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UNIVERSIDADDELBÍO–BÍOFACULTADDEINGENIERÍA
EVALUACIÓNDELAOPERACIÓNDELÁREADECONCENTRADODEPLANTAINDUSTRIALMINERANORTE
GRANDE
AUTORES: RODOLFOESTEBANAGUAYOMEDINA JUANGUILLERMOROACONTRERASSEMINARIOPARAOPTARALTÍTULODEINGENIERODEEJECUCIÓNEN
ELECTRICIDAD
CONCEPCIÓN-CHILE2015
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Agradecimientos
Agradecemos en primer lugar a Dios por darnos el conocimiento para desarrollar el
presentetrabajo,anuestras familiaspordarnoselapoyoy lamotivacióndurante todas
nuestrasvidas.
AnuestroprofesorguíaDonJuanCarlosDelgadoquiennosbrindósuconstanteasesoría,
tiempo y dedicación en el desarrollo del presente trabajo. También agradecemosmuy
sinceramente al profesor Fabricio Salgado quien tuvo la amabilidad de ayudarnos aún
cuandosuestadodesaludnoeraelóptimoyporúltimoaDonLuisMuñozquiendurante
losañosdeestudionosproporcionosuconocimientoyexperiencia. Sin la finalidadde
olvidar a nadie agradecemos muy humildemente a todos quienes en el transcurso de
estosañosfueronparticipesdenuestrodesarrollohumanoyprofesional.
Finalmente en forma particular daremos nuestros agradecimientos correspondientes a
nuestrocirculomascercano.
SeñorRodolfoAguayoMedina
No hay palabras que puedan describir mi profundo agradecimiento hacia mis padres
quienesdurantetodosestosañosmehanentregadosuconstanteapoyoymotivaciónen
todo loquemehepropuesto, siemprehevaloradoel granesfuerzoquehanhechopor
darme lo mejor. También quiero agradecer en especial a Catherine Salinas quien me
animóymotivóenestosañosdeestudio,porayudarmesiempreyporestarahí en los
momentosmasdifícilesTeAmoMucho.
SeñorJuanRoa
NuevamenteagradeceraDiosporguiarmeentodosentidoydarmesabiduríaalolargo
estecamino,enespeciala todami familia,mispadresAmadaContrerasy JuanRoaque
siempremehan inculcado valores que hoy satisfactoriamente dan sus frutos, ami hija
Antonella Ignacia ymi novia Alejandra Nicole, por el apoyo y comprensión demanera
incondicionalestosañosdecarreraydecirlesquesonmimotivaciónparacomenzareldía
adía.Atodosellosmanifestarlesloimportanteynecesariosquesonenmivida.
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ÍNDICEResumen.....................................................................................................................................................5Planteamientodeltrabajo...................................................................................................................6Objetivos.....................................................................................................................................................6PlandeTrabajo........................................................................................................................................6CapítuloI.Descripcióndelaredeléctrica...................................................................................7
1.1Introducción........................................................................................................................81.2ComponentesdelSistemadeProtecciones...........................................................91.3TransformadoresdePoder...........................................................................................101.4LíneaAéreade66kV.......................................................................................................101.5AlimentadoresenMediaTensión..............................................................................121.6MotorenMediaTensión................................................................................................12
CapítuloII.Descripcióngeneraldelosrelésdeprotección................................................14
2.1Introducción........................................................................................................................152.2DescripcióndelreléSR750..........................................................................................152.3DescripcióndelreléSR469..........................................................................................202.4DescripcióndelreléURF60.........................................................................................25
CapítuloIII.EstimacióndeparámetrosyflujodepotenciamedianteETAP...............36
3.1Fundamentos......................................................................................................................373.2AnálisisdeoperacióndelaLíneaAéreade66kV..............................................373.3AnálisisdeOperacióndelosAlimentadoresenMediaTensión...................393.4FlujodepotenciamedianteelSoftwareETAP.....................................................463.5EvaluacióndeResultadosdecaídadeTensiónenlosConductores...........52
CapítuloIV.CálculodeCortocircuitoTrifásico.........................................................................53
4.1Fundamentos......................................................................................................................544.2DefinicióndeConstantesyConsideraciones.......................................................544.3CálculodeCortocircuitoTrifásicoporBarras......................................................56
CapítuloV.EstudiodeCoordinacióndeProteccionesMedianteETAP..........................64
5.1Fundamentos......................................................................................................................655.2AnálisisdeCoordinacióndeProtecciones............................................................65
CapítuloVI.ComentariosyConclusiones....................................................................................94
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Bibliografía................................................................................................................................................97AnexoA.TablasNormalizadas.........................................................................................................98
A.1CaracterísticasdeLíneasAéreas...............................................................................99A.2ReactanciaInductivaXden(Ohm/Cond/Milla)..................................................100A.3CaracterísticasdeAlimentadoresXAT15kV100%NA..................................101
AnexoB.DescripcióndelSoftwaredelReléURF60..............................................................102
B.1AspectosGenerales..........................................................................................................103B.2ComunicaciónInterfazHombreMáquina(HMI)................................................103B.3VentanaPrincipaldelSoftwareEnervistaURSetup........................................106B.4ImportanciadelaLógicaFlexible(Flexlogic).....................................................108
AnexoC.SoftwareEnervista............................................................................................................111
C.1Introducción........................................................................................................................112C.2EnervistaLaunchpad......................................................................................................113
AnexoD.DeterminacióndelosParámetrosdelasRedEléctricaen(p.u)...................116
D.1Introducción.......................................................................................................................117D.2CálculodeParámetros...................................................................................................117
AnexoE.AjustesdeProtecciónEncontradosenTerreno....................................................123
E.1AjustesdeProteccionesencontradosenTerreno..............................................124
AnexoF.CálculodereactanciaenalimentadoresdeMT.....................................................125
F.1....................................................................................................................................................126F.2....................................................................................................................................................127
AnexoG.Nomenclatura.......................................................................................................................129
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Resumen
En el presente informe de seminario, se detallan los distintos pasos o etapas que se
utilizaronparaabordarelproblemapropuestopor laempresamineraNorteGrande, la
cual cuenta con una propuesta de coordinación de protecciones, pero que debido a la
ampliaciónymodificacióndesuinstalacióneléctrica,sehaceimprescindiblerealizarun
estudioenrelaciónalaadecuadaoperacióndelasdistintasproteccionesquecomponen
elsistemaeléctrico.
EnelcapítuloIserealizaunadescripciónylevantamientodelaredeléctricadeláreade
concentradodelaplanta,indicandolascaracterísticasdelosdistintosequiposeléctricos
quecomponenelSEP.
EnelcapítuloIIserealizaunadescripcióndelreléSR750,elcualofreceprotecciónpara
laslíneasprimariasdemediatensión,destacandosusaspectosgeneralesydispositivosde
protecciónquelocomponen.PosteriormentesedescribenlascaracterísticasdelreléSR
469, el cual ofrece protección para motores de media y alta potencia, destacando sus
aspectosgeneralesydispositivosdeprotección.Finalmentesedescriben lasprincipales
característicasdelreléURF60,quedadosusfuncionespermiteunaaltaeficienciaen la
deteccióndeanormalidadesdelared.
EnelcapítuloIIIserealizaelestudio,estimacióndeparámetrosyflujodepotenciadela
redeléctrica,medianteelsoftwareETAP,conlocualseverificaunaregulacióndetensión
óptimaenlasbarras.
EnelcapítuloIVmedianteelsoftwareETAPserealizaunasimulacióndefallatrifásicaen
cadaunadelasbarras,conlocualseobtienelascorrientesdecortocircuitotrifásico.
EnelcapítuloVsedesarrollaelanálisisdeCoordinacióndeProtecciones,empleandopara
elloelsoftwareETAP,elcualentregaunasimulacióndelasecuenciadeoperacióndelas
protecciones,anteunafallatrifásica,encadaunodeloscasosplanteados.
EnelcapítuloVIserealizanloscomentariosyconclusionesdeldesarrollodelseminario
detítulo,describiéndoselosconceptosmásrelevantesdeltemaabordado.
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PlanteamientodeTrabajo
Debidoa laampliaciónymodificaciónde las instalacioneseléctricasde lareddemedia
tensióndelaempresamineraNorteGrande,sehacenecesarioverificarlaoperacióndela
instalación,porloqueseconsideranestudiosdeflujodepotencia,regulacióndetensión,
cálculo de cortocircuito trifásico y coordinación de protecciones para fallas trifásicas.
Para tal efecto, se utiliza como medio de comprobación de cálculo, la herramienta
computacionalETAP.
Objetivos
Realizarunestudiopreliminardelaoperacióndelaredeléctricademediatensióndela
empresamineraNorteGrande,empleandoelsoftwareETAP.
PlandeTrabajo
Para el desarrollo y el cumplimiento de los objetivos de trabajo, se contemplan los
siguientespasossecuenciales.
ü Descripciónylevantamientodelaredeléctrica.
ü EstudioydescripcióndelosrelésSR469,SR750yURF60.
ü IntroducciónalsoftwareEnerVista.
ü Evaluacióndelaregulacióndetensiónenlasbarrasdelaredeléctrica.
ü EstudiodeflujosdepotenciaempleandosoftwareETAP.
ü CálculodecortocircuitotrifásicoempleandoelsoftwareETAP.
ü Propuestadeajustedelasproteccionesdesobrecorrientedefasedelsistemadeproteccioneseléctricas.
ü Realizar la simulación de la operación del sistema de protecciones para fallas
trifásicas,mediantesoftwareETAP.
ü Comentariosyconclusiones.
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CAPÍTULOI:DESCRIPCIÓNDELAREDELÉCTRICA
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1.1 Introducción
En el presente capítulo se describen las características de los distintos dispositivos de
protecciónyequiposquecomponenlaredeléctricaenestudio.Paratalefecto,sedispone
deldiagramaunilinealdelaredeléctrica,elcualsepresentaenlafigura1.1.
Figura1.1:DiagramaUnilinealdelaRedEléctrica
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1.2 ComponentesdelSistemadeProtecciones
Conreferenciaaldiagramaunilinealdelafigura1.1,enlabarrademediatensiónde6.3
kV, se encuentra el relé SR 469marca General Eléctric diseñado para la protección de
motoresdemediayaltapotencia.Comomediodeproteccióndelalíneadedistribuciónel
sistema consta de relés SR 750 también de lamarca General Eléctric, los cuales están
ubicadosenlabarrade6.3kVy13.2kVrespectivamente.
Lalíneadealtatensiónde66kVseencuentraprovistadeunreléURF60elcualofrece
protección y medición de parámetros, para una adecuada operación en caso de
perturbacionesoanormalidadesqueafectenalared.
Es así que en la Tabla 1.1 se describen las principales características eléctricas de los
relésdeprotección,cabedestacarquetodoslosrelésmodelosURF60,SR750ySR469
queseencuentranimplementadosenelSEPenestudio,sondelamarcaGeneralElectric.
