COORDINACIÓN DE PROTECIONES EN
CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN DE 13.8 kV
DE LA C.A. ELECENTRO.
Autor: Br. Nasser Obeid
Tutor Académico: Prof. A. Cepeda
Tutor Industrial: Ing. C. Amaro
Contenido
Introducción.
Planteamiento del problema.
Objetivo.
Esquema Metodológico.
Sistema Actual.
Criterios de selección, ubicación y coordinación.
Sistema Propuesto.
Análisis Costo-Beneficio.
Conclusiones y Recomendaciones.
Introducción
Para llevar la energía eléctrica a los usuarios se necesita un sistema de
potencia eléctrico el cual transporta la energía desde la fuente de
recursos energéticos hasta los consumidores.
Parece improbable que la tecnología pueda eliminar totalmente la
posibilidad de fallas. Dada la imposibilidad de diseñar un Sistema de
Potencia Eléctrico para que nunca se presente una falla, hay que
implementar métodos para detectar las fallas y disminuir los efectos
perjudiciales sobre el sistema y los usuarios.
En este proyecto se hace un estudio de la situación en la cual se
encuentran actualmente los sistemas de protecciones de las dos (2)
subestaciones y los tres (3) circuitos bajo estudio y sus posibles mejoras.
Planteamiento del
problema
Debido al incremento excesivo de cargas y al hecho de que no hubo una
buena planificación de las redes de distribución, por lo cual el
crecimiento ha sido desordenado, ocurren fallas con pérdidas de
selectividad y falta de seguridad.
Estos constantes cambios que se hacen a la red original, trae como
consecuencia la alteración de sus variables de diseño, exponiendo a los
dispositivos de protección a percibir valores instantáneos de los
parámetros del circuito, diferentes de los originales y que por la
sensibilidad de los mismos y características de coordinación pueden
dispararse, desconectando innecesariamente sectores de importancia.
Objetivo
Revisar los ajustes y coordinación existentes en los
tres (3) circuitos bajo estudio e implementar
mejoras a los mismos, para así obtener una
operación confiable, segura y rápida de estas redes
de distribución eléctrica al ocurrir una falla,
cumpliendo al mismo tiempo con la normativa de
calidad de servicio que exige la nueva Ley
Eléctrica Nacional.
Esquema Metodológico
Revisión Bibliográfica.
Levantamiento del sistema eléctrico. (Diagramas Unifilares)
Obtención de los datos.
Procesamiento y tratamiento de la información.
Estudio de Cortocircuito.
Verificación de las capacidades de interrupción de los
equipos de protección.
Selección de esquemas, criterios de ubicación y ajustes de
los equipos de protección.
Sistema Actual
DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA S/E SOCO.
Ubicación: Estado Aragua, Ciudad de La Victoria.
Tipo: Nodal II (115TD).
115/13.8 kV.
Factor de Utilización (F.U): 0.56
Capacidad: 70 MVA distribuidos en tres (3) transformadores de
potencia.
Suministra energía a 11 circuitos de 13.8 kV, distribuidos en 3 Barras.
Sistema Actual
Coordinación Disyuntor-Disyuntor
Se debe cumplir que: T D2 ≥ T D1 + IC, donde IC = 0.4 s.
Sistema Actual
Gráficas de coordinación de protecciones actuales en la S/E Soco con salida de
línea del circuito Zuata. ( Relés de fases)
1. TMD. Fusible Tipo K. 40 A.
7
1
2
3
4 5 6
2. Salida de Línea del disyuntor D1.
3. Relé del Disyuntor D3.
4. Relé del Disyuntor D2.
5. Relé del Disyuntor D4.
6.Relé del Disyuntor D5.
7. Curva de daño del transformador
de Potencia.
Sistema Actual
DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL CIRCUITO
ZUATA
S/E a la que pertenece: SOCO
Capacidad instalada: 19424.5 kVA.
Longitud de línea aproximada: 78 Km.
Construcción: Aérea.
Estructura: Radial con posibles interconexiones a la hora de una emergencia o
mantenimiento.
Corriente de Máxima Carga (Ic máx): 380 A. (RMS)
Calibre del Conductor de la Troncal: 4/0 Arvidal, 4 Cu trenzado, 2/0 Arvidal.
Relación del TC: 400/5
Scc3f (13.8 kV): 347.76 MVA
F.P: 0.934
F.U: 0.436
Tipo de Carga que Alimenta: carga rural 55%, carga agrícola agropecuaria 35%,
carga comercial 5% y carga industrial 5%.
Sistema Actual
Sistema de protección
del circuito Zuata
1. Fusible-Fusible
Tta B  0.75 Tmin f A
2. Disyuntor-Fusible
Top relé  TMD fusible 0.35 s
Sistema Actual
Coordinación fusible-fusible
1
2
1. Fusible tipo K, 30 A. “Tiempo Máximo de despeje”
2. Fusible tipo K, 40 A. “Tiempo Mínimo de fusión”
Sistema Actual
Coordinación disyuntor-fusible (fallas entre fases)
1
2
1. Fusible tipo K, 40 A. “Tiempo Máximo de despeje”
2. Salida de línea disyuntor D1.
CRITERIOS
Criterios de Selección.
