gestión de la potencia en media tensión

Gestión de la Potencia en Media Tensión

Schneider Electric 2

El dilema de la energía

El dilema de la energía está para quedarse

vs Demanda energética hasta 2050

Demanda Energía Eléctrica hasta 2030

Emisiones de CO2 para evitar cambios climáticos drásticos

Los hechos Las necesidades

Fuente: IEA 2008 Fuente: IPCC 2007, figure (vs. 1990 level)

La Gestión integral de la energía es la clave para abordar el dilema


Schneider Electric


Producción & transmisión de Energía

Uso de Energía

Especialista global en gestión de Energía

Cubre el

Del consumo Mundial de

Energía

Hacer energía: •Segura •Confiable •Eficiente •Productiva •Verde

Ciclo para hacer gestión Energía


Definir y medir

● Que medir y como medir lo difícil

● Requiere una clara comprensión del consumo de energía actual y en particular del consumo excesivo

● Requiere un pronóstico preciso para identificar el consumo excesivo

● Datos de tiempo de inactividad y producción son necesarios para predecir con exactitud


Analizar y comprender

● Los datos deben ser recolectados para un análisis detallado de las causas de los picos de energía

● Los datos confiables permiten a los administradores tomar decisiones que estén alineadas con los objetivos de los KPIs corporativos y consumo de energía


Mejorar

●Una solución energética debe apoyar la evaluación comparativa del consumo de energía, hecha en varios sitios y plantas de procesamiento, una clave de mejoramiento

●Datos confiables, validados y oportunos son necesarios para reportes y realización de mejoras

●El consumo de energía debe ser visible por departamento, shift or facility


Operar y Controlar

● Se requiere información para apoyar: � El Tiempo Real de la acción correctiva � El seguimiento de los resultados de la acción

● Para mantener la mejora continua, se necesitan procesos automatizados para: � Capturar de datos � Visualizar los datos



De la gestión de Energía a Smart Grid

Hidro

nfra estructura

Industria

Evolución del transfer de energía a Grid Amplia generación Consumidores

Centrales eléctricas

Fabricas

Residencial Construcción

Power Flows

Construcción Industrial

I

Red de Transmisión

Red de Distribución


an as

Evolución del transfer de energía a Grid

Generación distribuida Amplia generación Consumidores

Parque Eólicos

Centrales eléctricas

Plantas Diesel

Fabricas CHP

Residencial

Construcción Industrial Micro-generación

Almacenamiento Energía

Pl t generación virtual

Power Flows


Sou

rce:

EU

Nueva ecuación de Grid - detallada

aceleradores conductores

Creciente demanda eléctrica

Necesidad de reducir emisiones CO2 Gobierno & reguladores activos

Usuarios finales Activos

Disponibilidad de Tecnología

Restricción en redes existentes

Hacer que Smart Grid sea una realidad


Transmisión sobrecargada & infraestructura obsoleta• Apagones• Pico de situaciones criticas • Volatilidad de Precio• Problemas de Cyber-seguridad

Creciente demanda de energía… y perdidas• Pico de situaciones criticas• Robo de energía

Creciente demanda de energía

•Creciente consumo•Congestión en Transmisión •Emisiones de CO2

No regulación & Distribución de Generación• Competencia en el suministro• Integración de fuentes de energía renovables• Redes cada vez mas restringidas

Modernización infraestructura de Distribución• Redes subterráneas• Perdidas• Competencia en el suministro• Automatización

Los parámetros de la ecuación varían en el


Transmisión sobrecargada & infraestructura obsoleta • Apagones • Pico de situaciones criticas • Volatilidad de Precio • Problemas de Cyberseguridad

Creciente demanda de energía… y perdidas • Pico de situaciones criticas • Robo de energía

Creciente demanda de energía

•Creciente consumo •Congestión en Transmisión •Emisiones de CO2

No regulación & Distribución de Generación • Competencia en el suministro • Integración de fuentes de energía renovables • Redes cada vez mas restringidas

mundo. Que es Smart ? Que necesitamos?

