Protecciones de distancia - Escuela de Ingeniería Eléctrica
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PROTECCIONES DE DISTANCIA IV Seminario de Protecciones de Sistemas Eléctricos – PUCV Autor: César Ferreira Ibaca Viña del Mar 2012 Índice 1. Objetivos 2. Introducción 3. Definiciones 4. Protección de distancia 5. Pruebas de puesta en servicio 6. Nuevos desafíos 2 Objetivos 1. Conocer el origen y entorno de la transmisión de energía eléctrica. 2. Acercamiento de la industria. 3. Conocer etapas de un proyecto de inversión. 4. Identificar etapa de puesta en servicio y pruebas requeridas. 5. Uso de herramientas tecnológicas para pruebas de puesta en servicio. 3 Índice 1. Objetivos 2. Introducción 3. Definiciones 4. Protección de distancia 5. Pruebas de puesta en servicio 6. Nuevos desafíos 4 Introducción HISTORIA Entre los años 1870 y 1880 los primeros sistemas eléctricos de potencia fueron desarrollados en corriente continua, para su uso en pequeñas zonas urbanas, en la industria y la minería. Los sistemas primeros sistemas eléctricos en C.C. abastecían principalmente las fábricas y sólo pequeñas áreas de las principales ciudades, esto creó la necesidad de suministrar con energía eléctrica a ciudades enteras, a través de la generación de energía en centrales hidroeléctricas en lugares con alto potencial y transportar esta energía a las ciudades y fábricas. 5 Introducción MÉTODOS DE TRANSMISIÓN CORRIENTE CONTINUA: Primer método de transmisión de energía eléctrica utilizado para el transporte de energía a distancia. CORRIENTE ALTERNA: Este método de transmisión de energía eléctrica fue desarrollado en Francia, Italia y Alemania, método que demostró ser el mejor para aprovechar la energía eléctrica. SISTEMAS POLIFÁSICOS: La alimentación trifásica en C.A. fue desarrollada en Alemania por August Haselwander en 1887 y fue presentada al mundo en 1891 en Lauffen – Frankfurt. El Sr. Mill Creek I dio uso comercial a los sistemas trifásicos en la cuidad de California, US, y Sr. Charles Steinmetz mejoró y desarrolló completamente los conceptos matemáticos que conocemos de los sistemas eléctricos trifásicos. 6 Introducción TRANSMISIÓN EN CHILE En diciembre de 1943 se creó una sociedad anónima, filial de la Corporación de Fomento de la Producción, con el objetivo de desarrollar el Plan de Electrificación del país, incluyendo la generación, el transporte, la producción y distribución de energía eléctrica. Endesa perteneció durante 42 años año al Estado chileno, alcanzando un papel preponderante en el sector eléctrico y llegando a ser una de las empresas más importantes del país, a base de desarrollo hidroeléctrico en el territorio. Las inversiones fueron cuantiosas, llevándose a cabo relevantes obras de ingeniería, electrificación y regadío. En 1987 se inició el proceso de privatización de Endesa, cuyo proceso concluyó en en 1989. En mayo de 1999 Enersis pasó a controlar 60% de las acciones de Endesa Chile constituyéndose así como el principal controlador de esa sociedad anónima. 7 Introducción TRANSELEC En junio de 2000, el Directorio de Endesa Chile decidió por resolución unánime iniciar un proceso de licitación pública y abierta para la venta del 100% de las acciones de la Compañía Nacional de Transmisión Eléctrica, denominada Transelec, a la compañía canadiense Hydro-Québec. En el año 2003 Transelec S.A. ingresó al Sistema Interconectado del Norte Grande con la compra de 924 km de líneas de transmisión en el nivel 220 kV. Durante el año 2006 el consorcio canadiense liderado por Brookfield Asset Management adquirió el 100% de la propiedad accionaria de Transelec. Transelec es dueña del 100% de las líneas de 500 kV, tiene una participación de 47% como propietario de líneas de 220 kV, en tanto, posee una cuota de mercado de 86% en líneas de 154 kV y 12% en el segmento de líneas de 110 kV y 66 kV. 8 Introducción ENTORNO Este sector está constituido por el segmento de generación que tiene características de libre competencia, los segmentos de transmisión y de distribución de electricidad tienen un sistema de tarifas reguladas, que asegura un libre acceso a las empresas de generación y el pago por el uso de las instalaciones de transmisión. El marco legal que rige el negocio de la transmisión eléctrica en Chile define los sistemas de transmisión clasificado como, Sistemas de Transmisión Troncal, Sistemas de Subtransmisión y Sistemas Adicionales, y establece un esquema de acceso abierto para los dos primeros sistemas y la utilización de las instalaciones por terceros bajo el concepto de condiciones técnicas y económicas no discriminatorias. Además, fija los criterios y procedimientos mediante los cuales se determina la retribución que el propietario de las instalaciones de transmisión tiene derecho a percibir. 