GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición TITULO CURSO BÁSICO DE PROTECCIONES DURACIÓN 40 h. FACILITADOR: ING. RAMIRO ESCALERA OROZCO [email protected] G. R. T. N. Noviembre / 2010 Curso básico de Protecciones I´REO Pag 1 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición REGLAS : • CELULARES EN MODO DE SILENCIO • SALIDAS DEL AULA FORMA DE CALIFICAR: % % % % 100% TAREAS PARTICIPACIÓN PRÁCTICA EVALUACIÓN + PUNTOS EXTRAS Curso básico de Protecciones I´REO Pag 2 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición OBJETIVO GENERAL DEL CURSO. El participante será capaz de reconocer los diferentes arreglos de subestación que existe, la nomenclatura utilizada, así como los esquemas de protección que debe de llevar en los sistemas eléctricos de potencia, conocerá su principio de operación, conocerá también la simbología que se muestran en los diagramas esquemáticos para su interpretación y se familiarizará con los controladores de bahía al realizar las maniobras de libranza de un equipo.. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 3 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición INTRODUCCIÓN La moderna sociedad esta basada en la disponibilidad de un suministro continúo de la energía eléctrica. La demanda de energía eléctrica esta creciendo rápidamente pero las fuentes de ésta son limitadas. La explotación de fuentes de energía localizadas remotamente y la construcción de grandes plantas térmicas tienen por resultado una gran transferencia a través de grandes distancias y la concentración de redes eléctricas en las urbes de gran demanda. Las líneas de Transmisión, son los elementos en un sistema de potencia mayormente expuestos a todos tipos de fallas; es también el elemento que tiene mayor impacto por el continuo desarrollo. El costo de construcción de nuevas líneas de transmisión es muy alto y su ejecución lleva un tiempo considerable. Por lo tanto, una de las cuestiones principales de la planeación de los sistemas de potencia es conocer y/o encontrar la solución aceptable técnica y económicamente que asegure la disponibilidad de transmisión de potencia eléctrica. Estas soluciones pueden incluir el desarrollo de sistemas EHV y UHV (extra alta tensión y ultra alta tensión) que incluyen grandes líneas de transmisión con compensación serie o paralelo, en voltajes de 400 KV hasta 800 KV, así como también recierres monopolares para incrementar la transferencia de energía; así mismo cuando se diseñen subestaciones con arreglos de 1 ½ interruptor para incrementar la disponibilidad. Comisión Federal de Electricidad en su desarrollo continuo como una empresa de servicio, ha llegado a ser, en sus 50 años de vida, una de las mas grandes en el mundo, cuando no la mayor. Su desarrollo ha ido a la par con la sociedad moderna, construyendo grandes plantas con la técnica más moderna, así mismo en lo que a protecciones eléctricas se refiere. Desde principios de siglo XX, los relés electromecánicos han protegido los sistemas eléctricos de potencia. Conforme la tecnología electrónica ha avanzado, los relés estáticos han tomado su lugar. Alrededor de 1970 los sistemas de protección estáticos tienen su aparición con equipo de prueba integrado y funciones de monitoreo continuo, utilizándose éstos en gran escala en sistemas de potencia en EHV. Estos sistemas de protección estáticos han contribuido grandemente a la operación estable de los sistemas de 400 KV y 230 KV en México con alto rendimiento y confiabilidad. Sin embargo, continuamente se incrementa la capacidad y complejidad y por ende el de los sistemas de protección, los cuales han ido evolucionando hasta contar con esquemas tan sofisticados que utilizan el mínimo cantidad de equipos periféricos, como son los tableros integrales. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 4 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición INDICE 1.- NOMENCLATURA 2.- DIAGRAMAS UNIFILARES ..................................................................................... 3.- FILOSOFÍA DE LAS PROTECCIONES.................................................................. 4.- TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTO ........................................................ 5.- ESQUEMAS DE PROTECCIONES .......................................................................... 6.- PRINCIPIOS DE OPERACIÓN ................................................................................ 7.- INTERPRETACIÓN DE DIAGRAMAS ESQUEMÁTICOS ................................. 8.- ACCESO A RELEVADORES .................................................................................... 9.- VISITA A SUBESTACIÓN......................................................................................... Curso básico de Protecciones I´REO Pag 5 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición CAPITULO 1 NOMENCLATURA OBJETIVO ESPECIFICO El participante conocerá la nomenclatura que se utiliza dentro de la CFE y podrá identificar con ello el equipo eléctrico primario, así como también será capaz de identificar en los diagramas esquemáticos los relevadores y equipos misceláneos de acuerdo a las normas aplicadas a nivel Internacional ANSI (American National Standards Institute), además de las Reglas de despacho y Operación del Sistema Eléctrico Nacional que rige a la CFE. 1.1 NOMENCLATURA SEGÚN LAS REGLAS DE DESPACHO A continuación se enuncian los artículos del reglamento de despacho y operación del sistema eléctrico nacional que se aplica en la Comisión Federal de Electricidad, con el fin de conocer como se conforma la nomenclatura para cada equipo eléctrico primario que se encuentra en operación en las instalaciones de la CFE. Artículo 171.- Para la segura y adecuada operación la nomenclatura para identificar voltajes, estaciones y equipos será uniforme en toda la republica mexicana. Deberá además facilitar la representación gráfica por los medios técnicos o tecnológicos disponibles en la operación. Artículo 172.- Será obligatorio el uso de la nomenclatura en la operación. Artículo 173.- Las Áreas de Control se deberán identificar por los números siguientes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. AREA CENTRAL AREA ORIENTAL AREA OCCIDENTAL AREA NOROESTE AREA NORTE AREA NORESTE AREA BAJA CALIFORNIA AREA PENINSULAR Curso básico de Protecciones I´REO Pag 6 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición Artículo 174.- Las tensiones de operación (voltajes) se identificarán por la siguiente tabla de colores: 400 KV 230 KV De 161 hasta 138 KV De 115 hasta 60 KV De 44 hasta 13.2 KV Menor de 13.2 KV AZUL AMARILLO VERDE MORADO / MAGENTA BLANCO NARANJA Este código de colores se aplicará en tableros mímicos, dibujos, unifilares y monitores de computadora. Artículo 175.- La identificación de la estación, se hará con el número del Área de Control seguida de la combinación de tres letras, y es responsabilidad de cada Área de Control asignarla, evitando que se repita esta identificación dentro del Área. Artículo 176.- Para distinguir la identificación entre dos estaciones con nomenclatura igual de Áreas Control diferentes, se tomarán en cuenta el número de identificación de cada Área. Artículo 177.- La nomenclatura de las estaciones se definirá con las siguientes normas: La abreviatura del nombre de la instalación más conocida, por ejemplo: Querétaro QRO Las tres primeras letras del nombre, por ejemplo: Pitirera PIT Las iniciales de las tres primeras sílabas, ejemplo: Mezatepec MZT Para los nombres de dos palabras se utilizarán las dos primeras letras de la primera palabra, y la primera letra de la segunda palabra, o la primera letra de la primera palabra y las dos primeras de la segunda, ejemplo: Río Bravo RIB Pto. Escondido PES Curso básico de Protecciones I´REO Pag 7 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición Se tomarán otras letras para evitar repeticiones, en el caso de agotarse las posibilidades anteriores, ejemplo: Manzanillo MNZ Artículo 178.- La identificación del equipo de una instalación determinada, se hará con cinco dígitos. Como única excepción y sujeto a revisiones posteriores, los alimentadores de distribución (radiales) en 34.5 KV y voltajes inferiores conservarán la nomenclatura de cuatro dígitos en las instalaciones. Artículo 179.- El orden que ocuparán los dígitos de acuerdo a su función, se hará de izquierda a derecha: PRIMERO SEGUNDO TERCERO Y CUARTO Tensión de operación Tipo de equipo Número asignado al equipo (las combinaciones que Resulten) del 0 Al 9 para el tercer digito, combinando del 0 al 9 del cuarto Digito. En el caso de agotar las combinaciones, el tercer Digito será reemplazado por letras en orden alfabético. QUINTO Tipo de dispositivo. Artículo 180.- TENSIÓN DE OPERACIÓN. Está definido por el primer carácter alfanumérico de acuerdo a lo siguiente: TENSIÓN EN KV DESDE 0.0 2.41 4.17 7.00 16.60 44.10 70.10 115.10 161.10 230.10 500.10 Curso básico de Protecciones I´REO HASTA 2.40 4.16 6.99 16.50 44.00 70.00 115.00 161.00 230.00 499.00 700.00 NÚMERO ASIGNADO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B Pag 8 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición Artículo 181.- TIPO DE EQUIPO. Este definido por el segundo carácter numérico de acuerdo a lo siguiente: NO EQUIPO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 Grupo generador – transformador (unidades generadoras) Transformadores o auto transformadores Líneas de Transmisión o alimentadores Reactores Capacitores (serie o paralelo) Equipo Especial Esquema de interruptor de transferencia o comodín Esquema de interruptor y medio Esquema de interruptor de amarre de barra Esquema de doble interruptor lado barra número 2 Artículo 182.- NUMERO ASIGNADO AL EQUIPO. El tercero y cuarto dígito definen el número económico del equipo de que se trate y su combinación permite tener del 00 al Z9. Artículo 183.- TIPO DE DISPOSITIVO. Para identificarlo se usa el quinto dígito numérico que especifica el tipo de dispositivo de que se trata. NO DISPOSITIVO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Interruptor Cuchillas a barra uno Cuchillas a barra dos Cuchillas adicionales Cuchillas fusibles Interruptor en gabinete blindado ( extracción ) Cuchillas de enlace entre alimentadores y/o barras Cuchillas de puesta a tierra Cuchillas de transferencia Cuchillas lado equipo (líneas, transformador, generador, reactor capacitor) Artículo 184.