Tabla1.1:Descripcióndeloscomponentesdelsistemadeprotecciones
Descripción Identificación Modelo T/CFase
(A)
T/CResidual(A) TT/PP
ReléprotecciónAlimentador
PrincipalR1 F60 100/5 100/5 66kV/120V
ReléprotecciónTransformador
T1R2 SR750 800/5 100/5 13,2kV/120V
ReléprotecciónAlimentador
MTA1R3 SR750 800/5 100/5 13,2kV/120V
ReléprotecciónAlimentador
MTA2R4 SR750 800/5 100/5 13,2kV/120V
ReléprotecciónAlimentador
MTA3R5 SR750 500/5 100/5 13,2kV/120V
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Tabla1.1:Descripcióndeloscomponentesdelsistemadeprotecciones(Continuación)
Descripción Identificación Modelo T/CFase
(A)
T/CResidual(A) TT/PP
ReléprotecciónTransformador
T2R6 SR750 300/5 100/5 6,6kV/120V
Reléprotecciónmotor700
(KW)R7 SR469 100/5 100/5 6,6kV/120V
1.3 TransformadoresdePoder
Laredeléctricaenestudioincluyedostransformadoresdepoder,cuyosdatosdeplacase
resumenenlaTabla1.2.
Tabla1.2:DatosdeTransformadores
Descripción Potencia
MVA
Tensión(KV) Conexión Impedancia
Primario Secundario Primario Secundario Z(%) X/R
T1 7.5 66 13.2 Delta Yat. 7 8
T2 3 13.2 6.3 Delta Yat. 9 7
RespectoalarelaciónX/Rdelostransformadores,sehaempleadoinformaciónobtenida
delosdatosdeplacadecadaunodeellos.
1.4 Líneaaérea66kV
De acuerdo a la información proporcionada por la empresa, la línea aérea en 66 kV,
corresponde a una línea simple de conductores de cobre desnudo de sección
2/0AWGen disposición horizontal conuna distancia entre conductores adyacentes de
1.1metros,considerandolanormaNSEG71,enlacualseindicaqueladistanciamínima
vienedadapor:
D.Mínima = 0,36• F +kV130
+C
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Donde:
F=Flechaaparenteenmetrosaunatemperaturadelconductorde30°Cysinsobrecarga.
Setomaraalomenos1metro(porflechaaparenteseentiendealadistanciaentrelínea
delosapoyosylatangentedelconductorparalelaaella).
kV=Tensiónnominalentreconductores,enkilovoltios.
C=Longitudenmetrosdelacadenadelosaisladoresdesuspensión.Enelcasodeusar
aisladoresrígidosocuandosetratadecadenasdeanclajesetomaraC=0.
Porotro lado,si seconsiderauna flechaconunvalormáximoesperadode5metros, la
distanciamínimaentreconductoresserá:
Segúnlatopologíaactualdelalíneadetransmisión,elvalormáximodelaflechaesde2.7
metros, por lo tanto, ladistancia entre conductoresdebe tenerunvalormínimode1.1
metrosloscualessecumplenacabalidad.
Por otro lado, para determinar los parámetros por fase de la línea de transmisión se
asume transposición de la línea, con lo cual la distancia de separación en una
configuraciónequiláteraequivalenteresultaser:
Así, para el cálculo de parámetros, se contempla una separación de conductores en
configuraciónequiláterade1,39metros,equivalentea4,56pies.
Enrelaciónalvalordelradiomediogeométrico,esteseobtienedelaTablaA.1(veranexo
A)elcualresultaser0,01292piesequivalentea0,00381Mts.Alrespecto,lainformación
técnicamásrelevantedelalíneasepresentaenlaTabla1.3.
D.Mínima = 0,36• F +kV130
= 0,36• 5 + 66130
=1,31Mts.
DMG = DAB •DBC •D3 CA = 1,1•1,1•2,23 =1,39Mts.
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Tabla1.3:InformaciónTécnicaLíneaAéreaen66kV
Descripción Sección N°Hebras RMG(Mts.) DMG(Mts.)
LíneaAérea 2/0 7Hebras 0,00381 1,39
1.5 AlimentadoresenMediaTensión
Al considerar el diagrama unilineal de la red eléctrica, es posible identificar tres
alimentadoresenunniveldetensiónde13,2kV,cuyosdatosdeinterésparaelestudiose
presentaenlaTabla1.4.
Tabla1.4:DatosdelosAlimentadores
Descripción Tipo Sección(mm2) Conductoresporfase Longitud(Mts)
Alimentador
A1MonopolarXAT 177 2 75
Alimentador
A2MonopolarXAT 177 2 110
Alimentador
A3MonopolarXAT 177 1 210
En relación con los parámetros de cada alimentador se ha considerado canalización en
ducto, a una temperatura de servicio de 75°C. En el anexo A.3 se encuentra tablas
normalizadas de la línea Cocesa en las cuales se encuentran las características más
relevantesdelconductorseleccionado(conductoresmonopolaresXATde15kV100%NA).
Losvaloresderesistencia(RAC)y(RCC)paraelcálculodelaimpedancia,fueroncalculados
de acuerdo a la fórmula suministrada por la líneaMadeco y su cálculo se presenta en el
Capítulo3.
1.6 MotoresdeMediaTensión
En la redeléctrica, esposible identificarunmotorde700KWen6.3kV. Los valoresde
reactanciafueronobtenidosdelaplacacaracterística,cuyovalorenbasepropiaesdeun16
%,conunarelaciónX/Rde6.
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Sibien,existenvariadosconsumosen losnivelesdetensiónde13,2kVy6.3kV,para los
propósitos del estudio, se ha considerado una demanda con potencia constante en las
barras3,4y5,segúnsepresentaeneldiagramaunilinealdelafigura1.1.
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CAPÍTULOII:DESCRIPCIÓNGENERALDELOSRELÉSDEPROTECCIÓN
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2.1 Introducción
Enelpresentecapítuloserealizaunadescripcióndelafuncionalidaddelosrelésexistentes
enlaredeléctricaenestudio.
2.2 DescripcióndelreléSR750
El relé SR750proporcionauna completaprotecciónde sobre intensidad.Estaunidadde
protección, incluye protecciones de fase, neutro, tierra y secuencia inversa para sobre
corrientetemporizadaeinstantánea,concontroldireccional.Además,incorporafunciones
demáximaymínimatensión,máximaymínimafrecuencia,entreotras.
Comoresultadode susentradasy salidas lógicasprogramables, el relé SR750puede ser
configurado fácilmentepara lasaplicacionesespecíficasdecadausuario.Yaquesepuede
programarmedianteunsoftwareproporcionadoomedianteeltecladoqueestáenlaparte
frontaldelreléSR750.
ElreléSR750incluyenumerosasfuncionesdemonitorizaciónymedida.Disponeademás
deunamemoriainterna,lacualpermitealmacenarlosúltimos128eventos,las10últimas
fallas y un total de 256 ciclos de datos oscilográficos. Este relé realiza funciones de auto
chequeoderespaldomientrasestáfuncionando,paraanalizarquetodoestéenordenybien
conectado,ademásconstadeunmodosimulación,elquepermitealusuariocomprobarel
funcionamientodelequipo,sinnecesidaddeentradasexternasdetensiónycorriente.
ElreléSR750incorporaundisplayde2líneasyuntecladonuméricodenavegación.Elrelé
constaademásde trespuertos serie,queactúancomo interfaz conel computador. Junto
conelrelé,sesuministraunprogramaparaser instaladoenuncomputador,quepermite
comunicarse con el relé para realizar distintas funciones, incluyendo monitorización,
programaciónycontrol.
2.2.1 Descripcióndecomponentes
Conreferenciaalafigura2.1,esposibleidentificarunapantallayuntecladofrontal.Elrelé
SR 750, tiene un display o pantalla fluorescente de 40 caracteres, desde ahí se pueden
visualizar todos los ajustes en tiempo real. Los mensajes de diagnóstico se muestran
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cuandounafuncióngeneraunacondicióndealarmaodedisparo.Tambiénpermitellevar
un control de las mediciones y de los ajustes de manera local, sin la necesidad de un
computador.
El Relé en su panel frontal, consta de botones de control y programación que permiten
navegar por los menús que aparecen en la pantalla del relé SR 750, también posee un
teclado numérico que permite ingresar valores de formamás rápida, sin la necesidad de
usar las flechasdelpanel frontal. Elusodeestetecladopermiteunaconfiguraciónde los
parámetrosdeformalocal,sinlanecesidaddeteneruncomputadorparalaprogramación.
El Relé SR 750 se puede proteger frente a modificaciones de ajustes no autorizadas o
realizadasmedianteelpanel frontal. Esporesoquesedeberealizarunpuenteeléctrico
entrelosterminalestraserosC10-C11,parapodermodificarlosajustesdelrelémediante
el teclado físico, sin esta conexión cualquier ajuste que se haga en el panel frontal, no
quedaraalmacenadoyapareceráunmensajedeerrorenlapantalla.
Lasmodificaciones pueden ser restringidas ademásmediante contraseña, tanto desde el
panelfrontal,comodelospuertosdecomunicaciones.
El reléSR750disponede20 indicadoresLED. Estos incluyen indicadoresdelestadodel
relé y estado del interruptor. Las salidas permiten advertir del funcionamiento del relé,
ante cualquier anomalía se encenderá el indicador correspondiente a la función activada.
Tambiénsirvenparaindicarelnormalfuncionamiento.
2.2.2 FuncionesdeProtecciónyControl
2.2.2.1FuncióndeSobreintensidadTemporizada
El Relé UR 750 dispone de dos elementos de sobre intensidad temporizada de fase.
Incluyendetectoresdenivelparacadafase. Asimismo,elUR750tambiéndisponededos
elementosdesobre intensidadtemporizadadeneutroyunelementodesobre intensidad
temporizadadiferente para tierra, tierra sensible y secuencia inversa. Cada elementode
sobreintensidadtemporizadaposeelassiguientescaracterísticasprogramables:
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ü Niveldecorrientedearranqueparadisparo,alarmaycontrol.
ü Elección entre 15 formas de curvas (Incluyendo curvas de tipo Flex curve) y
multiplicadoresdecurva.
ü Característicatemporizadadereposicióninstantáneaolineal.
ü Frenadodetensión.
Figura2.1:VistadelReléSR750
Dentrodelaspotencialidadesdelrelé,éstetienelaposibilidaddehabilitardistintasfamilias
decurvasdeoperación,lascualesseresumenenlaTabla2.1.
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Tabla2.1:TiposdecurvasdeoperacióndelReléSR750
Descripción TipodeCurva
ANSI
Ø ExtremadamenteInversa
Ø MuyInversa
Ø NormalmenteInversa.
Ø ModeradamenteInversa.
Ø TiempoDefinido.
