1

Resumen: se presenta un estudio sobre elesquema de protecciones eléctricas,primeramente se da a conocer lascaracterísticas particulares de los relés,considerando aspectos tales como suconfiabilidad, selectividad, fiabilidad,sensibilidad y rapidez. Además se presenta losdiversos tipos de relés mostrando susprincipales características, funcionalidad, ytomando en cuenta el tipo de operación. Sehace una reseña de los relés según suevolución, así se tiene relés de diferentetecnología como son los estáticos y losnuméricos, que al momento son los másutilizados en sistemas de protección.A continuación se presenta una descripcióndetallada del tipo de protecciones necesariaspara la protección de un transformador,esquema de barras, línea de transmisión yreactor, incluyendo los problemas y fallas máscomunes en cada uno de los elementos.Finalmente se hace un ejemplo de aplicación ala subestación Pifo, considerando los criteriosde protección como el ajuste de la proteccióndiferencial al autotransformador, al esquema debarras en disyuntor y medio, al reactor de línea,y la protección de distancia de la línea Pifo-Yaguachi.

I. INTRODUCCIÓNDebido a la creciente demanda energética ennuestro medio, el gobierno nacional, estáempeñado en satisfacer dicha demanda pormedio de varios proyectos hidroeléctricos paraevitar en el futuro posibles cortes de energía,tratando de reducir el costo de la energía y usode derivados de petróleo.Para cumplir con la meta de abastecersatisfactoriamente la demanda es necesarioadoptar técnicas que permitan transportar laenergía eléctrica de manera conveniente,desde los centros de generación hacia loscentros de consumo. Como en nuestro caso,que por la ubicación geográfica de los grandesproyectos de centrales hidroeléctricas, esnecesario el empleo de líneas de transmisiónde alta tensión con capacidad para transportargrandes cantidades de energía a través delargas distancias. Para satisfacer de formaeficiente estos requerimientos ha sidonecesario incrementar cada vez más losniveles de voltaje, llegando a transmitir a

niveles de extra alta tensión, con voltajes hastalos 230kV, y como alternativa posterior a 500kVPara el progreso del sistema de transmisiónecuatoriano se está considerando laimplementación de líneas y subestaciones anivel de 500kV [1] [2], ya que la mayoría depaíses sudamericanos tales como: Colombia,Venezuela, Argentina, Uruguay, Brasil y Chileya han incorporado a sus sistemas detransmisión niveles de extra alto voltaje.

II. CRITERIOS GENERALES DE DISEÑO.La continuidad y la calidad del servicio son dosrequisitos íntimamente ligados alfuncionamiento satisfactorio de un SistemaEléctrico de Potencia (SEP).El diseño de un sistema eléctrico debecontemplar el hecho de que van a producirsefallas de manera aleatoria e inesperada, por loque es necesario dotarlo de los mediosadecuados para su tratamiento. Por esta razón,los SEP incorporan un sistema de protecciónque tiene por objetivo minimizar los efectosderivados de los diferentes tipos de fallas.

INTRODUCCIÓN A LAS PROTECCIONES.Los sistemas de protecciones eléctricasconstituyen el equipo más importante que seincluye en una subestación, por lo tanto sedebe conocer los Componentes de un sistemade protecciones. Relés de protección. Transformadores de medida. Disyuntores de poder Circuitos de control

Relés de protección.El avance tecnológico y el desarrollo delsoftware asociado han permitido que los relésde protección de los sistemas eléctricos setransformen en un dispositivo inteligente queadquiere señales de campo y realiza variasfunciones de control, protección y medida.

Características operativas del relé.Los relés de un sistema de protección en suconjunto como cada una de las proteccionesque lo componen, deben satisfacer lassiguientes características operativas: Fiabilidad. Selectividad. Sensibilidad.

SISTEMA DE PROTECCIONES ELÉCTRICAS A NIVEL DE 500 kVAPLICACIÓN SUBESTACIÓN PIFO

Richard Zambrano, Ing.Antonio Bayas, Ing.

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

2

Rapidez. Economía y Simplicidad.

Tiempos de operación del relé.El tiempo con que puede actuar una proteccióndepende directamente de la tecnologíaempleada en su construcción y de la de lavelocidad de respuesta del sistema de mando ycontrol de los disyuntores automáticosasociados a la misma.

