Selección de Los CTS

SELECCIÓN DE LOS TCs En la tabla 1 se encuentran las corrientes nominales para cada campo de la subestación y la relación de transformación de cada TC. Tabla 1. Corrientes nominales y relación de transformación

TR_G1 TR_G2 TR_G3 TR_G4 ATR1 ATR2 LT1 LT2 

In [A] 577 577 577 288 944 944 1500 1500

Inp/Ins 600/1 600/1 600/1 300/1 1000/1 1000/1 1500/1 1500/1

CAMPOS DE LINEAS (LT1 Y LT2)

Para la elección de los TCs para estos campos se procede a calcular la corriente de cortocircuito en DIG SILENT, obteniendo los siguientes valores

Campo de línea LT1.

Campo de línea LT2.

Se puede observar que los valores son los mismos, debido a que las configuraciones de las líneas son las misma. Se escoge entonces la corriente de cortocircuito y la relación de X/R Corriente de cortocircuito 𝑰𝒄𝒄 = 𝟒𝟒. 𝟐𝟔𝟖 𝒌𝑨

Relación

𝑿 𝑹

= 𝟏𝟎

Además, se conoce la carga conectada al TC 

Máximo consumo de potencia de las protecciones conectadas en el secundario de los CTs: S = 0.2 VA a I = 1 A.

𝑹𝒓𝒆𝒍é = 

𝑺 𝟎. 𝟐 = 𝟐 = 𝟎. 𝟐 Ω 𝑰𝟐 𝟏

Disipación de potencia del conductor entre terminales del secundario del TC y el relé de protección: s = 2.38 VA a I = 1 A.

𝑹𝒄𝒐𝒏𝒅𝒖𝒄𝒕𝒐𝒓 =

𝑺 𝟐. 𝟑𝟖 = 𝟐 = 𝟐. 𝟑𝟖 Ω 𝑰𝟐 𝟏

Luego, se escoge el transformador de corriente ABB IMN 245 1600/1 y se hace la evaluación para su cumplimiento con los requerimientos apoyados en la IEEE TRANSFORMADOR SELECCIONADO TC ABB 1600/1 Datos Descripción Corriente nominal primaria 𝑰𝒏𝒑

1600 A

Corriente nominal secundaria 𝑰𝒏𝒔

1A

Factor límite de precisión (FLP)

20

Corriente límite de precisión ILP

20 A

𝑹𝒄𝒕

10.8 Ω

𝑽𝒔𝒂𝒕

1000 V

𝑹𝒃𝒖𝒓𝒅𝒆𝒏

15 Ω

Comprobación del núcleo 𝑹𝑹𝒆𝒂𝒍 =

0.2+2.38 12

= 2.58Ω

𝑺𝑹𝒆𝒂𝒍 = 0.2 + 2.38 = 2.58𝑉𝐴 𝑃𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎(𝐵𝑢𝑟𝑑𝑒𝑛 𝑁𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙) > 𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 2.58 15

𝑥100% > 20%

17.2 > 20%

Dato

Como el porcentaje de carga es menor al 20% el TC estará trabajando fuera del rango de precisión, lo cual no es aceptable y por esta razón se cambia el burden nominal del TC a 10VA, quedando con la siguiente cargabilidad: 2.58 10

𝑥100% > 20%

25.8 > 20% Y de esta manera el transformador estará trabajando dentro de su rango de precisión.

Prueba de estado estable Para la prueba de estado estable, el TC debe cumplir con la siguiente desigualdad: 𝐼 ∗ 𝑓𝑙𝑝(𝑅𝑐𝑡 + 𝑅𝑏𝑢𝑟𝑑𝑒𝑛) ≥ 𝐼𝑚á𝑥 (𝑅𝑒𝑎𝑙 + 𝑅𝑐𝑡) Se calcula la corriente máxima 𝐼𝑐𝑐

𝑰𝒎𝒂𝒙 = 𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛

44.268 𝑘𝐴 1600 1

= 27.66𝐴

Luego, 20(10,8 + 10) ≥ 27.66(0,2 + 2.38 + 10,8) 416 ≥ 370.1 Como se cumple la desigualdad y la cargabilidad del transformador de corriente, entonces se garantiza un 5% de precisión en el transformador.

