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PROTECCIONES ELECTRICAS EN EL SISTEMA NACIONAL INTERCONECTADO PRINCIPIOS FILOSOFIA COORDINACION EL SISTEMA ELECTRICO DE POTENCIA
■ OBJETO: GENERAR, SUPLIR ENERGIA ELECTRICA CON CONFIABILIDAD, CALIDAD, SEGURIDAD Y ECONOMIA. SUPLIR LA ENERGIA DENTRO DE PARAMETROS TECNICOS ADECUADOS Y DE FORMA CONTINUA ■ SEGURIDAD: LOS EQUIPOS OPERARAN DENTRO DE VALORES PERMITIDOS (EQUIPOS DE INTERRUPCION, SUPERVISION Y PROTECCION) ■ ECONOMIA: COSTOS DE ENTREGA DE ENERGIA SERAN MINIMOS.
■ CONFIABILIDAD:
PROBLEMAS EN LOS SISTEMA ELECTRICOS
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SOBRECARGAS DE EQUIPOS: FALLAS EN LA PLANIFICACION DEL SISTEMA. FALLAS EN LOS DISEÑOS DE LAS INSTALACIONES CORTOCIRCUITOS EN LA OPERACION PROBLEMAS DE ESTABILIDAD FALLAS EN LOS MANTENIMIENTOS SOBRE-EXPLOTACION DE LOS EQUIPOS EFECTOS ELECTRICOS
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SOBRE-BAJOS VALORES DE CORRIENTES Y/O VOLTAJES (>>dI/dt) CAMBIOS DE ANGULO DE FASE ENTRE CORRIENTES Y VOLTAJES OSCILACIONES ENTRE LOS GENERADORES DEL SISTEMA VARIACIONES DE FRECUENCIA EN EL SISTEMA CAMBIOS RADICALES Y PELIGROSAS DE LAS CONDICIONES TECNICAS DE ENTREGA DE ENERGIA AL CONSUMIDOR EFECTOS FISICOS
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POSIBLE INCENDIO EN INSTALACIONES SOBRECALENTAMIENTO DE EQUIPOS GRANDES CONCENTRACIONES DE ENERGIA EN SITIOS LOCALIZADOS ESFUERZOS MECANICOS MUY GRANDES ALTERACION DE LAS CARACTERISTICAS ELECTRICAS Y DE LA VIDA UTIL DE LOS EQUIPOS ■ DAÑOS DE LOS EQUIPOS ■ PUEDE AFECTAR A LA VIDA HUMANA SEGURIDAD DE LAS INSTALACIONES
■ ZONIFICAR LA OPERACION DE LOS EQUIPO UTILIZANDO INTERRUPTORES ■ CONFIABILIDAD EN DISEÑOS, CONSTRUCCION, MANTENIMIENTO Y OPERACION DE LAS INSTALACIONES
■ INSTALACION CON EQUIPOS DE SUPERVISION, CONTROL, PROTECCION Y REGISTRO DE PERTURBACIONES ADECUADOS
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CONCLUSIONES
■ NADA NI NADIE ■
PUEDE GARANTIZAR LA SEGURIDAD EN UN 100% EN LAS INSTALACIONES DE UN SISTEMA UNA FALLA PRODUCE PERTURBACIONES ELECTRICAS GRANDES O PEQUEÑAS EN CADA UNO DE LOS ELEMENTOS DEL SISTEMA
SISTEMAS DE PROTECCION EL SISTEMA DE PROTECCIONES ELECTRICO
■ OBJETO: ANTE LA PRESENCIA DE UNA PERTURBACION EN EL SISTEMA, AISLA DE MANERA SELECTIVA LA CAUSA PARA MINIMIZAR LOS DAÑOS EN EQUIPOS Y MANTENER LA CONTINUIDAD DE SERVICIO EN EL SISTEMA TANTO COMO SEA POSIBLE ■ UN SISTEMA DE POTENCIA SIN EQUIPO DE PROTECCION ES PRACTICAMENTE INOPERABLE. EQUIPO DE PROTECCION
■ ES EL EQUIPO REQUERIDO PARA DETECTAR, LOCALIZAR E INICIAR EL DESPEJE DE UNA PERTURBACION
■ INCLUYE: TC, TP, CABLEADO DE ac Y dc, RELES, FUSIBLES ■ EXCLUYE: INTERRUPTORES, BANCOS DE BATERIAS CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS DE PROTECCION
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CONFIABILIDAD SELECTIVIDAD ESTABILIDAD VELOCIDAD SENSIBILIDAD
CARACTERISTICAS CONFIABILIDAD
■ LA SIMPLICIDAD Y ROBUSTEZ DEL EQUIPAMIENTO CONTRIBUYE A LA SEGURIDAD E INTEGRIDAD DEL ESQUEMA DE PROTECCION
■ SE TRATA DE GARANTIZAR LA OPERACION DE LOS RELES SIEMPRE QUE SE LO REQUIERA SELECTIVIDAD
■ TODO EL SISTEMA ESTARA ELECTRICAMENTE PROTEGIDO ■ DESCRIMINA LA UBICACION DE LA FALLA ■ DEBEN ASIGNARSE ZONAS DE PROTECCION QUE DESCONECTEN EL EQUIPO MINIMO NECESARIO PARA DESPEJAR LA FALLA
■ EN CASO DE NO OPERACION DE UNA PROTECCION, DEBERAN ACTUAR OTROS RELES DE RESPALDO ESTABILIDAD
■ NO ACTUARA ANTE CONDICIONES DE CARGA O SOBRECARGA NORMAL DEL SISTEMA ■ NO OPERARA PARA FALLAS EXTERNAS A LA ZONA QUE PROTEGE
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VELOCIDAD
■ MENOR EL TIEMPO DE DESPEJE DE UNA FALLA MAYOR CARGA SE PUEDE MANTENER EN EL SISTEMA
