ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA - ELECTRÓNICAUNIVERSIDAD DE TARAPACA ARICA - CHILE Curso : Protecciones eléctricas Guía : Protecciones de sobrecorriente Carrera : Ingeniería Eléctrica Profesor : Ildefonso Harnisch Veloso 1. La corriente de entrada a un relé CO-8 es de 10 A; su característica de operación se muestra en la Fig. p1. Determinar el tiempo de operación del relé para las posiciones de toma y del dial de tiempo siguientes: a) Tap = 1.0, DT = 1/2; b) Tap = 2.0, DT = 1.5; c) Tap = 2.0, DT = 7; d) Tap = 3.0, DT = 7 y e) Tap = 12.0, DT = 1. Fig. p1 2. Considerar de nuevo el caso b) del problema 3 de la guía 1. Sea la impedancia de carga 4.9 + j0.5 Ω la impedancia de entrada de un relé de sobrecorriente con retardo de disco de inducción C0-7, cuya característica de operación se ilustra en la Fig. p2. Para un ajuste de toma de 5 A y un ajuste de 2 del dial de tiempo, determinar el tiempo de operación del relé. Fig. p2 3. El TC del problema 3 de la guía 1, se utiliza para accionar un relé CO-8 que se encuentra ajustado en el tap 5 A y el dial de tiempo en 4. Determinar el tiempo de operación del relé si la corriente de falla primaria es de 500 A y su impedancia de entrada es de 4 Ω (burden del TC). 4. Calcular el ajuste (tap y lever), de un relé de sobrecorriente de tipo IAC51 conectado a través de un TC de 1000/5, para que opere con una corriente mínima de 1200 A y con una corriente de cortocircuito de 8000 A y su tiempo de operación sea de 1 segundo. Las curvas tiempo – corriente se muestran en la Fig. p4 y sus características son: TAP 51: 4-5-6-8-10-12-16; TAP 50: 20-40-60-80. 2 20 15 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1.5 10 9 8 Time in Seconds 1 7 0.9 6 0.8 Time Dial Setting 0.7 5 0.6 4 0.5 3 0.4 2 0.3 0.2 Time Unit 1 0.15 1/2 0.1 0.09 0.08 0.07 Instantaneous 0.06 Unit 0.05 0.04 Max 0.03 0.02 Min 0.015 0.01 1 1.5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 30 40 50 60 70 8090 1.5 2 3 4 5 6 7 8 9 Multiples of Pick-Up Setting Relé de sobrecorriente de tiempo inverso IAC51 TAP 51: 4-5-6-8-10-12-16 A; TAP 50: 20-40-60-80 A. Fig. p4 3 5. Se tiene un sistema radial de 60 Hz que se muestra en la Fig. p5 cuyos datos se dan en las tablas indicadas. 1 2 3 B1 B2 B3 400 / 5 200 / 5 200 / 5 345 / 34.5 kV C1 C2 C3 R1 R2 R3 CO-8 CO-8 CO-8 Fig. p5 Cargas Máximas Barra MVA F.P ind. 1 11.0 0.95 2 4.0 0.95 3 6.0 0.95 Corrientes de falla simétrica Barra Falla máx. (3Φ) (A) Falla mín. (1Φ ó 2Φ) 1 3000 2200 2 2000 1400 3 1000 700 Seleccionar los ajustes de los relés para proteger el sistema contra cortocircuitos. Supóngase que cada interruptor trifásico es comandado por un relé CO-8 (Westinghouse Electric Corporation), con un intervalo de tiempo de coordinación de 0.3 segundos. Considérese un voltaje de 34.5 kV en las barras durante operación normal. En las cargas se incluye el crecimiento futuro, de modo que se dan las cargas máximas durante el funcionamiento del sistema. 6. Evaluar la coordinación para corrientes de falla mínimas del problema 5. Para los ajustes seleccionados, a) determinar el tiempo de operación de los relés R2 y R3 para una corriente de falla de 700 A en la barra 3, b) determinar el tiempo de operación de los relés R1 y R2 para una corriente de falla de 1400 A en la barra 2. ¿En todos los casos las relaciones de corriente de falla a corriente pick up son ≥ 2.0 (un requerimiento para la operación confiable del relé)? ¿Los intervalos de tiempo de coordinación son ≥ 0.3 segundos en todos los casos? 