tipo de central
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-
ESCUELA POLITCNICA NACIONAL
SELECCIN Y PROTECCIN DE ESQUEMAS
.DE BARRAS EN SUBESTACIONES DE 230/138 KV.
APLICACIN A LA SUBESTACIN MILAGRO
Tesis previa a la obtencin del Ttulo
de Ingeniero Elctrico, en la Especia_
lizacin de Potencia.
EDMUNDO RAMIRO TERAN GMEZ
Quito, a Abril de 1978
-
. CERTIFICADO ;
Certifico' que la presente Tesis: MSelec_
cin y Proteccin de Esquemas de Ba-
rras en Subestaciones de 230/138 Kv
Aplicacin a la Subestacin Milagro" ha
sido realizada en su totalidad por el se_
or Edmundo R. Tern G.
ING.. VCTOR OREJUELA l_. ,Director de Tesis
-
Mis., sinceros agradecimientos para todas
las personas que colaboraron para la con_
secucin de este trabajo. De manera es_pecial a -los Ingenieros Vctor Orejuela,Carlos Azalde y Luis VinfcimiLla.
-
. I N DIC-E
Pag.
INTRODUCCIN
CAPITULO I .- SELECCIN DE ESQUEMAS DE BARRAS
.1 . 'CONSIDERACIONES GENERALES. 1
1,1 Carcterfsticas de un esquema." 1
1 .2 Criterios de comparacin entre alternativas. 3
1.3 Elementos de un esquema, 4
2. . FRECUENCIA DE FALLAS, REPARACIN Y MAN-TENIMIENTO DE BARRAS. ' 4
3. FRECUENCIA DE FALLAS, REPARACIN Y MANTENIMIENTO DE ELEMENTOS ASOCIADOS A
- LAS BARRAS, 6
3.1 Disyuntores, 7
3,'2 Seccionadores.. : ' 7 -
3.3 Posicin de .interrupcin. 8
4. ' ASPECTOS DETERMINANTES EN LA SELECCINDE UN ESQUEMA DE BARRAS. 9
4.1 Continuidad y calidad de suministro de potencia y
energa. . . . . 1O
4.2 Costo anual por interrupciones de servicio. 10'
4.3 Costo anual de recuperacin de capital. 11
4.4 Costo anual "total de un esquema.. 13
&. ' . CONFIGURACIONES DE' BARRAS, MODIFICACIO-
NES EMPLEADAS Y EVALUACIN. 13
-
1-2.
Pag.
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
Barra simple.
Barra simple seccionada.
Barra principal y transferencia.
Doble barra con un solo disyuntor.
Doble barra con un solo disyuntor y by pass .
- Doble' barra con doble disyuntor.
1 1/2 disyuntores.
14
15
17
19
20
22
23
CAPITULO II . PROTECCIN- DE BARRAS
1 .
-2.
2.1
2.1 .1
2.1.2
2.1 .3
2.2
2.2-.1
2.2.2
2.2.3
2.3
2.3.1
2.3.2
2.4
3.
. CONSIDERACIONES GENERALES . .
ELEMENTOS EMPLEADOS EN LA PROTECCINDE BARRAS.
Transformadores de proteccin.
Transformadores de corriente.
Transformadores de potencial .
Divisores capacitivos de potencial.
Rels.
Rel direcconal.
Rel direccional de sobrecorrente.
Rels auxiliares,,
Elementos de apertura.
Seccionadores .
Disyuntores .
Circuitos .de control.
ESTUDIO DE' LOS ESQUEMAS DE PROTECCINPARA LAS CONFIGURACIONES USUALES DE 8A
RRAS. '
27
27
28
29
33
35
40
41
44
45
. 45
45
46
47
47
-
1-3.
Pag
3.1 Requerimientos de un sistema de proteccin de
barras. ' " 4 7
3.2 Principios de funcionamiento de un sistema de
proteccin" de barras. 51-
3 . 3 _ _ Proteccin diferencial. . . 5 2
3.4 Circuito diferencial de alta impedancia. 54
3.5 Esquema de proteccin para barra simple. 58
3.6 Esquema de 'proteccin para barra principal y
transferencia. - 61
3.7 Esquema de proteccin para doble barra con un
.solo disyuntor y by-pass. " 63
"4. EVALUACIN DE LOS ESQUEMAS DE PROTECCION.. . 70
CAPITULO III .- APLICACIN A LA SUBESTACIN MI-LACRO
1. CARACTERSTICAS DE LA SUBESTACIN ' 721.1 Programa de instalacin de equipo. 72
1.2 . Corrientes mximas en posiciones de interrupcin 74
1.,3 Corrientes de cortocircuito. 77
2. SELECCIN DE .LOS ESQUEMAS DE BARRAS '792.1 Generalidades.- - 79
2.2 Seleccin del esquema de barras para el sector
.de 230 Kv, ' - 81
2.2.1 . Evaluacin de la continuidad y calidad de suminis_
tro de potencia y energfa, ' 81
-
1-4.
Pag.
2.2.2 Evaluacin del'costo anual por interrupciones de
servicio. ' 86
2.2.3 .Evaluacin del costo anual de recuperacin de
capital. ' ' 8 6
2.2.4 Cost anual total. " .. 91
2.3 Seleccin del esquema de barras para el sector
d 138 Kv. " 92
2.3d Evaluacin de la continuidad y calidad de suminis_
tro de potencia y.energfa,. 92
2.3.2 Evaluacin del costo anual por interrupciones de
servicio* 97
2.3.3 Evaluacin del costo anual de recuperacin de ca
pital.
2.3.4 Costo anual total. ' '
3.- PROTECCIN DE LOS ESQUEMAS DE BARRAS4. ESPECIFICACIN DE TRANSFORMADORES DE
CORRIENTE. . - 105
5. ESPECIFICACIN DE RELS'Y EQUIPOS DEPROTECCIN DE BARRAS. ' ' 105
5.1 Especificacin de rels'. . 1O55.1.1 Rels diferenciales. 105
5.1.2 ' Rels de bloqueo. ' . 1O7
5.2 Clculo de ajustes para los rels diferenciales. 1075.2.1 Ajustes para los rels diferenciales para el sec_
tor de 230 Kv. . " 1 0 8
5.2.2 Ajustes -para los rels diferenciales para el sec_tor de 138 Kv. ' ' 111
-
1-5.
Pag
5.3 Especificacin de disyuntores. 113
5.3.1 Disyuntores para el sector de 230 Kv. 113
5.3.2 Disyuntores para el sector de 138 Kv. 114
6. SECUENCIA DE ACCIONAMIENTO DEL SISTEMA
DE PROTECCIN. ' . 114
CAPITULO IV .- CONCLUSIONES 116
ANEXO A:
ANEXO B:
SMBOLOS Y NOMENCLATURA DE DISPOSJ[TIVOS EMPLEADOS. A-1 .
CALCULO DE AJUSTES PARA EL REL DIFRENCIAL DE ALTA IMPEDANCIA WESTING
HOUSE TIPO. KAB. A-3
-
INTROD UCCION
Este trabajo tiene el propsito de presentar en forma general, elmtodo usual .de seleccin del esquema de barras ms conveniente
para una determinada subestacin de un sistema elctrico. Adicio
nalmente se presenta la- descripcin del empleo de algunos rels
de proteccin en los esquemas de barras que usualmente se tienen
a voltajes elevados,, como son 138 y 230 Kv.
Para cumplir con" los objetivos propuestos, se describe los esque_mas usuales de barras y- algunas' de sus variantes, junto con los arreglos de elementos de sistemas de proteccin que-operaran en el
caso de ocurrir una avera o falla dentro del esquema de barras.
Finalmente se presenta una aplicacin' de los mtodos descritos, en
el diseo de tales sistemas para la Subestacin Milagro, eslabn
importante del Sistema Nacional Interconectado del Ecuador.
-
CAPITULO I
SELECCIN DE ESQUEMAS DE BARRAS
1 . ' CONSIDERACIONES GENERALES
'Al disear una subestacin, se tiene que decidir convenien_
;.- ' temenfce el empleo de uno de los varios esquemas de barras
que se pueden presentar" como alternativas, exigiendo este
proceso el buen conocimiento de algunos aspectos importan
tes de cada uno de ellos.
1.1 CARACTERSTICAS DE UN ESQUEMA
Las caractersticas, que se consideran para evaluaciones de
.este tipo son:'
- Continuidad y calidad de suministro de potencia y ener_
gfa.
- Operacin.
- Proteccin.