■ MENORES DAÑOS EN EQUIPOS (EL EFECTO DE ARCO ES MUY DESTRUCTIVO) ■ MEJORA LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA ■ MIENTRAS MAS RAPIDO MEJOR, SIEMPRE QUE SEA SELECTIVA LA OPERACION DE LOS RELES SENSIBILIDAD
■ DEBE ACTUAR PARA VALORES MAXIMOS Y MINIMOS DE CORRIENTE DE FALLA ■ UN SISTEMA DE OPERACION ES SENSIBLE CUANDO LA CORRIENTE QUE LO HACE OPERAR ES BAJA
■ UN RELE NO DEBEN OPERAR PARA FALLAS EXTERNAS A SU ZONA
PROTECCIONES PRINCIPALES Y RESPALDO SE PUEDEN PRESENTAR PROBLEMAS EN: ■ RELES ■ PROBLEMAS EN EL CABLEADO ■ ERRORES EN VALORES DE CALIBRACION ■ EN CASOS JUSTIFICADOS SE REQUIERE REDUNDANCIA DE TODO FUNDAMENTAL DEL SISTEMA DE PROTECCION Y EQUIPO RELACIONADO ■ ESTO ES CIERTO EN INSTALACIONES DE EHV PRINCIPALMENTE
O
PARTE
PROTECCION PRINCIPAL
■ SE CONECTA EN LAS INSTALACIONES DEL EQUIPO PROTEGIDO (LOCAL) ■ ES DE OPERACION INSTANTANEA Y SELECTIVA ■ NO DEBE SER INFLUENCIADA MAYORMENTE POR LAS CONDICIONES TOPOLOGICAS DEL SISTEMA PROTECCION RESPALDO(BACK-UP)
■ PUEDEN SER LOCALES Y/O REMOTAS ■ LAS LOCALES PUEDEN SER MAS RAPIDAS ■ NO SON COMPLETAMENTE SELECTIVAS (DESCONECTA MAS EQUIPO DE LO NECESARIO PARA DESPEJAR LA FALLA)
■ ACTUAN CON RETARDO DE TIEMPO ■ LAS CONDICIONES TOPOLOGICAS DEL SISTEMA AFECTA EL ALCANCE RESPUESTA DE LOS SISTEMAS DE PROTECCION LOS RELES RESPONDEN A CAMBIOS DE MAGNITUDES ELECTRICAS:
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AUMENTO DE CORRIENTE: F(I,t) CAMBIOS DE VOLTAJE: F(V,t) VARIACION DE FRECUENCIA: F(f,t) CAMBIOS EN SUMATORIO DE CORRIENTE EN UN SECTOR: ∑ (I) VARIACIONES DE V/I: F(V/I,Ø) VARIACIONES DE V*I: F(V*I,Ø) VELOCIDAD DE VARIACION DE FRECUENCIA: F(df/dt)
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■ CONDICIONAMIENTO,
POR EJEMPLO: QUE SE TENGA SOBRECORRIENTE CON CONDICION DE BAJO-VOLTAJE ■ EN PROTECCIONES DE PROCESAMIENTO NUMERICO (DIGITALES): F(V,I,Ø,t,f,nf) NORMAS NEMA PARA IDENTIFICAR RELES 21 - DISTANCIA 25 - SINCRONIZACION 27 - BAJO-VOLTAJE 32 - POTENCIA ACTIVA 40 - PERDIDA DE CAMPO 46 - SECUENCIA NEGATIVA 49 - TEMPERATURA 50 - SOBRECORRIENTE INS 51 - SOBRECORRIENTE 52 - INTERRUPTOR 59 - SOBRE-VOLTAJE 60 - BALANCE VOLTAJE 62 - RELE DE TIEMPO 64 - PROTECCION TIERRA 67 - SOBRECORR.DIRECCIO 68 - BLOQUEO OSCILACION 79 - RECIERRE 81 - FRECUENCIA 86 - AUXILIAR DE DISPARO 87 - DIFERENCIAL 89 - SECCIONADOR 94 - AUXILIAR DE DISPARO
PROTECCION DE GENERADORES CARACTERISTICAS
■ DEPENDIENDO DEL TIPO DE TURBINA (VAPOR, HIDRAULICA, GAS, DIESEL) VIENE DADO EL DISEÑO DEL GENERADOR (ROTOR)
■ UNIDADES DE GENERACION PEQUEÑAS POR LO GENERAL ESTAN DIRECTAMENTE CONECTADOS AL SISTEMA
■ GENERADORES DE MEDIANA Y GRAN CAPACIDAD SE CONECTAN AL SISTEMA A TRAVES DE TRANSFORMADOR PROPIO UNA UNIDAD DE GENERACION ES UN SISTEMA COMPLEJO COMPUESTO:
PARTES ELECTRICAS PARTES MECANICAS ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■
BOBINAS ESTATOR BOBINAS ROTOR SISTEMA EXCITACION EQUIPO CONTROL TURBINA CALDERAS CONDENSADORES VENTILADORES BOMBAS EQUIPO CONTROL ES EL EQUIPO MAS CARO DEL SISTEMA MAS QUE NINGUN OTRO ESTA SOMETIDO A MAYOR NUMERO DE CONTINGENCIAS
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■ ESTO ES EVIDENTE CUANDO SE PONE EN SERVICIO NUEVAS INSTALACIONES ■ LA DESCONEXION DE UN GENERADOR PUEDE SER GRAVE PARA LA OPERACION DEL SISTEMA ES JUSTIFICADO LA OMISION DE PROTECCIONES APARENTEMENTE NO NECESARIAS QUE PUEDEN DAR ORIGEN A DESCONEXIONES “ERRONEAS” DE LOS GENERADORES ■ LA PROTECCION DE LA MAYORIA DE LOS GENERADORES DEBE PRIMAR POR SOBRE LA SUSPENSION MOMENTANEA DE SERVICIO
■ NO
LA ACTUACION DE LAS PROTECCIONES DE UN GENERADOR OBLIGA A:
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ABRIR EL INTERRUPTOR PRINCIPAL ABRIR EL INTERRUPTOR DE CAMPO CERRAR EL PASO DEL COMBUSTIBLE A LA MAQUINA MOTRIZ EN CIERTAS SITUACIONES APLICAR FRENOS CLASES DE PERTURBACIONES
