Elaborar el estudio de coordinación de protección determinando los ajustes detallados de los interruptores que están asociados al funcionamiento de la central hidráulica, logrando que se efectué selectivamente aislando adecuadamente la menor zona posible, en un orden especifico y con el mínimo tiempo de ejecución (velocidad/rapidez) todo esto con la intensión de minimizar las interrupciones en el funcionamiento de la central hidroeléctrica.
7.2.DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
Se realizará una central hidráulica ubicada en el territorio Nacional, esta central contara con la alimentación tres posibles alimentaciones para los servicios auxiliares descritos de la si guiente manera grupo electrógeno 480V, Transformador TA-U1 cuya alimentación proviene de la unidad 1 13.8𝑘𝑉/480𝑉 y por último la tercera alimentación proviene de una subestación 13.8kV junto con un transformador 13.8𝑘𝑉/480𝑉 ; es válido mencionar que cada una de estas alimentaciones cuenta con una alimentación de redundancia que tiene los orígenes en el mismo lugar de donde provienen las tres principales.
Para las protecciones de los servicios auxiliares de la central se utilizarán relés y protecciones marcas ABB, para las señales de corriente se utilizarán transformadores para la medida clase 0.5 y para las protecciones clase 5P20 con relación de transformación 2500/5A, los transformadores de tensión serán de relación 480/120 V con clase 0.5; a continuación se presenta un listado con la referencias de algunos relés y protecciones marca ABB que se utilizaran como protección para los servicios auxiliares.
Cada sistema de protección previsto en el proyecto consiste en relés micro procesados de la línea MiCOM de fabricación Alstom y Schneider; también cuentan con interruptores de fabricación ABB, los cuales se relacionan en la tabla 17, en donde se muestra en resumen su referencia y la función dentro del sistema de protecciones de los servicios auxiliares AC de la central hidroeléctrica. Tabla 17. Relés utilizados en los servicios auxiliares AC de una central hidroeléctrica
Referencia Descripción
PTA-1, PTA-2 (MiCOM P643) Transformador de potencia TA-U1 (87T, 50N/51N, 59, 27, 49T, 59N,
50BF)
PTA-3 (MiCOM P142) Transformador de potencia TA1-MT (50N/51N, 59, 27, 49T)
E3N 2500 PR112 Principal para el tablero Distribución
T5H 320 PR111 DS/P-LSIG 400 Alimentación Nº1 tablero de servicios auxiliares Aducción y vertedero
E1B 1250 PR111 Tablero de servicios generales
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Familia XT1N Distribución Corriente continua
MCB´s S20XC Distribución Corriente continua
86 Relé de disparo y bloqueo biestable
La Figura 69, muestra el unifilar general que se realizó en el software ETAP según la información que se recolecto se los servicios auxiliares AC con los que debe contar y disponer un central hidroeléctrica.
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7.3.ALCANCE
Este estudio tiene como alcance la coordinación de protecciones de los servicios auxiliares de corriente alterna de una central hidroeléctrica con niveles de tensión de 480V, 220V y 120V. Para obtener una coordinación idónea en las protecciones de los servicios auxiliares AC de una central hidroeléctrica se presentan los posibles ajustes que se tengan que realizar sob re los relés de sobre-corriente asociados a cada carga o servicio auxiliar.
El estudio de realizo bajo los siguientes criterios:
7.3.1. RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN
Se requiere toda la información asociada a los parámetros de los elementos de la red que se modelara, dentro de los cuales se deben conocer referencias de los relés, relaciones de los transformadores, este estudio tendrá como apoyo diagramas unifilares, manuales y normas técnicas sobre las cuales se validan las funciones que se van a ajustar en cada elemento.
7.3.2. ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN
Para el modelamiento de los servicios auxiliares de la central se realizará un filtro de la información teniendo en cuenta los datos requeridos por el Software ETAP para una ejecución adecuada de los servicios auxiliares.
7.3.3. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Luego de modelado la red de los servicios auxiliares AC de la central, se procede a verificar la correcta operación para cada una de las zonas, teniendo en cuenta los criterios de selectividad y rapidez, para esta etapa se tuvo que realizar posibles ajustes de los relés e interruptores para optimizar la coordinación de las protecciones de los servicios auxiliares de corriente alterna de una central hidroeléctrica.
7.3.4. PARAMETRIZACIÓN
Para lograr un correcto funcionamiento de las protecciones de los servicios auxiliares AC se procede a la con la parametrización de los relés e interruptores según los análisis de la coordinación elegida y aprobada
7.3.5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Del análisis de resultados, se proponen ajustes para las protecciones nuevas involucradas en el proyecto. Determinando su comportamiento y recomendaciones producto de las simulaciones.
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7.4.CRITERIO DE AJUSTE DE PROTECCIÓN
7.4.1. PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE TRANSFORMADOR (ANSI 87T)
Este relé diferencial usualmente utilizada para detectar fallas o anomalía entre fases y entre fases y tierra, en el transformador que se está protegiendo hasta los transformadores de corriente asociados a la protección. Para obtener una correcta protección los ajustes deben cumplir con los criterios de sensibilidad, rapidez y selectividad. (MiCOM, 2011, pág. 278)
Con la intención de que se detecte la más mínima anomalía o falla en el transformador es necesario que el relé o protección cuente con un alto nivel de sensibilidad, para que logre detectar las fallas entre espiras que son las fallas más difíciles de detectar, para lograr detectar se necesita que la falla de espiras se convierta en una falla a tierra.
