PROTECCIONES DE SISTEMAS DE POTENCIA

COORDINACIÓN DE PROTECCIONES DE REDES DE DISTRIBUCIÓN DEENERGÍA UTILIZANDO SOFWARE NEPLAN 5.24

ALEJANDRO MONTOYA OSORIO

montoya333@gmail.com

COD 4514639

PRESENTADO A:

Ing. RICARDO ALBERTO HINCAPIÉ ISASZA

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA

2009

INTRODUCCION

Se evaluara un sistema de distribución utilizando la herramienta NEPLAN 5.24, se

aplicara la coordinación de protecciones de sobrecorriente en este caso FUSIBLES al

sistema de distribución aplicando los conceptos teóricos necesarios, los fusibles que son

utilizados son los fusibles tipo NH, debido a que en la librería de NEPLAN 5.24 versión

demo solo se encuentran de este tipo. Es necesario comprar el software y solicitar la

librería completa de protecciones de sobrecorriente.

1. MONTAJE DEL SISTEMA

ELEMENTO 1 EQUIVALENTE DE RED

PARAMETROS

ELEMENTO 2 TRASFORMADOR DE SUBESTACIÓN T1

PARAMETROS

ELEMENTO 3 LINEA DE DISTRIBUCIÓN L1

PARÁMETROS

ELEMENTO 4 LINEA DE DISTRIBUCIÓN L2

PARÁMETROS

ELEMENTO 5 TRASFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN T2

PARÁMETROS

ELEMENTO 6 CARGA C1

PARÁMETROS

ELEMENTO 7 LINEA DE DISTRIBUCIÓN L3

PARÁMETROS

ELEMENTO 8 TRASFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN T3

PARÁMETROS

ELEMENTO 10 CARGA C2

PARÁMETROS

2. COORDINACIÓN DE FUSIBLES TIPO NH

“FUSIBLES DE ALTA CAPACIDAD DE RUPTURA”

GENERALIDADES

Los fusibles de alta capacidad de ruptura, normalmente conocidos como cartuchos

fusibles NH para baja tensión hasta 550 V, son elementos de protección de

componentes e instalaciones eléctricas contra elevadas corrientes de cortocircuito.

Su efecto limitador de corrientes de cortocircuito evita la aparición de elevados

esfuerzos electromecánicos y térmicos en elementos que compongan instalaciones,

ya sean: conductores, contactores, interruptores, seccionadores, etc. Además, su

comportamiento selectivo permite su uso en redes radiales o en redes malladas

donde la máxima intensidad de cortocircuito parcial llegue hasta un 76% de la

intensidad de cortocircuito total. También se los puede usar eficazmente en circuitos

con alimentadores de diferentes capacidades.

Fusible tipo NH - Característica gL / gI

Se fabrican en los tamaños 00 -1-2 -3 -4ª para corrientes desde 2 A hasta 1250 A,

tensión nominal 500 V y capacidad de ruptura de 120 KA.

Todos los fusibles de alta capacidad de ruptura del tipo NH, y sus correspondientes

bases portafusibles, están fabricados bajo las prescripciones que fijan las normas

VDE0636 e IEC 269.

CARACTERÍSTICA TIEMPO CORRIENTE

CORRIENTE NOMINAL DE LOS DISTINTOS TAMAÑOS DE FUSIBLE

CARACTERÍSTICAS2IT.

Se establecen las características 2I T con el objeto de garantizar la selectividad en larelación 1,6 en la zona de funcionamiento correspondiente a los tiempos de prearco cortos.