IEC
Ø ExtremadamenteInversa
Ø MuyInversa
Ø Inversa
Ø InversaCorta
PERSONALIZADASØ FlexCurveA
Ø FlexCurveB
2.2.2.2 Funcióndesobreintensidadinstantánea
ElReléUR750disponededoselementosdesobreintensidadinstantáneadefase,cadauno
de ellos incluye detectores de nivel para cada fase, además de dos elementos de sobre
intensidadinstantáneadeneutroyunelementodesobreintensidadinstantánea,diferente
paratierra,tierrasensibleysecuenciainversa.Cadaunodeellosdisponedeintensidadde
arranqueprogramable,unperiodode tiempoduranteelcual lacorrientedebeexcederel
valordearranqueparaelfuncionamientoyelnúmeromínimodefasesnecesariasparala
maniobra.
2.2.2.3 Funcióndedireccionaldefase
Elcontroldireccionaldesobreintensidad,esnecesarioparalaproteccióndealimentadores
confuentemúltiple,cuandoresultaimprescindiblelimitareldisparodelreléafallasenuna
soladirección. Elcontroldireccionaldefallase incorporaenelreléparacadafase. Sise
habilita el control direccional, los elementos de sobre intensidad se bloquearan, si la
corrienteseencuentraenladireccióndenodisparo.
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2.2.2.4 Funcióndedireccionaldeneutro
Enelcasodeldireccionaldeneutro,lacorrienteresidualdelosT/Cdefaseseutilizacomo
corrientedeoperación.Estaunidadpuedeserpolarizadaportensión,intensidadoambas.
El elementodecorrienteutilizaunT/Cen la rutade retornode tierraparapolarizar. El
elementodetensiónutilizadichatensióndesecuenciahomopolarcalculadacomotensión
depolarización.Elángulodetorquemáximoesprogramable.
2.2.2.5 Funcióndelatensiónmínima,máximadesecuenciainversa
Cuando la tensión cae por debajo de un ajuste especificado para un periodo de tiempo
concreto,lascaracterísticasdeproteccióndemínimatensiónpuedenprovocarundisparo,
generarunaalarmaoenviarunaseñalaunsistemadecontrolexterno.
Loselementosdemínimatensiónsoninhabilitadosanoserquelosnivelesdetensiónestén
porencimadeunvalorprogramado.
2.2.2.6 Funcióndemínimafrecuencia
Esteelementoactúacuandolafrecuenciacaepordebajodeunumbralprogramadoparaun
intervalodeterminado. Los elementosdemínima frecuencia están inhabilitados ano ser
quelatensióndelafase“A”seasuperioralumbraldeterminado.
2.2.2.7 Funcióndemáximafrecuencia
El relé monitoriza el sistema buscando condiciones de máxima frecuencia. En caso de
detectarestacondición,elrelépuedeutilizarseparareducirrápidamentelavelocidaddela
turbinahastaelnivelnormal.
2.2.2.8 Funciónmúltiple(Gruposdeajustes)
Se ofrecen cuatro grupos de ajustes de protección. El grupo activo puede seleccionarse
medianteajusteoentradalógica.
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2.2.2.9 Funcióndecomprobacióndesincronismo
ElcierredeinterruptorpuedesersupervisadoporlosajustesdeDV,DfyDhz.Asimismo,se
ofrecenalternativasdebarramuerta.
2.2.2.10 Funcióndecontrolarranqueenfrío
Cuando se cierra un interruptor tras un corte de electricidadprolongado, la corriente de
magnetizacióndel alimentadory ladeaceleracióndelmotorpuedensuperarel ajustede
alguna función de protección. Estas funciones de protección no seránnecesarias para el
disparodelalimentadorduranteuntiempo,demodoquepuedenserbloqueadasdeforma
automática o manualmente durante un periodo determinado después del cierre del
interruptor.
2.2.2.11 Funcióndecontrol(Cierremanual)
La corrientedemagnetizaciónenalgunosalimentadorespuedeprovocar eldisparode la
función de sobre intensidad. Podría resultar necesario bloquear o alterar algunas
característicasdelaproteccióndesobreintensidadduranteciertosperíodos.Traselcierre
manualdelinterruptor,elSR750puedebloquearcualquierelementodesobreintensidad
instantánea, o elevar el valor de arranque de cualquier elemento de sobre intensidad
temporizada,paraunintervalodetiempoprogramablepasadoestetiempo,serestablecerá
elfuncionamientonormaldelequipo.
2.2.2.12 Funciónderestablecimientoautomático
El relé puede programarse para un cierre automático del interruptor, después de un
disparopormínima tensiónomínima frecuenciay cuandoestosparámetrosvuelvana la
normalidad.
2.3 DescripcióndelReléSR469
ElSR469tienefuncionesdemonitorizaciónymedida,incorporandounregistrodesucesos
quepermitenguardar40registrosetiquetadoseneltiempo.Lacapturadeoscilografíade
hasta 64 ciclos, permite al usuario seleccionar los ciclos pre falla y post falla. El SR 469
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detecta el tiempo de aceleración, la intensidad de arranque y la capacidad térmica
requerida durante la partida del motor. Si la carga del motor durante el arranque es
relativamenteconstante,estosvaloresaprendidospuedenusarseparaajustarconprecisión
laproteccióndeaceleración. ElSR469puedetambiéndetectar lacargamediadelmotor
durante un periodo. Dispone de una herramienta de simulación para probar el relé sin
entradasexternas.Enlafigura2.2seobservalavistafrontaldelreléSR469.
Figura2.2:VistadelReléSR469
En relación con las funciones de protección y control, en la Tabla 2.2 se resumen las
distintaspotencialidadesdelrelé.
Tabla2.2:FuncionalidadesdelReléSR469
ANSI CONDICIÓN TRIP ALARMABLOCK
STARTCONTROL
Sobrecarga X X X
51 Bloqueoporsobrecarga X
86 Tiempodearranqueytiempoentrearranques X
66 Bloqueodelarranque X
Cortocircuitoyrespaldo X X
50 Bloqueomecánico X X
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Tabla2.2:FuncionalidadesdelReléSR469(Continuación)
ANSI CONDICIÓN TRIP ALARMABLOCK
STARTCONTROL
37 Mínimaintensidadymínimapotencia X X X
46 Desequilibriodeintensidades X X X
50G/51G Fallaatierrayrespaldodefalla X X X
87 Diferencial X X
Aceleración X X
49 RTDdelestator X X X
38 RTDdelosrodamientos X X X
OtrasRTDyRTDambiente X X X
AlarmatemperaturaRTD X
BajaRTD X
27/59 Mínimaymáximatensión X X X
47 Inversióndefase X X
81 Frecuencia X X X
Potenciareactiva X X X
55/78 Factordepotencia X X X
Entradaanalógica X X X
Alarmademandakw,kvarykva X
AutochequeodelSR460 X
Supervisióndelabobinadedisparo X
Contactor X
Fallodelinterruptor X
Entradaremota X X X
14 Entradadevelocidadydisparoportacómetro X X X
Entradadedeslastredecargas X X
Entradadepresión X X X
Entradadevibración X X X
19 Arranquedetensiónreducida X
48 Secuenciaincompleta X X
Arranque/paroremoto X
Par X X X
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Elrelétienecompletos interfacesdeusuario localyremoto. Undisplayde40caracteres,
teclado e indicadores LED proporcionan los medios para comunicación local (ver figura
2.2).UnpuertofrontalRS232permiteaccesodesdeunordenador.Disponededospuertos
traseros RS 485 para comunicación remota. El software 469 PC incluido con el relé
proporcionaunaccesosencilloydirectoalrelé.
2.3.1 Modelotérmicodelmotor
La función fundamental deproteccióndel SR469es elmodelo térmico con sistemaen4
elementosclave:
ü Curvadesobrecarga.
ü Desequilibrio.
ü Compensacióndemotorcaliente/frio.
ü Constantesdeenfriamientodelmotor.
2.3.2 Curvasdesobrecarga
LacurvadesobrecargadelSR469puede tomarunodedos formatos,estándarusuarioo
curvadependientesde latensión. Paracualquiertipodecurvael469guardalamemoria
térmicaenunregistrodecapacidadqueseactualizacada0.1segundos.
El arranque por sobrecarga determina el comienzo de la curva de funcionamiento. Las
curvasdesobrecargaconsistenenunaformaestándarconunvalormultiplicadorde1a15.
ElSR469permitealusuariocrearsupropiacurvadesobrecarga.Estopuedesermuyútil
cuandolascurvasdelimitetérmicoproporcionadasporelfabricantedelmotortienendos
partesdistintas,unaparasobrecargasenfuncionamientoyotraparacondicionesderotor
bloqueado.Enestoscasos,juntarambascurvasenunahomogéneapuedenodejarmargen
suficienteparaelarranque.
Alarrancarcargasconfuerte inerciael tiempodeaceleracióndelmotorpuedeexcederel
tiempo que elmotor aguanta con el rotor bloqueado, cuando se da este tipo demotor y
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carga, cada parte de la curva de limite térmico es crítica. El fabricante del motor debe
proporcionarla.
Lacurvadesobrecargadependientedelatensiónhasidopensadaparaprotegerestetipo
demotores, durante el arranque delmotor semonitoriza constantemente la tensión y la
curvalímitedeaceleracióntérmica,enconsecuenciasecreaunacurvadeaceleraciónpara
elmínimodetensióndelíneayotraparael100%.ElSR469monitorizalatensióndelínea
ysitúalacurvadeproteccióndeaceleraciónentrelasdos.
Estemétodo de protección conlleva el darse cuenta del cambio en la velocidad del relé,
como haría un relé de impedancia. El cambio de impedancia se refleja en la tensión en
terminaleseintensidaddelínea.
2.3.3 Desequilibrio(intensidaddesecuencianegativa)
Laintensidaddesecuencianegativa,quetieneunarotacióndefasesinversaalasecuencia
positivayalarotacióndelmotor,puedeincluirunatensiónenelrotorquepuedeproducir
una intensidad elevada en el rotor. Esto puede causar un aumento significativo del
calentamientodelrotor. Estesobrecalentamientonoestátomadoencuentaenlascurvas
delimitetérmicoproporcionadasporelfabricante,yaqueestascurvassuponenunsistema
perfectamente equilibrado y el diseño del motor que resulta de corrientes de secuencia
positiva.
ElSR469mideeldesequilibriocomolarelaciónentrelaintensidaddelasecuencianegativa
y la de secuencia positiva. El modelo térmico se corrige para reflejar el calentamiento
adicional causado por la intensidad de secuencia negativa, cuando el motor está
funcionando, la correccióndebido a la secuencianegativapuede ajustarse a travésdeun
factor“k”decorrecciónpordesequilibrio.
2.3.4 CompensacióndeMotor(frío/caliente)
La protección SR 469 tiene una única función para proteger el motor basada en la
información del comportamiento térmico en caliente y en frío suministrado por el
fabricantedelmotor.Seconstruyeunacurvadedospartescontrespuntos:
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ü Compensación mínima RTD: Si el valor mínimo de las RTD del estator está por
debajodeestepuntonohaycompensación(normalmente40gradosCelsius).
ü CompensaciónmáximaRTD:SielvalormáximodelatemperaturadelaRTDestápor
encimadeesteajustelamemoriatérmicasecorrigeylacapacidadtérmicasefuerza
al100%(esnormalmentevalordeaislamientodelestator).