- Las barras se identifican en la forma siguiente: B1 B2 BT Curso básico de Protecciones I´REO Tensión en KV Tensión en KV Tensión en KV Pag 9 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición Por ejemplo: B1 B2 BT 115 KV que significa barra uno de 115 KV 115 KV que significa barra dos de 115 KV 115 KV que significa barra de transferencia de 115 KV Artículo 185.- Para identificar a los equipos se utiliza la siguiente nomenclatura U T AT R C CEV Unidad Transformador (todo equipo de transformación) Auto transformador Reactor Capacitor Compensador Estático de VAR´s Artículo 186.- Cuando se trate de grupo generador y transformador, se debe identificar con el mismo número, por ejemplo: Si el generador se identifica como U 10, el transformador se identifica como T 10. Como se ve en el ejemplo anterior, no se usan guiones entre la letra y el número, sino un espacio. Artículo 187.- En esquema de interruptor y medio, para designar el tercer digito del interruptor medio se forma el cuarto digito del interruptor que conecta a la barra uno, y para designar el cuarto digito del interruptor medio se toma el cuarto digito del interruptor que conecta a la barra dos. En todo caso esta regla se aplicará a juicio del Área de Control en lo particular. Artículo 188.- Las cuchillas en esquema de interruptor y medio, se identifican de acuerdo a la barra a la cual se conectan. Artículo 189.- En esquema de barra seccionada, cada sección se identifica con letras. Para formar la nomenclatura de las cuchillas de enlace entre secciones de barra, se consideran: el segundo digito como caso especial (seis); el tercer digito es considerado que las secciones se numeran y se utiliza el 1 al 9; el cuarto digito se forma con el número de la sección que conecta la cuchilla y el quinto digito será seis. Artículo 190.- Para la identificación de los interruptores en el esquema de barras en anillo, se utilizarán los cuartos dígitos de las líneas o equipos adyacentes como tercero y cuarto dígitos de su nomenclatura, el segundo digito invariablemente será ocho. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 10 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición Artículo 191.- La identificación de cuchillas en esquemas de barras en anillo, se numeran de acuerdo al movimiento de las manecilla del reloj, empezando con el digito tres (cuchilla adicional) para un extremo del interruptor y con el digito seis (cuchillas de enlace entre alimentadores y/o barras), para el otro extremo del interruptor de que se trata. Artículo 192.- Para la identificación de equipo encapsulado en hexafluoruro de azufre, con elementos múltiples de puesta a tierra, se tomará como referencia la nomenclatura utilizada en los Anexos No. 3 Artículo 193.- Todo el equipo se identifica por el código alfanumérico antecedido por la abreviatura de la instalación de que se trata, por ejemplo: VAE 92120, excepto para líneas, la cuales se identifican además con la abreviatura de la instalación a la cual llega dicha línea, por ejemplo: VAE A3120 TUL Artículo 194.- Los diagramas unifilares de la instalación (estación), deben elaborarse en tamaño carta o doble carta, para el caso de la nomenclatura, con una nota en la parte inferior izquierda que diga: todos los números van antecedidos de la abreviatura de la instalación de que se trata, por ejemplo: Todos los números van antecedidos de “VAE” Artículo 195.- La nomenclatura en el campo. Debe hacerse pintando el fondo color amarillo con letras y números en color negro y de tamaño tal, que puedan ser vistos a una distancia prudente. Artículo 196.- Las cuchillas de tierra, deberán ser pintadas con franjas alternadas en amarillo, negro y rojo en mecanismo de operación. Artículo 197.- Los casos que se presenten y no estén cubiertos dentro de esta nomenclatura, se someterán a la consideración del primer nivel de operación para la solución correspondiente. 1.2 NOMENCLATURA DE LOS ELEMENTOS DE CONTROL La nomenclatura usada generalmente en la práctica común en todo el mundo, en relación a las funciones de varios relevadores y equipo misceláneo que se aplica dentro de la CFE esta basado en la normativa de estandarización de funciones de dispositivos ANSI / IEEE (AMERICAN NATIONAL STANDARD INSTITUTE) Los números clave de dispositivos mayormente usados son los siguientes: Curso básico de Protecciones I´REO Pag 11 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición Clasificación de Elementos de Control según normas A.N.S.I antes A.S.A No. A.N.S.I. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 Definición Elemento maestro de control. Relevador de retardo de tiempo. Relevador de bloqueo o verificador de secuencia de operación. Relevador maestro de arranque. Relevador maestro de paro. Arrancador. Interruptor de ánodos. Interruptor de energía de control. Contactor de inversión de operación. Contactor de inversión de secuencia. Reservado para aplicación futura. Dispositivo de sobrevelocidad. Dispositivo de velocidad sincrónica. Dispositivo de baja velocidad. Relevador para control de igualación de frecuencia o velocidad Reservado para aplicación futura. Interruptor para descarga de devanado de excitación. Aparatos de aceleración o desaceleración. Contactor de transisión arranque-operación. Válvula operada eléctricamente. Relevador de distancia (impedancia). Interruptor para igualación. Dispositivo de control de temperatura. Reservado para aplicación futura. Relevador de supervisión de sincronismo. Dispositivo detector de temperatura. Relevador de bajo voltaje. Reservado para aplicación futura. Contactor de aislamiento. Relevador de señalización. Contactor para conexión de excitación separada. Relevador de potencia direccional Contactos límite Contactor de secuencia de operación accionado por motor. Dispositivo de operación sobre escobillas o anillos deslizantes. Relevador de polarización. Relevador de baja corriente o baja potencia. Relevador de protección condiciones anormales en chumaceras. Reservado para aplicación futura. Relevador de pérdida de campo. Interruptor de campo. Interruptor de conexión de una máquina a su fuente cuando ésta ya está rodando. Selector de transferencia o selector. Contactor de arranque de una unidad en secuencia cuando la unidad anterior a ella en la secuencia no arranca. Reservado para aplicación futura. Relevador de corriente de secuencia de fases negativa. Relevador de voltaje de secuencia de fase negativa. Curso básico de Protecciones I´REO 48 Relevador de secuencia de operación incompleta. 49 Relevador térmico para máquina o generador. 50 Relevador instantáneo de sobrecorriente. 51 Relevador de sobrecorriente con retardo de tiempo. 52 Interruptor de potencia en corriente alterna. 53 Relevador de voltaje de excitación. 54 Relevador de sobrecorriente directa de alta velocidad. 55 Relevador de factor de potencia. 56 Relevador de aplicación automática de la excitación. 57 Relevador para `puesta a tierra o en corto circuito. 58 Relevador de falla de encendido en el ánodo. 59 Relevador de sobrevoltaje. 60 Relevador de voltaje balanceado. 61 Relevador de corriente balanceada. 62 Relevador de paro con retardo de tiempo. 63 Relevador de sobrepresión de gas o líquido. 64 Relevador de puesta a tierra por falla en aislamiento. 65 Generador. 66 Contador de operaciones. 67 Relevador de sobrecorriente direccional. 68 Relevador de supervisión de disparo. 69 Dispositivo permisivo de dos posiciones. 70 Reóstato eléctricamente operado. 71 Reservado para aplicación futura. 72 Interruptor de potencia en corriente directa. 73 Contactor para conexión de resistencias. 74 Relevador de alarma. 75 Mecanismo de cambio de posición. 76 Relevador de sobrecorriente directa. 77 Generador o transmisor de pulsos. 78 Fasómetro o relevador de pérdida de sincronismo. 79 Relevador de recierre de circuitos de corriente alterna. 80 Reservado para aplicación futura. 81 Relevador de frecuencia. 82 Relevador de recierre de circuitos de corriente directa. 83 Relevador de selección o transferencia automática. 84 Mecanismo cambiador de derivaciones en transformadores o reguladores de voltaje. 85 Relevador de hilo piloto o de onda portadora. 86 Relevador de disparo con reposición normal. 87 Relevador de protección diferencial. 88 Motor auxiliar. 89 Cuchillas. 90 Regulador. 91 Relevador de voltaje direccional. 92 Relevador de potencia y voltaje direccional. 93 Relevador para incremento de voltaje de excitación 94 Relevador de disparo. 95 a 99 Usados para aplicaciones específicas en estaciones en particular y que no tengan número apropiado de los descritos del 1 al 94. Pag 12 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición Como en la lista anterior se muestra que existen algunos números reservado para futuras aplicaciones, es para el caso de los que no están contemplados en este listado. CONCLUSIONES Hasta este momento hemos visto como se identifica el equipo eléctrico primario de acuerdo a las normas de despacho del centro de control así como también hemos conocido los números ANSI que rigen a nivel mundial para la identificación de relevadores y equipo misceláneo, lo cual nos será muy útil para comprender los diagramas unifilares así como también los diagramas esquemáticos Curso básico de Protecciones I´REO Pag 13 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición CAPITULO 2 DIAGRAMAS UNIFILARES OBJETIVO ESPECIFICO Conocer la simbología y diferentes tipos de arreglo de subestación de acuerdo a los diagramas unifilares INTRODUCCION Los sistemas eléctricos de potencia están compuestos en términos generales por los siguientes subsistemas: • • • • • Generación de Energía Transmisión Subestaciones Distribución Consumo Cada subsistema contiene a su vez, diferentes componentes físicos. Por razones técnico-económicos, la energía se genera, transmite y distribuye en forma trifásica. El diagrama completo para un sistema trifásico rara vez es necesario para llevar la más uniforme y detallada información acerca del sistema. De hecho, el diagrama completo frecuentemente esconde, en vez de clarificar, la información que buscamos desde el punto de vista del sistema. En este capítulo vemos lo que significa un diagrama unifilar y cómo éste describe el sistema. 