Calculo de Ajustes y coordinación de Protecciones

a)Zona 1 b)Zona 2 tZ2=0.4 (s)

c) Comprobación de ajuste de Z2 para una falla máxima en la barra de 6.3kV de la SE Textilera 110kV.

Dónde:

Kct=Coeficiente de distribución de corriente.

Icc = Corriente que circula por la protección cuando ocurre el cortocircuito máximo en la baja del transformador (A).

Ict = Corriente que circula por el transformador con el cortocircuito máximo (A). Zt= Impedancia en (Ω) del transformador.

Para la determinación del Kct se tuvo en cuenta el régimen de máxima generación:

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

45

Los parámetros para el cálculo de la impedancia del transformador son:

Para conocer Zt en ohms:

Para determinar Zt tenemos que:

Entonces:

Como resultado de los cálculos anteriores podemos decir que el ajuste de Z2 no es sensible para fallas en la barra de 6.3kV de la SE Textilera 110kV.

 Comprobación del ajuste de Z2 para una falla máxima en la barra de 34,5kV de la SE Santa Clara Industrial.

Los parámetros para el cálculo de la impedancia del transformador son:

Para conocer Zt en ohms:

Para determinar Zt tenemos que:

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

46

Como resultado de los cálculos anteriores podemos decir que el ajuste de Z2 no es sensible

para fallas en la barra de 34.5kV de la SE Santa Clara Industrial 110kV.

 Comprobación del ajuste de Z2 para una falla máxima en la barra de 34,5kV de la SE Camajuaní 110kV.

Los parámetros para el cálculo de la impedancia del transformador son:

Para conocer Zt en ohms:

Para determinar Zt tenemos que:

Entonces:

Como resultado de los cálculos anteriores podemos decir que el ajuste de Z2 no es sensible para fallas en la barra de 34.5kV de la SE Camajuani 110kV.

c)Zona 3(teniendo en cuenta la carga de los transformadores de Santa Clara Industrial sin más generación adicional).

 Comprobación de ajuste de Z3 para carga máxima

Para la comprobación del ajuste de Z3 para el estado de carga máxima asumiremos una tensión de línea ajustada al 95% de la tensión nominal (Vn=110kV), mientras que para los MVA de carga tomaremos el resultado obtenido en las corridas de flujo de carga del PSX.

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

47

En relación a esto tenemos que decir que tomamos un estado de operación donde por el

8340 se está dando servicio a los transformadores de Santa Clara Industrial.

Teniendo en cuenta que el ajuste de Z3 es menor que la impedancia de carga máxima podemos decir que la tercera zona no opera para estados de carga de máxima.

d)Zona 4

e)Coeficiente de compensación homopolar:

Como las características de la línea son similares para las diferentes zonas de operación podemos asumir que:

f)Alcance resistivo para fallas entre fases:

Por conveniencia tomaremos el siguiente valor: Para la determinación del alcance resistivo de Z2:

En relación al alcance resistivo para la zona 1 tenemos que . La determinación de Ra es posible mediante la utilización de valores tabulados que tienen en cuenta los diferentes niveles de voltaje, valores de corriente de falla y distancia entre conductores. Atendiendo a esto en la Tabla 1 de la Guía Técnica para los relevadores de distancia de la firma Areva tenemos que para una tensión entre fases de 110kV y una corriente de falla de 1kA el valor de Ra tabulado es:

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

48

Para ajustar a un valor adecuado de alcance resistivo para la zona 1 tenemos que:

g)Alcance resistivo para fallas a tierra:

Para determinar el alcance resistivo para fallas tierra para zona 2 tenemos que:

Para RG1 asumiremos un valor típico de acuerdo a la Guía Técnica de la firma Areva: h)Escalones de sobrecorriente direccional de fase:

Por regla general se utilizan dos o más escalones de sobrecorriente de fase que respaldan la operación de los elementos de distancia, en nuestro caso utilizaremos un escalón instantáneo (I.1) que dará respaldo sobre todo a la Z1en su función de dar protección primaria a la línea. En el caso del escalón con respaldo de tiempo (I.2), los tiempos utilizados ofrecerán un apoyo sobre todo al elemento de Z2.

Dónde:

El ajuste de I.1 no puede operar para fallas fuera de su respectiva línea por lo que se hace necesario la aplicación de un factor de seguridad de 1.3.

 Comprobando ajuste de I.2 para fallas máximas en la barra de 6.3kV de Textilera 110kV y las barras de 34.5kV de las subestaciones Camajuani 110kV y Santa Clara Industrial 110kV.

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

49

Para comprobar si el ajuste de I.2 es sensible a fallas en las referidas barras tenemos que:

Dónde:

Comprobación para el transformador de Textilera 110kV.

