estudios de coordinaciÓn de las protecciones electricas

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORALDEL LITORAL

Facultad de Ingeniería en Facultad de Ingeniería en electricidad y computaciónelectricidad y computación

ESTUDIOS DE COORDINACION DE LAS ESTUDIOS DE COORDINACION DE LAS PROTECCIONES PROTECCIONES

POR METODOS COMPUTARIZADOS APLICADOS A POR METODOS COMPUTARIZADOS APLICADOS A CALIZAS HUAYCO S.A.CALIZAS HUAYCO S.A.

Presentado por:ANDRES FELIPE GUTIERREZ MONTESINOSFRANCISCO ERNESTO COELLO SALGUERO

DANIEL EDUARDO CHICA GARCIA

ResumenResumen ““Estudios de coordinación de las protecciones eléctricas por Estudios de coordinación de las protecciones eléctricas por

métodos computarizados aplicados a Calizas Huayco S.A.” métodos computarizados aplicados a Calizas Huayco S.A.” tiene como objetivo principal coordinar el sistema de tiene como objetivo principal coordinar el sistema de protecciones de la industria mencionada implementando un protecciones de la industria mencionada implementando un modelo que incluya equipos de última generación modelo que incluya equipos de última generación satisfaciendo criterios operacionales, técnicos y económicos. satisfaciendo criterios operacionales, técnicos y económicos. Tras realizar el levantamiento en el que se recopilaron datos Tras realizar el levantamiento en el que se recopilaron datos del todo el sistema eléctrico de la industria, se procedieron del todo el sistema eléctrico de la industria, se procedieron a realizar los estudios de flujo de carga, análisis de corto a realizar los estudios de flujo de carga, análisis de corto circuito y demás correspondientes para finalmente proponer circuito y demás correspondientes para finalmente proponer un sistema adecuado de protecciones mediante el uso de un sistema adecuado de protecciones mediante el uso de herramientas modernas con la finalidad de aumentar la herramientas modernas con la finalidad de aumentar la confiabilidad y eficiencia del sistema.confiabilidad y eficiencia del sistema.

DESCRIPCION DE LAS DESCRIPCION DE LAS INSTALACIONES.INSTALACIONES.

Descripción Física Generalizada de Descripción Física Generalizada de las Instalacioneslas Instalaciones

Descripción General del sistema Descripción General del sistema eléctricoeléctrico

Descripción de las SubestacionesDescripción de las Subestaciones

Subestación principalSubestación principal

Descripción de las SubestacionesDescripción de las Subestaciones

Subestación de Trituración Subestación de Trituración primariaprimaria

Subestación de Trituración Subestación de Trituración

primariaprimaria

Descripción de las SubestacionesDescripción de las Subestaciones

Subestación de Trituración Subestación de Trituración secundariasecundaria

Subestación de Trituración Subestación de Trituración secundariasecundaria

Descripción de las SubestacionesDescripción de las Subestaciones

Subestación “Planta de Cal”Subestación “Planta de Cal”

Subestación “Planta de Cal”Subestación “Planta de Cal”

Descripción del proceso de Descripción del proceso de elaboración de la calelaboración de la cal

HORNO

MOLINO DE MARTILLO

ELEVADOR 22

HIDRATADOR 3 ETAPAS

ELEVADOR 13

ELEVADOR 14

SEPARADOR CAL

SEPARADOR CEMENTINA

MOLINO DE BOLAS

SILO CAL HIDRATADA

SILO CEMENTINA

TOLVA

ENVASADORA

SILO 1

ELEVADOR 5

ELEVADOR 6

SKIP

TUNEL DEL

HORNO

Descripción del caso “Optimizado”Descripción del caso “Optimizado”

ESTUDIOS DE FLUJO DE ESTUDIOS DE FLUJO DE CARGA.CARGA.