Facilidades de ampliacin
. Costo,
a. Continuidad y Calidad de Suministro de Potencia y E-
nergfa
Que se puede medir -con el conocimiento del nmero de
-
veces que un esquema deja de suministrar potencia yenerga y el tiempo que estas interrupciones duran,
puesto que tal .situacin' eleva el costo de la subesta -
cin por ingresos no percibidos al no vender servicio
elctrico a los usuarios.
b. Operacin
La puesta en servicio de un esquema de barras y su
funcionamiento en estado normal, desconectando Ifneas
o transformadores o conectndolos segn lo solicite el
sis tema 3 requiere el manejo de sus elementos, en elorden necesario, anotndose tambin que la mayora de
esquemas de barras involucran transferencia de funcio-
namiento de una seccin a otra, ya sea para efectuar
mantenimiento o por falla de 'ellas. La operacin de
un esquema se refiere entonces a la mayor o menor
cantidad y complejidad de maniobras requeridas paralas situaciones nombradas anteriormente.
c. Proteccin
La conservacin del equipo y la continuidad de' servicio
en una subestacin, en caso de fallas, requiere configijraciones de elementos de proteccin, que varfan de a -
cuerdo al esquema de barras empleado y que pueden ser
simples o complicadas, considerando el nmero de sali^
das y la ubicacin misma de tales elementos en el es -
quema.
-
3.
d. Facilidades de Ampliacin >,
En la mayora de casos, las subestaciones son suscep_
tibies de tener ampliaciones, por esto} se tiene que
considerar las fecilidades que el esquema de barras
prestar al realizar las extensiones requeridas sin in-
terrupciones de servicio.
e. Costo
Aspecto de singular importancia que es deseable sea lo
ms 'bajo posible, pero a la vez consistente/ sobretodocon la continuidad de servicio y con los dems aspee -
tos ya sealados.
1 .2 CRITERIOS DE COMPARACIN ENTRE ALTERNATIVAS
La seleccin de uno de los esquemas de barras en estudio
se realiza, dando mayor importancia a la medida de conti -
nuidad y calidad de suministro de potencia y energfa o segu_
ridad de funcionamiento, que el. esquema provee y al costo
del mismo. . '
Se obtiene con esto un criterio tcnico-econmico que invo_
lucra el mayor tiempo de funcionamiento de una subestacin,
al menor costo posible. .
El estudio de la seguridad de funcionamiento de un esquema
-
4,
se designa_ con el nombre de confiabllidaC.I,,
1.3 ELEMENTOS DE UN ESQUEMA
Por lo general, se divide a'Vos elementos constitutivos deun esquema en dos grupos:
a. Barras '
b. Elementos' Asociados a las Barras
Disyuntores, seccionadores asociados a l y a todo el
equipo auxiliar como son los transformadores de poten_
. cial y de corriente, elementos de proteccin, etc. que
operan con cada disyuntor. El conjunto se denominaposicin de interrupcin.
Es en estos dos tipos de elementos constitutivos de un es-
quema 3 en los que pueden ocurrir fallas o averas, cuya
frecuencia dar la mayor o menor conftabilidad del esquema
e n estudio. ' . ' .
2. FRECUENCTA DE FALLAS, REPARACIN V MANTENTMIENTO DE BARRAS.
La mayora de artculos tcnicos especializados consideran -qu la frecuencia de fallas en barras es un valor muy pe-
queo, fijo e independiente del nmero de elementos asocia^
-
dos a ellas _, sin embargo, es conveniente''.anotar que un ma
yor nmero de estas fallas se debe principalmente a la con
taminacin de los aisladores _, lo que lleva a pensar que
mientras ms puntos de aislamiento tenga un esquema de ba
rras_, mayor ser la probabilidad de falla en barras.
Se define: .
p = Frecuencia de fallas en barras (fallas/ao x barra)
Este valor describe sobre todo al nmero de fallas monof_
sicas a tierra que son las rns frecuentes.
TABLA N^ 1
TIEMPO DE SUSPENSIN DE-SERVICIO DEBIDO AFALLAS EN BARRAS
Esquema . t
Barna simple . * 120 horas-(rep. de la barra)Doble barra un disyuntor ;" ..0.5 horas (transf. fue.)Barra principal y transferencia 120 horas (rep. de'la barra)Doble barra doble "disyuntor 0.5 horas (transf. fue.)1 1/2 disyuntores 0.5 horas (transf. fue.)
Cuando ha ocurrido una falla en una barra, se estima que
el tiempo de suspensin de servicio debido a sta (t|), de_. pende del tipo de esquema 5 ya que en unos casos se pierde
-
6.
continuidad de servicio por el tiempo necesario para repa-
racin de barras y en otros, por el tiempo requerido para
transferencia de'funcionamiento de una seccin a otra, es-
te tiempo se indica en la Tabla N- 1, (Ref; A1)
Puesto que, para efectuar mantenimiento de posiciones de
interrupcin -o en caso de fallas, para reparacin de stas,.
a. Desconexin Rpida . .*.
La mayorfa de fallas en barras estn acompaadas de
arcos que pueden causar daos considerables a una ins_
talacin, por lo que se estipula que para minimizar es_
te dao y la consecuente suspensin de servicio, el
sistema de proteccin debe ser capaz de ordenar aper
i tura de disyuntores en el menor tiempo posible (mxi-' mo un ciclo); en esta forma con el tiempo de operacin
de un disyuntor (dos, tres ciclos), se tendrfa un tiem-po de flujo de la corriente de falla menor que 10O miU_segundos, limite que se considera que una vez sobrepa_
sado requiere el reemplazo de una co.nsiderable cantidad
.de equipamiento por daos ocasionados por la falla en el
caso de subestaciones de_ sistemas interconectados.
b. Confiabilidad
Cualidad que permite garantizar la operacin de los re_
les y en definitiva del o de los disyuntores que coman-
da el esquema de protecciones, en caso de ocurrir la
falla para la cual ha sido diseado. Es deseable tener
la certeza de un funcionamiento correcto, sin deseo -
nexiones errneas de secciones de barra que pueden pro_
ducr la interrupcin de servicio a grandes reas y la
consiguiente prdida econmica por energfa no servida. -
-
50.
c. Selectividad
Las protecciones de barra deben responder solo en el
caso de falla dentro de la zona que ellas protegen 3 des
conectando solo aquellas barras o secciones que son a
fectadas directamente por la avera. La regla general
que debe seguirse es la de evitar de la mejor maneradesconexiones innecesarias.
d . Flexibilidad en Operacin
Bajo ninguna circunstancia, el sistema-de proteccin de_be representar un obstculo para la operacin de la
subestacin . . En funcionamiento normal., mantenirruen_
to o reparacin de elementos del esquema de barras de_
be emplearse por lo general, algunas secciones en reern^
plazo de otras, lo cual. debe efectuarse sin tener que
prestar ninguna atencin al sistema de protecciones pues_
to que ste debe disearse de tal manera que su trans-
ferencia sea realizada sin intervencin de operadores.
La proteccin de barras debe entonces seguir automti_carnente la operacin o maniobra y proveer constante-
mente una imagen verdadera del estado momentneo del
sistema de barras.
e. Facilidades de Modificacin y Extensiones
.Las configuraciones -de barras generalmente son modifi
-
cadas y extendidas varias veces- en el curso de los a -
os, por esto, el diseo del sistema de protecciones
debe ser flexible de tal. manera que se adapte a cual -
quier situacin nueva que pueda presentarse,
f. Facilidades para Pruebas
Puesto 'que la operacin de las protecciones de barras
es relativamente rara, es deseable que su diseo pro
vea facilidades para probarlo con el fin de asegurar al
mximo posible su correcta operacin.
En consideracin a los requerimientos indicados _, se han
diseado varios mtodos de proteccin de barras que
cumplen en mayor o menor grado los objetivos anota -dos, siendo los principios de. funcionamiento los que se
indican a continuacin:
3.2 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE
PROTECCIN DE-BARRAS
.Al ocurrir una averfa^ el sistema de proteccin de barrasdebe funcionar efectuando las operaciones siguientes:
a o Decidir si la fella'o averfa est localizada dentro o
fuera del sistema de barras *
b. Seleccionar la barra afectada por la falla. ^
-
52.
c. Interrumpir los alimentadores conectados a la barra a_
veriada.
Todas estas decisiones deben ser tornadas simultneamente,
si el esquema de barras lo permite.
El mtodo de proteccin ms empleado y que mejores carac_terfsticas presenta dentro del marco establecido por las
normas de funcionamiento ya indicadas es el de la protec-
cin diferencial que a continuacin se indica.
3.3 PROTECCIN DIFERENCIAL
Se basa en la comparacin de las corrientes que entran y
salen de un grupo vo sistema'elctrico. El principio de
funcionamiento se indica en la Figura 1.6.
.-ELEMENTO PROTEGIDOy -
Fig. 16
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LA PROTECCINDIFERENCIAL
-
-53..
Si 11 e 12 son iguales, por la rama AB no circular corrien
te. Si son diferentes, por AB circular su diferencia que
podr energizar -la bobina de operacin de cualquier rel/or
denando el accionamiento de disyuntores que separen al ele
ment falloso del sistema.