Comprobación para el transformador de Camajuani 110kV.

Comprobación para el transformador 110/34.5kV de Santa Clara Industrial 110kV.

Se puede comprobar en todos casos el ajuste de I.2 no es sensible para fallas en las barras de 6.3kV de Textilera 110kV y las barras de 34.5kV de Camajuaní 110kV y Santa Clara Industrial 110kV.

 Comprobando sensibilidad del ajuste de I.2:

El ajuste de I.2 tiene que garantizar la protección de la sección de línea que no es cubierta por I.1 y brindar respaldo a las líneas adyacentes en todas las condiciones de operación posibles, por lo que es necesario la comprobación de su ajuste para una falla para la cual circule la mínima corriente de fase en régimen de mínima generación.

Dónde:

Por lo general para la determinación de Icmin se utiliza el cortocircuito bifásico en la barra de la subestación adyacente.

En general un ks menor de 1.5 podría ser discutible, pero teniendo en cuenta que el tiempo de operación de I.2 es superior al tiempo de operación de la Z1 de la línea adyacente el coeficiente de sensibilidad obtenido es tolerable.

i)Escalones de sobrecorriente direccional de tierra:

De manera similar a los escalones de fase, la utilización de ajustes para la operación de los escalones de sobrecorriente de tierra tiene la función de respaldar la operación de los distintos elementos de la distancia para las fallas a tierra.

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

50

El elemento instantáneo (IN.1) deberá ser ajustado de forma tal, que el mismo no opere

para fallas a tierra en la barra de la subestación adyacente. Relativo al escalón con retardo de tiempo (IN.2), el mismo estará ajustado para la detección de corrientes homopolares superiores a la corriente de desbalance en estado de carga máxima.

Dónde:

 Comprobando sensibilidad de ajuste de IN.2:

Dónde:

El valor mínimo aceptable para en coeficiente de sensibilidad para este escalón de tierra es de 1.2 por lo que el valor obtenido es aceptable.

j)Escalones de respaldo de secuencia negativa

Los escalones de secuencia negativa son utilizados sobre todo para ofrecer respaldo a las Z3 de las diferentes líneas, por lo que sus tiempos de operación son elevados para el caso del elemento de retardo de tiempo (I2.2) el cual debe ser capaz de detectar asimetrías superiores a las correspondientes al estado de carga máxima. El elemento instantáneo (I2.1) por su parte debe ser ajustado para que el mismo no sea sensible a las corrientes de secuencia negativa producto de fallas en las barras opuestas de las líneas protegidas. Dónde:

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

51

2.Línea Santa Clara 220kV –Camajuani 110kV (CM-101)

. a)Zona 1

b)Zona 2

tZ2=0.4 (s)

 Comprobación de ajuste de Z2 para una falla en la barra de 6.3kV de la SE Textilera 110kV:

Dónde:

Kct=Coeficiente de distribución de corriente.

Icc = Corriente que circula por la protección cuando ocurre el cortocircuito máximo en la baja del transformador (A).

Ict = Corriente que circula por el transformador con el cortocircuito máximo (A). Zt= Impedancia en (Ω) del transformador.

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

52

Los parámetros para el cálculo de la impedancia del transformador son:

Para conocer Zt en ohms:

Para determinar Zt tenemos que:

Entonces:

Como resultado de los cálculos anteriores podemos decir que el ajuste de Z2 no es sensible para fallas en la barra de 6.3kV de la SE Textilera 110kV.

 Comprobación del ajuste de Z2 para falla máxima en la barra de 34.5kV de la SE Santa Clara Industrial.

Los parámetros para el cálculo de la impedancia del transformador son:

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

53

Para determinar Zt tenemos que:

Entonces:

Como resultado de los cálculos anteriores podemos decir que el ajuste de Z2 no es sensible para fallas en la barra de 34.5 kV de la SE Santa Clara Industrial 110kV.

c)Zona 3(teniendo en cuenta la carga de los transformadores de Santa Clara Industrial sin más generación adicional).

 Comprobación de ajuste de Z3 para carga máxima:

Para la comprobación del ajuste de Z3 para el estado de carga máxima asumiremos una tensión de línea ajustada al 95% de la tensión nominal, mientras que para los MVA de carga tomaremos el equivalente de potencia aparente para una corriente igual a la nominal de los transformadores de corriente del interruptor.

