proteccion de sistemas de potencia 1

CURSOCURSO

PROTECCION DE SISTEMAS ELECTRICOSDE POTENCIA

PROFESOR: ING. BERNARDINO ROJAS VERA

AREQUIPA, OCTUBRE, NOVIEMBRE 2004

CAPITULO 1

ES LA CAUSA CAPAZ DE PRODUCIR UN TRABAJO MECANICOLA ENERGIA CALORIFICA PRODUCE TRABAJO MECANICO (MAQUINAS A VAPOR) LA ENERGIA POTENCIAL DE LAS AGUAS ALMACENADAS EN UN EMBALSE PRODUCEN TRABAJO MECANICOLA FUERZA DE LOS VIENTOS PRODUCEN TRABAJO MECANICO

ASPECTOS GENERALES DE LAS PROTECCIONES (1)

ANTECEDENTES DE LA ENERGIA ELECTRICAANTECEDENTES DE LA ENERGIA ELECTRICA

ENERGIA ENERGIA

PRODUCE LA FUNCION CLOROFILICA EN LAS PLANTASLAS PLANTAS SON EL ESLABON DE LA CADENA ALIMENTICIA DE LOS SERES VIVIENTES LAS PLANTAS Y LOS SERES VIVIENTES SON LA FUENTE DE LOS COMBUSTIBLES FOSILESLOS COMBUSTIBLES FOSILES SE UTILIZAN PARA PRODUCIR ENERGIA CALORIFICALA ENERGIA MECANICA SE PUEDE TRANSFORMAR EN ENERGIA ELECTRICA



ENERGIA SOLARENERGIA SOLAR

PRODUCE EL CICLO HIDRO-LOGICO EVAPORACION -PRECIPITACION CON ALMACE-NAMIENTO DE ENERGIA POTENCIAL EN LOS EMBALSESLA ENERGIA POTENCIAL DE LAS AGUAS ALACENADAS SE UTILIZAN PARA LA PRODUCCION DE ENERGIA ELECTRICA LOS VIENTOS SE ORIGINAN A CAUSA DE LAS DIFERENCIAS DE PRESION CAUSADAS POR LA ENERGIA SOLARLA FUERZA DE LOS VIENTOS SE PUEDEN UTILIZAR PARA PRO-DUCIR ENERGIA ELECTRICA.



ENERGIA SOLARENERGIA SOLAR

FUENTE DE ENERGIA EN LOS NUCLEOS ATOMICOS DESCU-BIERTO EN EL SIGLO XXES EL RESULTADO DE LA TRANSFORMACION DE PARTE DE LA MASA NUCLEAR EN ENERGIASE BASA EN LA FORMULA DE EINSTEIN:� E = MC²� E = ENERGIA PRODUCIDA� M = MASA TRANSFORMADA� C = VELOCIDAD DE LA LUZ

LA ENERGIA NUCLEAR SE PUEDE UTILIZAR EN ENERGIA ELECTRICA



ENERGIA NUCLEARENERGIA NUCLEAR

SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA (1)

DEFINICIONDEFINICION

Un “sistema eléctrico de potencia” es un conjunto de componentes y equipos que permiten trasladar la energía desde los centros de generación hasta los puntos de carga, el cual debe cumplir con las siguientes características� Continuo� Adecuado� Confiable� Oportuno y de calidad

SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA (2)SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA (2)

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

TURBINAS PELTONTURBINAS FRANCISTURBINAS KAPLAN


ELEMENTOS BASICOS - GENERACIONELEMENTOS BASICOS - GENERACION

HIDRAULICAHIDRAULICA

TURBINAS A VAPORTURBINAS A GASTURBINAS DIESEL

TERMICA CONVENCIONALTERMICA CONVENCIONAL

NUCLEARNUCLEAR

EOLICAEOLICA

SU FUNCION ES TRANSPORTAR LA ENERGIA ELECTRICA DESDE UN LUGAR A OTRO

SE CLASIFICAN POR EL NIVEL DE TENSION:

� MEDIA TENSION: DE 1 A 45 KV (DISTRIBUCION)� ALTA TENSION: DE 45 A 300 KV (SUBTRANSMISION)� MUY ALTA TENSION: DE 300 A 700 KV