Prueba de estado transitorio flujo máximo permisible para una corriente de cortocircuito asimétrica: 𝑋

𝑽𝒔𝒂𝒕 ≥ 𝐼𝑚𝑎𝑥 × (𝑅𝑒𝑎𝑙 + 𝑅𝑐𝑡) × (1 + 𝑅 ) 1000 ≥ 27.66 × (2.58 + 10.8) × (1 + 10) 1000 ≥ 4071 Como la desigualdad anterior no se cumple, entonces se calculará el tiempo de saturación utilizando la ecuación 𝑋

𝑅

𝑉𝑠𝑒𝑐 = 𝐼𝑓,𝑠 ∗ 𝑍𝑠 (− 𝑅𝑠 𝑒 − 𝐿 𝑡 − cos(𝑤 ∗ 𝑡) + 𝑠

Donde: 44.268 𝑘𝐴



𝐼𝑓,𝑠 =



𝑍𝑠 = 𝑅𝑒𝑎𝑙 + 𝑅𝑐𝑡 = 13.38

1600 1

= 27.66𝐴

𝑋𝑠 ) 𝑅𝑠

𝑋𝑠 2𝜋60



𝐿=

 

𝑤 = 120𝜋 𝑅 = 37.72 𝐿

10.6

= 2𝜋60 = 0.0281

𝑽𝒔𝒆𝒄 = 𝟑𝟕𝟎. 𝟏 ∗ (−𝟏𝟎𝒆−𝟑𝟕.𝟕𝟐 ∗ 𝒕 − 𝐬𝐞𝐧(𝟏𝟐𝟎𝝅 ∗ 𝒕) + 𝟏𝟎)

Tension de saturación vs tiempo de saturación 5000

Tension de saturación [V]

4000

3000

2000

1000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

De la grafica anterior se puede observar que para una tension de 1000V el tiempo de saturacion del TC es de aproximadamente 5 ms siendo a mayor a 4ms que es lo que exige la norma, por lo tanto el TC cumple. Finalmente compraberemos si la relacion entre el voltaje de saturacion y el voltaje maximo en el secundario es mayor a 2 𝑉𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑉𝑠𝑒𝑐,𝑚𝑎𝑥.

>2

1000 (10.8+2.58)∙(27.66)

>2

4.32 > 2 La relación anterior también cumple. Por lo tanto, el TC seleccionado cumple con todas las condiciones para operar correctamente en la subestación.



TRANSFORMADORES TRIDEVANADOS

Para la elección de los TCs para estos campos se procede de igual manera que en el caso anterior, calculamos la corriente de cortocircuito en DIG SILENT, obteniendo los siguientes valores

Campo de transformación ATR1.

Campo de transformación ATR2.

Se puede observar que los valores son los mismos, debido a que las configuraciones de las líneas son las misma. Se escoge entonces la corriente de cortocircuito y la relación de X/R Corriente de cortocircuito 𝑰𝒄𝒄 = 𝟒𝟒. 𝟐𝟔𝟖 𝒌𝑨

Relación

𝑿 𝑹

= 𝟏𝟐. 𝟖𝟓

Además, se conoce la carga conectada al TC 

Máximo consumo de potencia de las protecciones conectadas en el secundario de los TCs: S = 0.2 VA a I = 1 A.

𝑹𝒓𝒆𝒍é = 

𝑺 𝟎. 𝟐 = 𝟐 = 𝟎. 𝟐 Ω 𝑰𝟐 𝟏

Disipación de potencia del conductor entre terminales del secundario del TC y el relé de protección: S = 2.38 VA a I = 1 A.