ü PuntodecompensacióncentroRTD:elpuntocéntricode temperaturaycapacidad
térmicasonlatemperaturamedidaenfuncionamientoyelvalordeterminadoporla
relacióndeseguridadcalor/frío.
2.4 DescripcióndelReléURF60
El relé UR F60, ofrece protección de alto rendimiento del alimentador, el control, el
seguimiento y la medición en un paquete integrado y compacto, también incluye única
deteccióndefallasdealtaimpedanciadeGEPowerManagementparaladetecciónrápiday
fiabledeconductoresenestacondición.
Algunas de sus principales prestaciones son, protección de sobretensión de fase y de
mínima tensión, sobre frecuencia y baja frecuencia, falla del interruptor, supervisión de
valoresreales,diagnósticodefallas,RTU.Dentrodeotrasfuncionesdelógicaprogramable
el F60 también mide hasta el armónico 25 en tensión y corriente, adecuado para
aplicacionesdecalidaddeenergía.Esasí,queenlatabla2.3seresumenlasfuncionesmás
relevantesdelreléURF60.
Tabla2.3:FuncionesdeProtecciónyControldelReléURF60
Númerodispositivo
Función
25(2) Dispositivodechequeodesincronización(Synchrocheck)
27P(2) Mínimatensióndefase
27X MínimatensiónAuxiliar
32 Direccionaldepotenciasensitiva
32N Vatímetrodireccionaldesecuenciacero
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Tabla2.3:FuncionesdeProtecciónyControldelReléURF60(Continuación)
Númerodispositivo
Función
50BF/50BF Falladelinterruptor50DD Alteracióndeldetector
50G Sobrecorrienteinstantáneodetierra
50N Sobrecorrienteinstantáneodeneutro
50P Sobrecorrienteinstantáneadefase
50_2 Sobrecorrienteinstantáneodesecuencianegativa
51G Sobrecorrientetemporizadoatierra
51N Sobrecorrientetemporizadodeneutro
51P Sobrecorrientetemporizadodefase
51_2 Sobrecorrientetemporizadodesecuencianegativa
52 ACCircuitBreaker(interrupterdeCA)
59N Sobretensióndeneutro
59P Sobretensióndefase
59X Sobretensiónauxiliar
59_2 Sobretensióndesecuencianegativa
67N Direccionaldesobrecorrienteenelneutro
67P Direccionaldefase
67_2 Direccionaldesobrecorrientedesecuencianegativa
79 Reconectadorautomático
81 Sobrefrecuencia
81U Bajafrecuencia
EsteReléentregaproteccióndesobrecorriente temporizadade fase, instantáneade fase,
neutro, tierra y secuencia negativa. La función de sobre corriente de fase proporciona
variasformasdecurvaso“FlexCurves”paraunaóptimacoordinacióndelasprotecciones.
También proporciona reconexión automática, chequeo de sincronización ypresenta un
localizadordefallasdelínea.EstáequipadoconunmóduloCT/TPtipo8Z,unelementode
deteccióndefallasdealtaimpedancia.
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Lamedicióndetensión,corriente,potenciayenergíaestánintegradosenelrelé,comouna
característicaestándar.Losparámetrosdecorrienteestándisponiblesentotalmagnitudde
formadeondaRMSocomomagnitudyángulo(fasor)defrecuenciafundamentalRMS.
Lascaracterísticasdediagnóstico incluyenunregistradordeeventos,capazdealmacenar
1024 eventos con etiqueta de tiempo. El reloj interno conetiqueta de tiempo, se puede
sincronizar con una señal IRIG-B (Inter Range Instrumentation Group-B), o mediante el
protocoloSNTP(SimpleNetworkTimeProtocol)atravésdelpuertoEthernet.Loseventos
tambiénsepuedenprogramar(atravésdeecuacionesFlexLogic)paraactivarlacapturade
datosdeoscilografíaypuedeserconfiguradoparagrabarlosparámetrosmedidosantesy
después del evento para ser observados en un computador. Estas herramientas reducen
significativamenteeltiempodeanálisisdefallasysimplificanlageneracióndeinformesen
elcasodeunafalladelsistema.
El puerto frontal RS 232 se puede usar para conectar el F60 a un computador, para la
programacióndeajustesyelmonitoreodelosvaloresreales.
Estándisponiblesunavariedaddemódulosdecomunicación.DospuertostraserosRS485
permiten un acceso independiente para la operación del personal de ingeniería y
operaciones. Todos lospuertos serieutilizanelprotocoloModbusRTU (unidad terminal
remota). LospuertosRS485puedenserconectadosa sistemasconvelocidadesdehasta
115,2kbps. ElpuertoRS232poseeunavelocidadde transmisión fijade19,2kbps. Los
módulosdecomunicaciónopcionalesincluyenunainterfazEthernet10Base-F,quepuede
ser usada para proporcionar comunicaciones rápidas y fiables en ambientes con
contaminaciónderuido.
ElpuertoEthernetescompatibleconIEC61850,ModbusTCPyprotocolosTFTP,ypermite
el accesoal relé a travésde cualquiernavegadorwebestándar (páginaswebdelF60).El
protocoloIEC60870-5-104escompatibleconelpuertoEthernet.DNP3.0yelIEC60870-5-
104,loscualesnosepuedenhabilitaralmismotiempo.
Enlafigura2.3sepresentaundiagramatípicodeproteccióndelreléURF60enreferenciaa
lasfuncionesdeproteccióndescritasenlatabla2.3.
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Figura2.3:DiagramaUnifilardeProteccióndelReléURF60
2.4.1 DescripcióndelHardwaredelReléURF60
ElHardwaredelrelésebasaprincipalmenteenundiseñomodular,loquepermitequesea
fácilmenteactualizadoyreparadoporunpersonal técnicocalificado. Losmódulosque lo
componen son CPU, fuente de alimentación, CT/TP, E/S Digitales, E/S Analógicas y
comunicaciones.
EnestecapítuloserealizaunanálisisdelHardwaredelreléURF60,poniendoénfasisalos
módulosquelocomponen,teclado,pantallafrontal,puertodecomunicacionesRS232yRS
485.
El relé UR F60 es un dispositivo digital que posee una unidad central de procesamiento
(CPU), la cual maneja múltiples tipos señales de entrada y salida. El UR F60 puede
comunicarseatravésdeunaredlocal(LAN),conunoperadoratravésdeunainterfaz,con
unequipodeprogramaciónoconotrodispositivoUR(verfigura2.4).
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Figura2.4:DiagramaConceptualdeBloquedelURF60
ElmoduloCPUcontieneunfirmwarequeproporcionaelementosdeprotecciónenlaforma
de algoritmos lógicos, al igual que las compuertas lógicas programables, contadores y
enclavamientoscomocaracterísticasdecontrol.
Loselementosdeentradaaceptanunavariedaddeseñalesanalógicasodigitales.ElURF60
aíslayconvierteestasentradasenseñaleslógicasrequeridasporelrelé.
Los elementos de salida convierten y aíslan las señales lógicas generadas por el relé en
señalesanalógicasodigitalesquepuedenserusadaspordispositivosdecontroldeterreno.
Loscontactosdeentradaysalidasonseñalesdigitalesasociadasconconexionesacontactos
defuerza.Elrelécuentaconcontactossecosyhúmedos.Loscontactossecosqueposeeel
relé UR F60, son contactos que reciben energía eléctrica del módulo de la fuente de
alimentación interna de 48 VCC. Estos contactos se encuentran normalmente abiertos o
desenergizados, pero cuando este contacto se cierra, una corriente de 1 a 3 mA fluye a
travésdelcircuitoasociado.Loscontactoshúmedosrecibenenergíaeléctricadeunafuente
de alimentación de corriente continua externa. Estos contactos están normalmente
cerrados o energizados. La máxima tensión a la cual pueden estar sometidos estos
contactosesde300VCC.
Loscontactosvirtualesdeentradaysalidasonseñalesdigitalesasociadascon lasseñales
lógicas internas del UR F60. Las entradas virtuales incluyen señales generadas por la
interfaz local con el usuario. Las salidas virtuales son salidas de ecuaciones FlexLogic
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(LógicaFlexible)usadasparapersonalizarelURF60. Lassalidasvirtualespuedenservir
tambiéncomoentradasvirtualesparaecuacionesFlexLogic.
Las salidas y entradas analógicas son señales asociadas con transductores, tales como
resistenciasdetectorasdetemperatura(RTDs).
Las entradas de TC y TP se refieren a las señales analógicas de los transformadores de
corriente (TC)y transformadordepotencial (TP)utilizadasparamonitorear las líneasde
potenciade(CA).ElURF60soportatantotransformadoresdecorrientede1(A)comode5
(A).
Las entradas y salidas remotas proporcionan los medios para compartir información de
señalesdigitalesentredispositivosURremotosylassalidasremotasseinterrelacionancon
las entradas de otros dispositivos UR. Las salidas remotas son operadas por FlexLogic,
insertados en mensajes UCA2 GOOSE (arquitectura de comunicaciones de empresas de
servicio)ysondefuncionesestándarDNAyfuncionesdefinidasporelusuario.
Las entradas y salidas directas proporcionan el medio para compartir información de
estado y de señales digitales entre un número de IEDs UR a través de una fibra óptica
dedicadaexclusivamente(monomodooenmultimodo)enRS232ointerfazG.703.
2.4.2 InterfacesdeUsuario
Todoslosmensajessevisualizanenunapantallafrontalfluorescentealvacíode2×20para
facilitarunaóptimavisibilidaddelosdatosbajocondicionesdebajailuminación.Cuandoel
tecladoylapantallanoestánenuso,elrelémuestraelmensajeprogramadoporelusuario
para aparecer por defecto. Cualquier evento de alta prioridad impulsa un mensaje que
anula automáticamente el mensaje por defecto y aparece en la pantalla, por encima del
mensajepordefecto,(verfigura2.5).
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Figura2.5:VistaFrontaldelReléURF60
Lavisualizacióndelosmensajesseorganizanencategoríasbajolossiguientesencabezados,
valoresactuales(actualvalues),ajustes(settings),comandos(commands)yseñalizaciones
(targets).
Latecla“MENU”navegaatravésdeestascategorias.Cadamenúprincipalsedivideasuvez
ensubgruposlógicos.
La tecla “MESSAGE” navega a través de los subgrupos. Las teclas de desplazamiento
“VALUE” incrementan o decrementan los valores de ajuste numérico en el modo de
programación. Estas teclas tambiénsedesplazana travésdevaloresalfanuméricosenel
mododeedicióndetexto.Porotraparte,losvalorestambiénpuedenserintroducidoscon
eltecladonumérico. Lasteclasdecimalesinicianypasanalsiguientecarácterenelmodo
de edición de texto o entre un punto decimal. La tecla “HELP” puede ser presionada en
cualquiermomentoparaproporcionarunmensajedeayuda,latecla“ENTER”almacenalos
valoresdeajustemodificados.
