Sistemas de protección, redes AT

Transcripción

Sistemas de protección, redes AT
Universidad de Sevilla
Guillermo Nicolau González - febrero, 2013
Topologías redes AT
Sistema eléctrico de potencia peninsular
NIVELES DE TENSIÓN
INTERCONEXIONES
PENINSULARES
TRANSPORTE: 400kV, 220 kV
DISTRIBUCIÓN MALLADA: HV1, HV1, HV3 (132 ÷ 45 kV)
MV (MEDIA TENSIÓN): 10, 11, 15, 20, 25, 30 kV
Guillermo Nicolau González – febrero, 2013
3
Interconexiones sistemas de transporte y distribución
mallada AT (1)
4
Interconexiones sistemas de transporte y distribución
mallada AT (2)
5
Generadores: conexiones a sistemas de transporte y
distribución mallada AT
6
Transformadores / Auto – transformadores
interconexión transporte – distribución mallada AT
7
Transformadores transporte / MT, distribución mallada
AT/MT
8
Principios de funcionamiento
Falta a tierra, 110 kV: formas de onda y tiempo
de eliminación
10
Postulado principal
Detección y eliminación del
cortocircuito, en el mínimo
tiempo posible, desconectando
exclusivamente los interruptores
más cercanos que energicen el
defecto.
11
Protección diferencial: principios de operación
ANSI 87
12
Protección diferencial: errores en la medida, debidos a
TT/I no ideales e intensidades capacitivas
13
Protección diferencial: función característica para
operación estable
Id
I dif
2
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
DISPARO
REPOSO
Ip
0
1
2
3
4
nº de veces Inom
Id
IS
IS' ; I p
5
6
7
8
I fren
IS
IS'
2
14
Protección diferencial: diagrama operativo
15
Relé diferencial, circuito AT: comunicaciones mediante
fibra óptica directa y dedicada
Aplicación en líneas aéreas y circuitos subterráneos
• Actuación instantánea: típicamente < 100 ms (tiempo total de eliminación);
• Dependencia total enlace telecomunicaciones; in caso de indisponibilidad:
• Bloqueo total función diferencial:
• Disparo no selectivo al sobrepasar umbral de intensidad
• Precisa protección de respaldo;
• Cables subterráneos: disparo definitivo (sin reconexión automática);
• Líneas aéreas: reconexión automática monofásica / trifásica.
ANSI: 87L
16
Diferencial barra simple, ausencia de cortocircuito
ANSI: 87B
17
Diferencial barra simple, cortocircuito en zona
protegida
18
Diferencial doble barra con acoplamiento trasversal,
ausencia de cortocircuito
Variables requeridas: intensidades de posición y topología (conexión a barras 1 o a barras 2 por seccionadores)
19
cortocircuito en barras 1
Escenario previo: interruptor de acoplamiento cerrado, cada posición conectada a una única barra.
Cortocircuito en barras 1: desconexión de acoplamiento y de todos los terminales conectados a barras 1
20
cortocircuito en barras 2
Escenario previo: interruptor de acoplamiento cerrado, cada posición conectada a una única barra.
Cortocircuito en barras 2: desconexión de acoplamiento y de todos los terminales conectados a barras 2
21
cortocircuito y barras unidas por seccionador
Escenario previo: acoplamiento cerrado, una posición conectada a sendas barras mediante seccionadores (línea
discontinua roja), resto de posiciones conectadas a una única barra;
Cortocircuito: deben desconectarse totalidad de interruptores para desenergizar cortocircuito
22
Relé diferencial no numérico, aplicación en
transformador AT/MT: ausencia de cortocircuito
I AT , P
I AT , P
I AT , P
I MT , P ;
TT / I AT
;I MT , P
I MT , P
TT / I MT
Los TT/I auxiliares deben compensar:
• Diferencias de amplitud y fase entre devanado AT y MT;
• Diferencia de relación entre TT/I AT y MT
En ausencia de falta entre TT/I:
I AT , S
I AT , S
I AT , S
I AT ', S ;
;I MT ', S
I MT ', S
ANSI: 87T
23
Relé diferencial numérico, aplicación en transformador
AT/MT: ausencia de cortocircuito
El usuario puede configurar, en este tipo de relés:
• Grupo de conexión transformador (YY, DD, YD, DY) y puesta a tierra neutro;
• Relación de transformación (N1/N2);
• Ángulos entre intensidad AT y MT;
• Relación de TT/I
evitando así instalación de TT/I auxiliares
24
Relé de distancia: cableado en aplicación
circuito AT
ANSI: 21
25
Relé de distancia: cálculos vs. tipo de cortocircuito
L: longitud; asúmanse (Z1; Z0) distribuidas de forma homogénea a lo largo del circuito
• Cortocircuito franco monofásico, fase A:
Z1
,X
VA ,X
I A ,X k N I N ,X
Z1
Z1
,Y
I A ,Y
VA ,Y
k N I N ,Y
1
Z1
kN
Z0 Z1
3Z 1
• Cortocircuito franco bifásico, fases (A – B), entre fases o entre fases y tierra:
Z2
,X
VA ,X VB ,X
I A ,X I B ,X
Z1
Z2
,Y
VA ,Y VB ,Y
I A ,Y I B ,Y
