el voltaje nominaldsistema


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GRFICO 4-1FALLA TRIFSICAEN LA BARRA2

00.82A M R

521-3

52Q I

5 2 Q - 2

1.260 51 AMP

-260,51 AMP

2621.84 - 100*82 = 2521,02 Ampa

de donde; MVA= 3KV,KA3 138.2 x 2B521602 5 MVA

F 4~3)

Determinado asf elvalorde la corriente, se lomultiplicapor un lor queinvolucra la componentedecorrientecontinua,y los decrmritosde los componentesdecorrientealternay continuaquedepdende la capacidaddeinterrupciny por lotantode la velocidad


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deoperacin de los disyuntores,, Los factores recomendados polas normas IRAM son: Cuadro4-9)

CUADRO 4-9

Disyuntor8 ciclos5 ciclos3 ciclos2 ciclos

Factor11,1,1,

0 0.10 2 0,40

Para determinar eltiempodeinterrupcin generalmente esnecerio realizar unestudiodeestabilidad, peroen este caso por ser eSistemaQuito-Ibarranetamenteradialy por suconfiguracin no rquiere unestudiodeestabilidad, ni por lotantountiempo demacidopequeodeoperacin* En caso de que en el futuro se amplilgeneracinen elsistema Ibarray los requerimientos de estabilidvarien, al tener un disyuntor de 5ciclos se consider que es lo suficientemente flexible para adaptarcea las condicionesactualesyturasdelsistema*

Luego para eldisyuntor 52I3 la capacidaddertiptura corregidalo1 x 6 02 35 MVA 6 6 2 0 2 8 MVA; en el cuadro4-10, se determinan


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las capacidades derupturade los disyuntores de las subestacioneQuitoeIbarra

CorrienteNominal ~ Es el valor eficaz de la corriente quebe ser capaz de soportar en forma permanente a la frecuencia nonal sin que el calentamientode sus diferentes partes excedanlosvalores establecidos; de acuerdoa las normasANS elvalor de lacorrientenominal correspondiente es de 1200Amp a; en @1cuadro4-10 se determinanlas corrientes nominalesde los disyuntores dlas subestaciones QuitoeIbarraa

Capacidad deCierre s- De undisyuntor es lamayor corrientqueesteaparato es capazdecerrara una temperatura daday en condiciones prescritasde empleoy funcionamiento sin deteriorarlas. normas IRAM; recomiendanque elvalorde la capacidad de cnexin sea2 0 5vecesla capacidad deruptura simtrica para el ejemplo desarrolladoelvalor es s6e3Q KA; conestecriterio se ha seleccionado las capacidades de cierre de los dems disyuntres cuyosvalores se indican en el cuadro4-10.


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CUADRO 4-10CAPACIDAD DE INTERRUPCINY CONEXIN DE LOSDISYUNTQ

RES DEL SISTEIMA QUITO-IBARRADisyuntor52Q152Q25213521452I354I45211521252V852V252V652V552V652V51

Corriente deCortocircuito1.3611.3612,5252.6214314.0257.4637.4631.8256.7106.5866,5865.3925 ,392

Tiempo deapertura (ciclos)5 ciclos5 ciclos5 ciclos5 ciclos5 ciclos5 ciclos5 ciclos5 ciclos5 ciclos5 ciclos5 ciclos5 ciclos5 ciclos5 ciclos

Cap.*Inte-rrup.MVA.355,33355.33659.24659.2416.37529.231940.001940.001751.44476,421719.221719.22472.58472,58

CapacidaConexi3.43 46.36 .51.0

10.018.6 8 64 .516.716.416.413.413.4Corrien te Nominal estndar 1200Amt>.

