CURSO IE-623 "PROTECCIÓN DE SISTEMAS DE POTENCIA"

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE HONDURAS

GUÍA DE EJERCICIOS PROPUESTOS

I PARCIAL

Tema: Transformadores para Instrumentos Problema 01. El conductor primario de la figura, es una fase de una línea de transmisión trifásica operando en 345 kV, 600 MVA, 0.95 factor de potencia en atraso. La relación del transformador de corriente (TC) es de 1200:5 y el del transformador de potencial (TP) es de 3000:1. Determine la corriente en el secundario I’ del TC y la tensión secundaria V’ del TP. Asuma sin error del TC. Solución:

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Problema 02. Un relevador CO-8 con un ajuste de tap de corriente de 5 A se usa con un la relación 100: 1 del TC múltiple relación de la figura 1. La corriente secundaria I´ del TC es la entrada a la bobina de operación del relevador. La carga del relé C-8 se muestra en la siguiente tabla para varias entradas de corriente del relé.

Tabla 02-1. CO-8 corriente I´ del relé, A 5 8 10 13 15

CO-8 carga ZB del relé, Ω 0.5 0.8 1.0 1.3 1.5

Figura 1. Relación de TC clase C100 del problema 02.

Calcule la corriente primaria y el error del TC para 5 A, 8 A, y 15 A de corriente de entrada del relé como en el ejemplo dado en clase. Calcule la corriente primara del TC y error del CT para A) I´= 10 A y ZB= 1.0 Ω, y para B) I´= 13 A y ZB= 1.3 Ω. C) dibuje la curva I´ versus Ip (corriente de primario) para los cinco valores de I´ de la Tabla anterior. D) Para una operación confiable del relevador, la relación de falla a la corriente de arranque (pick up) debería mayor que 2. Determine la corriente mínima de falla para aplicación de este TC y relé con 5 A de ajuste de tap. Solución:

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Problema 03. Un relevador de sobrecorriente (O/C) se ajusta para operar en 10 A y se conecta a un TC de relación 200:5 clase C100 de la Figura 1. Determine la corriente de falla mínima en el primario que el relevador detectará si la carga es A) ZB= 1.0 Ω; B) ZB= 4.0 Ω; y C) ZB= 5.0 Ω Solución: De la figura 1,

Problema 04. Dada la conexión delta-abierta del TP que se muestra en la Figura 2, ambos TP teniendo tensiones nominales de 240 KV:120 V, las tensiones se especifica como VAB = 230∠0° kV, VBC = 230∠-120° kV, y VCA = 230∠120° kV. Determine Vab, Vbc, y Vca para los siguientes casos: A) La marco (punto) son como se muestran en la Figura 2. B) La marca (punto) cerca de “c” se mueve a “b” en la Figura 2.

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Figura 2. Conexión de TP del problema 04. Solución:

Tema: Protección de sobrecorriente (O/C) Problema 05. La entrada de corriente el relevador CO-8 es 10 A. Determine el tiempo de operación del relevador para los siguientes ajustes de tap de corriente (TS:Tap Setting) y ajuste de dial de tiempo (TDS: Time-Dial Setting); A) TS = 1.0, TDS = 1/2; B) TS = 2.0, TDS = 1.5; C) TS = 2.0, TDS = 7; D) TS = 3.0, TDS = 7; y E) TS = 12.0, TDS = 1. (Use la curva del relevador CO-8 dada en clases) Solución:

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Problema 06. Para el relevador del Problema 02, tiene un TDS (time-dial setting) de 4.0. Determine el tiempo de operación del relevador si la corriente de falla es de 500 A. Solución:

Problema 07. Los datos para un sistema radial de la figura 3 en 60 Hz son dados en las Tablas 07-1, 07-2, y 07-3. Selecciones los ajustes de tap de corriente (TS) y los ajuste de dial de tiempo (TDS) para proteger el sistema eléctrico. Asuma que tres relevadores CO-8 para cada interruptor, uno por cada fase, con 0.3 segundos para margen de coordinación. Los relevadores en cada interruptor se conectan como en la figura 4, tal que todas las tres fases del interruptor abren cuando la falla se detecta sobre cualquiera de las fases. Asuma una tensión de línea a línea de 34.5 kV para todas las barras durante la operación normal. También, el crecimiento de la carga futura se presenta en la Tabla 07-1, tal que las máximas cargas sobre la vida de operación del sistema son dadas en esta tabla.