IEC 60269 2.1 LOW VOLTAGE FUSES SUPPLEMETARY REQUIREMENTS FORFUSES

3. CALCULO DE CORTOCIRCUITO EN NEPLAN

Estos son los datos de la simulación de un cortocircuito trifásico en cada uno de los nodosdel sistema

4. FALLA TRIFASICA EN EL NODO 5

Para la coordinación de los fusibles tipo NH es necesario el cálculo de las corrientesnominales de los alimentadores:

0.61 34.64

3*10

MVAInomF A

KV

Según la corriente nominal para el alimentador tomamos un fisible cercano a este valor

En este caso se seleccionó el fusible 35A NH

Para seleccionar el fusible damos doble clic en la figura del fusible, en la opciónparámetro damos clic a característica y en característica damos clic a la pestañatechnical data, luego damos clic en el recuadro y buscamos la librería de fusibles eneste caso se encuentra en la siguiente dirección del PC C:\Archivos deprograma\Neplan5\Lib\NH-Sich.sd3, luego seleccionamos el tipo de fusible dando clicen el recuadro siguiente y seleccionamos el fusible 35 A NH, damos aceptar

Por consiguiente se realiza una simulación de cortocircuito para ver el funcionamiento delfusible de manera grafica. Estos son los parámetros para la simulación de una falla trifásica

Desplegamos el menú como se muestra en la figura anterior, damos clic en cortocircuito

Luego damos clic en el recuadro parámetros de cortocircuito y vemos lo siguiente:

Para poder apreciar gráficamente el cortocircuito trifásico en la característica del fusibleNH 35 A, este caso en el NODO 5 se debe ingresar en la opción el número de nodos

Presentes en el sistema en este caso 8.

Nota: EL COLOR AMARILLO DEL NODO 5 INDICA QUE ESTA EN FALLA

Luego vamos a la pestaña nodos bajo falla y seleccionamos el nodo adyacente al fusible eneste caso el NODO 5 veamos

Damos clic en el recuadro calcular, para ver los resultados de corto circuito en el

NODO 5 damos clic en el recuadro tabla de resultados

El resultad nos muestra el tiempo de disparo del fusible en este caso 0,053s y la corriente decortocircuito 0,436KA. Se observa en la siguiente grafica la característica de operación delfusible NH 35 A

Podemos observar en el grafico la curva de tiempo vs corriente mínimo y máximo y lacorriente de corto circuito, que nos indica que el fusible opera de manera correcta

Para la coordinación del fusible hacia la fuente se debe tener en cuenta el concepto deselectividad del sistema de protecciones, para esto la corriente nominal del fusible protectorhacia la fuente debe ser 160 % mayor o igual a la corriente del fusible protegido hacia lacarga

1.6*nomhacialaFUENTE nomhacialaCARGAI I

1.6*nomhacialaFUENTE nomhacialaCARGAI IPara fusible F2 se tiene

2 1 .6 * 3 4 .6 5 5 .3 6In o m F A A

Según la corriente nominal calculada se selecciona un fusible preferiblemente un valormayor en este caso el fusible seleccionado es 63 A NH

Se realizan los mismos análisis en NEPLAN en el NODO5

Observamos en este caso que el fusible que opera en la falla trifásica del NODO 5 es elfusible F1 obsérvese el diagrama de selectividad.

El tiempo de operación de F1 es 0.05s menor que el tiempo del fusible F2 de 19s.

Se concluye que para una falla en el NODO 5 hay selectividad.

5. FALLA TRIFASICA EN EL NODO 4

También se analiza una falla en el NODO 4 esto arroja un problema este problemanos indica que el análisis teórico no es suficiente para la selección del fusible F2

Observando gráficamente

Nota: color amarillo del nodo indica que esta en falla

En le diagrama de característica del fusible se aprecia que la corriente de cortocircuito en elNODO 4 queda por fuera de la característica del fusible NH 63 A, esto indica que se debeaumentar el valor del fusible 1.6 veces el valor de 63 A esto da como resultado 100.8 A porlo tanto se selecciona otro fusible que este en este rango en este caso se seleccionó elfusible 125 A NH

Observando el diagrama de la característica del fusible F2 para su nuevo valor tenemos

Se concluye que el fusible NH 125 A proporciona la protección necesaria en caso de unafalla en el NODO 4 y 5

6. FALLA TRIFASICA EN EL NODO 8

COORDINACIÓN DE PROTECCIÓN FUSIBLE F3

Para la coordinación del fusible F3 es necesario el cálculo de la corriente nominal delalimentador:

2.13 121.24

3*10

MVAInomF A

KV

Se escoge el fusible NH 160 A, se muestra el análisis de cortocircuito:

El tiempo de operación del fusible es 2.51s con una corriente de cortocircuito de 0.907KA

Se observa la característica de operación del fusible NH 160 A:

Aplicando el concepto de selectividad se calcula la corriente nominal de fusible F4 seescoge el fusible:

4 1 .6 * 1 2 1 .2 4 1 9 3 .9 8In o m F A A

El fusible seleccionado es 224 A NH

Observar diagrama de selectividad de los fusibles F3 y F4 cuando ocurre una falla en elNODO 8:

Para un cortocircuito en el NODO 8 su característica de selectividad tiempo corrientemínima queda traslapada con la característica de selectividad tiempo corriente máxima delfusible F3 obsérvese el diagrama de selectividad, recomendaría aplicar el 160% alvalor I nominal del fusible F3 160 A NH

4 1 .6 * 1 6 0 2 5 6In o m F A A

El fusible en este caso fue 315 A NH observemos el diagrama de selectividad

7. FALLA TRIFÁSICA EN EL NODO 7

En este caso no es necesario replantear el valor de fusible observar la característica delfusible F4:

8. SELECCIÓN DEL FUSIBLE F5

Se aplica el factor de escalamiento 1.6 a la corriente nominal de F4 se tiene:

5 1 .6 * 2 5 6 4 0 9 .6In o m F A A

El fusible seleccionado es 500 A NH, observar la característica del fusible F5:

Garantiza selectividad

9. SEGÚN FALLA TRIFÁSICA EN EL NODO 7 SE TIENE LOS SIGUIENTESRESULTADOS

Observando los datos se garantiza selectividad, queda comprobado observando el diagramade selectividad:

10. SEGÚN FALLA TRIFÁSICA EN EL NODO 8 SE TIENE LOS SIGUIENTESRESULTADOS

Observando los datos se garantiza selectividad, queda comprobado observando el diagramade selectividad:

11. SEGÚN FALLA TRIFÁSICA EN EL NODO 6 SE TIENE LOS SIGUIENTESRESULTADOS

Observando la característica de selectividad y los datos arrojados vemos que el tiempo deoperación del fusible 500 A NH es de 48,6s muy grade para eliminar el arco producido porla falla. Si se trabaja para el cálculo con la primera corriente determinada para el fusible F4tenemos

5 1.6*193.98 310.3InomF A

Se reduce el tiempo de operación del fusible considerablemente en 7.93s para F5 siseleccionamos el fusible 355 A NH

12. SEGÚN FALLA TRIFÁSICA EN EL NODO 8 Y EL CAMBIO DEL FUSIBLE 5SE TIENE LOS SIGUIENTES RESULTADOS

Observando los datos se garantiza selectividad entre F3 y F4 , se traslapan los gráficosde los fusibles F4 y F5

13. FALLA TRIFÁSICA EN EL NODO 3

Se calcula la corriente nominal para F6 teniendo en cuenta Inom F5 e Inom F2:

6 2 5InomF InomF InomF

6 125 315 440InomF A A A

El fusible es 500 A NH

Tiempo de operación 48s corriente de cortocircuito 1.6KA

Observar característica del fusible:

Garantiza la protección del sistema

14. SEGÚN FALLA TRIFÁSICA EN EL NODO 8 CON TODOS LOS FUSIBLESCOORDIANDOS, SE TIENE LOS SIGUIENTES RESULTADOS

Diagrama de selectividad

Se observa que para una falla en N8 actúa F3 aislando el nodo bajo falla

15. SEGÚN FALLA TRIFÁSICA EN EL NODO 5 CON TODOS LOS FUSIBLESCOORDIANDOS,SE TIENE LOS SIGUIENTES RESULTADOS

Diagrama de selectividad

Se observa que para una falla en N5 actúa F1 aislando el nodo bajo falla

CONCLUSIONES

Es necesario hacer un estudio más detallado teniendo la librería completa delsoftware NEPLAN

Los gráficos mejoran la toma de decisiones que garantizar la selectividad delsistema

Se precisa mejorar el estudio de la coordinación de los fusibles tipo NH ya que sepresentaron dudas al momento de elegir los fusibles en los diferentes analisis

BIBLIOGRAFIA

[http://www.sertec.com.py/telergia/telergia/informaciones/fusibles_nh.html]

[Instalaciones Eléctricas 7 Protección Contra Sobre-Corriente y ...