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

54

Teniendo en cuenta que el ajuste de Z3 es menor que la impedancia de carga máxima

podemos decir que la tercera zona no opera para estados de carga de máxima. d)Zona 4

e)Coeficiente de compensación homopolar:

Como las características de la línea son similares para las diferentes zonas de operación podemos asumir que:

f)Alcance resistivo para fallas entre fases:

Por conveniencia tomaremos el siguiente valor: Para la determinación del alcance resistivo de Z2:

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

55

Con respecto a la zona 1 asumiremos un valor típico de:

g)Alcance resistivo para fallas a tierra:

Para determinar el alcance resistivo para fallas tierra para zona 2 tenemos que:

Para RG1 asumiremos un valor típico

h)Escalones de sobrecorriente direccional de fase:

 Comprobando ajuste de I.2 para falla máxima en la barra de 6.3kV de SE Textilera 110kV y la barra de 34.5 kV de la SE Santa Clara Industrial 110kV.

Comprobando para el transformador de Textilera

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

56

Los resultados obtenidos de las anteriores comprobaciones demuestran que el ajuste de I.2

no es sensible para fallas en las barras de 6.3kV de la SE Textilera 110kV ni para fallas en la barra de 34.5kV de la SE Santa Clara Industrial.

 Comprobación de sensibilidad del ajuste de I.2:

El valor de ks para el correspondiente ajuste de I.2 demuestra que el mismo puede tener problemas para detectar fallas lejanas en régimen de mínima generación, por lo que se debería analizar con más cuidado la aplicación de tal ajuste, sin embargo, como puede apreciarse una disminución del mismo podría repercutir en la operación de dicho interruptor ya que las contribuciones por el mismo están bastante cercanas a la corriente de carga máxima (teniendo en cuenta la relación de transformación de los transformadores de corriente ) por lo que reducir I.2 buscando un valor de sensibilidad adecuado puede entrar en un estado de carga normal determinado provocando por consiguiente la operación incorrecta de la protección.

Teniendo en cuenta esto proponemos aplicar el ajuste ya determinado de I.2 el cual al menos da cobertura a la sección de línea que no cubre I.1.

i)Escalones de sobrecorriente direccional de tierra:

 Comprobando sensibilidad de ajuste de IN.2:

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

57

j)Escalones de respaldo de secuencia negativa:

3.Línea Camajuani 110kV- Remedios 110kV (CM-102)

a)Zona 1

b)Zona 2

tZ2=0.5 (s)

 Comprobación del ajuste de Z2 en el de una falla máxima en la barra de 34.5kVde la SE Remedios 110kV.

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

58

Los parámetros para el cálculo de la impedancia del transformador son:

Para conocer Zt en ohms:

Para determinar Zt tenemos que:

Entonces:

Como resultado de los cálculos anteriores podemos decir que el ajuste de Z2 no es sensible para fallas en la barra de 34.5kV en la SE Remedios 110kV.

c)Zona 3

 Comprobación de ajuste de Z3 para carga máxima.

Para la comprobación del ajuste de Z3 para el estado de carga máxima asumiremos una tensión de línea ajustada al 95% de la tensión nominal, mientras que para los MVA de carga tomaremos el equivalente de potencia aparente para una corriente igual a la nominal de los transformadores de corriente del interruptor.

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

59

Por tanto tenemos que:

Teniendo en cuenta que el ajuste de Z3 es menor que la impedancia de carga máxima podemos decir que la tercera zona no es sensible para estados de carga de máxima.

d)Zona 4

e)Coeficiente de compensación homopolar:

Como las características de la línea son similares para las diferentes zonas de operación podemos asumir que:

f)Alcance resistivo para fallas entre fases:

Por conveniencia tomaremos el siguiente valor: Para la determinación del alcance resistivo de Z2:

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

60

Por conveniencia tomaremos:

Con respecto a la zona 1 asumiremos un valor típico de: g)Alcance resistivo para fallas a tierra:

Para determinar el alcance resistivo para fallas tierra para zona 2 tenemos que:

Para RG1 asumiremos un valor típico

h)Escalones de sobrecorriente direccional de fase:

 Comprobando ajuste de I.2 para falla máxima en la barra de 34.5kV para la SE Remedios 110kV.

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

61

El resultado anterior demuestra que el ajuste de I.2 no es sensible para una falla en la barra

de 34.5kV de la SE Remedios 110kV.

 Comprobando sensibilidad del ajuste de I.2:

El valor obtenido resulta tolerante teniendo en cuenta que I.2 es respaldo de la Z1 de la línea adyacente.

i)Escalones de sobrecorriente direccional de tierra.

 Comprobando sensibilidad del ajuste de IN.2:

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

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4.Línea Remedios 110kV- Camajuani 110kV(RE-103)

a)Zona 1

b)Zona 2

tZ2=0.4 (s)

 Comprobación del ajuste de Z2 en el de una falla máxima en la barra 34.5kVde la SE Camajuani 110kV.

