DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA HOJA DE CÁLCULO PARA
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1. Los datos de impedancia de secuencia en la subestaci n es necesario conocer los datos de impedancia aguas arriba de la misma o pedir este dato a la empresa de transmisi n Para el c lculo de las impedancias de secuencia para los tramos 3 en la Figura 01 se detallan los aspectos considerados C lculo de Impedancias de a o Distancia entre oo Distribuci n Conductores Kron ba ba ba Nombre o Tipo de Impedancias de C digo del Conductor en el Secuencia y Tramo Neutro 0 en Q milla ba ba ba Longitud del C PA j Multiplicado por Tramo Base la Longitud ba ba ba Impedancias de Configuraci n Secuencia Secuencia y 0 en Q Figura 01 Aspectos considerados para el c lculo de impedancia de secuencia de tramo Una vez conocido las impedancias de secuencia hasta el nodo en donde se quiere conocer las corrientes de falla aplicamos la ecuaci n 1 para una falla trif sica ecuaci n 2 para una falla bif sica a tierra ecuaci n 3 para la una falla bif sica y las ecuaciones 4 y 5 para la falla monof sica a tierra 4 V l Kma ZZ 1 lLLr Kmax V Y2 2 V3 V l Km x 37 Z 3 V E Kma 27 Z 4 V Mmm SKmin OZ AZ 3 ZA 5 D nde V Voltaje nominal de pre falla l nea a neutro Z1 Impedancia de secuencia positiva Z0 Impedancia de secuencia cero ZF Impedancia propia de la falla E ac Z0 Z1 a Z0 Z1 2 Z1 Z1 Z0 Z1 ZO Km x y Kmin factor de seguridad Coordinaci n de2. 8 kV en el lado de alta y un fusible 25T de la marca LUFSHER para una corriente de cortocircuito del transformador de 522 A los datos de tiempo de la curva de Inrush del transformador y de los fusibles se muestra en la tabla 06 25TF Figura 07 Diagrama unifilar para el estudio de protecci n de un transformador Tabla 06 Porcentaje de error para una coordinaci n fusible transformador Dispositivo pie cc o error Seg O TEON 0 1413 0 145 2 62 ad TPSA 0 2894 0 29 0 21 Dana ESE 2 0074 2 00 0 37 De la figura 08 en un rel de sobrecorriente de la norma IEC LT tiene una relaci n de TC s de 300 a 5 con un TAP del temporizado de 5 y un TIME DIAL de 0 05 11 Figura 08 Diagrama unifilar rel de sobrecorriente reconectador El reconectador es de tipo WV con una bobina de puesta de trabajo de 100 A Para una corriente de falla de 550 A aguas abajo del reconectador se tiene los resultados de tiempo como se muestra la tabla 07 Tabla 07 Porcentaje de error para una coordinaci n rel de sobrecorriente reconectador Hoja de Dispositivo ot ee c lculo error Seg 2 RECLOSER WV Phase Fast 0 0623 0 06 3 69 2 RECLOSER WV Phase Slow 1 3416 1 34 0 12 1 RELAY IEC LT 7 2065 7 2 0 09 La coordinaci n entre rel s de sobrecorriente para la figura 09 tiene 4 rel s de sobrecorriente VERY INVERSE de la norma ANSVIEEE con los datos del resumen de la tabla 08 12 Tabla 08 Resumen de los aju
3. Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE reas de inter s Sistemas el ctricos de distribuci n protecciones el ctricas Planificaci n de sistemas el ctricos en medio voltaje
4. protecciones el ctricas Para el dise o de la hoja de c lculo para poder realizar aplicar los diferentes criterios para conseguir una adecuada coordinaci n entre los dispositivos de protecci n es necesario modelar cada uno de los elementos que est n presentes en un alimentador de distribuci n el ctrica como es Transformadores curva de da o t rmico de cables fusibles reconectadores y fusibles Para los transformadores se emple la curvas de da o t rmico seg n la norma ANSVIEEE C57 12 00 1980 5 y curva Inrush de magnetizaci n que es representada como una curva lineal segmentada que atraviesa 5 puntos 100s 