COORDINACION DE PROTECIONES EN CIRCUITOS DE DISTRIBUCION DE 13.8 by 27yaJCV

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									 COORDINACIÓN DE PROTECIONES EN
CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN DE 13.8 kV
       DE LA C.A. ELECENTRO.


            Autor: Br. Nasser Obeid
       Tutor Académico: Prof. A. Cepeda
        Tutor Industrial: Ing. C. Amaro
                   Contenido

Introducción.
Planteamiento del problema.
Objetivo.
Esquema Metodológico.
Sistema Actual.
Criterios de selección, ubicación y coordinación.
Sistema Propuesto.
Análisis Costo-Beneficio.
Conclusiones y Recomendaciones.
                         Introducción
 Para llevar la energía eléctrica a los usuarios se necesita un sistema de
   potencia eléctrico el cual transporta la energía desde la fuente de
               recursos energéticos hasta los consumidores.

  Parece improbable que la tecnología pueda eliminar totalmente la
 posibilidad de fallas. Dada la imposibilidad de diseñar un Sistema de
   Potencia Eléctrico para que nunca se presente una falla, hay que
 implementar métodos para detectar las fallas y disminuir los efectos
             perjudiciales sobre el sistema y los usuarios.

    En este proyecto se hace un estudio de la situación en la cual se
   encuentran actualmente los sistemas de protecciones de las dos (2)
subestaciones y los tres (3) circuitos bajo estudio y sus posibles mejoras.
                      Planteamiento del
                          problema
Debido al incremento excesivo de cargas y al hecho de que no hubo una
    buena planificación de las redes de distribución, por lo cual el
   crecimiento ha sido desordenado, ocurren fallas con pérdidas de
                  selectividad y falta de seguridad.

  Estos constantes cambios que se hacen a la red original, trae como
consecuencia la alteración de sus variables de diseño, exponiendo a los
    dispositivos de protección a percibir valores instantáneos de los
    parámetros del circuito, diferentes de los originales y que por la
 sensibilidad de los mismos y características de coordinación pueden
 dispararse, desconectando innecesariamente sectores de importancia.
                      Objetivo

Revisar los ajustes y coordinación existentes en los
   tres (3) circuitos bajo estudio e implementar
    mejoras a los mismos, para así obtener una
operación confiable, segura y rápida de estas redes
   de distribución eléctrica al ocurrir una falla,
cumpliendo al mismo tiempo con la normativa de
    calidad de servicio que exige la nueva Ley
                 Eléctrica Nacional.
              Esquema Metodológico

Revisión Bibliográfica.
Levantamiento del sistema eléctrico. (Diagramas Unifilares)
Obtención de los datos.
Procesamiento y tratamiento de la información.
Estudio de Cortocircuito.
Verificación de las capacidades de interrupción de los
equipos de protección.
Selección de esquemas, criterios de ubicación y ajustes de
los equipos de protección.
                      Sistema Actual

  DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA S/E SOCO.



Ubicación: Estado Aragua, Ciudad de La Victoria.
Tipo: Nodal II (115TD).
115/13.8 kV.
Factor de Utilización (F.U): 0.56
Capacidad: 70 MVA distribuidos en tres (3) transformadores de
potencia.
Suministra energía a 11 circuitos de 13.8 kV, distribuidos en 3 Barras.
              Sistema Actual
     Coordinación Disyuntor-Disyuntor




Se debe cumplir que: T D2 ≥ T D1 + IC, donde IC = 0.4 s.
                          Sistema Actual
Gráficas de coordinación de protecciones actuales en la S/E Soco con salida de
                  línea del circuito Zuata. ( Relés de fases)

                                              1. TMD. Fusible Tipo K. 40 A.
          1               7
                                              2. Salida de Línea del disyuntor D1.

                          4 5 6               3. Relé del Disyuntor D3.
                      3
                  2
                                              4. Relé del Disyuntor D2.
                                              5. Relé del Disyuntor D4.