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FALLA AISLAMIENTO ESTATOR O ROTOR SOBRECARGAS BAJO VOLTAJES CARGAS DESBALANCEADAS PERDIDA EXCITACION O SINCRONISMO FALLAS EN EL SISTEMA MOTRIZ PROBLEMAS MECANICOS FALLAS ENTRE FASES DEL ESTATOR
■ LA CORRIENTE DE FALLA ENTRE FASES, ESTA LIMITADA POR LA IMPEDANCIA DEL GENERADOR UTILIZA COMO PROTECCION UN RELE DIFERENCIAL QUE COMPARA LAS CORRIENTES EN LA ENTRADA Y SALIDA DEL GENERADOR ■ LOS TC TIENEN CARACTERISTICAS SIMILARES PARA EVITAR OPERACIONES EN FALLAS FUERA DEL GENERADOR
■ SE
PUESTA A TIERRA Y FALLA A TIERRA ESTATOR
■ EL NEUTRO GENERALMENTE ES PUESTO A TIERRA PARA FACILITAR LA PROTECCION DEL ESTATOR EN CASO DE FALLAS A TIERRA
■ UNIDADES GENERADOR-TRANSFORMADOR EL NEUTRO SE PONE A TIERRA A TRAVES DE ■ ■ ■ ■
UN TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCION CON UNA RESISTENCIA CONECTADO EN EL LADO DE BAJA LA CORRIENTE DE FALLA A TIERRA EN BORNES DEL GENERADOR SE LIMITA DE VALORES NOMINALES A OTROS RELATIVAMENTE BAJO COMO 15A EL TRASFORMADOR DE DISTRIBUCION NUNCA DEBE SATURARSE PARA EVITAR PROBLEMAS DE FERRORESONANCIA COMO PROTECCION SE UTILIZA UN RELE DE VOLTAJE (NO RESPONDE A COMPONENTES DE TERCERA ARMONICA) CONECTADO EN PARALELO CON LA RESISTENCIA ES UNA PROTECCION ESPECIALMENTE PARA FALLAS EN BOBINAS DEL ESTATOR CERCANAS AL NEUTRO DEL GENERADOR DESBALANCEAMIENTO DE CARGAS (CORRIENTES)
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■ UNA CARGA BALANCEADA PRODUCE UNA REACCION DE CAMPO CONSTANTE QUE ROTA SINCRONICAMENTE CON EL ROTOR CARGA DESBALANCEADA PRODUCE COMPONENTES DE SECUENCIA POSITIVA, NEGATIVA Y CERO LA COMPONENTE DE SECUENCIA CERO NO PRODUCE REACCION DE ARMADURA LA COMPONENTE DE SECUENCIA NEGATIVA PRODUCE UNA REACCION DE ARMADURA QUE ROTA EN CONTRA DEL CAMPO, PRODUCIENDO UN FLUJO QUE CORTA AL ROTOR A UNA VELOCIDAD ROTACIONAL DOBLE SE GENERAN EN EL CAMPO CORRIENTES INDUCIDAS (EDDY) DE GRAN MAGNITUD LAS CORRIENTES INDUCIDAS PRODUCEN SOBRECALENTAMIENTO DEL ROTOR UNA CORRIENTE MONOFASICA IGUAL A In PUEDE RAPIDAMENTE CALENTAR PARTES DE COBRE DEL ROTOR QUE POR LA FUERZA CENTRIFUGA PUEDEN SALIR Y GOLPEAR EL ROTOR Y/O ESTATOR LOS GENERADORES ACEPTAN UNA CORRIENTE DE SECUENCIA NEGATIVA DE FORMA PERMANENTE SON DE INTERES LOS CALENTAMIENTOS PRODUCIDOS POR LAS CORRIENTES DE FALLA (CORTO TIEMPO) SE CONSIDERA QUE TODO EL CALOR DISIPADO SE CONCENTRA EN EL ROTOR CONFORME A SU CAPACIDAD TERMICA EL CALENTAMIENTO SE EXPRESA COMO: I2²*t =K, ESTANDO I2 EN PU Y K DEPENDE DEL TIPO DE GENERADOR LOS VALORES DE K SON NORMALIZADOS TURBOGENERADORES K = 30 (USA), K = 15/20 (INGLESA) HIDROGENERADORES K = 40 (USA), K = 60 (INGLESA) DIESEL K = 40 (USA) EN TODO CASO ES UNA INFORMACION PROPORCIONADA POR EL FABRICANTE DEL GENERADOR COMO PROTECCION SE PONE UN RELE DE SOBRECORRIENTE CON UN FILTRO DE SECUENCIA NEGATIVA LA CURVA DE ESTE RELE SE CALIBRA POR DEBAJO DE LA CARACTERISTICA I2²*t = K SE PUEDE COORDINAR CON OTRAS PROTECCIONES DE RESPALDO EN EL SISTEMA
■ UNA ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■
PERDIDA DE CAMPO ■ ■
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LA REDUCCION DEL VOLTAJE DE EXCITACION DE LA MAQUINA A CERO TIENE LOS SIGUIENTES EFECTOS EN EL SISTEMA Y EN LA MAQUINA: EL FLUJO EN LA MAQUINA NO SE REDUCE A CERO INMEDIATAMENTE POR SER UN CIRCUITO FUERTEMENTE INDUCTIVO, POR LO QUE NO CAMBIA NADA APARENTEMENTE EN LA SALIDA DEL GENERADOR LA REDUCCION DEL FLUJO CAUSA QUE EL ANGULO DEL ROTOR SE MUEVA MUCHO, DE MANERA QUE PUEDE ANULAR LA POTENCIA ACTIVA DE LA TURBINA Y A SU VEZ LA SALIDA DE POTENCIA REACTIVA DISMINUYA FUERTEMENTE DURANTE ESTE PERIODO (~5 SEG) LA POTENCIA KW DE SALIDA ES CONSTANTE. DISMINUYE LA SALIDA DE MVAR A CERO Y LUEGO SE INCREMENTA RAPIDAMENTE DE FORMA NEGATIVA EL VOLTAJE DEL SISTEMA DISMINUYE APRECIABLEMENTE, Y PUESTO QUE ESTA ES UNA CONDICION TRANSITORIA DONDE EL TORQUE DE SINCRONIZACION ES ALTO, DURANTE ESTE PERIODO NO EXISTE CONDICIONES PARA PERDIDA DE ESTABILIDAD CON OTRAS MAQUINAS DEL SISTEMA POR ESTA RAZON NO EXISTE NECESIDAD DE DESCONECTAR EL GENERADOR, AL MENOS HASTA LA PERDIDA DE SINCRONISMO QUE SE DARIA POSTERIORMENTE A ESTE PERIODO CUANDO SE PRODUCE LA PERDIDA DE SINCRONISMO (PRIMER PASO DE DESLIZAMIENTO DEL POLO) SE PRODUCE UNA ABRUPTA ACELERACION DEL ROTOR
