Resumen de Tesis Segovia y Aguirre y Pino, director de tesisM.Sc
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1. 6 International Standard IEC 60044 12. ESTUDIO DE COORDINACI N DE LAS PROTECCIONES ELECTRICAS POR M TODOS COMPUTARIZADOS APLICADOS A LA SUBESTACI N GUAYACANES Jorge Leandro Segovia Tello Pedro Andr s Aguirre Marret Diego Fernando Pino Guanoluisa Facultad de Ingenier a en Electricidad y Computaci n Escuela Superior Polit cnica del Litoral ESPOL Campus Gustavo Galindo Km 30 5 v a Perimetral Apartado 09 01 5863 Guayaquil Ecuador jorge lesegovia Whotmail com pedres 230hotmail com dxp007WMhotmail es Juan Saavedra Escuela Superior Polit cnica del Litoral Ingeniero El ctrico Especialidad Potencia jsaavedra Whidronacion org Resumen Estudios de coordinaci n de las protecciones el ctricas por m todos computarizados aplicados a la Subestaci n Guayacanes tiene como objetivo principal coordinar el sistema de protecciones de la Subestaci n mencionada mejorando su nivel de confiabilidad y continuidad de servicio al rea residencial de la ciudad de Guayaquil coordinando de una manera adecuada todos los elementos de protecci n existentes en la Subestaci n Tras realizar el levantamiento en el que se recopilaron todos los datos del sistema el ctrico de la Subestaci n se procedi a realizar los estudios de flujo de carga an lisis de corto circuito para finalmente proponer un sistema adecuado de protecciones mediante el uso de herramientas modernas con la finalidad de aumentar eficiencia la selectividad y continuidad de servicio del sistema Palabr
3. 3 2 An lisis de la Situaci n Actual de Carga Fusibles 3 2 1 Curvas de carga diaria Gyc2 1 dea 0 01619 0 03366 Guayacanes 1 Gyc 2 2 Fusibles 180 0 01799 0 0374 3 000 000 000 2 2 penas T Fusibles 3 i NS 0 03997 0 08311 1 500 000 000 000 000 000 did Fusible 4 0 00999 0 02078 0 00 4 48 9 36 14 24 19 12 0 00 4 48 F ibi HORAS DEL DIA Fusible 4 1 0 04996 0 10389 Tabla 1 Datos de las L neas POTENCIA Figura 3 1 Curva de Carga Diaria Guayacanes 1 3 3 2 Datos del Transformador de Poder Guayacanes 2 Transformador de Potencia de la Subestaci n 6 000 000 000 Tipo de a Md 18 24 13 8 F 2 4 000 000 000 E O OS SV as Tabla 2 Datos del Transformador de Poder 0 00 4 48 9 36 14 24 19 12 0 00 4 48 HORAS DEL DIA 3 4 Resultados de los Estudios de Flujo de Figura 3 2 Curva de Carga Diaria Guayacanestt2 Carga El an lisis de flujo de carga muestra lo siguiente Guayacanes 3 3 000 000 000 e _2 500 000 000 Y a 2 000 000 000 yne meo 91 500 000 000 l ahii t 1 000 000 000 Guayacanes 3 so Y baak j A F AAA ya e e T gt E pa 4 48 na ii ii bi 4 48 i Ap A o HORAS DEL DIA s peee ms EA rara pp l Aiea 1 pex Loro L o Figura 3 3 Curva de Carga Diaria GuayacanesH3 d a MA o T H Jo pan Guayacanes 4 Figura3 4 Estudio de Flujo de Carga 5 000 000 000 Z E gn 3 5 Voltajes en las Barras del Sistema en apar ra O M xima Generaci n Minima Generaci n 2 000 000
4. falla trif sica 2 1 cuando se busca las magnitudes m ximas de E E al fi 2 2 corriente de falla sin embargo se verificara que la F a Fusibl l E E corriente de falla a tierra no exceda la corriente E 4 Fusil Se trif sica Gyc 4 mE Fusible EE pp 4 2 MVA de Corto Circuito Tabla 4 Carga en los Conductores y Transformador de e Potencia de Corriente de Falla de Poder M xima Generaci n Tipo falla falla MVA Amp Trif sica LLL _ 4417 L nea Tierra L T 3033 Base 100 77 69 kv Tabla 6 Potencia de Cortocircuito M x Gen mtia aso aa UneaTeratn 3i 23 Tabla 7 Potencia de Cortocircuito M n Gen Desde Hasta Lim of Perdida Perdida ama Baa MW Muar mva mva mua smw smvar Barra Barra 10 3 10 7 59 6 A Ea a a A a A E E T 13 8 kv ad 0d dl A IE 13 8 kv FAFARA LALALA pp 13 8 kv s3 13 8 kv Gyc 1 Fusible hol El SA EE Gyc 1 Gyc 1 1 Fusible Fusible s1 s1 1 Gyc 2 Gyc 2 1 4 3 Impedancias Equivalentes en el Punto de Entrega IMPEDANCIAS EQUIVALENTES PARA MAXIMA GENERACION Secuencia R jX Ohms R jX p u X R Pier rpo s2 1 liado Lol llo s2 1 Gyc 2 2 Fusible s2 2 a e p e s3 53 1 A e A Bl A EE gt AE E E Tabla s e EE Max Generaci n 4 1 o o N Gyc 2 1 Fusible s2 Zeq 1 3455 j8 9183 0 0282605 j0 1873189 6 6283 IMPEDANCIAS EQUIVALENTES PARA MINIIMA GENERACION Secuencia R jX Ohms R jX p u X R 1 4034 j9