                                              6.Relé del Disyuntor D5.

                                              7. Curva de daño del transformador
                                              de Potencia.
                        Sistema Actual
   DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL CIRCUITO
                          ZUATA
S/E a la que pertenece: SOCO
Capacidad instalada: 19424.5 kVA.
Longitud de línea aproximada: 78 Km.
Construcción: Aérea.
Estructura: Radial con posibles interconexiones a la hora de una emergencia o
mantenimiento.
Corriente de Máxima Carga (Ic máx): 380 A. (RMS)
Calibre del Conductor de la Troncal: 4/0 Arvidal, 4 Cu trenzado, 2/0 Arvidal.
Relación del TC: 400/5
Scc3f (13.8 kV): 347.76 MVA
F.P: 0.934
F.U: 0.436
Tipo de Carga que Alimenta: carga rural 55%, carga agrícola agropecuaria 35%,
carga comercial 5% y carga industrial 5%.
                        Sistema Actual
Sistema de protección
del circuito Zuata
1. Fusible-Fusible
 Tta B  0.75  Tm in f A

2. Disyuntor-Fusible

Top relé  TMD fusible  0.35 s
           Sistema Actual
 Coordinación fusible-fusible


                1   2




1. Fusible tipo K, 30 A. “Tiempo Máximo de despeje”
 2. Fusible tipo K, 40 A. “Tiempo Mínimo de fusión”
                 Sistema Actual
Coordinación disyuntor-fusible (fallas entre fases)


                   1

                             2




      1. Fusible tipo K, 40 A. “Tiempo Máximo de despeje”
                  2. Salida de línea disyuntor D1.
                       CRITERIOS
                  Criterios de Selección.
 Deben tener una tensión nominal mayor o igual a la del sistema.
   La corriente nominal debe ser seleccionada mayor o igual que la
    corriente máxima de carga de la zona donde se ubique.
 La capacidad de interrupción debe ser mayor o igual que la
  máxima corriente de falla que pueda ocurrir dentro de su zona de
  protección.
                        CRITERIOS
                   Criterios de Selección.
RECONECTADORES
Su corriente mínima de disparo debe ser capaz de detectar la mínima
corriente de falla que se produzca en su zona protegida.

SECCIONALIZADOR
 El mínimo valor de su corriente actuante debe ser menor a la corriente
mínima de falla que pueda ocurrir dentro de su zona de protección.

FUSIBLES
La característica de tiempo total de despeje del fusible debe ser más
rápida que la curva de daño del equipo protegido.
No debe operar para la corriente I inrush, ni para la corriente de
restablecimiento en frío.
                        CRITERIOS
                   Criterios de Ubicación.
 Estudio de estadísticas de falla. (Variable que depende de cada
  circuito).

 Consideración de cargas importantes. (Variable que depende de cada
  circuito).

 Accesibilidad y maniobrabilidad de los equipos de protección. En
  lugares donde se pueda hacer fácilmente un mantenimiento periódico
  del equipo, siempre y cuando corresponda con la coordinación.
  (Variable que depende de cada circuito ).
                        CRITERIOS
           Criterios de Ubicación.
Reconectadores
 Alimentadores >15 km de longitud.
 Cargas especiales.

Seccionalizadores
Ramales >3 km de longitud.
Alta densidad de fallas de naturaleza temporal.

Fusibles.
Ramales con cargas monofásicas.
                   CRITERIOS
                 Criterios de Ajustes.
Ajustes del Relé de sobrecorriente (N-45-87CADAFE)
Relés de Fases:
1. Unidad temporizada. TAP>1.25*(Icarga_máx)/RTC.
2. Unidad instantánea: 4*(Icarga_max)/RTC