Elpaneldeindicadorled,segúnsepresentaenlafigura2.6poseevariosindicadoresLEDs,
varias teclas y puertos de comunicaciones. La tecla de reinicio “RESET” se utiliza para
reiniciarcualquierindicadorLEDenestadopermanenteomensajedeseñalización,unavez
quesehayadespejadolacondición(estascondicionespermanentespuedenserreiniciadas
a travésdelmenúSETTINGS INPUTS/OUTPUTS RESETTING).ElpuertoRS232
seutilizaparalaconexióndelreléconuncomputador.
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Figura2.6:PaneldeIndicadoresLEDs1delReléURF60
Adicionalmente,existendospanelesqueproporcionan48indicadoresLEDdecolorámbar,
cuyaoperaciónescontroladaporelusuario(ver figura2.7).De igualmaneraseofreceel
soporteparautilizaretiquetaspersonalizadasalladodecadaindicadorLED.
La personalización de la operación de indicadores LED, es de máximo beneficio en
instalaciones donde se utiliza el lenguaje de comunicación diferente al inglés, para
comunicarseentreoperadores.
Figura2.7:PanelesdeIndicadoresLEDs2y3delreléURF60
2.4.3 TerminalesdeconexiónEn la figura 2.8 se muestra la disposición de las ranuras de conexión asociadas con los
módulosquevienenintegradosconelreléy losmódulosopcionales. Estasranurasnose
debentocarmientraselreléestáenergizado.
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Figura2.8:VistatraseradelosterminalesdelreléURF60
Elrelésigueunaconvenciónencuantoalanumeracióndelosterminales,loscualestienen
3 caracteres en orden por posición de la ranura del módulo, número de fila y letra de
columna.Elanchodedosmódulostomasudesignacióndeespaciodelaprimeraposiciónla
más cercana al módulo CPU, la cual se indica por una flecha marcada en el bloque del
terminal. En la figura 2.9 se muestra un ejemplo de la asignación de los terminales
posteriores.
Figura2.9:EjemplodeMódulosenlasRanurasFyHdelreléURF60
2.4.4 ConexionadodelReléURF60
Eldiagramadeconexionadosemuestraenlafigura2.10,estácompuestodeuninterruptor
tripolarqueestáconectadoaunatensiónde200VAC.Elprimariodeltransformadorde
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34
tensión se conecta a la alimentación 3Ø de 200 VAC y el secundario de 110 VAC a los
contactosdeentradadetensióndelrelé.Laconexióndeestostransformadoresesestrella.
Las líneasL1,L2yL3seconectanalpartidordeplenatensión. Luegoseobservaque las
líneasseconectana los transformadoresdecorriente, loscualesseconectanenconexión
estrella y el secundariodeestos se conecta las entradasde corrientedel relé. Las líneas
pasana travésdel transformadorde corriente residual, paramedir corriente a tierra, las
líneasseconectanalacargatrifásica(RL)delaboratorio.
Figura2.10:DiagramaTípicodeConexionadodelReléURF60
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Elcontactoutilizadoparaeldisparo“TRIP”eselcontactoH1,endondelosterminalesH1by
H1c se conectan a labobinadel relé auxiliar. Estabobina se energiza conuna fuentede
tensióncontinuaajustadaen30VCC.Luegoseobservaqueloscontactos5y8enelpartidor
deplenatensiónsealimentacon220VAC. AlocurrirunafallaelcontactoOL1-3queestá
normalmente cerrado, se abre y hace que las bobinas OL1, OL2 y OL3 se desenergicen
desconectandolas líneas,seobservaqueelconexionadocuentaconuncontadordeciclos
paramedireltiempodeoperacióndelasunidadesdecorrienteytensión. Elcomputador
de laboratorio se conecta al relémediante el cable RS 232/USB al puerto ubicado en el
panelfrontal.
TambiénsepuedeobservarelmódulodelostransformadoresdecorrienteytensiónTC/TP
(8F/8G).LasentradasdecorrienteestánidentificadasporlasranurasF1a,hastalaranura
F4c.LasentradasdetensiónestánidentificadasporlasranurasF5ahastalaranuraF5c.
Elrelédisponedelmódulodeentradas/salidasdigitales(6B),elcualestácompuestode
24 terminales de conexión. Los contactos del H1 al H6 son contactos de salida y son
utilizadosparaalarmaydisparo.SeobservaqueloscontactosH1yH2sepuedenutilizar
paramonitorearel voltajeo la corrientequepasaporestos contactos. Los contactosH3
hastaelH6soncontactosnormales,loscualesnomonitoreanlacorrientenilatensión.Los
contactosH7yH8sonutilizadosparacontactoshúmedosysecos.
Seobservaqueel relé cuentaconelmódulode fuentedealimentación “PowerSupply1”
este módulo se alimenta de 24-48 VAC, entre las ranuras 85b y 86b. La fuente de
alimentacióngeneraunatensióncontinuade48VCCdesalida.
Porotrolado,enelanexoCsepresentaunadescripcióndedelsoftwareEnervistautilizado
enlaconfiguracióndelosrelés.
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36
CAPÍTULOIII:ESTIMACIÓNDEPARÁMETROSYFLUJODEPOTENCIAMEDIANTESOFTWAREETAP
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3.1 Fundamentos
Enelpresentecapítuloseanalizalaoperaciónenrégimennormaldelainstalacióneléctrica,
evaluandolaregulacióndetensióntantoenlabarradealtatensión,comoenlasbarrasde
losalimentadoresdemediatensión,realizandoposteriormenteelcálculodeflujodecargas
empleandoelsoftwareETAP.
3.2 Análisisdeoperacióndelalíneaaéreade66kV
Secontemplaevaluareldiseñodeunalíneadetransmisión,circuitosimplede1800metros
horizontal con conductores de cobre desnudo para el suministro de energía eléctrica,
evaluandolacapacidadtérmica,laestimacióndeparámetrosylaregulacióndetensiónpara
cumplirconlanormaNSEG71.
3.2.1CapacidadTérmicadelaLínea
Al considerar la potencia de los distintos consumos de la instalación eléctrica, según se
presentaenlaTabla3.1,lapotenciaquedebetransportarlalíneaaérea,esde10,8295MW
y4,8536MVAR,estoes:
SL =10,8295MW + j4,8536MVAR =11,8674∠24,14º (MVA)
Tabla3.1:ConsumosdePotencia
Alimentador Potenciaactiva(MW) Potenciareactiva(MVAR)
Aérea 10,8295 4,8536
AlimentadorA1 5,635 2,48
AlimentadorA2 4,135 1,88
AlimentadorA3 1,635 0,7797
Luego,lacorrientenominalquedadefinidapor:
In =11,8674•106
3•66•103=103,8128(A)
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38
Enconsecuencia,lacapacidadtérmicadelconductorseleccionadodebesermayora103,81
(A). En tal sentido, considerando los datos del fabricante descritos en la Tabla A.1 del
Anexo A, la capacidad térmica de la línea es de 360 (A), que supera con creces los
requerimientos de la instalación eléctrica. Cabe destacar que la topología de la línea de
transmisiónpresentaunvalormáximodelaflechade2.7Metros,porlotanto,ladistancia
entreconductoresdebetenerunvalormínimode1.1metros.
3.2.2 CálculodeRegulacióndeTensión
Considerando un conductor de cobre duro de 97.3 % de conductividad, se contempla
seleccionar el tamaño del conductor según la capacidad térmica requerida, con la
restricciónquesedebeasegurarunatensiónenelreceptorcomprendidaenun+-5%,esto
es,latensiónnodebeserinferiora62.7kVnimayora69.3kV.ConreferenciaalatablaA.1
del anexo A, al emplear un conductor de 2/0 AWG de 7 hebras, los párametros más
relevantesresultanser.
Radiomediogeométrico :0,0125Piesó0,00381Metros.
Resistenciaca :0,481ohm/millaa50Hzy50ºC.
ReactanciainductivaXa :0,443ohm/millaa1Piesdeseparación.
ReactanciainductivaXd :0,154ohm/millaa4.6Piesdeseparación.
Luego,laimpedanciadelalínea,resultaser:
Notemos la coincidencia de los resultados al emplear expresiones numéricas, esto es, la
reactanciadelalíneavienedadapor:
XL = 0,0628• lnDMGRMG
!
"#
$
%&•Largo = 0,0628• ln
4, 60, 0125!
"#
$
%&•1,8 = 0,668(Ohm)
)(668,0538,0609,18,1))154,0443,0(481,0( OhmjjZLínea +=•++=
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39
Así,alevaluarlacaídadetensiónenelextremoreceptorsetiene:
(VN −VR )•VR = R•P + X •Q = (66−VR )•VR = 0,538•10,8295+ 0,668•4,8536
Desarrollandolaexpresión:
Luegoelvoltajeenelreceptorresultaser:
Porlotanto,dadoquesecumpleconlanorma,conunaregulacióndeun0,21%,severifica
queelconductorinstaladosatisfaceelrequerimientodelainstalación.
3.3 AnálisisdeoperacióndelosalimentadoresenMediaTensión
Con la finalidaddeverificar la operaciónde cadaunode los alimentadores, el análisis se
realizacomenzandodesdeelúltimotramo,verificandodeestemodoqueloscalibresdelos
conductoresinstalados,seanviablesparalainstalaciónenestudio.
3.3.1 Cálculodelaresistenciadelconductor
Unprimer aspecto a evaluar, en el cálculodeparámetros es la resistenciadel conductor,
para locualseutilizantablasnormalizadasyrelacionesnuméricasproporcionadasporel
fabricanteMadeco. Es así, que se define la resistencia en corriente continua y corriente
alterna, considerando el factor de corrección por efecto Piel (YS) y factor por efecto
proximidad(Yp).
Paralaobtencióndelvalorderesistenciaencorrientecontinua(RCC)seemplealafórmula
propuestaporelfabricante(Madeco),estoes:
RCC= !°! ∗ [1+ 𝛼20 𝑡 − 20 ](1+ 𝑍)
VR2 − 66•VR + 9,166 = 0
VR =66+ 662 − 4•9,166
2= 65,861(kV )
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40
Dónde“A”eslaseccióndelconductor,“δ°”eslaresistividaddelmetal,“α20”eselfactorde
corrección temperatura, “Z” es el factor de cableado, normalmente 0,02 y “t” es la
temperaturadeoperacióna75°C.Así,dadoqueelconductoresdecobre(δ°=17,24)con
unasecciónde350MCM(177mm2),elvalordelaresistenciaencontinuaresultaser:
RCC =17,241177
• 1+ 0,00393 75− 20( )"# $% 1+ 0,02( )OhmKms&
'(
)
*+= 0,1208
OhmKms&
'(
)
*+
Paradeterminarlaresistenciaencorrientealternaesnecesarioincorporarelfactorde
correcciónporefectoPiel(YS),estoes:
Donde:
Así,considerandounafrecuencia“F”de50HZ,elvalordeXSresultaser:
Porlotanto,elfactordeefectopielparalosalimentadoresvienedadopor:
Porotrolado,alconsiderarlatopologíadelalimentadoresnecesarioincluirelfactorde
correcciónefectoproximidad(YP),elcualvienedefinidopor:
YS =XS4
192+ 0,8•XS4
Xs =15,9•10−4 •
F •1000RCC
"
#$
%
&'
12
XS =15,9•10−4 50•1000
0,1208"
#$
%
&'
12=1,0229
YS =1,02294
192+ 0,8•1,02294= 0,005676
YP =XP 4
192+ 0,8•XP•ds
!
