Protección de Alimentadores de Distribución Contra Fallas Simultáneas _ Constructor Eléctrico

5/12/2014Protección de alimentadores de distribución contra fallas simultáneas |  Constructor Eléctrico Protección de alimentadores de distribución contra fallas simultáneas by Editorial marzo 04 http://constructorelectrico.com/proteccion­de­alimentadores­de­distribucion­contra­fallas­simultaneas/ La  comisión  federal  de  electricidad  aplica  el  esquema  de  protección  contra  fallas simultáneas en subestaciones de distribución. Todos los sistemas de distribución pueden experimentar fallas donde participan más de un alimentador. Durante las fallas simultáneas, el relevador del transformador del lado de baja tensión mide una corriente superior a la medida por los relés de los alimentadores fallidos. Por lo tanto, el relé de transformador puede disparar más rápido que los relevadores de los alimentadores fallidos, perdiendo la coordinación de protecciones. Por Héctor Lemus, Jorge Betanzos, Eliseo Alcázar, David Sánchez y Héctor Altuve. Los  alimentadores  de  distribución  en  las  subestaciones  siempre  deben  ser  radiales.  La protección  de  éstos  incluye  elementos  de  sobrecorriente  instantánea  (50)  y  de  tiempo inverso (51). El  relevador  de  protección  del  lado  de  baja  tensión  del  transformador  detecta  posibles fallas de los circuitos alimentadores e incluye elementos de protección de sobrecorriente de tiempo inverso como protección de respaldo. Se  utiliza  normalmente  el  recierre  automático  en  los  interruptores  de  los  circuitos alimentadores. El interruptor del lado de baja tensión del transformador no tiene reconexión automática. Para  fallas  en  algún  circuito,  la  medición  de  los  relevadores  del  alimentador  fallido  y  del transformador  (respaldo)  prácticamente  es  la  misma  corriente.  Los  relevadores  de  los alimentadores  están  ajustados  para  operar  más  rápido  que  el  relevador  del  transformador del  lado  de  baja  tensión.  Éste  sólo  operará  en  caso  de  que  el  esquema  de  protección  del alimentador  haya  fallado;  sin  embargo,  para  fallas  simultáneas  en  alimentadores,  la corriente  medida  por  el  relé  del  transformador  es  mayor  que  la  corriente  medida  por  cada relevador de los circuitos con falla. El relevador del transformador puede operar más rápido http://constructorelectrico.com/proteccion­de­alimentadores­de­distribucion­contra­fallas­simultaneas/ 1/8  Los equipos instalados en la red de media tensión.  Por  ejemplo. como restauradores. Los problemas legales por los derechos de vía hacen necesario el uso de multicircuitos en líneas  aéreas  o  líneas  que  están  muy  cerca  entre  sí  en  las  mismas  estructuras. La operación de enlaces cerrados puede causar fallas simultáneas en sistemas de distribución La figura  1  muestra  un  sistema  de  distribución  con  cuatro  alimentadores  y  sus  enlaces  a través de switches normalmente abiertos (NA) entre los alimentadores adyacentes.  el  sistema  de  distribución  mostrado  opera  de  manera  radial.  haciendo  su  ciclo  de  recierres  correspondiente  hasta  llegar  al http://constructorelectrico.  Como resultado.  con tres instalados recientemente.  el interruptor  B2  disparará. Fallas simultáne as La necesidad de garantizar el suministro de energía eléctrica ha hecho que se incremente la complejidad de la topología de la red de distribución. las fallas simultáneas entre dos o más circuitos cada vez son más frecuentes.5/12/2014 Protección de alimentadores de distribución contra fallas simultáneas |  Constructor Eléctrico que  el  relevador  de  los  alimentadores  con  falla  y  tener  una  operación  indeseada  del interruptor de respaldo (salida de banco). Para  una  falla  permanente  en  el  alimentador  2  entre  el  interruptor  B2  y  el  switch  S2.  