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CON UNA VIOLENTA DISMINUCION DE POTENCIA ACTIVA Y REDUCCION EN EL FLUJO DE VARS HACIA LA MAQUINA, AUMENTANDO MOMENTANEAMENTE EL VOLTAJE EN LOS TERMINALES DEL GENERADOR LA ACELERACION PRODUCE INCREMENTO DE LAS CORRIENTES INDUCIDAS EN EL ROTOR POR EL INCREMENTO DE LA VELOCIDAD ACTUA EL GOVERNADOR DISMINUYENDO LA SALIDA DE POTENCIA DE LA TURBINA EL FLUJO DE CORRIENTE EN EL ROTOR CONFORME AUMENTA EL DESLIZAMIENTO DEL ROTOR, TIENDE A QUE LA MAQUINA SE APROXIME A LA ACCION DE UN GENERADOR DE INDUCCION, PERO SIN ALCANZAR A SERLO. ESTE ES UN CICLO QUE SE REPITE, DEPENDIENDO DE LAS CONDICIONES INICIALES DE LA CARGA, DE LA ACCION DEL GOVERNADOR, DEL REGULADOR DE VOLTAJE, DE LAS CONSTANTES DE LA MAQUINA Y DEL SISTEMA DE LA EXPERIENCIA SE CONOCE QUE LA OPERACION DE UN GENERADOR CON EXCITACION CERO PRODUCE CALENTAMIENTO DEL ROTOR Y ESTATOR DEBIDO A LA EXCESIVA CORRIENTE UN TURBOGENERADOR PUEDE GIRAR CON SOBREVELOCIDAD CON CERO DE EXCITACION POR UNOS 2 O 3 MINUTOS. SE PUEDE REAPLICAR EL CAMPO A UNA MAQUINA LUEGO DE HABERLO PERDIDO, AUN CUANDO NO ESTE GIRANDO A VELOCIDAD SINCRONICA; LOS TORQUES EN LOS EJES SE ENCONTRARIAN DENTRO DE LOS VALORES DE DISEÑO DE LA MAQUINA. PERO ES DESEABLE QUE LA APLICACION DEL CAMPO SE REALICE DE FORMA GRADUAL CUANDO UN GENERADOR PIERDE EXCITACION EXISTE UN GRAN FLUJO DE REACTIVOS HACIA LA MAQUINA, POR LO QUE DEPENDIENDO DE LA CAPACIDAD DE SUMINISTRARLOS POR PARTE DEL SISTEMA PODRIA DAR ORIGEN A QUE SEA LA CAUSA DE PERDIDA DE ESTABILIDAD DE OTROS GENERADORES (EL VOLTAJE DEL SISTEMA ES UN EXCELENTE INDICADOR DE LA HABILIDAD DEL SISTEMA PARA MANTENER EL SINCRONISMO) PROTECCION DE SOBREVOLTAJE
■ RECOMENDADA ■ ■ ■ ■ ■
PARA GENERADORES SOMETIDOS A SOBREVELOCIDADES QUE SE PRODUCEN EN CONDICIONES DE PERDIDA DE CARGA SE INSTALA EN CENTRALES DE GAS E HIDRAULICAS EN TURBINAS A VAPOR GENERALMENTE NO SE NECESITA EL RELE TIENE UNA CARACTERISTICA TIEMPO INVERSO. ESTA COMPENSADO PARA VARIACIONES DE FRECUENCIA. EN ALGUNAS CENTRALES HIDRAULICAS CUANDO ESTANDO A PLENA CARGA ESTA SE REDUCE A CERO,LA VELOCIDAD QUE ALCANZA PUEDE SER DEL ORDEN DEL 140%, CON LO QUE EL VOLTAJE PRUDUCIDO PUEDE SOBREPASAR EL 200% LA PROTECCION SE CALIBRA PARA EL 110% DEL Vn LA UNIDAD TEMPORIZADA Y LA UNIDAD INSTANTANEA ENTRE EL 130 Y 150% PROTECCION PARA MOTOREO
■ ES UN REQUERIMIENTO DE LA TURBINA NO DEL GENERADOR ■ TURBINAS A VAPOR:SE REQUIERE CUANDO EL VAPOR QUE ALIMENTA A LA TURBINA SE CORTA. LAS TURBINAS TIENDEN A SOBRECALENTARSE CUANDO LA SALIDA ES MENOR ~10% DE Pn ■ TURBINAS HIDRAULICAS: SI LA POTENCIA ES DEL ORDEN DE 2.5% DE Pn, TIENDE A PRODUCIRSE PROBLEMAS DE CAVITACION ■ TURBINAS A DIESEL:EXISTE PELIGRO DE EXPLOSION DEBIDO A EXISTENCIA DE COMBUSTIBLE NO QUEMADO ■ TURBINAS A GAS:DEPENDIENDO DEL TIPO DE TURBINA, LA POTENCIA PARA MOTORIZAR ESTA ENTRE 10 AL 50%
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PROTECCION RESPALDO
■ SE REQUIERE PROTECCIONES DE RESPALDO EN CASO DE ALIMENTACION PERMANENTE DE CORRIENTES DEBIDO A FALLAS EXTERNAS
■ LA IMPEDANCIA DEL GENERADOR VARIA CON EL TIEMPO (X”, X’, Xs) ■ EN GENERADORES CON ALTO VALOR DE IMPEDANCIA, ES DIFICIL DISCRIMINAR ENTRE CORRIENTE DE FALLA Y DE CARGA
