Coordinación de las protecciones de los alimentadores en Cayo Santa María

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(1)Departamento de Electroenergética. Título del trabajo: Coordinación de las protecciones de los alimentadores en Cayo Santa María Autor del trabajo: Ernesto Javier Díaz-Villabella Montero Tutores del trabajo: Dr. Marta Bravo de las Casas MsC. Grettel E. Quintana de Basterra. Junio 2017.

(2) Este documento es Propiedad Patrimonial de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, y se encuentra depositado en los fondos de la Biblioteca Universitaria “Chiqui Gómez Lubian” subordinada a la Dirección de Información Científico Técnica de la mencionada casa de altos estudios. Se autoriza su utilización bajo la licencia siguiente: Atribución- No Comercial- Compartir Igual. Para cualquier información contacte con: Dirección de Información Científico Técnica. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Carretera a Camajuaní. Km 5½. Santa Clara. Villa Clara. Cuba. CP. 54 830 Teléfonos.: +53 01 42281503-1419.

(3) PENSAMIENTO. PENSAMIENTO. “No vamos a sentarnos y hacer un alto en el camino para pensar cuales serán nuestros próximos pasos, vamos a pensar caminando, vamos a aprender creando y también, por qué no, equivocándonos”. CHE.

(4) DEDICATORIA A mis padres Juana y Armando por haberme apoyado todo este tiempo, por su sacrificio y sus ganas de que saliera adelante. A mi hermano Abel por ayudarme y siempre estar presente. A mi novia Suyen por acompañarme en largas horas de tesis y por siempre estar ahí cuando más la necesitaba. A toda mi familia que de una forma u otra contribuyeron a que esto se hiciera realidad. A todos mis amigos por la buena amistad que me brindaron. A todos aún a los que no he mencionado les dedico este trabajo y más que todas infinitas gracias..

(5) AGRADECIMIENTOS. A mis tutoras Marta y Grettel por su grandiosa ayuda, por su esfuerzo y dedicación. A los trabajadores del CEDAI en especial Alirio y Eloy que su ayuda influyo mucho en la calidad de este trabajo. A los trabajadores de la UEB del cayo Cabarroca, Trujillo y Evelio..

(6) TAREA TÉCNICA. TAREA TÉCNICA  Fundamentación sobre las principales características de los sistemas eléctricos aislados.  Recolección de la información necesaria para actualizar el monolineal del. Cayo. Santa María  Actualización y montaje del monolineal del sistema eléctrico del Cayo Santa María en el Power System Explorer (PSX).  Comprobación de la coordinación de los relés de los alimentadores con las cargas.  Confección del informe.. Firma de los Autores. Firma de los Tutores.

(7) RESUMEN La actividad turística va estrechamente ligada a la satisfacción del cliente por ello asegurar la continuidad del servicio y el funcionamiento de las instalaciones es vital. La subestación eléctrica inaugurada en enero 2015, ubicada en el polo turístico Cayo Santa María posibilita garantizar el suministro de energía a los consumidores y forma parte de un sistema eléctrico que opera régimen aislado con los problemas técnicos de este tipo de red. Conjuntamente con la inauguración de la subestación se pusieron en funcionamiento un conjunto de modernas protecciones en los alimentadores y totalizadores, las cuales fueron ajustadas de acuerdo a las condiciones en que debía operar la red en aquel momento. En el 2017 se realizó un estudio de cuánto habían aumentado los niveles de cortocircuito con el crecimiento de la generación y de las instalaciones en la red eléctrica para realizar las modificaciones necesarias en los ajustes de las protecciones. Se han tenido notificaciones de eventos o fallas en las instalaciones turísticas, por la baja en las que han operado las protecciones de los alimentadores, aspecto que no debía ocurrir pues cada instalación tiene su protección por la baja, cada transformador que alimenta una carga tiene un fusible por alta, por lo que debe existir la correcta coordinación entre los dispositivos de protección los cuales son de sobrecorriente. El objetivo general de esta investigación es realizar un estudio de la coordinación entre los relés de los alimentadores y los dispositivos de protección de las cargas, para lo que serealizan simulaciones en el software PSX para calcular las corrientes necesarias para efectuar los ajustes de los dispositivos de protección y se arriban a conclusiones que podrán servir de ayuda a los especialistas del Cayo Santa María.. Palabras Claves: protección de sistemas eléctricos, coordinación de protecciones, sistemas eléctricos aislados..

(8) ÍNDICE RESUMEN .............................................................................................................................................. 7 ÍNDICE .................................................................................................................................................... 8 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 1 1.1 Introducción ............................................................................................................................... 4 1.2. Características generales de los sistemas eléctricos de potencia ........................ 4. 1.3 Generalidades de los sistemas aislados ............................................................................ 4 1.4 Estabilidad .................................................................................................................................. 5 1.5 Teoría de las protecciones ..................................................................................................... 6 1.5.1 Sensibilidad ........................................................................................................................ 6 1.5.2 Selectividad......................................................................................................................... 7 1.5.3 Rapidez ................................................................................................................................ 7 1.5.4 Fiabilidad ............................................................................................................................. 7 1.6 Dispositivos de protección .................................................................................................... 8 1.6.1 Fusibles................................................................................................................................ 8 1.6.2 Restauradores................................................................................................................ 10 1.6.3 Seccionalizador ............................................................................................................. 11 1.6.4 Interruptores Automáticos.......................................................................................... 12 1.6.5 Relés de Sobrecorriente .............................................................................................. 14 1.6.5.1 Protecciones de sobrecorriente instantáneas ................................................. 15 1.6.5.2 Protecciones de sobrecorriente de tiempo definido ...................................... 15 1.6.5.3 Protecciones de sobrecorriente de tiempo inverso ....................................... 15 1.7 Principios de coordinación de los elementos de protección ................................... 16 1.8 Coordinación entre dispositivos de protección ............................................................. 16 1.8.1 Coordinación fusible – fusible................................................................................... 17 1.8.2 Coordinación restaurador – fusible ......................................................................... 18.

(9) ÍNDICE. 1.8.3 Coordinación restaurador – restaurador .................................................................. 19 1.8.4 Coordinación restaurador – relé ................................................................................. 19 1.8.5 Restaurador – seccionalizador .................................................................................... 19 1.9 Consideraciones del capítulo ........................................................................................... 20 CAPÍTULO 2. Descripción del SEACSM y sus dispositivos de protección. ...................... 21 2.1 Introducción ............................................................................................................................. 21 2.2 Descripción del sistema eléctrico del cayo Santa María ............................................. 21 2.3 Composición de la Generación........................................................................................... 21 2.4 Subestación ............................................................................................................................. 22 2.5 Redes ......................................................................................................................................... 24 2.5.1 Circuito Dunas Punta Madruguilla .............................................................................. 25 2.5.2 Circuito sur – oeste (Ensenachos) ............................................................................. 27 2.5.3 Circuito Base de Apoyo ................................................................................................. 29 2.5.4 Circuito Este ..................................................................................................................... 30 2.6 Equipos de protección instalados en el SEACSM ......................................................... 33 2.6.1 Relés de los alimentadores .......................................................................................... 33 2.6.2 Fusibles SIBA ................................................................................................................... 34 2.6.3 Masterpact NT y NW ....................................................................................................... 35 2.7Metodología utilizada para la coordinación de los dispositivos de protección. ........ 37 2.8 Consideraciones finales del capítulo .................................................................................... 39 CAPÍTULO 3. ESTUDIO DE COORDINACIÓN ............................................................................. 41 3.1 Introducción ................................................................................................................................. 41 3.2 Coordinación del relé del alimentador del circuito 1 Dunas con sus cargas............. 41 3.3 Coordinación de la protección del circuito 2 Dunas con sus cargas........................... 44 3.4 Coordinación de la protección del circuito 1 Ensenachos con sus cargas ............... 46 3.5 Coordinación de la protección del circuito 2 Ensenachos con sus cargas ............... 50 3.6 Coordinación de la protección del circuito 1 Base Apoyo con sus cargas................ 53 3.7 Coordinación de la protección del circuito 2 Base Apoyo con sus cargas ................ 55 3.8 Coordinación de la protección del circuito 1 Este con sus cargas. ............................. 57.

