INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

(1)

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LÓPEZ MATEOS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

METODOLOGÍA PARA COORDINACIÓN DE EQUIPOS DE

PROTECCIÓN EN SISTEMAS ELÉCTRICOS DE DISTRIBUCIÓN

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO ELECTRICISTA

P R E S E N T A N:

ANAYA HERNÁNDEZ VÍCTOR HUGO

DOMÍNGUEZ ORTÍZ GERARDO

PEÑA VICENTE EDUARDO

ASESORES:

ING. EVARISTO VELÁZQUEZ CAZARES

M. EN C. RENE TOLENTINO ESLAVA

(2)

~1",,~_/~V'.Aluao

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA y ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL " ADOLFO LOPEZ MATEOS"

TEMA DE TESIS

INGENIERO ELECTRICISTA

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE

TESIS COLECTIVA y EXAMEN ORAL INDIVIDUAL

POR LA OPCION DE TITULACION

DEBERA(N) DESARROLLAR C. VÍCTOR HUGO ANAy A HERNÁNDEZ

C. GERARDO DOMÍNGUEZ ORTÍZ C. EDUARDO PEÑA VICENTE

"METODOLOGÍA PARA COORDINACIÓN DE EQUIPOS DE PROTECCIÓN EN SISTEMAS ELÉCTRICOS DE DISTRIBUCIÓN."

REALIZAR UNA METODOLOGÍA PAAA LA" t:bGRDINÁCIÓN DE LOS DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN CONOCIDOS COMO :FUSIBLES A TRAVES DE·::ÚNASIMULACIÓN PARA UN SISTEMA ELÉCTRICO DE DISTRIBUCIÓN CON UN NIVEL DE TENSIÓN DE 23 kV.

~ INTRODUCCIÓN. :..,/..

~ SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN, CÁRACTERÍSTIEAS y FUNCIONES DE SUS DISPOSITIVOS.:DE PROTECCIÓN. '. '

T , ; / . . ...: : ] . T

~ CONFIGURACION EN LOS SISJ7EM~~D·E.DIST~]3UCI?N'YESTUDIO DE CORTOCIRCUITO. ).- METODOLOGÍA PARA LA

C06RDINÁCIÓN';~L

DISPOSITIVO DE PROTECCIÓN FUSIBLE

FUSIBLE. /)¡/~... ~ <.,

~ RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN~PARACOORDINACIÓN FUSIBLE-FUSIBLE.

~ CONCLUSIONES.

MÉXICO D.F., 03 DE JUNIO 2011. ASESORES

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AGRADECIMIENTOS

ANAYA HERNÀNDEZ VÌCTOR HUGO.

A Dios:

A Dios: Primero que nadie a ti Padre mío que me diste la oportunidad más valiosa de todo mi ser que ha sido la vida, te

agradezco también haberme dado como padres y hermanos esos grandes seres llenos de amor y sabiduría que gracias a ellos

y junto a ellos he alcanzado este momento de felicidad y éxito.

A mis Padres:

A mis Padres: Arturo Anaya Alcántara y Felicitas Hernández Lovera a quienes les agradezco primero que nada la

vida que me han dado así como también todas y cada una de las enseñanzas siempre llenas de amor y sabiduría las cuales

siempre me han dirigido a alcanzar cada una de mis metas siempre de una forma honrada y llena de orgullo. A ustedes

queridos padres les dedico este trabajo el cual he elaborado con mucho esfuerzo y sacrificio así como también les dedico este

éxito, que hemos alcanzado hoy, que es el fin de nuestra carrera como Ingeniero Electricista. Quiero que sepan que este

éxito no solo es mío más bien es un éxito compartido junto con nuestro ángel Francisco Javier Anaya Hernández que

junto con nosotros el también está feliz y muy orgulloso de lo que hemos logrado.

A mi hermana:

A mi hermana: Esperanza Anaya Hernández a quien le agradezco por sus consejos de aliento que siempre estuvieron

ahí en los momentos más difíciles de mi vida y en mi carrera profesional, hermana quiero que sepas que te amo y que

siempre estaremos juntos alcanzando nuestras metas y rompiendo nuestras barreras siempre juntos como un solo ser.

A mi hermano gemelo:

A mi hermano gemelo: Francisco Javier Anaya Hernández, carnalito solo quiero que sepas que te amaré eternamente

toda la vida y que por ahora hermano querido hemos alcanzado nuestro sueño más grande que era terminar una carrera

profesional, gracias Javier porque estuviste, estas y estarás en cada uno de los pasos de mi vida y como alguna vez

prometimos quiero que sepas que cada uno de mis éxitos son siempre 100% tuyos también y ahora si Javier puedo llamarte

Ingeniero Francisco Javier, ojala que donde quiera que te encuentres hermano sientas esta gran felicidad que me cobija

en este momento y no dudo absolutamente nada que esa felicidad seas tú. Que Dios te bendiga y te guarde siempre en su

corazón para que cuando llegue el momento de reunirnos nuevamente solo sea amor lo que nos tengamos que dar.

A

A Violeta:

Violeta:

Violeta: A ti Viole que has sido pieza fundamental en mi vida, y que siempre has estado en los momentos más

Violeta:

difíciles de mi vida siendo como un pilar fuerte para mantenerme de pie, gracias ratoncita porque al fin esta meta que hoy

he alcanzado ha sido gracias a ti también.

A mis amigos:

A mis amigos: Manelic y José Javier por sus consejos y apoyo para alcanzar mis metas y por estar ahí en los momentos

difíciles.

A mis profesores

A mis profesores en general pero con profunda

en general pero con profunda

en general pero con profunda estimación y respeto al

en general pero con profunda

estimación y respeto al

estimación y respeto al ::::M. en C. Manuel Águila y al Ing. Evaristo

estimación y respeto al

Velázquez, Gracias amigos por brindarme sus conocimientos, prepararme académicamente, por compartir su

experiencia,

por

su

tiempo

aún

fuera

del

horario

de

trabajo,

por

su

exigencia

y

sus

consejos

para

poder

enfrentarme

al mundo que me espera, gracias a sus conocimientos transmitidos pondré en alto el orgullo de ser

POLITÉCNICO POR CONVICCIÓN Y NO POR CIRCUNSTANCIA..

(4)

DOMÍNGUEZ ORTÍZ GERARDO

Primero y antes que nada, doy gracias a Dios, por estar conmigo en cada paso que doy, por fortalecer mi corazón e

iluminar mi mente y por haber puesto en mi camino a aquellas personas que han sido mi soporte y compañía durante todo

el periodo de estudio. Agradezco hoy y siempre a mi familia porque a pesar todo, me siguen y me seguirán apoyando en

las buenas y en las malas, y está claro que si no fuese por el esfuerzo realizado por ellos, mis estudios no hubieran sido

posibles.