Instantáneas. Tiempo Definido o con Retraso en Tiempo.

Relés estáticos.Un relé estático, llamado también relé deestado sólido (SSR, Solid State Relays), es undispositivo de conmutación electrónico querealiza la conexión y desconexión, conausencia de contactos móviles en su interior.

Relé numérico.Se basan exclusivamente en la técnica demicroprocesadores. Estos aparatosrepresentan la generación más potente ymoderna de los aparatos de protección,caracterizados por sus capacidades como son,relacionar enlaces matemáticos de valores demedida, procesar operaciones aritméticas yadoptar decisiones lógicas.Los relés digitales ofrecen la precisión ysuperioridad de la técnica digital de protecciónfrente a dispositivos de protecciónconvencionales, y se caracterizan por lassiguientes propiedades: Elevada precisión de medida gracias al

procesamiento digital de los valores demedida.

Indicación de fallas mediante LEDs. Márgenes extremadamente amplios del

voltaje de alimentación, gracias a su etapade alimentación universal de ampliomargen.

Márgenes de ajuste muy grandes conescalonamiento de ajuste muy pequeño.

Intercambio de datos con técnica decomunicaciones gracias a una interfaceserie, que se puede montar a posteriori.

Medición de valor efectivo real. Tiempos de respuesta sumamente rápidos.

La utilización de tecnología digital enlas protecciones de sistemas eléctricosproporciona la reducción de complejidad deproyectos eléctricos, pero tiene que ver con doselementos de suma importancia: el software yla comunicación.

Tabla 1. Propiedades del relé numérico de distanciaProtección de Distancia. (Incluyendo algunos

esquemas).Protección de sobre corriente (direccional / no

direccional)Supervisor del transformador de corrienteSupervisor del Transformador de voltaje

Protección de corriente se secuencia negativa.Protección de bajo voltaje.Protección de sobrevoltaje.

Protección de FallaLocalización de falla.

Auto recierre.Verificación de Sincronismo.

Condición de MonitoreoMedidas del Sistema de Potencia (Corriente

Voltaje, etc.)Obtención de fallas/eventos/disturbios

Tabla 2. Avances del relé numérico el relé estáticoParámetros de ajuste.

Diagnostico de fallas internas.Disponibilidad de las medidas del sistema de

potencia.Distancia de localización de fallas.

Obtención de disturbiosFunción de protecciones auxiliares (conductor

dañado, secuencia negativa, etc.)Monitorio (Estado y condición del sistema).

Respaldo de la función de protecciones.

En la siguiente figura se presenta el diagramade bloques general de un relevador digital.

Figura 2. Modulo del Relé y flujo de información

Clasificación de relés numéricos según sutipo.Relé de Sobrecorriente: Son los encargados deabrir los elementos de protección cuando lacorriente que circula supera un valorpredeterminado.- De manera instantánea.- Con temporización de tiempo definido.- Con temporización de tiempo inverso.Relé de Sobrevoltaje.Relé DiferencialRelé de Distancia.Relé Direccional.

3

- Unidad de sobrecorriente: Vigila el valor delmódulo de la corriente.

- Unidad direccional: Determina el sentido enel que está circulando la intensidadcomparando el ángulo eléctrico que formael fasor de corriente con el fasor de unamagnitud de referencia

Transformadores de medida y protección.Los aparatos de medida y los relés deprotección, utilizados en las instalacioneseléctricas, generalmente no están construidospara soportar altas tensiones ni elevadasintensidades de corriente. Además estosaparatos deben estar aislados de las altastensiones para prevenir accidentes, para lo cualse tienen dos tipos, que se denominan: Transformadores de Corriente (TC) Transformadores de Potencial (TP)

Finalidad de los transformadores de mediday protección.Los transformadores de medida tienen lafinalidad de reducir en adecuada relación losvalores de corriente y voltaje, además otrasconsideraciones:

Transformador de corriente TC.Es un transformador en el cual en condicionesnormales la corriente secundaria esproporcional a la corriente primaria y difiere deeste en el ángulo de desfase, que esaproximadamente cero.

La intensidad de la corriente primariatiene una relación con la corriente secundaria yse denomina relación de transformación realdel transformador de intensidad, siendoinversamente proporcional al número deespiras.