NOTAS CapacidadInterruptivacorregidaen MVA


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Nivel de Aislamiento

Sehan seleccionado los niveles corrpondientes estndar, para los valores de voltaje nomnales corregdos, para 2400 msnm, en este caso corresponde un BEL de.750 KVnivelde aislamiento pleno

A continuacin se determinan las caractersticas nominales de losdisyuntores del sistema Quito-Ibarra (Cuadro 4-11),

CUADRO 4-11CARACTERSTICAS NOMINALES DE LOS DISYUNTORES DEL SI

MA QUITO -IBARRA

CarcterfsticasNominalesTensinnominalCorriente nominalFrecuencia nominalTipo dedisyuntorTiempo de interrupcinCapacidad de ruptura WACapacidad decierreKANivel de Aislamiento KV

Voltaje Nominal de lnea (KV)34.546120060HzP.V.A,5 ciclos500> 5250

4669120060HzP.V.A.5 ciclos1000>14350

69115120060HzP.V .A .5 ciclos1000> ll550

138161120060HzP.V.A.5 ciclos2500> 19750

NOTA; P.V.A. = Pequeo volumen de aceite


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4 3 3 Seleccin deSeccionadores

Sonutilizadospara unirosep r r deformavisiblediferentes elementos, componentesde unainstalacin,de tal maneraque no seterrumpael funcionamientode la misma, ya que es posible conmutar derivaciones enb rr smltiples, haciendo factible elre liz rreparaciones en los componentesde la instalacin, estos equiposoperan sin carga

Losseccionadores utilizados ensistemas elctricosdealta tensitienen diferentes tipos de accionamiento de los contactos, y sons

Deoperacin compertigaDeapertural ter l concontactores alcentroDeapertural ter lconcolumnarotativaal centroDeapertura vertic lDeapertural ter l concolumnainclinadasTipo pantgrafoTipo semipantgrafoDecuchillas deslizantes

Ytambindeacuerdo altipo deoperacin


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Manual: Conprtiga en cada faseMecnica entres fases

AMotor; Corriente alternaocorriente continua,.

Neumtico: 5-7Kgr/cm2de presin

Eninstalacionesa la interperieypara instalaciones sobre los 30 seutiliza, ms, los interruptores deapertura lateral ya que de eta forma seobtieneunainterrupcin con unadistancia en elaireigual a lamitad deltotal. Elmantenimientodeestos equipos esreducidoalmnimopor suconstruccin, y suaccionamientopuede

realizarse, manual, mecnicamente oneumticamente, pudiendoacoplarse los polos entre sf para operar en grupo, evitndoseprodcir corrientesdesvalanceadasquepuedanafectar alsistema, puedtambin acoplarse cuchillas depuesta atierraparautilizarlo comseccionadordelnea de talmanera que seimpida cualquier falsamaniobra*

Los seccionadores utilizados en elsistemaQuito-Ibarrason deapturalateral concontactores al centro* Grf0 4-2 Ref,: 14),


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GRFICO 4-2SECCIONADOR DEAPERTURALATERAL CON CQNT CTQRES

CENTRO

CUCHILL PUESTA TIERR

u

En elcuadro4 12se determinan las caractersticasde los secciodores autilizarse en el sistema Quito-Ibarra0


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CUADRO 4-12

CARACTERSTICASNOMINALES DE LOSSECCIONADORES DE LALINEA QUITO-IBARRA

DescripcinVoltaje NominalKVClase deOperacin *)CorrienteNominalAmp.CorrientedeCortocir-cuito valor pico)Frecuencia deopera -cinNivel Bsico deAisla-miento.

Voltaje de Lnea34.5KV34.5CG120025KA

6 H z

2 KV

46KV46CG120025KA

60Hz

25 KV

69KV69CG1200

25KA

6 Hz

350

13SKV138CG120025KA

6 H z

650

NOTA: * CG :Cuchillas Giratorias


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4*4 SELECCIN DE LAS CARACTERSTICAS DELOSRELS

f l l Generalidades

Segnlos criterios analizadosen elpunto 40191 J sedeterminquladisminucinde impedancia o sea la disminucin de la relacintre voltaje ycorriente medidos en unpunto, permite distinguir laocurrenciade uncortocircuito; comola impedanciaes funcin de distancia entre elpuntodemediday elpuntodefalla, se denominproteccindedistanciaaltipodeproteccinqueempleaesta caratersca8