200 10s 300 1s 600 0 1s 1200 y 0 01s 2500 6 Los fusibles son de la marca LUSHFSER con los datos de las curvas tiempo corriente que son proporcionadas por el fabricante Los reconectadores son hidr ulicos monof sicos y trif sico de la marca COOPER con las curvas caracter sticas de los que fueron cargados en este proyecto 4 en los Reconectadores Electr nicos cargan curvas seg n sea esta ANSI IEC o las del fabricante que para este proyecto es el modelo de ABB PC2000 8 Los Rel s de Sobrecorriente posee la capacidad de cargar rel s de sobrecorriente seg n sea su tipo 51 Temporizado o 50 Instant neo seg n las normas sean IEC ANSI IEEE o TIPO CO seleccionando el tipo constructivo ya sean Electromec nico est tico digital y num rico 9 Para la cur
5. with the rapid growth of electricity networks and the need for a power supply consumers with quality increasing service level distribution with a special interest in the selection implementation and coordination As there is a user friendly tool and accessibility that meets the same objective as the other programs The project is to develop a program on a spreadsheet which alow the user to interact in a friendly and understandable environment with knowledge the Coordination of Electrical Protection under the IEEE and IEC standards allowing calculation of short circuit currents validated software CYMDIST and CYMTCC elos errors obtained with less than 5 which shows that it is a reliable tool Keywords Electrical Distribution Systems Electrical protection shorts Spreadsheet coordination criteria I INTRODUCCI N La mayor a de la aver as en los sistemas el ctricos a reos de distribuci n son temporales Es decir ocurren y luego que se desconecta el circuito desaparecen Muchas son las causas una rama de un rbol que se conectar a un circuito y se quema una animal que hizo contacto y se quema y cae las descargas atmosf ricas hacen rupturas superficiales de los aislamientos y luego que se desconecta la energ a se desaparece la falla Este tipo de aver as que son la gran mayor a no deben provocar desconexiones permanentes de la energ a el ctrica en el circuito Se debe permitir que la aver a sea temporal y
6. 172147 N632 9579 8590 8296 5628 N633 7118 6394 6164 4309 N646 5378 4959 4658 3453 N684 4316 3861 3737 2560 N680 3963 3547 3432 2294 B Coordinaci n de protecciones el ctricas en medio voltaje Para demostrar la veracidad del correcto dise o y la adecuada implementaci n se realiz una serie de coordinaciones entre diferentes dispositivos de protecci n aplicando los criterios de coordinaci n 7 tomando el tiempo de intersecci n de dichos dispositivos con la corriente de falla que debe despejar y comparando los resultados que se obtiene para estas mismas coordinaciones en el programa CYMTCC Para una coordinaci n entre fusibles del diagrama unifilar que se muestra la figura 04 la coordinaci n que se pueden realizar entre un fusible tipo T y un fusibles tipo K para una corriente de 1500 A 100K Protejido Protector 25T 15004 Figura 04 Diagrama unifilar para coordinaci n entre fusibles Los fusibles usados son de la marca LUFSHER y los tiempos obtenidos en el software comercial se observan en la tabla 03 Tabla 03 Porcentaje de error en una coordinaci n fusible fusible Hoja de CYMTCC Dispositivo c lculo error Seg Seg 2 FUSE TIPO 25T m x 0 0483 0 048 0 62 1 FUSE TIPO 100K min 0 1029 0 105 2 04 Para la coordinaci n reconectador fusible en lado de la carga con un reconectador D DV de la marca COOPER con una bobina de puesta de trabajo de 100 A y un fusible 30T de la marca L