2

1

I

IKI

Especificaciones del TC.Los factores importantes para la selección delos TC son:

Corriente primaria y secundaria nominalRelación de transformación realRelación de transformación nominalError de relación.Error de faseClase de precisiónCarga de precisiónPotencia de precisiónNivel de aislamiento nominalCorriente térmica nominal de corta duración(Ith)Corriente dinámica nominal (Idin)Corriente térmica permanente

Normas (IEC, IEEE)Nivel de Aislamiento.Corriente Nominal PrimariaCorriente Nominal Secundaria.Corriente Nominal Térmica Continúa.Corriente Térmica de corto tiempo (Ith) yCorriente dinámica (Idyn)Carga (Burden) y Exactitud

Transformador de potencial.Un transformador de voltaje es un dispositivodestinado a la alimentación de aparatos demedición y /o protección con tensionesproporcionales a las de la red en el punto en elcual está conectado.

Especificaciones del Transformador dePotencialLos factores importantes para la selección losTP son:Voltaje primario y secundario nominalRelación de transformación realRelación de transformación nominalError de relación.Error de faseClase de precisiónCarga de precisiónPotencia de precisiónCoeficiente de puesta a tierraRed con neutro puesto a tierraNormas (IEC, IEEE)Nivel de aislamientoTP inductivo o capacitivo.Nivel de voltaje de servicioAltitud sobre nivel del mar (si es >1000 m)Voltaje nominal primarioVoltaje nominal secundarioRelaciónFactor de voltaje nominalBurden (Carga) y exactitud para cada núcleoNivel de contaminación.

III SISTEMA DE PROTECCIONES EN LASUBESTACIÓN.

Las subestaciones forman parte indispensablede los sistemas eléctricos de potencia pues soncentros de transformación, de ahí laimportancia que tiene la protección en lasubestación ya que cada elemento está sujetoa una falla o corto circuito y otro tipos deeventos que afectarán a la subestación, para locual se utiliza relés numéricos que detectaranlas fallas, e iniciarán la operación de losdispositivos de interrupción en los circuitos.Protección del transformador de potencia.El transformador de potencia es uno de loselementos más vitales e importantes delsistema de eléctrico de potencia. La elección

(1)

4

de la protección apropiada puede estarcondicionada tanto por consideracionestécnicas, de confiabilidad, económicas y por eltamaño del transformador.

Criterios generales de equipamiento.La protección que se dará al transformador dela subestación será contra fallas internas ycontra sobrecalentamientos, causados porsobrecargas o por fallas externas prolongadas:

Protección diferencial.El relé diferencial de corriente es el tipo deprotección usada más comúnmente paratransformadores de 10 MVA en adelante. Laprotección diferencial es muy adecuada paradetectar las fallas que se producen tanto en elinterior del transformador como en susconexiones externas.

Tipos de Relés Diferenciales para Protección.- Protección diferencial usando relés de

sobrecorriente temporizados.- Protección diferencial usando relés

diferenciales porcentuales.- Protección diferencial usando relés

diferenciales porcentuales con restricciónde armónicos.

Protección de sobrecorriente.Esta protección se utiliza como protección derespaldo de la protección diferencial en eltransformador de potencia, como para fallasexternas, los diferentes tipos de esta protecciónson:- Sobrecorriente de Fase Instantánea.- Protección de Falla a Tierra.- Protección de Sobrecorriente para el

Devanado Terciario.- Protección del Transformador de Puesta a

Tierra.

Protecciones mecánicas.Son protecciones propias del transformador:- Relé de Presión Súbita o Válvula de

Sobrepresión (SPR).- Relé Buchholz.- Detectores de Nivel de Aceite.- Detectores de Temperatura.- Relé de Imagen Térmica.

A continuación se muestra lasprotecciones que deben incluirse en laprotección del transformador.

Figura 3. Esquema unifilar de las protecciones de untransformador de potencia.

