Modelado y Ajuste de Relés de Sobrecorrientes con la ayuda de DIgSILENT Power Factory Llano Pruna Mauricio Iván Laboratorio de Protecciones Eléctricas, Departamento de Energía Eléctrica, Escuela Politécnica Nacional Quito, Ecuador
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R esumen: esumen: En el documento se describe la creación, incorporación y modelación de Relés de Sobrecorriente (50/51) a la salida de la S/E de Distribución, con la ayuda del Software Power Factory. Se describe de igual manera los ajustes básicos para este tipo de relés y se presenta las gráficas de las curvas tiempo – sobrecorriente ajustadas. Se realiza una comparación de las corrientes de cortocircuito obtenidas con el método IEC 60909 y el método completo. I.DESARROLLO 1. Modelar un Sistema Eléctrico de Potencia en el software DIgSILENT Power Factory. Fig. 2. Sistema Eléctrico de Potencia
Para esta práctica se realizó ciertas modificaciones del Sistema Eléctrico Potencial modelado en la práctica anterior, dichos cambios se efectuaron en las impedancias del Generador 1. Estos cambios fueron:
≅ 0,1 0,1′′ = ′′ ′′ + ′′ = 2 Datos:
′′ = 0,21 0,21 ′′ = 0,2 ∴ = 0,02 0,021 1 ; = 0,21 0,21 = 0,20 0,205 5
2. Modelar los Transformadores de Corriente (TC). Un relé de sobrecorriente necesita para su accionamiento un TC para obtener la medición de la corriente que circula por el elemento protegido y enviar la señal de apertura del interruptor en caso de una falla. Por esta razón a continuación mencionaremos como crear e incorporar un transformador de corriente en el punto del sistema eléctrico de potencia, donde se va realizar el análisis. El punto de análisis será a la salida de la S/E de Distribución1 (T4_S/E_D1) en el alimentador Linea5B_A/P_D1. Pasos para crear e incorporar un TC:
Fig. 1. Cambios de las Impedancias del G1
Clip derecho sobre el interruptor del alimentador y seleccionar Edit Devices. Devices.
Fig. 3. Cuadro que presenta los dispositivos i nstalados
Clip derecho sobre el cuadro, seleccionar New y luego Current Transformer.
Fig. 6. Transformador de Corriente creado
Para finalizar con la creación del TC dar en OK .
Fig. 4. Cuadro de creación y ajuste del TC
En este cuadro designamos un nombre y un tipo de TC. Para seleccionar el tipo de TC damos clip izquierdo en el botón con un triángulo invertido, en donde podemos seleccionar:
Ahora para finalizar debemos escoger las corrientes del primario y secundario del Tap.
o Select Global Type: para la selección de un TC
desde la librería del software. o Select Project Type: para la selección de un TC desde la librería del proyecto. o New Project Type: para la creación de un nuevo TC. Escogemos la opción para la creación de un nuevo TC.
Fig. 7. Creación y Ajustes del TC
En este cuadro creamos un TC nuevo, que lo tendremos como un modelo para el uso en nuestro proyecto.
El valor de las corrientes de las que podemos escoger son las que asignamos al TC en el literal anterior. Escogemos 1000A para el primario y 5A para el secundario.
Fig. 5. Cuadro de creación de un nuevo TC
Asignamos valores de las corrientes que tendrá en el primario y secundario el transformador. Estas corrientes varían desde 250 a 1500 para el primario y son 1 y 5 para el secundario. Para insertar más filas para las distintas corrientes se debe dar Clip derecho y escoger Insert Row(s).
TC creado e incorporado en el punto de análisis
Fig. 8. Transformador de Corriente creado
3. Modelar los Relés de Sobrecorriente. A continuación mencionaremos como crear e incorporar un relé de sobrecorriente en el punto de análisis (alimentador Linea5B_A/P_D1).
Pasos para crear e incorporar un Relé de Sobrecorriente (50/51); para un relé de fase:
Clip derecho sobre el interruptor del alimentador y seleccionar Edit Devices.