Criterios adoptados para el Criterios adoptados para el

estudioestudio Flexibilidad OperacionalFlexibilidad Operacional

Niveles de ConfiabilidadNiveles de Confiabilidad

Niveles de sobrecargaNiveles de sobrecarga

Regulación de VoltajeRegulación de Voltaje

Análisis de casosAnálisis de casos

Caso Base (Máxima carga)Caso Base (Máxima carga) Caso Base (Mínima carga)Caso Base (Mínima carga) Caso Optimizado (contingencia 1)Caso Optimizado (contingencia 1) Caso Optimizado (contingencia 2)Caso Optimizado (contingencia 2)

Resultados de los Estudios de Resultados de los Estudios de Flujo de CargaFlujo de Carga

Los resultados de Flujo de carga serán presentados Los resultados de Flujo de carga serán presentados en forma gráfica por ser el método más conciso y en forma gráfica por ser el método más conciso y usualmente más informativo. usualmente más informativo.

El análisis del flujo de carga muestra lo siguiente:El análisis del flujo de carga muestra lo siguiente: Voltaje en barras.Voltaje en barras. Factor de Potencia. Requerimientos de potencia Factor de Potencia. Requerimientos de potencia

Reactiva.Reactiva. Carga sobre todos los conductores y Carga sobre todos los conductores y

transformadores, verificar que la carga este transformadores, verificar que la carga este dentro de la capacidad de transmisión para dentro de la capacidad de transmisión para condiciones normales y contingencias condiciones normales y contingencias operativas.operativas.

Resultados de los Estudios de Flujo de Resultados de los Estudios de Flujo de CargaCarga

Caso Base (Máxima carga)Caso Base (Máxima carga) Caso Base (Mínima carga)Caso Base (Mínima carga) Caso Optimizado (contingencia 1)Caso Optimizado (contingencia 1) Caso Optimizado (contingencia 2)Caso Optimizado (contingencia 2)

Conclusiones del estudio de Flujo Conclusiones del estudio de Flujo de carga.de carga.

Las alimentadoras “Cal” y “Agregados” tienen una alta Las alimentadoras “Cal” y “Agregados” tienen una alta ampacidad y margen de reserva por lo que se ha ampacidad y margen de reserva por lo que se ha concluido que no existen caídas significativas de concluido que no existen caídas significativas de voltaje que afecten a la calidad de servicio.voltaje que afecten a la calidad de servicio.

Los bancos de capacitores en cada estación de carga Los bancos de capacitores en cada estación de carga de “Calizas Huayco S.A” suplen efectivamente el nivel de “Calizas Huayco S.A” suplen efectivamente el nivel de reactivos requeridos manteniendo tanto el factor de de reactivos requeridos manteniendo tanto el factor de potencia como los voltajes dentro de rangos potencia como los voltajes dentro de rangos aceptables atenuando la carga en los transformadores.aceptables atenuando la carga en los transformadores.

Los alimentadores “Cal” y “Agregados” trabajan a Los alimentadores “Cal” y “Agregados” trabajan a menos de la mitad de su capacidad nominal. se ha menos de la mitad de su capacidad nominal. se ha decidido proponer un sistema de transferencia bajo decidido proponer un sistema de transferencia bajo condiciones de falla para mejorar la confiabilidad y la condiciones de falla para mejorar la confiabilidad y la continuidad de producción.continuidad de producción.

Conclusiones del estudio de Flujo Conclusiones del estudio de Flujo de carga.de carga.

Debido a la baja caída de tensión en las líneas, se Debido a la baja caída de tensión en las líneas, se mantiene a los transformadores en su respectivo mantiene a los transformadores en su respectivo tap central (3).tap central (3).

El estudio de flujo de carga determinó que los El estudio de flujo de carga determinó que los transformadores, tanto de trituración secundaria transformadores, tanto de trituración secundaria como el de primaria, se encuentran trabajando en como el de primaria, se encuentran trabajando en sus límites de capacidad nominal (entre el 85% y sus límites de capacidad nominal (entre el 85% y el 98%).el 98%).

Se determinó que para el caso denominado Se determinó que para el caso denominado “contingencia 1”, el alimentador “Agregados” “contingencia 1”, el alimentador “Agregados” puede servir a la carga de la Planta de Cal sin puede servir a la carga de la Planta de Cal sin poner en riesgo los niveles de voltaje ni la poner en riesgo los niveles de voltaje ni la estabilidad del sistema debido a la capacidad de estabilidad del sistema debido a la capacidad de la línea.la línea.