la  División  de  Distribución Sureste  cuenta  con  17  esquemas  en  operación  y  la  División  de  Distribución  Jalisco. La  mala  operación  del  interruptor  del  transformador  afecta  la  carga  de  los  alimentadores sanos.com/proteccion­de­alimentadores­de­distribucion­contra­fallas­simultaneas/ 2/8 . la Comisión Federal de  Electricidad  decidió  aplicar  el  esquema  de  protección  contra  fallas  simultáneas  en subestaciones  de  distribución  hace  algunos  años. Bajo  condiciones  normales. Dada la creciente incidencia de este tipo de fallas simultáneas. desconectadores o cuchillas. Las causas más comunes donde se presentan fallas simultáneas son: Varios circuitos en la misma estructura o comparten el mismo derecho de vía Enlaces en la red de media tensión Descargas atmosf éricas   Figura 1. permiten la transferencia de cargas a fuentes alternas en condiciones de mantenimiento programado o emergencias. 3 a 0.  con  cualquier  valor  de corriente. cerrarán alguno de los switches (S12 o S23) para restablecer el servicio de la gran parte de la carga conectada normalmente al alimentador 2 (adelante del switch S2). es necesario cerrar y  abrir  periódicamente  el  switch  (NO)  como  una  operación  de  mantenimiento  preventivo. El tiempo típico de coordinación entre curvas debe ser de 0.  los  elementos  de  sobrecorriente  de  tiempo  inverso  deben coordinarse  para  todas  las  fallas  que  se  puedan  presentar. Para  fallas  en  el  alimentador. se tendrá que trasladar personal de campo hasta la ubicación de los switches y operarlos manualmente; por lo que el restablecimiento del sistema podría tardar algunas horas. La  figura  3  muestra  un  ejemplo  de  coordinación  de  elementos  de  corriente  de  tiempo inverso entre los relevadores del transformador y del alimentador.5/12/2014 Protección de alimentadores de distribución contra fallas simultáneas |  Constructor Eléctrico bloqueo. Dado que las maniobras de los desconectadores son poco frecuentes. la medición de la corriente en los relés del transformador y del alimentador fallido es prácticamente igual Proble mas de  coordinación con re le v adore s Para  fallas  de  circuito  en  un  sistema  de  distribución  radial. Después. Entonces.  el  operador  del  sistema  puede enviar  comandos  de  control  a  los  switches  de  la  red  de  distribución  desde  el  centro  de operación;  en  ese  caso. el personal de operación abrirá el switch desconectador S2 para aislar la falla.com/proteccion­de­alimentadores­de­distribucion­contra­fallas­simultaneas/ 3/8 .  Cuando no exista el telecontrol en este tipo de equipos. http://constructorelectrico.4 segundos. Para fallas en circuito.  el  tiempo  de  restablecimiento  durará  sólo  unos  minutos. Esta operación puede causar una falla simultánea de dos maneras: El sw itch f alla durante la prueba y queda cerrado Se presenta una f alla en el alimentador cuando el sw itch está cerrado   Figura 2. Cuando  exista  telecontrol  en  el  punto  de  seccionamiento.  las  mediciones  de  los relevadores  de  sobrecorriente  del  transformador  del  lado  de  baja  tensión  y  la  del alimentador de sobrecorriente fallido son prácticamente la misma corriente (figura 2).  Por lo tanto. la separación (?t) de la curva es igual a 0.  como  se muestra en la figura 3.  los  ajustes  del  relé  del transformador (tap o palanca) se deben incrementar. Figura 3. Coordinación de protecciones (tiempo­corriente) para fallas en alimentadores En el ejemplo de la coordinación de la figura 3.3 segundos para una falla de corriente máxima de 6.  Si  la  carga  es  bastante  alta. El  relé  del  transformador  realmente  mide  la  suma  de  todas  las  corrientes  de  los alimentadores. El  elemento  de  sobrecorriente  del  relevador  de  respaldo  del  transformador  también  debe proteger a éste contra fallas transitorias o corrientes de falla de paso. http://constructorelectrico.com/proteccion­de­alimentadores­de­distribucion­contra­fallas­simultaneas/ 4/8 .5/12/2014 Protección de alimentadores de distribución contra fallas simultáneas |  Constructor Eléctrico Cuando ambos elementos tienen el mismo tipo de curva de tiempo­corriente. la curva tiempo­corriente  del  relé  de  sobrecorriente  del  transformador  debe  estar  situada  entre  la curva  del  relé  del  alimentador  y  la  curva  de  daño  del  transformador  de  potencia.  