Relés de tierra:
1. Unidad temporizada. TAP>0.3*(Icarga_máx)/RTC.
2. Unidad instantánea: 2*(Icarga_max)/RTC
                 CRITERIOS
           Criterios de Coordinación.
 Coordinación disyuntor-disyuntor (entre relés de
  sobrecorriente).
 Coordinación disyuntor - fusible (relé de
  sobrecorriente y fusible).
 Coordinación entre fusibles.
 Coordinación disyuntor-reconectador (relé de
  sobrecorriente y reconectador).
 Coordinación reconectador-fusible.
 Coordinación reconectador-seccionalizador.
 Coordinación reconectador-seccionalizador-fusible.
                       Sistema Propuesto
                            Justificación
Como los únicos medios de protección que presentan estos circuitos son:
Disyuntor-Fusible y Fusible-Fusible, los cuales traen muchas desventajas
                       entre las cuales tenemos:

 Cortes del sistema totalmente innecesarios.
Es muy costoso para la empresa enviar un equipo de reparación,
frecuentemente, a gran distancia para reponer un fusible.
Al ocurrir una falla en la troncal queda fuera de servicio todo el
circuito.

  Allí es donde se puede apreciar la necesidad del Reconectador y sus
        sobresalientes ventajas del principio de apertura-recierre.
                    Sistema Propuesto
               Beneficios de la propuesta
 Evita interrupciones prolongadas por fallas “temporales”.
 Elimina cortes de energía prolongados.
 Evita que toda la carga instalada quede fuera cuando se presentan
  fallas permanentes en la zona de protección del reconectador.
 Los nuevos esquemas de protecciones discriminan entre una falla
  temporal y una permanente.
 Elimina llamadas al equipo de reparaciones que hubieran sido
  requeridos si los circuitos estuviesen protegidos por fusibles.
 El ahorro de costo por una menor cantidad de llamadas al equipo
  de reparación.
                     Sistema Propuesto
                         Circuito Zuata
Se propuso instalar un (1) Reconectador y dos (2) Seccionalizadores en
   este circuito. También cambiar los fusibles existentes por otros de
 mayor capacidad para así obtener un circuito más seguro, confiable y
                                rápido.

   Bajo estos nuevos esquemas de protección se verá claramente la
     restauración automática del servicio eléctrico en los sectores
afectados por la falla temporal y se aprecia el aumento significativo de
  los kVA recuperados al ocurrir una falla permanente en la zona de
 protección del Reconectador. Todo esto sin necesidad de traslado de
          personal ni realización de maniobras en el sistema.
                  Sistema Propuesto
Sistema de protección
del circuito Zuata
Esquema de protección actual
 Fusible-Fusible
 Disyuntor-Fusible
Esquema de protección Propuesto
 Disyuntor-Reconectador
 Reconectador-Fusible.
Reconectador-Seccionalizador
Reconectador-Seccionalizador-Fusible
                  Sistema Propuesto
    Coordinación Reconectador-Fusible
                               Coordinación Reconectador-Fusible,
1    2
                                     con fusible EXISTENTE
                         1. Curva mínima de fusión, fusible de 20K
                  B
          A A1           2. Curva de máximo despeje, fusible de 20K
                         A. Curva rápida del reconectador.
                         A1. Curva rápida del reconectador * 1.35
                         B. Curva retardada del reconectador.


                                 Coordinación Reconectador-Fusible,
     1    2                          con fusible PROPUESTO
                         1.    Curva mínima de fusión, fusible de 65K
                  B      2.    Curva de máximo despeje, fusible de 65K
         A1              A.    Curva rápida del reconectador.
              A          A1.   Curva rápida del reconectador * 1.35
                         B.    Curva retardada del reconectador.
                   Análisis Costo Beneficio
                       Estudio de Costos
En este costo promedio se encuentran incluidos, los costos de los equipos
  de protección, mano de obra y materiales utilizados para el montaje.

