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/ ((2LC)) 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