Para el proyecto de los servicios auxiliares de la central hidroeléctrica se utilizará la protección P643 que será utilizada exclusivamente en los transformadores TA-U1 y TA-U2 con características técnicas mostradas en la tabla 18.
Tabla 18. Características Técnicas transformador TA-U1 y TA-U2
Transformador Tensión Corriente Nominal
Primario [kV] Secundario [kV] Primario [A] Secundario [A]
TA-U1 13,8 0,48 83,67 2405,63
Para el acople de la protección P643 se incluye en el sistema los datos de potencia, niveles de tensión y se deben tener presentes las relaciones de los transformadores de corrientes que se utilizan en la entrada y en la salida del transformador de potenci a. A la entrada del transformador de potencia lado 13.8kV se utilizaron transformadores de corriente cuya relación es 100-5A y a la 0salida del transformador lado 480V se utilizaron transformadores de corriente con relación de transformación 2500-5A.
Al momento que se presente una falla o anomalía dentro del transformador se clasifica falla interna y se debe realizar la desconexión inmediata del transformador.
7.4.1.1. CORRIENTE DE MAGNETIZACIÓN
Esta corriente puede ser interpretada como una corriente de falla interna y causar la desconexión del transformador, dado que esta corriente es del orden de ocho (8) a doce (12) veces la corriente con un tiempo de duración de alrededor de 100ms. (MiCOM, 2011, pág. 193)
Los factores que controlan la duración y la magnitud de esta corriente son:
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Tamaño del transformador y localización
Lado de devanado de energización
Punto de la onda de cierre
Propiedades magnéticas del núcleo
El nivel del flujo residual
Impedancia del sistema desde la fuente del transformador.
Para evitar este inconveniente, la protección diferencial se ajusta con sensibilidad reducida al transitorio, usando los armónicos de la corriente. Esto desensibiliza momentáneamente la operación durante el tiempo de energización, lo cual se puede hacer debido a que la corriente inicial de magnetización tiene un alto contenido de armónicos, particularmente de segundo y cuarto orden, las cuales se pueden utilizar, filtrándolas y haciéndolas pasar por la función de restricción. (MiCOM, 2011, pág. 179)
La protección efectúa el cálculo de los factores de amplitud, conforme sigue: 𝐼𝑟𝑒𝑓 = 𝑆𝑟𝑒𝑓
√3 ∗ 𝑉𝑟𝑒𝑓 𝐾𝑎𝑚 = 𝐼𝑛𝑜𝑚𝑇𝐶
𝐼𝑟𝑒𝑓 Ecuación 1. Calculo factor de corrección de amplitud de los enrollamientos Donde:
Iref: Corriente nominal de referencia de los enrollamientos a y b. Vref: Tensión nominal de los enrollamientos a y b.
Sref: Referencia de potencia igual a la potencia nominal.
InomTC: Corrientes nominales primarias de los TC´s
Kam: Factor de corrección de amplitud de los enrollamientos a y b.
Este factor calculado de be cumplir la siguiente condición. Ecuación 2. Condición del factor de amplitud
𝐾𝑎𝑚 = 𝐾𝑎𝑚, 𝑎 𝐾𝑎𝑚, 𝑏≥ 0.5
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7.4.1.2. COINCIDENCIA GRUPO VECTORIAL
Las variaciones de fases son también incluidas dentro de la comparación de corrientes, las amplitudes de las corrientes también deben ser corregidas de acuerdo al grupo vectorial, este grupo vectorial debe ser parametrizado en el relé P643 y se debe tener presenta la conexión de los transformadores de corriente la cual se muestra en la Figura 54.
Cuando la conexión estrella de los TC`s en cada lado de tensión del transformador de poder se hace de lado del equipo protegido (Conexión interna), debe ser utilizada en la parametrización de opción “Standard” y en el caso que solamente uno de los lados de los CT`s este con conexión distinta a lo indicado, deberá ser utilizada en la parametrización opción “Oppsi te”, estas características se resumen la tabla 19. (Esta recomendación parte de la hipótesis que los CT`s están siendo conectados a tierra en el lado de no polaridad, ver Figura 70) (MiCOM, 2011, pág. 181)
Tabla 19. Convención de Polaridades de los transformadores de corriente CT`s
Prim Sec Defas Valor
P1 S1 0º Standard
P1 S2 180º Opposite
P2 S1 180º Opposite
P2 S2 0º Standard
7.4.1.3. FILTRO DE CORRIENTE DE SECUENCIA CERO
El filtro debe ser activado en los casos donde los enrollamientos en el punto neutro se conecten a tierra y exista la circulación de corriente por los transformadores de corriente en el momento de una falla externa. (MiCOM, 2011, pág. 192)
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7.4.1.4. FUNCIÓN DE PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE ALTO AJUSTE (ls-HS1)
Esta característica debe ser ajusta por valores superiores a la corriente de magnetización, para evitar activación de la protección en el proceso de energización del transformador. (MiCOM, 2011, pág. 192)
7.4.2. PROTECCIÓN DE SOBRE-CORRIENTE TEMPORIZADA DE FASES (ANSI 51).
Esta función debe ser parametrizada en los relés a un 120% de la In (corriente nominal) con una característica de tiempo inversa permitiendo selectividad con otras protecciones.
El tiempo que se ajuste debe permitir la energización de los transformadores para lo cual se debe tener presente que el valor de corriente debe ser superior a la corriente de magnetización bajo el siguiente criterio de aceptación.
𝐼𝐹51 = 12 ∗ 𝐼𝑛
Ecuación 3. Calculo corriente para la función de sobre corriente temporizada (ANSI 51)