El empleo de los transformadores de corriente en los esque_
mas diferenciales de proteccin es una de las aplicaciones
ms crticas-, por el gran nmero de circuitos involucrados
y los diferentes niveles de energizacin encontrados en los
varios circuitos,
En estos esquemas 3 el comportamiento del rel empleado es
funcin de la exactitud de reproduccin no solamente de la
corriente de carga .sino tambin de toda corriente de falla.
Cabe indicar que la saturacin de los transformadores de co_
rriente en presencia de corriente continua, es una condicin
rnuy severa puesto que puede ocurrir que una pequea magra
tud de corriente (de una falla asimtrica) sature el ncleodel transformador reduciendo apreciablemente la precisin
en la transformacin del valor de corriente a\,
lo que determinara la aparicin de corrientes diferenciales
grandes que pueden provocar, una falsa operacin del rel
del esquema diferencial.
Este problema puede ser solucionado por varios mtodos,
asf:
-
54-V
. Eliminando el hierro en los ncleos de los transformafdores "de corriente. Se emplea los llamados acoplado-
res lineales.
b'. Uno del rel diferencial de: porcentaje variable., diseado para ser insensible a la- saturacin a corriente direc
ta.
i el Uso del rel diferencial de alta impedancia.
/Una evaluacin del mtodo de proteccin diferencial ms a-
j decado est fuera del alcance de este trabajo, .Para cumplircon los objetivos del mismo., se ha seleccionado el uso delrel diferencial de alta^tapedancia, porque'este permite des_ *
cribir la aplicacin de equipo auxiliar convencional;
3.4' CIRCUITO DIFERENCIAL DE ALTA IMPEDANCIA ._
Emplea un rel diferencial de alta impedancia que discrim_i_
na entre fallas externas e internas a la. zona protegida en
base al voltaje que mide. .
Para este circuito., es necesario que la resistencia de los
secundarios de los transformadores de corriente se mante_n_
ga baja para el caso de ocurrencia de una falla, lo cual 1^mita las aplicaciones solamente a los transformadores tipo
bushing -o de devanado distribuido.
-
55-
A continuacin se describe los casos en los que puede ope-
rar un circuito diferencial .de alta impedancia. Se supone
que se est protegiendo por este mtodo una barra a la que
llegan cuatro lneas: dos de-alimentacin y dos de carga.
a e Operacin Normal
Aqu, la diferencia entre las corrientes primarias fluyera
do para y de la barra es cero. Tericamente_, no hay
una corriente diferencial fluyendo a travs del rel, sin
embargo, puede aparecer una de un valor pequeo, deb-
do a la transmisin de errores de los .transformadores
de corriente, lo que permitir el aparecimiento de un
potencial -sobre el rel, que es bastante bajo respectodel nivel d respuesta de ste,
b. Falla Externa
Para cualquier condicin de operacin de un sistema de
barras, los secundarios de los transformadores de co -
rriente de las diferentes salidas y el rel de alta impe_
dancia resultan conectados en paralelo y en falla exter-
na, pueden darse dos casos: que los transformadores
de corriente de la ifnea fallada resulten saturados o no
saturados.
En el caso de que los transformadores no resulten satu_
rados, la diferencia entre .las corrientes que 'salen
-
56.
y entran a las barras es cero y de rgual manera que en
operacin normal., la corriente diferencial que puede a
parecer ser mnima. (Fig. 17)
Fig. 17-
FALLA E>CTERNA
Si los transformadores conectados a la Ifnea -fallada re_
sultn totalmente saturados, presentan como impedancia
solamente la resistencia del cobre de sus bobinados se_
cundarios3 por -donde circula la corriente secundarla de
los transformadores de los circuitos de alimentacin, lo
cual produce una cafda de potencial que es menor que el
' nivel de -respuesta del rel . . .
-
57.
c. ' Falla Interna
Cuando, ocurra un cortocircuito en la barra (Fig. 18)_,i
la corriente secundaria de los transformadores de los
circuitos de alimentacin .queda limitada por la impe-
'dancia de los transformadores de los circuitos de car_
ga y la del rel de_ sobrevoltaje* Como estas impeda_ncas son altas, los transformadores de los circuitos de
alimentacin operan prcticamente como si estuvieran
en circuito, abierto y el voltaje que aparece en bornesdel rel es mucho mayor que para el caso de falla ex
terna'. La cada de potencial a la mhirna corriente de
cortocircuito, debe estar sobre el nivel.de respuesta y
causar la operacin del rel.
Fig. 18
FALLA INTERNA
-
58.
Por lo general, el rel de alta impedancia tiene conec
tado en paralelo un elemento resistivo no lineal con el
objeto de protegerlo en caso de corrientes altas de fa' lia.
El funcionamiento de un circuito diferencial de alta irn_
vs pedancia puede. _utilizars.e para varios tipos de esquemas\ de barras., formando parte de un sistema de proteccin
/ que debe, cumplir en lo posible y de acuerdo al esque
ma -de barras tratado3 con' los principios de funciona -
-' v miento que ya han sido enunciados.
A continuacin se desarrolla someramente los sistemas
de proteccin para algunos esquemas de barras3 basados
en el empleo del rel de alta impedancia 3 suponindose
que al esquema en estudio estn llegando dos lneas de
alimentacin y que salen dos lneas de carga.
3.5 ESQUEMA DE PROTECCIN PARA BARRA SIMPLE
En este caso, el sistema de proteccin decide si la falla es_
t dentro o fuera de la barra. Si la avera es interna., o
peran los disyuntores de todos los alimentadores.
Los. transformadores de corriente empleados son los de tipo
bushing por-la razn indicada anteriormente y su ubicacin
se muestra en la Figura 19.
-
-BARRA
59,
DISYUNTOR [T.CJ
PROTECCINDE B A R R A
Fig. 19
UBICACIN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
-En este esquema se requierey a ms del rel de alta impe
dancia, de un rel de bloqueo cuya funcin es la de coman_
dar el disparo de los disyuntores y cortocircuitar los bornes
del rel de alta impedancia.
.Las conexiones al circuito de potencia y al circuito de co
"miente continua se indican en forma esquemtica en las Fi_
-guras 20 y 21 .
Cabe indicar que para el caso de funcionamiento del siste-
ma de proteccin-, por avera interna, se -debe preveer un
>:c-ircuito de control que bloquee cualquier reconexin que los
-^circuitos de apertura, y cierre de disyuntores puedan ser
vcapaces de -realizar,.
-
60.
Fig'. 20DIAGRAMA ESQUEMTICO UMIFILAR DE CONEXIONES AL
SISTEMA DE POTENCIA, ESQUEMA DE BARRA SIMPLE
PARA OPERACINDISYUNTORES
86 B
Fig. -21
DIAGRAMA ELEMENTAL DE CORRIENTE CONTINUA PARA
PROTECCIN DEL ESQUEMA DE BARRA SIMPLE
-
6T.
3.6 ESQUEMA DE PROTECCIN PARA BARFJA PRINCIPAL YTRANSFERENCIA
Si una averfa ha ocurrido^ el sistema de proteccin opera-r en dos posibles estados del esquema de barras.
- Estado normal. _
-t Mantenimiento de una posicin de interrupcin.i . '
En estado normal de funcionamiento, al igual que en el ca-
so de barra simple, al ocurrir una averfa, el sistema de.
proteccin decide si esta es externa o interna y en este l
timo caso operan los disyuntores de todos los alimentado
res.
Si una posicin de interrupcin est en- mantenimiento 3 la
posicin de transferencia la reemplaza, y si ocurre una a
verfa interna el sistema de proteccin acta como en el ca_
so del estado normal, operando los disyuntores 'de todos los
alimentadores.
Las conexiones al sistema de potencia se indican en formaesquemtica en la Figura 22, anotndose que para este es_
quema de barras, las conexiones al circuito de corrientecontinua son similares a las del esquema de barra simple
mostradas en la Figura 21 . -
-
B-
PRIN
CIPA
L
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\;
\\
86
B
B. TR
ANSF
.
Fig
.
22
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CD
-
63.
Tambin en' este caso se debe prever par.a el circuito de
disparo de disyuntores 3 un circuito que bloquee el recierre
de estos al operar el sistema de proteccin de barras.
3,7 ESQUEMA DE PROTECCIN- PARA DOBLE BARRA CONUN SOLO DISYUNTOR Y "BY.PASS"
.Este esquema p.uede encontrarse en tres estados de funcio-
namiento: :
- Estado normal.
- Mantenimiento de una posicin de interrupcin,
- Mantenimiento de una barra.
El mtodo de proteccin que para este esquema puede em-
plearse considera los estados de funcionamiento descritos
y cumple en- grado aceptable con los principios de funciona_
miento indicados en el numeral 3.2, de la siguiente mane-
ra-: . . . .
a. Estado Normal
En este caso, el sistema de proteccin decide si la fa_
lia es interna o externa, mediante el rel diferencial
de alta impedancia. Los rels direccionales de fase y
de tierra empleados a uno y otro lado del disyuntor de
acople (Figura 23) discriminan si la falla es en una uotra barra y ordenan la operacin de todos los disyunto_
res.