(10) ÍNDICE. 3.9 Coordinación de la protección del circuito 2 Este con sus cargas .............................. 60 3.10 Coordinación de la protección del circuito 3 Este con sus cargas ............................ 63 3.11 Conclusiones del capítulo ..................................................................................................... 66 CONCLUSIONES................................................................................................................................ 68 RECOMENDACIONES ...................................................................................................................... 70 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................... 71 ANEXOS ............................................................................................................................................... 74.

(11) INTRODUCCIÓN. La energía eléctrica se ha convertido en uno de los pilares que soportan el desarrollo de la sociedad actual, por lo que su disponibilidad y buen uso son una pieza clave a la hora de determinar el éxito o fracaso de la economía mundial. El siglo XXI ha dado paso a una época en la que las reservas de petróleo y gas natural han dejado de aumentar año a año y el horizonte de años venideros se muestra ya como una posibilidad real para el agotamiento total de este tipo de recursos. Las estrategias para solucionar este problema están enfocadas al fomento de la investigación, uso de energías renovables e impulso de las medidas de ahorro y eficiencia energética. Dentro de este contexto, en los últimos años se ha producido un importante incremento en el número de instalaciones de generación distribuida (GD) que se han conectado a las redes de distribución de energía eléctrica. Una de las principales características de la GD es que su punto de conexión al sistema de potencia se encuentra en lugares cercanos a la carga, a diferencia de los centros de generación convencionales, los cuales están conectados directamente a los sistemas de transmisión. Tradicionalmente los sistemas de distribución han sido diseñados en forma radial, lo que ocasiona que circulen flujos de potencia en una sola dirección. Con la inclusión de la generación distribuida en los sistemas de distribución los flujos de potencia pueden circular en ambos sentidos, lo que ha ocasionado diversos impactos en las condiciones operativas del sistema. Uno de estos aspectos está reflejado en el comportamiento inadecuado de los elementos de protección. También hay que tener en cuenta que. no siempre un sistema eléctrico puede estar. interconectado con otro más potente que le brinde mayor tolerancia ante fallas. En lugares en los que, por sus condiciones geográficas, es muy difícil o económicamente injustificable la interconexión con un sistema de mayor potencia, la única solución viable es la construcción de un pequeño sistema aislado que suministre la energía con la calidad requerida. La coordinación entre los dispositivos de protección en este tipo de sistemas eléctricos es 1.

(12) INTRODUCCIÓN. fundamental para brindar un servicio eléctrico de calidad y fiable, ya que muchos de los sistemas eléctricos aislados se encargan del sector turístico. Un sistema eléctrico aislado con el que Cuba cuenta es el Cayo Santa María, el cual se ha visto afectado por problemas de coordinación entre sus dispositivos de protección. Con el fin de comprobarque todos los dispositivos cuentan con un ajuste adecuado para que coordinen entre sí, se hizo un estudio donde se chequeó que ante la ocurrencia de una falla por baja de los transformadores, es decir, en los hoteles o el resto de las instalaciones, primero respondieran los dispositivos de protección últimos, que en este caso son interruptores Masterpact y luego los relés instalados en los alimentadores. Antecedentes Se conoce de la ocurrencia de fallas en diferentes cargas del sistema eléctrico de Cayo Santa María han respondido los relés de los alimentadores (protección de respaldo), no operando por lo tanto la protección primaria, lo cual no se acepta en la filosofía de las protecciones eléctricas. Situación problemática Durante el año 2017 ocurrieron un grupo de averías que afectaron el servicio eléctrico brindado a la red hotelera. Estas afectaciones demuestran que, aunque la nueva subestación aumentará la capacidad de respuesta ante la ocurrencia de fallas, el SEACSM continúa siendo un sistema muy débil (por su condición de sistema aislado) y que cualquier falla en una unidad generadora puede conllevar al colapso total del sistema o, en el mejor de los casos, a la pérdida de un conjunto considerable de cargas. A estos problemas se une el hecho de que las protecciones no coordinen entre sí y que ante una falla no responda la protección primaria correspondiente y quede sin servicio una mayor parte de los consumidores. Problema científico ¿Serán correctos los ajustes de los alimentadores de la subestación para lograr una adecuada coordinación con las cargas? Por lo tanto, el objetivo general de este trabajo es: Realizar un estudio de la coordinación entre los alimentadores y las cargas. 2.

(13) INTRODUCCIÓN. Para darle cumplimiento a este objetivo, se trabajará sobre la base de los siguientes objetivos específicos: . Revisar la bibliografía existente relacionada con el tema en estudio.. . Recopilar datos de los dispositivos de protección de las cargas, y de los circuitos para actualizar el monolineal del SEACSM en el software PSX.. . Analizar el comportamiento de los dispositivos de protección en todos los circuitos de salida de la subestación del SEACM ante distintos cortocircuitos.. Justificación y viabilidad Esta investigación se justifica porque se sabe de la ocurrencia de fallas en los hoteles y han respondido los alimentadores, lo cual no se acepta en la filosofía de las protecciones eléctricas. Además es una necesidad de la Empresa Eléctrica contar con una coordinación adecuada de todos los dispositivos de protección instalados en el SEACSM. Esta investigación es viable pues se cuenta con el software PSX para realizar las simulaciones necesarias. Estructura del trabajo  En el Capítulo 1 posee conceptos básicos sobre los sistemas eléctricos aislados, los dispositivos de protección y los principios de coordinación entre los diferentes dispositivos  En el Capítulo 2 se dará una descripción detallada del sistema eléctrico del cayo así, distribución de las cargas y la metodología utilizada para la coordinación de los dispositivos de protección.  En el Capítulo 3 se expondrán los resultados obtenidos para la coordinación de los alimentadores con las cargas.. 3.

(14) CAPÍTULO 1. Conceptos básicos de los sistemas aislados y de las protecciones eléctricas 1.1 Introducción En este capítulo se ofrecen las características generales de los sistemas eléctricos aislados, fundamentos de las protecciones así como los dispositivos de protección más utilizados. También se exponen los criterios básicos para la coordinación entre dichos dispositivos. 1.2 Características generales de los sistemas eléctricos de potencia Un sistema eléctrico de potencia consiste en una agrupación de elementos que se conectan entre sí para formar una estructura compleja capaz de generar, transmitir y distribuir la energía eléctrica a través de un área determinada. Debido a la interacción entre los distintos elementos, pueden tener lugar una serie de fenómenos dinámicos que afectarán a uno o varios elementos o incluso al sistema en su totalidad. Los componentes principales de un sistema eléctrico de potencia son los que se encuentran en las centrales de generación, redes eléctricas de transporte y distribución en alta, media o baja tensión, las subestaciones eléctricas, los centros de transformación y los consumidores. 1.3 Generalidades de los sistemas aislados Los sistemas eléctricos aislados presentan características tales que la estabilidad es un problema de primer orden. Son sistemas de pequeño tamaño y están equipados total o parcialmente con grupos generadores de baja inercia (por ejemplo accionados por motores diesel). Por ello, las variaciones de frecuencia que se producen en caso de perturbaciones son muy superiores a las que se experimentan en sistemas fuertemente interconectados. Además, las redes eléctricas de los sistemas aislados están por lo general poco malladas y son de niveles de tensión inferiores a las redes de los sistemas interconectados [1]. Además estos sistemas eléctricos aislados carecen de sistemas colindantes que les puedan aportar energía. Todo esto puede generar una disminución o un aumento de frecuencia tal que la única solución para evitar el colapso total del sistema sea la desconexión de cargas o de generación [2]. 4.