A mis padres Gerardo y Caritina, a mi hermana Jazmín por el ánimo, apoyo y alegría que me brindan ya que me dan la

fortaleza necesaria para seguir adelante. A todas las personas y amigos que desde el primer momento me brindaron y me

brindan todo el apoyo, colaboración y cariño sin ningún interés, ya que son las personas por las cuales hoy por hoy puedo

afirmar que, a pesar de haber venido continuar mis estudios a esta ciudad, jamás me he sentido solo, porque ellos han

estado a mi lado cada día durante estos años. De igual manera mi más sincero agradecimiento al Ing. Evaristo

Velázquez Cazares y al M. en C. Manuel Águila ya que con su experiencia me han servido como ejemplo para ser

un buen ingeniero y poner más alto el nombre de esta institución y mantener su prestigio.

PEÑA VICENTE EDUARDO

Gracias a Dios por permitirme llegar hasta este momento tan importante de mi vida y lograr otra meta más en mi carrera.

Gracias a mis padres José Luis Peña Cuando y Juana Vicente Sandoval por su cariño, comprensión y apoyo sin

condiciones ni medida. Gracias por guiarme sobre el camino de la educación. Creo ahora entender porque me obligaban a

terminar mi tarea antes de salir a jugar, y muchas cosas más que no terminaría de mencionar.

Gracias a mis hermanos por sus comentarios, sugerencias y opiniones. Además de ser un buen amigo eres la mejor

compañía para compartir el mismo techo.

Gracias a mis amigos por hacer que cada pedazo de tiempo fuera ameno. No voy a olvidar sus consejos, enseñanzas y

ayuda durante el lapso de mi educación superior

Gracias a cada uno de los maestros y en especial al M- en C. Manuel <Águila que han participado en mi desarrollo

profesional durante mi carrera y elaboración de este proyecto de tesis, sin su ayuda y conocimientos no estaría en donde me

encuentro ahora.

(5)

CONTENIDO

RESUMEN………...i INTRODUCCIÓN...………..……….……...ii RELACIÓN DE FIGURAS……….…………..…….v RELACIÓN DE TABLAS………..………..xix NOMENCLATURA……….………...…..xxi Capítulo 1: Sistemas de distribución, características y funciones de sus dispositivos de protección………...…...1

1.1. Clasificación de los sistemas de distribución………

…

…………...2

1.1.1. Sistemas de distribución industrial…………………...3

. 1.1.2. Sistemas de distribución comercial………..……….......…3

1.1.3. Parques industriales………

……..

.3

1.1.4. Sistemas de distribución urbanos y residenciales……….…...……….4

1.1.5. Distribución rural……….………...….…..4 1.2. Dispositivos de protección………...…….5 1.2.1. Relevadores………....…...5 1.2.2. Interruptores……….………..…....…8 1.2.3. Restauradores………………...……9 1.2.4. Seccionalizadores……….……….11

1.2.5. Fusibles de baja y media tensión……….……12

1.2.6. Funciones de un sistema de protección contra sobrecorriente.…..…..22

1.2.7. Efectos de fallas……….….………

....

24

(6)

Capítulo 2:

Configuraciones en los sistemas de distribución y estudio de cortocircuito.…..26

2.1. Arreglos de sistemas de distribución de tensión media……

……..

..

…

…..27

2.1.1. Arreglo radial………..………

…

……...29

2.1.2. Arreglo en anillo………...…..33

2.1.3. Arreglo en malla……….35

2.2. Estudio de corto circuito………….

.

37

2.2.1 Causas y clases de fallas………...…....37

2.2.2 Metodología para el estudio de cortocircuito………..……....38

2.3. Aspectos de diseño para la coordinación de dispositivos eléctricos de protección……….………...44

2.3.1. El conocimiento del cortocircuito………...44

2.3.2. La forma de aislar las fallas a tierra……….………..…...44

2.3.3. La liberación rápida de fallas……….……………45

2.3.4. La operación selectiva de la protección……….………….45

Capítulo 3: Metodología para la coordinación del dispositivo de protección fusible-fusible………...46

3.1. Diagrama general de la metodología de coordinación de dispositivos de protección………..……….47

3.1.1. Descripción del diagrama general para la coordinación de los equipos de protección……...………..………...…49

3.1.2. Procedimiento de coordinación fusible-fusible…………...……..…56

3.2. Introducción al software Matlab………....………...65

3.2.1. Procedimiento para la obtención de los parámetros requeridos para la curva de operación del fusible………...……67

3.3. Introducción al software PSCAD-EMTDC……………….77

3.3.1. Construcción del módulo fusible……..……….……...79

3.3.2. Descripción de la configuración del sistema eléctrico de distribución y operación del módulo fusible en el software PSCAD……….………..81

(7)

Capítulo 4:

Resultados de la simulación para la coordinación fusible-fusible……….…..92

4.1 Introducción………...………93

4.2 Módulo fusible………....………94

4.2.1. Simulación y evaluación del módulo fusible en diferentes condiciones de falla. ………99

4.2.1.1. Sistema de prueba sin falla………101

4.2.1.2. Sistema de prueba considerando una falla trifásica sólida en la carga 1 (650kVA). ………...109

4.2.1.3. Sistema de prueba considerando una falla trifásica sólida en la carga 2 (650kVA). ………...……121

4.2.1.4. Sistema de prueba considerando una falla trifásica sólida en la carga 3 (2700kVA). ……….…131

4.2.1.5. Sistema de prueba considerando una falla trifásica sólida en la carga 1 (650kVA) en el fusible de respaldo 30T...141

4.2.1.6. Sistema de prueba considerando una falla trifásica sólida entre la carga 1 (650kVA) y carga 2 (650kVA) en el fusible de respaldo ………..…...……….151

Conclusiones…………..………….…….….….160

Recomendaciones para trabajos futuros………...…….……162

Bibliografía. ………..…………..………163

(8)

i

RESUMEN

Un sistema eléctrico de distribución es uno de los sectores del sistema eléctrico de potencia el cual su función principal es suministrar la energía eléctrica a los usuarios, por tal motivo es importante mantener los parámetros de calidad y continuidad en el suministro de la energía. Algunos de los puntos que se presentaron en este proyecto en primera instancia fue la ubicación del sistema eléctrico de distribución dentro del sistema eléctrico de potencia de tal forma que desde un principio se identifico el área de estudio que se analizaría, posteriormente se presentó la clasificación del sistema de distribución en donde se describieron las diferentes cargas existentes así como el nivel de confiabilidad con el que cuenta la red eléctrica. De igual manera se describieron los diferentes dispositivos de protección así como su principio de operación de cada uno de ellos, haciendo énfasis en el dispositivo de protección conocido como fusible. Posteriormente en este proyecto se presentaron las diferentes configuraciones existentes en un sistema eléctrico de distribución así como sus principales características de operación de sus elementos que lo conforman.

