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DIMENSIONAMIENTO DE FUSIBLES

ESTUDIO DE COORDINACIÓN DE PROTECCIONES 1.1 Introducción La filosofía y criterios básicos considerados en el presente proyecto, se basan en los lineamientos generales precisados en los criterios de ajustes de los sistemas de protección, estudios de flujos de potencia y niveles de corrientes de cortocircuito. Para los cálculos de selectividad de los sistemas de protecciones de sobrecorriente (relés de sobrecorriente, reconectadores, y fusibles) se ha utilizado el software NEPLAN. Este programa, por la capacidad gráfica que posee, permite la coordinación de las protecciones antes indicadas. En consecuencia, en el presente informe todos los cálculos de selectividad de las protecciones de sobrecorriente se hacen utilizando la capacidad gráfica del software, y para poder demostrar la selectividad por sobrecorriente se realizaron los cálculos numéricos. 1.2 COORDINACIÓN DE LA PROTECCION Para la coordinación hace falta comprender “como armonizar todos los dispositivos de protección” y mas en concreto “velar por su selectividad”. La coordinación de la protección considerará los nuevos ajustes de los relevadores de sobre corriente de los grupos generadores, del transformador de la subestaciones. Para la coordinación de la protección se toma en cuenta los resultados del análisis de corto circuito. 1.2.1 CRITERIOS PARA LA COORDINACIÓN Los criterios para la coordinación de la protección nos ayudara a entender el proceso de ajustes o curvas características de los dispositivos de protección, de tal manera que se efectué en forma organizada y selectivamente, en un orden especifico y con el mínimo tiempo de operación, para minimizar la interrupción del servicio al cliente y para aislar adecuadamente la menor porción posible del sistema de potencia como consecuencia de la falla. 1.3 PROTECCIÓN DE ALIMENTADORES En las redes de distribución primaria se usan principalmente los siguientes equipos de protección:

3

1.0

a) FUSIBLES Estas protecciones son frecuentemente utilizadas en los sistemas de distribución por su menor costo de instalación. La selección de la capacidad y tipo del elemento fusible se hace en base a la carga que protege, la magnitud de la corriente de corto circuito que va a despejar y el tiempo de operación. Los fusibles deben cumplir con lo siguiente: 

Eliminar los cortocircuitos en los transformadores



El elemento fusible no debe dañarse con corrientes de energización, tomas de carga brusca, sobrecargas de corto tiempo.



Debe coordinar con los dispositivos ubicados aguas arriba (relevadores).



Proveer un grado de protección ante sobrecargas severas.

Para la selección de Fusibles se tomaran en cuenta los siguientes parámetros: 

El fusible se selecciona entre 1.2 a 1.5 veces la corriente nominal del transformador.



Debe soportar una corriente Inrush de 8 a 12 veces la corriente nominal en un tiempo de 0.1seg.

1.4 SECUENCIA PARA LOGRAR UNA ADECUADA COORDINACIÓN Para lograr una coordinación eficiente los pasos recomendables son: 

Datos eléctricos de la línea de transmisión.



Configurar el diagrama unifilar indicando el equipo principal y auxiliar.



Configurar el diagrama de impedancias y demás componentes.



Obtener el estudio de cortocircuito para determinar las corrientes de falla.



Calcular las corrientes de carga normal y de puesta en marcha bajo condiciones de operación en cada uno de los ramales del sistema.



Características de la protección.



Curvas corriente-tiempo.



Preparar gráficos de corriente-tiempo.

1.5 DIMENSIONAMIENTO DE FUSIBLES La secuencia es la siguiente: Determinar el tipo de fusible, en base a que este fusible conducirá continuamente el 100% de su corriente de régimen, pero funde al 150% de dicha corriente en 300 segundos. la curva característica de este fusible (tiempo total de fusión) debe quedar a la izquierda del punto que indica la máxima capacidad del transformador a efectos térmicos de corrientes de corto circuito (20 In) en 0.02 segundos (Norma IEC-76) y la

3



curva de tiempo inicial deberá quedar a la derecha de la corriente de inserción del transformador (12In) en 0.1 segundos (Norma ASA). Los datos obtenidos por esta secuencia son mostrados en la Cuadro N°1. Luego se procede a graficar los fusibles. Para la selección de los fusibles se utilizaran las siguientes ecuaciones y parámetros: • Corriente Nominal en Amp. (Trifásicos).

S 3 *V

Inom =

• Corriente Nominal en Amp. (Monofásico)

Inom =

S V

• Corriente de inserción en Amp.

Iins = 12 * Inom • Corriente de Corto circuito en Amp.

Icc = 20 * Inom • Capacidad del fusible

Capacidad del fusible = 1.5 * Inom Donde: :

Corriente nominal.

