impacto de la gd en los esquemas de protecciÓn contra sobrecorrientes
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IMPACTO DE LA GD EN LOS ESQUEMAS DE PROTECCIÓN
CONTRA SOBRECORRIENTES
Impacto de GD en las protecciones
• Modifica los principios de coordinación, ya que los dispositivos dejan de estar en serie o recorridos por la misma corriente.
• Cambios en el alcance de la protección por colaboración a la corriente de falla.
• Pérdida de sensibilidad de la protección por nuevos caminos para la corriente de falla.
• Modifica los principios de coordinación, ya que los dispositivos pueden dejar de ser recorridos por corrientes de valor constante.
• Dificulta la eliminación de fallas transitorias, por desaparecer los tiempos-sin-corriente (intervalo de reconexión) de los reconectadores.
I. Esquema tradicional de protecciones en sistemas de distribución.
Alimentadores primarios
Interruptor o reconectador
Sistema de transmisión
Subestación
Reconectador de línea
Seccionalizador
Fusibles laterales
GD
Corriente de falla variable
Curvas características de interruptores y fusibles
Se determinan tiempos para valores constantes de corrientes
Curvas características de fusibles limitadores
23
43
21
Tiempo de apertura
Corrriente [A]
Ir
Tc
Id
td
tg
Ig
Ii
Relevo de sobrecarga
Relevo de sobrecarga
Relevo de cortocircuitoretardado
Relevo de cortocircuito instantáneo
Relevo de falla a tierra
[s]
Interruptores automáticosInterruptores automáticos
t = k/( ( I/Is )a -1)
Tipo de curva k aNormal inverso 0.14 0.02Muy inverso 13.5 1Extremadamente inverso 80 2
Operación de un reconectadorEliminación fallas: 85% - 1°, 4% - 2° y 1% - 3°
Curva característica
típica de un
reconectador
Coordinación reconectador - fusible Calentamiento del fusible T = Tf ( 1 - e-t/θ) Enfriamiento del fusible T = Tf e-t/θ Constante de tiempo térmica θ = 0,1 S2 (s) donde S =I0,1s/I300s
II.a. Dispositivos clásicos para protección direccional: Selectividad lógica
Se requiere de comunicación entre dispositivos de protección
Responde al valor de la corriente y a la dirección de la potencia de cortocircuito
UB
ICC(F1)
A C D
1 2 4 5 6
F1 F2 B 3
~ ~
UB
ICC(F2)
RELE 3
II.b. Dispositivos clásicos para protección direccional: Relé direccional
PROTECCIÓN DIRECCIONALPROTECCIÓN DIRECCIONAL
A B C D1 2 3 4 5 6
TII2
TIII4
TI2
TII4
TIII6
TI4
TI5
TII6
TII5
TI6
G2 T
G1 G3
T1I
T1II
T1III
T3I
T3II
T3III
Comportamiento frente a fallas:límite en el alcance
Pérdida de sensibilidad de la protección por nuevos caminos para la corriente de falla
Dispositivo con pérdida de sensibilidad
III. Efecto de las sobrecorrientes de doble escalón sobre las protecciones.
Dispositivos que dejan de ser recorridos por corrientes de valor constante
GD
Corriente de falla variable en el tiempo
0
200
400
600
800
0.01 0.1 1 10 100
Time (s)
Curr
ent
(A)
Corriente de cortocircuito suministrada por la red y dos GD, sincrónico con penetración del 25 % y celda fotovoltaica cuyo
inversor es limitado en 1s al 50 % de su corriente de cortocircuito
Debe transformarse de “corriente en función del
tiempo” a “energía específica en función del tiempo”, empleando su expresión:
∫i2dt
Tiempo (s)
Cor
rien
te (
A)
Corriente y energía específica como función del tiempo
19
Energía específica
Sistema radial con inclusión de GD
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Time (s)
Cu
rre
nt
an
d v
olt
ag
e
(pu
)
Faulted branch current SE voltage
Operación fusible 0,066 pu2s
Salida de servicio (ss) ES 0,205 pu2s
Si CB abre en 0,2 s ES ss en 0,42 sSi CB abre en 0,38 s F4 opera en 0,49 sy ES no sale de servicio (saldría en 0,53s)
ES
Coordinación reconectador – fusible en presencia de Generación Distribuida
Problemas:• Diferentes corrientes por el fusible y el reconectador,• Si el fusible opera durante la primer operación del reconectador, la coordinación salva-fusible falla,• El disparo instantáneo del DG no es instantáneo, tarda de 40 a 100 ms,• La falla que debería estar sin corriente, recibe energía de la DG, puede fallar la des-energización de la falla,• Posible conexión fuera de fase (conexión semi-rígida).