(15) CAPÍTULO 1. Conceptos básicos de los sistemas aislados y de las protecciones eléctricas. En un sistema eléctrico, la potencia total generada ha de ser en todo momento igual a la potencia total consumida más las pérdidas que se producen para servir la carga esto se debe a que la energía no es (económicamente) almacenable. Si en un momento dado la generación no es igual a la demanda, se produce una variación de la frecuencia del sistema. El sistema responde a dicha variación de frecuencia con la respuesta inercial, la regulación primaria y la regulación secundaria [3]. 1.4 Estabilidad La estabilidad es una condición de equilibrio entre fuerzas opuestas. El mecanismo por el cual máquinas sincrónicas interconectadas mantienen el sincronismo las unas a las otras es a través de fuerzas restauradoras, las cuales actúan siempre que estas son fuerzas tendentes a acelerar o desacelerar una o más máquinas con respecto a otras máquinas. Bajo condiciones de régimen permanente, existe equilibrio entre el torque mecánico de entrada y el torque eléctrico de salida de cada máquina y la velocidad se mantiene constante. Si el sistema es perturbado este equilibrio es trastornado, resultando en la aceleración o desaceleración de los rotores de las máquinas de acuerdo con las leyes de movimiento de cuerpo rotante. Si un generador temporalmente gira más rápido que otro, la posición angular de ese rotor relativo a aquella de las máquinas más lenta avanzará. La diferencia angular resultante transfiere parte de la carga de la máquina más lenta a la máquina más rápida, dependiendo de las relaciones de potencia-ángulo. Eso tiende a reducir la diferencia de velocidad y de ahí la separación angular. Las relaciones de potencia-ángulo son altamente no lineales. Un incremento en la separación angular es acompañado de un decremento en la transferencia de potencia; esto incrementa la separación angular más y encamina hacia la inestabilidad. La estabilidad de un sistema depende sobre, sí o no, resulten en suficiente torque de restablecimiento las desviaciones de las posiciones angulares de los rotores [4]. Cuando una máquina sincrónica pierde el sincronismo, su rotor gira a una velocidad más alta o baja que la requerida para generar tensión a la frecuencia del sistema. El deslizamiento entre el campo rotatorio del estator y el campo del rotor resulta en grandes fluctuaciones de la potencia de salida de la máquina, esto causa que el sistema de protección aísle a la máquina inestable del sistema. La pérdida del sincronismo pude ocurrir entre una máquina y el resto del sistema o entre un grupo de máquinas. En el último caso el sincronismo puede ser mantenido entre cada grupo, luego de su separación los unos a los otros. 5.

(16) CAPÍTULO 1. Conceptos básicos de los sistemas aislados y de las protecciones eléctricas. 1.5 Teoría de las protecciones El campo de las protecciones tiene una antigüedad del orden de unos 70 años y a lo largo de este periodo ha habido grandes evoluciones con la utilización de distintas tecnologías. Los fenómenos de la red siguen siendo prácticamente los mismos y las faltas de las que proteger también, pero las posibilidades que ofrecen las nuevas tecnologías hacen replantear todos los fenómenos derivados de las perturbaciones en el sistema eléctrico, para hacer el mejor uso y aplicar nuevas técnicas en la selección y detección de las faltas. Se deben tener en cuenta tres principios básicos de las protecciones:  Todas las fallas deben considerarse como transitorias.  Si la falla es permanente, se debe desconectar (eliminar) la falla.  Se debe desconectar la menor parte del circuito. Los principales objetivos de la coordinación de protecciones en una red de distribución son:  Eliminar el punto de falla del sistema lo más rápido posible.  Minimizar el número de consumidores afectados por la falla.  Proteger los equipos de los consumidores.  Proteger el sistema de interrupciones innecesarias del servicio.  Desconectar la zona afectada del resto del sistema. A todo sistema de protección, se le exigen cuatro requisitos fundamentales para que realice su función correctamente. Estos requisitos son:  Sensibilidad  Selectividad  Rapidez  Fiabilidad 1.5.1 Sensibilidad El sistema de protección debe ser lo suficientemente sensible para operar en las condiciones de falla mínima que se puedan dar en la parte del sistema que tenga encomendada. En cualquier sistema eléctrico, en varias ocasiones en el día y durante las distintas estaciones del año, la carga puede variar entre límites muy amplios. Para cubrir estas exigencias cambiantes de la carga solicitada, es preciso poner diferentes combinaciones en la generación con el fin de atender la demanda de la forma más adecuada. La condición de mínima exigencia de generación es generalmente la que va a definir la sensibilidad de las 6.

(17) CAPÍTULO 1. Conceptos básicos de los sistemas aislados y de las protecciones eléctricas. protecciones. En estas condiciones, circulará por la protección la mínima corriente de falla al producirse un cortocircuito y esta deberá ser lo suficientemente sensible para detectar dicha falla. 1.5.2 Selectividad La. selectividad. de. una. determinada. protección. es. la. facultad. para. reconocer. inequívocamente una falla dentro de la zona que tiene encomendada y posteriormente, disparar los elementos necesarios para despejar la falla. Las protecciones deben diferenciar entre aquellas fallas para las que deben de operar por haberse producido en los propios equipos que protegen, de las fallas que se produzcan en otros equipos para las que no deben de operar. Las protecciones tienen una propiedad o misión fundamental, que es la desconexión del elemento averiado, pero solo de este elemento sin necesidad de desconectar a otro elemento adyacente (selectividad absoluta). En ocasiones, pero solo como respaldo, se necesita que las protecciones desconecten o garanticen la alimentación de ciertas zonas de sistemas adyacentes a ellas, en el caso de que sus protecciones no actúen (selectividad relativa). 1.5.3 Rapidez Las protecciones deben operar con la rapidez adecuada. Por supuesto que la rapidez es esencial en la separación del elemento dañado de la red, para evitar que se produzcan mayores desperfectos debido a los efectos del cortocircuito y de esta manera, reducir los costos de reparación y el de su permanencia fuera de servicio. La rapidez de operación tiene además, repercusión directa en la estabilidad general del sistema eléctrico. 1.5.4 Fiabilidad Además de los requisitos anteriores, para que un sistema de protecciones funcione satisfactoriamente, debe ser fiable. La fiabilidad es la medida del grado de confianza de que un sistema de protección va a actuar correctamente. El término fiabilidad engloba dentro de sí dos conceptos. Por un lado, la obediencia, que es la cualidad de que una protección opere correctamente cuando es requerido para operar y por otro lado la seguridad, que es la cualidad de no operar ante unas causas extrañas, evitando actuaciones incorrectas. La 7.

(18) CAPÍTULO 1. Conceptos básicos de los sistemas aislados y de las protecciones eléctricas. fiabilidad de un sistema de protecciones depende, en primer lugar, de la fiabilidad de los propios relés y, en segundo lugar, de su aplicación, de su correcta instalación y de su mantenimiento preventivo [5]. 1.6 Dispositivos de protección En el sistema eléctrico existen varios dispositivos de protección los cuales se coordinan para que las zonas de protección primaria se solapen unas con otras y todo el sistema eléctrico quedé protegido de forma primaria. Dentro de la protección existe la protección “primaria” y la protección “respaldo”. La protección primaria es la primera línea de defensa, mientras que la protección de respaldo funciona solamente cuando la protección primaria falla. A continuación se muestran algunos dispositivos de protección. 1.6.1 Fusibles El fusible es el equipo más sencillo de interrupción automático de corriente en caso de cortocircuitos y sobrecargas. El principio de funcionamiento del fusible es el efecto Joule, fenómeno irreversible por el cual si en un conductor circula una corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor que es aprovechado por un elemento sensible al calor con un punto de fusión menor al de los conductores de la instalación protegida. Es este elemento sensible al que se le denomina fusible. La construcción de los fusibles comprende una gran variedad de modelos, con distintos tamaños, formas y métodos de montaje. Los equipos son utilizados en diferentes gamas de tensión, corriente y tiempos de actuación [6]. Se puede decir que es uno de los dispositivos de protección más utilizado y confiable dentro del sistema de protección. Realizan diferentes funciones como:  Detectar cualquier subida de corriente en el sistema protegido.  Interrumpir sobrecorrientes.  Soportar tensiones transitorias de recuperación para no permitir re ignición (extinción controlada del arco) Cuando por el fusible circula una sobrecorriente, el intervalo de tiempo desde que se detecta, hasta que empieza a fundirse se denomina tiempo mínimo de fusión, y el intervalo de tiempo 8.