Conclusiones del estudio de Flujo Conclusiones del estudio de Flujo de carga.de carga.

Se determinó que para el caso denominado Se determinó que para el caso denominado “contingencia 2”, el alimentador “Cal” puede “contingencia 2”, el alimentador “Cal” puede servir a la carga de la Planta de Cal sin poner en servir a la carga de la Planta de Cal sin poner en riesgo los niveles de voltaje ni la estabilidad del riesgo los niveles de voltaje ni la estabilidad del sistema debido a la capacidad de la línea.sistema debido a la capacidad de la línea.

Se comprobó que el factor de demanda, tanto de Se comprobó que el factor de demanda, tanto de trituración primaria como de secundaria, así trituración primaria como de secundaria, así como el de la planta de cal es aproximadamente como el de la planta de cal es aproximadamente de 0.75, determinándose esto al hacer un de 0.75, determinándose esto al hacer un balance entre la energía registrada por los balance entre la energía registrada por los medidores y la potencia nominal de las cargas medidores y la potencia nominal de las cargas conectadas a dichos sistemas en específicos conectadas a dichos sistemas en específicos periodos de tiempo.periodos de tiempo.

ESTUDIO DE CORTO ESTUDIO DE CORTO CIRCUITOCIRCUITO

ESTUDIO DE CORTO CIRCUITOESTUDIO DE CORTO CIRCUITO

““Calizas Huayco S.A” requiere realizar estudios Calizas Huayco S.A” requiere realizar estudios de Corto Circuito para resolver situaciones de Corto Circuito para resolver situaciones críticas y obtener la información básica para la críticas y obtener la información básica para la coordinación de las protecciones. Los estudios se coordinación de las protecciones. Los estudios se realizaran con los siguientes objetivos: realizaran con los siguientes objetivos:

Determinar el efecto de las corrientes de falla en los Determinar el efecto de las corrientes de falla en los componentes del sistema tales como cables, barras y componentes del sistema tales como cables, barras y transformadores durante el tiempo que persista la falla.transformadores durante el tiempo que persista la falla.

Los estudios determinaran las zonas del sistema en Los estudios determinaran las zonas del sistema en donde la falla puede resultar en depresión inaceptable donde la falla puede resultar en depresión inaceptable de voltajes. de voltajes.

Determinar del ajuste de los equipos de protección, los Determinar del ajuste de los equipos de protección, los cuales son establecidos considerando el sistema bajo cuales son establecidos considerando el sistema bajo condiciones de falla.condiciones de falla.

Alcance de los estudios de Corto Alcance de los estudios de Corto CircuitoCircuito

Considerando queConsiderando que el Sistema de “Calizas el Sistema de “Calizas Huayco S.A” se caracteriza por ser un sistema Huayco S.A” se caracteriza por ser un sistema típicamente aterrizado el estudio de corto típicamente aterrizado el estudio de corto circuito considera los siguientes tipos de falla:circuito considera los siguientes tipos de falla:

Falla Trifásica a tierraFalla Trifásica a tierra Falla de línea a tierra.Falla de línea a tierra.

Datos del SistemaDatos del Sistema Impedancias Equivalentes y MVA de corto Impedancias Equivalentes y MVA de corto

en el punto de entrega de la UDELEGen el punto de entrega de la UDELEG

Resultados de los Estudios de Resultados de los Estudios de Corto CircuitoCorto Circuito

COORDINACION DE LAS COORDINACION DE LAS PROTECCIONES.PROTECCIONES.

Los estudios de flujo de carga y Corto Circuito Los estudios de flujo de carga y Corto Circuito de “Calizas Huayco S.A” son la base para el de “Calizas Huayco S.A” son la base para el ajuste y coordinación de las Protecciones del ajuste y coordinación de las Protecciones del Sistema. Los estudios se realizaran con los Sistema. Los estudios se realizaran con los siguientes objetivos: siguientes objetivos:

Determinar los equipos a usar con el fin de Determinar los equipos a usar con el fin de dar una protección optimadar una protección optima

Determinar del ajuste de los equipos de Determinar del ajuste de los equipos de protección, los cuales son establecidos protección, los cuales son establecidos considerando el sistema bajo condiciones considerando el sistema bajo condiciones de falla.de falla.