   Costo de instalación de un Reconectador KFE: 27.462.500 Bs
  Costo de instalación de un seccionalizador GN3E: 12.567.968 Bs
  Costo de instalación de 3 cortacorrientes (Fusibles): 1.042.422 Bs

Costo total del sistema propuesto; circuito Zuata

       Costo total aproximado 52.598.436 Bs.
                  Análisis Costo Beneficio
ESTIMADO DEL COSTO ANUAL DE LA ENERGÍA DEJADA DE VENDER
     ACTUALMENTE PARA EL CIRCUITO ZUATA; S/E SOCO

                                      Bs
                  CI    kVA fp 
                                     kWh

        Beneficio del sistema propuesto
                                                                   Beneficio del
                       Pérdidas anuales        Pérdidas anuales
                                                                     sistema
                        estimadas por            estimadas por
S/E    Circuito                                                   propuesto, por
                   interrupción del sistema    interrupción del
                                                                  energía dejada
                            actual            sistema propuesto
                                                                    de vender.
                             (Bs)                     (Bs)
                                                                       (Bs)

Soco    Zuata           10.615.384              3.715.384          6.899.999
                  Análisis Costo Beneficio
     La propuesta trae otros beneficios económicos, adicionales al
               mencionado anteriormente, tales como:


Ahorro por menores gastos en vehículos, personal y materiales debido a
 una disminución en la cantidad de llamadas al equipo de reparaciones,
frecuentemente, a gran distancia para reponer un simple fusible fundido.

Estos beneficios económicos adicionales representan aproximadamente
                  2.400.000 Bs anuales por circuito.
  Así se obtiene que el beneficio económico global (aproximado) del
             sistema propuesto para cada circuito sea:
          Beneficio circuito Zuata, S/E Soco: 9.299.999 Bs
                 Análisis Costo Beneficio

TIEMPO APROXIMADO DE RETORNO DE LA
            INVERSIÓN.

Como el beneficio del sistema propuesto fue de 9.299.999 Bs/AÑO, se
 lleva esta cantidad de dinero al valor presente, obteniendo 7.153.846
   Bs/AÑO. por consiguiente el tiempo aproximado de retorno de la
                          inversión (T.R.I.) es:

    T.R.I. = (52.598.436 Bs.) / (7.153.846 Bs/AÑO) = 7.35 AÑOS
                       Conclusiones
 En el presente trabajo se refleja claramente que el sistema
  bajo estudio no poseen una adecuada coordinación de
  protecciones, que le permita una buena selectividad,
  confiabilidad, seguridad, sensibilidad y velocidad, en el
  momento de despejar una falla.
 Los esquemas de protecciones actuales exponen al sistema a
  fallas con pérdidas de selectividad y falta de seguridad.
 Con el sistema propuesto en este trabajo se minimiza la
  posibilidad de daños severos en los equipos protegidos
  logrando una adecuada coordinación entre los diferentes
  equipos de protección del circuito y la subestación.
                        Conclusiones
 Con el sistema propuesto se divide el circuito en varias
  zonas de protección, obteniendo una operación más
  confiable, selectiva, segura y rápida de estas redes de
  distribución eléctrica al ocurrir una falla.
 Estos nuevos esquemas de protección seleccionados aíslan
  únicamente la parte fallada quedando el resto del circuito en
  servicio. Ellos producen despejes trifásicos de fallas, aunque
  las cargas servidas en su mayoría son de tipo residencial.
 Los beneficios que se generan con esta propuesta reflejan la
  vialidad de la implantación, por lo que se determina
  conveniente la ejecución de la alternativa planteada.
                   Recomendaciones
 Realizar la propuesta planteada, lo más pronto posible, para
  así evitar eventuales daños que se pueden presentar en el
  sistema, ya que como se encuentra actualmente no es muy
  confiable ni selectivo.
 Cuando se realizan las operaciones de transferencia de carga
  de un circuito a otro, se debe tener mucho cuidado con los
  equipos de protección (Reconectadores y Seccionalizadores)
  Se recomienda realizarles un by pass, para evitar dañarlos.
 Mantenimiento continuo de los circuitos donde las podas
  realizadas sean bien ejecutadas y sobre todo especial
  mantenimiento al sistema de protección.

								
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