(19) CAPÍTULO 1. Conceptos básicos de los sistemas aislados y de las protecciones eléctricas. en que termina en fundirse todo el fusible se denomina tiempo máximo de despeje. La principal limitación de un fusible es, siempre que es sometido a una corriente superior a su mínima corriente de fusión, se funde y queda sin servicio la parte del sistema más allá de este, esta interrupción se da hasta que un especialista analice el tipo de falla y reponga dicho fusible. Existen diferentes tipos de fusibles según la norma ANSI.  Fusible tipo K. Conduce hasta 150% de su corriente nominal (In) sin daños (relación de velocidad 6 a 8).  Fusible tipo T. Más lento que los K (relación de velocidad 10 a 13).  Fusible tipo Std. Intermedia entre los K y T; son permisivos a las fluctuaciones de corriente (relación de velocidad 7 a 11).  Fusibles tipo H. Conducen hasta el 100% de su corriente nominal (In) sin daño; tienen característica de fusión muy rápida (relación de velocidad 7 a 11).  Fusibles tipo N. Conducen hasta el 100% de su In sin daños. Son más rápido aun q los H.  Fusibles tipo X. Provistos de un elemento dual; son permisivos a las fluctuaciones de la corriente (relación de velocidad 32).  Fusibles tipo Sft. Provistos de elemento dual; no actúan ante fallas temporales en transformadores.  Fusibles tipo Ms o Ks. Respuesta ultra lenta y mayor permisividad de corriente q los T; como protección de línea (relación de velocidad 20).  Fusibles tipo MN241 AYEE. Conducen hasta el 130% de su corriente nominal (In) sin daños; poseen un resorte extractor necesario en los seccionalizadores MN241 AYEE.  Fusibles tipo DUAL. Son fusibles extra lentos, cuya relación de velocidad es de 13 y 20 (para 0.4 y 21 amperios, respectivamente). Un fusible tipo K, se comporta de forma diferente de un fusible tipo T o de cualquier tipo. Dentro de un mismo tipo de fusibles existe una subdivisión que los diferencia en valores de amperes utilizados para una correcta coordinación de protecciones por lo cual se recomienda utilizar fusibles del mismo tipo y subdivisión. De manera que el fabricante garantiza que un fusible de 10 A, se fundirá antes que uno de 15 A, uno de 20 A se fundirá antes que uno de 25 A y así sucesivamente hasta llegar al fusible de mayor valor en amperios. Cabe añadir que cada fusible tiene diferentes curvas según su valor de interrupción, la curva viene dada en amperios – segundos [7].. 9.

(20) CAPÍTULO 1. Conceptos básicos de los sistemas aislados y de las protecciones eléctricas. 1.6.2 Restauradores Los restauradores son dispositivos automáticos de reconexión de un circuito cuando se produce una falla temporal en el mismo. Son diseñados para soportar corrientes de cortocircuito, también poseen un sistema de control capaz de medir la corriente de línea que están protegiendo; en caso que se produzca una falla abren o cierran el circuito en una secuencia predeterminada. Si la falla persiste después de ejecutada la frecuencia de apertura y cierre, el reconectador se encarga de aislar el resto del sistema. Los restauradores se clasifican de acuerdo a la técnica de extinción del arco utilizado, existen los de vacío y los de aceite mineral y al tipo de control que utilizan para ejecutar la secuencia de reconexión, la inteligencia o control puede ser hidráulico o electrónico. Las características principales del reconectador son las siguientes:  Corriente de interrupción. Es la máxima corriente simétrica RMS que el reconectador puede interrumpir.  Ciclo de trabajo. Es la secuencia de operación que el equipo utiliza para despejar una falla y sobre la cual se determina el tiempo de vida útil del equipo según la corriente de interrupción.  Corriente nominal. Es la corriente continua a 60 Hz que el equipo puede soportar por un tiempo indefinido. Los restauradores con control electrónico vienen provistos de bobinas de 560 A ó 1120 A, según las cantidades de potencias manejadas por el sistema. Los restauradores con control hidráulico tienen bobinas en serie con el circuito bajo supervisión, los cuales están en un rango de 25 hasta 560 A.  Tensión de servicio. Es la tensión nominal de reconexión del reconectador, generalmente, el reconectador está diseñado para soportar tensiones superiores a tensión de línea del sistema. Por ejemplo, para un sistema de distribución de 13.8 kV, la clase de tensión de un reconectador es 15.5 kV. Los restauradores tienen diversas curvas de tiempo inverso, lo que permite escoger la adecuada para cualquier caso de coordinación, estas curvas se denominan lentas, mientras que la operación de apertura instantánea también posee curvas, denominadas curvas rápidas. La secuencia de operación es un parámetro que se puede manejar, generalmente la secuencia se compone de cuatro operaciones, entendiéndose cada operación como una apertura del circuito. La rapidez de cada operación (apertura) la podemos ajustar estableciendo en el reconectador que curva domina la primera apertura, la segunda la 10.

(21) CAPÍTULO 1. Conceptos básicos de los sistemas aislados y de las protecciones eléctricas. tercera y la cuarta. La secuencia o ciclo estándar de trabajo para un reconectador; el recierre del circuito después de una apertura demora dos segundos en equipos con control hidráulico y para equipos con control electrónico este tiempo es ajustable (Figura 1.1).. Figura 1.1 Secuencia completa de operación de un reconectador.. Además los restauradores poseen curvas que pueden ser usadas para el caso de coordinación de un reconectador con cualquier equipo de protección, los restauradores pueden ser trifásicos o monofásicos dependiendo de las redes de distribución existentes en el sistema de distribución [8]. 1.6.3 Seccionalizador El seccionalizador es un dispositivo de protección que aísla automáticamente las fallas en las líneas de distribución. Se instala necesariamente aguas abajo de un equipo con reconexión automática. Para fallas ocurridas dentro de su zona de protección, el seccionalizador cuenta las aperturas y cierres efectuadas por el equipo dotado de reconexión automática instalado aguas arriba y de acuerdo a un ajuste previo, abre en el momento en que el restaurador está abierto; es decir, el seccionalizador cuenta los impulsos de corriente de falla que fluyen en el sistema, ajustándose para que abra después de un determinado número de pulsos que pueden ser uno, dos o tres como máximo. Siempre debe ajustarse para un pulso menos que el número de operaciones del restaurador asociado. Se usan a menudo en lugar de seccionalizadores, fusibles en arranques donde es necesario reponer el servicio rápidamente y donde no se justifica el uso de otro restaurador en serie.. 11.

(22) CAPÍTULO 1. Conceptos básicos de los sistemas aislados y de las protecciones eléctricas. No tienen curvas características de operación tiempo-corriente y se coordinan con los restauradores, simplemente por sus corrientes nominales y sus secuencias de operación. Los requisitos básicos que deben considerarse para su adecuada aplicación son los siguientes:  El dispositivo de protección con reconexión automática, ubicado aguas arriba del seccionalizador, debe tener la sensibilidad suficiente para detectar la corriente mínima de falla en toda la zona asignada para ser protegida por él.  La corriente mínima de falla del sector de la línea que debe ser aislada por el seccionalizador debe exceder a su corriente mínima de operación.  El seccionalizador debe ajustarse como máximo para que abra en una operación menos que el dispositivo con reconexión automática ubicado aguas arriba. . No debe excederse los valores de corrientes máximas de corta duración del seccionalizador..  Puede ser usado en serie con otros dispositivos de protección, pero no entre dos restauradores [9]. Las ventajas de usar seccionalizadores en líneas radiales de distribución son:  Cuando se emplean en lugar de un restaurador, resultan de un costo de inversión inicial y de mantención menor.  Cuando se emplean sustituyendo un desconectador fusible, no presentan dificultades de coordinación como se presentaría, al ser reemplazado por otro desconectador fusible de tamaño diferente.  Pueden dentro de su rango admisible ser utilizados para desconectar o conectar líneas de carga, siempre que éstas estén. Los seccionalizadores se clasifican como sigue:  Monofásicos  Trifásicos  Hidráulicamente controlados  Electrónicamente controlados [10, 11]. 1.6.4 Interruptores Automáticos Cuando se presentan muchos fallos en las redes protegidas por fusibles, el tiempo de restauración depende de la demora en cambiar el fusible o al menos la lámina fusora y en ocasiones, fundamentalmente en las redes de distribución industriales, el costo de las 12.

(23) CAPÍTULO 1. Conceptos básicos de los sistemas aislados y de las protecciones eléctricas. desconexiones suele ser elevado y, por tanto, se precisa de tiempos cortos de reenergización. El interruptor automático puede reponerse, por lo general, de forma muy rápida mediante la acción mecánica luego de una actuación contra un cortocircuito. Además, suelen fabricarse con mayor capacidad y desde uno a tres polos en un mismo dispositivo. Los interruptores automáticos a diferencia del fusible, se pueden encontrar con variantes ajustables o no ajustables. Es decir, en muchos casos sólo se debe seleccionar el dispositivo deseado, pero en otros casos algunos de los parámetros que caracteriza su actuación pueden configurarse. En la figura 1.2 se muestra la curva del comportamiento del tiempo de acción de algunos interruptores automáticos, aunque se conocen muchos tipos de curvas en dependencia de la tecnología y el fabricante.. Figura 1.2 Característica de temporización de los interruptores. Los interruptores automáticos a diferencia de los fusibles, en su gran mayoría tienen varias zonas de operación. En la figura 1.3 se muestra la zona de tiempo largo o de acción lenta que suele ser de tiempo inverso y la zona de tiempo corto, que puede ser instantánea o no. En muchos interruptores estas zonas de tiempo corto pueden estar divididas en: zona de tiempo corto y zona instantánea.. 13.

