Protecciones electricas

1. CURSO
EXPOSITOR: Danny Escobedo Flores
PROTECCIONES EN SEP
APLICADO CON DIGSILENT

2. “Tu Profesión a la Perfección”

3. Definición de una falla en un SEP
• Falla : Es cualquier evento que interfiere con el flujo normal de
corriente en un SEP
• Falla simétrica : No provocan desbalance entre las fases.
• Falla asimétrica : Provocan desbalances entre las fases

4. Diagramas fasoriales RLC
𝑉 < 𝜃
𝑍 I< 𝛼
𝑍 =
𝑉 < 𝜃
𝐼 < 𝛼
= 𝑍 < 𝜑
Va
+ -
Ia
Ia
Va
𝜑 = 0 𝜑 = 90°
Va
Ia
Va
+ -
Ia
𝜑 = −90°
Va
+ -
Ia
Ia
Va

5. SEP
 Componentes de secuencia.
 Tipo de fallas.
 Elementos de un sistema eléctrico de potencia.
 Caso práctico falla monofásica, falla bifásica, falla trifásica.
 Análisis de señales análogas y digitales en una oscilografía.

6. Componentes de secuencia
Cualquier conjunto de vectores no simétricos puede ser
descompuesto en 3 vectores que si son simétricos, estos serian:
secuencia positiva, secuencia negativa y secuencia cero.
Va
Vb
Vc
*Va, Vb, Vc sean los
vectores no simétricos

7. Componentes de un vector no simétrico
Va1
Vb1
Vc1 Va2
Vb2
Vc2
Va0
Vb0
Vc0
*Subíndices 1,2 y 0 son los componentes de
secuencia positiva, negativa y cero,
respectivamente.

8. Componentes de un vector no simétrico
De la secuencia positiva se tiene los siguientes enunciados:
a = 1 ∟120°
Va = Va0 + Va1 + Va2
Vb = Vb0 + Vb1 + Vb2
Vc = Vc0 + Vc1 + Vc2
En matrices ….
Va
Vb
Vc
=
1 1 1
1 a^2 a
1 a a^2
Va0
Va1
Va2
Va2 = Va2
Vb2 = a * Va1
Vc2 = a^2 * Va1
Va1 = Va1
Vb1 = 1∟-120° Va1
Vc1 = 1∟-240° Va1
Va
Vb
Vc
=
1 1 1
1 a a^2
1 a^2 a
Va0
Va1
Va2
1
3
Ia
Ib
Ic
=
1 1 1
1 a a^2
1 a^2 a
Ia0
Ia1
Ia2
1
3

9. Análisis de la secuencia cero
Za Zb
Zc
Ib
Ia
Ic
IN
Za Zb
Zc
Ib
Ia
Ic
Zab Zac
Zbc
Ib
Ia
Ic
Ia + Ib + Ic = In
In = 3*Ia0
Ia + Ib + Ic = 0
Ia0 = 0
Ia + Ib + Ic = 0
Ia0 = 0
Ia0 =
1
3
(Ia + Ib + Ic)

