Estudio de coordinación de la Protección

Sistema de Utilización en 10kV Nuevo Hospital Regional Cajamarca

COORDINACION DE LA PROTECCION SISTEMA DE UTILIZACION MEDIA TENSION 10kV

SE CAJAMARCA 60/10kV – AMT CAJ009

Mayo 2011

2

CONTENIDO

1. OBJETIVO 2. ALCANCES 3. NORMAS EMPLEADAS 4. ESQUEMA ELECTRICO EN ESTUDIO 5. CALCULO DE CORTOCIRCUITO 6. SELECCIÓN Y AJUSTE DE LAS PROTECCIONES FASES

6.1 Criterio de Ajuste de Sobrecorriente de Fases 6.2 Ajuste del relé ABB REF615 Salida AMT CAJ009 6.3 Ajuste del relé GE F650 Barra 10kV SE Cajamarca

7. SELECCIÓN Y AJUSTE DE LAS PROTECCIONES TIERRA

7.1 Criterio de Ajuste de Sobrecorriente de Tierra 7.2 Ajuste del relé ABB REF615 Salida AMT CAJ009 7.3 Ajuste del relé ABB REC670 Zig Zag 10kV SE Cajamarca

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 9. ANEXOS

Anexo 1: Diagrama Unifilar de Protecciones Anexo 2: Corrientes de Cortocircuito del Sistema en Estudio Anexo 3: Curvas de Selectividad de Fases y Tierra Anexo 4: Planilla de Ajustes de Reles Involucrados

3

3

3

4

5

7

7 9 11

12

12 12 13

19

21

3

COORDINACIÓN DE LA PROTECCIÓN NUEVO HOSPITAL REGIONAL DE CAJAMARCA - AMT CAJ009

1. OBJETIVOS

Establecer una adecuada coordinación de la protección en media tensión entre los diferentes elementos de protección instalados en el sistema de utilización en 10kV del cliente Hospital Regional Cajamarca y el relé principal de barra perteneciente a la empresa distribuidora de energía eléctrica Hidrandina S.A.

2. ALCANCES - El estudio está basado en el proyecto del sistema de utilización primaria indicado en la

Memoria Descriptiva, el cual comprende explotación bajo configuración radial y régimen de neutro aterrado mediante transformador Zigzag en 10kV.

- Las corrientes base de Cortocircuito Trifásica es de 4.88kA (84.49MVA) y para Cortocircuito Monofásico de 0.298kA en la barra 10kV de la SE Cajamarca 60/10kV, correspondiendo a lo publicado por el COES para el escenario de Avenida Máxima Demanda 2011

- La información de la red está constituida por sus características y capacidad instalada, asimismo, por el detalle de los equipos de protección y maniobra a partir del punto de entrega, el tramo troncal del Alimentador de Media Tensión y la celda de llegada en el Hospital Regional ubicada a 4.2km de la barra 10kV de la SE Cajamarca.

- La filosofía de la protección de la red de media tensión en 10kV está basada en la activación de las funciones de falla entre fases y tierra no direccionales del relé ABB modelo REF615 ubicado en el punto de entrega y el relé de Barra 10kV de la SE Cajamarca.

- El principio de coordinación de la protección principal del Sistema de Utilización Hospital Regional y la protección principal de Hidrandina S.A. se basará en la coordinación por curva inversa, y tomará como base los ajustes proporcionados por la empresa Hidrandina S.A. para su relé de protección principal en la SE Cajamarca.

- Para los valores de corriente de arranque se considera la potencia máxima de 500kW 3. NORMAS EMPLEADAS

El estudio presentado ha sido desarrollado en base a las siguientes normas

- IEEE Std. 242-2001™ Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems.

- IEEE C37.48.1 Guide for the Operation, Classification, Application, and Coordination of Current-Limiting Fuses with Rated Voltages 1 - 38 Kv

- IEEE C37.112 Standard Inverse-Time Characteristic Equations for overcurrent Relays. - IEC 60282-1 High-Voltage Fuses - Part 1: Current-Limiting Fuses.

4. ESQUEMA ELÉCTRICO EN ESTUDIO

En la siguiente página se muestra de forma esquemática los diferentes elementos de protección con sus características principales, figura Nº 1:

4

5. CÁLCULO DE CORTOCIRCUITO A continuación se presenta los valores calculados de cortocircuito trifásico y monofásico de la red en estudio, donde se modelo con los parámetros eléctricos de la red de alta y media tensión.