Enunrelde distancia ideal, el elemento mvil es sometidosolate a la accinde untorqueelctricoque esfuncin de la relacinyeldesfase entreestasdosmagnitudes,

Comolosrelsde lostipos electromagnticos odeinduccinorignantorques que sonproporcionales al cuadradoobienal productdelos flujos, la ecxiacingeneralde losrelsde distancia deest

tiposdebe ser cuadrticayhomognea entrelas variables V e IT =KiI2 - KvV2 hKpVI eos 0 O) F 4-4


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donde: T = TorqueelctricoV = Voltaje en el punto demedidaI - Corrienteen elpuntodemedidaO- Es elvalor de 0 quehace mximoalltimo t

minode la ecuacin, susignopuedeser positivonegativo segncomo seutilice eltorques deoracin o deretencin^

La existencia de untorque mecnicoderetencincon el fin de manner .abiertolos contactos, enposicin dereposo, introduce una -constante K en la ecuacin F 4-4), perdiendodeestaforma sugeneidady la operacin delrel estadada por;

KiI2 KvV2 +Kp VI eos 0 - - K O F 4-5)y.tambin;

KvV2 + K p Z eos 0 Q) +JL


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K i > 0K i> 0Ki = 0

Kv < 0Kv = 0Kv < 0

Kp 0Kp < 0Kp > O

Quecorresponde a losrelsde distancia tipoimpedancia reactancia y admitancia respectivamente; si se introduce enserie con elvoltaje del sistemaV unatensin adicional deVe que sea proporcnala la corriente se tiene los relsde impedancia admitanciacompensados

Las curvas caractersticasde losrels indicados se encuentraneelgrfico 4-3 representadas en eldiagrama R-X de tal modoqucada punto del diagrama determinauna impedancia cuya magnituest representada por la distancia entre el origeny elpunto consirado siendoel nguloformado entre la rectay el eje de las abciselngulode la impedancia; deacuerdoaesto esposiblededucir q

Elreldeadmitancia simple esinherentementedireccionalpues su zonadeoperacin tiene puntossolo en elprimer cuadrante noasilosotrosrels; quenecesitanunelemento decontroldireccional cuandolo requieran


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a I m p e d a n c i a b R s a c t a n c i a

c Admitancia d Impsd e l a c o m p e n s a d a

e A d m i t a n c i a c o m p e n s a d a

G R F I C O 4 - 3Caractersticas de operacin de ios rels de dista ncia en elcoordenadas ortogonales R - X .


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Elreldereactancia puede operar para condicioneanorma-les deoperacin^cuando elfactor depotenciase aproxima aya que la reactancia que midea travs de la relacin -X =J/_ sen ?, tiendeacero, haciendo operar errneamen

Iel rel; generalmenteparaevitar estos errores se empleaunreldeadmitanciaa fin deproporcionar la direccionalida

464*2 Seleccin

Enla seleccin de un tipo determinado derel dedistancia, paraproteccin delneasdetransmisin, es necesario analizar dosaspectos fundamentaleso

a9 Influenciade la resistenciade falla

b0 Influencia de las oscilaciones de mquinassincrnicas, ya qestas pueden producir operaciones falsas, en elproceso decolaciones en las que las mquinaspuedenrecuperarce*

a Influencia de.laresistenciadefalla e Alocurrir uncortcircuitoen unalneadetransmisin, elvalor que determina las c


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diciones deoperacin eriundiagrama R-X, se encuentralocalizaden elpuntodeterminadode la lnea; perosi elcortocircuitose orignaen unarco, ennecesario sumarvectorialmentea la irnpedanciadelalneala resistencia delarcodefalla, la quevara desde cera unvalormximo;en eldiagramaR-X se harepresentadopor unfranja que seobtienesumandoelvalormximodelarcodefalla a impedanciade cada puntode la Inea0

Conel fin detenerunacorrectaoperacinde los relsdedistancparatodoslos cortocircuitos, esnecesario que sus caractersticinvolucre totalmentela franja querepresenta todoslos casosposibles decortocircuitos, grf0 4-4).