Como punto fundamental se ha presentado en esta tesis el estudio de cómo afectan los ajustes incorrectos y la mala selección de los fusibles como protección eléctrica en una red de distribución y posteriormente se realizó el estudio de coordinación de las protecciones eléctricas para una correcta operación en el momento en el que se presente alguna falla. Para ello se simuló una red eléctrica de distribución con un nivel de tensión de 23kV tipo radial con la ayuda del software denominado PSCAD-EMTDC con apoyo del software Matlab programas capaces de brindar las herramientas necesarias para realizar el estudio de coordinación de dispositivos eléctricos de protección. Para poder observar los diferentes escenarios de coordinación se provocaron algunas fallas en distintos puntos de la red con diferentes magnitudes de corriente según los cálculos del estudio de corto circuito previamente realizados en cada uno de los nodos del sistema. Finalmente se presentaron los resultados de las pruebas de la simulación por medio de gráficas y registros de tiempos de operación de los fusibles, de igual manera se presento el método de coordinación empleado en los dispositivos de protección (fusibles) descrito a lo largo del trabajo. Los resultados obtenidos a partir de los ajustes realizados en la coordinación de los fusibles en el sistema eléctrico de distribución manifestaron ser correctos ya que se logro mostrar las características principales con las que debe contar un esquema de protección descritas a los largo del proyecto.

(9)

ii

INTRODUCCIÓN

Las protecciones en los sistemas de distribución han evolucionado con el tiempo desde los fusibles hasta los dispositivos sofisticados, cuyo funcionamiento está basado en el empleo de microprocesadores como son los relevadores; sin embargo, independientemente de los avances logrados para el desarrollo de diversos dispositivos de protección disponibles en la actualidad y aún cuando los sistemas de distribución sean bien planeados, diseñados y construidos existen fallas y regímenes anormales que tienen las líneas y redes de distribución cuyo origen se deben a sobretensiones y sobrecorrientes.

Los sistemas de distribución a diferencia de los sistemas de generación y transmisión, interactúan en forma directa con la mayoría de los usuarios de energía eléctrica, los cuales esperan un servicio que satisfaga sus necesidades en todos los aspectos. El sistema de distribución como eslabón principal del suministro de energía eléctrica, tiene como función principal transportarla desde las subestaciones de potencia o en algunos casos de las plantas de generación a los lugares de utilización, dicho suministro debe darse bajo parámetros de calidad bien definidos, como son tensión eléctrica, frecuencia, forma de onda, secuencia de fases y continuidad en el servicio.

En algunas redes eléctricas de distribución se tiene una mala operación con respecto a los sistemas de protección, ya que al no operar de manera correcta, ocurren frecuentemente interrupciones en el suministro de energía o fallas que afectan a los equipos del sistema, tanto industriales como domésticos. Uno de los principales problemas es la ineficiencia en la coordinación de dichas protecciones al no tener una metodología apropiada para la coordinación, ya que en ciertos casos en donde la falla es muy grave no actúan en la secuencia que deben de operar, lo cual provoca la expansión de la falla lo que complica su localización, y en consecuencia provoca afectaciones al equipo conectado al sistema.

Actualmente la configuración operativa del sistema eléctrico de potencia en cada una de sus divisiones (generación, transmisión) cuenta con tecnologías sofisticadas y eficaces de protección, lo que evita de esta manera la interrupción del suministro de energía eléctrica; sin embargo, es el punto de estudio la coordinación de protecciones eléctricas así como las fallas o disturbios que son originados por agentes internos o externos que ocurren y afectan al sistema de distribución. Las protecciones existentes en un sistema eléctrico no evitarán las fallas pero si reducirán sus efectos sobre el sistema de distribución.

(10)

iii

Por tal razón en este proyecto se tiene como objetivo principal realizar una metodología para la coordinación de los dispositivos de protección (fusibles) a través de una simulación para un sistema eléctrico de distribución con un nivel de tensión de 23 kV, para lo cual será necesario investigar la filosofía para la realización de los estudios de coordinación de protecciones contra fallas en los sistemas de distribución.

Al desarrollar y al emplear una metodología para la coordinación de los dispositivos eléctricos de protección (fusibles) se puede lograr una reducción del 75% al 90% en el número de interrupciones totales en el suministro de energía eléctrica en un sistema de distribución.

Otra de las razones por las cuales es necesario mantener una buena coordinación en los dispositivos de protección hablando en especial de los fusibles para este proyecto de tesis, se debe a que es indispensable proteger al sistema de distribución contra fallas las cuales provocan esfuerzos térmicos en los aislamientos de los conductores que tienden a hacer que estos se degraden, esto quiere decir que pierden sus características dieléctricas.

La finalidad de la metodología de coordinación en dispositivos de protección como es el caso de los fusibles es garantizar la seguridad de los equipos, instalaciones y personas que se encuentran en su entorno, así como la continuidad en el suministro de la energía eléctrica. Por tal motivo la adecuada selección y coordinación de los dispositivos de protección, es fundamental para el correcto funcionamiento del sistema y por consecuencia para la operación confiable del sistema de distribución.

Un sistema eléctrico de distribución puede estar expuesto a fallas de cortocircuito y sobrecarga en tal situación, el equipo fallado o parte del sistema en falla requiere ser aislado del resto del sistema en forma segura, de manera que se detenga el daño o se minimice el efecto de la falla. Algunos dispositivos de protección empleados en un sistema eléctrico de distribución son los interruptores termomagnéticos, relevadores, fusibles y restauradores siendo el principal caso de estudio la coordinación de los fusibles como dispositivo eléctrico de protección.

(11)

iv

En este trabajo se presenta el desarrollo de la metodología para la coordinación de protecciones eléctricas en un sistema eléctrico de distribución tipo radial con un nivel de tensión de 23kV, para ello se presenta la simulación del sistema sujeto a estudio con la ayuda del software PSCAD-EMTDC y apoyo del software Matlab, dichos programas computacionales cuentan con algunas características de operación adecuadas para la coordinación del sistema de distribución, como bien se ha mencionado el programa Matlab será utilizado como herramienta de apoyo para la creación de gráficas y obtención de parámetros de ajuste necesarios para el manejo de software PSCAD-EMTDC.