 Deben tener una tensión nominal mayor o igual a la del sistema.

La corriente nominal debe ser seleccionada mayor o igual que la
corriente máxima de carga de la zona donde se ubique.
 La capacidad de interrupción debe ser mayor o igual que la
máxima corriente de falla que pueda ocurrir dentro de su zona de
protección.
CRITERIOS
Criterios de Selección.
RECONECTADORES
Su corriente mínima de disparo debe ser capaz de detectar la mínima
corriente de falla que se produzca en su zona protegida.
SECCIONALIZADOR
 El mínimo valor de su corriente actuante debe ser menor a la corriente
mínima de falla que pueda ocurrir dentro de su zona de protección.
FUSIBLES
La característica de tiempo total de despeje del fusible debe ser más
rápida que la curva de daño del equipo protegido.
No debe operar para la corriente I inrush, ni para la corriente de
restablecimiento en frío.
CRITERIOS
Criterios de Ubicación.
 Estudio de estadísticas de falla. (Variable que depende de cada
circuito).
 Consideración de cargas importantes. (Variable que depende de cada
circuito).
 Accesibilidad y maniobrabilidad de los equipos de protección. En
lugares donde se pueda hacer fácilmente un mantenimiento periódico
del equipo, siempre y cuando corresponda con la coordinación.
(Variable que depende de cada circuito ).
CRITERIOS
Criterios de Ubicación.
Reconectadores
 Alimentadores >15 km de longitud.
 Cargas especiales.
Seccionalizadores
Ramales >3 km de longitud.
Alta densidad de fallas de naturaleza temporal.
Fusibles.
Ramales con cargas monofásicas.
CRITERIOS
Criterios de Ajustes.
Ajustes del Relé de sobrecorriente (N-45-87CADAFE)
Relés de Fases:
1. Unidad temporizada. TAP>1.25*(Icarga_máx)/RTC.
2. Unidad instantánea: 4*(Icarga_max)/RTC
Relés de tierra:
1. Unidad temporizada. TAP>0.3*(Icarga_máx)/RTC.
2. Unidad instantánea: 2*(Icarga_max)/RTC
CRITERIOS
Criterios de Coordinación.
 Coordinación disyuntor-disyuntor (entre relés de
sobrecorriente).
 Coordinación disyuntor - fusible (relé de
sobrecorriente y fusible).
 Coordinación entre fusibles.
 Coordinación disyuntor-reconectador (relé de
sobrecorriente y reconectador).
 Coordinación reconectador-fusible.
 Coordinación reconectador-seccionalizador.
 Coordinación reconectador-seccionalizador-fusible.
Sistema Propuesto
Justificación
Como los únicos medios de protección que presentan estos circuitos son:
Disyuntor-Fusible y Fusible-Fusible, los cuales traen muchas desventajas
entre las cuales tenemos:
 Cortes del sistema totalmente innecesarios.
Es muy costoso para la empresa enviar un equipo de reparación,
frecuentemente, a gran distancia para reponer un fusible.
Al ocurrir una falla en la troncal queda fuera de servicio todo el
circuito.
Allí es donde se puede apreciar la necesidad del Reconectador y sus
sobresalientes ventajas del principio de apertura-recierre.
Sistema Propuesto
Beneficios de la propuesta
 Evita interrupciones prolongadas por fallas “temporales”.
 Elimina cortes de energía prolongados.
 Evita que toda la carga instalada quede fuera cuando se presentan
fallas permanentes en la zona de protección del reconectador.
 Los nuevos esquemas de protecciones discriminan entre una falla
temporal y una permanente.
 Elimina llamadas al equipo de reparaciones que hubieran sido
requeridos si los circuitos estuviesen protegidos por fusibles.
 El ahorro de costo por una menor cantidad de llamadas al equipo
de reparación.
Sistema Propuesto
Circuito Zuata
Se propuso instalar un (1) Reconectador y dos (2) Seccionalizadores en
este circuito. También cambiar los fusibles existentes por otros de
mayor capacidad para así obtener un circuito más seguro, confiable y
rápido.
Bajo estos nuevos esquemas de protección se verá claramente la
restauración automática del servicio eléctrico en los sectores
afectados por la falla temporal y se aprecia el aumento significativo de
los kVA recuperados al ocurrir una falla permanente en la zona de
protección del Reconectador. Todo esto sin necesidad de traslado de
personal ni realización de maniobras en el sistema.
Sistema Propuesto
Sistema de protección
del circuito Zuata
Esquema de protección actual
 Fusible-Fusible
 Disyuntor-Fusible
Esquema de protección Propuesto
 Disyuntor-Reconectador
 Reconectador-Fusible.