Barra Falla Trifásica Falla Monofásica

Barra 10kV SE Cajamarca 4.88 kA 84.49 MVA 0.298 kA 1.72 MVA Barra 10kV Hospital Regional 2.22 kA 38.36 MVA 0.275 kA 1.59 MVA

Barra 0.38kV Hospital Regional 20.44 kA 14.16 MVA 23.28 kA 5.36 MVA En el Anexo 2 se muestra las Corrientes de Cortocircuito del Sistema en Estudio en forma grafica.

6. SELECCIÓN Y AJUSTE DE LAS PROTECCIONES DE SOBRECORRIENTES DE FASE

6.1 Criterio de Ajuste de Sobrecorriente de Fases Para el cálculo de ajustes básicamente se han seguido los siguientes criterios: Corriente de Arranque.- Se ha ajustado teniendo en cuenta la máxima demanda de la carga multiplicado por 1.5 veces. Temporización.- Se ha determinado de modo que las protecciones despejen la falla en forma selectiva relé de barra 10kV y relé de alimentador con un margen mínimo de 250ms y mediante el uso de curvas inversas.

6.2 Ajuste del relé ABB REF615 Salida AMT CAJ009 - Fases

P carga = 1.25 kVA (Nivel de Tensión10kV y cos = 90%), I carga = 80 Amperios Ajuste de Sobrecarga (I>) = 2.0 x I carga = 160 Amperios ( 165 A) Mediante el método grafico se propone la curva IEC Very Inverse con TMS = 0.10 Ajuste instantáneo, no se recomienda habilitar dicha función

Ajuste del Rele ABB REF615

Ajuste Fases Temporizado Ajuste Fases Instantáneo

Ratio TC = 300/5 I> 0.55 A sec (165 A pri) Curva IEC Very Inverse t> 0.05

Ratio TC = 300/5 I>> OFF t>> OFF

5

6.3 Ajuste del relé GE F650 Barra 10kV SE Cajamarca - Fases

La corriente de arranque del relé F650 de la Barra 10kV de la SE Cajamarca se considera adecuado (1840 A pri) así como el dial de tiempo ya que permite conseguir el margen de coordinación establecido en los criterios indicados en el numeral 6.1. Ajuste relé General Electric modelo F650 barra 10kV SE Cajamarca

Ajuste Fases Temporizado Ajuste Fases Instantáneo TC : 1600/1A I> 1.15pu (1.15 Asec.= 1840 Apri.) Curva Tiempo Definido t> 0.35

TC : 1600/1A I>> 3.5pu (3.5 Asec.= 5600 Apri.) t>> 0.0 seg

A continuación se muestra la grafica de selectividad de fases con los ajustes existentes y propuestos para los relés comprometidos.

10 100 1000 10000 10000[pri.A]0.01

0.1

1

10

[s]

kV CAJ010\IN-CJA010\F650 CJA010 CAJ010\Cub_7\REF615 CAJ009XFO_1.25MVA HOSP10KV\Cub_2\FUSE 50E

loc_name XFO_1.25MVA Srat 1.25 MVA pict2 8.00 p.u. pitt2 0.10 s Urat 10.00 kV uk 6.00 %

I =48

52.1

52 p

ri.A

0.010 s

0.034 s

0.360 s

F650 CJA010 3.500 p.u. 3.500 sec.A 5600.000 pri.A 0.000 s

F650 CJA010 1.150 p.u. 1.150 sec.A 1840.000 pri.A Definite Time 0.350

REF615 CAJ009 0.550 p.u. 2.750 sec.A 165.000 pri.A IEC Curve B 0.050

FUSE 50E S&C SMD-50 50E

Fig. 3 Curva de protección relés REF615 y GE F650 - Fases

6

7. SELECCIÓN Y AJUSTE DE LAS PROTECCIONES DE SOBRECORRIENTE DE TIERRA

7.1 Criterio de Ajuste de Sobrecorriente de Tierra Para el cálculo de ajustes básicamente se han seguido los siguientes criterios: Corriente de Arranque.- En este caso los valores de arranque es elegido para despejar fallas del orden de 14 Amp primarios, falla determinada con resistencia de 400 ohms y una sensibilidad del 65%. Temporización.- Se ha determinado de modo que las protecciones despejen la falla en forma selectiva relé de transformador de aterramiento ABB REC670 y relé de alimentador con un margen mínimo de 250ms y mediante el uso de curvas inversas.