Para realizar las simulaciones se calcularán previamente los niveles de cortocircuito en la red propuesta, con dichos valores se logrará determinar el tiempo de operación de los fusibles ante la presencia de una falla de corto circuito en el sistema eléctrico, así de esta manera se obtendrán un conjunto de resultados importantes los cuales serán comparados con los valores obtenidos de la simulación, dicha comparación dará como resultado si la coordinación entre los dispositivos de protección (fusibles) es adecuada o no, y de resultar que la coordinación de los fusibles sea errónea se tendrá que realizar nuevamente los cálculos y ajustes necesarios para alcanzar el objetivo principal de este proyecto de tesis.

(12)

v

RELACIÓN DE FIGURAS Capítulo 1

Figura 1.1.1 Área de distribución ubicada dentro del Sistema Eléctrico de Potencia.….…2

Figura 1.2.3.1 Restaurador de 14.4 kV en Sf6……….……….….…10

Figura 1.2.4.1 Clasificación de los seccionalizadores……….….…12

Figura 1.2.5.1 Curvas características tiempo-corriente para un fusible………..…..14

Capítulo 2 Figura 2.1.1 Red de operación radial sirviendo cargas en mediana y baja tensión…..…..28

Figura 2.1.2 Red de operación en paralelo en la baja tensión…………....….29

Figura 2.1.1.1 Red mixta……………….………31

Figura 2.1.1.2 a) Seccionamiento de una estructura radial subterránea b) Equipo de seccionamiento……….….32

Figura 2.1.2.1 b) Red en anillo con dos fuentes de alimentación a) Red en anillo con una fuente de alimentación……….………….…34

Figura 2.1.2.2 Redes en anillo cerrado……….…..…...….….35

Figura 2.1.3.1 Esquema básico de una estructura en mallas de mediana tensión……...…36

Figura 2.2.2.1 Diagrama unifilar de un Sistema Eléctrico de potencia………...38

Figura 2.2.2.2 Diagrama unifilar de secuencia positiva con dos fuentes………...40

Figura 2.2.2.3 Diagrama unifilar de secuencia positiva con una fuente………………...40

Figura 2.2.2.4 Diagrama unifilar de secuencia negativa……….….……..41

Figura 2.2.2.5 Diagrama unifilar de secuencia cero……….41

Capítulo 3 Figura 3.1.1Diagrama general de la metodología de coordinación de dispositivos de protección………..……...…...48

Figura 3.1.1.1 Diagrama unifilar de un sistema eléctrico de distribución de 23 kV …..…..49

Figura 3.1.1.2 Diagrama unifilar de un sistema eléctrico de distribución de 23 kV indicando las corrientes de falla………....55

Figura 3.1.2.1 Curvas de coordinación fusible-fusible………….…………....57

Figura 3.1.2.2 Diagrama unifilar de un sistema eléctrico de distribución de 23 kV indicando la coordinación fusible-fusible……….………...….58

(13)

vi

Figura 3.1.2.4 Diagrama unifilar de un sistema eléctrico de distribución de 23 kV

con fusibles coordinados……….………63

Figura 3.1.2.5 Gráficas obtenidas de la coordinación fusible-fusible ruta 1………..……..64

Figura 3.2.1.1 Forma de obtener los puntos del fusible de manera visual………..………68

Figura 3.2.1.2 Curva tiempo-corriente fusible 100K………...71

Figura 3.2.1.3 Familia de Curvas tiempo-corriente del relevador semejante a la del fusible 100 K………..……….72

Figura 3.2.1.4 Curva tiempo-corriente del relevador semejante a la del fusible………….73

Figura 3.2.1.5 Curva tiempo-corriente del relevador y el fusible………..………74

Figura 3.2.1.6 Ajuste de las curvas tiempo-corriente del fusible con respecto al relevador……….,……….74

Figura 3.2.1.7 a Construcción interna del módulo fusible……….75

Figura 3.2.1.7 b Construcción interna del módulo fusible………....76

Figura 3.2.1.8 Valores de ajuste para el relevador en PSCAD………...….76

Figura 3.3.1.1 Curvas características tiempo-corriente para un fusible. (Tm): Tiempo mínimo requerido para provocar la fundición del fusible. (TM): tiempo total máximo requerido por el fusible para liberar la falla…….………..79

Figura 3.3.1.2 Módulo que simula la característica de operación de un fusible…………80

Figura 3.3.1.3 Contenido detallado del Módulo Fusible_a (dispositivos de medición, nodos eléctricos de conexión, interruptor, R-51, compuertas lógicas y panel de control)………...80

Figura 3.3.2.1 Ventanas de configuración de la fuente de la alimentación…..…………81

Figura 3.3.2.2 a Ventanas de configuración de las señales para graficar la corriente de salida de la alimentación………...82

Figura 3.3.2.2 b Ventanas de configuración de las señales para graficar la corriente de salida de la alimentación para valores RMS……….83

Figura 3.3.2.3 Ubicación de la carga en el sistema eléctrico……….84

Figura 3.3.2.4 Valores de ajuste para la carga……….84

Figura 3.3.2.5 a Módulo de falla insertado en la línea……….85

Figura 3.3.2.5 b Ventanas para la configuración del módulo de falla……….….85

Figura 3.3.2.6 a Ventanas para la configuración del módulo de falla………..86

(14)

vii

Figura 3.3.2.6 c Configuración del control selector del nuemro de ciclos de aplicación y duracion de la falla……….…….87 Figura 3.3.2.7 Símbolo de módulo de gráficos………..….88 Figura 3.3.2.8 Comportamiento del sistema eléctrico ante una falla trifásica…………..88 Figura 3.3.2.9 a Modelo del fusible sobre la linea del sistema de distribucion………….89 Figura 3.3.2.9 b Configuración de los parametros de la curva del

relevador 51……….89

Figura 3.3.2.9 c Configuración de las compuertas para hacer el modelado del fusible………...90 Figura 3.3.3.0 Sistema electrico con el dispositivo de proteccion fusible………...91

Capítulo 4

Figura 4.1.0 Modelado del fusible………...93 Figura 4.2.1 Ventana que se despliega al oprimir clic derecho………..…....94 Figura 4.2.1 a Ventana para activación de señales de entrada y salida

del módulo fusible………..94

Figura 4.2.2 Ventana donde se nombra la señal y se selecciona el tipo de señal de entrada del módulo de fusible………95 Figura 4.2.2 a Ventana donde se nombra la señal y se selecciona el tipo de señal de salida del módulo de fusible……….….……...95 Figura 4.2.3 Ventana en la cual se selecciona el formato de la página del módulo del fusible………..…….…….96 Figura 4.2.3 a Ventana que se despliega al finalizar de crear el módulo del fusible…..96 Figura 4.2.4 Módulo creado con las caracteríscas ya descritas……….97 Figura 4.2.4 a Selección del cuadro del módulo para sustituir por simbolo del fusible………....97 Figura 4.2.4 b Módulo con el simbolo del fusible ya insertado………..97 Figura 4.2.5 Elementos insertados en la página del módulo, para similar el

funcionamiento del fusible………..……...97 Figura 4.2.6 Módulo final del fusible……….…..98