Formato de archivo: Microsoft Word - Versión en HTMLInstalaciones Eléctricas. 7 Protección Contra Sobre-Corriente y Puesta a Tierra. 7.1 ProtecciónContra Sobre Corriente. Introducción. ...lc.fie.umich.mx/~jorgeahb/Semestre%2008-09/Instalaciones/.../07%20.doc]

ANEXOS

FUSIBLES NH

El cortacircuito fusible, o simplemente fusible, fue el primer elemento de protección que seinventó en los albores de la electrotecnia, y aún continua siendo adoptado en lasinstalaciones eléctricas modernas.

Básicamente está formado por una lámina o alambre calibrado, que se denomina elementofusible, contenido en un cartucho fusible removible y emplazado en una base o soporteportafusible, que lo permite conectar en serie con el circuito a proteger.

El elemento fusible se construye de manera que tenga un punto de fusión menor que losconductores de la instalación protegida, y habitualmente se disponen varios sectores másestrechos, en los que se obtiene una mayor densidad de corriente. Por lo tanto, cuandocircula una sobrecorriente determinada, el calor generado por efecto Joule funde losestrechamientos del elemento e interrumpe el circuito. Una vez eliminada la causa de lasobrecorriente, para reponer el circuito debe instalarse un elemento fusible nuevo.

La construcción de los fusibles comprende una gran variedad de modelos, con distintostamaños, formas y métodos de montaje; y para ser utilizados con diferentes gamas detensión, corriente y tiempos de actuación. Así hay fusibles con montaje a rosca, a cuchilla ocilíndricos; hay fusibles de acción rápida o retardada; hay fusibles de alta capacidad deruptura, etcétera. En ciertos casos, se fabrican en distintos tamaños, para evitar lainstalación errónea de fusibles de características diferentes a las necesarias.

Además, en algunos modelos se dispone una base portafusible diseñada para operar comoseccionador en vacio o bajo carga, maniobrando simultáneamente los fusibles de lasdistintas fases.

En este artículo nos ocuparemos específicamente de los cortacircuitos fusibles tipo NH. Losmismos son para uso industrial, del tipo a cuchillas, de baja tensión y alta capacidad deruptura (ACR); empleándose para proteger redes de cables, instalaciones industriales, dedistribución u otras similares con elevadas corrientes de cortocircuito y que sólo sonoperadas por personal capacitado. Por ejemplo, en las instalaciones domiciliarias puedenutilizarse en los tableros principales de edificios, en conjunto con los contactores de losdiversos motores o en seccionadores bajo carga.

Estos fusibles se ejecutan en una gama que abarca desde los 6 hasta los 1250 A. La tensiónde trabajo máxima es de 500 Vca y 440 Vcc. A tensiones mayores se pueden utilizarfusibles NH especiales, para 1200 V.

Como el sistema NH está concebido para ser operado por personal calificado, no se exigela protección contra contactos accidentales con partes bajo tensión, y asimismo la normapermite que se solapen los

tamaños de los mismos para algunas intensidades nominales.

Hay cinco tamaños constructivos que abarcan distintos rangos de intensidadesnominales: Tamaño 00, de 6 a 160 A; Tamaño 1, de 36 a 250 A; Tamaño 2, de 200 a400 A; Tamaño 3, de 500 a 630 A y Tamaño 4, de 800 a 1250 A.

Para definir la clase de utilización de los fusibles NH se utiliza una abreviatura básica dedos letras.

La primera es minúscula y determina la función. Así la clase "g" es para propósitosgenerales y puede operar tanto ante sobrecargas como ante cortocircuitos. La clase "a" seutiliza para tareas de protección de respaldo y sólo opera ante corrientes de cortocircuito;por lo que se debe instalar en conjunto con otros dispositivos de protección.