10. Tipos de fallas en un SEP
 Fallas monofásicas
 Fallas bifásicas
 Fallas trifásicas

11. Redes de secuencia
3Φ
(+) (-) (0)
a
b
c
g

12. Redes de secuencia
3Φ
(+) (-) (0)
a
b
c
g

13. Redes de secuencia
3Φ
(+) (-) (0)
a
b
c
g

14. Redes de secuencia
3Φ
(+) (-) (0)
a
b
c
g

15. Redes de secuencia
3Φ
(+) (-) (0)
a
b
c
g

16. Elementos de un SEP
G1
G2
G3
T1
T2
LT3
LT2
LT1
C1
C2
C3

17. Modelamiento de un generador

18. Modelamiento de un generador
𝑋𝐼𝑛𝑖𝑐𝐼𝑎𝑙 ≤ 𝑋𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 ≤ 𝑋𝑆í𝑛𝑐𝑟𝑜𝑛𝑎
 Período Subtransitorio
 Período Transitorio
 Período de Régimen Permanente
𝑖(𝑡)𝑒𝑛𝑣𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝐼"𝑚𝑎𝑥 − 𝐼´𝑚𝑎𝑥 𝑒
−
𝑡
𝑡𝑠𝑢𝑏𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡𝑜𝑟𝑖𝑜 + 𝐼´𝑚𝑎𝑥 − 𝐼𝑚𝑎𝑥𝑅𝑃 𝑒
−
𝑡
𝑡𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑡𝑜𝑟𝑖𝑜 + 𝐼𝑚á𝑥𝑅𝑃
𝑋" =
𝐸
𝐼"
; 𝑋´ =
𝐸
𝐼´
; 𝑋𝑠 =
𝐸
𝐼

19. Modelamiento de una línea de transmisión

20. Modelamiento de una línea de transmisión

21. Caso Práctico: Falla Bifásica

22. Caso Práctico: Falla Bifásica

23. Caso Práctico: Falla Bifásica

24. Caso Práctico: Falla Bifásica

25. Caso Práctico: Falla Bifásica

26. Caso Práctico: Falla Trifásica

27. Caso Práctico: Falla Trifásica

28. Caso Práctico: Falla Trifásica

29. Caso Práctico: Falla Trifásica

30. Caso Práctico: Falla Monofásica

31. Caso Práctico: Falla Monofásica

32. Caso Práctico: Falla Monofásica

33. Caso Práctico: Falla Monofásica

34. Análisis de señales digitales

35. 2. Introducción a los sistemas de protección
 Protección en sistemas eléctricos de potencia.
 Elementos de un sistema de protección.
 Configuración de subestaciones.

36. Protección en SEP
En una red de sistemas de potencia usualmente nos viene a la
mente los grandes equipos que componen dicho sistema, por
ejemplo : líneas de transmisión, transformadores, generadores,
etc. Sin embargo, existe otros componentes interesantes y
fascinantes como la protección de sistemas eléctricos de
potencia.

37. Protección en SEP
La protección de un sistema de potencia nos evita comprometer
los activos de un sistema de potencia ante una falla, esta
actuación del sistema de potencia debe de ser rápida, segura y
selectiva. Para ello se analiza profundamente el sistema a
proteger y de acuerdo a esto se propone las mejores soluciones
a nivel de coordinación con todo el sistema, es de vital
importancia el realizarlo con sumo cuidado porque podríamos
comprometer otros activos del sistema de potencia. En la
siguiente figura se ilustra como se protege un sistema de
potencia sin dejar un solo tramo de barra sin protección.

38. Protección en SEP
G1
G2
G3
T1
T2
LT3
LT2
LT1
C1
C2
C3

39. Elementos de un sistemas de potencia
 Transformador de corriente
 Transformador de tensión
 Interruptor de potencia
 Relés de protección
 Servicios auxiliares

40. Transformadores de corriente

41. Transformadores de corriente
 Transformador de corriente
 Transformador de tensión
 Interruptor de potencia
 Relés de protección
 Servicios auxiliares

42. Transformadores de corriente
Son diseñados para proveer una réplica en
escala menor de la corriente de alta tensión y
aislar los instrumentos de medida del circuito
de potencia.
Los transformadores de corriente consisten de
varios núcleos con sus correspondientes
devanados secundarios ya sea para protección
o medición.

43. Transformadores de corriente

44. Transformadores de tensión.

45. Transformadores de tensión
Los transformadores de tensión pueden tener
varios devanados secundarios para medida o
protección. El devanado primario y todos los
secundarios están enrollados del mismo
núcleo, que son cargados con el mismo
burden.
Los devanados tienen un diseño anti resonante
que permite trabajar correctamente a
frecuencia industrial como a transitorios de alta
frecuencia.

46. Transformadores de tensión
Permiten transmitir señales de alta frecuencia por las
líneas de alta tensión.
Capacitores de acoplamiento son solo usados para
señales de comunicación de alta frecuencia,
haciéndolos equivalentes a la parte capacitiva de un
TT.