Protección de barras.La Barra es un elemento que dispone de unaalta confiabilidad sin embargo ocurren fallas,llegando a ser un elemento crítico en el sistemade potencia ya que es el punto de convergenciade muchos circuitos tales como: transmisión,generación o carga.En la protección de barras se usan variosesquemas:

Protección Diferencial de Barras.- Protección diferencial de alta impedancia.- Protección diferencial porcentual.- Protección diferencial porcentual con alta

impedancia moderada.- Protección Diferencial Parcial.- Protección de Barras con Comparación

Direccional.- Zonas Diferenciales Combinadas.

Esquema de Disyuntor y Medio “1 ½”Con este esquema se logra un alto grado deconfiabilidad, dado que cualquier disyuntor sepuede retirar de operación, manteniendo todaslas líneas de transmisión energizados,

5

Protección de líneas.Las líneas son los elementos del sistemaeléctrico que interconectan dos o mássubestaciones por lo tanto están sometidospermanentemente a las consecuencias de losfenómenos meteorológicos y de otro tipo comomaniobras humanas, por tal razón esimportante su protección, pero tomando encuenta los siguientes características:

- Confiabilidad.- Fiabilidad.- Seguridad.- Selectividad y Coordinación.- Velocidad o Tiempo de Despeje de Fallas.- Sensibilidad de la Protección.- Simplicidad.

Protecciones principales de línea.Las principales protecciones de línea son: Protección de Distancia.Es una protección más selectiva y por lomismo puede ser rápida o lenta dependiendode la longitud de la línea,Normalmente la protección de distanciacomprende de tres a cinco zonas de proteccióny medición independiente cada una de ellas.

- Zona 1. Se utiliza para detectar fallasajustada aproximadamente 80 a 85%.

- Zona 2. Su objetivo es proteger el tramorestante de la línea. Se escoge comocriterio inicial el alcance del 100% de lalínea protegida más el 50% de la líneaadyacente.

- Zona 3. Proporciona protección derespaldo, cuyo ajuste deberá ser tal quecubra no sólo la línea protegida, para locual se debe considerar lo siguiente:

Protecciones de Sobre y Bajo Voltaje.La protección de sobre y baja voltaje opera aun tiempo determinado cuando se supera unvalor de voltaje específico pero antes de hacerel ajuste de estas funciones es necesariodefinir el voltaje operativo del área de influencia Relé de Recierre y Verificación de

Sincronismo.Se utiliza para comprobar las condiciones alcierre del disyuntor. Este relé se implementapara restaurar la parte fallada del sistema detransmisión, una vez que la falla se haextinguido

Protección del reactor.La protección de los reactores debido acorrientes de falla altas se hace a través derelés de sobrecorriente, protección diferencial opor combinación de estos esquemas. Para

niveles de falla bajos se debe brindar por mediode relés de impedancia, térmicos, deacumulación de gas, de sobrepresión o por unacombinación de estos relés.Las protecciones de reactores de líneas son lassiguientes- Protecciones de Sobrecorriente y

Diferencial de Reactor.- Protección Buchholz, Presión Súbita y

Sobretemperatura.- Protecciones de Sobre/Bajo Voltaje.

Efectos Sobre el Sistema de las Fallas deReactores de Línea.Al presentarse una falla de reactores de línea,pueden generarse los siguientes efectos:

Sobrevoltaje.Teledisparos: Para reactores conectadosdirectamente a una línea se despeja la fallamediante el disparo del disyuntor local y se dael envío de disparo directo transferido aldisyuntor remoto. Ambos disyuntores sonusualmente bloqueados para el cierre.Saturación: Cuando una línea compensada esdesenergizada, el circuito resonante paralelopuede producir una onda de voltaje sinusoidalamortiguada a una frecuencia generalmenteinferior a 60Hz con una voltaje inicial quepuede acercarse al voltaje nominal del sistema.Este valor de voltaje a una frecuencia reducidapuede causar mal funcionamiento detransformadores de potencial tipo capacitivopor saturación de la etapa inductiva de bajovoltaje, lo cual a su vez afecta a los relés deimpedancia empleados para la protección dereactores en derivación y de línea, y al mismotransformador de potencial que puedepresentar sobretensiones inaceptables en sulado secundario

Protección del reactor de barra.El equipamiento de protecciones será

coincidente con el de los reactores de faseconectados a líneas, además se puedeincorporará como protección adicional a laprotección diferencial de entrada de la línea,con una actuación instantánea y con máximasensibilidad de ajuste (mínima corrientediferencial de accionamiento). Será defuncionamiento similar a la proteccióndiferencial total.