Fig. 9. Cuadro que presenta los dispositi vos instalados
Clip derecho sobre el cuadro, seleccionar New y luego Relay Model.
Fig. 11. Cuadro de la librería del Software
Para finalizar la selección del relé dar en OK .
Ahora para finalizar debemos realizar unos ajustes básicos para el relé.
Fig. 10. Cuadro de creación y ajuste del Relé
En este cuadro designamos un nombre y un tipo de relé. Para seleccionar el tipo de relé damos clip izquierdo en el botón con un triángulo invertido, en donde podemos seleccionar: o Select Global Type: para la selección de un
relé desde la librería del software. o Select Project Type: para la selección de un relé desde la librería del proyecto. o New Project Type: para la creación de un nuevo relé.
Fig. 12. Creación y Ajustes del TC
o Ct: en este cuadro automáticamente saldrá
seleccionado el TC que se incorporó a este alimentador (Linea5B_A/P_D1). o Measurement: en este cuadro modificaremos
la corriente nominal In = 5A. Para modificarla se debe dar Clip en la fecha azul.
Escogemos la opción para la selección de un relé desde la librería del Software. Nos abre la librería del software, donde escogemos el relé de sobrecorriente; de la siguiente manera:
Fig. 13. Measurement
Library → Relays → Generic → Overcurrent Relays → General Electric → Phase I>>/I>t
o Toc I>t:
II.INFORME
A. Tabular (en por unidad y en amperios) los resultados de las si mulaciones reali zadas en clase y comentar sobre las diferencias existentes entre las corrientes de cortocircuito obtenidas al utilizar el método I E C 60909 y el método completo Fig. 14. Toc I>t (Relé 51)
TABLA I R ESULTADOS DEL CORTOCIRCUITO PARA UNA FALLA 1Ф
o Ioc I>>: Corriente de Cortocircuito (utilizando el método IEC60909) Tipo de Falla: 1 Ф Ubicación de la falla
Ikss [kA] En la barra
En G1
Fig. 15. Ioc I>> (Relé 50)
Relé de Sobrecoriente creado e incorporado en el punto de análisis.
B1 (cercano del G1)
78,98
69,381
8,696
2,752
B10 (lejos del G1)
TABLA II R ESULTADOS DEL CORTOCIRCUITO PARA UNA FALLA 1Ф Corriente de Cortocircuito (utilizando el método Completo) Tipo de Falla: 1 Ф Fig. 16. Relé de Sobrecorriente creado
Ubicación de la falla
Ikss [kA] En la barra
B1 (cercano del G1) B10 (lejos del G1)
En G1
74,27
65,075
8,592
4,436
TABLA III R ESULTADOS DEL CORTOCIRCUITO PARA UNA FALLA 3Ф Corriente de Cortocircuito (utilizando el método IEC60909) Fig. 17. SEP en el punto análisis con el TC y Relé incorporados
Nota: la creación e incorporación tanto de los TCs como los Relés de Sobrecorriente se lo debe hacer en el caso de estudio base (Caso_Base).
Tipo de Falla: 3 Ф Ubicación de la falla
Ikss [kA] En la barra
B1 (cercano del G1) B10 (lejos del G1)
En G1
60,08
49,045
9,237
5
TABLA IV R ESULTADOS DEL CORTOCIRCUITO PARA UNA FALLA 3Ф
Fig. 17. Curvas de Operación a ti empo inverso Corriente de Cortocircuito (utilizando el método Completo)
Tipo de Falla: 3 Ф Ubicación de la falla
B1 (cercano del G1) B10 (lejos del G1)
Ikss [kA] En la barra
Para la Etapa Temporizada:
En G1
52,205
42,346
9,064
6,295
Ajuste de la Corriente (Is): Si la corriente que circula por el punto de análisis es mayor a Is, el relé comienza el conteo para enviar la señal de disparo. Esta corriente I s debe ser muy cercana a la corriente de carga máxima (In), ya que el relé actuara como protección en caso de una sobrecarga. Is =1,1→1,2 In
Se observa que los resultados obtenidos en el mismo punto son diferente así se trate de la misma falla, esto se debe a que al utilizar el método IEC60909 se utiliza un factor C para que al momento hacer aproximaciones esto no modifique tanto los resultados, además este método es un método simplificado del completo. Aunque los resultados no son tan distintos al del completo.