(TRANSMISION/INTERCONEXION)� EXTRA ALTA TENSION: MAYOR A 700 KV (INTERCONEXION)

LA CLASIFICACION ANTERIOR NO ES RIGIDA; POR EJEMPLO EN EL PERU SE PUEDE CLASIFICAR:

� DISTRIBUCION: DE 1 A 13.8 KV� SUBTRANSMISION: DE 22 A 69 KV� TRANSMISION: DE 132 A 220 KV


ELEMENTOS BASICOS - TRANSMISIONELEMENTOS BASICOS - TRANSMISION

UBICACIÓN Y TIPOS DE FALLAS

!�" � "#$

%%&"$'�(%�'%��$()"("#$ ��( ��$(#�)��#�'(%*�'$'��#�'(

�"+#(

)#$#�(" �( �"�(" �( ��"�(" �(

,%%-.%/,%%01%/,%%2%/

≤%113%45%%%%%6%123%45

,%%73%/%%%%%%%%%%%%-.%/,%%23%/%%%%%%%%%%%%03%/,%%03%/%%%%%%%%%%%%%%.%/

FRECUENCIA DE FALLAS

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%�� &"$'�(%�'%��$()"("#$%%%%%%%833%45%%%%%%%%%%%%%%%%%%391%%%%093��

��

��

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%83%45%%%%%%%%%%%%%%%%%%%7%%%%%%%23%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%13%45%%%%%%%%%%%%%%%%%%%0-%%%%%:3

%%&"$'�(%�'%233%4)%*%833%45%%%%%%%%%%397%%%%293%%%�&&�(;�<#%%&"$'�(%�'%03%4)%*%83%45%%%%%%%%%%%%%%397%%%%293%%%�&&�(;�<#

%%%%%%%%%%%%%%%%%833%45%%%00.%45%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%.%%%%1.%%�&&�(;�<#

��

��

��

�� !

� ��

�� " ! � � �� # $ % & # $ � ' !

�� ( & # )( * $ + �, !

� � �� -. ' � -, �. ' !

��

��

��

��

��

�� ' % � -, !� �� ' % ' !

�� ' � / �� . ' 0� � -� � ' !

� � � �� , -. 1 � � ' !

�" 2 3 ) �2 3 !�� 1 4� 5 � 6 � � 5 �� 7 . '�� 8� � � ' -' �� , � -�� ' % � ' !

� � �� ' % � -, !

�-, � � ' 4� � 6 � '�� 0� � �. 0� � � � , �-!� � 44� ' !� � 4� ' 5 � ' . 1 � � �� , ' -. ,

� � 4� ' 5 � � -, -� � �� , ' -. ,

��

� � ��

��

��

� � �� % � ��

�� 9 � 3 . 5 � � � � 6 � !

�� !

�� % �� % � �� 2 �� % �� % ��

Gráfica de las distorsiones

IMPULSOS

SOBRETENSIONES DE ORIGEN ATMOSFERICO

Externas� Descargas atmosféricas

Diferencia de potencial entrela nube y tierra puede alcanzar de 100 a 1000 millones de voltios y con una intensidad media de descarga de 20,000 amperios, sin embargo, hay registros de hasta 200,000 amperios.

Efectos

��

��

��

��

�� ) � � ��

�� 6 : �� ; ∆∆∆∆�� 5�� < 0= � � � ��< �=�� < �= � � � ��< � =��

��

��

�� ) � � ��

�� > ��? � �� ? � ��

��

�� @ ��

��

('+

��

� ��

�� )

��

��

��

��

� ��

Prevenir o atenuar daños al equipo detectando todas las fallasMinimizar el tiempo de INDISPO-NIBILIDAD de los equiposMinimizar interrupciones del suministro a los sistemas ELECTRICOS de los usuariosMinimizar los efectos de las perturbaciones en el resto de la red ELECTRICA evitando la EVOLU-CION de la falla y perdidas de estabilidadDar indicios del lugar y causas de la fallaSalvaguardar FISICAMENTE a las personasRestablecer al sistema ELECTRICO a las condiciones de operación normal

PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE APLICACION

FUNCIONES DE LOS RELES DE PROTECCIONFUNCIONES DE LOS RELES DE PROTECCION

REQUISITOS DE LOS RELES Y SISTEMAS DE PROTECCION REQUISITOS DE LOS RELES Y SISTEMAS DE PROTECCION

SENSIBILIDADSENSIBILIDAD

SELECTIVIDADSELECTIVIDAD

EL SISTEMA DE PROTECCIONES DEBE SER CAPAZ DE DETECTAR FALLAS EN CONDICIONES DE MINIMA GENERACION, CONDICION DE OPERACIÓN DEL SISTEMA ELECTRICO EN EL QUE CIRCULA LA MINIMA CORRIENTE DE FALLA

EL SISTEMA DE PROTECCIONES DEBE SER CAPAZ DE DETECTAR FALLAS EN CONDICIONES DE MINIMA GENERACION, CONDICION DE OPERACIÓN DEL SISTEMA ELECTRICO EN EL QUE CIRCULA LA MINIMA CORRIENTE DE FALLA

SIGNIFICA QUE SOLAMENTE EL COMPO-NENTE DEL SISTEMA ELECTRICO QUE TENGA LA FALLA SEA ESCONECTADO.

SIGNIFICA QUE SOLAMENTE EL COMPO-NENTE DEL SISTEMA ELECTRICO QUE TENGA LA FALLA SEA ESCONECTADO.

RAPIDEZRAPIDEZ

EL TIEMPO DE DURACION DE LA FALLA DEBE SER LOS MAS REDUCIDO POSIBLE, DE FORMA DE REDUCIR LOS EFECTOS DEL CORTOCIRCUITO Y MANTENER LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA ELECTRICO

EL TIEMPO DE DURACION DE LA FALLA DEBE SER LOS MAS REDUCIDO POSIBLE, DE FORMA DE REDUCIR LOS EFECTOS DEL CORTOCIRCUITO Y MANTENER LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA ELECTRICO

FIABILIDADFIABILIDAD

OBEDIENCIA: OPERAR CORRECTAMENTE CUANDO SEA REQUERIDO

SEGURIDAD: NO OPERAR ANTE CAUSAS EXTRAÑAS

OBEDIENCIA: OPERAR CORRECTAMENTE CUANDO SEA REQUERIDO

SEGURIDAD: NO OPERAR ANTE CAUSAS EXTRAÑAS

REQUISITOS DE LOS RELES Y SISTEMAS DE PROTECCION

REQUISITOS DE LOS RELES Y SISTEMAS DE PROTECCION

� ��?

��

��

� ��A��

��

� ��

��

��@ ��

��> �

��

�� & !

Selectividad absoluta

• Selectividad relativa

I’1

��

I1 I2

Id

I’2

� ��

��

��

��

Barra “A” Barra “B”

� ��?

Los SP deben eliminar la falla en el menor tiempo posible para proteger a las personas, equipos y mantener la estabilidad del sistema

Tiempo Aclaración Falla Valores de Impedancia [=] Ohm100 ms Impedancias de falla menores o iguales a 100 ohm120 ms Impedancias de falla entre 100 ohm y 200 ohm.1 s Impedancias de falla entre 200 ohm y 300 ohm400 ms Para respaldo local1,5 s Máximo tiempo para respaldo remoto.5 ms Tiempo de enganche relés repetidores

RELES DE PROTECCION - PRINCIPIOS DE APLICACION


PROTECCIONES DE RESPALDOPROTECCIONES DE RESPALDO

FALLA EN LOS CIRCUITOS DE ALIMENTACION DE C.A.FALLA EN LA FUENTE DE ALIMENTACION C.C.FALLA DE LOS DISPOSITIVOS AUXILIARESFALLA EN LA PROTECCION PRINCIPAL (PP)FALLA EN EL CIRCUITO DE DISPARO DE LA PPBOBINA DE DISPARO DE INTERRUPTOR ABIERTAFALLA MECANICA EN EL INTERRUPTOR

