ESTUDIOS DE COORDINACIóN DE LAS PROTECCIONES POR MéTODOS COMPUTARIZADOS APLICADOS A LA INTERCONEXIÓN DE LAS BARCAZAS POWER BARGE I Y II josé Mendoza.

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1 ESTUDIOS DE COORDINACIóN DE LAS PROTECCIONES POR MéTODOS COMPUTARIZADOS APLICADOS A LA INTERCONEXIÓN DE LAS BARCAZAS POWER BARGE I Y II josé Mendoza Fabricio Paredes dario peralta  

2 resumen Este documento presenta en forma detallada el estudio de ajuste y coordinación de protecciones con relés digitales de la interconexión de las barcazas Power Barge I y II al Sistema Nacional Interconectado, haciendo uso de las características de las curvas de los elementos de protección, junto con el programa de hoja de cálculos Microsoft Excel 2007.

3 INTRODUCCION El desarrollo del siguiente proyecto básicamente va encaminado a realizar la protección de un Sistema Eléctrico de Potencia mediante la implementación de relés digitales. Se verificará y/o ajustará cada uno de los dispositivos de protección tomando como base, los estudios de Corrientes de Cortocircuito realizados al Sistema de Potencia.

4 CAPITULO 1.- DESCRIPCION DE LAS INSTALACIONES

5 CAPITULO 2. ESTUDIOS DE FLUJO DE CARGA
El segundo capítulo estipula como objetivo principal el análisis de flujo de carga máxima en el sistema para obtener valores reales de corriente, voltaje y potencia que posteriormente serán utilizados para establecer las características de cargabilidad del sistema en estado estable.

6 CAPITULO 2. ESTUDIOS DE FLUJO DE CARGA
Criterios adoptados para el estudio: Flexibilidad Operacional. Niveles de Confiabilidad. Niveles de Sobrecarga. Regulación de Voltaje. Análisis de Caso : Para el estudio de flujo de carga, se tomó en consideración la demanda máxima del Sistema Nacional Interconectado

7 DISTANCIA DE LA LINEA (Km)
Datos del Sistema DATOS DE BARRAS DATOS DE LINEAS Y CONDUCTORES BARRA VOLTAJE (KV) G. Power Barge 1 13,8 G. Power Barge 2 (1-2) G. Power Barge 2 (3-4) 69 KV S/E Ullyseas 69 Trinitaria 69 KV TRAMO DE LA LINEA DISTANCIA DE LA LINEA (Km) TIPO DE CONDUCTOR OHMIOS POR TRAMOS DE LINEA DE A R1 X1 R0 X0 Power Barge I S/E Ullyseas 69 KV 0,7 3x477 MCM 0,09 0,28 0,22 1,64 Power Barge II S/E GUASMO 3 0,31 0,97 0,72 5,59 Trinitaria 69 KV 4,94 477 MCM 26/7 ACSR 0,65 2,01 1,53 11,55

8 DATOS DE TRANSFORMADORES
DATOS DEL SISTEMA DATOS DE TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES V. P. (KV) V.S. (KV) POTENCIA CONEXION UBICACIÓN IMPEDANCIA T1 13.8 69 15 MVA Delta - Estrella PB I 6,92% T2 25 MVA PB II 1-2 8,00% T3 PB II 3-4

9 Resultados de los Estudios de Flujo de Carga
El análisis del flujo de carga muestra lo siguiente: Voltaje en barras. Factor de Potencia y Potencia Reactiva suministrada por las Unidades de Generación. Carga sobre todos las líneas, verificando si las mismas están sobrecargadas.

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11 Resultados de los Estudios de Flujo de Carga
VOLTAJE Y FLUJO DE POTENCIA EN BARRAS DEL SISTEMA CARGABILIDAD EN LAS LINEAS BARRA VOLTAJE (KV) P(MW) Q(MVAR) ANGULO G. Power Barge 1 14,18 12 2 3,48 G. Power Barge 2 (1-2) 14,25 22 4 5,28 G. Power Barge 2 (3-4) 69 Kv S/E Ullyseas 70,57 55,98 6,85 1,75 Trinitaria 69 Kv 69,60 130,42 31,16 -0,05 TRAMO DE LA LINEA CARGABILIDAD TIPO DE CONDUCTOR DE A Power Barge I S/E Ullyseas 69 KV 16,43% 3x477 MCM Power Barge II 60,23% S/E GUASMO 76,65% Trinitaria 69 KV 477 MCM 26/7 ACSR