■ SE USA UN RELE DE SOBRECORRIENTE DE CARACTERISTICA INVERSA CON CONTROL DE BAJO-VOLTAJE UNIDADES DE PROTECCION QUE TIENEN DOS CARACTERISTICAS OPERACION: PARA SOBRECARGAS Y OTRA PARA CORTOCIRCUITOS ■ EN OTROS CASOS SE UTILIZA COMO RESPALDO UN RELE DE DISTANCIA
■ EXISTEN
DE
PROTECCION DE TRANSFORMADORES CARACTERISTICAS GENERALES
■ LOS TRANSFORMADORES SON EL NEXO ENTRE LOS SISTEMAS DE GENERACION, TRANSMISION Y DISTRIBUCION
■ TIENE PARTICULARIDADES POR LAS CUALES ES DIFICIL SU PROTECCION COMPLETA TIPOS DE FALLAS
■ INTERNAS ■ SOBRECALENTAMIENTOS ■ CORTOCIRCUITOS EXTERNOS FALLAS INTERNAS LAS CAUSAS DE FALLA PUEDEN SER:
■ CORTOCIRCUITOS EXTERNOS QUE PRODUCEN ESFUERZOS MECANICOS MUY GRANDES EN LAS BOBINAS
■ PRESENCIA DE HUMEDAD EN EL ACEITE ■ SOBREVOLTAJE TRANSITORIOS (SURGE) LAS CONSECUENCIAS SON:
■ ■ ■ ■
FALLAS A TIERRA DE EMBOBINADOS FALLAS ENTRE ESPIRAS DE UN MISMO EMBOBINADO SE ESTIMA QUE ENTRE EL 70-80% DE LAS FALLAS SON ENTRE ESPIRAS LAS CORRIENTES DE FALLA INTERNAS SON MUY GRANDES, PERO EN LA SALIDA DEL TRANSFORMADOR PUEDEN SER INSIGNIFICANTES ■ LAS CORRIENTES DE FALLA DEPENDE DE Zs, Xt, Vf Y DE LA POSICION RELATIVA DE LA FALLA EN EL EMBOBINADO FALLAS INTERNAS CORRIENTE INRUSH
■ ES UN FENOMENO MAGNETICO QUE SE PRESENTA EN LA ENERGIZACION (DEPENDE DEL PUNTO DE LA ONDA DE VOLTAJE EN QUE EL INTERRUPTOR CIERRA)
■ LA CORRIENTE ES MUY ALTA PERO DE CORTA DURACION (0.1~1SEG) ■ LA FORMA DE ONDA ES SINUSOIDAL DISTORCIONADA. TIENE COMPONENTES DE 2da(63%) Y 3ra(27%) ARMONICA PRINCIPALMENTE
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FALLAS INTERNAS PROTECCION DIFERENCIAL
■ EL TRANSFORMADOR ES UN EQUIPO DE ALTA EFICIENCIA,DE MANERA QUE LOS AMPVUELTAS DEL LADO PRIMARIO SON SIMILARES AL SECUNDARIO
■ ESTA PROTECCION CUBRE TODO EL TRANSFORMADOR ■ COMPARA LAS CORRIENTES QUE ENTRAN CON LAS QUE SALEN. EN CONDICION NORMALES SE TRATA DE QUE LA SUMA
SEA APROXIMADAMENTE CERO EN EL RELE
EN EL DISEÑO SE CONSIDERAN LOS SIGUIENTES ASPECTOS
■ MAGNITUD-ANGULO DE CORRIENTES QUE ENTRAN Y SALEN DEL TRANSFORMADOR ■ CORRIENTE DE ENERGIZACION (INRUSH) ■ LA MAGNITUD DE CORRIENTES SE COMPENSA SELECCIONANDO RTC EN RAZON INVERSA A LA DE VOLTAJES
■ LA DIFERENCIA DE ANGULO SE CORRIGE CONECTANDO LOS TC EN FORMA INVERSA A LA DE LOS EMBOBINADOS DEL TRANSFORMADOR
■ EL DISEÑO DEL RELE CONSIDERA EL PROBLEMA DE CORRIENTES DE ENERGIZACION (INRUSH) CARACTERISTICA OPERATIVA (PORCENTUAL) DEL RELE RESPONDE A UNA COMPARACION DE LAS CORRIENTES DE APORTES POR LOS DEVANADOS (RESTRICCION, [I1+I2]/2) Y LA DIFERENCIAL (OPERACION, [I1-I2]) ■ SI EL RESULTADO DE LA COMPARACION SUPERA CIERTO PORCENTAJE EL RELE OPERA FALLAS INTERNAS PROTECCION BUCCHOLZ
■ LA
■ EN FALLAS NO DECLARADAS ES LA UNICA FORMA DE DETECTAR PROBLEMAS ■ FALLAS DE AISLACION EN EL NUCLEO O MALA CONEXION ELECTRICA PRODUCE SOBRECALENTAMIENTO
■ DESCOMPONE EL ACEITE EN GASES ■ ESTE RELE SE CONECTA EN LA CAÑERIA DE ACEITE ENTRE EL TANQUE PRINCIPAL Y EL CONSERVADOR
■ EL PASO DE GAS POR EL RELE LO ACTUA ORDENANDO ALARMA Y/O DISPARO DE INTERRUPTORES
■ EL RELE ES CAPAZ DE ALMACENAR LOS GASES PARA ANALISIS QUIMICOS,CON EL FIN DE DETERMINAR EL ORIGEN Y CAUSA DEL PROBLEMA FALLAS INTERNAS SOBRECALENTAMIENTO TIPOS DE ENFRIAMIENTO DE TRANSFORMADORES EN ACEITE ■ TEMPERATURA DE 65GRADOS DEL COBRE SOBRE 30GRADOS DEL MEDIO AMBIENTE ■ OA.- AUTOENFRIADOS. ES EL TIPO BASICO PARA VALORES NOMINALES ■ OA/FA.-AUTOENFRIADOS/AIRE FORZADO DE ENFRIAMIENTO. SE UTILIZA VENTILADORES ADICIONALES ■ OA/FA/FOA.- AUTOENFRIADOS/AIRE FORZADO/ACEITE Y AIRE FORZADO UTILIZA VENTILADORES Y BOMBAS DE ACEITE. SE TIENEN INCREMENTOS DE 33 Y 67% SOBRE LA POTENCIA OA ■ ESTAS POTENCIAS CONSIDERA VALORES NOMINALES DE VOLTAJE ■ POR SOBRECARGA O FALLA OPERACION DEL SISTEMA ENFRIAMIENTO ■ NO PONE EN PELIGRO AL EQUIPO DE FORMA INMEDIATA. AFECTA LA VIDA UTIL ■ EL PUNTO IMPORTANTE ES EL MAS CALIENTE DE LA BOBINA ■ PARA MONITOREO DE LA TEMPERATURA DEL PUNTO MAS CALIENTE CONSIDERA CONSTANTES TERMICAS DE TIEMPO DEL ACEITE (HORAS) Y COBRE (MINUTOS) ■ SE ACEPTA QUE SEA 105 GRADOS