𝑹𝒄𝒐𝒏𝒅𝒖𝒄𝒕𝒐𝒓 =

𝑺 𝟐. 𝟑𝟖 = 𝟐 = 𝟐. 𝟑𝟖 Ω 𝑰𝟐 𝟏

Luego, se escoge el transformador de corriente ABB IMN 245 1600/1 y se hace la evaluación para su cumplimiento con los requerimientos apoyados en la IEEE Datos Descripción Corriente nominal primaria 𝑰𝒏𝒑

Dato 1600 A

Corriente nominal secundaria 𝑰𝒏𝒔

1A

Factor límite de precisión (FLP)

20

Corriente límite de precisión ILP

20 A

𝑹𝒄𝒕

10.8 Ω

𝑽𝒔𝒂𝒕

1000 V

𝑹𝒃𝒖𝒓𝒅𝒆𝒏

15 Ω

ESTA TABLA LA VOY A CAMBIAR POR UN TC DE 1200

Comprobación del núcleo 𝑹𝑹𝒆𝒂𝒍 =

0.2+2.38 12

= 2.58Ω

𝑺𝑹𝒆𝒂𝒍 = 0.2 + 2.38 = 2.58𝑉𝐴 𝑃𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎(𝐵𝑢𝑟𝑑𝑒𝑛 𝑁𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙) > 𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 2.58 15

𝑥100% > 20%

17.2 > 20% Como el porcentaje de carga es menor al 20% el TC estará trabajando fuera del rango de precisión, lo cual no es aceptable y por esta razón se cambia el burden nominal del TC a 10VA, quedando con la siguiente cargabilidad: 2.58 10

𝑥100% > 20%

25.8 > 20% Y de esta manera el transformador estará trabajando dentro de su rango de precisión. Prueba de estado estable Para la prueba de estado estable, el TC debe cumplir con la siguiente desigualdad: 𝐼 ∗ 𝑓𝑙𝑝(𝑅𝑐𝑡 + 𝑅𝑏𝑢𝑟𝑑𝑒𝑛) ≥ 𝐼𝑚á𝑥 (𝑅𝑒𝑎𝑙 + 𝑅𝑐𝑡) Se calcula la corriente máxima 𝐼𝑐𝑐

𝑰𝒎𝒂𝒙 = 𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛

44.268 𝑘𝐴 1600 1

= 27.66𝐴

Luego, 20(6.75 + 10) ≥ 27.66(0.2 + 2.38 + 6.75)

335 ≥ 258.06

(2)

Como se cumple la desigualdad y la cargabilidad del transformador de corriente, entonces se garantiza un 5% de precisión en el transformador.

Prueba de estado estable flujo máximo permisible para una corriente de cortocircuito asimétrica: 𝑋

𝑽𝒔𝒂𝒕 ≥ 𝐼𝑚𝑎𝑥 × (𝑅𝑒𝑎𝑙 + 𝑅𝑐𝑡) × (1 + 𝑅 ) 625 ≥ 27.66 × (2.58 + 6.75) × (1 + 23.9) 625 ≥ 6425.88 (3)



CAMPOS DE GENERACIÓN

Para la elección de los TCs para estos campos se procede de igual manera que en el caso anterior, calculamos la corriente de cortocircuito en DIG SILENT, obteniendo los siguientes valores

Campo de generación TR_G3.

Campo de generación TR_G1.

Se puede observar que los valores son aproximadamente los mismos, debido a que las configuraciones de los generadores son similares. Se escoge entonces la corriente de cortocircuito y la relación de X/R de mayor valor. Corriente de cortocircuito 𝑰𝒄𝒄 = 𝟒𝟏. 𝟖𝟐 𝒌𝑨

Relación

𝑿 𝑹

= 𝟏𝟔. 𝟓

Además, se conoce la carga conectada al TC



Máximo consumo de potencia de las protecciones conectadas en el secundario de los TCs: S = 0.2 VA a I = 1 A.

𝑹𝒓𝒆𝒍é = 

𝑺 𝟎. 𝟐 = 𝟐 = 𝟎. 𝟐 Ω 𝑰𝟐 𝟏

Disipación de potencia del conductor entre terminales del secundario del TC y el relé de protección: S = 2.38 VA a I = 1 A.