Figura 3. Sistema Radial del problema 07.

Tabla 07-1.

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7

Tabla 07-2.

Tabla 07-3.

Figura 4. Conexiones de relevadores de fase del problema 07.

olución: S

Problema 08. Para el Problema 07, evaluar la coordinación de relevadores para las corrientes mínimas de falla para una operación confiable. Para cada ajuste de tap de corriente (TS) y dial de tiempo (TDS), A) Determine el tiempo de operación de los relevadores en B2 y B3 para 700 A de corriente de falla; B) Determine el tiempo de operación de los relevadores en B1 y B2 para 1500 A de corriente de falla. Preguntas: ¿Las relaciones de corriente de falla a corriente de arranque (pick-up) son mayores o iguales que 2 (≥ 2) para todos los casos?; ¿Son los intervalos de tiempos de oordinación mayores o iguales que 3 s (≥ 3 s) para todos los casos?

olución:

c S

Problema 09. Repetir el Problema 07 para los siguientes datos de las Tablas 09-1 y 09-2. Coordine

s relevadores para las corrientes máximas de falla.

lo

8

9

Tablas 09-1 y 09-2

Solución:

Problema 10. Usando los ajustes de tap de corriente (TS) y ajustes de tiempos de dial (TDS) encontrados en el Problema 09, evaluar la coordinación del esquema de protección para corrientes mínimas de falla. Para una operación confiable del equema: Preguntas: ¿Las relaciones de corriente de falla a corriente de arranque (pick-up) son mayores o iguales que 2 (≥ 2) para todos los casos?; ¿Son los intervalos de tiempos de coordinación mayores o iguales que 3 s (≥ 3 s) para todos los casos? Solución:

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Problema 11. Para el sistema radial de 11 kV mostrado en la Figura 6. Asuma un relevador de sobre corriente tipo CO-7 (ver Figura 5) y para el mismo factor de potencia de todas las cargas, selecciones los ajustes del relevadores (TS´s, y TDS´s) para proteger el sistema eléctrico.

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Figura 5. Familia de Curvas Relevador CO-7 del problema 11.

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Figura 6. Sistema Radial 11 kV del problema 11. Solución:

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Tema: Protección Direccional Problema 12. Para el sistema eléctrico de potencia (SEP) mostrado en la Figura 7, se usan relevadores direccionales de sobrecorriente en los interruptores B12, B21, B23, B32, B34 y B43. Los relevadores de sobrecorriente sólo se usan únicamente en B1 y B4. A) Para una falla en P1, ¿Cuáles interruptores no operarán (bloqueados)? ¿Cuáles interruptores deberían ser coordinados?; repita el inciso A) para una falla en: B) en P2; C) en P3; D) Explique como el sistema se protege para fallas en barras.

Figura 7. Sistema eléctrico de potencia (SEP) del problema 12.

Solución:

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Problema 13. Dibuje las zonas de protección para el SEP presentando en la Figura 8. ¿Cuáles interruptores deberían operar (abrir) para una falla en A) P1; B) P2 y C)P3 ?

Figura 8. Sistema eléctrico de potencia (SEP) del problema 13.

Solución:

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Problema 14. Para los arreglos (configuraciones) típicos de barra mostrados en la Figura 9 (a), (b) y (c), aunque el número de líneas conectadas a cada configuración puede variar en la práctica, cuatro líneas se conectan por conveniencia y comparación. Note que el número requerido de interruptores por línea es 1 para el sistema de barra en anillo (ring bus), 1 ½ para doble barra e interruptor y medio, y 2 para doble barra y doble interruptor. Para cada configuración: A)Dibuje las zonas de protección. B) Identifique los interruptores que abren bajo la protección primeria para una falla sobre la línea 1. C) Identifique las líneas que deben ser desconectas de servicio bajo la protección primaria durante una

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falla en P1. D) Identifique los interruptores que abren bajo la protección de respaldo (backup) en el evento que un interruptor falle para despejar una falla sobre la línea 1.