12 CAPITULO 3.- ESTUDIO DE CORTO CIRCUITO
Los estudios se realizarán con los siguientes objetivos: Determinar el efecto de las corrientes de falla en los componentes del sistema tales como cables, barras y componentes del sistema durante el tiempo que persista la falla. Los estudios determinaran las zonas del sistema en donde la falla puede resultar en depresión inaceptable de voltajes. Determinar del ajuste de los equipos de protección, los cuales son establecidos considerando el sistema bajo condiciones de falla.

13 Alcance de los estudios de Corto Circuito.
Considerando que el Sistema de las barcazas se caracteriza por ser un sistema típicamente aterrizado, el estudio de corto circuito considera los siguientes tipos de falla: Falla Trifásica a tierra Falla de línea a tierra

14 Datos del Sistema Impedancias Equivalentes en el Punto de Entrega de la Empresa Eléctrica MVA de Corto Circuito (SNI) Impedancias Equivalentes (SNI) Tipo de Falla Angulo Corriente de Falla en la barra Amperios MVA de Corto Circuito del SNI Trifásica -90,00 14210 1329 Línea-Tierra 15404 503 Corriente Equivalente Impedancia Equivalente Impedancia de Secuencia Cero Impedancia de Secuencia Negativa Ith R, Re(Z) X, Im(Z) R0, Re(Z0) X0, Im(Z0) R2, Re(Z2) X2, Im(Z2) (KA) (Ohm) 12,66 2,01 21,18 3,52 27,24 1,98 21,14 Relación X/R 10,54 7,74 10,68

15 Resultados de los Estudios de Corto Circuito

16 Resultados de los Estudios de Corto Circuito

17 Resultados de los Estudios de Corto Circuito

18 Resultados de los Estudios de Corto Circuito

19 Resultados de los Estudios de Corto Circuito

20 Resultados de los Estudios de Corto Circuito

21 Resultados de los Estudios de Corto Circuito

22 Resultados de los Estudios de Corto Circuito

23 Capacidad de Interrupción
INTERRUPTOR VOLTAJE NOMINAL (KV) UBICACIÓN CAPACIDAD (KA) PB1-G1 IN 13,8 Generador en PB1 24 PB1-T1 IN Transformador T1 34 PB2-G1 IN Generador 1 de 12 MW 17 PB2-G2 IN Generador 2 de 12 MW PB2-G1,2 OUT Salida de la barra al transformador T2 31 PB2-G3 IN Generador 3 de 12 MW PB2-G4 IN Generador 4 de 12 MW PB2-G3,4 OUT Salida de la barra al transformador T3 PB1 S/E ULYSEAS IN 69 Entrada a la S/E Ullyseas desde el PB1 3 PB2 S/E ULYSEAS IN Entrada a la S/E Ullyseas desde el PB2 7 S/E ULYSEAS OUT Salida de la S/E Ullyseas hacia barra Trinitaria 69 KV 16 S/E TRINITARIA 69 KV IN Entrada a la S/E Trinitaria 69 KV 8

24 CAPITULO 4.- COORDINACION DE LAS PROTECCIONES.
Los estudios se realizaran con los siguientes objetivos: Determinar el ajuste de los equipos de protección, los cuales son establecidos considerando el sistema bajo condiciones de falla. Determinar la coordinación de las Protecciones del sistema Ullyseas Power Barge propiamente y con las Protecciones del Sistema de la Empresa Eléctrica. La aplicación del Estudio permitirá el despeje oportuno y selectivo de las fallas del sistema.