-
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or
-
65.
La seleccin de los disyuntores conectados a la barra
fallada se realiza empleando contactos auxiliares de los
seccionadores selectores de barra en serie con la bobi_
na de disparo de cada disyuntor (Figuras 24 y 25).
b. Mantenimiento de una Posicin de ' Interrupcin
La ubicacin de los transformadores de corriente den-
tro o fuera del "by pass" tiene gran importancia para
el caso de. efectuar mantenimiento de una posicin de
interrupcin. Si los transformadores se ubican fuerat
el esquema de proteccin no vara y opera en idntica
forma que en el caso de estado normal del esquema de
barras.
Si los transformadores de corriente se ubican dentro
del "by-pass", al efectuar. mantenimiento de una posi-
cin de interrupcin., los respectivos transformadores
de corriente saldran del circuito diferencial de alta
impedancia, ocasionando el funcionamiento del rel di-
ferencial por la presencia .de una corriente diferencial'
falsa. En este caso, 'se presenta como solucin, el
empleo de llaves manuales (43) y de un adecuado modode operacin del esquema de barras, por la necesidad
de reemplazar el disyuntor en mantenimiento por el de
acople de barras.
En el caso descrito-, es necesario que antes de sacar
-
87 B =
IC
S =
87
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-
68.
la posicin elegida para efectuar mantenimiento , todas
las dems posiciones de interrupcin sean conectadas
a. una sola barra, quedando la otra, a funcionar como'
barra de transferencia con la posicin a mantenerse co_
nectada a ella. Con esto se logra reemplazar la posi-
cin en mantenimiento, por la posicin de interrupcin
de acoplamiento de barras.
Una vez -realizada la operacin anterior se debe manipu
lar la llave manual (43) correspondiente, segn la barraque se utilice como de transferencia, suspendindose en"
este momento la operacin del rel diferencial hasta sa_car completamente la posicin que va a mantenerse, _u
na vez realizada esta operacin se vuelve a introducir
la proteccin incluyendo los transformadores de corriera
te correspondientes', ubicados a un lado y otro de la po
sicin de acoplamiento, completando la operacin de la
llave manual (43).
La secuencia de accionamiento para este esquema de
barras y su proteccin en este caso puede resumirse
asf:
- Conectar todos los alirnentadores, a excepcin del
que va a mantenerse, a una sola barra.
- Operar la llave 43 hasta su posicin intermedia.
- Separar la posicin de interrupcin completa.
- Completar la operacin de la llave manual (43).
-
69.
Los contactos de las llaves 43 se indican en la Figura
26*
CON-
TACTO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
II
12
' POSICIN
NORMAL
X
X
X
-
DESCON.
X
-x
X
INTERMED
X
X
X
X
X
X
TRANSF.
X
X
X
CORTOCIRCUITO DE T. C. UBICA-, DOS EN LA POSICIN DE INTE-
RRUPCIN DE ACOPLAMIENTO
INTRODUCCIN DE T. C. DE LAPOSICIN DE ACOPLAMIENTO EN.EL CIRCUITO DIFERENCIAL
CORTOCIRCUITO DEL(, REL DIFERENCIAL
X CONTACTO CERRADO '
Fig. 26 '
1 CONTACTOS DE LA LLAVE MANUAL 43
-
70.
c. Mantenimiento de una Barra
Para esta situacin conviene emplear contactos auxilia
res tipo " b" del disyuntor de acople que sacan del cir_
cuito de corriente continua los contactos de los rels
discriminadores de barra fallada (21B-13 21B-2, 67NB-1, 67NB-2) y permiten la operacin -de todos los dis-yuntores conectados a la barra en funcionamiento, al
ser detectada una falla interna por el rel diferencial
de alta impedancia. La" conexin de los contactos auxi_
liares del disyuntor se indica en la Figura 24 y la se-
cuencia de accionamiento u operacin para este caso es
la siguiente:
- Conectar todas las posiciones de interrupcin de los
alimentadores a la barra'que va a quedar en opera
cin.
- Abrir posicin de interrupcin de acoplamiento.
4. EVALUACIN DE LOS ESQUEMAS DE PROTECCIN
La complejidad de los esquemas de proteccin aumenta con_forme se complican los esquemas de barras. Sin' embargo _,
puede decirse que conociendo un medio de proteccin para
un esquema simple puede, mediante algunos refinamientos,
aplicarse a un esquema ms complejo.
Del estudio de la aplicacin de rels diferenciales de alta
-
71 .
impedancia puede verse que aquella realizada en' el esque-
ma de doble barra con un solo* disyuntor y "by pass" es la
.que mayores refinamientos y complicaciones para operacin
requiere, ganndose sin embargo todas las caractersticas
convenientes que presenta este esquema de barras.
El costo de un esquema de proteccin en cuanto a rels y
paneles que para ellos .se necesita, es insignificante frente
al costo de equipamiento de una subestacin., razn por la
cual,- no se debe escatimar ningn componente que mejoreel sistema de proteccin,
Conviene tambin, tomar en cuenta .que se debe tratar de
evitar el diseo de una proteccin rnuy sofisticada que si
bien puede efectivizar su operacin^ puede complicar el
funcionamiento del esquema de barras,
-
C A P I T U L O I I I
APLICACIN A LA SUBESTACIN MILAGRO
1. CARACTERSTICAS DE LA SUBESTACIN
- La Subestacin Milagro ser un importante eslabn en el
Sistema Nacional Interconectado y recibir energa de la
Subestacin Paute mediante un doble circuito a 230 Kv.
Su funcin ser la de reducir la tensin a los niveles de
138 y 69 Kv. para servir a las Provincias de -Guayas} Los
Ros y El Oro o Milagro actuar tambin como subestacin
seccioradora entre las Subestaciones Paute y Pascuales y
su, ubicacin se indica en la Figura 27.
1 .1
Miilagro funcionar a su potencia nominal alrededor del ano
1990 (180 MVA) y se tiene previsto un programa de instala_cin de equipo que toma corno referencia los aos 1982 y
1988 (Ref: E1) as:
1982 Instalacin
4 lneas a 230 Kv.
2 lneas- a 138 Kv,2 lneas 69 Kv.1 banco de 3 auto transformador es monofsicos ms uno
-
NA ESMERALDAS
73.
COLOMBIA
CENTRAL TRMICA QUITO30+ 25 MV/
E.E.QU1TO |S (H,O IBAfiAA
CENTRAL TRMICASTO. DOMINGO
300
PiSAYAMBOCENTRAL PUCAR
69.2 MW
CENTRAL7^MW?i'
EMELEC
_ GUAYAQUIL'= 146 MW
143.5 MW (T)
sQ ;CUENCA
PAUTECENTRAL MOLINO
| Etapa503 MW
MCHALAE.E. CUENCA 15 MV/
10MWH}5MW (T)
"
&
A"Q LOJA
. 9-82-SISTEMA NACIONAL TJTERCONECTAOO ssovv. DOSLE
StSTEMA NACIONAL 1NTERCONECTAOO 23O VV. SIMPLE
, SISTEMA NACIONAL IMTERCOfJECTADO 133 W.
CIRCUITO
ClftCU.TQ
. 27
UBICACIN- DE LA SUBESTACIN
'-MILAGRO
-
74.
de reserva de relacin 230-138-13.8 Kv. ; 30/40/50
MVA (OA/FA/FOA). . 1 transformador trifsico de relacin 138-69 Kv. 4O/
53.3/66.7 MVA (OA/FA/FOA)
1988 - Instalacin de: .
1 lnea a 138 Kv.
3 iCneas a 69 Kv.
- 1 banco de 3 autotransfdrmadores monofsicos de rea
cion 230-138-13.8 Kv.; 30/40/50 MVA (OA/FA/FOA).- 1 autotransformador trifsico de relacin 138-69 Kv.;
40/53.3/66,7 MVA (OA/FA/FOA).
La Figura 28 muestra el equipamiento en forma cronolgica
1.2 CORRIENTTES MXIMAS EN POSICIONES DE I[\JTERRUP -CION
En base a los estudios de flujo de carga mxima entre losaos. 1982 y 1990 (Ref: .E2), y con las siguientes considera_ciones para las diferentes posiciones de interrupcin:
a. Posicin de Interrupcin de Lnea a Doble Circuito
Operando en dos situaciones:
Condicin normal: cada circuito porta su respectiva
corriente.
-
75...
PASCUALES PAUTE
BABAHOYO
I It t t I
230 kV
_ 230-138-13.8 kV
138 kV
138 - 69 kV
69 k V
EL ORO
EQUIPAMIENTO 1982
EQUIPAMIENTO 1988
LINEA DE UN CIRCUITO
f/ LINEA' DE DOBLE CIRCUITO
Fg. 28
EQUIPAMIENTO DE LA S/E MILAGRO
-
76.