IV APLICACIÓN DIRECTA A LASUBESTACIÓN DE 500KV (S/E PIFO).

La subestación Pifo será una de las S/E másimportantes a 500kV en el Sistema NacionalInterconectado, la cual recibirá energía del

6

nuevo proyecto de generación “Coca CodoSinclair”, y estará conectada con laSubestación Yaguachi situada en Guayaquil,estará ubicada en la comunidad de “El IngaBajo” perteneciente a la Parroquia Pifo delcantón Quito.

Protección del banco deautotransformadores monofásico.La protección del banco de autotransformadormonofásicosse puede hacer por medio de relésdiferenciales, el más utilizado es la proteccióndiferencial de alta impedancia [7].

Descripción técnica del banco deautotransformador monofásicos:- Número de fases 1- Frecuencia 60 Hz.- Altitud 2700 msnm.- Temperatura ambiente 20ºC- Líquido refrigerante Aceite- Tipo de instalación Exterior.

Tensiones nominales en vacío:- EHV. 500 kV- HV. 230 kV- LV. 34.5 kV

Conexiones:- Arrollamiento EHV Y con neutro.- Arrollamiento HV Y con neutro.- Arrollamiento LV Delta

Grupo de conexiones:- EHV, HV, LV YN0yn0d1

Determinación del TCPara determinar la relación de transformaciónde un TC y su carga se debe tomar en cuentalo siguiente:

Vn

PnIn

3

kV

kVAI kVL

5003

000.450500_

AI kVL 62,519500_

Donde:In Corriente nominalPn Potencia nominalVn Voltaje nominalIL_500kV Corriente de línea sector 500kV.

Corriente nominal con sobrecarga del 5%05,162,519500_ kVLIsob

AIsob kVL 60,545500_

TC’s lado EHV (500kV) 600/5 según IEC

600

560,545500_ Ai kVL

Ai kVL 55,4500_

Tabla 3. Resumen de resultado de corrientesnominales primarias y secundarias.

Sector I nominalprimaria [A]

I nominalsecundaria [A]

500kV 545,6 4,55230kV 1186,06 4,9434,5kV 2635,73 4,39

Determinación de la Carga (Burden).

S

LR

(4.2)Donde:

R Impedancia del conductor en Ω Resistividad del cobreL Longitud del conductorS Sección del conductor, en mm2

Se obtiene una impedancia del conductor de:

37,8

100017,0 R

203106,0RPotencia consumida:

2IRP (4.3)2IRcP

Donde:Rc resistencia del conductor

Potencia consumida del cable más laresistencia interna del TC, la resistencia internadel TC se lo coge un valor referencial de 0,5Ω

25)203,0(1 PWP 575,171

Potencia Total consumida incluyendo el valorde los equiposP = 5.077 + 0,1P = 5,177W

Determinación del Factor Límite dePrecisión (FLP).

Ni

Bi

PP

PPFLPFLP

' o;

NTC

BTC

RR

RRFLPFLP

'

Donde:FLP Factor limite de precisión

7

FLP’ Factor limite de precisiónPN Carga nominal del TCPi Carga interna del TC 2

NSTCi IRP PB Carga actualmente conectada

2NSBi IRP

INS Corriente nominal secundariaRTC Resistencia internar secundaria del TCRB Resistencia de la carga (RC+RR)RC Resistencia del conductor conectado al

TCRR Resistencia del relé

N

F

I

IFLP '

RTC: 0.4PN : 10VAPB: 5,177W

A

AFLP

600

9328'

55,15'FLP

1010

18,51055,15

FLP

80,11FLP

Por lo tanto el valor de Precisión será de 5P15de acuerdo a la Norma IEC

Resumen del cálculo de los TC’s.A continuación se muestra un resumen delvalores de TC’s.

Tabla 4. Datos Técnicos principales delTransformador de corriente.