5. 000 i i Volt Volt Volt Volt 0 00 4 48 9 36 14 24 19 12 0 00 4 48 Barra Nom kV p u KV Nom kV Volt p u Volt kV AA Barra de 69 kv 1 1 i dd Barra de Figura Curva de Carga Diaria Guayacanes 4 0 98726 0 99362 3 3 Datos del Sistema 3 3 1 Datos de las Lineas 1397 i Distancia Lineas m Impedancia en p u Barras Barras Metros R X Barra de 13 8 kv 0 03158 Barra de 13 8 kv 0 01359 0 02826 1 4 1 5 5 3 f i f 2 1 6 Barra de 13 8 kv Barra de 13 8 kv 0 30689 0 01839 0 03823 Tabla 5 Carga en los Conductores y Transformador Tabla 3 Voltajes en las Barras del Sistema de Poder M nima Generaci n Fusible Fusible 1 0 1 1 10 10 1 4 1 4 2 3 6 Carga en los Conductores y Transformador de Poder 4 Estudio de Corto Circuito mena moma MW mar mva pyn mva mw mar l 4 1 Al de los Estud de Cort EE A a E A EME A A Considerando que el Sistema El ctrico de Barra Gyc 2 Reg i 13 8 kv Guayaquil se caracteriza por ser un sistema Barra Fusibles P A A ee s lidamente aterrizado el estudio de corto circuito Ba Gyc 4 k Akae A considera los siguientes tipos de falla SAA 1 Gyc 1 AAA A e Falla Trif sica a tierra Kal aa 10508 o el a Bl AR a 1 1 1 Gyc 2 Gyc 2 1 1 6 3 6 35 7 Pe e La falla trif sica a tierra es a menudo para este tipo 2 7 de sistema la m s severa de todas por ello es 2 1 ea Fene Paez 70 40 ns costumbre de simular solamente la
6. 5848 0 0294763 j0 2013195 6 8299 Zeq 0 2 2790 j 21 2547 0 0478683 j0 4464339 Tabla 9 Impedancia Equivalente Min Generaci n Zeq 4 4 Resultados del Estudio de Cortocircuito F Trif sica F L nea F Trif sica A Tierra A A Tierra A 4485 37 4152 47 6982 7 6797 93 6534 23 6378 26 6005 52 5880 65 6630 34 6469 26 7030 42 6841 03 6708 49 6539 62 6582 6 6421 89 6342 84 6196 34 5938 97 5815 36 5614 06 5508 23 4932 86 4857 93 4452 57 4396 01 4671 37 4597 71 4553 46 4485 43 3714 58 3677 21 abla 10 Resultados del Estudio de Cortocircuito Barra Barra 69 kv Barra 13 8 kv Gyc 1 Fusibles 1 Fusibles 1 1 Gyc 1 1 Gyc 2 Gyc 2 1 Fusibles 2 Fusibles 2 1 Gyc 2 2 Fusibles 2 2 Fusibles 3 Fusibles 3 1 Gyc 4 Fusible 4 Fusible 4 1 Fusible 4 2 5 Estudio de Coordinaci n Los estudios de flujo de carga y corto circuito de la Sub Guayacanes son la base para el ajuste y coordinaci n de las Protecciones del Sistema 5 1 Esquema de Protecciones de la Subestaci n Figura 5 1 Esquema de Protecciones de la Subestaci n Guayacanes 5 2 Protecci n de la Subestaci n Patio de 69 KV Seccionador de Aire con Cuchillas de Tierra Marca MEMCO Corriente Contin a 600 A Corriente de Interrupci n Instant nea 40 KA BIL 350 KV Portafusibles Marca S amp C Tipo SMD 1 Fusibles Puentes Interruptor en Gas SF6 GCB Marca ABB Corriente Continua 2000 A Corriente de Interru
7. as Claves Coordinaci n Flujo de Carga Corto Circuito Rel TPU 2000R ABB Abstract Studies of electrical protection coordination by computerized methods applied to Guayacanes Substation Main objective is to coordinate the safeguards system of the substation mentioned improving their reliability and continuity of service to the residential area of the city of Guayaquil coordinating of a proper way all the elements of protection in the substation After conducting the survey in which data was collected of all the electrical system of the substation we proceeded to perform the load flow studies short circuit analysis to finally propose an adequate system of protection by using modern tools in order to increase efficiency selectivity and system