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■ SE UTILIZA UNA PROTECCION A BASE DE UNA IMAGEN TERMICA, CON CONSTANTES DE TIEMPO IGUAL A LA DEL EMBOBINADO FALLAS EXTERNAS
■ COMO RESPALDO SE UTILIZA RELES DE SOBRECORRIENTE DE FASE Y TIERRA ■ EL RELE DE SOBRECORRIENTE DE FASE SE CONECTA EN EL LADO DE
LA ALIMENTACION DE LA ENERGIA ■ EL RELE DE TIERRA EN ESTE MISMO LADO O EN EL NEUTRO (PUESTA A TIERRA) DEL TRANSFORMADOR ■ LOS RELES TIENEN CARACTERISTICA DE TIEMPO INVERSA
PROTECCION DE BARRAS PROTECCION DIFERENCIAL ■ SIENDO ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■
LAS BARRAS ELEMENTOS CONCENTRADOS EN UNA SUBESTACION, ES FACTIBLE LA APLICACION DE UN SISTEMA DE PROTECCION DIFERENCIAL LA PROTECCION DIFERENCIAL HACE UN SUMATORIO DE CORRIENTES QUE ENTRAN A UN SECTOR DEL SISTEMA Y ES CERO EN CONDICIONES NORMALES LA PROTECCION DIFERENCIAL OPERA CORRECTAMENTE SIEMPRE QUE LOS TCs TRABAJEN EN EL RANGO LINEAL DE LA CARACTERISTICAS DE MAGNETIZACION NO ES EL CASO DE LAS PROTECCIONES DIFERENCIAL DE BARRAS EN FALLAS EXTERNAS SE PUEDE TENER TCs ALTAMENTE SATURADOS LAS CONSTANTES DE TIEMPOS TRANSITORIAS CON COMPONENTES DC PUEDEN SER SUMAMENTE LARGAS LA DENSIDAD DE FLUJO EN TCs PASA A OPERAR EN LA CARACTERISTICA SATURADA DE LA CURVA MAGNETICA RAZON POR LA CUAL SE CONECTA UNA PROTECCION DE VOLTAJE EN VES DE UN RELE DE SOBRECORRIENTE
SE TIENE LAS SIGUIENTES VENTAJAS:
■ ■ ■ ■
NO IMPORTA QUE LOS TCs TRABAJEN SATURADOS LA PROTECCION NO OPERA PARA FALLAS EXTERNAS OPERA EN FALLAS INTERNAS OPERA DE FORMA INSTANTANEA
EN BARRAS DE 230KV DEL SNI:
■ EN EL SISTEMA DE BARRA DOBLE SE TIENE UNA SOLA PROTECCION DIFERENCIAL PARA LAS DOS BARRAS
■ EL INTERRUPTOR DE ENLACE TIENE DOS RELES DIRECCIONALES QUE MIRAN A CADA BARRA
■ PARA UNA FALLA EN BARRAS OPERA LA PROTECCION DIFERENCIAL Y UNO DE LOS RELES DIRECCIONALES TENEMOS DOS CASOS: ■ EL INTERRUPTOR DE ENLACE DE BARRAS ACTUA COMO TAL UN RELE DIRECCIONAL “VE” LA FALLA, Y ACTUA COMO ‘PERMISIVO’ DE LA PROTECCION DIFERENCIAL ABRIENDO LOS INTERRUPTORES CONECTADOS A LA BARRA FALLADA ■ SI EL INTERRUPTOR DE ENLACE TRABAJA COMO REEMPLAZO DE OTRO LA PROTECCION DIFERENCIAL ACTUA ABRIENDO TODOS LOS INTERRUPTORES
PROTECCION DE LINEAS DE TRANSMISION CARACTERISTICAS GENERALES
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■ ■ ■ ■
FISICAMENTE ESTA DISTRIBUIDA ENTRE DOS O MAS SUBESTACIONES SON LOS ELEMENTOS DEL SISTEMA MAS EXPUESTOS A FALLAS SUS PARAMETROS ELECTRICOS SON PROPORCIONALES A LA DISTANCIA LA IMPEDANCIA PUEDE SER GRANDE, POR LO QUE ESTAN EXPUESTOS A VARIOS TIPOS DE PERTURBACIONES ELECTRICAS DEL SISTEMA ■ EL DESPEJE DE FALLAS SE HACE DESDE INSTALACIONES FISICAMENTE SEPARADAS (DEPENDE DE VARIOS RELES) ■ LOS SISTEMAS DE PROTECCIONES EN LOS EXTREMOS DE LA LINEA TIENEN QUE SER SELECTIVOS Y RAPIDOS ■ LOS RELES EN LOS EXTREMOS DEBEN ACTUAR COORDINADAMENTE INFORMACION DISPONIBLE
■ ■ ■ ■
EN CUALQUIER INSTANTE LA INFORMACION DISPONIBLE EN LOS EXTREMOS DE LA LINEA SON: SEÑALES DE CORRIENTE (MAGNITUD Y ANGULO) A TRAVES DE TC SEÑALES DE VOLTAJES (MAGNITUD Y ANGULO) A TRAVES DE TP IMPEDANCIAS DE SECUENCIAS DE TODA LA LINEA (CALCULADAS) SE ASUME LA FRECUENCIA CONSTANTE PRINCIPIO DE OPERACION RELE DE DISTANCIA
■ ES UN RELE QUE COMPARA VOLTAJES (TORQUE DE RESTRICCION) CON CORRIENTES (TORQUE DE OPERACION)
■ EL VALOR DE V/I REPRESENTA UNA “IMPEDANCIA APARENTE” QUE PUEDE SER GRAFICADA EN UN PLANO R-X INFORMACION ADICIONAL AL RELE SE PONE LA “IMPEDANCIA DE CALIBRACION” PARA LA CUAL SE DESEA SU OPERACION ■ PARA TODA CONDICION DE OPERACION DEL SISTEMA: Zapr Y LOS VALORES DE CALIBRACION SON COMPARADOS (EN EL RELE) Y DEFINE LA ACTUACION O NO DEL RELE DE DISTANCIA ■ POR LO QUE Zapr Y Zlinea PUEDEN SER PUESTOS EN UN MISMO PLANO R-X