(24) CAPÍTULO 1. Conceptos básicos de los sistemas aislados y de las protecciones eléctricas. Figura 1.3 Característica de un interruptor con varias zonas de operación.. Otros interruptores son capaces de indicar el tipo de acción que efectuó, si fue por la zona de tiempo corto o instantáneo (provocado por cortocircuitos) o por la zona de tiempo largo (provocado por sobrecorrientes debidas a sobrecargas, etc.) lo que permite mayor velocidad en la detección futura de la avería [12]. 1.6.5 Relés de Sobrecorriente Este dispositivo de protección es uno de los más simples y muy altamente utilizado, especialmente en alimentadores radiales de distribución (10 a 25 KV) y transformadores de poca potencia hasta 4 MVA. Se usa como protección de respaldo en equipos más importantes dentro de un sistema eléctrico de potencia, como generadores, transformadores de gran potencia, líneas de media tensión, etc. El funcionamiento de un relé de sobrecorriente es simple ya que su operación depende de dos variables básicas las cuales se describen a continuación:  El nivel de corriente mínima de operación (o corriente de pickup), que es aquel valor que produce el cambio de estado del relé.  La característica de tiempo de operación. Características de operación. De acuerdo a la característica de tiempo de operación, los relés pueden clasificarse como se muestra en la Figura 1.4. 14.

(25) CAPÍTULO 1. Conceptos básicos de los sistemas aislados y de las protecciones eléctricas. Figura 1.4 Tipos de relés según su característica de tiempo de operación. 1.6.5.1 Protecciones de sobrecorriente instantáneas Los relés de unidades aisladas, son pocos usados en los sistemas eléctricos de potencia, normalmente se utilizan en conjunto con otras protecciones, con el propósito de combinar sus características. Se construyen del tipo de armadura succionada, armadura atraída y copa de inducción. 1.6.5.2 Protecciones de sobrecorriente de tiempo definido Una protección simple de tiempo definido se puede obtener usando un relé instantáneo en conjunto con el relé temporizador (T) que produzca un retardo necesario, en la práctica se utiliza muy poco una solución en base a elementos independientes, sino que se utiliza un relé de tipo disco de inducción cuya curva sea muy poco inversa, de modo que pueda llamarse de tiempo definido, en este tipo de relé de tiempo se define para 10 veces la corriente de operación, en adelante. Esta característica de operación se consigue utilizando una unidad de medida cuyo núcleo se satura rápidamente. En los relés de estado sólido se utiliza un elemento comparador que actúa a través de un temporizador. El relé opera solo si la sobrecorriente se mantiene durante el tiempo necesario. En caso contrario el relé no entra en proceso de operación. 1.6.5.3 Protecciones de sobrecorriente de tiempo inverso La principal característica de este tipo de relés es, que mientras mayor sea la corriente aplicada, menor es su tiempo de operación. En caso de los de tipo electromecánico, el relé. 15.

(26) CAPÍTULO 1. Conceptos básicos de los sistemas aislados y de las protecciones eléctricas. está basado en una unidad de medida de disco de inducción, ya sea del tipo de espira en cortocircuito wattimétrica [13]. 1.7 Principios de coordinación de los elementos de protección Debido a que el sistema de distribución es radial, la coordinación de los dispositivos de protección se realizará en serie, esto es cuando dos o más dispositivos de protección son instalados en un sistema de distribución eléctrica, el dispositivo más cercano a la falla del lado de alimentación es la protección principal y el siguiente más cercano del lado de la alimentación es el dispositivo protección de respaldo. Una de las características de un sistema eléctrico de potencia con una adecuada coordinación de protecciones, consiste en que el dispositivo de protección principal es quien debe operar y despejar la falla antes que el dispositivo de respaldo opere. El uso coordinado de protecciones permite que los cortes de energía causados por fallas permanentes, se restrinjan a secciones pequeñas del sistema por tiempo más corto. 1.8 Coordinación entre dispositivos de protección Para un correcto funcionamiento del sistema de protecciones en las líneas de distribución es necesaria la coordinación entre todos los elementos que la componen, incluyendo no solo a los dispositivos que brindan protección, sino también los equipos pasivos como: transformadores de potencia y bancos de condensadores. Para la correcta coordinación de las características tiempo-corriente de los distintos tipos de dispositivos de protección deben tenerse en cuenta los siguientes criterios básicos:  Las fallas tienen la posibilidad de ser temporales.  La protección principal debe despejar una falla permanente o temporal antes de que opere la protección de respaldo, o continuar operando hasta que el circuito sea desconectado.  La pérdida de suministro causada por una falla permanente debería restringirse a la menor parte posible del sistema, por el menor tiempo posible. Teniendo claro los tres puntos preliminares la coordinación entre elementos puede ser realizada mediante el uso de las curvas de tiempo-corriente, asociadas a cada dispositivo. Para lograr esta coordinación, es importante el conocimiento de la corriente máxima de falla que se puede presentar en el punto de la red que se está analizando, por lo tanto cuando se 16.

(27) CAPÍTULO 1. Conceptos básicos de los sistemas aislados y de las protecciones eléctricas. dice que dos o más equipos están coordinados significa que para corrientes de cortocircuito iguales o menores a la corriente máxima de falla, los dispositivos van a funcionar como es debido; pero para sobrecorrientes mayores no necesariamente se mantiene dicha coordinación [14]. Para la coordinación de algunos equipos, se requiere tomar en consideración el tipo de falla que se pueda presentar. 1.8.1 Coordinación fusible – fusible La elemento fusible es el mecanismo inicial de operación. Este mecanismo depende de tres factores:  Magnitud de la corriente  Duración de la corriente  Propiedades eléctricas del elemento La característica del fusible es definida por dos curvas de respuesta: curva de mínimo tiempo de fusión y la curva de tiempo total de despeje. Para lograr la coordinación entre los dispositivos fusibles, se deben considerar sus tolerancias, la temperatura ambiente donde será instalado, los efectos de precarga y los efectos previos al daño del fusible. Para lograr la coordinación entre los fusibles se pueden emplear dos metodologías:  Curvas tiempo corriente . Tablas de coordinación.. Las tablas de coordinación son un método más fácil de emplear y no es afectado por las imprecisiones en la selección de los fusibles, puesto que las tablas de coordinación son elaboradas con base a las curvas de operación tiempo – corriente de los fusibles. El tiempo máximo de limpieza del fusible primario no debe ser superior al 75% del tiempo mínimo de fusión del fusible de respaldo. Para fusibles del mismo tipo este requerimiento se traduce en que un par dado de fusibles de diferentes capacidades coordina hasta cierto valor máximo de corriente, por eso existe la tabla de coordinación para un mismo tipo de fusible. La coordinación entre fusibles de un mismo tipo debe hacerse de forma gráfica, pues la mayor proximidad entre las curvas no necesariamente se obtiene para máxima corriente. Esta situación pudiera presentarse si se usa fusible de bajo tensión por secundario del transformador de distribución, el que debe coordinarse con el primario.. 17.