incluyendo  la  carga. En los ejemplos de las figuras 3 y 4 se muestran condiciones de poca carga (despreciable). la separación mínima entre las curvas se produce con el valor de la falla máxima.750 A. com/proteccion­de­alimentadores­de­distribucion­contra­fallas­simultaneas/ 5/8 . ya que el interruptor carece de recierre automático. incluso si el tipo de falla es de naturaleza transitoria. el relé de sobrecorriente de tiempo inverso del transformador es capaz de  disparar  simultáneamente  o  más  rápido  que  el  relevador  de  sobrecorriente  del alimentador. Por tanto. La  mala  operación  del  relé  de  protección  del  transformador  por  falla  simultánea  en alimentadores  desconectará  los  circuitos  fallidos.  pero  también  los  alimentadores  sanos.  Posiblemente.  la  restauración  del  servicio  llevará  varias horas. más la corriente de carga de los alimentadores sin falla. http://constructorelectrico. El personal operativo debe trasladarse a la subestación para volver a cerrar manualmente el  interruptor  del  transformador. Todas  las  cargas  alimentadas  por  el  transformador  quedarán  sin  potencial  debido  a  la operación  de  la  protección  del  lado  de  baja  tensión  por  la  falla  presentada.  sea  ésta  de naturaleza permanente o transitoria.5/12/2014 Protección de alimentadores de distribución contra fallas simultáneas |  Constructor Eléctrico Figura 4. El relé de  los  que  presentan  mal  funcionamiento  mide  únicamente  la  corriente  de  falla  del  propio circuito. el relé del lado de baja tensión  del  transformador  mide  la  corriente  de  falla  total  (suma  de  las  corrientes  en  todos los alimentadores fallidos). Para una falla simultánea. el relé de transformador mide una corriente mayor a la corriente medida por cada relé de los alimentadores fallidos Para una falla simultánea de dos o más alimentadores (ver figura 4). 850  A.6 – 0.6 – 0. Los márgenes de tiempos de operación son: 0.  y  0.  los  tiempos  de  operación  son  0. Suponemos  que  los  elementos  de  sobrecorriente  de  los  alimentadores  tienen  curvas tiempo­corriente idénticas y despreciamos las corrientes de carga para simplificar el caso.18 segundos (lapso demasiado corto para  coordinar  adecuadamente).  una  falla  puede  resultar  en  IT  =  6.42  segundos;  el  tiempo  de  operación  del  elemento  de sobrecorriente del respaldo será de 0.6  segundos  en  el  relevador  del  alimentador  2.35  segundos  en  el  relevador  del alimentador  1;  0.750  A;  I1  =  4.6  segundos  en  el relevador del transformador (figura 5).6  –  0. El relevador de protección de sobrecorriente de tiempo inverso del transformador puede operar indeseablemente durante una falla simultánea que involucra dos alimentadores La  figura  5  ilustra  un  problema  de  coordinación  de  protecciones  por  la  falla  simultánea mostrada en la figura 4.  Para  esta  falla.750  A;  I1  =  I2  =  3. Una falla simultánea de 6.  e  I2  = 1.  El relevador del transformador operará indeseablemente durante esta falla.  y  0.900  A.42 = 0.750 A provoca corrientes iguales para ambos alimentadores: IT = 6. En  otro  caso.375  A.5/12/2014 Protección de alimentadores de distribución contra fallas simultáneas |  Constructor Eléctrico Figura 5. http://constructorelectrico.6  =  0  segundos  para  el  relevador  del  alimentador  2. El margen de tiempo de operación es 0.  las  corrientes  de  los  alimentadores  pueden  ser  diferentes  para  fallas simultáneas.6 s.  El  relevador  del  transformador  puede  operar  de  forma indeseable durante esta falla.com/proteccion­de­alimentadores­de­distribucion­contra­fallas­simultaneas/ 6/8 .  El  tiempo  de  operación  del  elemento  de  sobrecorriente  para cada  alimentador  será  de  0.35 = 0.  