7. Repetir el problema 5 para los siguientes datos del sistema. Carga máxima Corriente de falla simétrica Barra MVA F.P atrasado Máxima (A) Mínima (A) 1 9.0 0.95 5000 3750 2 9.0 0.95 3000 2250 3 9.0 0.95 2000 1500 4 Considerar los TC en las razones siguientes: TC-R1: 600/5; TC-R2: 400/5 y TC-R3: 200/5. 8. Por medio de los ajustes seleccionados en el problema 7, evaluar la coordinación de los relés para las corrientes de falla mínimas. ¿Las relaciones de corrientes de falla a corriente pick up son ≥ 2.0 y los retardos de coordinación son ≥ 0.3 segundos en todos los casos? 9. Para el sistema radial de 11 kV de la Fig. p9, calcular los ajustes de los relés para proteger el sistema. Suponer que todas las cargas tienen el m ismo factor de potencia. 11kV 3 2 1 B1 B2 B1 400 / 5 200 / 5 200 / 5 C3 C2 R3 R2 R1 C1 CO-7 CO-7 CO-7 C3 = 6.75 MVA C 2 = 2.5 MVA C1 = 4 MVA I CC3 = 3200 A I CC2 = 3000 A I CC1 = 2500 A Fig. p9 10. El sistema de la Fig. p10, se protege con un relé IAC51 cuyas características se indicaron en el Problema 4. Suponga que la corriente de partida del motor es 6 veces la corriente nominal y que demora aproximadamente 0.4 segundos en partir. Determinar las protecciones necesarias, calculando TAP y LEVER y grafique la curva de operación del relé indicando claramente los valores de tiempos y corrientes más importantes. Sistema 400 / 5 equivalente M.I 1 MVA SCC3f = 5 MVA 300 kVA 250 kVA 13.8 / 0.38 kV 0.38 kV R Fig. p10 X = 5% b.p f .p = 80 % 50 / 51 5 11. 30 Mva 138 kV A B C 80 Mva 50 50 51 51 I CC3φA = 13 kA I CC3φB = 8.6 kA I CC3φC = 6.2 kA Fig. p11 TC; corrientes nominales primarias: 10, 15, 25, 40, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 600, 800, 1200, 3000, 4000. Suponer las corrientes mínimas de cortocircuitos se producen para un cortocircuito bifásico aislado. a) Dimensionar los TC utilizando el criterio de la carga nominal y el criterio de la norma ANSI, b) calcular los Taps de los relés IAC51, c) calcular los ajustes de los relés 50 en veces tap del relé 51, d) coordinar el relé 51 A, sabiendo que el relé 51 B opera en la curva 2 y e) verificar coordinación para corriente de falla máxima en B y f) verificar si el relé 51 A opera para falla mínima en barra C. 12. Se tiene el sistema radial de la Fig. p12 protegido con relés numéricos de sobrecorriente de tiempo inverso según norma IEC. TAP: 1-12 A en pasos de 1 A. Dial de tiempo: 0.05 al 1. TC MR 600/5: 50/5-100/5-150/5-200/5-250/5-300/5-400/5- 450/5-500/5-600/5. A B C ZS RA RB C1 C2 C3 IN 200A 160A 80A I Fmin 3500A 2000A 1000A I Fmax 4000A 3000A 1500A Fig. p12 6 Se solicita: a) Especificar los transformadores de corriente, b) calcular los Tap de los relés, c) determinar la posición del dial de tiempo de cada relé y d) verificar coordinación para falla mínima en la barra B. 13. El sistema de la Fig. p13 está protegido con relés de sobrecorriente tipo IAC 51 (Problema 4). Todos los datos están en pu base 10 MVA. Considerando para el relé 50-1 un ajuste de 1.5 veces la corriente nominal, determinar: a) las protecciones necesarias, calculando TAP y LEVER de los relés para la generación máxima indicada y b) los tiempos de operación de los relés para una falla en el secundario del transformador. Repetir el problema, considerando que el ajuste para el relé 50-1 es un 50 % de la corriente de cortocircuito trifásica máxima vista por el relé R1. 