9 Introducción ESTRUCTURA GENERADORES ADICIONAL ADICIONAL SISTEMA TRONCAL SUBTRANSMISIÓN SUBTRANSMISIÓN ADICIONAL DISTRIBUIDORES CONSUMIDORES DISTRIBUIDORES CONSUMIDORES CONSUMIDORES Introducción 11 Introducción 12 Introducción 13 Índice 1. Objetivos 2. Introducción 3. Definiciones 4. Protección de distancia 5. Pruebas de puesta en servicio 6. Nuevos desafíos 14 Definiciones – Dependencia: Es la probabilidad que un sistema de protección envíe una orden de desenganche al interruptor cuando es solicitado. – Seguridad: Es la probabilidad que un sistema de protección no envíe una orden de desenganche cuando no es solicitado. – Rapidez: es el tiempo máximo de operación de un sistema de protección para una falla determinada. – Confiabilidad: Es el nivel de probabilidad determinado para que un sistema de protección opere de acuerdo a sus parámetros y características de operación. – Disponibilidad: Es el nivel de probabilidad determinado para un sistema de protección esté en servicio. – Interdependencia: La interdependencia de los sistemas de protección es la probabilidad que un sistema de protección (sistema 1) responda a una falla de la misma forma que el otro sistema (sistema 2) ubicado en la misma instalación a proteger. 15 Definiciones Número de funciones de equipos – Relé de distancia 21. – Sincronización o relé de sincronismo 25. – Relé de bajo voltaje 27. – Relé de anuncios 30. – Relé direccional de potencia 32. – Relé de secuencia de fase 46. – Relé de sobrecorriente instantáneo 50. – Relé de sobrecorriente temporizado 51. – Interruptor de poder 52. – Relé de sobre voltaje 59. – Relé de balance corriente o voltaje 60. 16 Definiciones Número de funciones de equipos – Relé de parada o apertura 62. – Switch de presión 63. – Relé direccional de sobrecorriente 67. – Relé de bloqueo o fuera de paso 68. – Relé de alarma 74. – Relé de ángulo de fase 78. – Relé de recierre 79. – Relé sobre y baja frecuencia 81. – Relé de carrier o hilo piloto 85. – Relé maestro 86. – Relé diferencial 87. 17 Definiciones Número de funciones de equipos – Desconectador 89. – Relé de desenganche 94. – Número para libre disposición 95-99. 18 Índice 1. Objetivos 2. Introducción 3. Definiciones 4. Protecciones de distancia 5. Pruebas de puesta en servicio 6. Nuevos desafíos 19 1900 • 1960 Analogue electronics was introduced • 1964 First solid-state relays 1930 1940 1950 1960 1964 • 1980 Solid-state distance relay using PROM chip 1976 1978 1980 • 1994 Numerical terminals 1982 • 1986 First fully numerical line distance terminal 1981 • 1983 Microprocessor-based station control system and Computerised analogue Power-system Simulator • 1982 Microprocessor-based fault locator • 1978 Solid-state timer relay using customised LSI chip 1974 • 1981 Microprocessor-based line protection • 1976 Static ultra-high-speed line protection relay 1968 1970 Línea del tiempo • 1974 Static distance relay for EHV/UHV applications using sequential logic circuits • 1970 Static ultra-high-speed bus differential relay • 1968 Microprocessors introduced • 1950 Compensator poly-phase distance relay 1925 • 1940 mho Distance relay and Harmonic restraint transformerdifferential 1905 • 1930 First plug-in relay modular system type RR • 1925 First ABB remote control station • <1905 Overcurrent trip devices, built-in in HVbreakers 1870 • 1905 First time-overcurrent relay 1920 RI relay • Intervalo de desarrollo Protecciones de distancia Evolución de los relés de protección hasta 1994 35 30 25 20 15 10 5 0 1983 1986 1994 20 Esquema simple de protección de línea S/E 2 S/E 1 52 52 TTCC TTCC 52 52 S2 ~ S1 ~ Relé 1 TTPP Relé 2 TTPP 21 Protección diferencial de transformador Alta 52 Baja ATR 52 TTCC 52 TTCC 52 S1 ~ Media TTCC 52 52 S2 ~ 86 Relé 22 Protección diferencial de barra seccionada 52 Sección 1 TTCC TTCC 52 S3 ~ S1 ~ 86 Relé Zona 2 TTCC 52 Relé Zona 1 TTCC 86 S4 ~ S2 ~ 52 TTCC Sección 2 TTCC 52 23 Protecciones de distancia Estado actual de esquemas de protección Número total de protecciones 1051. Número total de protecciones en Transelec S.A. ELECTROMECANICA ESTATICA NUMERICA Tecnología electromecánica 253 Tecnología estado sólido o estática 317 Tecnología numérica o digital 481 24% 46% 30% 24 Protecciones de distancia Segmentación tecnológica (128 de distancia). Instalaciones protegidas por equipos electromecánicos 140 120 Título del