(28) CAPÍTULO 1. Conceptos básicos de los sistemas aislados y de las protecciones eléctricas. Otra situación interesante se presenta cuando a la salida de la subestación se utiliza fusible, en este caso hay que lograr la coordinación con el fusible primario transformador de la subestación de distribución que está puesto por alta, que es del mismo tipo, pero que las corrientes que circulan por ambos lados son diferentes para un cortocircuito por secundario; esto impide usar la tabla de coordinación. 1.8.2 Coordinación restaurador – fusible Los criterios de coordinación para restaurador – fusible dependen de la ubicación relativa de estos dispositivos:  Sí el fusible está conectado del lado fuente y actúa como protección de respaldo de un restaurador, que está conectado del lado de la carga y actúa como protección principal.  Sí el restaurador está conectado del lado de la fuente y actúa como protección de respaldo de un fusible, que está conectado del lado de la carga y actúa como protección principal. El procedimiento para coordinar un fusible como protección de respaldo y un restaurador como protección principal, se lleva a cabo teniendo en cuenta el siguiente criterio: Todas las operaciones del restaurador deben ser más rápidas que el tiempo mínimo de fusión del fusible. Esto puede realizarse a través del uso de factores de multiplicación en las curvas tiempo-corriente del restaurador para compensar la fatiga del fusible, la cual se produce por el efecto de calentamiento acumulativo generado por las operaciones sucesivas del restaurador. La curva temporizada de tiempo-corriente del restaurador se modifica por el factor apropiado y se torna aún más lenta. Esta curva modificada debe cruzar a la curva de tiempo mínimo de fusión del fusible en el valor de la corriente de falla, para así lograr que las operaciones temporizadas del restaurador sean más rápidas que la curva tiempo-corriente del fusible. En la coordinación de un restaurador como protección de respaldo y un fusible como protección principal y con fallas después del fusible, se procura utilizar las operaciones rápidas del restaurador para evitar la fusión del fusible y de esta forma despejar fallas transitorias. Para los casos de fallas permanentes se utilizan las operaciones temporizadas del restaurador para que sea el fusible quien despeja la falla y así minimizar la pérdida de servicio. 18.

(29) CAPÍTULO 1. Conceptos básicos de los sistemas aislados y de las protecciones eléctricas. El procedimiento para coordinar un restaurador como protección de respaldo y un fusible como protección principal, se lleva a cabo teniendo en cuenta los siguientes criterios:  El tiempo mínimo de fusión del fusible, debe ser mayor que la función característica de la curva rápida del restaurador por el factor de multiplicación K.  El tiempo máximo de aclaramiento del fusible debe ser menor o igual que la curva temporizada del restaurador sin la aplicación de factor de multiplicación; el restaurador debe tener al menos dos o más operaciones temporizadas, para evitar la pérdida de servicio en caso que el restaurador dispare cuando el fusible opera [15]. 1.8.3 Coordinación restaurador – restaurador La coordinación entre pares de restauradores se obtiene mediante la selección adecuada del ajuste en amperios de la bobina de disparo en restauradores hidráulicos o de los pick-ups en restauradores electrónicos. 1.8.4 Coordinación restaurador – relé El relé no debe tener elemento instantáneo. Si el relé es electromecánico se trabaja con la curva acumulativa del restaurador (pues el tiempo de reconexión es reducido, aproximadamente 1 s y el disco del relé prácticamente no se reposiciona durante las pausas sin corriente, por lo que el relé hace la integración de todos los tiempos de operación del restaurador), en el caso de que el relé sea estático (tiempo de reposición muy pequeño) con la de retardo con que se esté trabajando. No obstante, en este último caso siempre es bueno comprobar con la información que brinda el fabricante lo referente al valor del tiempo de reposición. 1.8.5 Restaurador – seccionalizador Para un fallo después del seccionalizador, el restaurador hace varias operaciones y si el fallo persiste, el seccionalizador queda abierto durante una de las pausas sin corriente del circuito, aislando así el fallo. Pueden instalarse hasta tres seccionalizadores después de un restaurador; el último se ajusta a 1 conteo, el intermedio a dos y el primero a tres.. 19.

(30) CAPÍTULO 1. Conceptos básicos de los sistemas aislados y de las protecciones eléctricas. 1.9 Consideraciones del capítulo  Los sistemas eléctricos aislados se caracterizan por su baja inercia total respecto a los sistemas interconectados, lo que provoca grandes variaciones de frecuencia en caso de perturbaciones tales como cortocircuitos o desconexión de grupos generadores.  Las protecciones eléctricas juegan un papel fundamental dentro de los sistemas eléctricos en la detección y retiro de las líneas o dispositivos fallados.  La coordinación entre los distintos elementos de protección es muy importante para afectar al menor número de clientes posibles ante una perturbación y lograr un servicio eléctrico de calidad.  Existe un principio básico en la coordinación de las protecciones y es que siempre el dispositivo primario debe operar primero que el respaldo, en el caso de las protecciones de sobrecorriente tiempo inverso es que la curva del dispositivo primario esté por debajo de la de respaldo. Además casi siempre también se coordinan por corriente de manera que la corriente de arranque del dispositivo primario esté por debajo de la del respaldo en las redes radiales. .. 20.

(31) CAPÍTULO 2. Descripción del SEACSM y sus dispositivos de protección. 2.1 Introducción En este capítulo se muestra una descripción del Sistema Eléctrico Aislado Cayo Santa María en cuanto a generación, circuitos que lo componen, cargas, etc. También se caracterizan los diferentes tipos de protección que tienen los alimentadores y los hoteles. 2.2 Descripción del sistema eléctrico del cayo Santa María La red eléctrica del Cayo Santa María se caracteriza por estar aislada del Sistema Eléctrico Nacional, por lo que su generación depende de máquinas de baja inercia que conforman baterías de generadores MAN, Hyundai y MTU, las cuales continúan ampliándose por el crecimiento de la carga con la futura instalación de dos nuevos generadores MAN. El servicio se brinda a los consumidores mediante redes soterradas a una tensión de distribución de 13.8 kV. En la figura II.1.1 del Anexo II.1se muestra una imagen del grupo de generación del Cayo Santa María. 2.3 Composición de la generación La generación actualmente está compuesta por 26 generadores de tecnología MAN, Hyundai y MTU que totalizan cinco baterías, como se describe a continuación:  Una batería de ocho generadores MTU alimentados de tecnología alemana con diesel, cada máquina tiene una capacidad de 2,36 MVA (1,9 MW) a 0,48 kV y están unidas a una barra de 13,8 kV por medio de un transformador de 2,5 MVA cada una, para un total de 15,2 MW.  Dos baterías de seis generadores MTU de tecnología china cada una, alimentados con diesel, cada máquina tiene una capacidad de 2,70 MVA (2,1MW) a 0,48 kV y están unidos a una barra de 13,8 kV por medio de un transformador de 2,5 MVA cada una, para un total de 25,2 MW.  Una batería de cuatro generadores Hyundai alimentados con fuel oil, cada máquina tiene una capacidad de 195MVA (1,7 MW) a 4,16 kV, posee un transformador de 8,5 MVA que eleva la tensión a 13,8 kV, para un total de 6.8 MW. 21.

(32) CAPÍTULO 2. Descripción del SEACSM y sus dispositivos de protección..  Una batería de dos generadores MAN, alimentados con fuel oil, cada máquina tiene una capacidad de 4,85 MVA (3.85 MW) y despachan directo a la barra de 13.8 kV, para un total de 7.7 MW.  Se espera para el futuro la instalación de un parque de generación fotovoltaica de 2 MW.[1], además de dos baterías de dos generadores MAN, alimentados con fuel oil, cada máquina tendrá una capacidad igual a 4,85 MVA y despacharán a 4,16 kV por lo que existirán entre esta baterías y la barra de 13,8 kV un transformador de 4,16 a 13,8 kV. Por lo tanto la capacidad instalada total es de 68,78 MVA (54,9 MW), un valor muy superior a la demanda máxima del año 2017 que fue aproximadamente 18,6MW. Se espera además la puesta en explotación cuatro nuevas unidades MAN. Coexisten limitaciones en cuanto a la posible salida de la batería de las cuatro unidades Hyundai, pues el cable de salida solo permite que puedan entregar el 75% de la potencia instalada cuando las cuatro están de servicio, o sea, estas deben estar trabajando las cuatro a la vez o las cuatro fuera de servicio. Normalmente están en servicio, según especialistas,la batería de los dos generadores MAN con una potencia entre 2,3 y 2,5 MW; la batería de los cuatro generadores Hyundai con una potencia entre 1,1y 1,2 M; de las dos baterías de seis generadores MTU cada una, trabajando se tienen entre 2 y 4 generadores a una potencia entre 1.5 y 1,6 MW, estas son las conocidas MTU chinas; y de la batería de ocho generadores MTU se tienen trabajando entre 1 y 3 generadores a una potencia de 1.4MW, estas son las llamadas MTU alemanas. Como se observa la generación instalada en el cayo es capaz de cubrir la demanda sin ningún problema. 2.4 Subestación La nueva subestación de tecnología muy moderna comprada a Italia e inaugurada en el 2015 cuyo diagrama esquemático se muestra en la figura 2.1, cumple con las expectativas necesarias para brindar un suministro de calidad y fiable como se requiere.. 22.