Figura 4.2.1.1 Sistema de prueba a evaluar con los módulos de falla……….……99 Figura 4.2.1.1.1 Diagrama en PSCAD para la simulación y evaluación de los Módulos fusibles en cada uno de los ramales del S.E.D en condiciones normales de operación sin falla……….………….…101

(15)

viii

Figura 4.2.1.1.2 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a, cuando no existe falla en el sistema eléctrico de prueba en el nodo 1 del sistema………..102

Figura 4.2.1.1.3 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b, cuando no existe falla en el sistema eléctrico de prueba en el nodo 1

del sistema………102 Figura 4.2.1.1.4 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c, cuando no

existe falla en el sistema eléctrico de prueba en el nodo 1 del sistema………102

Figura 4.2.1.1.5 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a, cuando no existe falla en el sistema eléctrico de prueba en el nodo 2 del sistema………...…..103 Figura 4.2.1.1.6 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b, cuando no existe falla en el sistema eléctrico de prueba en el nodo 2

del sistema………...103

Figura 4.2.1.1.7 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c, cuando no existe falla en el sistema eléctrico de prueba en el nodo 2

del sistema………....103

Figura 4.2.1.1.8 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a, cuando no existe falla en el sistema eléctrico de prueba en el nodo 3 del sistema………...104 Figura 4.2.1.1.9 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b, cuando no existe falla en el sistema eléctrico de prueba en el nodo 3

del sistema………...104

Figura 4.2.1.1.10 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c, cuando no existe falla en el sistema eléctrico de prueba en el nodo 3 del sistema……….…104 Figura 4.2.1.1.11 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a, cuando no existe falla en el sistema eléctrico de prueba en el nodo 4 del sistema………105

(16)

ix

Figura 4.2.1.1.13 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c, cuando no existe falla en el sistema eléctrico de prueba en el nodo 4 del sistema……….105

Figura 4.2.1.1.14 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a, cuando no existe falla en el sistema eléctrico de prueba en el nodo 5

del sistema……….……….106

del sistema………..106

Figura 4.2.1.1.16 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c, cuando no existe falla en el sistema eléctrico de prueba en el nodo 5 del sistema………...106

Figura 4.2.1.1.17 Corriente eléctrica nominal y RMS en la fase a, cuando no existe falla en el sistema eléctrico de prueba en el nodo 6 del sistema………...107

Figura 4.2.1.1.18 Corriente eléctrica nominal y RMS en la fase b, cuando no

existe falla en el sistema eléctrico de prueba en el nodo 6

del sistema………107

Figura 4.2.1.1.19 Corriente eléctrica nominal y RMS en la fase c, cuando no

existe falla en el sistema eléctrico de prueba en el nodo 6

del sistema………..…….107

Figura 4.2.1.2.1 Sistema eléctrico de distribución de prueba considerando una falla trifásica solida en la carga 1………..……109

Figura 4.2.1.2.2 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a del nodo 1, cuando existe una falla trifásica en la carga 1 del sistema eléctrico de distribución………..………..110

Figura 4.2.1.2.3 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b del nodo 1, cuando existe una falla trifásica en la carga 1 del sistema eléctrico de distribución……….111

Figura 4.2.1.2.4 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c del nodo 1, cuando existe una falla trifásica en la carga 1 del sistema

(17)

x

Figura 4.2.1.2.5 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a del nodo 2, cuando existe una falla trifásica en la carga 1 del sistema eléctrico de distribución………...112 Figura 4.2.1.2.6 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b del nodo 2,

cuando existe una falla trifásica en la carga 1 del sistema

eléctrico de distribución……….………112 Figura 4.2.1.2.7 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c del nodo 2,

eléctrico de distribución……….112 Figura 4.2.1.2.8 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a del nodo 3, cuando existe una falla trifásica en la carga 1 del sistema eléctrico de distribución………..114 Figura 4.2.1.2.9 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b del nodo 3, cuando existe una falla trifásica en la carga 1 del sistema eléctrico de distribución………114

eléctrico de distribución………..114

Figura 4.2.1.2.11 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal en la fase a del nodo 4, cuando existe una falla trifásica

en la carga 1 del sistema eléctrico de distribución……….116

Figura 4.2.1.2.12 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal en la fase b del nodo 4, cuando existe una falla trifásica

en la carga 1 del sistema eléctrico de distribución………116 Figura 4.2.1.2.13 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal

en la fase c del nodo 4, cuando existe una falla trifásica

en la carga 1 del sistema eléctrico de distribución………....116 Figura 4.2.1.2.14 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a del nodo 5, cuando existe una falla trifásica en la carga 1 del sistema

eléctrico de distribución……….118

Figura 4.2.1.2.15 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b del nodo 5, cuando existe una falla trifásica en la carga 1 del sistema

(18)

xi

eléctrico de distribución………..118 Figura 4.2.1.2.17 Corriente eléctrica RMS y nominal total del S.E.D en la

fase a del nodo 6, cuando existe una falla trifásica en la

carga 1 del sistema eléctrico de distribución………..119 Figura 4.2.1.2.18 Corriente eléctrica RMS y nominal total del S.E.D en la

carga 1 del sistema eléctrico de distribución………..120 Figura 4.2.1.2.19 Corriente eléctrica RMS y nominal total del S.E.D en la

carga 1 del sistema eléctrico de distribución………...120 Figura 4.2.1.3.1 Sistema eléctrico de distribución de prueba considerando

una falla trifásica solida en la carga 2………...…..121 Figura 4.2.1.3.2 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a del nodo 1,

eléctrico de distribución……….122

eléctrico de distribución………122 Figura 4.2.1.3.4 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c del nodo 1,

eléctrico de distribución………..…..123 Figura 4.2.1.3.5 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a del nodo 2,

eléctrico de distribución………124 Figura 4.2.1.3.6 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b del nodo 2,

(19)

xii

Figura 4.2.1.3.8 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a del nodo 3, cuando existe una falla trifásica en la carga 2 del sistema

eléctrico de distribución………125 Figura 4.2.1.3.9 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b del nodo 3,

eléctrico de distribución………..…..125 Figura 4.2.1.3.10 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c del nodo 3,

eléctrico de distribución……….…126 Figura 4.2.1.3.11 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a del nodo 4,

eléctrico de distribución……….126 Figura 4.2.1.3.12 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b del nodo 4,

cuando existe una falla trifásica en la carga 2 del sistema eléctrico de distribución………..………127