47. Interruptor de potencia
Es el elemento del sistema de potencia que permite aislar una
falla para salvaguardar la vida útil del resto de los equipos del
sistema de potencia. Claro esta que su labor principal es la de
interconectar un sistema o aislarlo por una maniobra
programada.
Existen diversos tipos de interruptores ya sea agrupándolos
por características de el medio dieléctrico de extinción de arco
o por su operación o por su diseño estructural, inclusive
últimamente se les clasifica por el tipo de subestación a
operar.

48. Interruptor de potencia
• https://www.youtube.com/watch?v=dW2YYABJAac

49. Tipos de Interruptores de Potencia
Debido al medio dieléctrico de extinción de arco:
• Aceite
• Vacío
• SF6
Debido a su operación:
• Unipolar
• Tripolar
Debido a su aislamiento de cámara:
• Tanque vivo
• Tanque muerto

50. Tipos de Interruptores de Potencia
Debido al medio dieléctrico de extinción de arco:
• Aceite
• Vacío
• SF6: es un gas 6 veces más pesado que el aire, con altas propiedades
dieléctricas y una gran capacidad de regeneración aún cuando es
sometido a altas temperaturas; sin embargo, es uno de los gases de
mayor efecto invernadero, es hasta 20000 veces mas poderoso que el
CO2.

51. Tipos de Interruptores de Potencia
Debido a su operación:
• Unipolar
• Tripolar : Al especificar este interruptor se recuerda que no será
posible el colocar un mando sincronizado a este porque solo aplica
para interruptores con mando unipolar.

52. Tipos de Interruptores de Potencia

53. Tipos de Interruptores de Potencia
Debido a su aislamiento de cámara:
• Tanque vivo : Su cámara esta dentro de los aisladores del cuerpo del
interruptor, los TC se colocan externos y demanda espacio
• Tanque muerto : su cámara de corte esta aterrada y separada de los
aisladores en los cuales en el están los transformadores de corriente,
se reduce el espacio en comparación a un tanque vivo.

54. Tipos de Interruptores de Potencia

55. Tipos de Interruptores de Potencia

56. Relés de Protección
Es el elemento que salvaguarda los activos de un sistema de
potencia, es decir, a generadores, líneas, transformadores,
conductores, etc. Desde sus inicios han sido medios para
procesar información de los transductores de medida o
transformadores de medición, y de acuerdo a lo que se ajuste, el
relé realice una orden de disparo con la finalidad de
salvaguardar el equipo protegido.
• Electromecánicos
• Numéricos o de estado sólido
• Digitales

57. Relés de protección
 Disco tipo inducción
 Fuerza electromagnética
causa operación
electromecánica al relé
 Característica de
operación fija.
 No tiene partes móviles
 Se puede seleccionar la
característica de
operación.
 Contiene dispositivos
electrónicos análogos.
 Las entradas análogas son
muestreadas y se convierten en
formato digital
 Procesadores, algoritmos, etc.
 Se puede seleccionar la
característica de operación.
 Sofisticados sistemas de
comunicación.

58. Servicios Auxiliares
En la mayoría de casos los ingenieros no le dan mucha
importancia a los servicios auxiliares, estos son la fuente de
alimentación de todos los IED de una subestación y sin el, tanto
los sistemas de protección como toda la parte secundaria
quedaría en blanco; es como quedarse ciegos.
El esquema común de los servicios auxiliares se conforma de
grupos electrógenos, baterías, rectificadores, celdas de llegada
de los alimentadores de las distribuidoras, tableros de
conmutación automática, barraje AC, barraje DC,
transformadores zigzag, etc.