Los parámetros para el cálculo de la impedancia del transformador son:

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

63

Para determinar Zt tenemos que:

Entonces:

De lo anterior podemos decir que el ajuste para Z2 no es sensible para fallas en la barra de 34.5 kV de la SE Camajuaní 110kV.

c)Zona 3

 Comprobación de ajuste de Z3 para carga máxima.

Para la comprobación del ajuste de Z3 para el estado de carga máxima asumiremos una tensión de línea ajustada al 95% de la tensión nominal, mientras que para los MVA de carga tomaremos el equivalente de potencia aparente para una corriente igual a la nominal de los transformadores de corriente del interruptor.

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

64

Teniendo en cuenta que el ajuste de Z3 es menor que la impedancia de carga máxima

podemos decir que la tercera zona no opera para estados de carga de máxima. d)Zona 4

e)Coeficiente de compensación homopolar:

Como las características de la línea son similares para las diferentes zonas de operación podemos asumir que:

f)Alcance resistivo para fallas entre fases:

Por conveniencia tomaremos el siguiente valor: Para la determinación del alcance resistivo de Z2:

Por conveniencia tomaremos:

Con respecto a la zona 1 asumiremos un valor típico de: g)Alcance resistivo para fallas a tierra:

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

65

Para determinar el alcance resistivo para fallas tierra para zona 2 tenemos que:

Para RG1 asumiremos un valor típico

h)Escalones de sobrecorriente direccional de fase:

 Comprobando ajuste de I.2 para una falla máxima en la barra de 34.5 de la SE Camajuaní 110kV.

El resultado anterior demuestra que el ajuste de I.2 no es sensible para fallas en la barra de 34.5kV de la SE Camajuaní 110kV.

 Comprobando sensibilidad del ajuste de I.2:

El valor de ks no es realmente el más adecuado pero por ser un elemento de respaldo toleraremos tal coeficiente.

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

66

 Comprobación de sensibilidad del ajuste de IN.2:

j)Escalones de respaldo de secuencia negativa:

5.Línea Placetas 110kV – Remedios 110kV (PL-103)

a)Zona 1

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

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tZ2=0.4 (s)

 Comprobación del ajuste de Z2 para una falla máxima en la barra del 34.5kV de la SE Remedios 110kV.

Los parámetros para el cálculo de la impedancia del transformador son:

Para conocer Zt en ohms:

Para determinar Zt tenemos que:

Entonces:

Como resultado de los cálculos anteriores podemos decir que el ajuste de Z2 no es sensible para fallas en la barra de 34.5kV de la SE Remedios 110kV.

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

68

 Comprobación de ajuste de Z3 para carga máxima

Para la comprobación del ajuste de Z3 para el estado de carga máxima asumiremos una tensión de línea ajustada al 95% de la tensión nominal, mientras que para los MVA de carga tomaremos el equivalente de potencia aparente para una corriente igual a la nominal de los transformadores de corriente del interruptor.

Por tanto tenemos que:

Teniendo en cuenta que el ajuste de Z3 es menor que la impedancia de carga máxima podemos decir que la tercera zona no opera para estados de carga de máxima.

d)Zona 4

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

69

Como las características de la línea son similares para las diferentes zonas de operación

podemos asumir que:

g)Alcance resistivo para fallas entre fases:

Por conveniencia tomaremos el siguiente valor: Para la determinación del alcance resistivo de Z2:

Por conveniencia tomaremos:

Con respecto a la zona 1 asumiremos un valor típico de: h)Alcance resistivo para fallas a tierra:

Para determinar el alcance resistivo para fallas tierra para zona 2 tenemos que:

Para RG1 asumiremos un valor típico

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

70

 Comprobación del ajuste de I.2 para una falla máxima en la barra de 34.5kV de la SE

Remedios 110kV.

Con el resultado obtenido se demuestra que el ajuste de I.2 no es sensible para fallas en la barra de 34.5kV de la SE Remedios 110kV.

 Comprobación de sensibilidad del ajuste de I.2:

g)Escalones de sobrecorriente direccional de tierra:

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

71

h)Escalones de respaldo de secuencia negativa:

6.Línea Placetas 110kV – Remedios 110kV (RE-101)

a)Zona 1 b)Zona 2 tZ2=0.4 (s)

 Comprobación del ajuste de Z2 en el de una falla máxima en la barra de 34.5kV de la SE Placetas 110kV.

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DE AJUSTES Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

72

Los parámetros para el cálculo de la impedancia del transformador son:

Para conocer Zt en ohms:

Para determinar Zt tenemos que:

Entonces:

Como resultado de los cálculos anteriores podemos decir que el ajuste de Z2 no es sensible para fallas en la barra de 34.5 kV de la SE Remedios 110kV.

c)Zona 3

In document Estudio de ajustes y coordinación de protecciones para la incorporación al SEN del sistema aislado Cayo Santa María (página 54-134)