Digsilent Protection Simulation

Seleccin y Regulacin de Protecciones enSistemas Elctricos de Distribucin y

Transmisin Mediante el Software DIgSILENTIng. Miguel Angel Ricciuto: Jefe de Protecciones EDEA *e-mail: [email protected]

* Empresa Distribuidora de Energa Atlntica

1- INTRODUCCIONEn el artculo nos proponemos plantear yenumerar los objetivos que debimos considerar enla seleccin de un software para Simulacin deSistemas Elctricos de Potencia. Luegorealizamos una descripcin bsica de lametodologa que emplea el software elegido en lamodelacion de transformadores de Corriente(T.I.), los transformadores de Tensin (T.V.),Rels de Proteccin a Mxima Corriente,Direccionales y Rels de Impedancia.Por ultimo mostramos dos ejemplos de uso paraDistribucin y para Transmisin donde puedenvisualizarse en forma prctica las propiedades delsoft.Palabras ClaveSoftware DIgSILENT para Sistemas Elctricos depotencia, Rels de proteccin, Simulacion,Modelado.

2- LA GESTION DE LOS SISTEMAS DEPROTECCION (Ref.Bibliog.1 y 2)La gestin de los Sistemas de Proteccininvolucra las siguientes tareas2.1 La Seleccin de los Sistemas a Aplicar Debetener en cuenta el carcter de sistema de lasprotecciones y considerar de una forma global alsistema de potencia.La forma de operacin de la red, los limites deestabilidad, las posibles expansiones futuras, lasperturbaciones que se pueden esperar, lascondiciones de operacin en estado deemergencia, etc., son algunos de los factores atener en cuenta.

2.2 La Seleccin de los DispositivosEs una tarea que debe tener en cuenta no solo lanecesidad de que cumplan las funcionesestablecidas para los sistemas seleccionados, sinotambin la calidad de los dispositivos y laexperiencia acumulada en las redes en los que yase encuentran instalados.

2.3 Los Estudios de RegulacinSe realizan para lograr un verdadero software delos Sistemas de Proteccion.Su resultado es laregulacin, ajuste o setting detallado de cada unode los rels de los sistemas seleccionados y debenser revisados cada vez que se produzcan cambiosen las condiciones base tenidas en cuenta, ocuando los anlisis de comportamiento indiquenla posibilidad de fallas u omisiones en esosestudios.

2.4 La Realizacin de la RegulacinEn su sentido fsico, incluye generalmenteensayos de campo luego de llevar a cabo el ajustede los reles. Es necesario disponer de mtodospara asegurar que la regulacin no pueda sermodificada si no es por el personal especializadoresponsable.

2.5 El MantenimientoInvolucra los ensayos peridicos recomendadospor los fabricantes de los dispositivos, lasacciones correctivas eventualmente necesarias y los ensayos especiales toda vez que se detecteun posible funcionamiento incorrecto.

2.6 El Anlisis de Comportamiento frente aperturbaciones RealesEs una parte fundamental del anlisis dePertubaciones.Se trata de una tarea global, esdecir que no debe ser llevada a cabo aisladamentepor cada uno de los responsables de la red, querequiere un fluido aporte de datos y ampliaexperiencia.De ese tipo de anlisis podr surgir lanecesidad de cambios de dispositivos, cambios deregulaciones, reconsideraron general de lossistemas de proteccin o cambios en la operacinde la red.Ningn anlisis es completo si no sealaexplcitamente si los Sistemas de Proteccinactuaron de acuerdo a lo previsto, si hubo fallasde funcionamiento o si se presentaron situacionesque no haban sido consideradas.

3- ELECCION DEL SOFTWAREHoy en da la mayora de los Programas deanlisis modernos pueden utilizarse concomputadoras personales por esta facilidad vimosla necesidad de contar con un Software deSimulacin de Sistemas Elctricos.Dado que en el mercado hay muchos y muybuenos programas para uso elctrico, debimosdeterminar cual de todos ellos de adaptaba mejora nuestras necesidades. Los archivos de la basede datos del sistema elctrico Nacional empleanel software PSS/E (Power System Simulator forEngineering) por lo tanto el software queutilizaramos debera contar con la posibilidad deimportar dichos archivos y vincularnos al SADI(Sistema Argentino de Interconexin).Debido a la variedad de dispositivos deproteccin existentes debemos realizar trabajos decoordinacin en:

Baja Tensin:Interruptores Termomagneticos, Fusibles,Media Tensin:Rels de mxima corriente, Rels Direccionales,Reconectadores, Seccionalizadores, Fusibles.Alta Tensin:Rels de Impedancia, Rels de Frecuencia, Relsde Tensin,

Por lo tanto el soft debe tener la aptitud de contaren su librera con todos los dispositivos de

proteccin de esos niveles de Tensin oeventualmente permitir su modelacion.La Red Elctrica de EDEA esta conformada porTransformadores de dos y tres arrollamientos,distintos tipos de lneas y cables de 13.2, 33 y132Kv, estos elementos deben ser fcilmentemodelables para digitalizar la red en todos susniveles.En el Area de concesin existen mltiplesvnculos en distintas zonas de la Pcia. de BuenosAires con la Empresa TRANSBA, con la cualdebemos verificar la coordinacin de lasprotecciones entre Empresas,Luego de todos los estudios realizados y usoprctico en la red, llegamos a la conclusin que elsoftware que mejor se adapta a nuestrasnecesidades es el Software de origen AlemnDIgSILENT (Digital SimuLator for ElectricalNeTwork) este soft desde la versin 7 fue elprimer software a nivel mundial de Simulacin deSistemas Elctricos de Potencia con una interfacegrfica.El software DigSilent es una herramienta deIngeniera asistida por computador, diseadacomo un paquete interactivo, integrado yavanzado, que se emplea para el anlisis desistemas elctricos de Potencia.El Programa permite trabajar de manera integradacon una interfase grfica que posee funciones dedibujo de diagramas unifilares. Cada elemento enel unifilar se enlaza directamente con la base dedatos que almacena toda la informacin de cadaelemento, permitiendo con esto la edicin deparmetros desde el unifilar y vistas multicapas.

