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Puesta a tierra 13 julio RADJ

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Esquema de puesta a tierra del
sistema eléctrico de potencia de la
Refinería Ing.
g Antonio Dovalí Jaime
Gerencia de Equipos Eléctricos
Julio 13, 2005
Gerencia de Equipos Eléctricos
Introducción




Adopción de un esquema de generación
y distribución de energía
Conexión a la CFE por incremento de
carga y para elevar la confiabilidad
Bus de sincronización con reactores
limitadores de corriente
Sólo una fuente conectada a tierra
Gerencia de Equipos Eléctricos
Problema a solucionar

Fallas frecuentes en distintas refinerías






Salina Cruz
Tula
Madero
Sobrevoltajes por resonancia que alcanzan un
nivel del orden de los 160 kV
Deterioro acelerado del equipo
Incremento en la frecuencia de recurrencia
de las fallas
Gerencia de Equipos Eléctricos
Refinería Madero, 14/06/05
Gerencia de Equipos Eléctricos
Refinería Madero, 30/04/05
Gerencia de Equipos Eléctricos
Refinería Madero, 15/08/04
Gerencia de Equipos Eléctricos
Refinería Salina Cruz
Gerencia de Equipos Eléctricos
Refinería Miguel Hidalgo
Gerencia de Equipos Eléctricos
Común denominador en
las fallas


Ocurren después de una falla a tierra
Se genera una sobretensión en las fases
no afectadas


El voltaje alcanza hasta 20 veces el
nominal
Se provoca una falla en un segundo
punto del sistema
Gerencia de Equipos Eléctricos
Objetivo




Implantar un esquema de puesta a
tierra en la Refinería de Salina Cruz
Especificar componentes y costo
asociado
Analizar escenarios de operación
Determinar ajustes de
d relevadores
l
d
Gerencia de Equipos Eléctricos
Análisis del fenómeno de
resonancia
Carga d
C
dell
sistema
TG1
Fase A
Fase B
Fase C
Capacitancia
del neutro
Capacitancia
d l sistema
del
i t
Gerencia de Equipos Eléctricos
Circuito RLC en resonancia
serie
i (t)
R
Z = R + j (L- 1/C)
L
fo = 1/ ((2LC))
V
C
Vc
Vc= QV
Q = L/
/ R = 1/
/ RC
Gerencia de Equipos Eléctricos
Falla a tierra en un generador
flotado
Carga del
sistema
TG1
Fase A
Fase B
Fase C
Capacitancia
del neutro
Capacitancia
del sistema
Gerencia de Equipos Eléctricos
Distorsión del voltaje en fases
no falladas
20KV
0V
-20KV
0s
10ms
20ms
30ms
40ms
V(R3:1)
Time
Gerencia de Equipos Eléctricos
50ms
60ms
70ms
80ms
Componentes armónicas
Gerencia de Equipos Eléctricos
Eliminación del fenómeno de
resonancia
5A
~0.5
0 5A
Gerencia de Equipos Eléctricos
Esquema de puesta a tierra
propuesto
CFE
115 kV
CFE
115 kV
TR-10-B
15/20 MVA
TR-10A
15/20 MVA
13 2 W
13.2
13 2 W
13.2
TDP-7
TBS
TG1
32 MVA
RX1
6W
TDP-2
RX4
RX3
RX2
Ra1
TDP-1
TG4
40 MVA
TG3
40 MVA
TG2
32 MVA
Ra1
TDP-3
Gerencia de Equipos Eléctricos
Rb
Rb
Rb
Ra1
TDP-4
Ra1
Especificación de componentes