Figura 4.2.1.3.13 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c del nodo 4,

eléctrico de distribución………..127

Figura 4.2.1.3.14 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal en la fase a del nodo 5, cuando existe una falla trifásica

en la carga 2 del sistema eléctrico de distribución………128 Figura 4.2.1.3.15 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal

en la fase b del nodo 5, cuando existe una falla trifásica

en la carga 2 del sistema eléctrico de distribución……….128

Figura 4.2.1.3.16 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal en la fase c del nodo 5, cuando existe una falla trifásica

en la carga 2 del sistema eléctrico de distribución……….129 Figura 4.2.1.3.17 Corriente eléctrica RMS y nominal total del S.E.D en la

carga 2 del sistema eléctrico de distribución………130 Figura 4.2.1.3.18 Corriente eléctrica RMS y nominal total del S.E.D en la

fase b del nodo 6, cuando existe una falla trifásica en la

(20)

xiii

Figura 4.2.1.3.19 Corriente eléctrica RMS y nominal total del S.E.D en la fase c del nodo 6, cuando existe una falla trifásica en la

carga 2 del sistema eléctrico de distribución………130 Figura 4.2.1.4.1 Sistema eléctrico de distribución de prueba considerando una falla trifásica solida en la carga 3………...131 Figura 4.2.1.4.2 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal

en la fase a del nodo 1, cuando existe una falla trifásica

en la carga 3 del sistema eléctrico de distribución………...133 Figura 4.2.1.4.3 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal

en la fase b del nodo 1, cuando existe una falla trifásica

en la carga 3 del sistema eléctrico de distribución………....133 Figura 4.2.1.4.4 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal

en la fase c del nodo 1, cuando existe una falla trifásica

en la carga 3 del sistema eléctrico de distribución………133 Figura 4.2.1.4.5 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a del nodo 2, cuando existe una falla trifásica en la carga 3 del sistema

eléctrico de distribución………..134 Figura 4.2.1.4.6 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b del nodo 2,

eléctrico de distribución………..134 Figura 4.2.1.4.7 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c del nodo 2,

eléctrico de distribución………...135

Figura 4.2.1.4.8 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a del nodo 3, cuando existe una falla trifásica en la carga 3 del sistema eléctrico de distribución………..135 Figura 4.2.1.4.9 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b del nodo 3,

eléctrico de distribución………..136 Figura 4.2.1.4.10 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c del nodo 3,

(21)

xiv

eléctrico de distribución………....137 Figura 4.2.1.4.12 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b del nodo 4,

eléctrico de distribución……….137 Figura 4.2.1.4.13 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c del nodo 4,

eléctrico de distribución……….…137 Figura 4.2.1.4.14 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a del nodo 5,

eléctrico de distribución………...138 Figura 4.2.1.4.15 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b del nodo 5,

eléctrico de distribución………...138 Figura 4.2.1.4.17 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a del nodo 6,

eléctrico de distribución………....139 Figura 4.2.1.4.18 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b del nodo 6,

eléctrico de distribución……….…140 Figura 4.2.1.4.19 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c del nodo 6,

eléctrico de distribución……….140 Figura 4.2.1.5.1 Sistema eléctrico de distribución de prueba considerando

una falla trifásica solida en la carga 1………141 Figura 4.2.1.5.2 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a del nodo 1,

(22)

xv

eléctrico de distribución y el fusible principal no opera…………....143 Figura 4.2.1.5.4 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c del nodo 1,

eléctrico de distribución y el fusible principal no opera………143 Figura 4.2.1.5.5 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a del nodo 2,

eléctrico de distribución y el fusible principal no opera………144 Figura 4.2.1.5.6 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b del nodo 2,

eléctrico de distribución y el fusible principal no opera…………....144 Figura 4.2.1.5.7 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c del nodo 2,

eléctrico de distribución y el fusible principal no opera………144 Figura 4.2.1.5.8 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal

en la fase a del nodo 3, cuando existe una falla trifásica en la carga 1 del sistema eléctrico de distribución y no

opera la protección principal………146 Figura 4.2.1.5.9 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal

en la fase b del nodo 3, cuando existe una falla trifásica en la carga 1 del sistema eléctrico de distribución y no

opera la protección principal………146 Figura 4.2.1.5.10 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal

en la fase c del nodo 3, cuando existe una falla trifásica en la carga 1 del sistema eléctrico de distribución y no

opera la protección principal……….146 Figura 4.2.1.5.11 Falla en el nodo 4 de la fase a cuando no opera el

fusible principal 25K………...…147 Figura 4.2.1.5.12 Falla en el nodo 4 de la fase b cuando no opera el

fusible principal 25K………...147 Figura 4.2.1.5.13 Falla en el nodo 4 de la fase c cuando no opera el

(23)

xvi

eléctrico de distribución y el fusible principal no opera…………148 Figura 4.2.1.5.15 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b del nodo 5,

eléctrico de distribución y el fusible principal no opera…………148 Figura 4.2.1.5.16 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c del nodo 5, cuando existe una falla trifásica en la carga 1 del sistema

eléctrico de distribución y el fusible principal no opera………....149 Figura 4.2.1.5.17 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a del nodo 6,

eléctrico de distribución y el fusible principal no opera………....149 Figura 4.2.1.5.18 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b del nodo 6,

eléctrico de distribución y el fusible principal no opera………....149 Figura 4.2.1.5.19 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c del nodo 6,

eléctrico de distribución y el fusible principal no opera………...150 Figura 4.2.1.6.1 Sistema eléctrico de distribución de prueba considerando

una falla trifásica solida en la carga 1 y 2………...151

Figura 4.2.1.6.2 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a del nodo 1,

eléctrico de distribución y el fusible principal no opera………….152 Figura 4.2.1.6.3 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b del nodo 1,

eléctrico de distribución y el fusible principal no opera………….153 Figura 4.2.1.6.4 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c del nodo 1,

eléctrico de distribución y el fusible principal no opera……..…...153 Figura 4.2.1.6.5 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal

(24)

xvii

Figura 4.2.1.6.6 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal en la fase b del nodo 2, cuando existe una falla trifásica en la carga 2 del sistema eléctrico de distribución y no

opera la protección principal……….…………..….154 Figura 4.2.1.6.7 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal

opera la protección principal………...155 Figura 4.2.1.6.8 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal

opera la protección principal………...156 Figura 4.2.1.6.9 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal

opera la protección principal………...156 Figura 4.2.1.6.10 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal

opera la protección principal………156 Figura 4.2.1.6.11 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal

opera la protección principal……….157 Figura 4.2.1.6.12 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal

opera la protección principal………....157 Figura 4.2.1.6.13 Tiempo de operación y corriente eléctrica RMS, nominal

opera la protección principal………157 Figura 4.2.1.6.14 Falla en el nodo 5 de la fase a cuando no opera el