Por  ejemplo.25 segundos para el relevador del  alimentador  1.  por ejemplo. por lo que existiría una adecuada coordinación de protecciones para este caso. el interruptor del alimentador 1 dispara primero.850  A.  las  corrientes  de  los  alimentadores  pueden  ser  diferentes  para  fallas simultáneas. Los márgenes de tiempos de operación son: 0.  los  relevadores  de  sobrecorriente  de  los alimentadores operarían con el elemento instantáneo (50).750 A.  una  falla  puede  resultar  en  IT  =  6.  y  0.25 segundos para el relevador http://constructorelectrico.35  segundos  en  el  relevador  del alimentador  1;  0.  pero  no  con suficiente rapidez para prevenir la mala operación del interruptor del transformador.000 A. y el elemento de sobrecorriente (51) del transformador no llegaría a operar.6  segundos  en  el  relevador  del  alimentador  2.6  segundos  en  el relevador del transformador (figura 5).375  A  con  falla  simultánea;  entonces. causando que la corriente del  alimentador  2  se  incremente  (este  ahora  lleva  el  total  de  la  corriente  de  falla).com/proteccion­de­alimentadores­de­distribucion­contra­fallas­simultaneas/ 7/8 .  los  tiempos  de  operación  son  0.35 = 0.  Por  ejemplo.  Para  esta  falla. La mayoría de los relevadores incluyen elementos de sobrecorriente instantánea (50).6 – 0. Los relevadores  del  transformador  y  de  los  alimentadores  coordinan  de  buena  manera  para fallas  simultáneas  si  la  corriente  de  falla  alcanza  el  valor  del  elemento  instantáneo  de  los alimentadores.  El relevador  del  alimentador  2  puede  disparar  en  menos  de  0.750  A;  I1  =  4. el elemento de sobrecorriente instantánea del alimentador está ajustado en 3.  e  I2  = 1. Para una corriente de falla de 6. El relevador de protección de sobrecorriente de tiempo inverso del transformador puede operar indeseablemente durante una falla simultánea que involucra dos alimentadores En la figura 6.5/12/2014 Protección de alimentadores de distribución contra fallas simultáneas |  Constructor Eléctrico En este ejemplo. ambos alimentadores registran 3.6  segundos. Figura 5. En  otro  caso.900  A. 6  segundos.375  A  con  falla  simultánea;  entonces. respectivamente. ——————————————————————————————————————­ Jorge Betanzos Manuel y Héctor E.  los  relevadores  de  sobrecorriente  de  los alimentadores operarían con el elemento instantáneo (50).  El relevador  del  alimentador  2  puede  disparar  en  menos  de  0. por lo que existiría una adecuada coordinación de protecciones para este caso.  y  0. y el elemento de sobrecorriente (51) del transformador no llegaría a operar. Eliseo Alcázar Ramírez. Sureste y Div. En este ejemplo. Schweitzer Engineering Laboratories. http://constructorelectrico. el interruptor del alimentador 1 dispara primero. por ejemplo. Jalisco. Altuve. David Sánchez Escobedo. Los relevadores  del  transformador  y  de  los  alimentadores  coordinan  de  buena  manera  para fallas  simultáneas  si  la  corriente  de  falla  alcanza  el  valor  del  elemento  instantáneo  de  los alimentadores. Comisión Federal de Electricidad. Inc.6  –  0. el elemento de sobrecorriente instantánea del alimentador está ajustado en 3. ambos alimentadores registran 3. Para una corriente de falla de 6.6  =  0  segundos  para  el  relevador  del  alimentador  2.  pero  no  con suficiente rapidez para prevenir la mala operación del interruptor del transformador.  El relevador del transformador operará indeseablemente durante esta falla.000 A.com/proteccion­de­alimentadores­de­distribucion­contra­fallas­simultaneas/ 8/8 . y Héctor J. La mayoría de los relevadores incluyen elementos de sobrecorriente instantánea (50).750 A. Lemus Zavala. Div. © 2014 Constructor Eléctrico. En la figura 6.5/12/2014 Protección de alimentadores de distribución contra fallas simultáneas |  Constructor Eléctrico del  alimentador  1. causando que la corriente del  alimentador  2  se  incremente  (este  ahora  lleva  el  total  de  la  corriente  de  falla).