(33) CAPÍTULO 2. Descripción del SEACSM y sus dispositivos de protección.. Figura 2.1: Esquema de la subestación. 23.

(34) CAPÍTULO 2. Descripción del SEACSM y sus dispositivos de protección.. Está equipada con interruptores ABB de SF6 de 24 kV (extraíbles) y cinco baterías de generadores que despachan la energía a los alimentadores mediante un sistema de doble barra a 13.8 kV y un mínimo de interconexiones. Las salidas están compuestas por nueve circuitos radiales. La subestación está equipada con protecciones numéricas de bajos tiempos de operación lo cual resulta crucial para este sistema, lo cual ha sido demostrado hasta el momento ya que ante todas las fallas ocurridas han actuado correctamente, confirmado ajustes correctos. De la misma manera dispone de equipos de medición y control modernos. Debido al crecimiento de la carga y el consecuente aumento de la generación traerán consigo que cada día la misma se complejice y cobre mayor importancia siendo este el caso de hoy en día con la puesta en servicio de nuevas máquinas y aún se esperan más, incluyendo el uso también de energía renovable [16]. 2.5 Redes Para enlazar la generación y la carga en el microsistema Cayo Santa María se utilizan redes soterradas con dos niveles de aislamiento 34.5 y 13.8 kV aunque en la actualidad todas se operan a 13.8 kV. Los conductores soterrados de estas redes son del tipo: Eprotemax H: Cable monoconductor con aislamiento a base de polímeros, etilenopropileno designado con las siglas (EPR). Voltalene: Cable aislado con polietileno reticulado (XLPE) y con cubierta exterior de una mezcla de policloruro de vinilo (PVC). Encontrándose diversos calibres desde los 35 mm2 hasta los 240 mm2. Estas redes se componen de nueve circuitos que agrupados en dos circuitos alimentan las zonas Norte, Este, Oeste y Base Apoyo. De tal manera toda la carga queda alimentada por un esquema doble radial, donde en cada nodo hay un sistema de centros de conmutación (o transformación figura 2.2) (CC) donde se hace el intercambio manual o automático en caso. 24.

(35) CAPÍTULO 2. Descripción del SEACSM y sus dispositivos de protección.. de falta de servicio por el alimentador principal. Este esquema es sin duda mucho más fiable para servir cargas de primera categoría como son los hoteles.. Figura 2.2: Centro de Conmutación o transformación para redes soterradas.. El esquema monolineal de este sistema se puede apreciar en el Anexo II.2. Este sistema está compuesto por un gran número de componentes y dispositivos que garantizan su operación. Entre ellos se encuentran los llamados centros de conmutación, desde los cuales se realiza el despacho de potencia hacia los consumidores; las llamadas cámaras de transformación, instalaciones metálicas o de concreto dentro de las cuales se encuentran enclavados los transformadores que pueden ser monofásicos o trifásicos, inmersos en aceite o secos, siendo estos últimos los más usados en las instalaciones recientes [17] [18] [19]. 2.5.1 Circuito Dunas Punta Madruguilla El circuito se subdivide en los circuitos 1 y 2 Norte Dunas (figura 2.3 y 2.4) alimentados por los interruptores V1080 y V1090 (celdas 2 y 21), con protecciones Areva P142. Cada uno tiene una configuración radial.. 25.

(36) CAPÍTULO 2. Descripción del SEACSM y sus dispositivos de protección.. CIRCUITO 1 NORTE DUNAS CASETA DE EMPALME # 1. CC2 Centro Conmutación DUNAS. CASA CRIOLLA. B1. 0,1 MVA. SPA CANCHA DE TENIS. Q14. 0,2 MVA PTR. CELDA 21 V1090. PUEBLO DUNAS y GAVIOTA TOURS 0,63 MVA HOTEL SOL. 3 x0,05 MVA. 1 MVA. EMPALME PTR. HOTEL MELÍA 2 x1 MVA. Figura 2.3: Monolineal general del circuito1 Dunas Punta Madruguilla.. CIRCUITO 2 NORTE DUNAS CC2 Centro Conmutación DUNAS. Q15 B2. REBOMBEO LAS DUNAS. CASETA DE EMPALME # 2. BLOQUE ENERGÉTICO 4 0,8 MVA. 3 x0,025 MVA. CELDA 2 V1080. HOTEL DUNAS 3 y 4 2 x1 MVA. RANCHÓN PLAYA 1 MVA. MELÍA BUENAVISTA 0,5 MVA. Figura 2.4: Monolineal general del circuito2 Dunas Punta Madruguilla.. 26.

(37) CAPÍTULO 2. Descripción del SEACSM y sus dispositivos de protección.. Los dos circuitos están integrados por conductores de 35; 70; 95; 120; 150 y 240 mm2 de diámetro respectivamente que pueden ser de cobre o de aluminio. Los circuitos principales, los encargados de la conexión entre los interruptores con el centro de conmutación, están compuestos por conductores de 150 y 240 mm2, mientras que los demás circuitos están compuestos por todos estos valores de diámetro, sobresaliendo el uso del de 95 mm2. La longitud total de este circuito es de aproximadamente 3,4 km entre la subestación y el consumidor, el Hotel Punta Madruguilla. La carga que por él se despacha es la que demandan las instalaciones Hotel Meliá Buenavista Punta Madruguilla, La Casa Criolla, el servicio de recreo y las canchas de tenis, el servicio Pueblo Dunas, el Bloque Energético, Ranchón Playa, Hotel Dunas III y IV, el Hotel Sol y el Meliá y los servicios de rebombeo I y la planta de tratamiento de residuales. Estas cargas todas tienen interruptores automáticos Masterpact por baja y fusibles por alta. 2.5.2 Circuito sur – oeste (Ensenachos) En la figura 2.5 y 2.6 se muestran los monolineales de los circuitos Sur-Oeste. Están integrados en su configuración doble radial, por conductores de 35; 70; 120; 150 y 240 mm2 de diámetro respectivamente que pueden ser de cobre o de aluminio, al igual que en el caso anterior, que distribuye la carga a las instalaciones que distribuye la carga las instalaciones Hotel Villa Las Bruja y La Marina, el Servicentro, el Aeropuerto, el Delfinario ,la PTR y Rebombeo Las Brujas el Alumbrado Público, el Vertedero y el Hotel Ensenachos, San Agustín , Farallón Este , las cámaras del Oeste , el pueblo Flor del Sol las Brujas y las FAT de las Salinas. En cada una de las cargas están ubicados interruptores de baja tensión y fusibles por alta. Y en los alimentadores relés P142.. 27.

(38) CAPÍTULO 2. Descripción del SEACSM y sus dispositivos de protección.. CIRCUITO 1 OESTE ENSENACHOS CÁMARA SAN AGUSTÍN 1 MVA. CC16 CENTRO DE CONMUTACIÓN LAS BRUJAS. PTR LAS BRUJAS 0,4 MVA. CÁMARA 2 BOMBA ESTE 1 0,5 MVA CÁMARA PRINCIPAL ESTE 1 FARALLÓN ESTE 1 MVA. CÁMARA 1 BOMBA ESTE 1 0,5 MVA. CASA EMPALME 11. PUEBLO FLOR SOL LAS BRUJAS 0,63 MVA. Q16. CÁMARA 1 OESTE 1 0,4 MVA. B1. CÁMARA PRINCIPAL OESTE 0,63 MVA. CELDA 20 V1070. CÁMARA 2 OESTE 0,4 MVA. CC4 CENTRO DE CONMUTACIÓN AEROPUERO. CC5 CENTRO DE CONMUTACIÓN ENTRONQUE FRANCÉS. AEROPUERTO 3 x 0,0375 MVA. VILLA LAS BRUJAS Y LA MARINA PUNTA PERIQUITO 0,2 MVA. CC3 CENTRO DE CONMUTACIÓN ENSENACHOS CÁMARA 1 ENSENACHOS 0,5 MVA CÁMARA 2 ENSENACHOS 0,5 MVA CÁMARA 6 ENSENACHOS 0,5 MVA CÁMARA 7 ENSENACHOS 0,5 MVA. CÁMARA 8 ENSENACHOS 0,5 MVA. Figura 2.5: Monolineal general del circuito 1 sur – oeste (Ensenachos).. CIRCUITO 2 OESTE ENSENACHOS. FAT NORESTE  1 LAS SALINAS. REBOMBEO LAS BRUJAS. 0,63 MVA. 0,1 MVA FAT NORESTE  2 LAS SALINAS. SERVICENTRO DELFINARIO. 3 X 0,0375 MVA. 0,63 MVA. 0,25 MVA FAT LAS SALINAS 0,5 MVA. Q17 VERTEDERO 0,63 MVA. B2. FAT LAS SALINAS 0,5 MVA. CELDA 3 V1060. CC3 Centro Conmutación Ensenachos. PRINCIPAL ENSENACHOS 1 MVA CÁMARA 3 ENSENACHOS 0,5 MVA. CÁMARA 4 ENSENACHOS 0,5 MVA CÁMARA 5 ENSENACHOS. Instalados pero no trabajando. 0,5 MVA ALUMBRADO 2 X 0,025 MVA. Figura 2.6: Monolineal General del circuito 2 sur – oeste (Ensenachos).. 28.