Reconectador-Seccionalizador
Reconectador-Seccionalizador-Fusible
Sistema Propuesto
Coordinación Reconectador-Fusible
1
2
B
A A1
1
Coordinación Reconectador-Fusible,
con fusible EXISTENTE
1. Curva mínima de fusión, fusible de 20K
2. Curva de máximo despeje, fusible de 20K
A. Curva rápida del reconectador.
A1. Curva rápida del reconectador * 1.35
B. Curva retardada del reconectador.
Coordinación Reconectador-Fusible,
con fusible PROPUESTO
2
B
A1
A
1.
2.
A.
A1.
B.
Curva mínima de fusión, fusible de 65K
Curva de máximo despeje, fusible de 65K
Curva rápida del reconectador.
Curva rápida del reconectador * 1.35
Curva retardada del reconectador.
Análisis Costo Beneficio
Estudio de Costos
En este costo promedio se encuentran incluidos, los costos de los equipos
de protección, mano de obra y materiales utilizados para el montaje.
Costo de instalación de un Reconectador KFE: 27.462.500 Bs
Costo de instalación de un seccionalizador GN3E: 12.567.968 Bs
Costo de instalación de 3 cortacorrientes (Fusibles): 1.042.422 Bs
Costo total del sistema propuesto; circuito Zuata
Costo total aproximado 52.598.436 Bs.
Análisis Costo Beneficio
ESTIMADO DEL COSTO ANUAL DE LA ENERGÍA DEJADA DE VENDER
ACTUALMENTE PARA EL CIRCUITO ZUATA; S/E SOCO
Bs
CI    kVA  fp 
kWh
Beneficio del sistema propuesto
S/E
Circuito
Soco
Zuata
Pérdidas anuales
estimadas por
interrupción del sistema
actual
(Bs)
Pérdidas anuales
estimadas por
interrupción del
sistema propuesto
(Bs)
Beneficio del
sistema
propuesto, por
energía dejada
de vender.
(Bs)
10.615.384
3.715.384
6.899.999
Análisis Costo Beneficio
La propuesta trae otros beneficios económicos, adicionales al
mencionado anteriormente, tales como:
Ahorro por menores gastos en vehículos, personal y materiales debido a
una disminución en la cantidad de llamadas al equipo de reparaciones,
frecuentemente, a gran distancia para reponer un simple fusible fundido.
Estos beneficios económicos adicionales representan aproximadamente
2.400.000 Bs anuales por circuito.
Así se obtiene que el beneficio económico global (aproximado) del
sistema propuesto para cada circuito sea:
Beneficio circuito Zuata, S/E Soco: 9.299.999 Bs
Análisis Costo Beneficio
TIEMPO APROXIMADO DE RETORNO DE LA
INVERSIÓN.
Como el beneficio del sistema propuesto fue de 9.299.999 Bs/AÑO, se
lleva esta cantidad de dinero al valor presente, obteniendo 7.153.846
Bs/AÑO. por consiguiente el tiempo aproximado de retorno de la
inversión (T.R.I.) es:
T.R.I. = (52.598.436 Bs.) / (7.153.846 Bs/AÑO) = 7.35 AÑOS
Conclusiones
 En el presente trabajo se refleja claramente que el sistema
bajo estudio no poseen una adecuada coordinación de
protecciones, que le permita una buena selectividad,
confiabilidad, seguridad, sensibilidad y velocidad, en el
momento de despejar una falla.
 Los esquemas de protecciones actuales exponen al sistema a
fallas con pérdidas de selectividad y falta de seguridad.
 Con el sistema propuesto en este trabajo se minimiza la
posibilidad de daños severos en los equipos protegidos
logrando una adecuada coordinación entre los diferentes
equipos de protección del circuito y la subestación.
Conclusiones
 Con el sistema propuesto se divide el circuito en varias
zonas de protección, obteniendo una operación más
confiable, selectiva, segura y rápida de estas redes de
distribución eléctrica al ocurrir una falla.
 Estos nuevos esquemas de protección seleccionados aíslan
únicamente la parte fallada quedando el resto del circuito en
servicio. Ellos producen despejes trifásicos de fallas, aunque
las cargas servidas en su mayoría son de tipo residencial.
 Los beneficios que se generan con esta propuesta reflejan la
vialidad de la implantación, por lo que se determina
conveniente la ejecución de la alternativa planteada.
Recomendaciones
 Realizar la propuesta planteada, lo más pronto posible, para
así evitar eventuales daños que se pueden presentar en el
sistema, ya que como se encuentra actualmente no es muy
confiable ni selectivo.
 Cuando se realizan las operaciones de transferencia de carga
de un circuito a otro, se debe tener mucho cuidado con los
equipos de protección (Reconectadores y Seccionalizadores)
Se recomienda realizarles un by pass, para evitar dañarlos.
 Mantenimiento continuo de los circuitos donde las podas
realizadas sean bien ejecutadas y sobre todo especial
mantenimiento al sistema de protección.
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