Protección de Sistemas Eléctricos
Enviado por tupapimanaba • 16 de Julio de 2012 • 130.072 Palabras (521 Páginas) • 586 Visitas
Protección de Sistemas
Eléctricos
Protección de Sistemas Eléctricos
Samuel Ramírez Castaño
Profesor Asociado
Primera Edición.
Universidad Nacional de Colombia
Manizales
Protección de Sistemas Eléctricos
Agradecimientos
Al estudiante
Edwin Alejandro Becerra Hernández quien realizó el trabajo de
levantamiento del texto, la elaboración de tablas y gráficas en
medio magnético, página web y diseño de carátula del libro, para
obtener una edición final de excelente presentación. También
colaboró el estudiante Arley Marino Contento Castaño.
A Luz Mary, Valentina y Geraldine por su paciencia y comprensión.
Protección de Sistemas Eléctricos
Introducción
Un sistema de suministro y transporte de Energía Eléctrica debe cumplir con
varios requisitos indispensables para prestar un servicio con niveles altos de
calidad y seguridad. Esto en parte se cumple mediante la aplicación de
normas y procedimientos muy precisos durante las etapas de planeamiento,
diseño, construcción y operación de los Sistemas de Potencia. Dichos
sistemas quedarán expuestos a fallas cuyas causas son múltiples, que además
de provocar daños severos son muchas veces impredecibles, por lo que es
necesario proporcionarle a dichos sistemas los esquemas de protección
debidamente calibrados con el fin de minimizar los efectos de las fallas, los
tiempos de interrupción y mejorar la continuidad del servicio a los
consumidores asi como disminuir el número de usuarios afectados.
Un sistema de protección bien diseñado y adecuadamente coordinado es vital
para asegurar que el sistema eléctrico de potencia opere dentro de los
requerimientos y parámetros previstos. Al brindarle seguridad a redes y
costosos equipos, también se está protegiendo una inversión de capital muy
grande y se protege también a las personas. La operación automática permite
aislar las fallas tan rápido como sea posible para minimizar los daños. Los
costos económicos y los beneficios de un sistema de protección deben ser
tenidos en cuenta con el fin de obtener un adecuado balance entre los
requerimientos del sistema y los recursos financieros disponibles.
Ante la ocurrencia de una falla o de una condición anormal, el sistema de
protección debe ser capaz de detectar el problema inmediatamente y aislar la
sección afectada, permitiendo así que el resto del Sistema de Potencia
Protección de Sistemas Eléctricos
permanezca en servicio y limitar la posibilidad de daño a los otros equipos.
La protección debe ser lo suficientemente sensible para que opere con
rapidez aun bajo fallas incipientes.
Esta obra presenta de manera didáctica y secuencial el contenido del curso
“Protección de Sistemas Eléctricos” para los estudiantes de Ingeniería
Eléctrica, pretende además que sirva de texto guía para dicho curso y texto
de consulta para los Ingenieros que trabajan en el área de protecciones.
El capítulo 1, muestra el cálculo de los diferentes tipos de fallos, aplicando
métodos tradicionales e incluye ejemplos ilustrativos. El capítulo 2,
presenta los conceptos generales y la filosofía de protección. En los
capítulos 3 y 5 se discuten las técnicas de los relevadores de protección y
los principios físicos y matemáticos que determinan los diferentes tipos de
relevadores así como las características de funcionamiento. Se habla
también de relevadores computarizados.
En el capítulo 4, se indican las características y diferentes tipos de
transformadores de Corriente y de Potencial, a través de los cuales se
alimentan los sistemas de control, medida y protección del Sistema de
Potencia.
En los capitulos 6, 7 y 8, se describen las condiciones que tipifican las fallas
y los sistemas de protección correspondientes aplicables a generadores,
transformadores y barras colectoras de una subestación dentro de las cuales
se destaca la Protección diferencial como la más empleada. Se incluyen
ejemplos de aplicación que ayudan a comprender la metodología empleada.
El capítulo 9, presenta una discusión sobre los diferentes tipos de falla
comunes en las líneas de transmisión y la utilización de la Protección de
sobrecorriente (incluyendo la direccional), se dedica especial atención a la
Protección de distancia ilustrada con varios ejemplos de aplicación y al
final, se ilustra sobre la aplicación de la Protección por hilo piloto y la
Protección mediante onda portadora.
Protección de Sistemas Eléctricos
En el capítulo 10 se hace una amplia discusión sobre las Protecciones de
Sistemas de Distribución donde se destaca la aplicación de los diferentes
tipos de fusibles. También se describen los interruptores, los restauradores y
los seccionalizadores. Se continúa en el capítulo11 con las metodologías para
establecer la coordinación adecuada de las protecciones en serie.
Por último el capítulo 12, trata sobre la protección de las redes de
distribución contra sobrevoltajes y presenta métodos para establecer la
coordinación de aislamiento de dichas redes.
Se ha colocado todo el empeño y dedicación para que esta Obra sea de gran
ayuda para el Estudiante en el curso de Protecciones, y para que corresponda
a los requerimientos del Programa Curricular de la carrera de Ingeniería
Eléctrica.
Protección de Sistemas Eléctricos VIII
Contenido
I NT RO DU CC IÓ N IV
1 Cálculo de fallos 1
1.1 INTRODUCCIÓN 1
1.2 DEDUCCIÓN MATEMÁTICA DE LAS CORRIENTES DE FALLA 1
1.3 MÉTODOS PARA CALCULAR CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO 10
1.3.1 Descripción general del método de componentes simétricas 10
1.3.2 Impedancias de secuencia de los componentes de un sitema de potencia 14
1.3.2.1 Impedancia de transformadores 14
1.3.2.2 Impedancias de líneas de transmisión y distribución usadas en el cálculo
de fallos 17
1.3.2.2.1 Impedancias de los circuitos aéreos de distribución 18
1.3.2.2.2 Impedancias de los cables subterráneos 19
1.3.2.3 Impedancias de generadores 27
1.3.3 Construcción de los circuitos de secuencia 28
1.3.4 Cálculo de fallas asimétricas usando componentes simétricas 32
1.3.4.1
...