- Emergencia: un circuito ha salido del sistema y
su corriente es conducida por el circuito restante,
b. Posicin de Interrupcin -de Lfnea de un Solo Circuito
Que operar solo para estado normal; y,
c* Posicin de Interrupcin para Autotransformador
Para la cual se tomar como corriente normal la del
rgimen FA y como corriente de emergencia la del re
gimen FOA5 se obtuvieron los valores .de corrientes
mostrados en las Tablas .Nos. 9 y 10 indicndose tam-
bin el ao en que tales corrientes tendrn sus mximos
valores,
TABLA No. 9
CORRIENTES MXIMAS . PARA. POSICIONES DE
"INTERRUPCIN DEL. SECTOR'DE aso KV.
Posicin
L/T Paute-Milagro.
L/T Milagro-Pas -
cuales .
Autotransformador
230-138 Kv.
Ao
1983
-
1983
_
Corriente.' normal
(A)
564
468
301
CorrienteEmergencia
(A)
1 . 1 28
936
377
-
77.
TABLA N 10
CORRIENTES MXIMAS PARA POSICIONES DEINTERRUPCIN DEL SECTOR DE 138 KV.
Posicin
L/T Milagro-El Oro
\-/T Milagro-Babaho
yo.
Auto transformador
230-138 Kv.
Auto transformador
138-69 Kv.
Ao .mf
1990
1990
Corriente-normal
(A)
161
150
502
223 '
CorrienteEmergencia
(A)
322
-
63O
279
1.3 CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO
Los valores de corriente encontrados en base a los estudios
de cortocircuitos realizados para el Sistema Nacional Inter_
conectado para fallas trifsicas y monofsicas a tierra se
presentan en las Tablas Nos. 11 y 12 y para los aos 1983
y 1990.
Los valores de corrientes de cortocircuito para el ano 1983
se emplearn para el clculo de ajustes de rels diferencia_les, mientras que los indicados para 199O servirn como
base para la seleccin del" aislamiento del equipo necesa -
rio.
-
78.
. - - TABLA N^ 11
CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO AO 1983
Naturaleza de la corriente
Corbocircuito trifsico nterno (valor mnimo)
Cortocircuito monofsico atierra interno (valor mnimo) .
Cortocircuito trifsico externo (mximo) .
Cortocircuito monofsico atierra externo (mximo)
' Valor (A)Sector230 Kv.
1 ,425
2,045
2,854
5j787
Sector133 Kv.
1 5990
2,710
4,740
4,584
TABLA N- 12
CORRIENTES DE .CORTOCIRCUITO AO .199O
Naturaleza de la corriente
Cortocircuito trifsico nterno (valor mximo)
Cortocircuito monofsico atierra interno (valor mximo)
Valor (A)
Sector230 Kv.
7,766
9,551
Sector138 Kv.
9,843
12,797
-
79.
2. SELECCIN DE LOS ESQUEMAS DE BARRAS
2.1 ' GENERALIDADES
La seleccin de los esquemas de barras se realizar inde
pendientemente para los sectores de 230 Kv. y de 138 Kv.,
para luego vincular los esquemas ms econmicos en cada-
caso y elegir de esta manera la alternativa ms convenien
te o
La evaluacin econmica del equipo considerado para esta
subestacin se realizar tomando en cuenta, el programa de
equipamiento y llevando a valor presente al ao base 1982.
La evaluacin de prdidas por interrupciones de servicio se_
r realizada para el ao 1990 asumindose que dicho cargo
anual es el que se tendr para cualquier ao dentro de la
vida 'til, de la subestacin.
Para 'la evaluacin de la continuidad y calidad de sumins -
tro de potencia y energa de los sectores de 230 y 138 Kv.,
se requieren como datos las potencias que manejan las dife_rentes posiciones de interrupcin, las que se muestran-en
la Figura 29 (Ref. E2). De la misma figura cabe destacarque por trmino medio, todo el sector de 230 Kv. tendr u_
na potencia -de 355 Mw.3 valor que se considerar como la
potencia total de la subestacin, mientras que el sector de
138 Kv, tendr una potencia de 96 Mw.
-
80.
PASCUALES JL. 4 PAUTE
BABAHOYO -*-
129.65
48.09
-48.09
18.03 18.0;
- 177.74
48.09
-48.09
' -18.03 -18.03
18.03 21.0-4
69 KV
230
138 kV
EL ORO
LOS NMEROS SIN UNIDAD INDICAN POTENCIASPOR CIRCUITO,
._ LAS POTENCIAS CON SIGNO -t- SON LAS QUE SA-LEN DE LA BARRA Y LAS QUE TIENEN SIGNO SON LAS QUE ENTRAN A LA MISMA.
Fig. 29
POTENCIAS EN POSICIONES DE INTERRUPCIN
-
81 .
2.2 SELECCION-DEL ESQUEMA DE BARRAS PARA EL SECTOR
DE 230 KV. . ^. n
Se han considerado las siguientes alternativas:
Alternativa A2:
Alternativa B2:
Alternativa C2;
Barra simple.
Barra principal y transferencia,
Doble barra con un solo disyuntor y
"by pass",
2.2.1 Evaluacin de la Continuidad y Calidad de Suministro de
Potencia y Energa
.Con'los datos sealados y por el uso de las Tablas Nos,, 2 y 3
(Captulo I), y para las alternativas anota das, se obtienen losvalores indicados en las Tablas Nos, 13, 14 y 15.
TABLA No. 13
ALTERNATIVA A2: BARRA SIMPLE
(Ref: Fig. 30)
TIPO DE AVERIA
EN LA B A R R A
EN-POSICION DE
INTERRUPCIN
GRAVE
LEVE
TOTAL
"TOTAL..
NUMERO ANUAL - DE AVERIAS
DENOMINAS.
. 01.
. -031
G32
G3T
KT
fAVERIAS^VALOR-L AO J
0. 02
0.12; .
0.30.
' 0.42
0.44
TIEMPO TOTAL DEINTERRUPCIN
DENC.MINAC.
H1
H31
H32.
H3T
HT
VAU)Rp25ASIr]^ ANO j
2.4
13.751
2.29
16.25
18.651
-
82,
.TABLA No. 14
ALTERNATIVA B2:
BARRA PRINCIPAL Y TRANSFERENCIA
"(Ref: Fig. 31)
TIPO DE AVERIA '
EN LA BARRA PRINC.
EN BARRA DE
TRANSFERENCIA
EN POSICIN DEINTERRUPCIN
SIMULTANEA EN
POSICIONES DE
' INTERRUPCIN ^
SIMULTANEA ENB A R R A S
TOTAL
NUMERO ANUAL DEAVERIA'S
DENOMINAC.
G1
'G2
GT2
G2T
G3
' : G4
G!4
G4T
G5
' KT
f AVERIAS 1VALH ANO J
'0.02
0.00066
0.0001
0.0008 -
0.42
0.0120
0.001
01013
0
0.4538
TIEMPO TOTAL DEINTERRUPCIN
DENOMINAC.
H1
H2
H
-
83.
TABLA No. 15
ALTERNATIVA C2:DOBLE: BARRA CON UN SOLO DISYUNTOR Y "BY PASS"
(Ref: Fig. 32).
TIPO DE - AVERIA
i
EN LA BARRA PRINC.
EN BARRA DE
TRANSFERENCIA
EN POSICIN DEINTERRUPCIN
.. ..SIMULTANEA EN
POSICIONES DE
INTERRUPCIN t * *
SIMULTANEA ENB A R R A S
TOTAL
NUMERO ANUAL DEA V E R I A S
DENOM1NAC.
G1
. '-G2
G''2 '
G2T
. G3
' - G4
G'4
G4T
G5
KT
(AVERIAS 1^MLurt 1 AO. J
0.02
0 , J0066
0..0001 -
'- 0.0.0.076
0.42
0.0120
0.001
0.0130
. OOO6
0.4544
TIEMPO TOTAL DEINTERRUPCIN
DENOMIN'AC.
H1
H2
H'2
H2T
H3
.H4
H'4 .
H4T
'H5
HT
fHORAS INT.lVAUJKL AO J
0.01
O.O317
0.0118
. 0.0435
O. 21
0.1893 '
0.1151
0.3044
0.072
0.6399
-
84.
PASCUALES
. P A U T E
t i\ L
( A i
AUTOTRANSFORMADORES230-138- 13.8 kV
Fig. 30
ALTERNATIVA A2: BARRA SIMPLE
PASCUALES
L L L\&
B.T.
(fe ^
L\.
ALTERNATIVA B2:
AUTOTRANSFORMADORES230- 138- 13.8 kV
Fig. 31
BARRA PRINCIPAL Y TRANSFERENCIA
-
85.
PASCUALES PAUTE
B 2
AUTOTRANSFORMADORES230- 138- 13. 8 k V
Fg. aaALTERNATIVA C2: DOBLE BARRA CON UN SOLO DISYUNTOR Y
"SY PASS"
-
8-6.
