Protecciones en sistemas industriales by Memorias Conferencias ACIEM

Protecciones en Sistemas Industriales

TEMARIO • • • • • • • • •

ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITO LÍMITES TÉRMICOS SELECTIVIDAD FUSIBLES TÉRMO-MAGNÉTICOS INTERRUPTORES EN BAJA TENSIÓN RELÉS FUSIBLES LIMITADORES CRITERIOS PROTECCIONES

COMPORTAMIENTO LEJOS DE LA FUENTE Componente AC

I (pu)40

Componente DC Suma Ip

I p

Ik" Ib I(1/2)

I(1/ 2)

0 0.000

I k "

0.020

0.040

0.060

-10

-20

Tiempo (Seg)

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0.080

0.100

0.120

Estudios de Cortocircuito • Los motores SI aportan al cortocircuito • Los “drives” dependen • Las normas indican como: ANSI C37.010, IEC 60909 Ed 2. 2016

Tot. CCM Tot

CERCA A GENERADORES Y/O MOTORES I (pu)

Series1

Componente DC Suma

Ip 20

I(1/2)

Ik "

0 0.000

0.020

Ik" Ib

0.040

0.060

0.080

-10

-20

-30

Tiempo (Seg)

0.100

0.120

0.140

LT CABLES

LT Transform.

Comparaciรณn IEC - ANSI

ANSI IEC

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CONCEPTO DE SELECTIVIDAD t (ms) 20 MVA 115/13.8 kV

Curvas de tiempo inverso

1000/5 A

C1 Intervalo de tiempo

C2 500/5 A

51 Ifalla=2000 A

I max. de falla

I (A)

SELECTIVIDAD

Fuse NEMA Selective coordination final.pdf

TEMARIO • LÍMITES TÉRMICOS • SELECTIVIDAD • FUSIBLES

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Fusibles

Fusible

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Coordinaciรณn Fusible El equipo de protecciรณn, aguas abajo del fusible debe despejar la falla, antes del 75%, del tiempo de operaciรณn del fusible.

Time in S econds

Ejemplo

t1 < 0.75 t 2

t2 <= 0.75*t1

Current in Amperes

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Coordinación entre fusibles. Siempre se debe coordinar la curva «Minimum melting Time» (del fusible aguas arriba) vs «Máximum Clearing Time» (del fusible aguas abajo) Criterio Cooper: el tiempo de operación del fusible aguas abajo debe ser como máximo el 75% del tiempo del fusible aguas arriba, teniendo en cuenta el párrafo anterior

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Fusibles Limitadores de Corriente (FLC) de cortocircuito

ABB

18/11/2020

FLC de cortocircuito

bus-ele-br-10757-fuseology.pdf

FLC de cortocircuito

Littelfuse current limiting.pdf

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Fusible limitador

Umbral de Corriente: magnitud de corriente a la cual el fusible se convierte en limitador

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TermomagnĂŠticos Class 5 is usually used for motors requiring extremely fast tripping. Class 10 is commonly used to protect artificially cooled motors such as submersible pump motors of low thermal capacity. Class 20 is usually sufficient for general purpose applications. Class 30 is usually required for high inertial loads to help prevent nuisance tripping. ABB

INTERRUPTORES

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INTERRUPTORES

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INTERRUPTORES

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INTERRUPTORES

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INTERRUPTORES

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INTERRUPTORES

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INTERRUPTORES

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MagnĂŠtico

Termo-magnĂŠticos

TĂŠrmico - Fusible

TEMARIO • • • • •

LÍMITES TÉRMICOS SELECTIVIDAD FUSIBLES TÉRMO-MAGNÉTICOS INTERRUPTORES EN BAJA TENSIÓN

IEEE

Interruptores de Interruptores de Baja tensiรณn Baja tensiรณn

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Interruptores de Baja tensiรณn

ABB SACE PR121-P.pdf

Interruptores de Baja Tensiรณn

Unidad de Tierra

Curvas de Selectividad: Interruptores Termo-magnĂŠticos

RELÉS 

* TDS  Curvas t  I  cc    1 Ecuaciones I  Curvas IEC Valores típicos de las constantes α y β (BS142): Inverse Normal Normal Inversa (NI Curve A)

Very Inverse Muy Inversa (VI Curve B)

Extrem. Inverse Extrem. Inversa (EI Curve C)

0.02

1.0

2.0

0.04

0.14

13.5

120

0.05

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Inversa Short tiempo Largo Inverse (LI)

CÁLCULO DE AJUSTES DE PROTECCIONES SOBRECORRIENTE DE FASE EN BAJA TENSIÓN

Curva de Arranque Motores

50P (no time delay) Starting current @ max. voltage 50TP (definite time delay) 6-15 cycles

I 1.6 x LR

min.