Modernización infraestructura de Distribución • Redes subterráneas • Perdidas • Competencia en el suministro • Automatización

SmartGrid : 5 aéreas claves para SE

Soluciones Automatización

Transmisión Distribución

Comercial & Industrial

Residential Efficient Home

Empresas Eficientes

Generación centralizada

Utilidad de la red Consumidores

Plantas Energía renovable

Distributed Generation

Industria

Buildings

Data Centres

Residential

Infrastructure

Utilidad de la red

Empresas Eficientes (incl. EV charging

infrastructure)

Smart Generación (bulk, distributed & renewable)

Demanda-respuesta

Viviendas Eficientes (incl. EV charging

infrastructure)

Distribución Flexible


Fu

ncc

ion

es

Funcionalidades de Smart Grid serán implementadas gradualmente

Fase 3 : De 5 a 10 años

�Gestión distribuida completa & Apertura del mercado

Fase 2 : Próximos 5 años

�Integración & flexibilidad de red

Fase 1 : Pasado para países maduros Presente para los emergentes

� Confiabilidad


PRESENT FUTURO EPASADO

En resumen, hoy tenemos en smart grid …

Hoy, Smart Grid significa:

Flexible Distribution Energy Efficiency

Renewable integration Electric Vehicle charging


Protección contra arco

Concepto de Protección de Arco


Citar IEC University y publicaciones de IEEE:

“Entre cinco y diez veces al día ocurre explosiones de

arco en los Estados Unidos” “Cada año, mas de 2000 personas son tratados en

centros de quemaduras con daños severos de ARC

flash”


Contenido:

• Introducción: Fenómeno del ARCO y causas de falla de ARCO

• Protección de Sobrecorriente vs. Protección de ARCO

• Ejemplos de aplicación

• Experiencias de usuarios

• Conclusión


El fenómeno del ARCO

Cortocircuito a través del aire entre una parte viva y tierra, o entre

partes vivas.

La resistencia del cortocircuito de ARCO puede variar

El cortocircuito de ARCO resulta en alta radiación tanto de luz

invisible como visible

La falla del ARCO está moviéndose con muy alta velocidad, hasta

100m/s (360 km/h) Schneider Electric 25

El fenómeno del Arco

CCteirroCnóisnT

nóiserolaalor PPrresiónTeensión Corrienntee

LLuuzz

• Crecimiento rápido de la Presión y Temperatura

• La temperatura del plasma puede alcanzar 20,000 K

• Calor extremo conduce a quemadura de metal y crea gases tóxicos

• Ondas de alta presión es como una explosión


El fenómeno del Arco El ARCO crece en tiempo de un milisegundo.

La Resistencia durante la descarga del ARCO puede variar.

La Energía liberada es proporcional a ~ I² x t. (véase IEEE 1584)

I²t, kA² s

Incendio de Acero (~1550°C)

Incendio de Cobre (~1100°C)

Incendio de Cables

Tiempo total para cortar (~600°C) con protección de ARCO: 7 + (50 .. 80) ms

0 100 200 400 ms


El daño causado por el ARCO depende de la corriente del ARCO y

del TIEMPO y otros tipos como tipo de celdas, PPE, etc. Daño extensivo al equipo y heridas al personal

I²t, kA² s

Poco o ningún daño para el equipo o herida para el personal

Personal y equipos sufren heridas y daños

0 100 200 500 ms


Consecuencias

Muchas veces el daño para los

equipos es extenso:

• Pérdida del Proceso

• Daño a los Equipos

• Heridas

TENAGA BLAST: una persona fue asesinada y otra fue herida cuando una celda en

Tenga Nasional Berhad’s 33 kV en Sungei Petani, Kedah, explosionó cuando se llevaba un trabajo de inspección el Martes.

Las noticias informaron que el Sr. Balraj

Singh, 29 años, ingeniero, falleció por

quemaduras serias en el hospital de Sungei

Petani, mientras que el Sr. Jamaludin Isamil,

44 años, sufrió quemaduras en su rostro.


Daños extensivos de celdas es posible


CAUSAS TIPICAS del Arco Malas conexiones

• Conexión floja, Vibración • Dimensiones mecánicas insuficientes • Aislamiento / grado de protección reducido

Animales, suciedad, líquidos… • Resulta en cortocircuito de ARCO entre

Compartimiento de cables… • De acuerdo a IEC 62271-200 � el lugar de mayor riesgo

de falla (sin operadores)

una parte viva y tierra o entre partes vivas


Origen de fallas – Arco Interno

�� OOllvviiddoo ddee uunnaa hheerrrraammiieennttaa ddeessppuuééss ddeell mmaanntteenniimmiieennttoo

�� AAmmbbiieennttee mmuuyy ccoorrrroossiivvoo

�� FFoorrzzaarr llooss iinntteerrbbllooqquueeooss

�� SSoobbrreetteennssiioonneess

�� FFaallllaa ddeell ssiisstteemmaa ddee pprrootteecccciióónn

�� FFaallllaa ddee uunn ccoommppoonneennttee

�� CCiieerrrreess ffoorrzzaaddooss


Consecuencias de fallas – Arco Interno

�� SSoobbrreeccaalleennttaammiieennttoo iimmppoorrttaannttee ((2200,,000000 °°CC))