Transformador de puesta a tierra
Cable de conexión entre el neutro del
generador y tierra
Resistencia limitadora
Relevador
Cable para conexión a tierra del
transformador
Gabinete de protección del ensamble
Gerencia de Equipos Eléctricos
Transformador de puesta a tierra
Potencia
50 kVA
Voltaje
j p
primario
13.8 kV
Voltaje secundario
220 V
Impedancia
3%
Devanado
primario
Encapsulado en
resina epóxica
Devanado
secundario
Tipo seco con papel
impregnado en resina
Nivell Bá
Ni
Básico
i d
de
Impulso
95 kV
Gerencia de Equipos Eléctricos
Transformador de puesta a tierra
Nivel de
descargas
parciales a 1.2
Vn
50 pC
No. de fases
Monofásico
Tipo
Interior
Frecuencia
60 Hz
Características
especiales
Sin saturarse a
1.2 x 13.8 kV = 16.5 kV
Clase de
aislamiento
B
Proveedor
AVTRON, DEEMSA y VOLTRAN
Costo estimado
AVTRON: $ 6,700
6 700 USD [25 kVA]
DEEMSA: $ 90,000 MN [70 kVA]
Gerencia de Equipos Eléctricos
Resistencia limitadora
Resistencia
0.405 
Precisión
5%
Potencia continua 500 W
Potencia a un
minuto
3 kW
V l j
Voltaje
220V
Corriente (de
operación
continua)
ti
)
314 A
Corriente a 10 s
86 A
Proveedor
Controles y
Servicios SA
Costo estimado
$ 7,100 MN
Gerencia de Equipos Eléctricos
Cable de energía
Voltaje
nominal
Clase 15 kV
Calibre
1/0 AWG
Aislamiento
XLPE o EPR
Pantalla
Alambre de cobre
suave
Terminales
Clase 15 kV
(termo contráctiles
o contráctiles en
fí )
frío)
Costo
estimado
$ 160 MN/metro
Gerencia de Equipos Eléctricos
Relevador
Funciones de
protección
51N y 59N
Tipo
Estado sólido
Registrador
d eventos
de
t
3840 muestras por
d
segundo
Puertos de
comunicación
Mínimo 2 puertos
Proveedor
SEL, AREVA, GE,
ALLECTRO
Costo
estimado
De $3,600 a 8,100
USD
Gerencia de Equipos Eléctricos
Esquema propuesto
TBS
13.8 kV
52 IPTBS-RX1
50N
RX1
52 IP1-RX1
TDP-1
13.8 kV
52
50N Detectar fallas
i t tá
instantáneas
a tierra
ti
51N Detectar los disturbios de
falla a tierra
59N Detectar las diferencias
de voltaje
TG-1
51N
Rb= 13.2 
50kVA
13.8kV/220 V
Z= 3%
R= 0.405 
R
59N
Gerencia de Equipos Eléctricos
Coordinación de protecciones
t
ITransformador de enlace
IGenerador
IInterruptor de sincronización
IInterruptores intermedios
IInterruptor de baja resistencia
IAlimentadores
Gerencia de Equipos Eléctricos
I
Escenarios de operación






Condiciones normales
Transformador de enlace fuera de servicio
Falla en bus de sincronización
F ll en alimentador
Falla
li
t d del
d l tablero
t bl
Falla en alimentador de tablero no liberada
F ll con d
Falla
dos plantas
l t iinterconectadas
t
t d
Gerencia de Equipos Eléctricos
Dos plantas interconectadas
I
ITransformador de enlace
IGenerador
IInterruptor de sincronización
IInterruptor
p
de enlace entre 2 p
plantas
IInterruptores intermedios
IInterruptor de baja resisitencia
IAlimentadores
t
Gerencia de Equipos Eléctricos
Coordinación del TDP-1
CURRENT IN AMPERES
1000
30 A
60 A 120 A
120 A
80 A
60 A
60 A
100
TIME IIN SECONDS
TG-1
10
SE PATOS-B
SINC-TG-1
EXT BUS TG-1
1
SE-1-B
SE
1B
SE-12-A
SE-21-A
0.10
0.01
1
Gerencia de Equipos Eléctricos
TG-1 1F.tcc
10
100
1K
10K
Ref. Voltage: 13800 Current Scale x10^0 Madero.drw
Ajuste de protecciones

51N



Pick up a 20 % @ 314 A (65 A)
Tiempo 750 ms
59N


Pickk up a 20 % @ 0.405
Pi
0 405  (25.4
(25 4 V)
Tiempo 1.15 s
Gerencia de Equipos Eléctricos
Conclusiones




El esquema propuesto no permite la
generación de sobretensión por
resonancia
Bajo costo de inversión,
inversión $250,000
$250 000 MN
por generador
Tiempo de entrega: 6 semanas
Implantación del proyecto: 2-3 meses
Gerencia de Equipos Eléctricos
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