7.2 Ajuste del relé ABB REF615 Salida AMT CAJ009- Tierra

I falla 1ph-400 = 14 A Ajuste de Tierra Temporizada (Io>) = 0.65 x I falla 1ph-400 = 9 Amperios Mediante el método grafico se propone la curva IEC Very Inverse con TMS = 0.10 Ajuste SEF = 8 Amperios

Ajuste del Rele ABB REF615

Ajuste Tierra Temporizado Ajuste Tierra SEF

Ratio TC = 25/1 I> 0.36 A sec (9.0 A pri) Curva IEC Very Inverse t> 0.10

Ratio TC = 25/1 I>> 0.32 A sec (8.0 A pri) t>> 1.00 seg

7.3 Ajuste del relé ABB REC670 Zig Zag 10kV SE Cajamarca - Tierra

La corriente de arranque de tierra del relé ABB REC670 del transformador de aterramiento Zigzag para la Barra 10kV de la SE Cajamarca se considera adecuado (10.50 A pri) así como el dial de tiempo existente cumpliendo con el criterio de mantener un margen de coordinación mínimo de 250ms acorde con los criterios adoptados. Ajuste relé ABB REC670 barra 10kV

Ajuste Tierra Temporizado Ajuste Tierra Instantáneo TC : 300/1A I> 0.035pu (0.035 Asec. = 10.5 Apri.) Curva IEC Normal Inverse t> 0.20

Ratio TC = 300/1 I>> 0.035pu (0.035 Asec = 10.5 Apri) t>> 1.60 seg

7

A continuación se muestra la grafica de selectividad de Tierra con los ajustes existentes y propuestos para los reles comprometidos.

1 10 100 100[pri.A]0.01

0.1

1

10

100

[s]

kV CAJ010\Cub_7\REF615 CAJ009 CAJ010\ZIGZAG\REC670 ZIGZAG

REF615 CAJ009 0.064 p.u. 0.320 sec.A 8.000 pri.A 1.000 s

REF615 CAJ009 0.072 p.u. 0.360 sec.A 9.000 pri.A IEC Curve B 0.100

REC670 ZIGZAG 0.035 p.u. 0.035 sec.A 10.500 pri.A 1.600 s

REC670 ZIGZAG 0.035 p.u. 0.035 sec.A 10.500 pri.A IEC Curve A 0.200

Icc_

298A

_rf0

ohm

Icc_

14A

_rf4

00oh

m

1.010 s

Fig. 4 Curva de protección relés REF615 y REC670 - Tierra

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

a) Las consideraciones para la simulación fueron: con la base de datos del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN) concentrado en la SE Cajamarca 10kV, en las condiciones de operación según el COES para el año 2011. Las simulaciones de corriente de cortocircuito han sido determinadas de acuerdo al método IEC, con duración de apertura de Interruptor 0.05 segundos

b) El presente estudio, considera como configuración de operación del sistema la topología radial con los parámetros eléctricos de la Red indicados en la Memoria Descriptiva y bajo las condiciones de servicio normal. Cualquier cambio de la topología de la red y/o parámetros eléctricos debe considerar el reajuste de las protecciones.

c) El estudio de la coordinación considera como base los parámetros de ajustes para fallas por cortocircuito de fases by tierra alcanzados por HIDRANDINA S.A., cualquier actualización de ajustes y/o inclusión de algún equipo de protección intermedio entre SE Cajamarca y el Hospital Regional Cajamarca debe ser comunicado para la actualización de ajustes respectiva.

8

d) Se deberá solicitar a HIDRANDINA S.A. la aprobación del Estudio de Coordinación de Protecciones la cual garantiza la selectividad ante fallas de fases y de tierra.

e) Es importarte hacer notar que el esquema de protecciones que se plantea (ajustes, criterios, etc.) implica que el cambio de ajuste debe hacerse en forma integral, es decir, en todas las protecciones de los relés involucrados donde se recomienda cambio de ajustes, la selectividad no es garantizada si no se implementan todas las recomendaciones.

f) Por otra parte cuando se implementen los ajustes propuestos para los relés existentes, será necesario que todas las relaciones de transformación de los transformadores de corriente sean verificadas en el momento que se realicen los trabajos de ajuste o reajuste de dichas protecciones para corroborar la información suministrada para la realización de este estudio.