S

:

Potencia del transformador en KVA.

V

:

Tensión en KV.

Icc

:

Corriente de cortocircuito en red primaria.

Iins

:

Corriente de inserción en Amp.

3

In

1.5.1 RESUMEN DEL CÁLCULO PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE FUSIBLES Cuadro Nº 1 NIVEL DE TENSION 22.9 kV DESCRIPCION DE SEBESTACIONES

S

Tipo de

Inom

Iins (12 Inom)

Icc (20 In)

Capacidad fusible

(kVA)

Sistema

(A)

en 0.1 seg.

en 2 seg.

1.5 In

Calc.Anal.

Selección Fusible(NEPLAN) 3*I(0)

Fusible

RED PRIMARIA CHAMACA, (CO-04) S.E. CHAMACA-I

75

3Ø

1.89

22.69

37.82

2.84

3.00

398.45

8K

S.E. CHAMACA-II

50

3Ø

1.26

15.13

25.21

1.89

2.00

410.50

6K

S.E. CHAMACA-III

15

3Ø

0.38

4.54

7.56

0.57

1.00

450.61

2K

S.E. CHAMACA-IV

50

3Ø

1.26

15.13

25.21

1.89

2.00

410.50

3K

Nota: -

3*I(0): Corriente de cortocircuito considerando una resistencia de falla de 25 Ohm. calculados en el Software Neplan V. 5.5 Para lograr una protección y una coordinación adecuada se plantea utilizar los fusibles mencionados y del tipo K.

1.6 Coordinación entre fusibles protegidos y fusibles protectores Esta coordinación se realiza en las salidas radiales. Entre los fusibles de los ramales y las derivaciones del alimentador principal. Para lograr la selectividad se utilizan las curvas corriente-tiempo de interrupción total de cada fusible empleado, de tal forma que para una falla más cercana al lado de la carga debe operar el fusible protector antes que se presente algún daño en el fusible protegido, que debe operar únicamente como respaldo para la misma falla o para alguna otra que se presente entre los dos fusibles en serie (grafica N° 1). Por lo tanto, se sigue la siguiente secuencia: 

El gráfico del fusible protector estará a la izquierda del gráfico del fusible de la derivación o protegido.



Determinar las corrientes de cortocircuito de la rama eléctricamente más lejana en el alimentador y el punto de derivación.

Determinar el tipo de fusible de acuerdo a la corriente hallada (Cuadro Nº 2).

3

Cuadro Nº 2 Coordinación de fusibles empleados Tipo K FUSIBLE PROTECTOR 10K

FUSIBLE PROTEGIDO 12K

15K

20K

25K

30K

40K

50K

65K

80K

100K

140K

200K

350

510

650

840

1060

1340

1700

2200

2800

3900

5800

9200

210

440

650

840

1060

1340

1700

2200

2800

3900

5800

9200

300

540

840

1060

1340

1700

2200

2800

3900

5800

9200

320

710

1050

1340

1700

2200

2800

3900

5800

9200

430

870

1340

1700

2200

2800

3900

5800

9200

500

1100

1700

2200

2800

3900

5800

9200

660

1350

2200

2800

3900

5800

9200

850

1700

2800

3900

5800

9200

1100

2200

3900

5800

9200

1450

3500

5800

9200

2400

5800

9200

80K

4500

9200

100K

2000

9100

8K 10K

190

12K 15K 20K 25K 30K 40K 50K 65K

140K

Fuente: NorN

4000 Normas EEI-NEMA

Grafico Nº 1

3

6K

Curvas características para fusibles tipo K Fig. Curvas características de fusible tipo K

200K

140K

100K

6K 8K 10K 12K 15K 20K 30K 40K 50K 65K 80K

3K

2K

1K

1000

100

Tiempo (s)

10

1

0.1

0.8 ciclos – tiempo mínimo para coordinación segura 10000

1000

100

10

1

0.01

Corriente en amperios.

Fuente: catalogo de curvas de fusión total de fusibles tipo K El dimensionamiento de los fusibles para lograr una adecuada protección y coordinación se tomaron en cuenta las formulas antes mencionadas, también el cuadro N° 1 y N°2 y así también este grafico donde nos indican las curvas corriente-tiempo de fusibles tipo K.

3

CONCLUSIONES:  Se realizo el dimensionamiento de fusibles mediante el calculo analítico, considerando las recomendaciones de la normas IEC-76 y Norma ASA. Los cuales se muestran en el cuadro resumen N°1.  Las curvas de protección de máxima y mínima fusión de fusibles, se tomo como referencia de las librerías del software Neplan V.5.5 y se comparo con catálogos de fusibles.

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