(25)

xviii

Figura 4.2.1.6.15 Falla en el nodo 5 de la fase b cuando no opera el

fusible principal 25K………...158 Figura 4.2.1.6.16 Falla en el nodo 5 de la fase c cuando no opera el

fusible principal 25K………...…158 Figura 4.2.1.6.17 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase a del nodo 6,

eléctrico de distribución y el fusible principal no opera…………159 Figura 4.2.1.6.18 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase b del nodo 6, cuando existe una falla trifásica en la carga 2 del sistema

eléctrico de distribución y el fusible principal no opera…………159 Figura 4.2.1.6.19 Corriente eléctrica RMS y nominal en la fase c del nodo 6, cuando existe una falla trifásica en la carga 2 del sistema

(26)

xix

RELACIÓN DE TABLAS Capítulo 1

Tabla 1.2.5.1 Capacidad de fusibles de distribución tipos K o T………….18 Tabla 1.2.5.2 Valores nominales de fusibles limitadores………….19

Capítulo 3

Tabla 3.1.1.1 Impedancias del sistema en cada nodo……….…51 Tabla 3.1.1.2 Corrientes de cortocircuitos en cada punto………….54 Tabla 3.1.2.1 Selección del fusible………..59 Tabla 3.1.2.2 Datos de los fusibles para prueba 1 de la coordinación en ruta 1……..…60 Tabla 3.1.2.3 Datos de los fusibles para prueba 2 de la coordinación en ruta 1………..61 Tabla 3.1.2.4 Datos de los fusibles para prueba 1 de la coordinación en ruta 2………..61 Tabla 3.1.2.5 Datos de los fusibles para prueba 1 de la coordinación ruta 1…………...62 Tabla 3.1.2.6 Datos de los fusibles para prueba 1 de la coordinación ruta 4…………...62 Tabla 3.2.1.1a Puntos de la curva tiempo-corriente del fusible Protelec tipo 25K……...69 Tabla 3.2.1.1b Puntos de la curva tiempo-corriente del fusible Protelec tipo 30 T……..69 Tabla 3.2.1.1c Puntos tiempo-corriente de la curva de operación fusible

Protelec tipo 50 T………70 Tabla 3.2.1.1 d Puntos tiempo-corriente de la curva del fusible

Protelec tipo 100K……….70 Tabla 3.3.2.1 Parámetros necesarios para configurar el módulo de alimentación……..82 Tabla 3.3.2.2 Parámetros para graficar la corriente de la alimentación…………83

Tabla 3.3.2.3 Valores de ajuste de la carga………………84 Tabla 3.3.2.4 Parámetros requeridos para la configuración del módulo de falla………..86

Capítulo 4

Tabla 4.2.1 Datos característicos de cada uno de los módulos del fusible que se

coordinarón……….98 Tabla 4.2.1.1 Tipo de fallas y su correspondiente valor de asignación en PSCAD…...100 Tabla 4.2.1.2 Valor correspondiente de fallas para el módulo de control de fallas……100 Tabla 4.2.1.1.1 Resultados de la medición de corriente eléctrica en cada una

de las ramas del sistema eléctrico de distribución sin falla…………..108 Tabla 4.2.1.2.1 Tiempo de operación del dispositivo de protección fusible

(27)

xx

Tabla 4.2.1.3.1 Tiempo de operación del dispositivo de protección fusible

calculado y simulado……….129 Tabla 4.2.1.4.1 Tiempo de operación del dispositivo de protección fusible

calculado y simulado……….133 Tabla 4.2.1.5.1 Tiempo de operación del dispositivo de protección fusible

calculado y simulado………146. Tabla 4.2.1.6.1 Tiempo de operación del dispositivo de protección fusible

(28)

xxi

NOMENCLATURA

MVAB = MVAB = MVAB =

MVAB =Potencia aparente base.

kVB= kVB= kVB=

kVB= kilo Volts base.

ࢆ%ሺࡺࢁࡱࢂ࡭ሻ= Impedancia característica del transformador después de cambio de base.

ࢆ%_{ሺ࡭ࡺࢀࡱࡾࡵࡻࡾሻ}= Impedancia característica del transformador antes de cambio de base. ࡹࢂ࡭࡮ሺࡺࢁࡱࢂ࡭ሻ= Potencia aparente base después de cambio de base.

ࡹࢂ࡭࡮ሺࢂࡵࡱࡶࡻሻ= Potencia aparente base antes de cambio de base.

࢑ࢂ࡮ሺࢂሻ= kilo Volts base antes de cambio de base.

࢑ࢂ࡮ሺࡺሻ= kilo Volts base después de cambio de base.

ࢄ"ሺࡳሻࡺ= Reactancia transitoria del generador.

ࢄ´ࡳ= Reactancia de secuencia positiva del generador.

ࢄ૙ࡳ= Reactancia de secuencia cero del generador.

ࢄିࡳ= Reactancia de secuencia negativa del generador.

ࢄ_{ሺ࢚࢘ሻࡺ}= Reactancia del transformador después de cambio de base. ࢄሺ࢚࢘૚ሻࢂ= Reactancia del transformador antes de cambio de base.

܇۰܃܁ሺାሻ= Matriz de admitancias de secuencia positiva.

܇۰܃܁ሺିሻ= Matriz de admitancias de secuencia negativa.

܇۰܃܁ሺ૙ሻ= Matriz de admitancias de secuencia cero.

܈۰܃܁ሺାሻ= Matriz de admitancias de secuencia positiva.

܈۰܃܁ሺିሻ= Matriz de impedancias de secuencia negativa.

܈۰܃܁ሺ૙ሻ= Matriz de impedancias de secuencia cero.

ࡵࢉࢉ૜∅= Corriente de cortocircuito trifásica.

ࢆ࢚ࢎ= Impedancia de Thevenin.

ࢆା࢚ࢎ૚= Impedancia de Thevenin secuencia positiva.

ࢆି࢚ࢎ૚= Impedancia de Thevenin secuencia negativa.

ࢆ૙

࢚ࢎ૚= Impedancia de Thevenin secuencia cero.

3p u. cc

I

φ = Corriente de cortocircuito trifásica en por unidad.

. L T p u cc

I

− = Corriente de cortocircuito monofásica en por unidad.

L TAmper

cc

I

₋ = Corriente de cortocircuito monofásica en A.

3

cc

MVA

(29)

xxii

1

cc

MVA

φ= Potencia aparente de cortocircuito monofásica.

RTP= Relación de transformación del transformador de tensión. RTC= Relación de transformación del transformador de corriente. AT= Tensión Alta.

MT= Tensión Media. BT= Tensión Baja.

SF6=Hexafluoruro de azufre.