𝑹𝒄𝒐𝒏𝒅𝒖𝒄𝒕𝒐𝒓 =

𝑺 𝟐. 𝟑𝟖 = 𝟐 = 𝟐. 𝟑𝟖 Ω 𝑰𝟐 𝟏

Luego, se escoge el transformador de corriente ABB IMN 245 1600/1 y se hace la evaluación para su cumplimiento con los requerimientos apoyados en la IEEE. TRANSFORMADOR SELECCIONADO TC ABB 800/1 Datos Descripción

Dato

Corriente nominal primaria 𝑰𝒏𝒑

800 A

Corriente nominal secundaria 𝑰𝒏𝒔

1A

Factor límite de precisión (FLP)

20

Corriente límite de precisión ILP

20 A

𝑹𝒄𝒕

5.2 Ω

𝑽𝒔𝒂𝒕

700 V

𝑹𝒃𝒖𝒓𝒅𝒆𝒏

10 Ω

Comprobación del núcleo 𝑹𝑹𝒆𝒂𝒍 =

0.2+2.38 12

= 2.58Ω

𝑺𝑹𝒆𝒂𝒍 = 0.2 + 2.38 = 2.58𝑉𝐴 𝑃𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎(𝐵𝑢𝑟𝑑𝑒𝑛 𝑁𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙) > 𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 2.58 10

𝑥100% > 20%

25.8 > 20% Como el porcentaje de carga es mayor al 20% el TC estará trabajando dentro del rango de precisión.

Prueba de estado estable

Para la prueba de estado estable, el TC debe cumplir con la siguiente desigualdad: 𝐼 ∗ 𝑓𝑙𝑝(𝑅𝑐𝑡 + 𝑅𝑏𝑢𝑟𝑑𝑒𝑛) ≥ 𝐼𝑚á𝑥 (𝑅𝑒𝑎𝑙 + 𝑅𝑐𝑡) Se calcula la corriente máxima 𝐼𝑐𝑐

𝑰𝒎𝒂𝒙 = 𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛

41.82 𝑘𝐴 800 1

= 52.28𝐴

Luego, 20(5.2 + 10) ≥ 52.28(0.2 + 2.38 + 5.2) 304 ≥ 406.73

(2)

Dado que la desigualdad no se cumple, entonces se escoge un factor límite de precisión de 30, con el cual se tiene que: 30(5.2 + 10) ≥ 52.28(0.2 + 2.38 + 5.2) 456 ≥ 406.73

(2)

Como se cumple la desigualdad y la cargabilidad del transformador de corriente, entonces se garantiza un 5% de precisión en el transformador.

Prueba de estado estable flujo máximo permisible para una corriente de cortocircuito asimétrica: 𝑋

𝑽𝒔𝒂𝒕 ≥ 𝐼𝑚𝑎𝑥 × (𝑅𝑒𝑎𝑙 + 𝑅𝑐𝑡) × (1 + 𝑅 ) 700 ≥ 52.28 × (2.58 + 5.2) × (1 + 16.5) 700 ≥ 7117.92 (3) Como la desigualdad anterior no se cumple, entonces se calculará el tiempo de saturación utilizando la ecuación 𝑋

𝑅

𝑉𝑠𝑒𝑐 = 𝐼𝑓,𝑠 ∗ 𝑍𝑠 (− 𝑅𝑠 𝑒 − 𝐿 𝑡 − cos(𝑤 ∗ 𝑡) + 𝑠

Donde: 41.82 𝑘𝐴



𝐼𝑓,𝑠 =

 

𝑍𝑠 = 𝑅𝑒𝑎𝑙 + 𝑅𝑐𝑡 = 13.38 𝑋𝑠 3.3 𝐿 = 2𝜋60 = 2𝜋60 = 0.00875

 