2.1 DIAGRAMA UNIFILAR Un sistema trifásico equilibrado se resuelve siempre como un circuito monofásico, formando por una de las tres líneas y un neutro de retorno; por esta razón, muy rara vez, es necesario representar en el esquema del circuito, más de una fase y el neutro. Con frecuencia se hace todavía otra simplificación mayor, suprimiendo el cierre del circuito por el neutro e indicando sus partes componentes por medio de símbolos normalizados, mejor que por sus circuitos equivalentes. Los parámetros del circuito no se indican, y la línea de transmita simplificación de un sistema eléctrico se le Curso básico de Protecciones I´REO Pag 14 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición llama diagrama unifilar. Representa por medio de una línea simple y de símbolos normalizados, a las líneas de transmisión y aparatos asociados de un sistema eléctrico. El objeto de un diagrama unifilar es suministrar de manera concisa los datos más significativos e importantes de un sistema. La importancia de las diferentes características de un sistema varía según el problema que se considere y la cantidad de información que se incluye en el diagrama depende del fin para el que se desea. Por ejemplo, la colocación de los interruptores y los relés no tiene importancia en un estudio de cargas; por tanto, éstos no se podrán si el fin primario del diagrama es realizar tal estudio. Por otra parte, la determinación de la estabilidad de un sistema en condiciones de régimen transitorio, resultantes de un falla, depende de la velocidad con la que los relés e interruptores del circuito aíslen la parte con falla del sistema. Por tanto, la información sobre los interruptores pude ser de importancia trascendental. Algunas veces, los diagramas unificares incluyen información sobre los transformadores de corriente y de tensión que unen los relés al sistema o que están instalados para medida. La información contenida, pues, en un diagrama unifilar, varía según el problema que se estudia y según la práctica de la compañía en particular que lo prepare. La “American National Standads Institute” (ANSI) y el “Institute of Electrical and Electronic Engineers” (IEEE) han publicado un conjunto de símbolos normalizados para los diagramas eléctricos1. No todos los autores siguen esos símbolos de una forma consistente especialmente en la representación de transformadores. la fig. muestra algunos símbolos comúnmente usados. Para el que no trabaje constantemente con diagramas unifilares es más claro indicar una máquina determinada por medio del símbolo básico seguido de información sobre su tipo y régimen. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 15 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición ARREGLO BARRA PRINCIPAL Y BARRA DE TRANSFERENCIA Curso básico de Protecciones I´REO Pag 16 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición EN LA TENSIÓN 115KV Y 230KV SE TIENE ARREGLO DE BARRA PRINCIPAL Y BARRA AUXILIAR, EN LA TENSIÓN DE 400 KV EL ARREGLO ES TIPO ANILLO. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 17 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición ARREGLO DE BARRA PRINCIPAL Y BARRA AUXILIAR Curso básico de Protecciones I´REO Pag 18 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición ARREGLO BARRA 1, BARRA2 Y BARRA DE TRANSFERENCIA Curso básico de Protecciones I´REO Pag 19 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición ARREGLO INTERRUPTOR Y MEDIO Curso básico de Protecciones I´REO Pag 20 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición CONCLUSIONES En este capítulo hemos visto los diferentes tipos de arreglos de subestación que se menajan dentro de la Gerencia Regional de Transmisión Norte así como sus principales ventajas y características de cada tipo de subestación, lo cual se maneja de manera similar en el resto del país. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 21 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición CAPÍTULO 3 FILOSOFIA DE LAS PROTECCIONES. OBJETIVO ESPECIFICO Comprender las características que debe tener un esquema de protección, así como sus principales ventajas y desventajas. INTRODUCCIÓN El rápido avance de la tecnología del semiconductor en años recientes, ha permitido introducir una computadora como base “relé digital” en los relés de protección formado un sistemas digital de protección. En su etapa temprana de desarrollo, el relé digital ha sido inferior al relé convencional, prácticamente en dos aspectos, tamaño y economía, puesto que utiliza una mini computadora; pero el avance de la tecnología del semiconductor ha permitido el desarrollo de la microcomputadoras y microprocesadores, seguido por su aplicación de los relés digitales, los cuales en México estuvieron en etapa de experimentación con resultados satisfactorios en los años 80´s.; se han puesto en servicio varias subestaciones digitales con gran éxito, sin embargo en México apenas en la actualidad se ha iniciado la puesta en servicio de este tipo de Instalaciones, aunque los relevadores Digitales se han venido usando desde los años 90´s. 3.1.-SISTEMAS DE PROTECCIÓN. El principal compromiso de los esquemas de protecciones aplicados en los Sistemas Eléctricos de Potencia es: • • • Detectar todas las fallas eléctricas u otras condiciones anormales de operación. Desconectar un mínimo de equipo del Sistema de Potencia. Restablecer en forma rápida a la condición normal de operación. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 22 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición 3.2 REQUERIMIENTOS DE LOS RLEVADORES DE PROTECCIÓN. En principio, ¿Qué es un relevador?; el Instituto de Ingenieros Electricistas y Electrónicos IEEE lo define como “un dispositivo Eléctrico/Electrónico diseñado para interpretar condiciones de entrada de manera prefijada bajo cierta especificación para encontrar una respuesta que cause un cambio en el circuito de control asociado; dichas condiciones de entrada son usualmente del tipo eléctrico, pero pueden ser mecánicos, térmicos, etc. Los requerimientos fundamentales para el diseño de los relevadores, son los mencionados a continuación: a) VELOCIDAD % Reducir daño / evitar riesgo en personal y equipo % Reducir esfuerzo y fatiga en equipo % Reducir ionización % Incrementar la transferencia de potencia. Aspectos que perjudican la rapidez • Saturación de transformadores de corriente TC´S. • Transitorios de alta frecuencia • Medición antes de saturación del TC • Medición al cruce por cero • Transitorios de dispositivos de potencial DP´S. • Medición del cambio de voltaje • Medición en frecuencia fundamental b) SENSIBILIDAD % Detectar fallas de baja aportación de corriente ASPECTOS QUE AFECTAN LA SENSIBILIDAD. ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ Carga Transitorios de alta frecuencia Errores en estado estable Corrientes magnetizantes Alta resistencia de falla Líneas largas Alimentación débil (WEAK INFEED) Curso básico de Protecciones I´REO Pag 23 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición c) SELECTIVIDAD % Desconecta solo el equipo fallado. La selectividad se logra mediante las características siguientes: ¾ DIFERENCIAL La característica diferencial debe ser inmune a grandes corrientes, lográndolo mediante un circuito de restricción. ¾ DIRECCIÓN Los principales factores que afectan a esta característica son: • Transitorios de alta frecuencia. • Cierre bajo falla • Filtros • Polarización de fases sanas y memoria. • Voltajes y corrientes reversibles. & AU, AI ¾ ALCANCE Los factores que la afectan son: • Transitorios de alta frecuencia • Líneas largas/Líneas cortas/Líneas paralelas • Carga • Características de medición óptima. ¾ FASE Algunos factores que la afectan son: • Carga • Corrientes asimétricas • Selector de fase independiente de la carga d) CONFIABLIDAD ¾ DISPONIBILIDAD El termino confiabilidad tiene dos aspectos DEPENDIBILIDAD + SEGURIDAD Curso básico de Protecciones I´REO Pag 24 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición o Dependibilidad es el grado de certeza que en relé ó un sistema de reles opere correctamente; dicho en otras palabras, es la habilidad de operar correctamente cuando se requiera. o Seguridad se relaciona al grado de certeza que un relé o un sistema de reles no opere incorrectamente, o sea la habilidad para evitar una falsa operación durante condición normal, o en fallas y problemas de su zona de operación designada. Los principales factores que afectan la confiabilidad son: Tipo de sistema de protección Principio de medición Calidad del relevador Ajustes Mantenimiento Actualización por modificación CONCLUSIONES Hasta aquí hemos visto las lo que es un esquema de protección, un relevador y su principal compromiso con el sistema eléctrico de potencia, así como también las ventajas y desventajas que puede encontrarse en la aplicación de los mismos. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 25 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición CAPÍTULO 4 TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTO OBJETIVO ESPECIFICO Conocer los diferentes tipos de transformadores de instrumento que existen, pruebas que se le practica así como también los tipos de conexión que se aplican para cada circuito. INTRODUCCIÓN Los transformadores de instrumento se utilizan para alimentar relevadores o dispositivos de control. Su función principal en un sistema eléctrico, es reducir las magnitudes de tensión y de corriente a valores normalizados y no peligrosos, para permitir el empleo de aparatos de medición y protección, también normalizados, pues resultan mas económicos y se pueden manipular sin peligro. Hay dos tipos de transformadores de instrumentos: Transformador de corriente Transformador de tensión o potencial. A continuación se describen estos tipos de transformadores de instrumento, así como también los diferentes tipos de conexión que se utilizan en la CFE. 4.1 Transformador de corriente. El transformador de corriente “ TC “ es un dispositivo en donde la corriente secundaria, en condiciones normales de operación es prácticamente proporcional y guarda una relación constante con la corriente primaria. Además conectando los TCs adecuadamente el ángulo de defasamiento entre la corriente primaria y secundaria es cercano a cero, por lo que, para propósitos de protección , se considera que ambas corrientes están en fase. El primario del TC esta conectado en serie con el circuito que se desea controlar, en tanto que el secundario esta conectado a los circuitos de corriente de uno o varios aparatos medición, relevadores o dispositivos de control, todos ellos conectados en serie. Un TC puede tener uno o varios devanados secundarios, bobinados sobre uno o varios circuitos magnéticos separados. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 26 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición 4.1.1 Tipos de transformadores de corriente. De acuerdo a su forma de construcción hay tres tipos de TCs que son: ¾ TC de primario bobinado. ( TC de ajuste ) Como su nombre lo indica este tiene un primario con mas de una vuelta, los devanados primario y secundario están completamente aislados a sus respectivos rangos de tensión y ensamblados permanentemente en un núcleo de hierro laminado. Esta construcción permite una alta precisión en los rangos más bajos. ¾ TC tipo barra ( Pedestal ). Este también tiene los devanados primario y secundario completamente aislados y ensamblados permanentemente en un núcleo de hierro laminado. El devanado primario generalmente es un conductor tipo barra, que pasa a través de la ventana del núcleo. ¾ TC tipo dona o ventana ( bushing ). Este tiene el devanado secundario completamente aislado y ensamblado permanentemente, formando un bobinado toroidal alrededor del núcleo de hierro laminado. El conductor primario pasa a través de la ventana del núcleo y sirve como devanado primario. Este conductor puede ser un cable, una barra en un barraje colector o el núcleo de una boquilla pasa tapas. 4.1.2 Construcción. Los TCs pueden estar construidos con uno o varios circuitos magnéticos, según las necesidades particulares de su utilización. Los transformadores van provistos de un solo circuito magnético cuando alimentan un solo aparato y tiene una función bien definida. Cuando el TC va provisto de núcleos separados, cada circuito magnético alimenta aparatos que tengan una función definida por ejemplo: un transformador que tenga tres circuitos magnéticos o devanados puede alimentar: El primero, la medición de precisión. El segundo, Protección primaria por ejemplo, protección diferencial de transformador. El tercero, protecciones de respaldo. Un TC construido con varios devanados ( 1-4 devanados ) se comporta, teóricamente, como si se tratase de dos o mas TCs completamente diferentes, ya que solo el bobinado primario es común mientras que los circuitos magnéticos y los devanados secundarios están completamente separados e independientes. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 27 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición 4.2 Características: 4.2.1 Relación de transformación. Se expresa en términos de corriente nominal primaria a corriente nominal secundaria. Los valores de corriente nominal se han normalizado. En las tablas 4.1 y 4.2 se muestran los valores normalizados de corrientes primarias. El valor normalizado de la corriente secundaria es de 5 amperes. Tabla “B” Tabla “A” Tabla “A” Relaciones de transformación normalizadas para transformador de corriente del tipo bushing con derivaciones. Tabla “B” Relación de transformación normalizada para transformador de corriente del tipo de pedestal. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 28 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición 4.2.2 Corriente permanente. Es la capacidad de conducción continua y debe ser igual o mayor que el valor nominal de la corriente en el circuito donde se usa el TC. Un valor adecuado es del orden de 3 o 4 A secundarios a plena carga. 4.2.3 Corriente térmica de cortocircuito. Es el valor eficaz de la corriente primaria simétrica de cortocircuito que puede soportar el TC durante un segundo, con el devanado secundario en cortocircuito sin exceder una temperatura dada, en cualquier devanado. Donde: It ≥ Icc √ ( t + 0,5x 50) f KA 4.2.4 Tensión nominal de aislamiento. Debe ser cuando menos igual a la tensión mas elevada del sistema en que se utilice el TC. Se puede tomar un valor superior, cuando las condiciones de la instalación lo requieran; por ejemplo, en ambientes salinos o con alto nivel de contaminación o altitudes superiores a los 1000 m.s.n.m. Tensiones nominales de aislamiento para transformadores de corriente. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 29 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición 4.2.5 Carga secundaria (Burden ). Es el valor en ohms de la impedancia formada por los instrumentos conectados al secundario del TC incluyendo los cables de conexión . La tabla 4.4 muestra las cargas normalizadas para TCs , donde la carga secundaria normalizada es la impedancia del circuito secundario, correspondiente a la potencia de precisión con corriente nominal . Ejemplo. Para una potencia de precisión de 50VA con una corriente nominal de 5 amperes se tiene: Z= 50 = 2 Ω 52 Cargas normalizadas para transformadores de corriente ( Norma ANSI C57.13-1968 ) 4.2.6 Potencia nominal. Es la potencia aparente secundaria para corriente nominal. Generalmente esta indicada en la placa de características y se expresa en VA , aunque también se puede expresar en ohms ( ohms= VA/A2 ). Para escoger la potencia nominal de un TC se suman las potencias de todos los aparatos que están conectados en serie con su devanado secundario, tomando en cuenta la potencia disipada por el efecto joule en los conductores de conexión. Se selecciona el valor normalizado inmediato superior a la cifra obtenida, para esto hay que referirse a la columna “ potencia aparente “ de la tabla 4.4. 4.2.7 Clases de precisión. La norma ANSI define la clase de precisión como el error máximo admisible, en porciento, que el transformador puede introducir en la medición de potencia. En la tabla siguiente se dan las clases de precisión recomendadas según el uso que se le da al TC. Tabla Clases de precisión recomendada. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 30 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición Condiciones de operación normal. Bajo condiciones normales de operación, la corriente secundaria será 1/N veces la corriente primaria del “TC” Condiciones de operación anormal. La capacidad de transferencia de energía entre el circuito primario y el secundario, depende de las características de diseño y construcción del “TC” ,como son: La capacidad de sus conductores, el nivel máximo de voltaje que debe soportar el “TC” entre espiras y las características magnéticas de su núcleo. 4.3 Saturación. El efecto representado por la disminución de impedancia de magnetización del núcleo es conocido normalmente como saturación. Este efecto debe ser considerado especialmente, pues provoca en la mayoría de los casos un retraso en la operación de las protecciones de sobrecorriente, ya que debido a las características del sistema y del “TC” se presentará en el momento de la falla una respuesta similar a la existente en la energización brusca de un circuito inductivo. 4.4 Selección de la relación de transformación. Para la selección de la relación de transformación de los transformadores de corriente es necesario cumplir dos requerimientos fundamentales: a) Que en régimen normal de operación no se sobrepasen los valores nominales de corriente de los transformadores de corriente o de los relevadores. b) Que para la falla externa máxima los errores de los transformadores de corriente no tengan valores muy alto. Este aspecto es particularmente importante, teniendo en cuenta que los tipos y características de los transformadores de corriente del esquema son por lo general diferentes, por corresponder a diferentes niveles de voltaje. Los valores para seleccionar un “TC” en cuanto a su relación de transformación se refiere deberán responder al siguiente modelo: Curso básico de Protecciones I´REO Pag 31 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición a) La corriente secundaria del “TC” no deberá ser mayor de 5 amperes para los valores normales de carga, ya que por norma el valor de corriente que soportan los equipos conectados al secundario en forma constante es de: 5A < Ic RTC Donde: Ic es la corriente de carga máxima del circuito. RTC es la relación de transformación del mismo. b) La corriente máxima de falla en el punto donde será colocado el “TC” no deberá exceder a 20 veces el valor nominal de corriente de carga del “ TC”. Por ejemplo, supongamos que el TC es de RTC = 600/5 La falla que el “ TC” soportará por diseño de acuerdo a las normas ANSI, con un error de menos del 10 % en la relación será: 600X20 = 12,000. Para los transformadores de relación múltiple se considera la relación a la cual se está trabajando. c) Para evaluar la carga que deberá soportar el TC basta con sumar las cargas o “Burden” las cuales están conectadas al secundario, incluyendo las de cables de conexión. Por ejemplo: Supongamos un tc de RTC = 100-600/5 Clase C-400 conectado en 300/5 Los volt-amperes que soportará serán: VA = 100 X (300/5)/(600/5) = 50 VA La carga máxima admisible será: B = 4 X (300/5)/(600/5) = 2 Ohms. Lo que quiere decir que quedara para una clase C-200 Curso básico de Protecciones I´REO Pag 32 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición 4.5 Pruebas de campo a transformadores de corriente. 4.5.1 Prueba de polaridad. Esta prueba se efectúa con una batería y un voltímetro analógico de C.D., bajo la conexión mostrada el switch 1 se abrirá y cerrará súbitamente si la aguja se desplaza hacia la escala (-) el tc. Tiene polaridad aditiva Caso contrario tiene polaridad substractiva. Si el Tc tiene polaridad substractiva, las maracas de polaridad están en las terminales P1 y S1, caso contrario estarán en P2 y S2. 