service continuity Key Words Coordination Load Flow Studies 1 Introducci n El presente trabajo corresponde al proyecto final de la materia de graduaci n Estudio de la Coordinaci n de las Protecciones en base a Herramientas Computacionales Aplicables a Sistemas de Distribuci n Los sistemas coordinados de protecci n representan no solo seguridad selectividad y continuidad de servicio sino tambi n intervienen factores econ micos Un sistema de protecciones muy bien coordinado ayuda a justificar la inversi n que realizan las empresas en este caso la Empresa El ctrica de Guayaquil al adquirir equipos tales como transformadores de potencia transformadores de distrib
8. d nominal lo que indica que esta en un buen punto de operaci n y mantiene un margen de reserva razonable De acuerdo al estudio de Cortocircuito que obtuvo que los valores m ximos de las corrientes de cortocircuito se presentan para el caso de demanda m xima La coordinaci n de las protecciones proviene de los estudios de flujo de carga y cortocircuito que son fundamentales para la correcta selecci n y ajuste de los equipos de protecci n que permitir brindar una mejor calidad de energ a el ctrica al usuario Se recomienda realizar revisiones constantemente al sistema y la instalaci n de i ntellirupters en las alimentadoras que poseen un alto ndice de fallas seg n los datos estad sticos de las zonas falladas ya que este dispositivo puede operar como interruptor de fallas o con las opciones adecuadas se puede integrar a un sistema SCADA Bibliograf a 1 Institute of Electrical amp Electronics Engineers Instituto de Ingenieros el ctricos y electr nicos IEEE IEEE Standard Requirements for Instrument Transformers 2 ABB Substation Automation and Protection Manual de Instrucciones Unidad de Protecci n de Transformadores ABB 2000kR 3 GENERAL ELECTRIC Distribution System Feeder Overcurrent Protection 4 McGraw Edison Distribution System Protection Manual Capitulo 6 5 Jos Layana Chancay An lisis de Fallas en Sistemas El ctricos de Potencia ESPOL 2010
9. este a su vez al lado de alta del transformador de poder de capacidad 18 24 MVA A Y OA FA respectivamente cuya relaci n de transformaci n es de 67 KV 13 8 KV posee una impedancia de corto circuito de 6 97 el cual es protegido con un RELE TPU 2000 R cuya marca es ABB el cual se conecta a un seccionador de aire principal de 1200 amperios en baja la cual alimenta a la barra principal 13 8 KV Para aumentar la confiabilidad la S E Guayacanes tiene una configuraci n de barra principal y de transferencia De la barra principal 13 8 KV salen 4 alimentadoras cada una protegida mediante Reconectadores 3 Estudios de Flujo de Carga 3 1 Criterios Adoptados para el Estudio 3 1 1 Flexibilidad Operacional El sistema podr funcionar alimentado por la Empresa El ctrica sin ninguna restricci n 3 1 2 Niveles de Confiabilidad El sistema debe proveer la continuidad del servicio y la alimentaci n a todas las instalaciones en forma prioritaria ante la existencia de falla de un elemento del Sistema 3 1 3 Niveles de Sobrecarga No se aceptan sobrecarga en los cables del Sistema mayores a la cargabilidad establecida en las especificaciones t cnicas Para el caso de los Transformadores Convencionales de Fuerza la carga no debe exceder su capacidad OA 3 1 4 Regulaci n de Voltaje Los voltajes a nivel de barras del Sistema no deben exceder del 2 5 hacia arriba y 2 5 hacia abajo ante cualquier contingencia operativa
