Protección - Osinergmin Orienta

MAESTRÍA EN SISTEMAS ELÉCTRICOS DE DISTRIBUCIÓN
CURSO:
Protección de Sistemas Eléctricos
de Distribución
PROFESOR: Leonidas Sayas Poma, Phd ©, MBA, MRS, Msc. Ing.
[email protected]
Celular: 996963438 / RPM: #485075
Calendario
Clases semanales: MES DE AGOSTO, 10 y11, 17 y 18, 24
y 25, 31 y 01/SETIEMBRE.
Sábados de 8:00 a 12:00 y 14:00 a 18:00 horas
Domingos de 08:00 a 12 horas.
Receso cada 2 horas.
Objetivos
 Calcular las corrientes de fallas
simétricas y asimétricas
 Analizar y evaluar fallas en sistemas
de distribución
 Seleccionar equipos de protección
 Interpretar las señales y alarmas
dadas por los relés de protección
 Adquirir los criterios para el ajuste de
la coordinación de la protección
 Evaluar las características de diversos
tipos de relés de protección
 Conocer las nuevas tendencia de
protección; smart grid en sistemas de
distribución, protección adaptiva etc.
Temario
1.
Conceptos de protección y normas de
referencia.
2. Fallas en sistemas de distribución.
3. Dispositivos de protección.
4. Relés de protección.
5. Protección de alimentadores.
6. Primer examen
7. Protección de transformadores de
distribución.
8. Criterios de coordinación de la
protección
9. Protección adaptiva de sobre corriente.
10. Aplicaciones de Smart Grid en sistemas
de distribución.
11. Ubicación optima de equipos de
protección, seccionamiento e
indicadores de falla.
12. Segundo examen.
Bibliografía
1. Protección de sistemas de
distribución, Jose Albini
Franca.
2. Protecáo de sistemas aéreos
de distribuicáo, Electrobras.
3. Recommended practice for
protection and coordination
of industrial and comercial
power systems, IEEE Std
242.
4. Recommended practice for
electric power distribution
for industrial plants, IEEE
Std 141
L.Sayas P.
Bibliografía Books
Normas de referencia
Bibliografía web
http://www.abb.com
http://www.sandc.com
http://icecalculator.com/
Metodología del curso
1. Expositiva y participativa
2. 4
practicas
individuales.
calificadas/Trabajos
3. Trabajo
grupal,
proyecto
de
protección de un sistema eléctrico
de
distribución.(
presentación,
exposición).
4. 02 exámenes ( parcial y final)
5. NF=0.2*PPC+0.5*PEX+0.3*(PP+EP)/2
6. Nota mínima aprobatoria 14( sistema
vigesimal).
L.Sayas P.
Conceptos de protección
1. Introducción
2. El sistema de distribución
3. Terminología en protección
4. Filosofía de protección
L.Sayas P.
1. Generalidades
El mayor porcentaje de accidentes y fallas ocurren en los
sistemas de distribución (SD), por que son mucho mayores
y está mas cerca de la población que los sistemas de
transporte o generación.
La implementación de la protección en el SD, debe enfocar
filosofía, metodología, procedimientos y criterios para crear
una nueva cultura o conceptos sobre protección del SD.
L.Sayas P.
Sistema Eléctrico
El objetivo de un Sistema eléctrico de distribución
es asegurar un nivel satisfactorio de la prestación de los
servicios eléctricos garantizando a los clientes un
suministro eléctrico de
las siguientes características:
Continuo
Adecuado
Confiable
Oportuno y de Calidad
Al respecto debe contemplarse :
Calidad del producto;tensión,frecuencia y perturbaciones
Calidad del suministro; interrupciones
Calidad del servicio comercial;trato al cliente,precisión
en la medida de la energía
Calidad de alumbrado público;deficiencias del alumbrado
L.Sayas P.
Indicadores sistémicos que miden la calidad de suministro
(P-074-2003-Osinergmin y Std- IEEE- 1366-2003)
•
SAIFI: System Average Interruption Frecuency Index, o Frecuencia Media de Interrupción por
•
usuario en un periodo determinado.
SAIDI: System Average Interruption Duration Index, o Tiempo Promedio de Interrupción por
usuario en un periodo determinado.
n
SAIFI 
u
i 1
N
Donde:
n
i
,
SAIDI 
t
i 1
i
 ui
N
ui: Número de usuarios afectados en cada interrupción “i”
ti: Duración de cada interrupción “i” (medido en horas)
n: Número de interrupciones en el período
N: Número de usuarios del Sistema Eléctrico al final del
período.