2.2.2 Evaluacin del Costo Anual por Interrupciones de Servicio
Con los siguientes costos por potencia y energa Interrump
das (Ref: A1):
Cp = US$ 200/KwCe = US$ 100/Kwh.
Los valores obtenidos en 2.2.1 y en base-a la tarifa, bino-
mia (F-2). '
Ca K x C x P + H x C x P
se obtienen los siguientes resultados:
TABLA. No. 16
COSTO ANUAL POR INTERRUPCIONES DE SERVICIO
Alternativa
- A2
B2
C2
Cai (US$)
693,350
1 37 , 225
54,978
2.2.3 Evaluacin del Costo Anual de Recuperacin de Capital
Se toma en cuenta los precios de los siguientes equipos.,
notndose que se ha considerado un escalamiento anual del
-
87.
orden del 5 %, asf:
Equipo
Disyuntor
Seccionador
Pararrayosi
Divisor capacitivo de potencial
Precio US$1982
135,000
60,000
. 13,000
30,000
Precio US$1988
180,000
80,000
1 8 , 000
40,OOO
Para cada posicin de interrupcin, a excepcin de la de trans_
ferencia (en el caso de que el esquema lo requiera), se haconsiderado la utilizacin de tres pararrayos (uno por fase)y tambin el empleo de tres Divisores capacitivos de poteri
cial para cada posicin de interrupcin de lnea y tres para
medicin y control de cada barra.
En cuanto al costo de estructuras-, se ha tomado como base,
el precio global de las empleadas en el esquema de doble
barra con un solo disyuntor (Ref: C8), estimndose que pa_ra los dems esquemas, pueden considerarse acertados, a
proxtmadamente los siguientes porcentajes:
Barra simple
Barra principal y 'transferencia
30 %
100 %
Para el 'rubro por instalacin del esquema y para efectos de
-
este estudio se ha considerado el 25 % del costo de es tructuras.
Los resultados globales se presentan en las Tablas Nos. 17
y 18.
.Todas las inversiones programabas para el ao 1988 han si
do llevadas a un valor presente en 1982 considerando un in
teres del 12 % mediante el factor:
PWF = 0.5066
El costo total de cada alternativa en el ao 1982 se presen.
TABLA N2- 19
COSTO TOTAL DE CADA ALTERNATIVA
Alternativa
A2
B2
C2
Inversin- 1982
1*947,000
2*564,100
S'254,100
Valor presente 1982de inversin 1988
202,550
249, 9OO
331 ,000
Total
2' 149, 550
2'814,000
S'585,100
El costo anual de recuperacin de capitales ha sido calcula_
do considerando que el equipo tiene una vida til de 30 a -
os, y empleando un inters del 12 % mediante el factor:
-
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1 3 3
Cos
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180
.,00
0
240
,,00
0
54
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0
15
,40
0
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00
49
3,3
00
. A
ltern
ativa
C
2
Can
tidad
1 5 .
3
--
Cos
to
180,0
00
400 .,00
0
54
,00
0
15
,40
0
3,0
00
653^
300
CD O
-
91 .
CRF = 0.12414
De la siguiente manera:
TABLA N2- 20
Alternativa
A2
B2
C2
Costo
Costo anual de recuperacin' de capital (US$)
266,845
349,330
445 .,055
Anual Total
Se presenta a continuacin:
TABLA N*. 21
COSTO ANUAL TOTAL
Alternativa
A2
B2
C2
Costo anual. por interrup_cin.
693,350 '
137,225
54,978
Costo anualrecuperacinde capital
266,845349,330
445,050
Total anual.
960^195
486,555
500,028
De la Tabla anterior puede elegirse como alternativa ms e^
conmica la del esquema' de barra principal y transferencia
(Alternativa B2).
-
92.
2.3 SELECCIN ^ DEL ESQUEMA DE BARRAS PARA EL SEC-TOR DE 138 KV.
.V,
Se consideran las siguientes alternativas:
Alternativa Al:
Alternativa B1:
Alternativa C1:
Barra simple.
Barra principal y transferencia,
Doble barra con un solo disyuntor y
"by pass".
2.3.1 Evaluacin de la Continuidad y Calidad de Suministro de Po-'
tencia y Energa
En forma similar al caso del sector de 230 Kv., se ob t i e -
nen los resultados:
TABLA N- 22
ALTERNATIVA A1 : BARRA SIMPLE
(Ref: Fig. 33)
TIPO DE AVERIA
EN LA B A R R A
EN POSICIN DE
INTERRUPCIN
GRAVE
LEVE
TOTAL
/TOTAL
NUMERO ANUAL - DE A V E R I A S '
DENOMINAC.
G1
. G31
' G32
G3
KT
TAVERAS"!VHLORL AO J
. 0..0054
0.0379^
0.0946
0 . 1 325
0.1379
' TIEMPO T O T A L DEINTERRUPCIN
DENOMINAC.
H1
H31
H32
H3
HT
VA-LOR^ASJNT.lL. ANO J
O. 649
4.69O1
0.7805 .
5.5369
6.1859
-
TABLA N2- 23
ALTERNATIVA . Bf
BARRA PRINCIPAL Y TRANSFERENCIA
(Ref: 'Fig. 34)
1
TIPO DE AVERIA
EN LA BARRA "PRINC.
EN BARRA DE
TRANSFERENCIA
EN POSICIN DEINTERRUPCIN
..SIMULTANEA EN
POSICIONES DE
INTERRUPCIN
. SIMULTANEA ENB A R R A S
TOTAL
NUMERO ANUAL DEAVERIAS
DENOMINAC.
' G1
G2
G'2
. G2T
G3
G4 :
G'4
G4T
' G5
KTT
f AVERIAS "|VALOH AO J
0 0054
0 . 0002
0 . 00003
O.Q0023
0.1325
0 . 0045
0.0003
0 . 0048
0
0.1429
TIEMPO TOTAL DEINTERRUPCIN
DENOMINAC.
H1
H'2;
H'2
H2T
H3
H4
H'4
H4T
H5
HT
HORAS INT.1VAUJH[ AO J
0.6490
0.0096
0.0036
0.0132
0.0663
' 0.0772
0.0402
0.1174
0
0.8459
-
. 94.
TABLA N- 24
ALTERNATIVA C1
DOBLE BARRA CON UN SOLO DISYUNTOR Y "BY PASS"
(Ref: Figl 35)
TIPO DE AVERIA
EN LA BARRA PRINC.
EN BARRA DE
TRANSFERENCIA
EN POSICIN DEINTERRUPCIN
..SIMULTANEA EN .
POSICIONES DE
- , INTERRUPCIN
SIMULTANEA ENBARRAS
TOTAL
NUMERO ANUAL DEA V E R I A S
DENOMNAC.
G1
G2
; :G'2G2T
G3
G4
G'4
'G4T
. --G5
KT-
f AVERIAS "lVALUH AMO J
0.02
O.Q002
0.00003
0 . 00023
0.1325
0.0045
0 . 0003
0 . 0048
'. 000 16
0.1577
TIEMPO TOTAL DEINTERRUPCIN
DENOMNAC.
H1 -
H2
H'2
H2T
H3
H4
H!4
H4T"
H5
HT
CHORAS INT.lVAUJKL AO J
0.01
0.0096
0 . OO36
0.0132
0.0663
0.0772
0,0402
0.1174
0.01947
0.2264
-
VION3fcH.dSNVyj. A
080 13
A* 69-8CI
VAIJ_VNa3J_"~lV
OAOHV8V8
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-
96.
A U T O T R A N S P O R M A D O R E S230-138- 13.8 kV
L L/ u /V
j;T
\ L \ - L L\O
TRANSFORMADORES138- 69 kV
\ 2
EL ORO
. ' -Fig. 35
'AUT.ERNATIVA ci: DOBLE BARRA'CON UN SOLO DISYUNTOR Y"BY PASS"
-
97.
2.3.2 Evaluacin del Costo Anual por Interrupciones de Servicio
Los resultados obtenidos son:
TABLA N- 25
COSTO ANUAL POR INTERRUPCIONES DE SERVICIO
Alternativa
A1 '
' -B1
01
Cai (US$)
229,390
40,175
19,233
2.3.3 Evaluacin del Costo Anual de Recuperacin de Capital
Los precios de equipo considerados son:
Equipo
Disyuntor
Seccionador
Pararrayos
Transformador de potencial
Precio US$1982
80 .,000
19,000
5,000
7,200
Precio US$1988
110 .,000
25,000
7,000
9,600
Con similares criterios a los adoptados en el caso del sec_
tor de 230 Kv,3 se obtienen los resultados mostrados en
las Tablas N^ 26 y 27.
-
TA
BLA
N
-
26
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0
11 ,550
2 .,62
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0
64
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0
8,7
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0050
Altern
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C
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0
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50
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11 ,650
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3
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Cos
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330,0
00
150,0
00
63
,00
0
28
^80
0
8,9.