La aplicación del Estudio permitirá el La aplicación del Estudio permitirá el despeje oportuno y selectivo de las fallas despeje oportuno y selectivo de las fallas del sistema.del sistema.

Esquemas de ProtecciónEsquemas de Protección

Esquema de protección del Esquema de protección del Transformador de la subestación Transformador de la subestación

principalprincipal

Descripción del Control del Descripción del Control del sistema de transferenciasistema de transferencia

Alternativa 1 para el sistema de Alternativa 1 para el sistema de TransferenciaTransferencia

Descripción del Control del Descripción del Control del sistema de transferencia sistema de transferencia

(alternativa 1)(alternativa 1)

Alternativa 2 para el sistema de Alternativa 2 para el sistema de TransferenciaTransferencia

Esquema de protección del Esquema de protección del Transformador de la subestación Transformador de la subestación

“Trituración primaria”.“Trituración primaria”.

81

250P 251P

150P

151P

Σ87

3

TRANSFORMADOR 500KVA PRIMARIA

13,8 KV

50:5

3

50/87

0,44 KV

GE 745 TRANSFORMER MANAGMENT RELAY

52-1

52-1

1000:5

Esquema de protección del Esquema de protección del Transformador de la subestación Transformador de la subestación

“Trituración secundaria”.“Trituración secundaria”.

81

250P 251P

150P

151P

Σ87

3

TRANSFORMADOR 2000KVA SECUNDARIA

13,8 KV

100:5

3

50/87

0,44 KV

GE 745 TRANSFORMER MANAGMENT RELAY

52-1

52-1

3000:5

Esquema de protección del Esquema de protección del Transformador de la subestación Transformador de la subestación

“planta de Cal”.“planta de Cal”.

81

250P 251P

150P

151P

Σ87

3

TRANSFORMADOR 750KVA PLANTA DE CAL

13,8 KV

50:5

3

50/87

0,44 KV

GE 745 TRANSFORMER MANAGMENT RELAY

52-1

52-1

1000:5

Ajuste y Coordinación de las Protecciones.Ajuste y Coordinación de las Protecciones.

Sistema de protecciones Sistema de protecciones optimizadooptimizado

Sistema de protecciones Sistema de protecciones actualactual

Planta de CalPlanta de Cal

Sistema de protecciones Sistema de protecciones actualactual

Sistema de protecciones Sistema de protecciones optimizadooptimizado

Taller de MantenimientoTaller de Mantenimiento

Sistema de protecciones Sistema de protecciones optimizadooptimizado

Sistema de proteccionesSistema de proteccionesactualactual

Secundaria Tableros B y CSecundaria Tableros B y C

Sistema de protecciones Sistema de protecciones optimizadooptimizado

Sistema de proteccionesSistema de proteccionesactualactual

Trituración Secundaria (banco de capacitores 1)Trituración Secundaria (banco de capacitores 1)

Sistema de protecciones Sistema de protecciones optimizadooptimizado

Sistema de proteccionesSistema de proteccionesactualactual

Trituración Primaria (Tablero CM12)Trituración Primaria (Tablero CM12)

Sistema de protecciones Sistema de protecciones optimizadooptimizado

Sistema de proteccionesSistema de proteccionesactualactual

Transformador Principal (3750 KVA)Transformador Principal (3750 KVA)

Sistema de protecciones Sistema de protecciones optimizadooptimizado

Sistema de proteccionesSistema de proteccionesactualactual

Transformador Primaria (500 KVA)Transformador Primaria (500 KVA)

Sistema de protecciones Sistema de protecciones optimizadooptimizado

Sistema de proteccionesSistema de proteccionesactualactual

Transformador Secundaria (2000 KVA)Transformador Secundaria (2000 KVA)