25 Esquemas de Protecciones
Esquemas de Protección de Generadores: Relés GE-SR489 Esquemas de protección de Transformadores: Relés GE- SR745 Esquemas de Protección de Barras: Relés SEL 487 Esquemas de Protección de Líneas: Relés SEL 311

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29 Esquemas de Protecciones
Protección de Generadores (AJUSTES) SETPOINTS (MINIMA TENSION) ALARMA PICKUP MINIMA TENSION 0.95 X 120 = 114V RETARDO ALARMA: 3 SEG DISPARO PICKUP MINIMA TENSION: 0.94 X 120 = 112,8 V RETARDO DISPARO: 1.0 SEG SETPOINTS (MAXIMA TENSION) ALARMA PICKUP MAXIMA TENSION 1.05 X 120 = 126V RETARDO ALARMA: 3 SEG DISPARO PICKUP MAXIMA TENSION: 1.06 X 120 = V RETARDO DISPARO: 1.0 SEG

30 Esquemas de Protecciones
SETPOINTS (VOLTIOS/HERTZ) DISPARO PICKUP VOLTIOS/HERTZ 1.00 X (120/60) RETARDO DISPARO VOLTIOS/HERTZ 1 SEG SETPOINTS (MINIMA FRECUENCIA) DISPARO MIN. FRECUENCIA NIV 1 59.50 Hz RETARDO DISPARO MIN. FRECUENCIA NIV 1 60.0 SEG DISPARO MIN. FRECUENCIA NIV 2 58.00 Hz RETARDO DISPARO MIN. FRECUENCIA NIV 2 30.0 SEG SETPOINTS (MAXIMA FRECUENCIA) DISPARO MAX. FRECUENCIA NIV 1 60.50 Hz RETARDO DISPARO MAX. FRECUENCIA NIV 1 60.0 SEG DISPARO MAX. FRECUENCIA NIV 2 62.00 Hz RETARDO DISPARO MAX. FRECUENCIA NIV 2 30.0 SEG

31 Esquemas de Protecciones
SETPOINTS (DIFERENCIAL) DISPARO PICKUP DIFERENCIAL 0.10 X CT DISPARO DIFERENCIAL SLOPE 1 10% DISPARO DIFERENCIAL SLOPE 2 20% RETARDO DISPARO DIFERENCIAL O CICLOS

32 Esquemas de Protecciones
Protección de transformadores (AJUSTES) DIFERENCIAL INSTANTANEO Función: Disponible Acción Auto-reset PICKUP: 10,00 x CT Valor Nominal Amperios Secundarios 50/87 Corriente Descripción Trafo PBI Trafo PBII Ia Corriente fase 0,46 0,74 Ib Ic Valor Nominal Amperios Secundarios 50/87 Corriente Descripción Trafo PBI Trafo PBII Ia Corriente fase 0,46 0,74 Ib Ic

33 Esquemas de Protecciones
VOLTS-PER-HERTZ FUNCION: Disponible Acción: Auto-reset Voltaje mínimo de Operación 0,10 x VT PICKUP: 2,30 V/Hz Tipo de curva: tiempo definido Retardo: 1,3 s Reset: 0.0 s Valor Nominal Voltios Secundarios 59/81 Voltaje Descripción Va Voltaje Fase A 69,28 Vb Voltaje Fase B Vc Voltaje Fase C Vab Voltaje Fase a Fase calculado 120,00 Vbc Vca

34 Esquemas de Protecciones
Rango de variación Hertz 59/81 60 1,05 MÍNIMO VOLTAJE DE OPERACIÓN  RELE 745 59A Va 72,75 (V) 59B Vb 59C Vc 59AB Vab 126,00 (V) 59BC Vbc 59CA Vca

35 Esquemas de Protecciones
PICK UP  RELE 745 59AB Vab/Hz 2,31 59BC Vbc/Hz 59CA Vca/Hz

36 Esquemas de Protecciones
Protección de Líneas (AJUSTES) SETPOINTS (MINIMA FRECUENCIA) DISPARO MIN. FRECUENCIA 82D2TP 59.50 Hz RETARDO DISPARO MIN. FRECUENCIA 82D2TD 63 segundos SETPOINTS (MÁXIMA FRECUENCIA) DISPARO MIN. FRECUENCIA 81D1TP 60.5 Hz RETARDO DISPARO MIN. FRECUENCIA 81D1TD 63 segundos

37 Esquemas de Protecciones
Voltajes Secundarios para PT’S Valor Nominal Voltios Secundarios Voltaje Descripción Va Voltaje Fase A 69,28 Vb Voltaje Fase B Vc Voltaje Fase C Vab Voltaje Fase a Fase calculado 120 Vbc Vca

38 Esquemas de Protecciones
PICKUP SETTING ELEMENTO DE VOLTAJE 27 Unidad Voltaje 27A Vln 65,8 27AB Vll 114 PICKUP SETTING ELEMENTO DE VOLTAJE 59 Unidad Voltaje 59A Vln 72,74 59AB Vll 126

39 Esquemas de Protecciones
Se ha hecho uso de la protección direccional del relé SEL-311 para proteger a la línea, que de acuerdo a los resultados del estudio de cortocircuito se escoge una unidad tipo cilindro (CONEXIÓN 90 grados).