eje 100 80 60 40 20 0 Barra Condensador Linea Reactor Seccionador Transformador Total 35 15 128 1 1 73 25 Protecciones de distancia Segmentación tecnológica (126 de distancia) Instalaciones protegidas por equipos electrónicos 140 120 Título del eje 100 80 60 40 20 0 Acoplador Barra Condensador Linea Reactor Seccionador Transformador Total 4 39 29 126 18 7 94 26 Protecciones de distancia Segmentación tecnológica (329 de distancia) Instalaciones protegidas por equipos numéricos 350 300 Título del eje 250 200 150 100 50 0 Acoplador Barra Condensador Linea Reactor Seccionador Transformador Total 3 27 13 329 30 7 72 27 Protecciones de distancia Proveedores 28 Protecciones de distancia Participación de proveedores en Transelec Protecciones numéricas en el SIC y SING ABB 7% SIEMENS 43% ALSTOM 2% AREVA 3% GE 25% SEL 15% OPTIMHO 0% GEC ALSTHOM 5% 29 Protecciones de distancia Electromecánicos • • • • 21 21N 50 68 Estado sólido • • • • • 21 21N 50 68 Localizador de fallas Numéricos • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 21 21N 25 27 32 46 50 50N 50H 50BF 51 51N 51 Emergencia 51N Emergencia 59 67 67N 68 79 81 85 Registros de eventos Registros oscilográficos Control lógico Protocolos de comunicación 30 Protecciones de distancia Esquema simple de protección de línea con teleprotección Comunicaciones S/E 1 52 52 TTCC S/E 2 TTCC 52 52 S2 ~ S1 ~ Relé 1 TTPP TP1 TP2 Relé 2 TTPP 31 Protecciones de distancia Esquema detallado de protección de línea en un extremo Comunicaciones S/E 1 52 52 N1 TP1 N2 S1 ~ TP2 SEP Relé S1 Relé S2 32 Protecciones de distancia Falla en la línea F1 Sa ~ TTCC TTCC Sb ~ Ia Ea Relé 1 TTPP Va Relé 2 TTPP 33 Protecciones de distancia Características de operación mho 25,0 22,5 20,0 X/Ohm(secondary) 17,5 15,0 12,5 10,0 7,5 5,0 2,5 0,0 -2,5 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 R/Ohm(secondary) E E E E J I∙ Va θ ∙ ∙ ∙ ∙ R 34 Protecciones de distancia Características de operación cuadrilateral 13 12 11 10 9 X/Ohm(secondary) 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -30 -20 -10 0 10 20 30 R/Ohm(secondary) E E E E θ I∙ Va ∙ ∙ ∙ ∙ R 35 Protecciones de distancia Tiempos típicos de operación 1,2 1 Tiempo t/s 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 2 4 6 Impedancia Z/Ω 8 10 12 36 Índice 1. Objetivos 2. Introducción 3. Definiciones 4. Protección de distancia 5. Pruebas de puesta en servicio 6. Nuevos desafíos 37 Pruebas de puesta en servicio CICLO DE VIDA: CICLO DE PROYECTO DE INVERSIÓN ANÁLISIS DE MATERIALES PLANIFICACIÓN DESARROLLO Y TECNOLOGÍA INGENIERÍA Y EJECUCIÓN DISEÑO MONTAJE Y PRUEBAS FINALES OPERACIÓN Y MANTENCIÓN SOPORTE Pruebas de puesta en servicio CICLO DE VIDA: MONTAJE Y PRUEBAS FINALES SOPORTE Pruebas de puesta en servicio Pruebas en TTCC – Razón de transformación – Polaridad – Curva de saturación 40 Pruebas de puesta en servicio Pruebas en los circuitos de corrientes y de voltajes – – – – – – – Medidas de aislación en los circuitos de corrientes. Medidas de aislación en los circuitos de voltajes. Medición de burden real. Pruebas de inyección primaria. Pruebas de inyección secundarias. Pruebas de control de equipos de maniobras. Pruebas en todos los niveles de control. 41 Pruebas de puesta en servicio Recursos experimentales 42 Pruebas de puesta en servicio Verificación de tiempos de operación 43 Pruebas de puesta en servicio Verificación de característica MHO 44 Pruebas de puesta en servicio Verificación de característica cuadrilateral 45 Pruebas de puesta en servicio Pruebas E2E para esquemas con teleprotección Comunicaciones S/E 1 52 52 TTCC S/E 2 TTCC 52 52 S2 ~ S1 ~ Relé 1 TTPP TP1 TP2 Relé 2 TTPP 46 Pruebas de puesta en servicio Caso Cautín Valdivia 47 Pruebas de puesta en servicio Caso Cautín Valdivia 48 Pruebas de puesta en servicio Corrientes en formato comtrade 49 Pruebas de puesta en servicio Corrientes en formato comtrade 50 51 52 Índice 1. Objetivos 2. Introducción 3. Definiciones 4. Protección de distancia 5. Pruebas de puesta en servicio 6. Nuevos desafíos 53 Nuevos desafíos Utilización de nuevas tecnologías tal como: – Modernizar los esquemas de protección en instalaciones de transmisión con el fin de optimizar los planes de mantenimiento y disminuir las tasas de fallas – Uso de simuladores de sistemas eléctricos de potencia para probar los nuevos equipos frente a perturbaciones complejas que se presentan en la red de transmisión. – Fortalecer los lazos entre la industria y las universidades con el fin de acelerar la transferencia de conocimiento y aplicación de nuevas tecnologías. 54 … Muchas Gracias 55