59. Servicios Auxiliares
33kV
0.48kV
Grupo electrógeno
Distribuidora
Sistemas de iluminación-Patio
220V 48V
De la subestación
Servicios esenciales y
no esenciales
Servicios esenciales y
no esenciales
+
-
+
-

60. Configuración de subestaciones
 Antes de comenzar a analizar las protecciones de un sistema de
potencia tenemos que tener en cuenta en como se compone
físicamente dicho sistema y si realmente afecta al sistema de
protección o no?.
 En el SEIN tenemos una variedad de tipos de configuración de
subestaciones; sin embargo, solo estudiaremos las mas relevantes
debido a que alguna de ellas pueden ser derivaciones de otras.
 Por último, con la información estudiada en esta sesión ya podemos
conocer quien delimita el sistema de protección y podemos
localizarlo en un diagrama unifilar y a partir de ahí establecer
nuestras fronteras de protección.

61. Configuración de subestaciones
?????

62. Configuración de subestaciones
?????
 Configuración barra simple.
 Configuración barra doble.
 Configuración interruptor y medio.
 Configuración anillo.
 Configuración barra doble con seccionador de transferencia.

63. Configuración de subestaciones
?????
El tipo de configuración mas simple que existe, normalmente se tiene
alrededor de 4 bahías o celdas como máximo. Imposibilidad de seccionar
cierto tramo de barra, debido a que implica toda la barra fuera de servicio.
PR
PR
PR
PR
SB
SB
SB
SB
IN
IN
IN
IN
SL
SL
TT TC
TC
TT
B
TC
TC

64. Configuración de subestaciones
Es el tipo de configuración mas usado debido a que te otorga flexibilidad para
realizar algún tipo de mantenimiento u/o intervención. Se puede colocar muchas
celdas o bahías en este tipo de configuración.
PR
SB
SA
IN
TC
SL
ST
B
TT
PR
SB
SA
IN
TC
SL
ST
B
TT
PR
SB
SA
IN
TC
SL
ST
B
TT
PR
SB
SA
IN
TC
SL
ST
B
TT
PR
SB
SA
IN
TC
SL
ST
B
TT
SB
SA
IN

65. Configuración de subestaciones
Es el tipo de configuración mas usado debido a que te otorga flexibilidad para
realizar algún tipo de mantenimiento u/o intervención. Se puede colocar muchas
celdas o bahías en este tipo de configuración.
PR
SB
SA
IN
TC
SL
ST
B
TT
PR
SB
SA
IN
TC
SL
ST
B
TT
PR
SB
SA
IN
TC
SL
ST
B
TT
PR
SB
SA
IN
TC
SL
ST
B
TT
PR
SB
SA
IN
TC
SL
ST
B
TT
SB
SA
IN

66. Configuración de subestaciones
Se le conoce de ese nombre debido a que en un diámetro existen 2 bahías que conllevan 3 interruptores, 2
de ellos para cada celda; es decir, comparten el interruptor de corte central. Es la configuración mas
flexible que existe y que últimamente se basan las nuevas subestaciones eléctricas.
SA
IN
TC
SE
SE
IN
TC
SE
SE
IN
TC
SB
SA
IN
TC
SE
SE
IN
TC
SE
SE
IN
TC
SB
ST
SL
PR
B
TT
ST
SL
PR
B
TT
ST
SL
PR
B
TT
ST
SL
PR
B
TT

67. Configuración de subestaciones
Es similar a la configuración de interruptor y medio; sin embargo, ya no se licitan proyectos con este tipo de
configuración. Es como un predecesor de la configuración de interruptor y medio, y de manera muy similar
otorga alta flexibilidad para operar y maniobrar los equipos de dicha configuración.
SE
IN
TC
SE
SE
IN
TC
SE
SE
IN
TC
SE
ST
SL
PR
B
TT
ST
SL
PR
B
TT
ST
SL
PR
B
TT

68. Configuración de subestaciones
Otorga flexibilidad inclusive pudiendo energizar la celda o bahía bypasseando el
interruptor, los disparos quedan transferidos al acople ya que el interruptor se
encontraría bypasseado de darse el caso.
SB
SA
IN
PR
SB
SA
IN
TC
SL
ST
B
TT
SE
PR
SB
SA
IN
TC
SL
ST
B
TT
SE