Estos indicadores miden el comportamiento del sistema eléctrico en su
conjunto
Indicadores individuales que miden la calidad de suministro
(NTCSE y su Base Metodológica)
•
•
N: Numero de interrupciones por Nivel de tensión
D: Duración de las interrupciones por nivel de tensión
Estos indicadores sirven para compensación individual por la mala
calidad de suministro
Indicadores Promedio 2005-2012
Empresas Distribuidoras Estatales Vs Privadas
Fuente: OSINERGMIN
14
Benchmarking Principales Capitales Latinoamérica
Fuente: CIER – Elaborado por OSINERGMIN
15
Evolución del SAIFI Lima y Resto del País
Interrupciones Programadas y No Programadas
Evolución del SAIDI Lima y Resto del País
Interrupciones Programadas y No Programadas
Evolución del SAIFI Lima y Resto del País
Por Instalación causante de las interrupciones: G - T - D
Evolución del SAIDI Lima y Resto del País
Por Instalación causante de las interrupciones: G - T - D
Evolución del SAIFI
Por Sector Típico de Distribución
Evolución del SAIDI
Por Sector Típico de Distribución
Fuente: OSINERGMIN
Fuente: OSINERGMIN
Principales causas de las interrupciones
Principales Causas de la Frecuencia de Interrupciones 2012
Total empresas Distribuidoras del Estado
Otras E.E
20%
Fen. Nat.
19%
Propias
45%
 16% de SAIFI y 17% de SAIDI es debido a terceros
(Hurtos de conductores, contactos accidentales,
caídas de árboles, vandalismos, entre otras causas
originadas por terceros)
Terceros
16%
Principales Causas de la Duración de Interrupciones 2012
Total empresas Distribuidoras del Estado
 19% de SAIFI y 14% de SAIDI es por fenómenos
naturales (descargas atmosféricas, fuertes vientos,
entre otras causas climatológicas adversas)
Terceros
17%
Propias
52%
 45% de SAIFI y 52 % de SAIDI por causas propias
(mantenimientos y reforzamientos, fallas equipos
y falta mantenimiento de componentes y
servidumbres, entre otras causas).
Otras E.E
17%
 20% de SAIFI y 17% SAIDI por Otras Empresas
Eléctricas (mantenimientos, déficit de generación,
fallas SEIN, entre otras causas originadas en OEE)
Fen. Nat.
14%
Fuente: OSINERGMIN
Evolución de Multas y Sanciones
a las Empresas de Electricidad
Identificación de Problemas EN GENERAL en
sistemas de distribución
• Descargas atmosféricas y Redes Extensas (33kV, 22.9kV y
13.2kV)
• Deficiente Sistema de Protección.
• No existe verificación de ubicación optima de equipos de
protección, seccionamiento e indicadores de falla.
• No existe cultura de uso de indicadores de falla en
distribución. ( sistema con neutro a tierra o neutro aislado).
• No se usa protección adaptiva en sistemas de distribución.
• Hurto de conductores
• Deficiente Mantenimiento
• Déficit de Generación SEIN, se paga MR?
• Falta margen de reserva en sistemas de generación aislada
• Sobrecarga de transformadores, falta de elementos N-1.
Alternativas de Solución
Redes Extensas (33kV, 22.9kV, 13.2kV)
Problema
Alternativas de Solucion
SIST.ELECT.
ST
- Redes de media tensión de mas de 300km y hasta 600km
- Enlaces y/o líneas en 60kV
SAN FRANCISCO
4
- Las redes recorren zonas de alto nivel isoceraunico
-Doble fuente de alimentacion en donde sea factible
POZUZO
4
-Descargas atmosféricas
- Reforzamiento de Redes (remodelacion) y/o Ampliaciones
CHULUCANAS
4
- El mantenimiento es muy complejo y difícil
- Efectuar un estudio integral de coordinación del aislamiento
RODRIGUEZ DE MENDOZA
4
-Materiales deficientes en muchos casos usados
- Implementar criterio N-1, previos estudios de confiabilidad y si HUANCAVELICA RURAL
5
- Reposicion de componentes demoran mucho tiempo
el crecimiento de la demanda lo amerita
AYACUCHO RURAL
5
- Dispositivos de protección mal dimensionados
HUANUCO RURAL 2
5
- Accesos a redes en mal estado e inexistentes
PUQUINA-OMATE-UBINAS
5
- Deficiente Puesta a Tierra o en muchas casos inexistente
HUARI
5
- Mal dimensionamiento de dispositvos y componentes de redes
respecto al aislamiento
- Falta coordinar el aislamiento y mejorar el sistema de PAT
http://icecalculator.com/
Etapas de un sistema eléctrico de potencia
S.E.