7. DISE O E IMPLEMENTACI N DE UNA HOJA DE C LCULO PARA EFECTUAR LA COORDINACION DE PROTECCIONES ELECTRICAS EN MEDIO VOLTAJE Diego Ortiz Villalba Washington Freire Llerena Jorge Abraham Lara S nchez Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Latacunga Ecuador RESUMEN El problema de Protecci n de los Sistemas El ctricos de Distribuci n ha venido adquiriendo cada vez mayor importancia ante el crecimiento acelerado de las redes el ctricas y la exigencia de un suministro de energ a a los consumidores con una calidad de servicio cada vez mayor a nivel de distribuci n con un inter s especial en la selecci n aplicaci n y coordinaci n Al existir una herramienta de f cil manejo y accesibilidad que cumpla el mismo objetivo que los dem s programas El proyecto consiste en desarrollar un programa sobre una Hoja de C lculo donde permitir al usuario interactuar en un ambiente amigable y comprensible con conocimientos de Coordinaci n de Protecciones El ctricas bajo las Normas IEEE y IEC que permita calcular las corrientes de cortocircuitos validada con el software CYMDIST y CYMTCC con elos errores obtenidos menores al 5 lo que nos muestra que es una herramienta confiable Palabras clave Sistemas El ctricos de Distribuci n Protecciones el ctricas Cortocircuitos Hoja de c lculo criterios de coordinaci n ABSTRACT The Problem of Protection of Electrical Distribution Systems has acquired increasing importance
8. UFSHER yc k 30TF BE R A protegido protector Figura 05 Reconectador monof sico tipo D DV y un fusible 30T en lado de la carga A la curva r pida del reconectador se lo multiplico por un factor K de 1 25 4 y los datos obtenidos para la comparaci n se muestra en la tabla 3 20 Tabla 04 Porcentaje de error para una coordinaci n reconectador fusible en lado de la carga Hoja de Dispositivo G SG c lculo error Seg 1 RECLOSER D DV 0 0516 0 0515 0 19 Fast 1 RECLOSER D DV 0 0645 0 06473 0 36 Fast Coord 2 FUSE TIPO T min 0 1029 0 105 2 04 Para la coordinaci n reconectador fusible en lado de la fuente de la figura 06 es un reconectador W con una bobina de puesta de trabajo de 140 A Figura 06 Diagrama unifilar para el estudio de coordinaci n entre un fusible de expulsi n en el primario y un restaurador en el secundario A la curva r pida del reconectador se la multiplico por un factor K de 1 70 7 los tiempos de intersecci n entre el reconectador y la corriente de falla de 1650 A se muestra en la tabla 05 Tabla 05 Porcentaje de error para una coordinaci n reconectador fusible en lado de la fuente Hoja de Dispositivo e Eb c lculo error 3 Seg 2 RECLOSER W 0 5191 0 5 3 68 Phase Slow 2 RECLOSER W 0 8824 0 85 3 67 Phase Slow Coord En una coordinaci n fusible transformador de la figura 07 se encuentra un trasformador de 500kVA con 4 de impedancia con un voltaje de 13
9. bles reconectadores y rel de sobrecorriente son confiables VI REFERENCIAS Samuel Ram rez Casta o Protecci n de Sistemas El ctricos Primera Edici n ed Universidad Nacional de Colombia Manizales Ed Manizales Colombia Orlys Ernesto Torres Breffe Protecciones El ctricas de las Redes de Distribuci n William H Kersting Distribution System Modeling and Analysis New Mexico United States CRC Press 2001 CYME 5 04 An lisis b sicos de CYMDIST Gu a del Usuario American National Standards Institute IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial PowerSystems United 6 7 8 9 States 2001 CYMTCC Transformador Manual Systems COOPER Power Electrical Distribution System Protection United States 2005 ABB PCD2000 Power Control Device IB38 737 3 Manual SOFTWARE MODEL FOR INVERSE TIME OVERCURRENT RELAYS INCORPORATING IEC AND IEEE STANDARD CURVES in Canadian Conference on Electrical amp Computer Engineering Canada 2002 pp 37 41 10 Wiliam H Kersting Radial Distribution Test Feeders 2000 pp 908 912 11 Corporaci n CENACE Protecci n de sistemas el ctricos de potencia y automatismos 2001 12 Juan Gers Protection of Electricity Distribution Networks segunda ed The Institution of Electrical Engineers Ed London United Kingdom 2004 Jorge Lara Ingeniero en electromec nica de la