1
Z1
• Cortocircuito franco trifásico:
Z1
,X
VA ,X
I A ,X
VB ,X
I B ,X
VC ,X
I C ,X
Z1
Z1
,Y
VA ,Y
I A ,Y
VB ,Y
I B ,Y
VC ,Y
I C ,Y
(1
)Z1
26
Relé de distancia: lugar geométrico de operación en
plano complejo
tg
1
X 1, L
R1, L
27
Relé de distancia, circuitos AT: alcances, tiempos de
operación y protección de apoyo
Impedancia circuito SE 1 - SE 2: Z12
Asúmase Z23 < Z24
Ajustes y alcances típicos:
• Zona 1: 0,8·Z12
• Zona 2: Z12 + 0,5·Z23
• Zona 3: Z12 + Z24
28
Relé de distancia, circuitos AT: esquema de
sobrealcance permisivo en zona 2
Emisión: medida en Zona 1 (en algunos casos, medida en Zona 1 o Zona 2);
Temporización al disparo:
• Zona 1, t = 0;
• Zona 2 + recepción, t = 0; Zona 2 sin recepción, t = 0,4 … 0,5 s
• Zona 3, t = 0,8 … 1 s
29
Relé de distancia, circuitos AT: esquema de
sobrealcance permisivo en zona 1
Esquema recomendado cuando la impedancia del circuito protegido resulta inferior (o próxima) al
mínimo ajuste permitido en el relé.
Emisión: Medida en Zona 1;
Temporización al disparo:
• Zona 1 + recepción, t = 0; Zona 1 sin recepción, t = 0,2 s
• Zona 2, t = 0,4 … 0,5 s
• Zona 3, t = 0,8 … 1 s
30
Sobreintensidad de neutro direccional, circuitos AT:
esquema de conexionado
Faltas resistivas a tierra, en ausencia de relé diferencial.
Este tipo de faltas, en ocasiones, se sitúan externas a la característica de distancia
ANSI: 67N
31
principio de operación
Falta monofásica a tierra:
v0
i0 z0
3V0
I0
V0
3I 0 Z0
Relación angular:
I0
V0
Z0
Z0
Diagrama de operación angular
32
curva intensidad / tiempo
Ecuación de disparo para falta en circuito protegido.
Punto de paso: 0,6 s, falta franca a tierra final circuito
k
t
0, 02
I
I aj
1
33
Relé contra fallo interruptor: conexionado y principios
de operación
t, s
10
1
0,1
0,1
1
10
100
nº veces Iaj
Escenario:
• Posición en falta;
• Las protecciones de la posición han ordenado desconexión del interruptor;
• Interruptor no abre o no corta el arco (p.e., por fallo interno);
Tras 200 ms, el relé contra fallo interruptor repite orden de apertura al interruptor y a todos los
interruptores conectados en la misma barra. En algunas aplicaciones, emite teledisparo
incondicional al extremo remoto.
ANSI: 50S-62
34
Relé contra fallo interruptor, operación en barra simple
35
Relé contra fallo interruptor, operación en doble barra
con acoplamiento. Teledisparo al extremo remoto
36
Equipamiento
Circuito AT
21: DISTANCIA; 87: DIFERENCIAL; 67N: DIRECCIONAL DE SOBREINTENSIDAD DE NEUTRO; 49: IMAGEN TÉRMICA
(CABLES SUBTERRÁNEOS); 87B: DIFERENCIAL DE BARRAS; 50S-62: FALLO DE INTERRUPTOR; 79:
RECONECTADOR AUTOMÁTICO; 25:COMPROBACIÓN DE SINCRONISMO
38
Transformador AT/MT
87T: DIFERENCIAL DE TRANSFORMADOR; 51: SOBREINTENSIDAD A TIEMPO INVERSO; 87B: DIFERENCIAL DE
BARRAS; 50S-62: FALLO INTERRUPTOR; 51G: SOBREINTENSIDAD DE NEUTRO A TIEMPO INVERSO; 49G:
IMAGEN TÉRMICA, IMPEDANCIA PUESTA A TIERRA NEUTRO
39
Transformador AT1/AT2
21: DISTANCIA; 87T: DIFERENCIAL DE TRANSFORMADOR; 51: SOBREINTENSIDAD A TIEMPO INVERSO; 87B:
DIFERENCIAL DE BARRAS; 50S-62: FALLO INTERRUPTOR
40
Barras AT
87B: DIFERENCIAL DE BARRAS; 21: DISTANCIA (ZONAS DIRECCIÓN BARRAS, “TACÓN” O “REVERSE”)
41
Tiempos de eliminación
Nuevos márgenes de coordinación en redes
malladas AT: Δt = 200 ms
43
malladas AT: detallado escalones (1)
• Instantáneo: protecciones principales
– Barras AT: 87B
– Circuitos AT: 87L, 21(Zona 1, Zona 2 acelerada)
– TTRR AT1/AT2, TTRR AT/MT: 87T
• 0,2 s:
– 21 acoplamiento, Zona 1
• Faltas en barras AT, 87B indisponible (puede ser
actuación en apoyo)
• Actuación en apoyo: faltas en fracción Zona 1
posiciones, protección principal indisponible
– 50S-62
• Fallo interruptor tras actuación protecciones principales
posición
44
• 0,4 s:
– 21 circuitos, Zona 2
• Falta en 20% final circuito protegido, aceleración
indisponible (puede ser en apoyo)
• Actuación en apoyo, faltas en barras / posiciones
remotas, con relés indisponibles
– 21 TTRR AT1/AT2, Zona 1
• Falta en barras donde conecte devanado TR, 87B
indisponible (puede ser en apoyo)
• Actuación en apoyo, faltas en fracción Zona 1
posiciones donde conecte devanado TR, relés
indisponibles
45
• 0,6 s, 21 acoplamiento, Zona 2
– Actuación en apoyo, faltas en posiciones
conectadas en idénticas barras, relés
indisponibles
• 0,8 s, 21 circuitos Zona 3
– Actuación en apoyo, falta en posiciones
conectadas en embarrados remotos, relés
indisponibles
46

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