GRFICO 4-4INFLUENCIADE LARESISTENCIADEFALLAEN LOS RELS DDISTANCIATIPO ADMITANCIA, REACTANCIA E IMPEDANCIA


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b Influencia de las oscilaciones dmquinas sincrnicas * Si considera, unalneaalimentadaporgeneradores en sus extremos,designado por E^yEB susvoltajes, y por suseparacin anglar en uninstantedado, la diferenciaE^g har circularunacorriete Is atravs de lalnea considerada8 La impedancia medidaporun relsituadoen el esctremode la lneaser;

JErZ = F 4-7)IsAl representar en un diagrama R-X ellugar geomtrico,de las imdancias medidas por elrel se comprueba que est formada por dfamUlasde crculosortogonales, los cuales tienencomofuncin larelacin E^/E-g

En elprimer caso E^/E-g esconstanteyvara * en elsegundocasovaraE^/E-gy esconstante? ver diagramaR-X, Grfa4-5 a) y 4-5 b) ).

Sise superponenlas caractersticas R~Xde los rels dedistancia.alas caractersticasR-X, durante este fenmeno oscilatorio tranciente ocurrido enlalneaAB, Grf0 4-6; 4-7; 4-8; 4-9 pueddeducirsee


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EBEA rta EB=0.8EB

GR E 4.5ta)LUGAR GEOMTRICO PARA E A/EB = CONTANTE

X

GR F 4.5ib)LUGAR GEOMTRICO F RA


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=

GR K 4 6EFECTO DE LAS OSCILACIONESDEPOTENCIA SOBRE UNREL DE IMPEDANCiA

E

GR F 4 7

EFECTO DE LAS OSCILACIONES DE POTENCIA SOBRE UNRELDE REACTANCIA


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1 0

GRAF 4 8EFEC TO DE LAS OSCILACIONES DE POTENCIA SOBRE UNR L DE ADMITANCIA

1 0

GRAE 4 9

EFECTO DE LAS OSCILACIO NES DEPOTENCIA SOBRE UNR LDE IMPEDANCIA CONCENSADO


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Elrelmenos sensible a operar por efecto de las oscilacionenlas cuales elsistemapuederecuperarse es elrel de a

mitancia, no as el dereactancia que es el que ms probabdadestienedeoperar bajo esasmismas condiciones

Losrelsde distancia compensados, por tenercaractersticasdeoperacindesplasables, tienenmenor sensibilidad aoperar porefecto de las oscilaciones,

Enconsecuenciaparala proteccindelneasdetransmisin es dble autilizar relsdeadmitanciao dedistancia compensada

Tomando encuntalosdosaspectos fundamentales queinfluencianenla seleccinde los relsdedistancia parala proteccinde lasLneas de Transrrisin, como son:la resistenciadelarcodefallayla sensibilidad a las oscilaciones de lasmquinas sincrnicas;gnlos anlisis anteriores puntoa yb, sedeterminaque elrelquetengacaractersticasreactanciay admitanciaa la vez, cumplconlas mejores condiciones parala proteccinde unalneadetranmisin;uno de losrelsque seajustaalas caractersticas sealadas es elGCX51Ade laGeneralE lectric queserelutilizado en


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8

esteestudio; ver grfico 4-10 ycuadro 4-13,

GRFICO 4-10CARACTERSTICAS R~X DEL RELGCX51A CONUNIDADES

OEM y MHQ

UNID D MH OZON 2 UNID DOH

ZO UNID D OHM

CUADRO 4-13CARACTERSTICAS DEL RELGCX51A

CaractersticasNomnales:Voltaje NominalFrecuenciaNominalCorrienteNominal

CaractersticasFuncionales:Ira8 Zona2daZona3raZona

120Voltios60 Hz5 Amperios

reactancia ohm)reactancia ohm)admitancia mho)


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DAnADE

coordinacion de protecciones en 13.8 kv

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