"#
$
%&2
• 0,312• ds
!
"#
$
%&2!
"##
$
%&&+
1,18XP4
192+ 0,8•XP4
!
"
###
$
%
&&&
'
(
)))
*
+
,,,
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41
S = 4,135MW + j1,88MVAR+1,5MW + j0,6MVAR = 5,635MW + j2, 48MVAR = 6,157∠23, 75º (MVA)
Donde:
Conreferenciaalascaracterísticasdelconductoryconsiderandolosdatosproporcionados
porelfabricante(VeranexoA),eldiametroexterior“d”resultaserde34,29mmyparauna
separación “s” entre conductores de 34,29 mm, el factor de corrección por efecto
proximidad(Yp)resultaser:
Porlotanto,laresistenciaOhmicaencorrientealterna(RAC)delconductorvienedadapor:
3.3.2EstudiodelAlimentadorA1
Enrelacióncon lareactancia inductiva,alemplear las tablasnormalizadasdescritasenel
anexo“A”,severificaqueporelconductorde350MCM,lareactanciavienedadapor“X”es
igual a 0,129 (Ohm/Kms). Por lo tanto, la impedancia de un alimentador simple con
conductoresdetamaño350MCMresultaser:
Cabe destacar que la citada impedancia deberá corregirse en función de la longitud del
alimentadorynúmerodeconductoresporfase.Lapotencianominalquedebetransportar
elalimentadorA1enmediatensióndebeserlapotenciademandadaporelalimentadorA2
máslacargaSC2.Luegolapotenciaresultaser:
XP =15,9•10−4 800•F
RCC
"
#$
%
&'
12=15,9•10−4 800•50
0,1208"
#$
%
&'
12= 0,9150
RAC = RCC • 1+YS +YP( ) = 0,1208• 1+ 0,005676+ 0,0168178( ) = 0,1235OhmKms!
"#
$
%&
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+=KmsOhmjZ L 129,01235,0
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42
VN −VR( )VR = R•P + X •Q
Así,lacorrientenominalquedadefinidaporlamayorcorriente,entrelacorrientenominal
del transformador T1 y la corriente nominal definida por las cargas aguas abajo del
alimentador,estoes:
Enconsecuencia,lacapacidadtérmicadelconductordebesermayora328,040(A).Así,al
considerar el cable de cobre de tipo XAT de calibre 350 MCM y empleando las tablas
normalizadas del anexo “A”, se verifica que la capacidad térmica es de 390 (A). Cabe
destacar que el tramo es de 2 conductores por fase, el alimentador tiene una capacidad
térmicaholgada.Porotrolado,alevaluarlacaídadetensiónenlacoladelalimentador,se
tiene:
Considerando las corrientes del alimentador, esto es, dos conductores por fase y una
longitudde75metros,laimpedanciaresultaser:
Nota:Sedebetenerpresentequelareactanciacalculadaesunvaloraproximado,elcualse
encuentrajustificadomedianteexpresionesnúmericasdeAnexoF(Cálculodereactanciaen
alimentadoresdeMT).
Enconsecuenciasetiene:
(VN −VR )VR = 0,00463•5,635+ 0,00484•2, 48 = 0,03809
Por otro lado, empleando los resultados del cálculo de regulación de tensión en la línea
aérea,conreferenciadiagramadelafigura1.15, latensiónesperadaenlabarraN°1serÍa
65,861kV,así,latensiónsecundariaeneltrafoT1resultaser:
VST1 = 65,861•13,266
!
"#
$
%&=13,172(kV )
( )OhmjjZ L 00484,000463,0100075
2129,01235,0
+=•+
=
INSL =6,157•106
3•13,2•103= 269,299(A) INT1 =
7,5•106
3•13,2•103= 328,040(A)
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43
S =1,635MW + j0, 780MVAR+ 2,5MW + j1,1MVAR = 4,135MW + j1,88MVAR = 4,542∠24, 45º (MVA)
VR =13,172+ 13,1722 − 4•0,03809
2=13,169(kV )
Porlotantolaregulaciónesperadaserá0,23%,locualpermitequeelconductorinstalado
puedasatisfacerplenamentelosrequerimientosimpuestosporlanormaNSEG71.
3.3.3 EstudiodelAlimentadorA2
Enrelacióncon lareactancia inductiva,alemplear las tablasnormalizadasdescritasenel
anexo “A”, severificaqueporel conductorde350MCM, la reactanciavienedadapor “X”
igual a 0,129 (Ohm/Kms). Por lo tanto, la impedancia de un alimentador simple con
conductoresdetamaño350MCMresultaser:
Cabe destacar que, la citada impedancia deberá corregirse en función de la longitud del
alimentadorynúmerodeconductoresporfase.
LapotencianominalquedebetransportarelalimentadorA2enmediatensióndebeserla
potencia demandada por el transformador T2más la potencia de la carga SC3. Luego la
potenciaresultaser:
Así,lacorrientenominalquedadefinidaporlamayorcorriente,entrelacorrientenominal
del transformador T2 y la corriente nominal definida por las cargas aguas abajo del
alimentador,estoes:
Enconsecuencia,lacapacidadtérmicadelconductordebesermayora328,040(A).Así,al
considerar el cable de cobre de tipo XAT de calibre 350 MCM empleando las tablas
normalizadas del anexo “A”, se verifica que la capacidad térmica es de 390 (A). Cabe
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+=KmsOhmjZ L 129,01235,0
INSL =4,542•106
3•13,2•103=198,661(A) INT1 =
7,5•106
3•13,2•103= 328,040(A)
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44
destacar que el tramo es de 2 conductores por fase, el alimentador tiene una capacidad
térmicaholgada.
Porotrolado,alevaluarlacaídadetensiónenlacoladelalimentadorsetiene:
Considerando las corrientes del alimentador, esto es, dos conductores por fase y una
longitudde110metros,laimpedanciaresultaser:
Nota:Sedebetenerpresentequelareactanciacalculadaesunvaloraproximado,elcualse
encuentrajustificadomedianteexpresionesnúmericasdeAnexoF(Cálculodereactanciaen
alimentadoresdeMT).
Enconsecuenciasetiene:
(VN −VR )VR = 0,00679•4,135+ 0,00709•1,88 = 0,0414
Por otro lado, empleando los resultados del cálculo de regulación de tensión en el
alimentador, conreferenciaaldiagramade la figura1.15, la tensiónesperadaen labarra
N°2resultaser13,169kV.
Porlotanto:
Porlotantolaregulaciónesperadaserá0,27%,locualpermitequeelconductorinstalado
puedasatisfacerplenamentelosrequerimientosimpuestosporlanormaNSEG71.
3.3.4EstudiodelAlimentadorA3
Enrelacióncon lareactancia inductiva,alemplear las tablasnormalizadasdescritasenel
anexo“A”,severificaqueporelconductorde350MCM,lareactanciavienedadaporX=
VN −VR( )VR = R•P + X •Q
( )OhmjjZL 00709,000679,01000110
2129,01235,0
+=•+
=
VR =13,169+ 13,1692 − 4•0,0414
2=13,165(kV )
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45
INSL =1,66•106
3•13,2•103= 72,606(A) INT 2 =
3•106
3•13,2•103=131,216(A)
VN −VR( )VR = R•P + X •Q
( )OhmjjZL 0271,00259,01000210
1129,01235,0
+=•+
=
0,129(Ohm/Kms). Porlotanto,laimpedanciadeunalimentadorsimpleconconductores
detamaño350MCMresultaser:
Cabe destacar que, la citada impedancia deberá corregirse en función de la longitud del
alimentadorynúmerodeconductoresporfase.Lapotencianominalquedebetransportar
el alimentador A3 en media tensión, debe ser la potencia demandada por el motor de
Inducción,máslaSC4.Luegolapotenciaresultaser:
Así,lacorrientenominalquedadefinidaporlamayorcorriente,entrelacorrientenominal
del transformador T2 y la corriente nominal definida por las cargas aguas abajo del
alimentador,estoes:
Enconsecuencia,lacapacidadtérmicadelconductordebesermayora131,216(A).Así,al
considerar el cable de cobre de tipo XAT de calibre 350 MCM empleando las tablas
normalizadas del anexo “A”, se verifica que la capacidad térmica es de 390 (A). Cabe
destacar que el tramo es de 1 conductor por fase, el alimentador tiene una capacidad
térmicaholgada.Porotrolado,alevaluarlacaídadetensiónenlacoladelalimentadorse
tiene:
Considerandolascorrientesdelalimentador,estoes,unconductorporfaseyunalongitud
de210metros,laimpedanciaresultaser:
Enconsecuenciasetiene:
(VN −VR )VR = 0,0259•1,5+ 0,0271•0, 715= 0,05822
)(º48,2566,1715,05,13,08,04154,07,0 MVAMVARjMWMVARMWMVARjMWS ∠=+=+++=
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+=KmsOhmjZ L 129,01235,0
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46
Por otro lado, empleando los resultados del cálculo de regulación de tensión en el
alimentador, conreferenciaaldiagramade la figura1.15, la tensiónesperadaen labarra
N°3resultaser13,165kV.
Porlotanto:
VR =13,165+ 13,1652 − 4•0,05822
2=13,161(kV )
Porlotantolaregulaciónesperadaserá0,30%,locualpermitequeelconductorinstalado
puedasatisfacerplenamentelosrequerimientosimpuestosporlanormaNSEG71.
3.4 FlujodePotenciaMedianteSoftwareETAP
3.4.1 Fundamentos
El estudio de flujo de potencia o flujo de cargas es una herramienta fundamental para
analizarlaoperaciónyplanificacióndelSistemaEléctricodePotencia(SEP),enunsistema
derégimenequilibrado.
ConocidalatopologíadelSEP,lademandaencadabarraylapotenciasuministradaporel
sistema,esposibledeterminarlossiguientesparámetros:
§ LastensionesencadabarradelSEP.
§ LosflujosdepotenciaPyQencadaelementodelSEP.
§ LadistribucióndecorrientesenloselementosdelSEP.
Comoresultadodelcálculodeflujodecarga,seestableceelanálisisqueincluye:
§ Estudiarlosefectossobreladistribucióndepotenciacuandoseproducenpérdidas
temporalesdelsistema.
§ Programar las ampliaciones necesarias del SEP y determinar su mejor operación
teniendoencuentaconsumosylíneas.
Para realizar el análisis y estudio de flujo de potencia, es necesario modelar el sistema
eléctricodepotenciaparalocualseutilizaelsoftwareETAP.Entalsentido,enlafigura3.1,
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47
sepresentaeldiagramaunilinealdelSEPeléctricomedianteETAP,identificandolosflujos
depotenciayporcentajesdetensiónrespectoalanominalesperadosenlaredeléctrica.