800 1

𝑤 = 120𝜋 𝑅 = 22.85 𝐿

= 52.28 𝐴

𝑋𝑠 ) 𝑅𝑠

𝑽𝒔𝒆𝒄 = 𝟔𝟗𝟗. 𝟓𝟎 ∗ (−𝟏𝟎𝒆−𝟐𝟐.𝟖𝟓 ∗ 𝒕 − 𝐬𝐞𝐧(𝟏𝟐𝟎𝝅 ∗ 𝒕) + 𝟏𝟎)

Vexcitación vs tiempo 12000 11000 10000 9000

Vexcitación

8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

tiempo en ms

De la grafica anterior se puede observar que para una tension de 1000V el tiempo de saturacion del TC es de aproximadamente 4.2 ms siendo a mayor a 4ms que es lo que exige la norma, por lo tanto el TC cumple. Finalmente compraberemos si la relacion entre el voltaje de saturacion y el voltaje maximo en el secundario es mayor a 2 𝑉𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑉𝑠𝑒𝑐,𝑚𝑎𝑥.

>2

700 (5.2+2.58)∙(52.28)

>2

1.72 > 2 La relación anterior también cumple. Por lo tanto, el TC seleccionado cumple con todas las condiciones para operar correctamente en la subestación.

SELECCIÓN DEL TP Se analizará entonces la selección del transformador de potencial, para esto se debe tener en cuenta algunos factores.

Selección del tipo Los transformadores de tensión se pueden dividir en dos grupos, transformadores capacitivos e inductivos. Para este sistema se elige un trasformador de potencia capacitivo ya que los transformadores de tensión inductiva son más económicos hasta cierta tensión de aproximadamente 145 kV y los transformadores capacitivos por encima de 145 KV, y el nivel de tensión de este sistema es de 220KV. Una ventaja que tiene el transformador capacitivo es el de poder combinar o adaptarse con un equipo PLC, para la comunicación a través de la línea de transmisión.

Tipo de servicio La subestación es a la intemperie por lo tanto los PTs a utilizar se deben de seleccionar para una instalación exterior, el cual se debe evaluar un grado de protección adecuado para su buena operación. Tensión nominal primaria La tensión nominal del sistema a la cual está operando es de 220 Kv. Para el sistema sólidamente puesto a tierra su tensión nominal es de 127 Kv. De la norma IEEE C5713-2008 se elige la tensión nominal más próxima a esta. Los transformadores de tensión del grupo 3 son solo para conexión de línea a tierra y tienen dos devanados secundarios.

De la tabla anterior se puede observar el nivel básico de aislamiento (1050 KV), las sobretensiones del trasformador de potencia se calcularon para todos los equipos en los cálculos de la coordinación de aislamiento. La relación de transformación para el PT es 1200: 1

Tensión nominal secundaria Con los datos anteriores del voltaje nominal primario y la relación de trasformación se calcula el voltaje nominal secundario: 𝑉𝑠 =

220000 = 183.33 𝑉 1200 Carga estándar

Potencia en VA que suministra el transformador en el secundario con la tensión nominal, y de conformidad con los requerimientos de la clase de precisión. Si se tienen varios devanados, la potencia total es la suma de las potencias individuales de cada devanado. Las cargas estándar para los transformadores de tensión para fines de clasificación se muestran en la norma IEEE C5713 en la Tabla 15.

Clase de precisión La clase de precisión se selecciona de acuerdo al servicio que darán los aparatos conectados y a la precisión de los mismos. En el caso de transformadores con doble devanado, la clase de precisión se asigna a ambos devanados.

Para el sistema se considera un error bajito para la protección por lo que se elige una precisión de 3p.

Para el núcleo de medida se elige una precisión de 0.6 ya que estos tienen alimentación a wathorimetros para facturación en circuitos de distribución. Wathorimetros industriales. Factor de tensión El factor de tensión depende de la conexión del devanador primario y las condiciones de puesta a tierra del sistema. Es el factor que se aplica a la tensión primaria para determinar si el PT cumple con sus características técnicas límites por cierto tiempo garantizando la precisión especificada. Se considera un sistema sólidamente aterrizado a tierra por tal razón se seleccionan los valores de 1.2 para servicios continuos y 1.5 para transitorios (30s).