Curva de Arranque Motores

Arranque Motor - Termomรกgnetico 1000 s

100 s

10 s

1.0 s

0.100 s

0.010 s 0.100 kA

1.0 kA

10 kA

100 kA

Criterio de Ajuste Unidad temporizada. Unidad de Arranque • In*factor*fs – Factor: 1.0-1.25. – Fs : Factor de Seguridad • “Arriba” de la curva de arranque. 0.3 segundos en el punto critico (usualmente 6*In, 5-10 segundos). • Por debajo de la curva de límite térmico

IEC

CRITERIOS DE AJUSTE Sobrecarga (Overload)

Ib = 4330 (corriente de carga) In = 5000 (corriente interruptor) Iz = 607*10 = 6070 o menos Suponer Iz = 5000 4330 <= 5000 <= 5000 5000.< 1.45 * 607*10 5000<4330 * 1.45 = 6278

CRITERIOS DE AJUSTE Sobrecarga (Overload)

GEC – ALSTOM, “Although by using a current setting that is only just above the maximum load current in the circuit a certain degree of protection against overloads as well as faults may be provided, the main function of overcurrent protection is to isolate primary system faults and not to provide overload protection” Blackburn, 4 Edition, pag 425: A phase–overcurrent relay pickup of 1.25–1.5 times the maximum short-time load or greater will be required

CRITERIOS DE AJUSTE Sobrecarga (Overload)

Siemens

Criterio de Ajuste

Unidad Instantánea – 1.6*(ILR/In)*In*Factor

(10-12)*In*(1.05*1.2)

Típicamente ILR/In = 6

ILR: Corriente de Rotor Bloqueado (Locket Rotor Current)

Totalizador CCM –Long Time •

•

• • • •

Long Time. Pickup – 1.5 * Imáxima carga – 50% (In1 + In2 + In m-1) + 100% (motor mas grande) – 70% (In1 + In2 + Inm) Chequear arranque del motor mas grande, cuando todos los demás están en servicio: 70% (In1 + In2 + +In m-1) + 6* In m, Recordar que el motor demora en arrancar del orden de 5-6 seg Chequear capacidades nominales de conductor, interruptor, etc Respetar decalajes. 0.25 - 0.4 seg Este equipo de protección debe proteger el cable. Revisar límite térmico para un solo conductor!!, al inicio de la salida del CCM Problema difícil: Proteger cable, cuando son varias ternas

Totalizador CCM – Short Time • •

Pickup (Arranque): – 1.3 – 1.5 Ajuste de instantáneo aguas abajo Unidad Instantánea – 1.5 Aporte de corriente para falla aguas abajo

IEEE C37.91, Pag 29, Instantaneous units that are subject to transient overreach are set for pickup in the range of 125% to 200%.......In some cases, instantaneous trip relays cannot be used because the necessary settings are greater than the available fault currents

Totalizador CCM – Motor mas grande Límite térmico 1000 s

Límite térmico

100 s

Motor mas grande 10 s

1.0 s

Totalizador CCM 0.100 s

0.010 s 0.100 kA

1.0 kA

10 kA

100 kA

1000 kA

Transformador – Totalizador en baja •

• • • •

Long Time – 1.25 In Transformador – Conservar “decalaje” con equipos aguas abajo: 0.3-0.5 seg – Chequear arranque del motor mas grande. Curva de Límite térmico IEC del transformador Curva de Límite térmico Cables Generalmente se debe deshabilitar la unidad instantánea, para lograr selectividad con equipos aguas abajo. Para el lado de baja no se considera Inrush

Diagrama de Selectividad

Totalizador LĂmite T. Trans

LĂmite T. Cable

Diagrama de Selectividad 1000 s

Totalizador 100 s

Límite T. ANSI Trans 10 s

1.0 s

0.100 s

0.010 s 0.100 kA

Límite T. Cable 1.0 kA

10 kA

100 kA

1000 kA

CÁLCULO DE AJUSTES DE PROTECCIONES SOBRECORRIENTE DE TIERRA DE BAJA TENSIÓN

TOTALIZADOR CCM • •

Pickup. Arranque. 10-30% In In: • Transformador • Interruptor • Conductor

•

Es frecuente que no sea posible lograr selectividad entre el motor mas grande, cuando sólo posee unidad de fase, y el interruptor totalizador de CCM (Fase y Tierra)

UNIDAD DE TIERRA RELÉ LADO ALTA TRANSFORMADOR Los criterios siguientes solo son validos si el transformador tiene grupo Dyx  IPICKUP = 10% Inom  Curva: Tiempo definido o Normal Inversa IEC  Dial: se selecciona de tal forma que al 50% de la corriente de “inrush” el valor de tiempo sea de 200 ms.  Instantáneo: cinco (50% inrush) veces la corriente nominal

Problemas falla monofรกsica Es frecuente que no sea posible lograr selectividad entre el motor mas grande, cuando sรณlo posee unidad de fase, y el interruptor totalizador de CCM (Fase y Tierra) 1000 s

Cuando existe una falla 1F cerca al motor, circula corriente por la fase de la protecciรณn del motor y por la unidad de tierra del totalizador

100 s

Fase Motor 10 s

1.0 s

0.100 s

Tierra Tot. 0.010 s 0.100 kA

1.0 kA

10 kA

100 kA

1000 kA

Problemas falla monofรกsica

Cuando existe una falla 1F cerca al motor, circula corriente por la fase de la protecciรณn del motor y por la unidad de tierra del totalizador

PROTECCIÃ&#x201C;N NUMERICA PARA MOTORES GRANDES 1000 s

100 s

10 s

1.0 s

0.100 s

0.010 s 0.010 kA

0.100 kA

1.0 kA

10 kA

100 kA

1000 kA

RESUMEN - RECOMENDACIONES • Para totalizadores de CCM y de transformador, hacer uso de interruptores que dispongan de Long Time, Short Time, instantáneo y amplia gama de ajustes tanto en tiempo como en corriente. • Para motores grandes, hacer uso de protecciones que tengan unidad de tierra. • Se deben tener en cuenta límites térmicos • Existe una problemática entre la protección de los motores y los interruptores aguas arriba o totalizadores

Gracias CĂŠsar A. Gallego S. cagallegos@gmail.com Cel. 302 307 1111

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