�� CCrreeaacciióónn ddee ggaasseess ccaalliieenntteess yy ddee ppaarrttííccuullaass iinnccaannddeesscceenntteess

�� EElleevvaacciióónn ddee llaa pprreessiióónn

�� DDeetteerriioorroo yy ddeessttrruucccciióónn ddee ppiieezzaass

�� EExxppuullssiióónn ddee eelleemmeennttooss ((ggaasseess,, ccoommppoonneenntteess))

�� RRaaddiiaacciióónn ttéérrmmiiccaa IInntteennssaa

�� VVaappoorriizzaacciióónn ddee ccoommppoonneenntteess aaddyyaacceenntteess.. EEll ccoobbrree ssee eexxppaannddee 6677,,000000 vveecceess

�� IIggnniicciióónn ddee MMaatteerriiaalleess FFllaammaabblleess


CAUSAS TIPICAS del Arco Errores humanos

• servicio de mantenimiento de celdas

• “puente” con herramientas en la celda

• herramientas olvidadas

• errores trabajando con partes vivas, retirando / insertando objetos

… noticias de accidente


Sobresaltan preguntas tales: • Cual es el nivel de riesgo? • Como se podría comparar diferentes métodos de protección?

Energía incidente (IEEE 1584™-2002) • La energía incidente se define como la cantidad de energía

sobre una superficie, a una cierta distancia de la fuente, generada durante un evento de arco eléctrico.

• La energía incidente se mide en Joules por centímetro cuadrado [Cal/cm²].

La energía incidente depende de la tensión del sistema, distancia de trabajo, corriente y del tiempo de arco.


Métodos para mitigar las consecuencias de falla de arco o prevenirlo Sistemas de monitoreo (hot-spots)

• sensores de rayos infrarrojos, cargas parciales - raramente usados • no hay protección

Aumentar la distancia de trabajo • generalmente es difícil

Uso de equipos protectivos del personal (PPE)

Uso de celdas resistivas al arco • Con puertas cerradas proporcionan barrera mecánica • Es posible daños en los equipos • Con puertas abiertas no hay protección

Reducción de corriente • reactores, filtros limitadores de corriente

Reducir el tiempo de arco = disminuir el tiempo de operación de protección �� normalmente el medio mas eficiente y práctico


Métodos para disminuir el tiempo de arco:

• Protección convencional de sobrecorriente

• Protección diferencial de barras (87B)

• Protección basada en detección de Luz (& Corriente)


Subestación típica de MT/BT con protección convencional

Ipre Ifault Ipost

• Muestreo 1530 ms

• Contacto 5 ms

• Retardo 30 350 ms

• Interruptor 50 80 ms

Tiempo completo de interrupción: Salida 15+5+30+80 = 130 ms + AR Entrada 15+5+350+80 = 450 ms

Red aterrizada con resistencia:

Tiempos de operaciones elevados!

50/51, 50/51N

50/51, 50/51N

50/51, 50/51N

50/51, 50/51N

87


Protección de Barras de alta impedancia (87B)

• TCs Extras y cableado • Ingeniería complicada incluyendo dimensionado de resistores

• Tiempo de operación típicamente :15 – 50 ms

Tiempo total típico de eliminación de la falla: 15 ms (prot)+ 80 ms (CB) = 95 ms

50/51, 50/51N

50/51, 50/51N

50/51, 50/51N

50/51, 50/51N

87

87B


Uso de sensores ópticos para la protección contra el arco eléctrico

Operación basada en • Luz & Corriente

& L >

I > Trip

&L > Trip

• Luz solamente

Tiempo de Operación • 2 – 7ms / sistema dedicado de protección contra arco • 15 ms / integrado en los relés numéricos de protección


Protección de sobrecorriente convencional

(400ms + 50ms)

Detección por Luz & Corriente, y Dispositivo de extinción (2ms)

Enclavamiento zona selectiva

(100ms + 50ms)

Detección por Luz & Corriente (7ms + 50ms)

Comparación de Energía incidente Breaker time 50ms

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

Energy: cal / cm²

U = 0,48 kV I = 65 kA Distancia de trabajo = 610 mm Grounded


Experiencia en campo, Eskom África del Sur:

ANTES de implementar protección de arco

Interruptor y sección de barras dañados


Experiencia en campo, Eskom África del Sur:

DESPUÉS de implementar protección de arco

Daño limitado a compartimento de cables


Pruebas en laboratorio de Kema / USA:

50 kA 500 ms corto circuito sin protección de arco



50 kA corto circuito con protección de arco (57 ms)



50 kA corto circuito con protección de arco (50 ms)


Conclusión:

•La Falla de arco es el peor tipo de falla en sistemas de potencia

• La Protección de sobrecorriente no protege contra arco

• La Protección de arco es simple y económica de aplicar

• La Protección de arco provee protección de barras de MT

•La Protección de arco es aplicable para MT y BT


Sistema de protección de arco VAMP


Características de VAMP 221:

•Disparo por Luz y Sobrecorriente o solamente Luz

•Medición de corriente de fases y neutro

•Operación en zonas

•Conexión hasta 16 unidades esclavos

•Tiempo de operación 7 ms con relé

de disparo electromecánico

•Display informativo

•Supervisión Interna Completa •Puede ser combinado con otros relés de VAMP


VVAAMMPP 222121 2 Incomers 3 ARC Zones

B AA B

i t) (L> & I> ext)CCBBFFPP ((LL>> && II>> innt) CC BBFFPP (L> & I> ext)

4c4c 3L3L33LL

VVXX00 00 11 VVXX00 00 11 001VV XX001

X4XX44 XX44XX11XX11 XX22 XX33ZZoonnee 11 ZZoo nnee 22 ZZoo nn ee 33

Zone 1 Zone 2 Zone 3


• Selectividad para sistemas de varias entradas

• Sensor puntual, fácil instalación y reemplazo, localización de falla • Sensor fibra óptica p.e. para celdas de BT y ductos de barras


Principio de protección basado en “Luz & Corriente” Selectividad


Sensor de Arco

• La sensitividad del sensor es

volumétrico y constante en la parte

frontal

• En el lado posterior decrece

• La Luz causada por el arco se

refleja de las paredes internamente

en la celda

• Un brusco aumento intensificado de

la intensidad de la Luz se interpreta

como una falla de Arco

La sensitividad del sensor de Arco para Luz de diferentes ángulos.


Ejemplo de instalación de los sensores


Sensor Portátil

Seguridad Extra durante el trabajo


Sensores de humo pueden ser conectados a las

entradas de los relés de arco


Protección de Arco en el relé de protección


El sensor transfiere la información de luz al relé en 1ms.

El flujo de corriente de falla.

Luz y corriente :DISPARO!

La falla de arco sucede en elcompartimiento de cables

Situación normal: El transformador principal

alimenta la barra.

I> &

Solamente se

dispara el

alimentador fallado.

La barra y otros

alimentadores

continúan

energizados. Ejemplo 1


interruptor transfiere la información de luz al relé en 1 ms.

uz y corriente:ISPARO!

falla. Entonces, la información de luz es transferida a la entrada principal.

u o e corr en e de falla.

I> &

Ejemplo 2 Situación normal: alimenta la barra. El transformador principal

La falla sucede en el

interruptor de salida

El sensor de

compartimiento de

LEl relé de salida no

Dmide la corriente de

El fl j d i t

Se dispara el

interruptor principal

por que el

interruptor de salida

falló.


El sensor transfiere la información de luz a la unidad maestro vía la unidad de esclava en 1 ms.uz y corriente:DISPARO!

sucede en la barra.

l flujo de corriente e falla.

I> &

L La falla de arco

E

d

Se dispara el

interruptor de la

entrada principal

porque la falla esta

en la barra. Ejemplo 3 Situación normal:

El transformador principal

alimenta la barra.


CONCLUSIONES:

•Disparo por Luz y Sobrecorriente o solamente Luz •Medición de corriente de fases y neutro

•Operación en zonas

•Tiempo de operación 7 ms con relé de disparo electromecánico

•Display informativo

•Supervisión Interna Completa •Puede ser combinado con otros relés de VAMP


Fiabilidad �Auto- supervisión total del sistema:

• Unidades • Sensores de arco !!! • Cables • Indicación en caso de falla

�Selectividad: • Alimentador • Zona

�Localización de falla: • Indicación de posición


CONCLUSIONES en general:

•La Falla de arco: Peor tipo de falla en sistemas de potencia

•El tiempo de arco es el factor más crítico

•Combinación de detección “Luz & Sobrecorriente” �� método eficiente.

•Sensores ópticos son fáciles de aplicar e instalar, instalaciones de retrofit

•Método basado en “Luz & Corriente” - sistema dedicado de protección contra arco - protección numérica con la opción de protección contra el arco



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