Sistema de protecciones Sistema de protecciones optimizadooptimizado

Sistema de proteccionesSistema de proteccionesactualactual

Transformador Planta de Cal (750 KVA)Transformador Planta de Cal (750 KVA)

CONCLUSIONES Y CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESRECOMENDACIONES

El estudio de flujo de carga determinó que lEl estudio de flujo de carga determinó que las líneas sas líneas se e encuentran cargadas a menos del 40% de su capacidad encuentran cargadas a menos del 40% de su capacidad nominal (Alimentador “Cal” a 9.58%, “Agregados” a nominal (Alimentador “Cal” a 9.58%, “Agregados” a 35.56% para el caso base máxima carga). Esta condición 35.56% para el caso base máxima carga). Esta condición permite el traspaso de toda la carga a un solo permite el traspaso de toda la carga a un solo alimentador, cualquiera que este fuera, sin presentar alimentador, cualquiera que este fuera, sin presentar problemas de voltaje o sobrecarga.problemas de voltaje o sobrecarga.

El transformador de la subestación principal (3750 El transformador de la subestación principal (3750 KVA) se encuentra cargado al 75.74% de su KVA) se encuentra cargado al 75.74% de su capacidad nominalcapacidad nominal

El transformador de la subestación secundaria (2000 El transformador de la subestación secundaria (2000 KVA) se encuentra cargado al 88.37% de su KVA) se encuentra cargado al 88.37% de su capacidad nominalcapacidad nominal

El transformador de la subestación Primaria (500 El transformador de la subestación Primaria (500 KVA) se encuentra cargado al 90.07% de su KVA) se encuentra cargado al 90.07% de su capacidad nominalcapacidad nominal

El transformador de la subestación Planta de Cal (750 El transformador de la subestación Planta de Cal (750 KVA) se encuentra cargado al 46.49% de su capacidad KVA) se encuentra cargado al 46.49% de su capacidad nominalnominal

Como se pude constatar en los reportes, las Como se pude constatar en los reportes, las caídas de tensión que existen al final de caídas de tensión que existen al final de alimentadora “Agregados” y la alimentadora alimentadora “Agregados” y la alimentadora “Cal” son menores al 4%.“Cal” son menores al 4%.

El estudio de corto circuito permitió establecer la El estudio de corto circuito permitió establecer la corriente de falla que se usó como referencia al corriente de falla que se usó como referencia al momento de coordinar las protecciones. momento de coordinar las protecciones. Dependiendo del nivel de voltaje (69 Kv, 13.8 Kv, Dependiendo del nivel de voltaje (69 Kv, 13.8 Kv, 440 Kv, 220V) sometido al estudio. 440 Kv, 220V) sometido al estudio.

Se hizo un estudio preliminar con las protecciones Se hizo un estudio preliminar con las protecciones actuales que se han aplicado al sistema eléctrico actuales que se han aplicado al sistema eléctrico de Huayco S.A. determinado falencias tales como de Huayco S.A. determinado falencias tales como falta de selectividad.falta de selectividad.

Se usaron los elementos 50P, 151P, 250P, 251P, 350P, Se usaron los elementos 50P, 151P, 250P, 251P, 350P, 351P, 81, 87, 50/87 y la facilidad de la programación 351P, 81, 87, 50/87 y la facilidad de la programación FLEXLOGICc del relé para un control de transferencia FLEXLOGICc del relé para un control de transferencia automática.automática.

El diseño del relé ofrece protección en el lado de El diseño del relé ofrece protección en el lado de media tensión a dos devanados. Característica media tensión a dos devanados. Característica que fue usada para dar protección a las dos que fue usada para dar protección a las dos alimentadoras que existen en “Calizas huayco alimentadoras que existen en “Calizas huayco S.A”, ofreciendo con esto S.A”, ofreciendo con esto selectividadselectividad ante ante eventuales fallas.eventuales fallas.

La transferencia automática que se realiza con el La transferencia automática que se realiza con el relé ofrece una relé ofrece una continuidad en la producción continuidad en la producción de la planta.de la planta.

GRACIASGRACIAS