9. ANEXOS

Anexo 1: Diagrama Unifilar de Protecciones Anexo 2: Corrientes de Cortocircuito del Sistema en Estudio Anexo 3: Curvas de Selectividad de Fases y Tierra Anexo 4: Planilla de Ajustes de Relés Involucrados

9

Anexo 1: Diagrama Unifilar de Protecciones

10

Anexo 2: Corrientes de Cortocircuito

*** CORTOCIRCUITO TRIFASICO ***

SISTEMA DE UTILIZACION 10KVHOSPITAL REGIONAL CAJAMARCA

HOSP04

Skss=14.163 MVAIkss=20.442 kAphii=-78.464 deg

HOSP10KV

Skss=38.357 MVAIkss=2.215 kA

phii=-61.921 deg

CAJ010 Skss=84.492 MVAIkss=4.878 kA

phii=-81.860 deg

CAJ060 Skss=125.994 MVAIkss=1.212 kA

phii=-79.222 deg

Máxs.Corto Circuito Trifásico según IEC60909Nodos de Corto CircuitoPotencia Inicial de Corto Circuito [MVA]Corriente Inicial de Corto Circuito [kA]Corriente de Fase, Ángulo [deg]

RamasPotencia Inicial de Corto Circuito [MVA]Corriente Inicial de Corto Circuito [kA]Corriente de Fase, Ángulo [deg]

LíneaPotencia Inicial de Corto Circuito [MVA]Corriente Inicial de Corto Circuito [kA]Corriente de Fase, Ángulo [deg]

Hos

p_R

eg

= = =

TB_N2XSY_95mm2TA_AL_120mm2T9_N2XSY_95mm2T8_AL_120mm2

XFO_1.25MVA

Sks

s=0.

000

MV

AIk

ss=0

.000

kA

phii=

0.00

0 de

g

Sks

s=14

.163

MV

AIk

ss=2

0.44

2 kA

phii=

101.

536

deg

1

T7_N2XSY_95mm2T6_AL_120mm2T5_N2XSY_95mm2T4_AL_120mm2T3_N2XSY_95mm2

T2_A

L_95

mm

2

Skss=0.000 MVAIkss=0.000 kAphii=0.000 deg

T1_N

2XS

Y_9

5mm

2


ZCAJ10


BcoCAJ


1

SE

CA

JAM


phii=162.043 deg


-11

L-6044


L-6645


phii=104.449 deg

DIg

SILE

NT

*** CORTOCIRCUITO BIFASICO ***


HOSP04

Skss:B=4.097 MVASkss:C=4.097 MVAIkss:B=17.742 kAIkss:C=17.742 kA

HOSP10KV

Skss:B=11.139 MVASkss:C=11.139 MVA

Ikss:B=1.929 kAIkss:C=1.929 kA

CAJ010 Skss:B=24.713 MVASkss:C=24.713 MVA


CAJ060 Skss:B=36.765 MVASkss:C=36.765 MVA


Máxs.Corto Circuito Bifásico según IEC60909Nodos de Corto CircuitoPotencia Inicial de Corto Circuito B [MVA]Potencia Inicial de Corto Circuito C [MVA]Corriente Inicial de Corto Circuito B [kA]

RamasPotencia Inicial de Corto Circuito B [MVA]Potencia Inicial de Corto Circuito C [MVA]Corriente Inicial de Corto Circuito B [kA]

Conexión a tierraPotencia Inicial de Corto Circuito A [MVA]Corriente Inicial de Corto Circuito A [kA]Corriente Pico de Corto Circuito A [kA]

Transformador de dos DevanadosPotencia Inicial de Corto CircuPotencia Inicial de Corto CircuCorriente Inicial de Corto Circ

Hos

p_R

eg

Sks

s:B

=0.0

00 M

VA

Sks

s:C

=0.0

00 M

VA

Ikss

:B=0

.000

kA

Ikss

:C=0

.000

kA


XFO_1.25MVA

Sks

s:B

=0.0

00 M

VA

Sks

s:C

=0.0

00 M

VA

Ikss

:B=0

.000

kA

Ikss

:C=0

.000

kA

Sks

s:B

=4.0

97 M

VA

Sks

s:C

=4.0

97 M

VA

Ikss

:B=1

7.74

2 kA

Ikss

:C=1

7.74

2 kA1


T2_A

L_95

mm

2



T1_N

2XS

Y_9

5mm

2



ZCAJ10

Skss:A=0.000 MVAIkss:A=0.000 kA

ip:A=0.000 kAI0x3=0.000 kA

BcoCAJ



1

SE

CA

JAM





-11

L-6044



L-6645



DIg

SILE

NT

*** CORTOCIRCUITO MONOFASICO 0.0 OHM ***


HOSP04

Skss:A=5.364 MVAIkss:A=23.228 kAI0x3=23.228 kA

phii0=-81.318 deg

HOSP10KV


phii0=-8.609 deg

CAJ010 Skss:A=1.720 MVAIkss:A=0.298 kAI0x3=0.298 kA

phii0=-1.899 deg


phii0=-80.396 deg

Máxs.Corto Circuito Monofásico según IEC60909Nodos de Corto CircuitoPotencia Inicial de Corto Circuito A [MVA]Corriente Inicial de Corto Circuito A [kA]3*I0 [kA]Corriente de Secuencia Cero, Ángulo [deg]