10
2 .,02
5
58
2,7
35
Altern
ativa
B
2
Can
tidad
3 19 9 3
Cos
to
330
n 00
0
225,0
00
63
,00
0
28,8
00
29,,7
00
6,7
50
68
3,2
50
Altern
ativa
C
2
Can
tidad
3 15 9 3
Cos
to
33
0,0
00
375,0
00
63
,00
0
28
,80
0
29,7
00
6,7
50
83
3,2
50
CD (O
-
100.
El costo total de cada alternativa en el ano 1982 se presen
ta en la Tabla N- 28,
TABLA N- 28
COSTO TOTAL DE CADA ALTERNATIVA
Alternativa
. iAl
B1
.01
Inversin1982
610., 975
538 , 050
t'Cm ,650
Valor presente 1 982de inversin 1988
295 .,220
346., 140
422 ,130
Total
906 $ 1 95
884*190
1 '433 ,780
Con este costo total para cada alternativa., se obtiene los. si
guientes valores-de costo anual de recuperacin de'capital:
TABLA N- 29
Alternativa Costo anual de resuperacinde capital (US$)
A1
B1
01
112,495
109,763
177,989
2.3.4 Costo Anual Total
Se presenta en la Tabla N 30
-
101 .
TABLA N^- 30
COSTO ANUAL TOTAL
Alternativa
A1
B1
01
Costo anualpor interrup__clon
229 .,390
40,175
19,233
Costo anualrecuperacinde capital
112,495
.-. '109,763
177,989
Total anual
341,885
149,938
1 97 , 222
De la Tabla precedente puede elegirse como alternativa con
veniente la del esquema de barra principal y transferencia
(Alternativa B1) que es la que menor costo total anual tiene,
PROTECCIN DE LOS ESQUEMAS DE BARRAS
Puesto quei de la seleccin de esquemas de barras result
el ms adecuado el de barra principal y transferencia para
los dos sectores de voltaje, la proteccin de los mismos.,se realizar de igual manera, variando solamente los ajus-tes necesarios para rels y las caractersticas de transfor^
rnacin de corriente*
En las Figuras Nos. 36, 37 y 38 se indican los esquemas
de conexiones al sistema de potencia y al sistema de co -
rriente continua.
-
PASC
UALE
SPA
UTE
.'
*
SIGN
IFIC
A IN
STAL
ACIN
FU
TURA
AUTO
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SFOR
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230-
138-
13.8
kV
Fig
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36
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230-
138-
13.8
kV
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Fig
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37
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,, APERTl/RA 52-4
i, APERTURA 52- 311
,, APERTURA 52 -2M,1 APERTURA 52 -1u
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-
105.
4. ESPECIFICACIN DE TRANSFORMADORES DE CORREN-TE
En base a los valores de probables corrientes para las dfe
rentes posiciones de interrupcin indicados en las Tablas
Nos, . 9 y 10 se ha considerado necesarios transformadores
de corriente tipo bushing y de las caractersticas siguientes
para los sectores de 230 y 138 Kv. ' .
.
Clase de aislamiento
BIL . .
Voltaje nominalFrecuencia
Relacin de transformacin
Clase de precisin
Factor para corriente trmica con
tfnua
Sector230 Kv, -
230 -Kv,
1050 Kv.
230 Kv.
'60 Hz.
1200:5
C 40O
1.33
Sector138 Kv.
138 Kv.
650 Kv.
138 Kv.
60 Hz.
6OO:5
C 400
1 .33
5. ESPECIFICACIN DE RELS Y EQUIPOS DE PROTECCINDE BARRAS
5.1
5.1 ,1 Rels Diferenciales
-
106.
Para cumplir con los objetivos del presente trabajo se hanelegido rels diferenciales de alta impedancia de marca
Wstinghouse tipo KAB que presentan como caracterstica
conveniente la de incluir a ms de la unidad de sobrevolta_
je, una unidad instantnea de .sobrecorriente, la que permi_te tener una orden de operacin de disyuntores de las dos
unidades. Sin embargo, esta eleccin no suprime la posj_bilidad de empleo de rels de similares carcterfsticas^ de
i
otras casas de fabricacin.
Se deber tener rels similares para los sectores de 230
y 138 Kv. cuyas caractersticas individuales son -(Ref: C3):Burden . . . 2,600 -&-
Monofsico ' 60 50 Hz,
- Unidad de sobre voltaje. 'Rango . ' 75-300 V.
Velocidad ajustable de operacin 1 ,5 ciclos- Unidad instantnea de sobrecorriente
Rango . . 3-^-48 Amp.
Velocidad de operacin 1.0 ciclos
- Bobina de Indicacin de funcionamlen_to (ICS) 0.2/2.0 Amp.
Se emplear 6 rels para los dos sectores de voltaje.
Se debe efectuar un clculo separado para calibracin de las
unidades respectivas de cada rel. En el Anexo B^ se indj_ca el mtodo de calibracin recomendado por los fabricantes
-
107.
de rels y las caractersticas de excitacin de los transfor
madores de corriente.
5.1.2 Rels de Bloqueo
Con las mismas consideraciones que para rels diferencia-
les se escoge el empleo de rels de bloqueo de Mitsubishi
Electric Corporation (Ref: C8)_, para el disparo mltiple de los disyuntores.
El tipo MKR presenta las siguientes caractersticas:
Voltaje. (C.D.) 125 V.- Tiempo total energizado 29.2 rns.
~ Tiempo para el cierre de contactos 16.3 ms.
- Tiempo para la apertura de contactos 12.6 ms.
Nmero de terminales 12
Se necesita un rel de bloqueo para el sector de 23O Kv, y
uno para el de 138 Kv.
5.2 ' CALCULO DE AJUSTES PARA LOS RELS DIFERENCIA-
LES
Esta evaluacin ha sido realizada considerando los valores
de corrientes de cortocircuito para el ao 1983.
Se asume" que la conexin del rel al punto de unin se rea
-
108.
liza con cable N- 1O AWG, cuyas carcterfstcas son:
Conductor
Material
Resistencia pie.s
No. 10 AWG
cobre
1 .06 .
Se asume que la distancia del transformador de corriente
ms alejado hasta el punto de juntura.es de 100 m. por loque la resistencia de un conductor ser:
RL, = 0,35 1
5.2.1 Ajustes para los Rels Diferenciales para el Sector de230 Kv.
a . Unidad de Voltaje
- Para mxima falla trifsica externa
Rs =RL =
* f rvk =
N
(Rs +
1 . 62 xx
0.35 -a.
5787 A.
375 v.
240
n >> If ' 1 r- i n ^ 5787LJ KI ' . O I. U.oOjvk 375
= O.1265
-
109.
De la Figura B I (Anexo B):
k = 1 .3
El voltaje de ajuste requerido ser:
Vr, = k(Rs ^~ = 1.3(1.62
. = .61.68 vi
'Para- mxima -falla monofsica a tierra, externa
- 2854 A.
(Rs -+. RL)\7TT~ 375
~ 0.073
De la Figura B I (Anexo B):
k = 1 .5
"Hl voltaje de ajuste* requerido ser:
Vr - = 1.5(1.62 + 2 x 0
..3 v.
-
110.
EZ1 voltaje elegido como ajuste de los rels podraser 61.68 v. Como los rels tienen un rango de a
juste de'75 a 300 voltios, se elige el'valor de 75v.
Vk = 75 v.
b. Unidad de Corriente
Para mxima falla trifsica externa
.62 + 0 . 3 5 ) - = .47.4
Para falla monofsica a tierra
Comentario
Los dos valores de la expresin (Rs + Rt_)~r encontrados dai \n una corriente mxima menor que el rrifnimo valor de a
juste de los rels (ver Fig.B2 del Anexo B), por lo que nose puede utilizar esta unidad para este ao,
Esta unidad podr emplearse, cuando la magnitud de corriera
te de cortocircuito sea ms elevada que la que puede presen_
tarse en. el ao considerado.
-
111
En estas condiciones 3 la corriente mnima de falla inberna
para operar el rel ser, segn la ecuacin F-B& (AnexoB) y asumiendo una corriente en el varistor:
Iv = 0.02 A.
Imfn = (5 x 0.030 + 0.028 + 0.160). 40
Imfn = 81.-12 Ae
5*2.2 Ajustes para los Rels Diferenciales para el Sector de138 Kv
Se han considerado las mismas apreciaciones que para el
sector de 230 Kv. .
a . Unidad de Voltaje
- Para mxima falla trifsica externa
If = "4740 A.
N- = 12O.
= 0.163Vk
El valor de k:
k = 1 . 2 5
-
112,
Vr = k(Rs + R L ) -^y- = 76.42 V
Para mxima falla monofsica a tierra, externa
I-f = 4548 A.