0
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4 5
Tiempo relativo (t/θ)
Tem
pera
tura
rel
ativa
(%)
Fuente
Corriente de carga
Reconectador
Ramal
Coordinación reconectador – fusible en presencia de Generación Distribuida
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Relative time (t/θ)T
em
pe
ratu
re r
ise
(%
Tf)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Relative time (t/θ)
Te
mp
era
ture
ris
e (
% T
f)
Fusible In=40 A, constante tiempo 12,4 s, If= 165 A, IDG=65 A, interruptor del DG abre a los 100 ms. Fusible abre 14 s sin DG (solo 100A), 6,28 s (0,506) si DG abre 100 ms y 3,4 s (0,274) si DG no abre
Con impedancia, IDG se reduce de 65 A a 25 A. 14 s sin DG, 4,8 s (0,388) si se transfiere en 100 ms y 3,4 s (0,274) sin transferencia.
Tiempo relativo (t/)
Tiempo relativo (t/)
Tem
pera
tura
rel
ativ
a (%
Tf)
Tem
pera
tura
rel
ativ
a (%
Tf)
Fuente
Corriente de carga
Reconectador
Ramal
Efecto de la GD sobre los reconectadores
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Time (seconds)
Cu
rre
nt
(A x
10)
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
Vo
ltag
e (
pu
)
Current Voltage
Desionización fallida
Desionización exitosa
Parámetros de ensayo:I = 10 A, l de 90 a 205 mm y relación corrientes GD / sistema de 1/16 a 1/10
Concepto de conexión semi-rígida
• EDr = (87– 30%)2 0,16 s = 520 %2 s.
• EDnr = (87– 30%)2 0,04 s + (87– 80%)2 0,12 s = 136 %2 s.
Gs Zs Zf fault
DG ZDG Zv & CB
Load (SE)
Impedancia Ifalla Déficit de energía específica con
generación distribuida e impedancia limitadora
Déficit de energía específica sin
generación distribuida e impedancia limitadora
ohm % s-c %2 s %2 s
j 15.7 3 19.22 438.9
j 15.7 6 30.60 276.4
j 15.7 6 26.04 388.7
j 15.7 10 33.31 757.1
j 6.28 50 47.87 1062.6
j 3.14 100 60.83 955.5
j 31.4 100 64.80 952.2
Ejemplo: 13,2 kV; Pns=30 MVA, Pngd= 3 MVA, lf= 10 km, t= 40 ms
Ejemplo de aplicación
ZS
Z2 Z1
ZDGPVZDGS
D1 D2 D3
D4D5
D7 D6
F 2 F 1
DGPVDGS
GRID
Circuito simplificado de un sistema de distribución
1.00E+02
1.00E+03
1.00E+04
1.00E+05
1.00E+06
1.00E+07
0.01 0.1 1 10 100
Time (s)
Spec
ific
Ener
gy (A
2s)
Comparación de energías específicas de dispositivos protectores con la corriente de falla (sólida y de rayas:
DP, de puntos: corriente).
1.00E+02
1.00E+03
1.00E+04
1.00E+05
1.00E+06
1.00E+07
1.00E+08
0.01 0.1 1 10 100 1000
Time (s)
Spec
ific
Ener
gy (A
2s)
Coordinación D1-D5
1.00E+02
1.00E+03
1.00E+04
1.00E+05
1.00E+06
1.00E+07
1.00E+08
1.00E+09
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
Time (s)
Spec
ific
Ener
gy (A
2s)
Coordinación D2-D5
Tiempo (s)Tiempo (s)
Tiempo (s)
Ene
rgía
Esp
ecíf
ica
(A2 s
)
Ene
rgía
Esp
ecíf
ica
(A2 s
)
Ene
rgía
Esp
ecíf
ica
(A2 s
) D3, 63 A; 0,11 s
D4, 40 A; 0,04 s
D1, 200 A; 200 s
D5, 63 A; 0,1 s
D5, 63 A; 0,11 s
D2, 100 A; 8000 s