La segunda letra básica es mayúscula y determina el objeto de la protección. Así la clase"L" es para líneas y cables, la "G" es para aplicaciones generales, la "M" es para motores, la"R" es para rectificadores a semiconductores y la "Tr" es para transformadores.

Como su operación depende de la generación de calor por efecto Joule, se obtiene unacaracterística de fusión intensidad-tiempo del tipo inversamente proporcional, de maneraque ante una elevada corriente opera en un tiempo muy reducido, y ante una corrienteligeramente superior a la nominal opera en un tiempo mas prolongado.

Cabe señalar que para los casos en los que durante el servicio normal se producensobrecargas de breve duración, como en el caso del arranque directo de motoresasincrónicos con rotor en jaula, se deben construir con una característica especialmente"retardada". Las corrientes de sobreintensidad de breve duración (hasta el 75 % del tiempode fusión) pueden fluir con una frecuencia prácticamente arbitraria sin modificar lacaracterística de los cartuchos fusibles NH. A través de éstos puede circularpermanentemente una corriente cuya intensidad sea 1,15 veces mayor que la nominal.

En la operación de los fusibles hay que distinguir distintos períodos de funcionamiento.

El lapso de prearco o de fusión comprende el tiempo transcurrido desde que se hacepresente una corriente capaz de producir la operación del fusible hasta el instante en que seinicia la interrupción en el elemento fusible.

El lapso de arco o de extinción abarca el tiempo transcurrido desde el final del lapso deprearco hasta el instante en que se interrumpe el circuito y la intensidad se hacepermanentemente nula.

Finalmente el lapso de operación es la suma de los lapsos de prearco y de arco.

Debido a la elevada corriente que circula dentro del fusible durante el cortocircuito, esnormal que se produzcan arcos eléctricos en los estrechamientos del elemento fusible enproceso de fusión. Como estos arcos están eléctricamente en serie, se produce un reparto de

tensiones, de forma tal que cuando la tensión de la red pasa por cero, dichos arcos seextinguen y se interrumpe el paso de la corriente.

Instalaciones Eléctricas

Ing. Jorge A. Huerta

7 Protección Contra Sobre-Corriente y Puesta a Tierra

SELECTIVIDAD

Es la característica que debe tener un sistema eléctrico, cuando está sometido a corrientesanormales, de hacer actuar los dispositivos de protección de manera de desenergizarsolamente la parte del circuito afectada.

La selectividad, proporciona a un sistema eléctrico una adecuada coordinación de laactuación de dos o varios elementos de protección. Esos elementos se encuentran en undeterminado sistema, formando las siguientes combinaciones:

- Fusible en serie con otro fusible;

- Fusible en serie con disyuntor de acción termomagnética;

- Disyuntor de acción termomagnética en serie con fusible;

- Disyuntor en serie entre sí.

Cada una de esas combinaciones, merece un análisis individual para el dimensionamientoadecuado de los dispositivos que componen el sistema de protección.

Fusible en serie con otro fusible (F-F)

Prácticamente la selectividad entre fusibles del mismo tipo y tamaño es inmediatamentesubsecuentes y natural. Para asegurar la selectividad entre fusibles, es necesario que lacorriente nominal del fusible protector (fusible hacia la fuente) sea igual o superior a 160%del fusible protegido (fusible hacia la carga), esto es:

1.6ff fcI I

Donde:

Iff = Corriente nominal del fusible (lado fuente)

Ifc = Corriente nominal del fusible (lado carga)

Para mejor claridad de las posiciones que los fusibles ocupan en un sistema, ver La figura7.1 a). La Figura 7.2 b), muestra los tiempos que deben ser optados en la selectividad de losfusibles, de tipo NH, de 80 y 160 A, instalados en el circuito del Esquema 19.3.

Figura 7. 1. Fusibles en serie con otro fusible; a) Fusible en serie con otro fusible; b)Curvas de selectividad entre fusibles.