ELEVADORA
ALTERNADOR
TURBINA
L.T.
S.E.
REDUCTORA
CARGAS

T
G
Y
S.E.
DISTRIBUCION
Y
Y
L.S.T.
Y

13,8
KV
220
KV
TRANSMISION
ELEV AD O RA
PR IMA RI A
220
KV
DISTRIBUCION
60
KV
R ED UCTO RA
PR IMA RI A
60
10
KV
KV
R
ED
UCTO
RA
L.Sayas P.
SEC UNDA RI A
Y
CARGAS
S.V.C.
GENERACION

10
KV
0,22
KV
D ISTRI BUCI O N
El Sistema Eléctrico Moderno.
L.Sayas P.
Etapas de un sistema eléctrico de potencia
L.Sayas P.
L.Sayas P.
L.Sayas P.
Esquema Unifilar De La Red De Media Tensión
L.Sayas P.
SISTEMA ELÉCTRICO HUANCAVELICA RURAL
Alimentador
A4103
Tipos de sistemas de distribución
(por la conexión del neutro)
10 kV
A1
A2
60 kV
G
DY
Sistemas con neutro aislado
An
Sistemas con neutro artificial
sin falla
con falla
Sistemas puesto a a tierra
L.Sayas P.
Tipos de sistemas de distribución (1575)
Tipos de sistemas de distrubución
Desactivado, 3
Estrella , 45
Estrella aterrado, 412
Delta aterrado, 50
Delta, 1065
L.Sayas P.
Conceptos fundamentales









Misión de los sistemas de protección
Funciones de los relés de protección
Esquemas de protección
Zonas de protección
Sensibilidad
Selectividad
Coordinación
Características tiempo corriente
Coodinograma
Misión de los sistemas de protección
• Minimizar los efectos de las perturbaciones
sobre el resto de la red, aislando el elemento
fallado con rapidez evitando la propagación y
pérdida de estabilidad del sistema con el
consiguiente colapso.
• Prevenir y atenuar los daños a los equipos
minimizando los efectos de las variables
anormales.
• Salvaguardar físicamente a las personas
evitando accidentes y lesiones
L.Sayas P.
Funciones de los sistemas de protección
• Protección: Conjunto de equipos necesarios para
la detección, evaluación y eliminación de la falla.
• Los relés deben detectar rápidamente la falla y
dar orden de alarma o disparo al interruptor.
TC
Interruptor
Bobina
de
disparo
Relé
Carga
Contactos del relé
Banco de baterias
L.Sayas P.
Funciones de los sistemas de protección
• Circuito elemental
Interruptor
Alimentador de Distribución
TC
Relé
I>
B
C
BD
Fuente DC
Donde:
TC
B
C
BD
=
=
=
=
Transformador de corriente
Bobina de operación del relé
Contacto de disparo del relé
Bobina
de disparo
del interruptor
L.Sayas
P.
Funciones de los sistemas de
protección
• Minimiza el daño
• Reduce la gravedad y
duración de la falta
de servicio eléctrico
Efecto de la
protección
• Lo que permite continuar con suministro
y evitar perdidas económicas que es mas
cuanto mayor es la zona afectada y el
tiempo de duración.
L.Sayas P.
Funciones de los sistemas de
protección
Función de la
protección
• Detección y desconexión automática del elemento
afectado por una falla o régimen anormal de operación.
• Proporcionar información del tipo de falla o régimen
anormal.
• Indicar la localización del problema.
• Comunicar al CC sobre la anomalía.
• Evalúa evento, conmuta circuitos, restablece el
suministro y aísla la parte fallada.
• Genera OT para reparar la parte fallada, MS mediante
GPS.
L.Sayas P.
Alarma y disparo
Disparo
• Toda aquella desconexión
causada por la actuación del
dispositivo de protección.
Alarma
• Detectan la anomalía en su
etapa inicial, sobrecarga,
sobretensión,
sobretemperatura, etc.
• Dando la oportunidad al
operador
localizar
la
L.Sayas P.
anomalía.
Esquema de protección
Definición
• Arreglo
completo
de
dispositivos de protección y
equipos asociados para
lograr una función especifica
de protección, en base a un
principio de operación y
diseñado para un objetivo
dado.
L.Sayas P.
Elemetos de un esquema de
protección
Los principales son:
• Relés
• Fusibles
• Interruptores
termomagneticos
• Interruptores o disyuntores
• Reconectadores
• Seccionadores
• Transductores
• Sistemas de comunicación
• Fuente auxiliar
L.Sayas P.