RESPALDO REMOTORESPALDO REMOTO

RESPALDO LOCALRESPALDO LOCAL

UNIDADES BASICAS DE LOS RELES DE PROTECCION


UNIDADES ELECTROMAGNETICASUNIDADES ELECTROMAGNETICAS

RELES DE ARMADURA BASCULANTERELES DE ARMADURA BASCULANTE




RELES DE ESTRUCTURA DE SUCCIONRELES DE ESTRUCTURA DE SUCCION




UNIDAD DE DISCO DE INDUCCIONUNIDAD DE DISCO DE INDUCCION




UNIDAD DE COPA DE INDUCCIONUNIDAD DE COPA DE INDUCCION




DIAL DE TIEMPOS (TIME MULTIPLIER)

DIAL DE TIEMPOS (TIME MULTIPLIER)

SEÑALIZACION (TARGET)

SEÑALIZACION (TARGET)

CORRIENTE DE ARRANQUE (PICK-UP,

PLUG SETTING MULTIPLIER)

CORRIENTE DE ARRANQUE (PICK-UP,

PLUG SETTING MULTIPLIER)

ENTRADA DE CORRIENTE

ENTRADA DE CORRIENTE

CONTACTOS DE SALIDA

CONTACTOS DE SALIDA




UNIDAD DE COPA DE INDUCCIONUNIDAD DE COPA DE INDUCCION



UNIDADES ESTATICASUNIDADES ESTATICAS




DIAGRAMA DE BLOQUESDIAGRAMA DE BLOQUES

DIAGRAMA DE ONDAS CUADRADAS

DIAGRAMA DE ONDAS CUADRADAS




SECTOR DE OPERACIÓN DE UN

RELE TIPO ADMITANCIA

SECTOR DE OPERACIÓN DE UN

RELE TIPO ADMITANCIA

RELES DE PROTECCION DIGITALES (1)RELES DE PROTECCION DIGITALES (1)

CARACTERISTICAS PRINCIPALESCARACTERISTICAS PRINCIPALES

•COSTO: ES EL PRINCIPAL FACTOR DE SU ACEPTACION EN EL MERCADO•AUTOCHEQUEO Y CONFIABILIDAD•GENERALMENTE CONTIENE MAS DE UNA FUNCION DE PROTECCION (MULTIFUNCION)•INTEGRACION EN UN SISTEMA DIGITALIZADO•FLEXIBILIDAD FUNCIONAL Y ADAPTABILIDAD A LOS SISTEMAS ELECTRICOS•FACIL DE INTEGRAR EN UN SISTEMA DE CONTROL


ARQUITECTURAARQUITECTURA

� � � � ��

� ��

� ��

� � � � ��

� ��

� ��

� � � � ��

� ��

� � � � ��

� ��

� ��

� � � ��

� � ��

� � � ��

� � ��

� � � ��

� � ��

��

� ��

� �

� !

� � !

� � !

� ��

� ��

� ��

� �� "� � � � � �� #

�$

�!

��

!$

�

��

!�


ARQUITECTURAARQUITECTURA

HARDWARE MODULAR

Vista físicaHigh-Speed Data BusHigh-Speed Data BusP

ower

Sup

ply

CP

UM

ain

Pro

cess

or

DIG

ITA

L I/O

Sta

tus

Inpu

ts /

Con

trol

Out

puts

AN

ALO

G I/

OA

nalo

g Tr

ansd

ucer

I/O

CO

MM

UN

ICA

TIO

NS

(Eth

erne

t, H

DLC

, UA

RT)