■ COMO
VOLTAJES-CORRIENTE EN CONDICIONES DE FALLA PARA UN SISTEMA RADIAL COMPUESTO POR LAS IMPEDANCIAS EQUIVALENTE DEL SISTEMA Y LA IMPEDANCIA DE LA LINEA:
■ FALLA TRIFASICA: Vf = Z1 * If ⇒
Z1 = Vf / If
■ PARA FALLA FASE-TIERRA SE DEMUESTRA QUE: Z1 = Van / (Ian + Kn * In) DONDE: Kn = (Zo - Z1) / 3 * Z1 In = 3 * I0 ■ LAS VARIABLES VOLTAJE Y CORRIENTE SE MIDEN EN BARRAS Y EN LA SALIDA DE LA LINEA DE TRANSMISION ■ LAS IMPEDANCIAS SON VALORES DE SECUENCIAS PROPIOS DE LA LINEA CARACTERISTICAS RELES DE DISTANCIA SE CLASIFICAN DE ACUERDO A
■ SUS CARACTERISTICAS POLARES
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■ NUMERO DE ENTRADAS ■ METODOS PARA HACER LA COMPARACION LOS MAS COMUNES TIENEN 2 ENTRADAS, LO QUE PERMITE TENER EN EL PLANO R-X CARACTERISTICAS CON LINEAS RECTAS O CIRCULOS
■ UNA DE LAS VARIABLES SE TOMA COMO REFERENCIA (POLARIZACION) PARA DEFINIR ANGULO (DIRECCIONALIDAD) DE LA OTRA VARIABLE
■ LA DIRECCIONALIDAD PARA OPERACION EN CONDICIONES DE FALLA ASUME LA PRESENCIA DE CIRCUITOS INDUCTIVOS RELE CARACTERISTICA ADMITANCIA
■ ■ ■ ■ ■
LA EL ES ES ES
CARACTERISTICA ES CIRCULAR CENTRO DEL CIRCULO ES EL DEL PLANO R-X “NO DIRECCIONAL” AFECTADO POR LA CARGA AFECTADO POR OSCILACIONES EN EL SISTEMA RELE CARACTERISTICA REACTANCIA
■ ■ ■ ■
LA ES ES ES
CARACTERISTICA ES UNA LINEA RECTA EN EL EJE X UN RELE NO DIRECCIONAL AFECTADO POR LA CARGA AFECTADO POR OSCILACIONES EN EL SISTEMA RELE CARACTERISTICA MHO
■ LA CARACTERISTICA ES UN CIRCULO DESPLAZADO QUE PASA POR EL ORIGEN DEL PLANO R-X
■ ES “DIRECCIONAL” ■ ES MENOS AFECTADO POR LA CARGA ■ ES MENOS AFECTADO POR OSCILACIONES EN EL SISTEMA RELE DE CARACTERISTICA MODIFICADAS AÑADIENDO OTRAS VARIABLES A LAS MAGNITUDES DE RESTRICCION Y OPERACION, SE PUEDEN TENER OTRAS CARACTERISTICAS,QUE SON USADAS EN VARIOS CLASES DE PERTURBACIONES: ■ CARACTERISTICA DESPLAZADA DEL ORIGEN ■ CAMBIO DE ANGULO DE TORQUE MAXIMO RELES CON CARACTERISTICAS COMPLEJAS HACIENDO UNA COMBINACION “LOGICA” DEL CIRCUITO DE CONTROL, A BASE DE LAS CARACTERISTICAS ANTERIORES SE PUEDEN TENER OTRAS: ■ CUADRILATERAS ■ LENTICULARES ■ TOMATE EFECTO DE RESISTENCIA DE ARCO EN LA FALLA
■ EN UNA LINEA RADIAL, A LA IMPEDANCIA AL PUNTO DE FALLA SE INCREMENTA UNA ‘RESISTENCIA’
■ EN UN SISTEMA INTERCONECTADO, A LA IMPEDANCIA AL PUNTO DE FALLA SE INCREMENTA UNA ‘IMPEDANCIA’, POR EL EFECTO DE LA CORRIENTE APORTADA DESDE EL OTRO LADO DE LA LINEA
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■ EL EFECTO NETO ES PRODUCIR EN EL RELE UN INCREMENTO DE IMPEDANCIA APARENTE, QUE PUEDE HACER QUE EL RELE BAJO ALCANCE (UNDER REACH) SIN QUE PUEDA “VER” LA FALLA ■ ES UN GRAVE PROBLEMA EN LAS PROTECCIONES DE LINEAS CORTAS PROTEGIDAS CON RELES CON CARACTERISTICA MHO ■ EN RELES MHO, A LA SEÑAL DE VOLTAJE POLARIZADO SE AÑADE UNA SEÑAL DE VOLTAJE DE LAS FASES SANAS, OBTENIENDOSE UNA CARACTERISTICA VARIABLE, QUE PERMITE CUBRIR CON AMPLITUD FALLAS CON RESISTENCIA DE ARCO ■ ES UNA CARACTERISTICA POLARIZADA EN CRUZ QUE ES REGULARMENTE UTILIZADA EN RELES DE DISTANCIA EFECTO DE IMPEDANCIA MUTUA ENTRE DOS LINEAS
■ LA Z MUTUA SE PRESENTA EN LINEAS QUE TIENEN RECORRIDOS PARALELOS ■ SE CONSIDERA QUE ES SOLAMENTE UNA COMPONENTE DE SECUENCIA CERO ■ EL EFECTO EN EL SISTEMA ES DISMINUIR O INCREMENTAR LA COMPONENTE DE VOLTAJE DE SEC.CERO EN BARRAS, DEPENDIENDO DEL SENTIDO DE CORRIENTES DE SEC.CERO EN LAS LINEAS ACOPLADAS ■ EL EFECTO SOBRE LOS RELES DE DISTANCIA ES PRODUCIR UNA CONDICION DE BAJO-ALCANCE (UNDER-REACH) O SOBRE-ALCANCE (OVER-REACH) QUE INHIBE O SOBRE-EXCITA LA ACTUACION DEL RELE RESPECTIVAMENTE ESQUEMAS DE PROTECCION DE DISTANCIA
