Transcript Presentación 10.

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.
Subestación
Alimentadores
primarios
Reconectador
de línea
Sistema de
transmisión
GD
Seccionalizador
Interruptor o
reconectador
Fusibles laterales
Corriente de falla variable
Curvas características de
interruptores y fusibles
Se determinan tiempos para
valores constantes de corrientes
Curvas características de fusibles limitadores
43
21
23
Interruptores automáticos
Relevo de sobrecarga
Ir
[s]
Tiempo de apertura
Relevo de sobrecarga
Tc
Relevo de cortocircuito
retardado
Relevo de cortocircuito
instantáneo
Id
Ig
td
tg
Relevo de falla a tierra
Ii
Corrriente [A]
t = k/( ( I/Is )a -1)
Tipo de curva
k
Normal inverso
0.14
Muy inverso
13.5
Extremadamente inverso 80
a
0.02
1
2
Operación de un reconectador
Eliminación 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
II.b. Dispositivos clásicos para protección
direccional: Relé direccional
Responde al valor de la corriente y a la
dirección de la potencia de cortocircuito
F2
A
1
F1
B
2
C
3
4
D
5
6
~
~
UB
UB
ICC(F1)
RELE 3
ICC(F2)
PROTECCIÓN DIRECCIONAL
A
C
B
1
2
3
4
D
5
6
G1
G3
G2
T
T1III
T3III
T1II
T1I
T3II
T3I
TII5
TI5
TI2
TII2
TIII4
TI4
TI6
TII6
TII4
TIII6
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
Corriente (A)
Current
(A)
800
600
Debe transformarse de
“corriente en función del
tiempo” a “energía específica
en función del tiempo”,
empleando su expresión:
400
200
0
0.01
∫i2dt
0.1
1
10
100
Tiempo
(s)
Time (s)
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
Corriente y energía específica
como función del tiempo
8
6
Com alterna
Com cont
4
Aporte red
Subtrans GS
2
Trans+perm
GS
Pow Elect
0
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
Total
Energía
específica
-2
-4
8
-6
6
6
5
4
-8
4
2
0
-2
3
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
2
-4
-6
-8
1
19
0
Sistema radial con inclusión de GD
Current and voltage
(pu)
ES
1,2
Operación fusible 0,066 pu2s
1
0,8
Salida de servicio (ss) ES 0,205 pu2s
0,6
0,4
0,2
0
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
Time (s)
Faulted branch current
0,4
0,5
0,6
SE voltage
Si CB abre en 0,2 s ES ss en 0,42 s
Si CB abre en 0,38 s F4 opera en 0,49 s
y ES no sale de servicio (saldría en 0,53s)
Coordinación reconectador – fusible en
presencia de Generación Distribuida
120
Reconectador
Ramal
Corriente
de carga
Temperatura relativa (%)
Fuente
100
80
60
40
20
0
0
1
2
3
4
5
Tiempo relativo (t/θ)
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).
Coordinación reconectador – fusible en
presencia de Generación Distribuida
Fuente
Reconectador
50
Temperatura relativa (%Tf)
Temperature rise (% Tf)
45
Ramal
Corriente
de carga
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Relative
time (t/θ)
Tiempo
relativo
(t/)
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
50
relativa
Temperatura
Temperature
rise(%Tf)
(% Tf)
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
Relative
time (t/θ)
Tiempo
relativo
(t/)
1
1,2
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.
Efecto de la GD sobre los reconectadores
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3 0
0.1
0.2
0.3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
0.5 -6
0.4
Time (seconds)
Current
Voltage
5
2
3
0
1
-2
-1
-4
-3 0
0,2
0,4
Tiem po (segundos)
Corriente
Voltaje
0,6 -6
Voltaje (pu)
Parámetros de ensayo:
I = 10 A, l de 90 a 205 mm y
relación corrientes GD / sistema de
1/16 a 1/10
Corriente (A x 10)
Desionización exitosa
Voltage (pu)
Current (A x 10)
Desionización fallida
Concepto de conexión semi-rígida
Gs
Zs
DG
Zf
ZDG
fault
Ejemplo: 13,2 kV; Pns=30 MVA,
Pngd= 3 MVA, lf= 10 km, t= 40 ms
Zv & CB
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
Load
(SE)
• 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.
1,5
Voltage (V)
1
0,5
0
-0,5
-1
-1,5
0
0,05
0,1
0,15
Tim e (s)
0,2
0,25
0,3
Ejemplo de aplicación
DGS
DGPV
ZDGPV
GRID
D7
D1
ZS
D2
D6
D3
D5
D4
Z2
Z1
F2
F1
Circuito simplificado de un sistema de distribución
1.00E+05
1.00E+04
D4, 40 A; 0,04 s
1.00E+03
1.00E+02
0.01
1.00E+06
1.00E+05
1.00E+04
D5, 63 A; 0,1 s
1.00E+03
10
10
100
D2, 100 A; 8000 s
1.00E+08
1
1
Tiempo (s)
1.00E+09
D1, 200 A; 200 s
0.1
0.1
Comparación de energías específicas de dispositivos
protectores con la corriente de falla (sólida y de rayas:
DP, de puntos: corriente).
1.00E+07
1.00E+02
0.01
D3, 63 A; 0,11 s
1.00E+06
Time (s)
100
Tiempo
Time (s)(s)
Coordinación D1-D5
1000
2s)
Specific Energy
(A(A2s)
Energía Específica
Specific Energy (A2s)
Energía Específica (A2s)
1.00E+08
Specific Energy (A2s)
(A2s)
Energía Específica
ZDGS
1.00E+07
1.00E+07
1.00E+06
1.00E+05
1.00E+04
1.00E+03
1.00E+02
0.01
D5, 63 A; 0,11 s
0.1
1
10
100
1000
10000
Tiempo
Time (s)(s)
Coordinación D2-D5