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48
Figura3.1:DiagramaUnilinealdeFlujodeCargasMedianteETAP
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49
3.4.2 TensiónenBarras
3.4.2.1FlujodePotenciaenlaLíneade66kV(CargadelaLínea)
Conreferenciaaldiagramaunilinealdelafigura3.2,latensiónpresenteserádeun99,99%
respectoalanominalylosflujosdecargasepresentaneneldiagramaunilineal.
Figura3.2:DiagramaUnilinealdeFlujodePotencialíneade66kV
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50
3.4.3 FlujodePotenciaenAlimentadoresdeMediaTensión(Cargadelosconductores)
Conreferenciaaldiagramaunilinealdelafigura3.3,lastensionespresentesserándeunun
99,59%,99,58%y99,56%respectoalanominal,ademáslosflujosdecargasepresentan
eneldiagramaunilineal.
Figura3.3:DiagramaUnilinealdeFlujodePotenciaAlimentadoresenMediaTensión3.4.4 FlujodePotenciaenlosTransformadores(CargadelosTransformadores)
Con referencia a la figura 3.4, las tensiones presentes para el transformador T1 estarán
entre un 99,99% y 99,59% y para el transformador T2 de un 99,56% y un 99,28%,
ademáslosflujosdecargasepresentanenambasfiguras.
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51
Figura3.4:DiagramadeFlujodePotenciaenlosTransformadores
3.4.5 Factor de Potencia en empalme (Requerimientos de Corrección de Factor de Potencia)Con referencia a la figura 3.5, se presenta el factor de potencia por cada barra y para el
empalmedelSEP.
Figura3.5:FactoresdePotenciaporBarra
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52
3.5 EvaluaciónderesultadosdecaídadeTensiónenlosConductoresUna vez obtenidos los resultados de los cálculos de caída de tensión en cada una de las
barrasyconductoressimuladomedianteelsoftwareETAPenlatabla3.3sepresentanun
cuadrocomparativoconlosresultadosobtenidosenformamanualy loscálculadosporel
software,queparaefectosdeconsiderarunresultadocorrecto,seaceptaráunerrordeun5
%.
Tabla3.2:ValoresComparativosdeCaídalaTensiónenlosConductores
VrTensiónIdeal
(kV)
Tensión(kV)
Calculada
Tensión(kV)
ETAP%Error
LíneaAérea 66 65,861 65,99 0,2
AlimentadorA.1 13,2 13,169 13,14 0,22
AlimentadorA.2 13,2 13,165 13,14 0,19
AlimentadorA.3 13,2 13,161 13,14 0,1
Con respecto a la tabla 3.2 se verifica que los resultados mediante cálculo en detalle
coincidenconlosentregadosporelsoftwareETAP.
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53
CAPÍTULOIV:CÁLCULODECORTOCIRCUITOTRIFÁSICO
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54
4.1. Fundamentos
Laplanificación,eldiseñoylaoperacióndelossistemaseléctricosdepotencia,requierede
acuciosos estudios para evaluar su comportamiento, confiabilidad y seguridad. Estudios
típicosque se realizan son flujosdepotencia, estabilidad, coordinacióndeproteccionesy
cálculodecortocircuitoetc.Unbuendiseñodebeestarbasadoenestudiosqueincluyenla
selección de voltaje adecuado, tamaño del equipamiento y selección apropiada de
protecciones. Lamayoríadelosestudiosnecesitadeuncomplejoydetalladomodeloque
representealsistemadepotencia,generalmenteestablecidoen laetapadeproyecto. Los
estudiosdecortocircuitossontípicosejemplosdeestos,siendoesencialparalaselecciónde
equiposyelajustedesusrespectivasprotecciones.
Elalcancedelpresenteanálisisdecortocircuitotrifásico,esdeterminarelcomportamiento
delsistemaeléctrico,antelaocurrenciadefallas,conelfindefijarelajustedelosrelésde
protección de los elementos del SEP. Es por esto, que la simulación con el software se
realizaconcorrientesdecortocircuito trifásicode30ciclos, conelpropósitode justificar
resultadosobtenidosdelassimulacionesdelsoftwareETAP,serealizaelcálculoenforma
manual,elcualhaseguidoelestándardefinidoporlaNormaANSI.
Z0 = ZSEP + ZLT = 0,00575∠74,68º (p.u)
Z1 = ZT1 + ZA1 = 0,0936∠82, 73º (p.u)
Z3 = ZA3 + ZT 2 = 0,3018∠81,63º (p.u)
Entalsentido,paracadacasosepresentaeldiagramaunilinealconlafallaconsideradaysu
simulacióndelafallaconelsoftwareETAP.4.2 DefinicióndeconstantesyconsideracionesPara lograr una mejor comprensión, se presenta un diagrama unilineal con valores de
impedanciasenlafigura4.1,valoresquesehanextraídodelcálculoen(p.u)delanexoD.
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55
Figura4.1:DiagramadeImpedanciasdelSEP
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56
4.3 CálculodeCortocircuitoTrifásicoporBarras
4.3.1 Cortocircuito3øenBarraN°1
ParaelcálculodecortocircuitoenbarraN°1,conreferenciaaldiagramadeimpedanciade
lafigura4.1,esposibleconfeccionarundiagramadelaredeléctricasimplificada(verfigura
4.2). Cabe destacar que el sistema en estudio solo proporciona un aporte de falla
provenientedesdelalíneadetransmisión.Porlotantoelcálculomanualsolocontemplalas
impedanciasinvolucradasdesdedichafuente.
LuegolacorrientedefallaenporunidadparalabarraN°1resultaser:
).(º68,740264,174º68,7400575,0
º01º01
0
upZ
IF −∠=∠∠
=∠
=
Puestoque labarraN°1 seencuentraen la zona Ide66kV, la corrientebase resulta ser
87,477(A)yportantolamagnituddecorrientedefallaenamperesvienendadaspor:
ITReal = Iccº /1• Ib1 =174,026•87, 477(A) =15,232(kA)
Figura4.2:DiagramadeImpedanciasparaFalla3øenBarraN°1
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57
Con referencia a la falla “F1”, en la figura4.3, sepresenta el diagramade la redeléctrica
analizadamedianteelsoftwareETAP,endondeseidentificalacorrientedefallaenlabarra
N°1
Figura4.3:AnálisisdeFalla“F1”MedianteETAP
Delanálisiscomparativoesposibleverificarlacoincidenciaentrelosresultadosentregados
porambosprocedimientos.
4.3.2 Cortocircuito3øenBarraN°2
ParaelcálculodecortocircuitoenbarraN°2,conreferenciaaldiagramadeimpedanciade
lafigura4.1,esposibleconfeccionarundiagranadelaredeléctricasimplificada(verfigura
4.4), a través de la cual se obtiene que la impedancia equivalente en por unidad, la
cualresultaser:
).(º27,8209930,0).(09840,001337,0)( 10 upupjZZZEQ ∠=+=+=
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58
LuegolacorrientedefallaenporunidadparalabarraN°2resultaser:
).(º27,8208,10º27,8209930,0
º01º01 upZ
IEQ
F −∠=∠
∠=
∠=
PuestoquelabarraN°2seencuentraenlazonaIIde13,2kV,lacorrientebaseresultaser
437,387(A)yportantolamagnituddecorrientedefallaenamperesvienedadapor:
)(404,4)(387,43707,101/º 2Re kAAIbIccIF al =•=•=
Figura4.4:DiagramadeImpedanciasparaFalla3øenBarraN°2
Con referencia a la falla “F2”, en la figura4.5, sepresenta el diagramade la redeléctrica
analizadamedianteelsoftwareETAP,endondeseidentificalacorrientedefallaenlabarra
N°2.
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59
Figura4.5:AnálisisdeFalla“F2”MedianteETAP
Delanálisiscomparativoesposibleverificarlacoincidenciaentrelosresultadosentregados
porambosprocedimientos.
4.3.3 Corcocircuito3øenBarraN°3
ParaelcálculodecortocircuitoenbarraN°3,conreferenciaaldiagramadeimpedanciade
lafigura4.1,esposibleconfeccionarundiagramadelaredeléctricasimplificada(verfigura
4.6),atravésdelacualseobtienequelaimpedanciaequivalenteenporunidadresultaser:
ZEQ = (Z0 + Z1 + ZA2 ) = 0,01375+ j0,09884(p.u) = 0,0998∠82,08º (p.u)
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60
LuegolacorrientedefallaenporunidadparalabarraN°3resultaser:
).(º08,82020,10º08,820998,0
º01º01 upZ
IEQ
F −∠=∠
∠=
∠=
PuestoquelabarraN°3seencuentraenlazonaIIde13,2kV,lacorrientebaseresultaser
437,387(A)yportantolamagnituddecorrientedefallaenamperesvienedadapor:
)(382,4)(387,437020,101/º 3Re kAAIbIccIF al =•=•=
Figura4.6:DiagramadeImpedanciasparaFalla3øenBarraN°3
Con referencia a la falla “F3”, en la figura4.7, sepresenta el diagramade la redeléctrica
analizadamedianteelsoftwareETAP,endondeseidentificalacorrientedefallaenlabarra
N°3.
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61
Figura4.7:AnálisisdeFalla“F3”MedianteETAP
Delanálisiscomparativoesposibleverificarlacoincidenciaentrelosresultadosentregados
porambosprocedimientos.
4.3.4 Cortocircuito3øenBarraN°4
ParaelcálculodecortocircuitoenbarraN°4,conreferenciaaldiagramadeimpedanciade
lafigura4.1,esposibleconfeccionarundiagramadelaredeléctricasimplificada(verfigura
4.8), a través de la cual se obtiene que la impedancia equivalente en por unidad la cual
resultaser:
).(º74,814016,0).(39742,005768,0)( 3210 upupjZZZZZ AEQ ∠=+=+++=
LuegolacorrientedefallaenporunidadparalabarraN°4es:
).(º74,814901,2º74,8104016,0
º01º01 upZ
IEQ
F −∠=∠
∠=
∠=
PuestoquelabarraN°4seencuentraenlazonaIIIde6,3kV,lacorrientebaseresultaser
916.429(A)yportantolamagnituddecorrientedefallaenamperesvienedadapor:
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62
)(28,2)(429,9164901,21/º 4Re kAAIbIccIF al =•=•=
Figura4.8:DiagramadeImpedanciasparaFalla3øenBarraN°4
Con referencia a la falla “F4”, en la figura4.9, sepresenta el diagramade la redeléctrica
analizadamedianteelsoftwareETAP,endondeseidentificalacorrientedefallaenlabarra
N°4.
Figura4.9:AnálisisdeFalla“F4”MedianteETAP
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63
Delanálisiscomparativoesposibleverificarlacoincidenciaentrelosresultadosentregados
porambosprocedimientos.
Una vez calculadas las corrientes de falla, en la Tabla 4.1 se resumen los resultados
obtenidos, conel objetivode comparar los valoresobtenidosde las simulacionesde falla
trifásica que se realizaron mediante el software ETAP. Para efectos de considerar un
resultadocorrecto,seaceptaráunerrordeun5%.