■ SE NECESITA LOS SIGUIENTES SISTEMAS DE PROTECCION PARA CADA UNA DE LAS ZONAS PARA FALLAS ENTRE FASES FASES FALLADA A - B B - C C - A Zapr Zab = Vab / Iab Zbc = Vbc / Ibc Zca = Vca / Ica ESQUEMAS DE PROTECCION DE DISTANCIA PARA FALLAS FASE-TIERRA FASES FALLADA A - N B - N C - N Zapr Zan = Van/(Ia+Kn*In)
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Zbn = Vbn/(Ib+Kn*In) Zcn = Vcn/(Ic+Kn*In)
LINEAS DE 230KV ■ SON LINEAS DE DOBLE CIRCUITO ■ TIENE DOS SISTEMAS DE PROTECCION: PROTECCION PRIMARIA PROTECCION SECUNDARIA ■ TIENE RELE BLOQUE EN OSCILACIONES ■ ALIMENTACION DE SEÑALES DE VOLTAJE-CORRIENTE INDEPENDIENTES ■ CIRCUITOS CONTROL INDEPENDIENTES PROTECCION PRIMARIA
■ LA SEÑAL DE VOLTAJE SE TOMA DE UN EQUIPO DIVISOR CAPACITIVO ■ EL ESQUEMA UTILIZA RELES CON SOBRE-ALCANCE Y CONFIRMACION DE DISPARO TRANSFERIDO REMOTO
■ FUNCION BASICA: DAR PROTECCION INSTANTANEA A LA LINEA PARA EFECTUAR RECIERRE TRIFASICO
■ ESTE ESQUEMA TIENE UN RELE DE SOBRECORRIENTE INSTANTANEO PARA ENERGIZACION EN FALLA
■ SI EL INTERRUPTOR PROPIO ES REEMPLAZADO POR EL DE ENLACE SE PIERDE LA PROTECCION PROTECCION SECUNDARIA
■ LA SEÑAL DE VOLTAJE TOMA DE TPs DE LA BARRA AL QUE ESTA CONECTADO ■ EL ESQUEMA UTILIZA RELES PARA FALLAS ENTRE FASES Y OTRO PARA FASETIERRA CON TRES ZONAS DE PROTECCION
■ FUNCION BASICA: DAR PROTECCION A LA LINEA Y RESPALDO PARA FALLAS EXTERNAS
■ SI EL INTERRUPTOR PROPIO ES REEMPLAZADO POR EL DE ENLACE SE TRANSFIERE LA SEÑAL DE CORRIENTE A UN TC DEL INTERRUPTOR DE ENLACE DE BARRAS CONSIDERACIONES PARA CALIBRACION
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ASUME UNA TOPOLOGIA TIPICA DEL SISTEMA NO LIMITAN LA TRANSFERENCIA DE POTENCIA CONDICIONES EMERGENCIA USO DE INTERRUPTOR DE ENLACE ES UNA OPERACION NORMAL ASUME Rf=10 OHMS SI ES POSIBLE LA COMPENSACION DE LA CARACTERISTICA MHO (2%) ES NULA EL FACTOR Kn NO SE MODIFICA PARA CAMBIAR ALCANCES DEL RELE EN PRESENCIA DE OSCILACIONES FUERTES SE DESCONECTARA LA LINEA PARA DEFINIR ALCANCES DE LA PROTECCION DE RESPALDO, CONSIDERA EL PROCESO DE EVOLUCION DE FALLA (CONDICIONES DE APERTURA-CIERRE INTERRUPTORES REMOTOS)
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CONSIDERACIONES PROTECCION PRIMARIA
■ CONSIDERA EL EFECTO DE CAMBIO DE SENTIDO DE CORRIENTE PARA FALLAS EN EL CIRCUITO PARALELO
■ EL RELE DE SOBRECORRIENTE NO OPERA PARA FALLAS EXTERNAS CONSIDERACIONES PROTECCION SECUNDARIA
■ Z1 Y Z2 SON PROTECCION DE LA LINEA ■ Z3 ES PROTECCION PROPIA PARA FALLAS CON Rf ALTAS, Y PROTECCION REMOTA PARA FALLAS EXTERNAS CON Rf=0 EN CIRCUITOS REMOTOS-PROXIMOS
■ Z3 COMO PROTECCION DE RESPALDO ASUME EL PROCESO DE EVOLUCION DE FALLA CON UNA CONTINGENCIA (FALLA APERTURA DE UN INTERRUPTOR)
BOSQUEJO CALIBRACIONES PROTECCION PRIMARIA
■ CUBRE MAS DEL 120% DE LA IMPEDANCIA DE LA LINEA ■ CUBRE FALLAS CON Rf > 10 OHMS ■ PARA EL CASO DE FALLAS A TIERRA EN EL CIRCUITO PARALELO, LIMITAR EN LO POSIBLE EL ALCANCE
■ LA UNIDAD DE SOBRECORRIENTE NO OPERARA PARA FALLAS FUERA DE LA LINEA PROTECCION SECUNDARIA
■ ZONA 1 ■ PARA FALLAS ENTRE FASES CUBRE EL 80% DE Z DE LA LINEA ■ PARA FALLAS FASE-TIERRA CUBRE EL 85% DE Z DE LA LINEA ■ ZONA 2 ■ CUBRE EL 120% DE Z DE LINEA ■ CON INTERRUPTORES CERRADOS, VERA FALLAS HASTA CON Rf = 5 OHMS EN EL EXTREMO OPUESTO
■ EN LINEAS LARGAS EVITAR QUE VEA FALLAS MAS DEL 50% DE LAS LINEAS REMOTAS-PROXIMAS TIEMPOS RETARDO:0.25 Y 0.30 SEG ZONA 3 CUBRE TODA LA LINEA FALLAS CON Rf > 10 OHMS PARA FALLA CON Rf = 0 CUBRIR LA LINEA PARALELA. ASUMIR ABIERTO UN INTERRUPTOR ■ PARA FALLA CON Rf = 0 CUBRIR LA LINEA PROXIMA REMOTA. ASUMIR ABIERTO UN INTERRUPTOR ■ CUBRIRA FALLAS EN EL LADO DE BAJA DE LOS TRANSFORMADORES REMOTOSPROXIMOS ■ EL TIEMPO DE RETARDO DE OPERACION CONSIDERA COORDINACION CON LAS PROTECCIONES REMOTAS. CALIBRAR ENTRE 0.8 Y 1.0 SEG
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