TIT= Tiempo de interrupción total del fusible.

TMF= Tiempo mínimo de fusión del fusible.

IaF1= Medidor de corriente eléctrica de la fase A en el nodo 1.

IbF1= Medidor de corriente eléctrica de la fase B en el nodo 1.

IcF1= Medidor de corriente eléctrica de la fase C en el nodo 1.

(30)

xxiii

IaF= Medidor de corriente eléctrica de la fase A en el nodo 6.

IbF= Medidor de corriente eléctrica de la fase B en el nodo 6.

IcF= Medidor de corriente eléctrica de la fase C en el nodo 6.

O= Compuerta lógica “O”.

Y = Compuerta lógica “Y”.

A= Unidad de corriente eléctrica –Amperes-.

AB-T= Indica falla de la fase a y b a tierra.

a-T= Indica falla de la fase A a tierra.

L-L= Magnitud de línea a línea.

MatLab= Paquete computacional empleado para programar.

MΩ= Mega ohms -1x10e6 ohms.

Pico= Magnitud máxima de una señal de corriente alterna.

PSCAD/EMTDC= Simulador de sistemas eléctricos de potencia asistido por computadora.

RMS= Valor eficaz o medio cuadrático.

T_aplic_F= Tiempo de aplicación de la falla.

T_durac_F= Tiempo de duración de la falla.

T_Falla= Tipo de falla.

V= Unidad de voltaje –Volts-.

Ω= Unidad de resistencia eléctrica –ohm.

(31)

1

CAPÍTULO 1.

SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN,

CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONES DE SUS

DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN.

(32)

2

En este capítulo se ubica al sistema de distribución dentro del sistema eléctrico de potencia de tal forma que desde un principio se identifique el área de estudio que se va abordar. También se presenta una clasificación del sistema de distribución en donde se describen las diferentes cargas existentes así como el nivel de confiabilidad de la red eléctrica. Por último se describen los dispositivos de protección eléctrica empleados en un sistema eléctrico de distribución.

1.1 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN

Uno de los componentes más importantes de los sistemas eléctricos, ya sea que pertenezcan a empresas privadas o estatales, es el sistema de distribución de energía eléctrica. En todos los casos la energía que se suministra a cualquier compañía pasa por su sistema de distribución, es por ello importante el buen diseño y enfoque de tales sistemas. [1]

Estos pueden variar desde una simple línea aérea que conecte un generador con un solo consumidor, hasta un sistema de malla de red automática que alimente la zona más importante de una ciudad. En la figura 1.1.1 se muestra el sistema eléctrico de potencia el cual incluye el sistema de generación, transmisión y distribución.

(33)

3

1.1.1 SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN INDUSTRIAL

Estos sistemas representan grandes consumidores de energía eléctrica, como plantas petroquímicas, de acero, de papel y otros procesos industriales similares. Dichos sistemas, aunque son de distribución, deben de ser alimentados a tensiones más elevadas que las usuales, es decir, 23 kV o mayores. Con frecuencia el consumo de energía de estas industrias equivale al de una pequeña ciudad, generando ellas mismas, en algunas ocasiones, parte de la energía que consumen por medio de sus procesos de vapor, gas o diesel, según el caso. La red de alimentación y la estructura de la misma deberán tomar en cuenta las posibilidades o no de su interconexión con la red o sistema de potencia, ya que esto determinará la confiabilidad del consumidor, que en este caso es muy importante debido al costo elevado que significa una interrupción de energía. Dentro de las diferentes industrias existe una gran variedad de tipos de carga y por tanto del grado de confiabilidad que cada una de ellas requiere; así, es muy importante el papel del área de distribución en este caso, ya que solamente esta podrá ayudar a definir el tipo de alimentación, su estructura, su tensión y en consecuencia, el grado de confiabilidad que este consumidor requiera [2].

1.1.2 SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN COMERCIAL

Estos sistemas son los que se desarrollan por grandes complejos comerciales o municipales como rascacielos, bancos o supermercados, escuelas, aeropuertos, hospitales, puertos marítimos, etc. Este tipo de sistema posee sus propias características por el tipo de demanda de energía que tiene con respecto con la seguridad tanto como las personas como los inmuebles. En estos casos se cuenta con generación local, en forma de plantas generadoras de emergencia, misma que son elementos importantes en el diseño del sistema de alimentación en este tipo de servicios.

1.1.3 PARQUES INDUSTRIALES

Esta área se refiere a la alimentación, en zonas definidas denominadas parques industriales, a pequeñas o medianas industrias localizadas por lo general fueras de las ciudades o centros urbanos. Las estructuras pueden ser similares a las anteriores; sin embargo, los requisitos de continuidad varían, y en algunos casos no muy estrictos.

(34)

4

Por lo general la tensión de alimentación en estas zonas es mediana por lo que el desarrollo de las redes de baja tensión es mínimo. La planeación de estos sistemas se debe de considerar con gran flexibilidad ya que la expansión en estas zonas industriales es grande, en especial en zonas nuevas en países en desarrollo. En la mayoría de los casos estas estructuras son desarrolladas y operadas por las compañías de distribución estatales.

1.1.4 SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN URBANOS Y RESIDENCIALES

Estos sistemas por lo general son también responsabilidad directa de las compañías suministradoras de energía eléctrica, y consiste en la mayoría de los casos en grandes redes de cables subterráneos o aéreos desarrollados en zonas densamente pobladas. En grandes centros urbanos las cargas con frecuencia son considerables, aunque nunca comparables con las cargas industriales. Por otra parte, en zonas residenciales las cargas son ligeras y son muy diferentes a las de las zonas urbanas comerciales o mixtas; por lo tanto, las estructuras de alimentación para estas zonas son distintas y los criterios con los que se debe diseñar son exclusivos para este tipo de cargas.

1.1.5 DISTRIBUCIÓN RURAL

Esta área de la distribución es la que tiene la densidad de carga más baja de las mencionadas y por ello requiere soluciones especiales que incluyan tanto las estructuras como los equipos. Las grandes distancias y las cargas tan pequeñas representan un costo por kWh muy elevado, por lo que en muchas zonas es preferible generar la energía al inicio de las redes. Las cinco categorías en que se dividen los sistemas de distribución y que presentan un panorama general de la ingeniería de distribución. Sin embargo, es conveniente subrayar que en las dos primeras, los sistemas de distribución industrial y comercial, por lo general las diseñan y operan las propias empresas a las que pertenecen, y las últimas tres son responsabilidad de las empresas de distribución en la mayoría de los países.[4]

Los procedimientos para el diseño de los sistemas de distribución están divididos en siete rubros los cuales se presentan a continuación sin embargo, ante todo es necesaria la aplicación de la experiencia adquirida en las empresas.