10. e de error la validaci n de las corrientes de cortocircuito ERROR Nodo LLL LLT LL LT Promedio Sub650 1 3 1 3 1 3 1 31 1 30 N632 0 93 0 92 0 92 1 09 0 97 N633 0 95 0 28 0 96 1 09 0 68 N646 0 95 4 47 0 94 1 07 0 38 N684 0 88 0 11 0 9 1 16 0 76 N680 0 89 0 89 0 89 1 16 0 96 Promedio Total 0 72 Con los errores obtenidos en la tabla 08 se concluye que la hoja de c lculo de cortocircuitos en un sistema de distribuci n es una herramienta que se puede utilizar en otro tipo de circuito el ctrico en medio voltaje De la validaci n de la coordinaci n de protecciones el ctricas entre el tiempo de intersecci n de la corriente y los dispositivos de protecci n los porcentajes de error m ximo y minino entre la hoja de c lculo de coordinaci n de protecciones y el software CYMTCC se muestran en la tabla 10 Tabla 10 Porcentaje de error la validaci n de coordinaci n de protecciones el ctricas Tipo de coordinaci n Error Error Promedio m ximo m nimo Coordinaci n fusible 2 04 0 62 1 33 fusible Coordinaci n Reconectador fusible 2 04 0 19 1 12 en lado de la carga Coordinaci n Reconectador fusible 3 68 3 67 3 68 en lado de la fuente Coordinaci n fusible transformador 2 62 0 37 1 13 Coordinaci n rel de sobrecorriente 3 69 0 09 1 89 reconectador Coordinaci n entre 2 92 0 07 1 43 rel s de sobrecorriente Promedio total 1 39 Con el porcentaje de error pr
11. omedio total de 1 39 los valores m ximos y m nimos son menores al 5 la hoja de c lculo para coordinaci n de protecciones el ctrica en medio voltaje es una herramienta validada donde se puede hacer estudios de protecciones el ctricas en medio voltaje 1 2 S 4 5 V CONCLUSIONES Al implementar el circuito de la IEEE 13 Node Test Feeder en la hoja de c lculo de corrientes de cortocircuito y en el software CYMDIST el porcentaje de error entre las corrientes de falla es error m nimo 0 11 y m ximo 4 47 con lo que se concluye que el dise o y la implementaci n de la hoja de c lculo puede usarla para otro tipo de configuraciones de alimentadores radiales Para las curvas de transformadores rel s de sobrecorriente y la capacidad t rmica de conductores se usaron los modelos matem ticos expresado en las normas ANSI IEEE y IEC Al aplicar los criterios de coordinaci n y encontrar los datos de intersecci n de tiempo entre la corriente de falla con los dispositivos de protecci n de ejemplos propuestos por este proyecto en la hoja de c lculo para coordinaci n de protecciones en medio voltaje y el software CYMTCC se obtuvo un error m ximo de 4 95 y un error m nimo de 0 09 lo que lleva a la conclusi n que el modelado de equipos de protecci n el ctrica en distribuci n como la curva de da o t rmico e Inrush de los transformadores capacidad t rmica de los conductores fusi
