Coordinación de protecciones

1. Estudio de coordinación de
protecciones de las subestaciones
Uchucay y La Paz y Línea de
Transmisión del Proyecto Eólico
minas de Huascachaca.
Coordinación de
Protecciones
Eléctricas
Nombre: Henry Chamba Parra
Carrera: Ingeniería Eléctrica
TRABAJO DE TITULACIÓN

2. AEROGENERADORES
16
CIRCUITO
COLECTOR
4
SUBESTACIÓN
UCHUCAY
1
SUBESTACIÓN
LA PAZ
1
OBJETIVO DEL ESTUDIO
Describir los criterios a
ser utilizados en la
coordinación, definir los
principales ajustes de
los relés de las líneas y
subestaciones, que cumpla
con los principios de
selectividad y
sensibilidad para que
permita la entrada en
ELEMENTOS QUE CONSTITUYE EL PARQUE
EÓLICO
Proyecto Eólico Minas de
Huascachaca

3. Para determinar las corrientes
de falla en operación normal,
se han definido los siguientes
escenarios:
 Para el ajuste de
coordinación de protecciones
se selecciona un escenario
de mínima generación (con un
solo aerogenerador de Parque
Eólico) en los años 2021-
2024.
 Para las simulaciones de
falla trifásica y monofásica
a tierra, se ha definido una
red de análisis que incluye
el sistema de generación
Determinación de corrientes de
cortocircuito

4. Se han calculado las corrientes
de falla trifásica en barras de
34,5 y 138 kV de la red en
estudio, para determinar la
máxima corriente de falla se
considera que la resistencia de
falla es igual a 𝑅𝑓 = 0 Ω, para el
caso de la mínima corriente de
falla se considera que la
resistencia de falla es igual a
𝑅𝑓 = 20 Ω.
Corrientes de Falla Trifásica
Al igual que en el caso de fallas
trifásicas, para determinar la máxima
corriente de falla monofásica se
considera que la resistencia de falla
es igual a 𝑅𝑓 = 0 Ω, y para la mínima
corriente de falla se considera que la
resistencia de falla es igual a 𝑅𝑓 =
20 Ω.
Corrientes de Falla Monofásica
Corrientes de
Falla

5. Para el cálculo de las
corrientes de cortocircuito
se realiza el siguiente
criterio:
 Se simula un cortocircuito en
mínima generación al 10%, 50%,
90% de la línea en estudio y de
las líneas adyacentes, para cada
caso se registra las corrientes de
cortocircuito que sienten cada
uno de los relés de las líneas en
dichas fallas.
Determinación de corrientes de cortocircuito para el ajuste y coordinación de
protecciones

6. Coordinación de
Protecciones
LÍNEAS DE
TRANSMISIÓN
Línea de Transmisión Cuenca - La
Paz
Se utilizará protecciones de Líneas de Transmisión con el
siguiente detalle:
 Relé protección diferencial de línea MICOM P543 para
protección principal.
 Relés de protección de respaldo.
Línea de Transmisión La Paz -
Yanacocha
Se utilizará protecciones de Líneas de Transmisión con el
siguiente detalle:
 Relé protección diferencial de línea MICOM P543 para
protección principal y de respaldo.
Línea de Transmisión Uchucay - La
Paz
Se utilizará protecciones de Líneas de Transmisión con el
siguiente detalle:
 Relé protección diferencial de línea SIEMENS 7SL86
para protección principal y de respaldo.
Cuenca –
La Paz
La Paz -
Yanacocha
Uchucay
– La Paz

7. Para determinar los ajustes
de los relés se ha
considerado el siguiente
esquema de protección:
Método para la coordinación de
protecciones
LA PAZ
87L
21/21N
87L
21/21N
87L
21/21N
YANACOCHA
87L
21/21N
LT LA PAZ-YANACOCHA
67N 67N 67N 67N
87L
21/21N
87L
21/21N
87L
21/21N
87L
21/21N
LT LA PAZ-UCHUCAY
67N 67N 67N 67N
TR1
87T
50/51
50N/51N
50G
87T
50/51
50N/51N
50G
67/67N
34.5kV
21
21N
CUENCA
87L
67N
21/21N
LT CUENCA-LA PAZ
21/21N 87L
21/21N
67N
67N
50/51
50N/51N
UCHUCAY

8. Protección Diferencial de Línea
(87L).
La protección principal se
considera la Diferencial de Línea
(87L), la protección de respaldo de
Distancia (21/21N) y la protección
de sobrecorriente direccional
(67N).
Relés de Protección
Cálculo de corriente diferencial de arranque o pick-up
El valor de corriente diferencial de arranque o pick-up tendrá en
cuenta la siguiente consideración:
3 ∗ 𝐼𝑐𝑎𝑝 < 𝐼𝑝𝑖𝑐𝑘𝑢𝑝 ≤ 0.5 ∗ 𝐼𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎𝑚𝑖𝑛
NOMBRE Carga [A] Charging [A] I falla mín [A] Ajuste 87L [A diff]*
CUENCA-LA PAZ 253.00 16.2 1040 300
LA PAZ – YANACOCHA 242.00 20.0 821 300
LA PAZ – UCHUCAY 209.00 5.4 1336 250
Determinación de Ajuste de Protección Diferencial (87L)