Zonas de protección
¿Quien define Zona de protección??
L.Sayas P.
Los TC fijan los limites de Zonas de protección
Zonas de protección en distribución
• Tramo de una red protegido por un equipo
• La zona es determinada en función del equipo
• Cada equipo tiene su característica y finalidad especifica
en un SD
DISYUNTOR
RECLOSER
TC
52
R
51
FUSIBLE
RELE DE SOBRE CORRIENTE
L.Sayas
P. PROTECCION
ZONA DE
Zonas de protección
• Los equipos de protección están expuestos a fallas u omisiones de
actuación
• Es necesario prever protección de respaldo, por lo menos para el
primer equipo instalado antes, en dirección de la carga, y de esta
manera efectuar los ajustes de coordinación entre el protector y el
de respaldo considerando los respectivos intervalos de
coordinación.
RESPALDO
PROTECCTOR
PROTECCTOR
L.Sayas P.
Sensibilidad
• Capacidad del dispositivo para interrumpir la Iccmin en el final del
tramo de su zona de protección, y de mantener cerrado para la
Imax de carga.
• La sensibilidad esta aliada a un factor de seguridad que depende
de: los datos para el calculo de la Icc y de los equipos de
protección.
Donde:
K = es el factor de seguridad atribuido
el (1.5; 2; 3..)
I ccmin
1
k  I ajuste
Iccmin = menor valor de cortocircuito en
el tramo considerada de la zona de
protección.
Iajuste = corriente de disparo del equipo
de protección
L.Sayas P.
Sensibilidad de la unidad de fase
1
2
R
3
5
4
I cc
k  I aju
1
Donde:

IccFF es el menor valor de la corriente de cortocircuito
fase-fase encontrado en los puntos 1, 2, 3, o 4
IajF es el valor da corriente de disparo de fase del
L.Sayas P.
reconectador
Sensibilidad de la unidad de tierra
1
2
R
3
5
4
I cc .t
k  I ajn eu tro
1
Donde:
IccF es el menor valor de la corriente de cortocircuito
fase-tierra encontrado en los puntos 1, 2, 3 o 4
IajF es el valor da corriente
de disparo de tierra del
L.Sayas P.
reconectador
Selectividad
• Es la condición que se da a dos o más equipos de protección de
interrumpir y mantener aislado el menor tramo del sistema,
provocado por cualquier tipo de falla (transitoria o permanente) sin
interrumpir el suministro de los clientes instalados entre ellos y la
fuente.
T
RELE
C
52
T2
FUSIBLE
51
T1
A
B
L.Sayas P.
Icc
Coordinación
•
Es la condición que se da a dos o más equipos de protección,
instalados en serie, para operar en una determinada secuencia
de operación previamente definida, en condiciones de falla en el
sistema
REGLA ELEMENTAL DE COORDINACION
1. Para fallas permanentes: aislar el menor tramo que esté en falla.
2. Para fallas transitorias: eliminar la falla, en cualquier parte del
SD, en el menor tiempo posible y proporcionar un esquema de
reconexión para garantizar la continuidad del suministro de
energía
L.Sayas P.
Coordinación
T
C
A
3(L2)
2(L1)
F3
F3
R2
R1
F2
F1 y F2
F1
B
1(R2)
2(R1)
D
Icc
L.Sayas P.
Caracteristica tiempo corriente
• Representa la respuesta del equipo de protección para cualquier
valor de ajuste, en función de la corriente de cortocircuito del
sistema.
• Las características Tiempo x Corriente, también llamadas curvas de
tiempo, pueden ser presentadas de tres maneras: Tiempo x
Corriente, Tiempo x Múltiplo de la corriente de ajuste y Porcentaje
de la corriente de ajuste.
T(s )
T(s )
I(A)
T(s )
I / Is
L.Sayas P.
%I
Coordinograma
•
•
•
Gráfico que ilustra la coordinación de los equipos de protección, que puede
ser obtenido computacional o manualmente. Es construido a través del uso
correcto de las características Tiempo x corriente de los diversos equipos de
protección suministradas por los respectivos fabricantes.
Método de elaboración: punto a punto, plantilla y sobreposición de curvas.
Este último es el mas rápido, eficiente y práctico, pero exige que las
características, Tiempo x Corriente de los equipos utilizados estén en una
misma escala
t
t4
k t3
t3
C
t2
F
k t1
K,L
K
I
t1
Icc
L.Sayas P.
Iccmin
Iccmax
Preguntas, comentarios?
L.Sayas P.