Tabla4.1:ValoresComparativosdeCorrientesdeCortocircuitoTrifásico
Barras Tensión(kV)Icc3Φ(kA)
Etap
Icc3Φ(kA)
Cálculado%Error
Barra1 66 15,28 15,232 0,32
Barra2 13,2 4,41 4,404 0,14
Barra3 13,2 4,23 4,382 3,47
Barra4 6,3 2,23 2,28 2,2
Con respecto a la Tabla 4.1, se verifica que los resultados mediante cálculo en detalle
coincidenconlosentregadosporelsoftwareETAP.
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64
CAPÍTULOV:ESTUDIODECOORDINACIÓNDEPROTECCIONESMEDIANTEETAP
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65
5.1 FundamentosLosdispositivosdeprotecciónsonelementosdestinadosadetectarcondicionesanómalas
defuncionamientoenlasredeseléctricas,másnoapreveniraccidentes,perosiadisminuir
lasconsecuenciasqueestostengantantocomoparalaspersonas,comoparalamismared
eléctrica.
En la actualidad los dispositivos de protección tienen la obligación de ser especialmente
selectivos y rápidos en la detección de condiciones anómalas de funcionamiento, por lo
tanto el estudio de estos elementos de protección, se ha concentrado en desarrollar
dispositivoscapacesdedetectarmásdeunparámetroalavez,teniendoencuentaelfactor
económicoquedictalanecesidaddecadaunodeestosdispositivosdeprotecciónenserie.
El correcto estudiode la aplicaciónde estas filosofías y los dispositivos deprotección se
conoceconelnombre“coordinación”.
Deacuerdoconestadefinición,cuandoseaplicanenunsistemadosomásdispositivosde
protección,eldispositivomáscercanoalafalla(enelladodealimentacióndelafalla)esel
dispositivo“principal”.Eldispositivoadyacentealaalimentacióneselde“respaldo”.Esporesto,queenel estudiode coordinacióndeprotecciones, es cadavezmás frecuente
emplearherramientasnuméricasquefacilitanypermitenapoyarelestudio.Entalsentido,
sedestacaelsoftwareETAP,elcualseutilizaenelpresenteseminario.5.2 AnálisisdecoordinacióndeProteccionesAcontinuaciónserealizaelanálisisdecoordinacióndeproteccionesparafallatrifásica.En
tal sentido, para cada caso se presenta el diagrama unilineal con la falla considerada, la
secuencia,tiempodeoperaciónylacartadecoordinaciónasociada.
Cabe destacar que los ajustes considerados en las protecciones corresponden a los
existentesenterrenoydescritosenelanexoE.
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66
5.2.1 AnálisisdeFallaTrifásicaenBornesdelMotordeInducción
Conreferenciaalanálisisdecoordinacióndeprotecciones,en la figura5.1,sepresentael
diagramaunilinealdelaredconlasecuenciadeoperacióndelasproteccionesfrenteauna
fallatrifásicaenlosbornesdelmotordeinducción.
Figura5.1:FallaTrifásicaenBornesdelMotordeInducción
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67
Porotrolado,lostiemposysecuenciasdeoperaciónsepresentanentabla5.1.Asípara
lafallatrifásicaenlosbornesdelmotordeInducción,losrelésR2,R3,R6yR7detectanla
corrientedefallademanerasimultánea,protegiendovíalaunidad50conuntiempode
0,01segundos,dandolaseñaldeaperturainstantáneaacadainterruptorasociadosalos
relésantesmencionados.
Tabla5.1:SecuenciayTiempodeOperacióndelasProtecciones
Comoresultadodelestudio,severificanproblemasdeselectividad,queobliganaredefinir
losajustes.Yasí,queconayudadelsoftwareETAPesposibleproponernuevosajustes,los
cualesseresumenenlatabla5.2.
Tabla5.2:ResumenComparativodeAjustesparalosRelésdeProtección
Relé
ANTES DESPUÉS50 51 50 51
UI*CT Tiempo Pickup*CT TimeDial
UI*CT Tiempo Pickup*CT TimeDial
R5 4 0,01 0,2*CT 3 2,99 0,04 0,29*CT 5,26R6 3,33 0,01 0,6*CT 2 11,16 0,36 0,6*CT 12,51R7 5 0,01 FLA=80(A) StandartCurva2 5 0,01 FLA=80(A)
StandartCurva2
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68
Con los nuevos ajustes propuestos, en la tabla 5.3 se presenta la secuencia y tiempo de
operacióndelasprotecciones.
Así para la falla trifásica en los bornes del motor de Inducción, el relé R7 detecta la
corrientedefalla,protegiendovíalaunidad50conuntiempode0,01segundos,dandola
señaldeapertura instantáneaal interruptorCB7, a suvezel reléR6da respaldovía la
unidaddecortoretardoconuntiempode0,36segundos.Encasodequelosrelésantes
mencionadosnooperen,elreléR5darespaldovíalaunidad51,conuntiempode0,738
segundos.
Tabla5.3:SecuenciayTiempodeOperacióndelasProtecciones
Acontinuación,en la figura5.2sepresenta lacartadecoordinación,endondeseverifica
unaadecuadaselectividad.
Sepuedeapreciarquebajoestacondición,primerooperalaunidadinstantáneadelreléR7,
siporalgúnmotivodichorelénoactuara,elreléR6lebrindarespaldomediantelaunidad
50,encasodequeningunodelosrelésantesmencionadosoperara,actúalaunidad51del
reléR5comotercerrespaldo.
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Figura5.2:CartadeCoordinación
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5.2.2 AnálisisdeFallaTrifásicaenlaBarraN°4
Conreferenciaalanálisisdecoordinacióndeprotecciones,en la figura5.3,sepresentael
diagramaunilinealdelaredconlasecuenciadeoperacióndelasproteccionesfrenteauna
fallatrifásicaenlabarraN°4.
Figura5.3:FallaTrifásicaenlaBarraN°4
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Porotrolado,lostiemposysecuenciasdeoperaciónsepresentanentabla5.4.Asípara
la falla trifásica en la barraN°4, los relés R2, R3 y R6 detectan la corriente de falla de
manerasimultánea,protegiendovíalaunidad50conuntiempode0,01segundos,dando
la señal de apertura instantánea a cada interruptor asociados a los relés antes
mencionados.Asuvez,el reléR4darespaldovía launidad51conun tiempode0,179
segundos.
Tabla5.4:SecuenciayTiempodeOperacióndelasProtecciones
Comoresultadodelestudio,severificanproblemasdeselectividad,queobliganaredefinir
losajustes.Yasí,queconayudadelsoftwareETAPesposibleproponernuevosajustes,los
cualesseresumenenlatabla5.5.
Tabla5.5:ResumenComparativodeajustesparalosRelésdeProtección
Relé
ANTES DESPUÉS50 51 50 51
UI*CT Tiempo Pickup*CT TimeDial
UI*CT Tiempo Pickup*CT TimeDial
R3 3,125 0,01 0,38*CT 4 17,87 0,13 1,6*CT 6,93R4 ----------- --------- 0,38*CT 3 17,87 0,13 1,6*CT 6,93R5 4 0,01 0,2*CT 3 2,99 0,04 0,29*CT 5,26R6 3,33 0,01 0,6*CT 2 11,16 0,36 0,6*CT 12,51
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Con los nuevos ajustes propuestos, en la tabla 5.6 se presenta la secuencia y tiempo de
operacióndelasprotecciones.
Así para la falla trifásica en la barra N°4, el relé R6 detecta la corriente de falla,
protegiendovíalaunidad50conuntiempode0,36segundos,dandolaseñaldeapertura
instantánea al interruptor CB6, a su vez el relé R5 da respaldo vía la unidad de largo
retardoconuntiempode0,738segundos.Encasodequelosrelésantesmencionadosno
operen, los relésR3 yR4dan respaldo vía la unidad51demanera simultánea, conun
tiempode1,11segundos.
Tabla5.6:SecuenciayTiempodeOperacióndelasProtecciones
Acontinuación,en la figura5.4sepresenta lacartadecoordinación,endondeseverifica
unaadecuadaselectividad.
Sepuedeapreciarquebajoestacondición,primerooperalaunidadinstantáneadelreléR6,
siporalgúnmotivodichorelénoactuara,elreléR5lebrindarespaldomediantelaunidad
51,encasodequeningunodelosrelésantesmencionadosoperara,actúalaunidad51del
reléR4simultáneamenteconR3,comotercerycuartorespaldo.
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Figura5.4:CartadeCoordinación
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5.2.3 AnálisisdeFallaTrifásicaenlaBarraN°3
Conreferenciaalanálisisdecoordinacióndeprotecciones,en la figura5.5,sepresentael
diagramaunilinealdelaredconlasecuenciadeoperacióndelasproteccionesfrenteauna
fallatrifásicaenlabarraN°3.
Figura5.5:FallaTrifásicaenlaBarraN°3
Porotrolado,lostiemposysecuenciasdeoperaciónsepresentanentabla5.7.Asípara
lafallatrifásicaenlabarraN°3,losrelésR2yR3detectanlacorrientedefallademanera
simultánea,protegiendovíalaunidad50conuntiempode0,01segundos,dandolaseñal
deaperturainstantáneaacadainterruptorasociadosalosrelésantesmencionados.Asu
vez,elreléR4darespaldovíalaunidad51conuntiempode0,179segundos.
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Tabla5.7:SecuenciayTiempodeOperacióndelasProtecciones
Comoresultadodelestudio,severificanproblemasdeselectividad,queobliganaredefinir
losajustes.Yasí,queconayudadelsoftwareETAPesposibleproponernuevosajustes,los
cualesseresumenenlatabla5.8.
Tabla5.8ResumenComparativodeajustesparalosRelésdeProtección
Relé
ANTES DESPUÉS50 51 50 51
UI*CT Tiempo Pickup*CT TimeDial
UI*CT Tiempo Pickup*CT TimeDial
R2 1,25 0,01 0,38*CT 4 6,57 0,08 0,33*CT 6,72R3 3,125 0,01 0,38*CT 4 17,87 0,13 1,6*CT 6,93R4 ----------- --------- 0,38*CT 3 17,87 0,13 1,6*CT 6,93
Con los nuevos ajustes propuestos, en la tabla 5.9 se presenta la secuencia y tiempo de
operacióndelasprotecciones.
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AsíparalafallatrifásicaenlabarraN°3,losRelésR3yR4detectanlacorrientedefallade
manerasimultánea,protegiendovíalaunidad50conuntiempode0,13segundos,dando
la señal de apertura instantánea a los interruptores CB3 y CB4, a su vez el relé R2 da
respaldovíalaunidaddelargoretardoconuntiempode0,453segundos.
Tabla5.9:SecuenciayTiempodeOperacióndelasProtecciones
Acontinuación,en la figura5.6sepresenta lacartadecoordinación,endondeseverifica
unaadecuadaselectividad.
Sepuedeapreciarquebajoestacond