= 0.19
El valor de k:
k = 1.20
Vr = k(Rs + R L ) - = 86.9 V
V r = 87 V
El voltaje elegido como ajuste ser:
Vr . = 87 v.
b. Unidad de Corriente
Para mxima falla trifsica externa
(Rs + RL) ~rr - 61.14
Para mxima falla monofsica a tierra, externa:
(Rs + RL) 77 = 72-4"!
-
113.
Com encarto
.Al igual que en el-sector de 230 Kv., no se debe emplear
las unidades de sqbrecorriente por la razn expuesta ante-
riormente.
La corriente mnima de falla interna que causar operacin
del rel ser:
Imfn = (4 x 0.050 + 0.033 -f 0.16) 120
lmfn = 47.16 A.
5.3 ESPECIFICACIN DE DISYUNTORES
Con los valores de corrientes normales (Tablas Nos. 9 y 10)los mximos valores de corrientes de cortocircuito (Tabla N-12) y los requerimientos preferidos para disyuntores para LJso exterior segn las normas ANS (Ref: N2), se considerannecesarios disyuntores de_ las siguientes caractersticas:
5.3.1 Disyuntores para el Sector, de 23O Kv.
Nmero de polos tres
Frecuencia 60 Hz.
Voltaje nominal 230 Kv.rms.Mximo voltaje de operacin 242 Kv. rms.Corriente nominal 1.6OO A^rms.
-
114.
Tiempo para interrupcin de corrientes
de cortocircuito
.Mxima corriente simtrica de cortocir_
cuito para mximo voltaje de. operacin.Capacidad de conduccin de corriente de
cortocircuito por 3 seg
Nivel de aislamiento
5.3.2 Disyuntores para el Sector de 138 Kv.
Nmero de polos
Frecuencia
Voltaje nominalMximo voltaje de operacinCorriente nominal
Tiempo para interrupcin de corrientes
de cortocircuito
Mxima corriente simtrica de cortocir
cuito para mximo voltaje de operacin.Capacidad de" conduccin .de corriente de
cortocircuito por 3 seg.
Nivel de aislamiento
dos ciclos
31 .5 kA.rrns
31 .5 kA.rms
900 Kv.rms.
tres
60 Hz.
138 Kv,rms
145 Kv^rms.
120O A.rms
tres ciclos
20 kA.rms.-
20 kA.rms.
65O Kv,rms
6. SECUENCIA DE ACCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE PRQ-
TECCION
Los esquemas de proteccin para los- dos sectores de
je operarn de la siguiente manera:
-
115.
a. Estado Normal del Esquema de Sarnas
Al ocurrin una avera} sta es detectada por el rel dl_
ferencial que se demorar un ciclo en cerrar sus con-
tactos. Al ser impartida la orden de apertura de dis-
yuntores, opera el rel de bloqueo, el tiempo que se
demora en cerrar sus contactos es aproximadamente un
ciclo; y, con el tiempo que un .disyuntor tarda en despe_
jar una corriente de falla 2 a 3 ciclos, se tiene un tiem_po total de 4 5 ciclos1 (66.6 a 83,3 mseg.)_, tiempo quees menor que 100 ms. que habfa sido especificado corno
lmite de tiempo mximo para el flujo de una corrientede falla sin deterioro de equipos.
b. Mantenimiento de una Posicin de Interrupcin
El esquema de proteccin opera como para el caso a.
-
CAPIT ULO. IV
CONCLUSIONES
El empleo del mbodo de seleccin de esquema de barras
mencionado en este trabajo es recomendable para subestaclones de sistemas interconectados.
La magnitud-de la corriente de cortocircuito determina'el
empleo o la-no utilizacin de la unidad de corriente de un
rel diferencial de alta impedancia tipo KAB de Westinghou_
se. .
La utilizacin del rel diferencial de alta impedancia para
proteccin de barras, es recomendable por requerir equi-
po auxiliar convencional. De igual manera, una adopcin
de este sistema puede ser realizada fcilmente en subesta
ciones con otro sistema de proteccin y con el equipo auxi_
liar indicado.
Es recomendable el empleo de la unidad direccional de un
rel de distancia (21) para el sistema de deteccin de labarra fallada en los esquemas que necesiten este requeri-
miento , por ser una unidad mucho ms rpida que la de
un rel direccional de sobrecorriente (67)3 que si bien pue_de emplearse, se corre el riesgo de no obtener la veloci-
dad requerida para proteccin de barras de subestaciones
importantes.
-
117.
La confiabilidad de un 'esquema de barras mejora con la du_plicacin de equipos (empleo de barias barras; un disyuntorque puede reemplazar a otro., etc,)
-
ANEXO A
SMBOLOS Y NOMENCLATURA DEDISPOSITIVOS EMPLEADOS
SMBOLOS
Disyuntor
iT
Seccionador
Contacto de un dispositivo
Bobina de operacin
Lmpara indicadora
-m-
Fusible
Transformador de corriente
Conexin . de tres elementos
NOMENCLATURA
101 Llave de control manual
52 Disyuntor
87 Rel diferencial
-
A-2.
Rel de bloqueo
Bobina para dispositivo indicador de operacin de rel
Iampara indicadora color rojoLmpara indicadora color verde
Seccionador .
Rel de distancia
Dispositivo selector manual de varias posiciones
Rel direccional de sobrecorriente a tierra
SUFIJOS EMPLEADOS
Rels auxiliares
T Trip - {Disparo)C Cise (cierre)B Barra
L Lnea
a ' Contacto de disyuntor
b Contacto de disyuntor
-
A N E X O B
CALCULO DE AJUSTE" PARA EL REL DIFERENCIAL DE ALTAIMPEDANCIA WESTINGHOUSE TIPO KAB
1 . AJUSTE DE LA UNIDAD DE 'VOLTAJE
Puede ser expresado de la siguiente manera:
Vr = k (Rs + RL) ~^ (F-B1)
En donde:
Vr = Valor mnimo de inicio de operacin (volts-rrns)RS = Resistencia del bobinado secundario del TC, incluyen_
do cableado interior hasta los terminales del bushing .
RL = Resistencia.de! cable desde los puntos de unin al TC
ms distante (cable de ida para falla de fose, ida yretorno' para falla fese a tierra),
I{ = Mxima corriente de falla externa (Amp.-rms)N = Relacin de vueltas del TC .
k = Factor de margen que varia en forma inversa con el
factor de saturacin del TC y que se lo obtiene de la
abscisa de la curva de la Figura B1 , resolviendo an-
tes la expresin:
(Rs + Rp' l f 'NV
Siendo Vk el voltaje mximo obtenido del TC menosapto. Los valores; de .la expresin- se encuentran, en el
eje de las ordenadas para la curva indicada.
-
A-43.50,3.253.002.752.502.25
Margin Factor for the Setilng of V-ljnt(Emprica! Data)
.50.60.70.80.90 g S S S S S S g g g g
V,- Margln Factor K=-
Fig. B1
FACTOR DE MARGEN PARA EL AJUSTE DE LA UNIDAD
DE VOLTAJE
Cabe indicar que se deber elegir como valor de ajuste dela unidad de voltaje del rel, el mayor encontrado al con^_iderar los tipos de fallas que" pueden ocurrir en el sistema.
-2. AJUSTE DE LA UNIDAD DE CORRIENTE
Se emplea la siguiente expresin:
(Rs + R 1^N (F-B3)
Sus valores se encuentran en el eje de las ordenadas de lacurva de la Figura B2, cuyo valor respectivo en el eje delas abscisas' da directamente el valor del ajuste de la u-nidad mencionada.
-
A-5
42540O375350
2 325? 300*i 275c"" 250
225' . - 200
175. 150
^-~M^- --
--
-
^
R| +
'^
^ =
,{ 41
5.0-.1-V //|//'///K'
> / / y'/
///"-R
x+ R, = 0 75
3'.!
-
^1.0
IT-UnJl Seding (Amperes RMS)
. Fig. B2 .
.AJUSTE PARA LA UNIDAD DE CORRIENTE
Conociendo las caractersticas de los transformadores de co_
rriente se puede alcular la mfnima corriente de falla reque_
rtda para operar el rel al valor determinado de ajustey me_diante:
Imfn = (XI e -h I r + I Y ) N (F-B4)
En donde:
I e = Corriente de excitacin secundaria a un voltaje igualal del ajuste de la unidad de voltaje.
I r = Corriente en la unidad de voltaje al valor de ajusteVr ' '
2600 (F-B5)
v = Corriente en el varistor del circuito a un voltaje i-gual al de ajuste de la respectiva unidad.
-
.A-6
N Relacin de vueltas del transformador.
X = Nmero de circuitos conectados a la barra.
-
Fot vtt jn'/A C-S Trncale AV.J
,-.* ' V'-SKOKDARY EXCITARON ttJARACTERISTICS(200 . 5 . . - . . . . . A-7
' -Frcquenc
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. Fr Po\vcr Circuit'BrcakcIntcrnal Rcsistance _!__(
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