Unid. 500kV 230kVTipo:MontajeNúcleos

VnominalVnominal máxInominalprimariaInominalsecundaria

Núcleo 1; Utilización. Prestación Precisión.Núcleo 2. Utilización. Prestación. FLP Precisión

kVkVAA

VA

VA

1exterior

3N

500525600

5

Medición10

Clase 0,5

Protección10155P

1exterior

1N

230245

12005

Medición10

Clase 0,5

10205P

Núcleo 3. Utilización. Prestación. FLP Precisión

Protección10155P

10205P

Cálculo de la protección diferencial delautotransformador.Corrientes primarias según la Tabla 3 donde semuestra el resultado:

AI kVL 60,545500_1

AI kVL 08,1186230_1

AI kVL 73,26355,34_1

Datos de los TC’s,.

TC’s EAT (500kV)600/5TC’s AT (230kV)1200/5TC’s BT (34,5kV) 3000/5

El análisis fasorial para ver el grupo deconexión del autotransformador, se sugieresuponer que no existe un lado de losarrollamientos, con eso se puede combinar elterciario con el primario.

121

2

3

11

10

9

8

76

5

4

U

W V

v'

w'

u'

Figura. 4. Diagrama de corrientes sector 500kV y34,5 desfasado 30 por conexión YN0yn0d1.

Corrientes Secundarias.Ai kVL 55,4500_

Ai kVL 94,4230_

Ai kVL 39,45,34_

Ajustes de la protección diferencial.Corrientes que entraran a la proteccióndiferencial con la compensación del diagramade corrientes se tiene:

Ai kV 88,7' 500_

Ai kV 55,8' 230_

8

Ai kV 39,45,34_

Cálculo del valor del TAP.

5'

'

230_

500_ TAP

i

i

kV

kV

5'

'

230_

500_

kV

kV

i

iTAP

555,8

88,7

TAP

608,4TAP

Protección de barras, configuracióndisyuntor y medio “1½”.

La Selección del esquema de barras deconfiguración 1½ se le hizo asumiendo enbase a otras subestaciones implementas parael nivel de voltaje 500kV, de diferentes países.

Especificación de TCEn base a los valores probables de

corrientes para las diferentes posicionesindicados en la Tabla 4, se especifican lostransformadores

Protección Diferencial de Barras

NC

Barra A

NC

TC1 TC2RCT1

RC1

RCT2

RC2

RR

87TRC1 RC1

VR

Figura 5. Esquema de la protección diferencial dealta impedancia.

N

IRRV

fCCT

R

)2(

(4.7)Donde:

VR voltaje en el reléRCT Resistencia internaRC Resistencia del conductorIf Corriente de fallaN Relación de Transformación.

Con el fin de proporcionar un margensuperior para la condición de falla externa, elajuste pickup es calculado por:

N

IkRRKV

fCCT

R

)(6,1

DondeK factor de rendimiento del TC.

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.10.00.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

(RC

T+k

RC)I

F/N

ES

K, factor de rendimiento del TC

Figura 6. Factor de rendimiento del TC paracondición de falla [7]

Cálculo de ajustes de la protección diferencial.Se obtiene una impedancia del conductor:

37,8

100017,0 CR

203106,0CR

Es: 120RC: 0.203RCT: 0.4If1: 9601[A]If3: 9328[A]

Para Máxima Falla Trifásica.

S

fCCT

EN

IkRR

)(

120)5/600(

9328)203.04.0(

391.0)(

S

fCCT

EN

IkRR

Según la figura 5 el valor de K se selecciona talcomo se muestra en la figura siguiente:

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.10.00.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

Figura. 7. Selección de K para condición de fallatrifásica.

9

K: 0.853

Según la ecuación 4.8 se tiene:

N

IkRRKV

fCCT

R

)(6,1

)5/600(

9328)203.04.0(853.016 RV

El voltaje de ajuste requerido será:

RV 639.72

Protección de la línea Pifo - Yaguachi.La protección de distancia emplea varias zonaspara proteger la línea de transmisión: zona 1,zona 2, zona 3 y zona reversa

SopladoraYaguachiPifo300 km

500kV 500kV 500kV180 km

Figura 8. Diagrama unifilar sencillo de la línea quese utilizara como modelo para ajustar las zonas del

relé de distancia

Especificación de los TCEn base a los valores de corriente obtenidos,se especifican según la Tabla 4.

Transformador de Potencial.Cálculo:

4348

3

115,03

500

RTP

El TP seleccionado según la relación detransformación será:

TP’s 3

115,0

3

500

Tabla 5. Datos Técnicos principales delTransformador de Potencial.