12. por tanto no provocar desconexiones permanentes 1 Cuando la aver a es permanente es cuando nico la protecci n debe actuar y quedarse abierto el circuito Una vez que esto suceda solo la brigada de operadores y t cnicos debe ir a normalizar el circuito la protecci n no debe hacerlo por su cuenta Si ya es necesario desconectar de forma permanente una zona del circuito que est averiada esta zona debe ser solo la zona averiada es decir debe ser la menor porci n del circuito posible para que se vean afectados el menor n mero de consumidores Estas reglas o leyes provocan que en las redes de distribuci n se empleen numerosos dispositivos de protecci n Algunos para hacer conexiones permanentes y otros para hacer conexiones temporales del circuito 2 Il METODOLOG A La propuesta tiene como objetivo fundamental el dise o e implementaci n de una hoja de c lculo para efectuar la coordinaci n de protecciones el ctricas en medio voltaje para realizar la coordinaci n de protecciones se necesita conocer las corrientes de cortocircuito para saber seleccionar los equipos adecuados para despejar la falla Calculo de corrientes de cortocircuito Para el c lculo de corrientes de cortocuitos en sistemas distribuci n de tipolog a radial se basa en la norma ANSI donde se deben conocer las componentes de secuencia positiva negativa y cero tanto para la subestaci n y los tramos que constituyen el alimentador
13. stes de los rel s de sobrecorriente asociado up dial instant neo Instant neo al A interruptor 1 4 1 39 2340 2 4 2 37 5920 3 8 2 4 4 5 36 18818 950 MVASC A 4 115 13 2kV 25MVA Y Z 4 8 X3 x2 85 350 115kV 1 12502 13 2 kV 3MVA 3MVA 3MVA Figura 09 Diagrama esquem tico de coordinaci n entre rel s de sobrecorriente Con las corrientes de la unidad instant nea de cada rel y seg n el TAP calculado se construye la tabla 09 calculando el porcentaje de error entre los tiempos de intersecci n entre la corriente de falla en cada punto y el rel de sobrecorriente instalado Tabla 09 Porcentaje de error para una coordinaci n entre rel s de sobrecorriente Hoja de Corriente Cymtcc Dispositivo calculo error A Seg Seg 1 REL ANSI IEEE VI 0 1399 0 14 0 07 2340 2 REL ANSI IEEE VI 0 8318 0 835 0 38 2 REL ANSVIEEE VI 0 2895 0 289 0 17 5920 3 RELE ANSI IEEE VI 0 958 0 93 2 92 3 REL ANSI IEEE VI 0 3107 0 31 0 23 14714 8 4 REL ANSI IEEE VI 0 8957 0 89 0 64 3 REL ANSI IEEE VI 0 2657 0 26 2 15 18818 2 4 REL ANSI IEEE VI 0 7368 0 736 0 11 IV AN LISIS DE RESULTADOS Al realizar la comparaci n entre las corrientes de cortocircuito obtenidas y calculando el porcentaje de error se obtuvo un error m nimo de menos 0 11 como m ximo de 4 47 y un valor promedio total de menos 0 72 en los nodos seleccionados como nuestra la tabla 09 Tabla 09 Porcentaj
14. va de la capacidad t rmica de los cables cumple los requerimientos de la norma IEEE 242 1986 Buff Book para conductores ACSR ACAR AAAC Cobre desnudo y otros considerando el tipo de aislamiento y el tipo de material 5 Todos estos elementos descritos se van a una hoja logar tmica como se ve en la figura 02 empo ferg Figura 02 Hoja de c lculo zona de grafica logar tmica Iil CASOS DE ESTUDIO A Corriente de Cortocircuitos Para la validaci n del procedimiento general para el c lculo de fallos en sistemas de Distribuci n en medio voltaje se tom los datos de IEEE 13 Node Test Feeder 10 que se observa en la figura 03 IES EAN 652 680 Figura 03 IEEE 13 Node Test Feeder El c lculo de las corrientes de cortocircuito en los nodos de las l neas a reas se ve en la tabla 01 Tabla 01 Corrientes de cortocircuito en la hoja de c lculo Nodo CALCULADO LLL A LLT A LL A LT A S650 174397 01 174393 17 151032 24 174397 01 N632 9667 82 8668 86 8372 58 5689 54 N633 7185 86 6375 78 6223 14 4355 86 N646 5429 23 4737 20 4701 85 3489 79 N684 4353 93 3865 40 3770 61 2589 67 N680 3998 25 3578 54 3462 59 2320 54 Las mismas que se va a comparar con datos proporcionados por el programa CYMDIST de la empresa Cooper que se encuentran en la tabla 02 Tabla 02 Corrientes de cortocircuito en el programa CYMDIST Nodo CYMDIST LLL A LLT A LL A LT A S650 172156 172153 149092
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