10. pci n M xima 40 KA BIL 350 KV Transformador de Poder Pararrayos sobre el transformador del lado de alta tensi n de marca HITACHI Voltaje nominal 60 KV MCOV 50 KV Pararrayos sobre el transformador del lado de baja tensi n de marca HITACHI Voltaje nominal 12 KV MCOV 10 KV Patio de 13 8 KV Seccionador de Aire Principal Marca MEMCO Voltaje nominal 15 KV Corriente Contin a de 1200 A Corriente de Interrupci n Instant nea 61 KV BIL 110 KV Posee 4 Reconectadores marca COOPER aislados en aceite de tipo WE Voltaje nominal 14 4 KV Corriente Continua de 560 A Corriente de Interrupci n m xima de 10 KV BIL 110 KV Cada alimentador posee una cuchilla seccionadora marca MEMCO con una Corriente Continua de 600 A Corriente de Interrupci n Instant nea 40 KA BIL 110 KV adem s de fusibles tipo K aguas debajo de la alimentadora 5 3 Ajuste de las Protecciones Puesta en Trabajo del Transformador de Poder Lado de Alta Tensi n 1 3 Lado de Baja Tensi n 1 3 Puesta en Trabajo de Equipos aguas abajo del Transformador de Poder Disparo Instant neo de Sobrecorriente IFAtaMAX Reconectador 15 TY Fusibles IFALLAMAX 5 3 1 Ajuste del 87T Curva de caracteristica diferecial de porcentaje Error de los Transformadores de Corriente 5 Error debido a la Corriente Inrush 5 Transformador con cambiadores de Taps 10 Error Intr nseco de la Pendiente 3 9 Total 23 9 5 3 2 Ajuste del Rel de Sec
11. uci n generadores l neas de transmisi n y breakers de alta tensi n Adem s el estudio de coordinaci n de las protecciones el ctricas requiere de etapas previas al mismo que garanticen una manera segura y ptima la calibraci n y ajuste de los dispositivos a usar en el sistema de protecciones el ctricas siendo el an lisis de flujo de carga y el de corto circuito las m s importantes y necesarias La primera permite establecer las condiciones actuales de los elementos del sistema el ctrico mientras que el an lisis de corto circuito determina la magnitud de los esfuerzos el ctricos a los cuales podr an ser sometidos los equipos del sistema en caso de producirse una falla de determinadas caracter sticas ya sean producidas por descargas atmosf ricas u otros factores comunes en sistemas de distribuci n Por tal motivo es que Estudios de coordinaci n de las protecciones el ctricas por m todos computarizados aplicados a S E Guayacanes describe y analiza dichas etapas con el fin de establecer los criterios bajo los cuales se propondr un sistema de protecciones coordinado basado en el uso de herramientas computacionales 2 Descripci n General del Sistema El ctrico La subestaci n Guayacanes es alimentada por la ELECTRICA DE GUAYAQUIL a nivel de 69 KV a este nivel hay un seccionador de aire con cuchillas de tierra el cual se conecta mediante cables 4 0 ACSR luego se conecta al interruptor en gas SF6 GCB y
12. uencia Negativa La corriente de secuencia negativa es igual al 58 de la corriente en alta y baja bas ndonos en la Norma ANCI C50 12 5 4 Coordinaci n La corriente de arranque del 51 se la ha calibrado de tal forma que el transformador trabajara no solo en condiciones nominales sino tambi n sobrecargado El tiempo de operaci n fue coordinado con los tiempos de los equipos de protecci n aguas abajo al transformador de poder 5 5 Resumen de la Coordinaci n MO 51 Lado de Alta 51 Lado de Baja Los 34 4 A 34 4 A 50 Lado de Alta 50 Lado de Baja 4485 77 A 8250 77 A Intervalo de Coordinaci n 0 24 s Tabla 11 Resumen de la Coordinaci n 5 6 Curvas de Coordinaci n 109 ol 70 Corriente en ampe os x 18 13 8 Kv x0 206 a E7KV y x 0 209 a 6Skv 5 4 Transtormaccr lempo ense T By VAE CA h A 1 X a X A a NA N pip k A y N A n N N a N A m S e a R ja an eT A E Xx EA Fmax A N E EEEE EEE TOODO EEEE aio a000 O Aa Figura 5 2 Curvas de Coordinaci n 6 Conclusiones y Recomendaciones El estudio de flujo de carga determin que las l neas se encuentran cargadas a menos del 50 de su capacidad nominal Esta condici n permite la trasferencia de carga entre alimentadoras sin presentar problemas de voltaje o sobrecarga El transformador de la subestaci n 18 24 MVA se encuentra cargado al 83 8 de su capacida
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