Subestación Pifo500kV TPC

Unid. Valor

Tipo:MontajeTipoArrollamientosSecundarios

Vnominal (Vn)V nominal máxV primarioV secundario

Arrollamiento 1- Utilización.- Prestación- Precisión.Arrollamiento 2.- Utilización.- Prestación- Precisión.Arrollamiento 3- Utilización.- Prestación.- Precisión

-

--

N

kVkVkVV

VA

VA

VA

Monofásicoexterior

Capacitivo

3

500525/3500/3115v/3

Protección103P

Protección103P

Medición100,5

Calculo de ajuste de la protección dedistancia

Tabla 6 Parámetros usados en la simulación paraL/T de 500kV.

Secuencias R(/km)

X(/km)

B(s/km)

Positiva (+) yNegativa (-) 0.0229 0.3234 5.1011

Cero (0) 0.2956 1.1025 3.3581

Tabla 7. Parámetros de distancias de cada línea delsistema de 500kV.

Líneas

Pifo – Yaguachi (300 km)Yaguachi – Sopladora (180 km)

La impedancia de la línea Pifo-Yaguachi será:

ZL/T(Pifo-Yaguachi) = 6.87+j88.68

ZL/T(Pifo-Yaguachi) = 88.9585.57

Donde la impedancia debe serexpresada en ohmios para el lado secundario,para que mida el relé será:

RTP

RTCZZ primarioundario sec

10

por lo tanto la impedancia secundaria:

4348

120)57.8595.88(sec undarioZ

57.8545.2sec undarioZZL/T(Pifo-Yaguachi) = 0.189+j2.448

Ajuste de la Zona 1 de Protección.En la zona 1 se ajustará a un 85% de laimpedancia de la línea

LZKZ 1

Donde:Z1 Ajuste de la zona 1K Constante.ZL Impedancia de línea.

ZL/T(Pifo-Yaguachi) = 0.189+j2.448

Z1 = 85%(0.189+j2.448)

Z1 = 0.161+j2.081)

Ajuste de la Zona 2 de Protección.Como valor mínimo de ajuste se escoge el120% de la impedancia de la línea

ZL/T(Pifo-Yaguachi) = 0,189+j2,448

Z2 = 120%(0,189+j2,448)

Z2 = 0,228+j2,937

Ajuste de la Zona 3 de Protección.

El alcance de la zona tres se determina por:

Z3 = 100%ZL/T12 +120% ZL/T23Z3 = 100%ZL/T(P-Y) +120% ZL/T(Y-S)ZL/T(P-Y) = 0,189+j2,448

ZL/T(Y-S) = 4,122+j53,21ZL/T(Y-S) = 53,36985,57

4348

120)57,85369,53(sec undarioZ

57,85473,1sec undarioZZL/T(Y-S) = 0,114+j1,469

Z3= 100%(0,189+j2,448)+120%(0,114+j1,469)Z3 = 0,326+j4,210

Protección diferencial del reactor.El reactor como elemento importante, dentro deun sistema eléctrico de potencia, deberá serprotegido de una manera selectiva, rápida ysegura.

Calculo del TC en el Lado de 500kV.Cálculo de la corriente nominal del banco dereactores monofásicos en el lado de 500kV.

kV

MVARI Nreactor

5003

000.120

AI Nreactor 56,138

Corriente nominal con sobrecarga del 5%05,156,138 reactorIsob

AIsobreactor 49,145

TC’s 200/5La corriente secundaria aplicando la relación detransformación:

200

549,145 AiNreactor

Ai kVL 64.3500_

Tabla 8. Resumen de resultado de corrientesnominales primarias y secundarias en el reactorSector I nominal

primaria [A]I nominalsecundaria [A]

500kV 145,49 3,64

Tabla 9. Resumen de valores de TCReactor de Línea

Vnominal máx (RTC)

Núcleo 1; Utilización. Prestación Precisión.

Núcleo 2. Utilización. Prestación. FLP Precisión

kV

VA

VA

525200/5

Medición10

Clase 0,5

Protección10155P

Diagrama Unifilar de la S/E

A continuación se muestra el diagrama unifilarcon sus respectiva protecciones.