Figura 9. Configuraciones de protección de barras del problema 14.

Solución:

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Tema: Protección de Impedancia Problema 15. Tres zonas de relevadores tipo MHO se usan para la protección de línea del SEP mostrado en la Figura 10. Los datos de impedancia de secuencia positiva se dan en la Tabla 15-1 como sigue:

Tabla 15-1. Línea Impedancia de secuencia positiva en Ω 1-2 6 + j 60 2-3 4 + j 40 2-4 5 + j 50

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Figura 10. SEP del problema 15.

Los nominales de alta tensión de las barras es 500 kV. Asuma una relación de TC de 1500:5 y para el TP 4500:1 en B12. A) Determine los ajustes de zona Zt1, Zt2 y Zt3 para el relevador MHO en B12. B) Para corriente máxima de carga para la línea 1-2 bajo condiciones de emergencia, la corriente es de 1400 A a factor de potencia de 0.9 en atraso. Verifique que B12 no disparará durante condiciones de emergencia de sobrecarga. Solución:

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Problema 16. Las impedancias de línea para el SEP mostrado en la Figura 11 son Z12 = Z23 = 3.0 + j40.0 Ω, y Z24 = 6.0 + j80.0 Ω. El alance (reach) de la zona 3 del relevador impedancia B12 se ajusta para el 100% de las línea 1-2 más 120% de la línea 2-4. A) Para una falla trifásica franca en la barra 4, muestre que la impedancia primaria aparentemente vista por el relevador en B12 es

3212 24 24

12

IZ Z ZI⎛ ⎞= + + ⎜ ⎟⎝ ⎠

aparZ

Donde ( I32 / I12 ) es la relación de corriente de falla en línea 2-3 a línea 1-2. B) Si la magnitud | I32 / I12 | > 0.20, ¿el relevador en B12 mirará la falla en la barra 4. (Nota: Este problema ilustra el efecto “infeed”. Las corrientes de falla desde la línea 2-3 pueden causar un subalcance de la zona 3 de B12. Como tal, el respaldo remoto de la línea 2-4 en B12 es inefectivo).

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Figura 11. SEP del problema 16.

Solución:

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Problema 17. Considere la línea de transmisión mostrada en la Figura 12 con impedancia serie ZL, despreciando la admitancia paralela de la línea, y se tiene una impedancia de carga en la terminal de la línea ZR. A) Determine ZR para la condición dada de VR = 1.0 p.u. y SR = 2 + j0.8 p.u. B) Dibuje en el plano R-X el diagrama de impedancias para un ZL = 0.1 + j0.3 p.u. C) Encuentre ZS para esta condición y el ángulo δ entre ZS y ZR.

Figura 12. SEP del problema 16. Solución:

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Problema 18. Un simple SEP con ubicaciones de circuitos interruptor-relevador se muestran en la Figura 13. Los seis interruptores de línea de transmisión se controlan por relevadores de distancia y direccionales como se muestran en la Figura 14. Las tres líneas de transmisión tienen la misma impedancia de secuencia positiva de j0.1 p.u. Los alcances para zonas 1, 2 y zona 3 son 80%, 120%, y 250%, respectivamente. Considere únicamente fallas trifásicas francas. A) Encuentre los ajustes de zona en por unidad de todos los relevadores de distancia. B) Convierta los ajustes en Ohms (Ω) si los nominales de los TP son 133 kV : 115 V y las relaciones nominales de los TC son 400:5 A. C) Para una falla en la ubicación X, la cual es 10% aguas debajo de la línea TL31 desde la barra 3, discuta o explique la operación de los relevadores de distancia.

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Figura 13. SEP del problema 18.

Figura 14. Conexiones de relevadores (esquema de protección) del problema 18. Solución:

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