DisplayDisplay

KeypadKeypad

LEDModules

LEDModules

LEDModules

LEDModules

LEDModules

LEDModules

Modular HMI Panel

Software modular

Orientado a objetos

INICIAL

FINAL

ScalabilityScalability

Proteccion Medida MonitoreoControl HMI Comunic

Clases

SoftwareDe aplicación

Softwarepropio



PROTECCIONES PRINCIPALES

ACTUAN CON GRAN RAPIDEZ DENTRO DE SUS ZONAS DE OPERACION

PROTECCIONES PRINCIPALES

ACTUAN CON GRAN RAPIDEZ DENTRO DE SUS ZONAS DE OPERACION

SISTEMA DE PROTECCION DE UNA LINEA DE TRANSMISION

SISTEMA DE TRANSMISION DE UNA SUBESTACION

ESQUEMAS DE PROTECCION

� � 4B 6 � , � � � 5 . � � � 4B � � , ' 0. � � � 5 . � � � 4B � 4-� � , �� 5 . �� 4B � 4-� � , �� 5 . �

•XX59SOBRETENSION

XXX46BCDETECCIÓN DE CONDUCTOR ABIERTO

•XX49SOBRECARGA TERMICA

•XX46SOBRECORRIENTE DE SECUENCIA NEGATIVA

XXX67NFALLA A TIERRA DIRECCIONAL

•XX64NFALLA A TIERRA RESTRINGIDA

XXX67SOBRECORRIENTE DE FASES DIRECCIONAL

XXX50N/51N

SOBRECORRIENTE DE FALLA A TIERRA

XXX50/51SOBRECORRIENTE DE FASES

30/22.9/13.8/10 KV

66/60/50/44 KV

220/138 KV

CODIGO ANSIFUNCION DE LA PROTECCION

FUNCIONES DE PROTECCION FUNCIONES DE PROTECCION

LINEAS DE TRANSMISION, SUB-TRANSMISION Y ALIMENTADORES DE DISTRIBUCION (1)


N.A.XX50 BFFALLA DE INTERRUPTOR

N.A.XX78BLOQUEO DE OSCILACIONES DE POTENCIA

XXXSOFT/TOR

CIERRE SOBRE FALLA/REENGANCHE EN FALLA

•XX85ESQUEMAS DE TELEPROTECCION

•XX21DISTANCIA

XXX87LDIFERENCIAL DE LINEA

••X59MAXIMA TENSION

•XX27MINIMA TENSION

•XX59NSOBRETENSION RESIDUAL

30/22.9/13.8/10 KV

66/60/50/44 KV

220/138 KV





AAX79ESQUEMA DE REENGANCHE TRIFASICO

N.A.•X79ESQUEMA DE REENGANCHE MONOFASICO

••X25VERIFICACION DE SINCRONISMO

30/22.9/13.8/10 KV

66/60/50/44 KV

220/138 KV





N.A.••••••••24SOBREFLUJO

N.A.XX78DETECCION DE GAS

N.A.XXSOBREPRESION

N.A.��59SOBRETENSION

N.A.N.A.X21MINIMA IMPEDANCIA

••••XX49SOBRECARGA TERMICA

••••••••••••64SOBRECORRIENTE DE FALLA A TIERRA RESTRINGIDA

X�X50N/51N


��X50/51SOBRECORRIENTE DE FASES

CONDENSADORES, SVC

REACTORES

TRANSF.



TRANSFORMADORES DE POTENCIA, REACTORES, BANCO DE CONDENSADORES, SVC

TRANSFORMADORES DE POTENCIA, REACTORES, BANCO DE CONDENSADORES, SVC

�24SOBREFLUJO

X87DIFERENCIAL DE GENERADOR

X40PERDIDA DE CAMPO

�59SOBRETENSION

X46PROTECCION DE SECUENCIA NEGATIVA

X51VSOBRECORRIENTE CON RESTRICCIPON DE TENSION

�21PROTECCION DE MINIMA IMPEDANCIA

X50N/51N


X50/51SOBRECORRIENTE DE FASES

GRUPOCODIGO ANSIFUNCION DE LA PROTECCION


UNIDADES DE GENERACION (1)UNIDADES DE GENERACION (1)

�49CALENTAMIENTO COJINETES

X64RTIERRA ROTOR

X64GSTIERRA ESTATOR

�81UMINIMA FRECUENCIA

X81OMAXIMA FRECUENCIA

X32POTENCIA INVERSA

GRUPOCODIGO ANSIFUNCION DE LA PROTECCION


UNIDADES DE GENERACION (2)UNIDADES DE GENERACION (2)

X

X

X

X

X

220/138KV

•••• ��

��

��

••••50 BFFALLA DE INTERRUPTOR

X50/51SOBRECORRIENTE DE FASES ACOPLAMIENTO

�27MINIMA TENSION

X59MAXIMA TENSION

X87BPROTECCION DIFERENCIAL DE BARRAS

60/66 KVCODIGO ANSIFUNCION DE LA PROTECCION


SISTEMA DE BARRAS DE TRANSMISION Y SUB-TRANSMISIONSISTEMA DE BARRAS DE TRANSMISION Y SUB-TRANSMISION