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41 Esquemas de Protecciones
Protección de Distancia (AJUSTES) Impedancia característica por tipo de conductor (Ohm/Km) R1 X1 R0 X0 0,1317 0,4049 0,3094 2,3374 477 MCM 0,0796 0,2598 0,1869 1,4999 ACAR 750 Impedancia total por tramo (Ohm) De A Longitud (Km) R1 X1 R0 X0 Ullyseas 69 KV Andec 1,3 0,1713 0,5263 0,4022 3,0386 Guasmo 1,7 0,1353 0,4417 0,3178 2,5498 3,0 0,3066 0,9680 0,7199 5,5884 Trinitaria 69 KV 4,94 0,6508 2,0001 1,5283 11,5467 Power Barge I - II 0,7 0,0922 0,2834 0,2166 1,6362

42 Esquemas de Protecciones
En las siguientes tablas podremos observar la impedancia del sistema con la que el relé trabajará (tabla 4 XXI – XXIV) y en la tabla 4 XXV se resume los ajustes por cada zona. Relación del transformador de potencial: 575 Relación del transformador de corriente: 400 Relación CT/PT:

43 Esquemas de Protecciones
zona 1 R(Ohm) X(Ohm) Ullyseas 69 KV Guasmo S1 0,3066 0,968 Trinitaria 69 KV S2 0,6508 2,0001 S1+S2 0,9574 2,968 311 C Z1 Magnitud Angulo Zprim 3,12 72 Zrele Zprim*(CT/PT)*0,65 1,41 zona 2 R(Ohm) X(Ohm) Ullyseas 69 KV Guasmo S1 0,3066 0,968 Trinitaria 69 KV S2 0,6508 2,0001 S1+S2 0,9574 2,968 311 C Z2 Magnitud Angulo Zprim 3,12 72 Zrele Zprim*(CT/PT)*1,0 2,17 7

44 Esquemas de Protecciones
zona 3 R(Ohm) X(Ohm) Ullyseas 69 KV Power Barge I - II S4 0,0922 0,2834 311 C Z3 Magnitud Angulo Zprim 0,29 72 Zrele Zprim*(CT/PT) 0,21 zona 4 R(Ohm) X(Ohm) Ullyseas 69 KV Guasmo S1 0,3066 0,9680 Trinitaria 69 KV S2 0,6508 2,0001 INFEED XF 1,9269 5,95 S1+S2+XF 2,8843 8,9180 Z4 Magnitud Angulo Zprim 9,37 72 Zrele Zprim*(CT/PT)*1,0 6,52

45 Esquemas de Protecciones
FUNCION 21 FASE Elemento MHO Distancia ZONAS Z 1 Z 2 Z 3 Z 4 311C Z (Ohmios sec.) 1,41 2,17 0,21 6,52 T ( ciclos) 15 60

46 Coordinación de la Protecciones

47 Coordinación de la Protecciones
COORDINACION DE LA PROTECCION DEL SISTEMA DE ULLYSEAS 69 KV Nombre BARRA Ullyseas 69 KV RELE Sel C Sel 487B Ubicación Salida L/T Ullyseas-Trinitaria S/E Ullyseas 69 KV Salida Barra S/E Ullyseas 69 KV entrada PBI Barra S/E Ullyseas 69 KV entrada PBII Barra UNIDAD 67 50/51-1 50/51-2 50/51-3 VOLTAJE 69 Potencia Kw 56.000,00 12.000,00 44.000,00 I caso BASE 69 521 112 409 I caso BASE 13.8 - RELACION TC 2000/5 FACTOR TC 400 FACTOR 1,1 I TAP PRIMARIO 572,72 122,73 449,99 600,00 Setting Relé: I TAP 1,50 I FALLA F-T EN BARRA 8795 I FALLA TRIFA EN BARRA 10310 Contribución a la falla 3840 1240 2600 PUNTO DE COORDINACION TIPO DE CURVA IEC-VI _C2 MULTIPLO TAP 6,40 2,07 4,33 TD SELECCIÓN 0,12 0,19 INSTANTANEO 9,6 3,1 6,5 Observación