10 MVA Sistema 800 / 5 15 MVA 1500 / 5 equivalente Xeq =0.14 pu X L = 0.05 pu 10 MVA R2 13.8 / 4 kV R1 X = 6% 50 / 51 50 / 51 Fig. 13 14. En el sistema trifásico de la Fig. p14, determinar las protecciones necesarias, calculando TAP y LEVER de los relés y el porcentaje de línea protegido por el 50-2. Los relés de sobrecorriente 2 y 3 son de tipo IAC51A. El relé 1 es un G. E. Multifunción 760. La corriente de cortocircuito trifásico en la barra 1 es de 437,4 A. Datos en pu, base 10 MVA. 1 3 3MVA 2 1MVA 50 / 5 100 / 5 100 / 5 ZL = 0.1 + j0.4 66 / 6.6 kV R1 X = 0.15 R2 R3 1MVA 6.6 kV 50 / 51 50 / 51 50 / 51 Fig. p14 B D E Curva de operación relé multifunción t op = k ⋅ A + + + 760 de la GE; las constantes M − C ( M − C ) 2 ( M − C )3 utilizadas para la curva IAC inversa son: A = 0.2078; B = 0.8630; C = 0.8000; D = −0.4180; E = 0.1947 7 15. En el sistema cuyo diagrama unilineal se muestra en la Fig. p15: a) determinar la corriente nominal y de cortocircuito trifásico en cada interruptor. b) Seleccionar la razón de los TC, considerando el criterio de la corriente nominal y la norma ANSI, y que son de clase C100, con un burden de 1 Ω, que pueden soportar una sobrecarga permanente del 20 % y que Ith= 60 IN por 1 seg, con f=50 Hz. Se dispone de TC de 100/5; 150/5; 250/5; 300/5; 400/5; 500/5; 600/5; 800/5; 1100/5; 1200/5, c) determinar los ajustes de los relés de fase asociado a cada interruptor: TAP y dial de tiempo (LEVER) del elemento temporizado y TAP del instantáneo, de manera que el sistema de protecciones sea selectivo. Los relés son del tipo IAC. Las cargas son no rotativas. Considerar el ajuste del elemento 50-1 igual al 50 % de la corriente de falla máxima vista por R1, d) de acuerdo con los ajustes de los relés 51-1; 51-2 y 51- 3, determinar el porcentaje de sobrecarga real a que pueden quedar sometidos los equipos protegidos por estos relés, e) calcular el porcentaje de línea protegido por el instantáneo del relé asociado al interruptor 2 y f) dibujar el gráfico de coordinación obtenido. A B C 4 3 2 1 X L = 1.125 Ω 25 MVA 115 / 13.2 kV c / u : 3MVA X = 4.8% b.p f.p = 0.95 SCC3φA = 950 MVA Fig. p15 16. En el Sep de la Fig. p16 determinar: a) los ajustes necesarios calculando Tap y Lever de los relés considerando que los relés de sobrecorriente son del tipo IAC con elemento instantáneo. Considerar las unidades inversas con carácter de sobrecarga del 20%. Para el relé 50 -2 usar un factor 1.3, b) los tiempos reales de operación de los relés R1 y R2 para fallas trifásicas en los puntos 1 y 2 justo a la derecha de los TC; verificar si las unidades instantáneas operan para cada una de estas fallas, y c) analizar los resultados suponiendo que el relé 50 – 2 por alguna causa no opera (revisar la coordinación para una falla a la derecha del TC 2).Todos los datos en % con SB = 1000 kVA. 1 50 5 2 100 5 100 kVA M.I 660 V t p = 0.2 seg x = 18 % 1000 kVA Ip = 7I N 50-51 50-51 R1 x = 12 % R2 13.2 0.66 kV Fig. p16 8