Para mi caso asumiré: Is = 1,15 In
td = 0→3 seg Para mi caso asumiré: td =1,5 seg
Por esta razón el método IEC60909 se utiliza par a lo que es protecciones ya que no se necesita valores tan exactos, para efectuar las protecciones.
Para la Etapa Instantánea:
B. I dentificar y tabular los ajustes requeridos para una operación coordinada de los sistemas de protección de sobrecorr iente modelados.
Para mi caso asumiré: Iinst = 5 In
Para calibrar el relé de sobrecorriente (50/51); en cada una de las etapas instantánea y temporizada, se necesita cierta información: La corriente de carga máxima que circula por el punto de análisis.
2.
La corriente de cortocircuito máxima y mínima, que se presenta en el punto de análisis en el momento de una falla.
Ajuste de la Corriente (Iinst): Iinst =3→6 In
Criterios de Calibración para relé de fase:
1.
Ajuste de Tiempo (td):
Ajuste de Tiempo (tins): el tiempo de operación es inmediata, por tan razón es cero, tins = 0 seg.
Como obtener la gráfica de la curva de operación del relé en DIgSILENT Power Factory: Antes debemos correr el flujo de potencia, para que en la gráfica se visualice también la corriente de carga máxima, para observar si hicimos la calibración del relé (etapa temporizada) apropiadamente caso contrario poder hacer los ajustes necesarios. De la misma manera debemos hacer una falla de cortocircuito antes, para visualizar en la gráfica si el relé (etapa instantánea) actúa apropiadamente ante la falla.
Clip derecho sobre el punto de análisis, punto donde se incorporó el relé de sobrecorriente. Seleccionar Create Time-Overcurrent Plot.
Nota: Para analizar si la etapa t emporizada del relé actúa adecuadamente se debe correr el flujo de potencia en el caso de estudio de demanda máxima. Para el caso de la etapa instantánea se debe hacer la falla de cortocircuito en los dos casos de estudio de demanda. TABLA V AJUSTE BASICO DEL RELE DE SOBRECORRIENTE DE FASE Ajuste Básicos del Relé de Sobrecorriente de fase Relé 50/51 Etapa temporizada
Parámetros en el Primario
Etapa instantánea
I > t (51): Prim.
1,1≤ Is ≤ 1,2In Asumo: Is = 1,15In [A] 0< td ≤ 3seg Asumo: td = 0,5seg
I >> (50)
Sec.
502,09
Prim.
2,51
――
――
tins
Sec. ――
0,5
3≤ Iinst ≤ 6In Asumo: Iinst = 5In [A]
Fig. 19. Curvas de Operación a ti empo inverso más la corriente de cortocircuito 1Ø
2183
――
Criterios de Calibración para relé de Tierra: Para calibrar el relé de sobrecorriente (50/51N); en cada una de las etapas instantánea y temporizada, se necesita cierta información: La corriente de carga máxima que circula por el punto de análisis.
4.
La corriente de cortocircuito, que se presenta en el punto de análisis en el momento de una falla a tierra.
10,92 0
In = 436.6 [A] en el primario
3.
Relación: 1000/5
Calculo:
∴ =
=
5 1000
=
=
1000
Para la Etapa Temporizada:
5 5
1000 5 1000
(502,09) = 2,51[]
Ajuste de la Corriente (IsT): La corriente que pasa por el neutro es muy pequeña respecto a la de fase, por tal razón la IsT se puede ajustar que sea menor a la Is de fase (una fracción de la Is de fase). Is =1,15In para fase asumí Para mi caso asumiré: IsT = 70% Is
Ajuste de Tiempo (tdT): este tiempo debe garantizar que la curva del relé de tierra sea más rápida que la de fase.