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552-A1

552-L1

552-ATU

ATU3x(450/450/150)MVA

(500/230/34,5)kV

Figura 9. Diagrama unifilar de la subestación Pifo con sus respectivas protecciones

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V CONCLUSIONES.

La utilización de la nueva tecnología en laprotección de sistemas de potencia, resultaeficiente, porque en un solo dispositivo tieneincorporado diferentes funciones inclusive conuno solo se puede proteger toda unasubestación. El buen funcionamiento de un relé deprotección está relacionado con elcomportamiento del transformador de corrientey de potencial asociado, La ventaja de utilizar relés numéricos esque ayudan a corregir todos los factores queinfluyen en el buen funcionamiento de relé. En la protección del transformador nodifiere mucho cuando se trate un transformadortrifásico o un banco de transformadoresmonofásicos, porque para el caso del banco setoma con un trifásico y se sigue el mismoprocedimiento al momento de protegerlo. Es muy importante tener un esquema deprotección de respaldo o redundante que seconecte en paralelo con el principal, con estose evita la indisponibilidad de la línea o equipoante falla o ante la ausencia de actuación poravería de una protección principal. Los valores para la calibración del relé sepuede ajustar de acuerdo a los requerimientosque se necesiten y se pueden cambiar confacilidad en caso que sea necesario

VI RECOMENDACIONES.

En el presente trabajo se desarrolló laaplicación de únicamente un tipo de protecciónpara cada elemento de la subestación, aúncuando se describió el conjunto deprotecciones que cada elemento debería tenerDe aquí que será importante seguir con lainvestigación más detalla en cada uno de loselementos de protección que completen unesquema total de protecciones de lasubestación Pifo. Para encontrar los transformadores decorriente y tensión, no se tomo en cuentamuchos factores que intervienen para lasprotecciones como por ejemplo el nivel deaislamiento que se necesita para 500kV, elefecto de saturación que tendrá a dicho nivel yotros parámetros necesarios para que tenga unmejor funcionamiento la protección, por lo quesería recomendable hacer un estudio másdetallado de los TC’s y TP’s tomando en cuentalos parámetros necesarios para el voltaje de500kV. La coordinación de protecciones es otraparte importante en la protección, por lo que sedebería seguir su estudio, previo la obtenciónde todas las protecciones necesarias en la S/Ea 500kV.

VII REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] CONELEC, Plan maestro de electrificación2007-2016, Ecuador, diciembre 2007.

[2] TRANSELECTRIC S.A, Sistema deTransmisión de 500 kV, Descripción de laPrefactibilidad del Proyecto, mayo 2008.

[3] TRANSELECTRIC S.A, Plan de Expansiónde Transmisión Período 2008 – 2017,diciembre 2007.

[4] COES SINAC, Comité de operacióneconómica del sistema interconectadonacional, Requerimientos Mínimos deEquipamiento para los sistemas deprotección del SEIN.

[5] ISA. Interconexión Eléctrica S.A. “E.S.P”,Consultoría para elaborar manual deprocedimientos para la coordinación deprotecciones en el CND, Guías para elbuen ajuste y la coordinación deprotecciones del SNT, Itagüí julio de 2000

[6] TRANSENER S.A., Guías de diseño paraestaciones transformadoras, Sistema detransporte de energía eléctrica en altovoltaje, Guía de diseño y normas deprotecciones.

[7] ANDERSON, Paul M. Power SystemProtection. McGraw-Hill: IEEE Press, NewYork 1999.

[8] MASON, Russell, The Art & science ofprotective relaying.

[9] ABB, RET 670 Technical referencemanual, Document ID: SA2008-000519Differential Protection Schemes for Auto-Transformers.

IX. BIOGRAFIAS.

Richard H. Zambrano. Q.Nacido en Quito el 21 dediciembre de 1982, realizósus estudios secundarios enel Colegio Nacional Técnico“Alangasí” obteniendo eltitulo de bachiller contadorposteriormente continuó con

sus estudios en la Escuela PolitécnicaNacional.Obtuvo el título de Ingeniero Eléctrico en el año2008.

Ing. Antonio Bayas. Ing. Eléctrico de la EscuelaPolitécnica Nacional, al momento sedesempeña como profesor de la EPN.