9. Protección de Distancia (21/21N).
Es una protección direccional por naturaleza, con
selectividad relativa que tiene como órgano de
medición un relé de impedancia, que opera contra
los cortocircuitos en la línea que protege.
Relés de Protección
Ajustes de las diferentes zonas
Para el ajuste se considera lo siguiente:
 El relé trabajará en tres zonas de protección
Zona 1, 2 ,3
 El tiempo de operación de la zona 1
 El tiempo de operación de la zona 2, 3
Parameter Uchucay-La Paz
Z 1:X reach (Ohm) 8.80
Z 1: R resistance (Ohm) 20.00
Z 2:X reach (Ohm) 13.20
Z 2: R resistance (Ohm) 20.00
Z 3:X reach (Ohm) 42.50
Z 3: R resistance (Ohm) 20.00

10. Relés de Protección

11. Protección de Distancia (21/21N).
Relés de Protección
Ajustes de las diferentes zonas
Para el ajuste se considera lo siguiente:
 El relé trabajará en tres zonas de protección
Zona 1, 2 ,3
 El tiempo de operación de la zona 1
 El tiempo de operación de la zona 2, 3
Parameter La Paz-Uchucay
Z 1:X reach (Ohm) 8.80
Z 1: R resistance (Ohm) 20.00
Z 2:X reach (Ohm) 13.20
Z 2: R resistance (Ohm) 20.00
Z 3:X reach (Ohm) 22.00
Z 3: R resistance (Ohm) 20.00

12. Relés de Protección

13. Protección Diferencial (87T).
La protección principal es el relé diferencial (87T) que
operará en forma instantánea para fallas internas a su
zona de protección. Como protección secundaria de
respaldo local se dispone de relés de sobrecorriente
(50/51) y (50N/51N).
Relés de Protección Transformador de Elevación 34,5 – 138
kV
Protección de sobrecorriente de fase y tierra
de transformadores
La protección de sobrecorriente de fase y de tierra operan
como respaldo de la protección principal del trasformador
Protección de sobrecorriente de fase
Esta protección debe contener lo siguiente:
 Corriente mínima de operación
 Tiempo de operación
Protección de sobrecorriente de tierra (51N)
Esta protección puede tener su punto de medida en la puesta
a tierra de algún devanado en estrella o puede calcular la
corriente de tierra en el bobinado de alta o de baja del
transformador.
0.2 ∗ 𝐼𝑛𝑡 ≤ 𝐼𝑝𝑖𝑐𝑘𝑢𝑝 (51𝑁) ≤ 0.8 ∗ 𝐼∅−𝑡𝑚𝑖𝑛

14. Protección de Sobrecorriente
Direccional (67N).
Se requiere direccionalidad aguas abajo, es decir el relé
solo deberá ver fallas en la línea. Para ello se seleccionan
los ángulos característicos del relé de la siguiente forma:
Ángulo característico 67 = 90°
Ángulo característico 67N = - 90°
De esta manera se busca brindar protección para fallas con
resistencia de arco de hasta 20 Ω
Relés de Protección
Funciones principales del Relé 67N
1. El relé debe detectar fallas.
2. Ajuste del TAP de corriente del relé (67N).
3. Ajuste del tiempo de operación (DIAL)
Parameter Cuenca-La Paz La Paz-Cuenca La Paz-Yanacocha Yanacocha-La Paz La Paz-Uchucay Uchucay-La Paz
Pick up (A) 240 160 160 240 240 73
Type of character. curve IEEE Very Inverse IEEE Moderately Inverse IEEE Moderately Inverse IEEE Very Inverse ANSI Very Inverse ANSI Very Inverse
Time dial 0.70 0.35 0.50 0.45 4.50 3.00

15. PROTECCIÓN DE SOBRECORRIENTE (50/51-50/51N-67/67N)
Relés de Protección
Protecciones 50/51, 50N/51N
Con la finalidad de garantizar una adecuada coordinación
de protecciones, las funciones 50 y 50N serán
deshabilitadas.
Equipamiento que proteger: Transformador de Potencia
34.5/138 kV con corriente nominal de (209/837 A).
Corriente de arranque (252/1008A)
Se ha considerado para la S/E Uchucay los siguientes
tramos de coordinación:
TRAMO 1: TRAMO DE SOBRECORRIENTE DE FASE
TRAMO 2: TRAMO DE SOBRECORRIENTE DE TIERRA
Protecciones 67/67N
 Equipamiento que proteger: Cable subterráneo con
capacidad de 370 A. Corriente de arranque de 352 A
(21 MVA).
 Los ajustes instantáneos vienen dados por las corrientes
máximas de fallas al 80% de la línea.
Para la función 67N de las líneas de transmisión, se ha
considerado los siguientes tramos de coordinación:
TRAMO 3: CUENCA-LT LA PAZ-UCHUCAY 138kV (TIERRA)
TRAMO 4: YANACOCHA- LT LA PAZ-UCHUCAY 138kV
(TIERRA)
TRAMO 5: UCHUCAY-LT LA PAZ-CUENCA 138kV (TIERRA)
TRAMO 6: UCHUCAY-LT LA PAZ-YANACOCHA 138kV
(TIERRA)

16. TRAMO 1: TRAMO DE SOBRECORRIENTE DE FASE
Relés de
Protección
TRAMO 2: TRAMO DE SOBRECORRIENTE DE TIERRA

17. TRAMO 3: CUENCA-LT LA PAZ-UCHUCAY 138kV (TIERRA)
Relés de
Protección
TRAMO 4: YANACOCHA- LT LA PAZ-UCHUCAY 138kV
(TIERRA)

18. TRAMO 5: UCHUCAY-LT LA PAZ-CUENCA 138kV (TIERRA)
Relés de
Protección
TRAMO 6: UCHUCAY-LT LA PAZ-YANACOCHA 138kV
(TIERRA)

19. GRACIAS