RamasPotencia Inicial de Corto Circuito A [MVA]Corriente Inicial de Corto Circuito A [kA]3*I0 [kA]Corriente de Secuencia Cero, Ángulo [deg]

Conexión a tierraPotencia Inicial de Corto Circuito A [MVA]Corriente Inicial de Corto Circuito A [kA]3*I0 [kA]Ángulo entre Tensión y Corriente de Secuencia Cero [deg]

Transformador de dos DevanadosPotencia Inicial de Corto Circuito ACorriente Inicial de Corto Circuito3*I0 [kA]Ángulo entre Tensión y Corriente de S

Hos

p_R

eg

Sks

s:A

=0.0

00 M

VA

Ikss

:A=0

.000

kA

I0x3

=0.0

00 k

Aph

ii0=0

.000

deg


XFO_1.25MVA

Sks

s:A

=0.0

00 M

VA

Ikss

:A=0

.000

kA

I0x3

=0.0

00 k

Aph

iu0i

0=17

6.03

8 de

g

Sks

s:A

=5.3

64 M

VA

Ikss

:A=2

3.22

8 kA

I0x3

=23.

228

kAph

iu0i

0=90

.000

deg

1


T2_A

L_95

mm

2

Skss:A=0.000 MVAIkss:A=0.000 kAI0x3=0.000 kAphii0=0.000 deg

T1_N

2XS

Y_9

5mm

2


phii0=-92.286 deg

ZCAJ10


phiu0i0=-0.000 deg

BcoCAJ


1

SE

CA

JAM

Skss:A=12.747..Ikss:A=0.368 kAI0x3=1.073 kA

phiu0i0=90.000 deg


phiu0i0=177.717 deg

-11

L-6044


phii0=107.314 deg

L-6645


phii0=110.031 deg

DIg

SILE

NT

*** CORTOCIRCUITO MONOFASICO, RF 200 OHM ***


HOSP04


phii0=-0.003 deg

HOSP10KV


phii0=-0.817 deg


phii0=-0.168 deg


phii0=-6.097 deg





Hos

p_R

eg

Sks

s:A

=0.0

00 M

VA

Ikss

:A=0

.000

kA

I0x3

=0.0

00 k

Aph

ii0=0

.000

deg


XFO_1.25MVA

Sks

s:A

=0.0

00 M

VA

Ikss

:A=0

.000

kA

I0x3

=0.0

00 k

Aph

iu0i

0=-1

76.1

69 d

eg

Sks

s:A

=0.0

00 M

VA

Ikss

:A=0

.001

kA

I0x3

=0.0

01 k

Aph

iu0i

0=90

.000

deg

1


T2_A

L_95

mm

2


T1_N

2XS

Y_9

5mm

2


phii0=-90.554 deg

ZCAJ10


phiu0i0=-0.000 deg

BcoCAJ


1

SE

CA

JAM


phiu0i0=90.000 deg


phiu0i0=179.449 deg

-11

L-6044


phii0=-178.387 deg

L-6645


phii0=-175.670 deg

DIg

SILE

NT

*** CORTOCIRCUITO MONOFASICO, RF 400 OHM ***


HOSP04


phii0=-0.001 deg

HOSP10KV


phii0=-0.429 deg


phii0=-0.088 deg


phii0=-3.085 deg





Hos

p_R

eg

Sks

s:A

=0.0

00 M

VA

Ikss

:A=0

.000

kA

I0x3

=0.0

00 k

Aph

ii0=0

.000

deg


XFO_1.25MVA

Sks

s:A

=0.0

00 M

VA

Ikss

:A=0

.000

kA

I0x3

=0.0

00 k

Aph

iu0i

0=-1

75.7

81 d

eg

Sks

s:A

=0.0

00 M

VA

Ikss

:A=0

.001

kA

I0x3

=0.0

01 k

Aph

iu0i

0=90

.000

deg

1


T2_A

L_95

mm

2


T1_N

2XS

Y_9

5mm

2


phii0=-90.474 deg

ZCAJ10


phiu0i0=-0.000 deg

BcoCAJ


1

SE

CA

JAM


phiu0i0=90.000 deg


phiu0i0=179.529 deg

-11

L-6044


phii0=-175.375 deg

L-6645


phii0=-172.658 deg

DIg

SILE

NT

11

Anexo 3: Curvas de Selectividad de Fases y Tierra

Estudio de coordinación de la Protección

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