4.5.2 Curva de Saturación. Para obtener la curva de saturación de un TC se requiere contar con una fuente variable de voltaje, superior a la clase de precisión del mismo, un amperímetro y un voltímetro, una vez conectadas las conexiones como en la figura y con el primario abierto asegurándose que la fuente de voltaje esté en cero volts, se comienza a incrementar el voltaje en pasos de 10 volts y se toman los valores de corriente para cada paso de voltaje aplicado. Se obtendrá una tabulación voltaje-corriente que se gráfica en una papel LOGLOG, obteniéndose una curva similar a la figura. Debe tenerse cuidado al efectuar la prueba, ya que en el punto de saturación , un pequeño incremento en el voltaje la corriente se incrementa a valores muy altos. Si queremos obtener el Burden total con la carga conectada, podemos alimentar 5 amperes a los cables y midiendo el voltaje recibido obtendremos este Burden B = V/I y con esto sabremos si la clase de precisión es la adecuada. 4.6 Conexión de los transformadores de corriente. La conexión de los transformadores de corriente dependen del uso que se les quiera dar, las conexiones más comúnmente usadas son: 4.6.1 Conexión Estrella. Debe tenerse cuidado con la dirección de las corrientes, es decir que la conexión de los puntos de polaridad se la correcta: pues la inversión de una o dos fases desbalanceará la estrella provocando una señal errónea en los dispositivos conectados en los secundarios Za, Zb, Zc y Zn. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 33 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición La inversión de las polaridades de las 3 fases, invertirá la dirección de las corrientes, no importando para los relevadores que no tienen dirección, es decir en aquellos esquemas que únicamente importe la magnitud de corriente, pero en otros esquemas es posible que altere el funcionamiento. 4.6.2 Conexión DELTA. La conexión delta modifica la relación y el ángulo con que los tc`s alimentarán a los dispositivos conectados al secundario, el factor por el cual modifica la relación es la raíz cuadrada de 3. En la conexión deberá verificarse la polaridad de cada uno de los transformadores de corriente pues la inversión de alguno de ellos provoca un desbalance, y por lo tanto una señal errónea. La inversión de las polaridades únicamente nos dará un giro de 180 grados en las corrientes, afectando en forma similar a la conexión estrella. Dado que no tiene conexión a tierra, la conexión delta no permite corrientes de secuencia cero. 4.7 Aplicación de los transformadores de instrumento. Otro de los fenómenos que afectan a la aplicación de la protección diferencial de los transformadores aunque en menor grado, son los desfasamientos de las magnitudes de voltaje y corrientes provocados por los diferentes tipos de conexiones de dichos transformadores como hemos visto en las descripciones anteriores. A continuación se muestran algunas de las conexiones mas comunes y sus diagramas vectoriales de voltaje, en la figura 4.3 que es la mas usual se aprecia un defasamiento de 30° entre los voltajes de fase a neutro del primario con respecto al secundario, el cual también se presenta en las corrientes que circulan a través del transformador. Este defasamiento sin embargo se logra compensar de manera eficaz invirtiendo el tipo de conexión de los TCs. Para el lado conectado en delta del transformador de potencia, se conectan los TCs en estrella y para el lado de la estrella del transformador los TCs se conectan en delta. Las figuras 4.1, 4.2 y 4.3 muestran las formas de conexión de los TCs para las conexiones de los transformadores de uso generalizado. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 34 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición iB iC iA Zr Zr Zr Zr Zr Zr 87A 87B ia 87C ib ic IA Ia IB Ib IC Ic Ia IA CORRIENTES PRIMARIAS. IC IB Ib Ic iA ia CORRIENTES SECUNDARIAS. iC iB ic ib Fig. 4.1 Diagrama de conexiones y sus correspondientes diagramas fasoriales de un transformador ESTRELLACurso básico de Protecciones I´REO Pag 35 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición iB iC iA Zr Zr Zr Zr Zr Zr 87A 87B ia 87C ic ib IA IAB I Iab Ia IB IBC Ibc Ib ICA Ica IC Ic Ia IA CORRIENTES PRIMARIAS. IA Iab IB IC IC IB Ibc Ic Ica iA Ib ia CORRIENTES SECUNDARIAS. iC iB ic ib Fig. 4.2 Diagrama de conexiones y sus correspondientes diagramas fasoriales de un transformador DELTA-DELTA. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 36 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición iB iC iA Zr Zr Zr Zr Zr Zr 87A 87B IA IAB I Ia IB IBC Ib ICA Ic IC ir 87C is it ia Ia ib Ib ic Ic IA CORRIENTES PRIMARIAS. IA Ia IB IC IC Ib Ic IB iA ir CORRIENTES SECUNDARIAS. ia ib iC iB it ic is Fig. 4.3 Diagrama de conexiones y sus correspondientes diagramas fasoriales de un transformador DELTA-ESTRELLA. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 37 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición CAPÍTULO 5 ESQUEMAS DE PROTECCIÓN. OBJETIVO ESPECIFICO Conocer los esquemas que se aplican para cada tipo de equipo eléctrico primario. INTRODUCCIÓN Existen protecciones que de acuerdo a su construcción y características de operación son dedicadas a proteger solo un tipo de fallas en particular, por lo que es de suma relevancia conocer su principio de operación para saber donde se aplica cada una de ellas. 5.1 Clasificación de las protecciones Los relevadores pueden ser clasificados por diferentes vías, de acuerdo a los siguientes: 5.1.1 POR FUNCION a. b. c. d. e. f. g. Protección Regulación Supervisión Control Programación Auxiliares Etc. 5.1.2 POR SEÑAL DE ENTRADA Y/O VARIABLE DE PROCESO a) b) c) d) e) f) Corriente Voltaje Frecuencia Presión Temperatura Flujo Curso básico de Protecciones I´REO Pag 38 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición 5.1.3 POR PRINCIPIO DE OPERACIÓN a) b) c) d) e) f) g) Porciento Restricción múltiple Producto Potencia Admitancia Impedancia Etc. 5.1.4 POR CARACTERISTICAS OPERACIÓN a) b) c) d) e) f) Curva inversa Curva definida Cuadrilateral Mho Circular Etc. 5.1.5 POR TIPO DE CONSTRUCCION a) b) c) d) Electromecánico Hibrido (Electromecánico + Estático) Estático (Estado Sólido) Digital A continuación se muestra el diagrama unifilar de protecciones con que debe contar cada equipo eléctrico primario, de donde se deduce que vamos a tener: Esquema de protecciones para Líneas de Transmisión Esquemas de protecciones para Transformador Esquemas de protecciones para compensadores (Capacitores, Reactores, CEV) Esquemas de protecciones para Bus Esquemas de protección para unidades Generadoras Curso básico de Protecciones I´REO Pag 39 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición ESQUEMA DE PROTECCIÓN DE LÍNEA Curso básico de Protecciones I´REO Pag 40 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición ESQUEMA DE PROTECCIÓN DE TRANSFORMADOR Curso básico de Protecciones I´REO Pag 41 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición ESQUEMA DE PROTECCIONES DE CAPACITOR Y ESQUEMA DE LÍNEA CONCLUSIONES El participante puede identificar en los diagramas unifilares de protección los esquemas con que debe contar cada tipo de equipo eléctrico primario. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 42 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición CAPÍTULO 6 PRINCIPIO DE OPERACIÓN DE LAS PROTECCIONES OBJETIVO ESPECIFICO Conocer el principio de operación de las protecciones principales que se aplican en los esquemas de protección de línea, transformador, bus y las consideraciones que se deben tener para la sincronía de dos sistemas de potencia. INTRODUCCIÓN Los sistemas digitales actuales funcionan de una forma binaria, dispositivos 6.1 estos emplean PROTECCIÓN DE RESPALDO Como es sabido, existe una gran cantidad de relevadores de protección, la mayoría de éstos cumplen funciones de protección primaría; pero para protección de respaldo la utilización de elevadores de sobre corriente direccionales y no direccionales es generalizado en los sistemas de potencia, tanto para alimentadores de distribución en donde por lo general se utiliza como única protección, pero en las centrales generadoras y subestaciones de transmisión se utiliza como protección de respaldo para transformadores y líneas de transmisión. Esto debido a su característica de simplicidad, seguridad y confiabilidad, para lo cual se requiere de una adecuada aplicación y coordinación con todos los elementos del sistema. Para su adecuada aplicación se requiere tomar en cuenta lo siguiente: • Tipo de relevador. • Tipo de curva y tiempos de operación. • Rango de Ajuste de corriente de arranque. • Necesidades de Mantenimiento. Por su característica de funcionamiento se clasifican en: • Relevadores de sobrecorriente de acción instantánea (50) • Relevadores de sobrecorriente de tiempo inverso (51) Curso básico de Protecciones I´REO Pag 43 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición Por su principio de operación se pueden clasificar en: • Electromecánicos. • Electrónicos Analógicos. • A base de Microprocesador. Cualquiera que sea su principio de operación debe cumplir con las características necesarias para cierta flexibilidad en su aplicación, como las siguientes: ¾ Ajustar el nivel de arranque en forma discreta en cierto rango. (Taps. Seleccionables para 50 y 51). ¾ Ajustar el tiempo de operación para determinado valor de corriente en cierto rango de tiempo. (Ajuste de palanca o time dial aplicable en 51) ¾ Poder seleccionar el tipo de curva que mas se ajuste a las necesidades de la coordinación, en 51. 6.2 RELEVADOR DE SOBRECORRIENTE DE ACCIÓN INSTANTÁNEA (50): Es la forma mas simple del relevador de sobre corriente, opera instantáneamente al sobre pasar la corriente un limite preestablecido mediante ajuste. Los electromecánicos son del tipo de atracción magnética, ya sea de émbolo o de armadura móvil, FIGURA 1 operan por la atracción Electromagnética producida por la corriente que circula por una bobina con núcleo de hierro, estos núcleos cuentan con una bobina cortocircuitada (bobina de sombra) abarcando parte del núcleo magnético, cuyo objeto es desfasar el flujo magnético para evitar vibraciones que produciría la senoide de corriente. 6.3 RELEVADOR DE SOBRECORRIENTE DE TIEMPO INVERSO (51): Es un relevador que funciona con característica de tiempo corriente, se puede ajustar para controlar su corriente mínima de operación (pick-up), como también se puede ajustar para controlar su tiempo de operación en función de la corriente que circula por el mismo (palanca). El tiempo de respuesta u operación será en relación inversa a la magnitud de la corriente, es decir a mayor corriente menor tiempo de operación, de aquí su nombre de relevador de tiempo inverso. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 44 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición Generalmente se manejan los siguientes tipos de curvas: • Tiempo Definido. • Moderadamente inverso. • Normalmente Inverso. • Muy Inverso. • Extremadamente Inverso. 6.4 PROTECCIÓN DE SOBRECORRIENTE DIRECCIONAL Esta protección se aplica ampliamente como protección de respaldo de la protección de distancia, debido a su tiempo de respuesta que esta en función de la magnitud de la corriente de falla. Consiste de 2 elementos principales. ¾ La unidad direccional. ¾ La unidad de Sobrecorriente de tiempo inverso. La combinación de estas 2 unidades ha proporcionado excelentes resultados como protección de respaldo en nuestro país, sobre todo por la característica de tiempo inverso, aunque también se pueden utilizar unidades instantáneas. La unidad de sobrecorriente es exactamente que las mismas descritas anteriormente. La característica más importante en la aplicación de los relevadores direccionales es su capacidad para discriminar la direccionalidad de las fallas, es decir saber en que sentido está circulando la corriente de falla para determinar si la falla está en el lado para el cual debe operar o si se encuentra en el sentido contrario para tal caso no deberá operar. Esta característica se logra comparando el ángulo que existe entre la magnitud de un voltaje de referencia y la corriente de falla mediante la aplicación de la siguiente ecuación. K = V * I cos (() ) Siendo: K la constante de direccionalidad. V la referencia, que puede ser también una corriente. I la corriente cuya dirección se requiere determinar. () el ángulo entre la referencia y la corriente El ángulo de la corriente puede variar los 360 grados Curso básico de Protecciones I´REO Pag 45 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición De la ecuación de “K” podemos deducir que si: Varía de 0 a 90 gds. K es positivo Varía de 90 a 180 gds. K es negativo Varía de 180 a 270 gds. K es negativo. Varía de 270 a 360 gds. K es positivo 6.5 PROTECCIÓN DE DISTANCIA En los Sistemas Eléctricos de Potencia, uno de los elementos más vulnerables son las líneas de transmisión, ya que están expuestas a condiciones climatológicas, que en algunas ocasiones son muy adversas para el buen funcionamiento del sistema de potencia. Por esta razón se pone especial atención en proporcionar a las “Líneas” la protección adecuada, sobre todo confiable y segura. Estas cualidades de las protecciones de las líneas son más extensas cuando mayor es el voltaje de operación de la línea, aumentando consecuentemente la complejidad de los esquemas de protección para las mismas. Los relevadores más comunes para protección de Líneas son los siguientes: 1.- Distancia (21) 2.- Sobrecorriente direccional (67) 3.- Diferencial de Línea. (85) En casos especiales se usan esquemas que pueden resultar de una aplicación de las anteriores en combinación con sistemas de comunicaciones, obteniéndose lógicas de Teleprotección. 1.- Aceleración de la zona. 2.- Comparación direccional de sobre alcance. 3.- Comparación direccional de bajo alcance. 6.5.1 EL RELEVADOR DE DISTANCIA Para protección de líneas de transmisión, el método más generalizado es por medio de relevadores de distancia, llamados así porque las características de las líneas así lo permiten. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 46 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición El nombre de relevador de distancia se ha utilizado ya que este rele mide impedancia de la línea de transmisión protegida, pero la impedancia en una línea de transmisión es directamente proporcional a su longitud, la cual se proporciona en kilómetros, relacionándose por lo tanto la longitud de la línea con la distancia que existirá entre el punto donde se encuentra conectado el relevador y el punto en el cual se presenta la falla. 6.5.2 PRINCIPIO DE OPERACIÓN. El relevador de distancia, es en realidad un relevador que opera a base de impedancia, su principio de funcionamiento se base en la LEY DE OHM, la impedancia la representaremos como “Z”, que es el parámetro a monitorear o medir a partir de las señales de voltajes (“V”) y corrientes (“I”) que se tomarán de la línea a proteger, ya que Z=(V/I). Se dice que el relevador de distancia nos da la distancia a la cual ocurre una falla, lo cual no es exacto, ya que únicamente compara la impedancia replica, o una impedancia de referencia, que es el ajuste de dicho relevador. Dicho de otra manera, si deseamos que el relevador opere para fallas cuyas impedancias sean menores de 10 ohms, debemos darle un ajuste de 10 ohms como el valor de referencia, que será el ajuste de relé. Si con este ajuste mantenemos en el relevador un voltaje de 60 volts, la corriente mínima de operación será de 6 amperes, con una corriente menor de 6 amperes circulando por el relevador éste medirá una impedancia mayor de 10 ohms, el relé no opera, mientras que cualquier corriente mayo de 6 amperes producirá una impedancia menor de 10 ohms; con lo cual siempre operará. Este es una de las características deseadas en el relevador de distancia por lo cual se le prefiere sobre los relevadores de sobrecorriente, ya que su respuesta no depende de la magnitud de corriente, sino de la comparación de “V” e “I”, lo que permite una mayor confiabilidad en su operación para las condiciones más variables del sistema de potencia. Como se ha descrito este mecanismo, no contempla la medición del ángulo que pudiera existir entre “V” e “I”, simplemente compara magnitudes, lo cual trasladado a un diagrama R-X o plano de impedancia representaría un círculo con centro en el origen. Para un Sistema de Potencia en condiciones normales de operación el voltaje es alto y la corriente baja; pero en condiciones de falla, el voltaje decrece y la corriente se incrementa. La magnitud de la corriente de falla está relacionada con la impedancia que existe entre la fuente y el punto de falla, mientras mas cerca de la fuente sea la falla la corriente será Curso básico de Protecciones I´REO Pag 47 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición mayor que para una falla mas alejada de la fuente y el voltaje se hace cero en el punto de falla, mientras que casi es normal en el punto de generación. La proporcionalidad se establece a partir de las relaciones de transformación de los transformadores de instrumentos, RTP y RTC que son las constantes de proporcionalidad de Voltaje y Corriente respectivamente. K=RTC/RTP. O 1/K = RTP/RTC Z (prim) = V (sec) / (K * I(sec)) 6.5.3 LAS ZONAS DE PROTECCIÓN. Otra de las ventajas de los relevadores de distancia es que son de alta velocidad lo cual permite la rápida eliminación de las fallas, esta característica permite el establecimiento de áreas o zonas de protección para las cuales deberá operar en tiempos preestablecidos. La filosofía de protecciones establece que las fallas deben eliminarse: a).- en el menor tiempo posible. b).- afectando la menor área posible. De manera que las fallas mas cercanas deben eliminarse en forma instantáneas mientras que las fallas mas alejadas deberán ser eliminadas un tiempo después, dando oportunidad a que opere la protección mas cercana a la falla. Esto lleva a establecer la operación del esquema de protección de distancia en forma escalonada, abarcando cada vez mayor parte del sistema pero con cada vez mayor tiempo de operación. Esta característica se muestra en los diagramas de las siguientes figuras Curso básico de Protecciones I´REO Pag 48 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición 6.5.4 LOS DIFERENTES TIPOS DE RELEVADOR DE DISTANCIA. Actualmente los relevadores de distancia del tipo Electromecánico empiezan a ser desplazados por los nuevos tipos de relevadores a base de Microprocesadores. Aún existen en operación, pero los nuevos esquemas ya no contemplan relés de este tipo, ya que cuentan con varias limitaciones, pues en un tiempo fueron superados por los relevadores del tipo estáticos, que estaban fabricados de componentes electrónicos discretos; pero actualmente éstos últimos también están siendo desplazados por los digitales. Ya que sus ventajas son múltiples comparados con los primeros. En orden cronológico podemos mencionar algunos de los relevadores mas usados en México. Electromecánicos: Reactancia, GCX, KD, G.E. y WH. Mho. GCY, KD, G.E. y WH. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 49 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición Semielectrónicos Mho, YTG, E.E. Electrónicos Mho, LZ96 BBC Rectangular, RAZOA ASEA Digitales, Mho, SEL ÓPTIMO, POLIGONAL 7SA511, REL-316 SEL-321 6.6 FUNCIÓN DE RECIERRE Al ocurrir una falla en el sistema eléctrico los relevadores de protección son los encargados de eliminar o desconectar la parte fallada del sistema quedando así posiblemente cierto número de usuarios sin el servicio de energía eléctrica. La naturaleza de las fallas, hace que no se eliminen por sí solas, una vez establecido el arco eléctrico al romperse el aislamiento, o el dieléctrico del aire, este arco no se elimina mientras exista una diferencia de potencial que provoca una corriente circulando por el mismo, es decir mientras permanezca energizado el circuito bajo falla. Por lo tanto es indispensable la acción de los relevadores de protección para ordenar la desconexión del circuito, abriendo o los interruptores mas cercanos a la falla. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 50 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición TIPO DE FALLAS ¾ Permanentes ¾ Transitorias La falla permanente es aquella que requiere la intervención del personal de mantenimiento para su reparación, por ejemplo: estructuras o postes dañados por accidentes automovilísticos. Ruptura de conductores, o ruptura de accesorios que implican que los conductores hagan contacto entre sí o con tierra, permanentemente. La falla transitoria, es aquella en la que no hay contacto permanente entre conductores de fase ni con tierra. Ejemplo de falla transitoria: Por una descarga atmosférica se rompe el aislamiento que existe entre un conductor de fase y la tierra, en este momento se establece un arco eléctrico en ese punto, el arco eléctrico permanecerá mientras exista una diferencia de potencial que produzca la circulación de corriente a través del arco. Dependiendo del nivel de voltaje, pero generalmente la mayor parte de las fallas de corto circuito en los sistemas eléctricos son transitorios. Un número reducido de fallas implican la ruptura de conductores, o daño mecánico permanente en estructuras, como choques de vehículos contra postes o pérdida total del aislamiento. Como es evidente, de acuerdo a los tipos de fallas un gran número de ellos son transitorios que se eliminan desernergizando el circuito, pudiendo restablecer el servicio unos segundos después, esta acción de restablecimiento puede ser manual pero para disminuir el tiempo de la interrupción con el usuario se prefiere hacerlo en forma automática mediante: Restauradores: Que incluyen los elementos de protección y recierre. Relevadores de recierre: Que funcionan coordinadamente con los relevadores de protección. Los recierre pueden ser de 2 tipos. Recierres tripolares con varios intentos. Recierre monopolares de alta velocidad con un solo intento. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 51 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición Los recierres tripolares son casi obligatorios para. ¾ Circuitos de distribución ¾ Líneas de subtransmisión radiales. ¾ Líneas de subtransmisión anilladas (con un solo intento) Los recierres tripolares con varios intentos se programan según los criterios establecidos para cada zona y puedan ser variables. Una aproximación puede ser 1.- Intento de cierre a los 10 seg. De la primera falla. 2.- Intento de cierre a los 15 seg. De segunda falla. 3.- Intento de cierre a los 30 seg. De la tercera falla. De acuerdo a características particulares del circuito, de la carga, o a las condiciones de operación se decide si el circuito operara con uno, dos o los tres intentos de cierre. Los recierres monopolares de alta velocidad son aplicados únicamente para líneas de transmisión de alto voltaje, 230 y 400 kv generalmente, aunque si fuera necesario también se pueden aplicar a líneas de 115 kv. Los recierres monopolares pueden aplicarse conjuntamente con recierres tripolares a un intento y mediante supervisión de condiciones del sistema adecuados para cerrar mediante relevadores de voltaje y sincronización. ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ Recierre bloqueado Recierre preparado Recierre en proceso para cierre. Orden de recierre Recierre en proceso para restablecimiento 6.6.1 SECUENCIA PARA EL FUNCIONAMIENTO DEL RECIERRE El funcionamiento del 79 (relevador de recierre) implica una serie de acciones y condiciones, las cuales deben cumplirse para lograr el cierre, en caso contrario se producirá un bloqueo. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 52 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición La secuencia se realiza de la siguiente manera. ¾ El 79 puede estar en servicio o fuera de servicio mediante un selector manual, opcionalmente esta función puede realizarse mediante el equipo de control supervisorio. ¾ Si el selector está en 79 ON (en servicio), el circuito está energizado con interruptor cerrado, el 79 estará preparado para iniciar el proceso de recierre. ¾ En cuanto se produzca un disparo por protección y se haya disparado el interruptor, se inicia el proceso de recierre en un primer intento. ¾ Al completar el tiempo programado para el primer intento de cierre, se produce la orden de cierre sobre el interruptor. ¾ Si la falla ya no persiste en el circuito, el 52 (interruptor) queda cerrado mientras el recierre se restablece para un nuevo intento. ¾ Si el 79 ha realizado el último intento, inmediatamente después de esto el recierre entra en un proceso de restablecimiento durante un tiempo que puede variar entre 60 y 600 segundos. Este tiempo es para garantizar que el recierre no haga intentos indeseables sobre la misma falla. ¾ Si la falla persiste después del último intento de cierre, entonces el 52 queda abierto y el recierre entra en un bloqueo permanente. Este bloqueo permanente dura todo el tiempo que el interruptor permanezca abierto. Al existir una falla permanente en el circuito será necesario que el personal de mantenimiento haga las reparaciones correspondientes una vez corregida la falla se cierra manualmente el 52. El 79 al detectar cerrado el 52 entra en el proceso de restablecimiento, terminado el cual se habilita nuevamente el recierre. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 53 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición OSCILOGRAMA DE UN RECIERRE TRIPOLAR CON NORMALIZACION EL 2º INTENTO 1.- Se inicia una falla en la fase “A” 2.- Opera la protección correspondiente 3.- Se dispara el interruptor 4.- Se inicia el primer proceso de recierre 5.- Se produce el primer intento de recierre 6.- Se cierra el interruptor 7.- Se reinicia la falla 8.- Se dispara nuevamente el interruptor 9.- Se inicia el segundo proceso de recierre 10.- Se produce el 2º. Intento de recierre. 11.- Se cierra el interruptor. Al cerrar el interruptor ya no aparece la corriente de falla, por lo tanto ya no hay operación de protecciones el recierre entra en el proceso de restablecimiento. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 54 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición 6.7 PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE BARRAS El uso de la Protección Diferencial de barras (87B) es el método más recomendable para protección de barras colectoras o buses. Sin embargo, existen algunas características de los buses que requieren ciertas características que deben cumplir los relevadores diferenciales aplicados a la protección de dichas barras o buses. 6.7.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES El relevador diferencial ideal debe lograr su operación correcta basándose en la velocidad para discriminar la condición de falla dentro de su zona de protección y a la rapidez de operación para liberar la falla, (2 a 4) milisegundos después de que ésta se inicia, lo cual a su vez se apoya en el hecho de que la saturación de los TC´s provocada por la corriente de falla y su componente de C.D. no ocurre instantáneamente, sino que es un fenómeno que tarda varios milisegundos en alcanzar un nivel problemático, de esto se deriva la necesidad de que la protección para buses sea de alta velocidad. Por lo tanto el relevador diferencial de buses (87B): a).- Debe ser de alta velocidad (menos de 4 ms) b).- Debe operar antes de que los TC´s lleguen a saturarse c).- Debe bloquearse con la presencia de corriente diferenciales de baja magnitud Ocasionados por un TC en corto o abierto. d).- Debe aceptar de TC´s auxiliares cuando los TC´s principales sean diferentes tipos y RTC´s e).- Debe operar correctamente bajo condiciones de falla máxima, externa o interna f).- Cuando se aplica en buses sobre los que se conmutan varias líneas de protección debe discriminar los alcances de las zonas de protección. Hay varios métodos para resolver estos problemas de ellos se usan comúnmente los siguientes: Curso básico de Protecciones I´REO Pag 55 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición ¾ Eliminar el problema de la saturación, eliminando el hierro en el transformador de corriente; sistema de acoplamiento lineal. ¾ Usando un relevador diferencial de alta impedancia operando por voltaje con un circuito resonante serie que limita la sensibilidad a la componente de C.D. ¾ Usando un relevador diferencial de porcentaje variable y restricción múltiple, específicamente diseñado para ser insensible a la saturación por corriente directa ¾ Usando señalización por imagen de cuchillas para la discriminación de las zonas protegidas. Aplicando estos métodos se obtienen varios tipos de esta protección entre los que podemos mencionar los siguientes: 1. Esquema 87B con acopladores lineales 2. Esquema 87B de alta impedancia 3. Esquema 87B de porcentaje. Este último es el que se ha generalizado su aplicación por su confiabilidad, habiendo sido en sus inicios de tipo electro magneto-mecánico, luego estático y finalmente digital, y el uso de transformadores mezcladores, convertidores de 3 fases a 1 viene a reducir el número de elementos de detección de la corriente diferencial a solamente una, para la protección de un BUS con tres fases y varios alimentadores. 6.7.2 PRINCIPIO DE OPERACIÓN La protección diferencial compara la sumatoria de las corrientes que entran al Bus con la sumatoria de las que salen de él. En otras palabras, realiza la suma vectorial (ec.01) de todas las corrientes que se conectan a la barra, y el resultado de la suma debe ser igual con cero en condiciones normales. Sin embargo para una falla interna, el resultado de esta suma vectorial resultará una magnitud muy grande ya que todas las corrientes tendrán el mismo ángulo. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 56 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición 6.8 TRANSFORMADORES DE POTENCIA. En las centrales generadoras los voltajes son relativamente bajos por razones técnicas (enfriamiento, aislamiento, tamaño, etc..). Resulta antieconómico transportar grandes bloques de energía a enormes distancias a las tensiones de generación, ya que las caídas de voltaje y las pérdidas por efecto Joules(I2R) serían excesivas, la forma más económica para transportar estos bloques de energía a grandes distancias es empleando altos voltajes. Por lo que en las centrales generadoras deberá elevarse el voltaje a un nivel convencional para la transmisión de la energía, así como también en los centros de consumo deberá reducirse a un valor conveniente, esta importante misión es realizada dentro de las subestaciones eléctricas por el “transformador”. Podemos definir el transformador como un dispositivo o máquina eléctrica que funciona bajo el principio de inducción electromagnética. Con sus circuitos magnéticamente eslabonados pero eléctricamente aislados, capaz de transferir la potencia eléctrica de un circuito a otro, sufriendo si así se requiere la modificación en dos de sus parámetros que son: voltaje y corriente pero sin sufrir variación alguna en la frecuencia. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 57 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición Es decir tenemos la siguiente figura para un transformador de dos devanados. V1 I1 I2 N1 N2 V2 Transformador de dos devanados. Donde: α V I P f α= N1 = V1 = I2 V2 I1 N2 P1=P2 f1=f2 Constante. Voltaje Corriente Potencia Frecuencia 6.8.1 DISPOSITIVOS DE PROTECCION Dispositivos mecánicos: Buccholz. Sobrepresión o presión súbita. Dispositivos Eléctricos: Protección diferencial . Protección de sobre corriente. Protección de distancia. Sobre corriente con restricción de voltaje. Protección de volts - hertz. Pararrayos. Apartarrayos tipo Válvula. Explosores (Air Gaps). Curso básico de Protecciones I´REO Pag 58 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición 6.8.2 Protección diferencial del Transformador. La protección primaria de un transformador es fundamentalmente su protección diferencial, complementada con un relevador buchholz que le de sensibilidad para fallas incipientes y también opere confiablemente durante fallas severas. El transformador tiene también otros dispositivos de seguridad complementarios que lo protegen de sobre tensión interna, bajo nivel de aceite, calentamiento por sobre tensión, etc. Criterios generales que deben seguirse respecto a la Protección Diferencial: a) El disparo debe hacerse a través de un relevador auxiliar de contactos múltiples y reposición manual. b) El relevador auxiliar debe tener los suficientes contactos para disparar los interruptores asociados y bloquear el cierre de los mismos. c) Los T.C.’s deben ser exclusivos para esta protección. d) Localizar los T.C’s de tal manera que se incluya el mínimo equipo de potencia diferente del transformador. e) Los relevadores de disco de inducción se pueden aplicar a subestaciones alejadas de las fuentes de generación donde el lnrush es despreciable. Problemas a considerar. 1.- Diferencias en corrientes de plena carga. 2.- Relaciones de transformación discretas en los tc’s (transformadores de corriente). 3.- Corrientes de magnetización al energizar. 4.- Variaciones de los taps. 5.- Defasamiento vectorial . 6.- Varios devanados. 7.- Corrientes de excitación. 6.8.3 Generalidades. Un esquema de Protección Diferencial es donde las corrientes que entran a un equipo cualquiera, y las que salen de el, se hacen circular en un circuito secundario, previa igualación mediante transformadores de corriente en condiciones normales de operación (sin falla), y cuya diferencia en caso de existir se hace pasar por una bobina de operación. No funciona de manera confiable por las siguientes objeciones: Transformadores de corriente con diferentes características como son el grado de saturación y/o corriente de saturación especialmente bajo condiciones de falla. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 59 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición Dificultad para igualar las corrientes en el circuito secundario por la limitación de las relaciones disponible de los transformadores de corriente. Relación de transformación variable por los cambiadores de taps, con fines de regulación de voltaje. Corriente magnetizante al energizar un transformador (lnrush), lo cual solo aparece en el lado donde se energiza, pudiendo la protección interpretarlo erróneamente como indicativo de falla interna. La conexión de estos relevadores debe ser tal, que se garantice su operación para todas las fallas internas a la zona de protección. 6.8.4 Corriente magnetizante momentánea en Transformadores ( Inrush current ). La corriente de magnetización de un transformador entra por el devanado primario y no sale por el secundario, por lo que representa para la protección diferencial una condición semejante a la de una falla interna. Los factores de los que depende la severidad o magnitud de la “Corriente Inrush” dependen de los siguientes puntos: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Instante en la onda de voltaje en la que ocurre la energización. Magnetismo residual en el núcleo. Capacidad de transformador. Capacidad del sistema. Relación L/R transformador - sistema. Tipo de hierro del transformador. Condiciones en que se realiza la conexión del transformador. El inrush más grande ocurre cuando un banco no energizado es conectado al sistema. Sin embargo puede ocurrir un inrush después de que ocurre una falla externa al banco, donde el voltaje cae gradualmente a cero, y una vez liberada la falla recobra su valor nominal. En este caso el transformador está parcialmente energizado, así que el inrush al recobrarse el voltaje, es menor que el inrush cuando se energiza con onda completa. CONCLUSIONES De acuerdo a la descripción del principio de funcionamiento de las principales protecciones que se aplican para salvaguardar el equipo eléctrico primario, el participante es capaz de identificar sus principales características operativas, ventajas y desventajas, así como su aplicación en la CFE Curso básico de Protecciones I´REO Pag 60 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición CAPÍTULO 7 INTERPRETACIÓN DE DIAGRAMAS ESQUEMATICOS. OBJETIVO ESPECIFICO Que el participante se familiarice con el manejo e interpretación de los diagramas esquemáticos de control. INTRODUCCIÓN A medida que avanza la tecnología, se ha ido mejorando en el diseño de los tableros de protección control y medición, lo que antes se fabricaba en tableros del tipo Duplex (tableros de doble sección) por la necesidad de espacio para el montaje de las protecciones, controles, paneles de alarmas y relevadores auxiliares, ahora es posible fabricar hasta dos esquemas de protecciones digamos para líneas, en solo una sección simples, reduciendo al mínimo en accesorios periféricos como panel de alarmas y relevadores auxiliares, gracias a que la nueva tecnología permite programar dichas funciones dentro de los relevadores de protección. Lo anterior ha reducido enormemente los espacios que se requerían dentro de las casetas de control convencionales hasta lograr introducir todos los esquemas de control para una subestación en un espacio equivalente a la caja de un tráiler. Por una parte se optimizan los espacios requeridos para los esquemas de protección control y medición y por otra parte exige la especialización del personal para la programación y mantenimiento de los mismos. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 61 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición 7.1 SIMBOLOGÍA EN LOS DIAGRAMAS ESQUEMATICOS En la tabla que se presenta abajo se muestra una serie de símbolos que se utilizan en los diagramas esquemáticos para su pronta referencia, cabe aclarar que en ocasiones existen ciertas variantes a estos símbolos a lo largo del tiempo y va a depender de cada fabricante. La gran mayoría de los fabricantes presenta como referencia una hoja al inicio de los diagramas de la simbología que está manejando. En la siguiente página se muestra el circuito de cierre para un interruptor de la tensión de 115 KV, así como los permisivos que se deben cumplir para que este se ejecute correctamente. Continuando con la secuencia, en el diagrama anexo se presentan los caminos posibles para el disparo del interruptor, ya sea por bobina 1 y/o por bobina 2 Posteriormente encontramos los permisivos que se deben cumplir pare las maniobras eléctricas del control de cuchillas, los cuales se irán analizando punto por punto. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 62 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición Curso básico de Protecciones I´REO Pag 63 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición Curso básico de Protecciones I´REO Pag 64 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición Curso básico de Protecciones I´REO Pag 65 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición CONCLUSIONES En este capítulo se ha mostrado la forma de analizar los diagramas de control de acuerdo a la simbología que maneja el proveedor. Por lo tanto el participante es capaz de analizar cualquier diagrama de control basándose en el mismo principio. CAPÍTULO 8 ACCESO A RELEVADORES. . OBJETIVO ESPECIFICO Conocer la forma en que se accesa a los relevadores de protección más comunes y ver la información que estos nos pueden proporcionar. 8.1 ACCESO A RELEVADORES MARCA SEL Para este capítulo se hará de manera demostrativa el acceso al relevador navegando por los diferentes menús, mostrando los ajustes con que cuenta el equipo y la información que nos puede arrojar de un evento real. 8.2 ACCESO A RELEVADORES MARCA AREVA Para este capítulo se hará de manera demostrativa el acceso al relevador navegando por los diferentes menús, mostrando los ajustes con que cuenta el equipo y la información que nos puede arrojar de un evento real. CONCLUSIONES El participante conoce la manera de que datos se pueden obtener de un registro de falla proporcionado por un relevador, así como la forma de accesar a los ajustes principales de los equipos de protección de las marcas SEL y AREVA. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 66 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición CAPÍTULO 9 VISITA A SUBESTACIÓN. OBJETIVO ESPECIFICO Que el participante se familiarice con el control de bahía de los tableros integrales. 9.1 VISITA A LA SUBESTACIÓN Para este capítulo se programa una visita al sitio para que los participantes puedan realizar maniobras de libranza en un tablero integral, para que conozcan la forma de desplazarse en los menús de los controladores de bahía y la forma de checar las alarmas en el mismo. CONCLUSIONES El participante conoce la forma de maniobrar una bahía eléctrica primaria, por medio del interface HMI (Interface Hombre – Máquina) también conocido como controlador de bahía. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 67 de 69 GERENCIA REGIONAL DE TRANSMISIÓN NORTE Subgerencia de Protección y Medición CONCLUSIONES DEL CURSO Al termino del curso el alumno tendrá las bases para la comprensión de las principales funciones de los esquemas de protección, su aplicación, ventajas y desventajas; será capaz de interpretar los diagramas de control de los tableros de protecciones así como identificar los permisivos para el control de los interruptores y cuchillas. Curso básico de Protecciones I´REO Pag 68 de 69 Página 69 de 69