(39) CAPÍTULO 2. Descripción del SEACSM y sus dispositivos de protección.. 2.5.3 Circuito Base de Apoyo Este es circuito más pequeño con que cuenta este sistema, y la distancia que lo separa de la subestación es la menor, 1km, pues dicha instalación entra dentro de la base de apoyo, ubicada en el Cayo Santa María. Está compuesto al igual que los demás por un circuito doble radial integrado por conductores de 35; 70 y 95 mm2. La potencia que se despacha por este circuito es manejada por un centro de conmutación y es la que demandan todas las cámaras de la base de apoyo, Geisel, Base de Apoyo 4,5 y 6, Albergues, Cocina Comedor, Almacenes, Bachiplan, Carpintería y Transcentro, Motelera y Sede Universitaria, Base Transgaviota, la Planta de Prefabricado y el INRH, la clínica internacional y la policía así como el servicio de rebombeo II, (figura 2.7 y 2.8). El tipo de protecciones utilizadas son idénticas a los circuitos anteriores. CIRCUITO 1 BASE APOYO CE2 CASETA DE EMPALME. CC6 CENTRO DE CONMUTACIÓN BASE DE APOYO. CÁMARAS 13 GEISEL 3 x 0,0375 MVA. CÁMARAS 6 REBOMBEO 2 y CASA DE VISITA. Q18. 3 x 0,025 MVA. B1 CÁMARAS 15 BASE DE APOYO 4. CELDA 19 V1050. 0,25 MVA CÁMARAS 16 SOCIO ADMINISTRATIVO 0,5 MVA CÁMARAS 7 MOTELERA y SEDE UNIVERSITARIA 0,1 MVA. CÁMARAS 8 BASE TRANSGAVIOTA 0,1 MVA. CÁMARAS 9 POLICÍA Y BOMBEROS 0.2 MVA. Figura 2.7: Monolineal general del circuito 1 Base de Apoyo.. 29. CÁMARAS 10 CLÍNICA INTERNACIONAL 0.3 MVA.

(40) CAPÍTULO 2. Descripción del SEACSM y sus dispositivos de protección.. CIRCUITO 2 BASE DE APOYO CÁMARAS 14 BASE DE APOYO 5 y 6 0,5 MVA. Q19 B2 CELDA 4 V1040. CC6 CENTRO DE CONMUTACIÓN BASE DE APOYO. CÁMARAS 12 INRH 0,25 MVA. CÁMARAS 1 ALBERGUES 6 X 0, 75 MVA. CÁMARAS 13 PREFABRICADO 0,4 MVA. CÁMARAS 2 CÁMARAS 3 COCINA-COMEDOR ALMACENES 5 x 0,1 MVA. CÁMARAS 4 BACHIPLAN. 3 X 0, 75 MVA 3 X 0, 75 MVA. CÁMARAS 5 CARPINTERÍA TRANSCENTRO 2 X 0,3 MVA. Figura 2.8: Monolineal General del Circuito 2 Base de Apoyo.. 2.5.4 Circuito Este La figura 2.9 a 2.11 muestra los monolineales del circuito Este. Es el mayor circuito con que cuenta este sistema. Por la capacidad de carga instalada está compuesto por una configuración triple radial que distribuye la energía consumida por los complejos hoteleros Dunas V, La Estrella I y II, Planta Real, Lagunas del Este I, II, III y V, y los servicios Pueblo I y II de las Estrellas, la PTR las Estrellas y Laguna del Este III y II, la Desalinizadora así como los servicios de la Casa de Negocios, las tropas guarda-fronteras y el centro de ETECSA. Para soportar esta demanda los conductores por los que están compuestos estos circuitos son de 240 y 250 mm2 para conectar los centros de conmutación con la subestación y de 95 mm2 para conectar las cámaras de transformación a los centros de conmutación. En su configuración cuenta con nueve centros de conmutación y cuatro casetas de empalmes, siendo de todos estos centros el más importante el centro de conmutación ETECSA, pues desde este se despacha el 99 % de la energía que se consume en este circuito. 30.

(41) CAPÍTULO 2. Descripción del SEACSM y sus dispositivos de protección.. La distancia total entre la subestación y el centro más lejano (Hotel Laguna del Este III) es de unos 11 km. El tipo de protecciones utilizadas son idénticas a los circuitos anteriores [17] [20]. La figura II.2.1 del anexo II.2 muestra un esquema general simplificado de la red eléctrica de Cayo Santa María. CASETA EMPALME # 5. CASETA EMPLAME  4. CIRCUITO 1 ESTE. CC # 10 ESTRELLA II H. PLANTA REAL. PUEBLO 2 ESTRELLA II CC  7 ETECSA. CASETA EMPALME # 7. CC ESTRELLA 1. 0,5 MVA 2 x 0,5 MVA. CC DUNAS H. ESTRELLA 1 1 x 0,500 MVA 1 x 2 MVA. Q20. PTR ESTRELLA H. ESTRELLA II. 0,25 MVA. B1 2 x 1,25 MVA. CELDA 18 V1030. ETECSA y TANQUE APOYO 0,4 MVA CASA DE NEGOCIO 3 x 0,0375 MVA. CC # 14 LAGUNA DEL ESTE III. CC  8 CASA DE NEGOCIOS. H. LAGUNA DEL ESTE III 5 x 0,4 MVA 1,2 MVA. PTR LAGUNA DEL ESTE III. 0,63 MVA. DESALINIZADORA 1 MVA. Figura 2.9: Monolineal general del Circuito 1 Este.. 31. PUEBLO LAS TERRAZAS. 0,5 MVA.

(42) CAPÍTULO 2. Descripción del SEACSM y sus dispositivos de protección.. CIRCUITO 2 ESTE. CC  9 ESTRELLA I ESTRELLA I 7 x 0,5 MVA PUEBLO 1 ESTRELLA II 0,5 MVA. ESTRELLA II 8 x 0,5 MVA. PIEDRA 0.5 MVA MOVIDA 1,25 MVA. Q23 B2 CC  10 ESTRELLA II. CASETA EMPALME. CELDA 5 V1020. Figura 2.10: Monolineal general del circuito 2 Este. LAGUNA ESTE V 2 x 1,25 MVA 2 x 1,6 MVA. CIRCUITO 3 ESTE. ZONA OESTE PUEBLO LAGUNA ESTE V. CC11 DUNAS V. 0,4 MVA DUNAS V 4 x 0,4 MVA 1 x 1,25 MVA ZONA ESTE LAGUNA ESTE V CC 13 LAGUNA ESTE V. 0,4 MVA. CASETA EMPALME PIEDRA MOVIDA 3 x 0.5 MVA. Q24 B2. CC  10 ESTRELLA II. CC 13 LAGUNA ESTE II. LAGUNA ESTE II 3 x 0,3 MVA 0,5 MVA 1,25 MVA. PTR LAGUNA ESTE II. CELDA 17 V1010. CC 12 LAGUNA ESTE I. 0,4 MVA LAGUNA ESTE I 4 x 0,5 MVA 1,25 MVA. TGF 0,05 MVA. CC 8 CASA NEGOCIOS. CASETA EMPALME 9. Figura 2.11: Monolineal general del circuito 3 Este.. 32.