Para la Etapa Instantánea:
Fig. 18. Curvas de Operación a tiempo inverso más la corriente de carga máxima
Ajuste de la Corriente (IinT): Iinst =5 In para la fase asumí Para mi caso asumiré: IinT = Iinst
Ajuste de Tiempo (tinT): el tiempo de
operación es inmediata, por tan razón es cero, tins = 0 seg.
que en base a la corriente de carga máxima que circula por el punto de análisis se calibra la corriente del relé temporizado (50).
TABLA VI AJUSTE BASICO DEL RELE DE SOBRECORRIENTE DE TIERRA
Ajuste Básicos del Relé de Sobrecorriente de tierra Relé 50/51N Parámetros en el Primario
Asumo: IsT = 70% Is [A]
Etapa temporizada
Etapa instantánea
Ie > t (51):
Ie >> (50)
Prim.
Sec.
351,46
1,757
Asumo: td = 0,5seg
Asumo: IinT = Iinst [A] tinT
Prim.
En la calibración de la corriente en la etapa instantánea se utiliza de igual manera la corriente de carga máxima que circula por el punto y se puede asumir que es 5 veces la corriente de carga máxima. También se utiliza las fallas de corctocircuito para verificar que la corriente calibrada es apropiada.
――
2183
――
In = 436.6 [A] en el primario
Sec. ――
0,5
――
La corriente calibrada en relé de sobrecorriente temporizado es muy cercana a la corriente de carga máxima. Se puede asumir que es 1,15 de corriente de carga máxima.
10,92
0
En caso en una sobre carga la Etapa Temporizada reaccionara, a mayor corriente más rápido operara el relé temporizado.
Relación: 1000/5
Fig. 20. Curvas de Operación a tiempo inverso para relé de tierra
Para la calibración del relé de sobrecorriente de tierra se lo hace en base a los ajustes para un relé de fase. Debido a que la corriente que circula por el neutro es mucho menor que la de fase, por esta razón la corriente en la etapa temporizada del relé de tierra se puede asumir que es una fracción de la corriente de la etapa temporizada del relé de fase. Este relé no es un reemplazo del relé de fase sino un respaldo y solo responde a falla de tierra.
Al ajustar la corriente de la etapa temporizada cercana a la corriente de carga máxima, la protección se hace más sensible.
III.CONCLUSIONES
Los Relés de Sobrecorriente de fase son utilizados en la protección de Líneas de Transmisión, Alimentadores de Distribución, Subestaciones y en instalaciones Industriales. La calibración se debe hacer tanto para su etapa instantánea como la temporizada, de acuerdo a ciertas consideraciones, que hará que el relé envié una señal de disparo si la corriente que circula por el punto de protección supera las corrientes calibradas. Para la calibración de la corriente en la etapa temporizada se debe correr el flujo de potencia del sistema en el caso de estudio de demanda máxima, ya
Se recomienda que la creación e incorporación de los dispositivos de protección se lo realice en el caso de estudio base, los ajustes básicos se los hará en cada caso de demanda. IV.
R EFERENCIAS
[1] Manual de Usuario del Power Fact ory de DIgSILENT [2] Apuntes de Introducción a SEP del Ing. Arguello. [3] Protecciones Eléctricas.[Online] Disponible: http://proteccioneselectricas101.blogspot.com/2013/09/proteccion -5051-tambien-conocida-como.html [4] Relés de Protección en redes de M.T.[Online] Disponible: http://www.osinergminorienta.gob.pe/documents/54705/339923/c apitulo+4.pdf
[5] Example of Over Current Protection Setting using DIgSILENT PowerFactory.[Online] Disponible: http://www.digsilent.me/dme/showthread.php?228-Example-ofOver-Current-Protection-Setting-using-DIgSILENTPowerFactory [6] Ajuste del relé de sobrecorriente en digsilent Práctica #4.[Online] Disponible: https://www.youtube.com/watch?v=5H7LTjx-MvQ