48 Coordinación de la Protecciones

49 Coordinación de la Protecciones
COORDINACION DE LA PROTECCION DEL SISTEMA DE ULLYSEAS Nombre BARRA Ullyseas PBI Secundario XF 13.8/69 KV Ullyseas PBI Primario XF 13.8/69 KV Ullyseas PBI Protección de Respaldo RELE GE 745 GE 489 Ubicación XF 13.8/69 KV Alta 69 KV XF 13.8/69 KV BAJA 13.8 KV PROTECCIÓN DE RESPALDO UNIDAD 50/51 51V VOLTAJE 69 13,8 Potencia Kw 12.000,00 I caso BASE 69 112 - I caso BASE 13.8 558 RELACION TC 700/5 2000/5 FACTOR TC 140 400 FACTOR 1,1 1 I TAP PRIMARIO 122,73 557,84 600,00 Setting Relé: I TAP 4,29 1,5 I FALLA F-T EN BARRA 8795 28540 I FALLA TRIFA EN BARRA 10310 21370 Contribución a la falla 1240 8760 PUNTO DE COORDINACION TIPO DE CURVA IEC-VI _C2 MULTIPLO TAP 2,07 14,6 12,51 TD SELECCIÓN 0,22 0,28 INSTANTANEO 8,89 21,9 Observación

50 Coordinación de la Protecciones

51 Coordinación de la Protecciones
COORDINACION DE LA PROTECCION DEL SISTEMA DE ULLYSEAS Nombre BARRA PBII 69 KV TRAFO PBII 69 KV TRAFO PBII 13,8 KV Ullyseas PBII Protección de Respaldo RELE GE 487 GE 745 GE 489 Ubicación Salida L/T PBII-ULLYSEAS PBII 69 KV IN GEN 1 Y 2 XF 13.8/69 KV Alta 69 KV XF 13.8/69 KV BAJA 13.8 KV PROTECCIÓN DE RESPALDO UNIDAD 50/51 51V VOLTAJE 69 13,8 Potencia Kw 44.000,00 22.000,00 11.000,00 I caso BASE 69 409 205 - I caso BASE 13.8 1023 511 RELACION TC 2000/5 700/5 800/5 FACTOR TC 400 140 160 FACTOR 1,1 I TAP PRIMARIO 449,99 225,00 1124,98 562,49 600,00 1750,00 700,00 Setting Relé: I TAP 1,50 4,29 4,38 I FALLA F-T EN BARRA 8795 30116 I FALLA TRIFA EN BARRA 10310 24180 Contribución a la falla 2600 1300 12620 6310 PUNTO DE COORDINACION TIPO DE CURVA I.E.C. Class C V.I. C2 I.E.C. Class C V.I. C2. ANSI M.I. MULTIPLO TAP 4,33 2,17 7,21 9,01 TD SELECCIÓN 0,24 0,28 4,3 INSTANTANEO 6,50 3,25 9,29 31,55 39,4 Observación

52 Coordinación de la Protecciones
RESUMEN DE AJUSTES RELÈ UBICACIÓN TAP TD INSTANTANEO MITSUBISHI S/E TRINITARIA 4,5 1 36 SEL 311-C S/E ULLYSEAS 1,5 0,12 9,6 SEL 487 0,19 S/E ULLYSEAS IN PBI 3,1 S/E ULLYSEAS IN PBII 6,5 GE 745 TRAFO ALTA PBI 4,29 0,22 8,86 TRAFO BAJA PBI 21,9 GE 489 GENERADOR PBI 0,28 ACOPLE DE 2 TRANSF. PBII OUT 0,24 ACOPLE DE 2 TRANSF. PBII IN GEN 1Y2 3,25 SEL 745 TRAFO ALTA PBII 9,29 TRAFO BAJA PBII 4,375 31,55 GENERADOR PBII 4,3 39,44