4- DECRIPCION BASICA DEL MODULODE PROTECCIONES DEL SOFTWAREDIgSILENT POWER FACTORYLos modelos de proteccin del software han sidoimplementados con la siguiente filosofa:

* El modelo deber ser lo mas real que seaposible.* El usuario puede crear protecciones complejas oalterar las existentes.* Todos los modelos de las protecciones actuaransobre los interruptores.* Un fusible es modelado como un rel desobrecorriente actuando sobre un interruptor.

* Los dispositivos de proteccin son almacenadosen el objeto sobre el cual van a actuar.

Definir los ajustes adecuados de los rels deproteccin resulta esencial para la correctaoperacin del Sistema Elctrico de Potencia tantoen rgimen normal como en condicionesde falla. La caracterstica de operacin esperadadel rel de proteccin puede ser influenciada porotros fenmenos tales como la saturacin de lostransformadores de corriente.Las simulaciones por computadora son tilespara analizar el comportamiento del rel deproteccin y su coordinacin con otros elementosde proteccin, as como tambin determinar lasoperaciones incorrectas de los mismos.Debido ala gran variedad de rels de proteccin dediferentes fabricantes y tecnologas, el mtodo demodelacion debe ser flexible. Esta tarea debe servalida tanto para los antiguos relselectromecnicos y rels de estado slido, ascomo tambin los modernos rels digitales. Unaforma de obtener tal objetivo es identificarbloques bsicos que son comunes a la mayora delos rels de proteccin y utilizando unacombinacin de esos bloques bsicos obtenermodelos de rels con operaciones ms complejas.La simulacin de la operacin del rel deproteccin debe realizarse con diferentes nivelesde presicion. Para una verificacin general de losajustes de la proteccin una simulacin decortocircuitos en rgimen permanente porejemplo con la norma IEC 60909 es suficiente,aunque en el caso de rels de impedancia debeusarse el mtodo completo flujo de carga ycortocircuito para verificar el efecto que sobreestos rels tiene el flujo importador y exportadorde la carga.Para estudios de caso especiales debe emplearsela tcnica de simulacin con transitoriosespecialmente s la saturacin del

transformador de corriente y la respuestatransitoria del transformador de tensin necesitaser considerada correctamente.Para simular la performance dinmica del rel,como por ejemplo la actuacin del rel de perdidade sincronismo o bloqueo por oscilacin depotencia, el anlisis de estabilidad transitoria es laforma ms eficiente de realizarla.Los tres tipos de simulaciones disponibles son:

Rgimen Permanente:

Cortocircuito y flujo de carga

Transitorios Electromecnicos:

Modelos de rgimen permanente para elementosde medicin y modelos dinmicos para rels deproteccin.

Transitorios Electromagnticos:

Modelo dinmico completo del rel de proteccin

5- METODOLOGIA (Ref.Bibliog. 3)

Definir nuevos modelos de rels a partir de ceroes una tarea difcil que requiere de muchassimulaciones y conocimientos de modelado,adems de un conocimiento profundo del rel aser modelado.Por lo tanto la estructura de datos esdiseada de acuerdo a dos tipos de usuarios.

5.1 Usuario ComnEs quien ensaya y ajusta rels en un modelo dered utilizando tipos de rels existentes en labiblioteca.

5.2 Usuario AvanzadoEs quien se beneficia de las posibilidades de losmodelos completos que provee el software.

Esta distincin entre usuarios que utilizan solotipos rels existentes y los que emplean modeloscompletos de rels se refleja en la estructura dedatos orientada a objetos mostrada en la Fig. 1. Elmodelo de un rel completo esta compuesto detres niveles, la estructura del rel, el tipo de rel ylos elementos del rel.

5.3 La estructura del rel(relay frame)Especifica generalmente la funcionalidad delequipamientoempleando diagramas en bloque. Se puedendefinir bloques para temporizadores, mediciones,funciones lgicas etc.en ellos se definen tambinla cantidad de bloques que constituyen el rel ycomo los mismos interactuan.La estructura delrel sin embargo no posee inteligencia ya que allno se especifican los detalles del algoritmo. Cadabloque es definido por el nmero de seales deentrada y salida. Las lneas de vinculacin indicancomo esos bloques se encuentran conectados.

5.4 El tipo de relDefine los contenidos de cada bloque de laestructura.En este nivel la funcin matemtica, o tipo de

caracterstica, es especificada, por ejemplo el tipode filtro usado para procesar las seales deentrada, o el tipo de caracterstica de operacin. Dado que muchos rels soportan ms de un tipode caractersticas se definen un juego decaractersticas o funciones que pueden sersoportadas.

Tambin en el tipo de rel se especifican losrangos de ajuste de distintos rels, incluyendo silos parmetros de ajuste se realizaran en formacontinua o en etapas discretas.El tipo de rel define tambin la biblioteca deinformaciones para un fabricante determinado, elcual todava no tiene aplicado ningn ajuste. Lainformacin completa descripta en la hoja dedatos y en el manual del rel se inserta en el tipode rel. Una ventaja de este concepto separado esla posibilidad de reusar la estructura del rel params de un tipo de rel.

5.5 El elemento del relSe refiere a la aplicacin especifica del rel en unsistema elctrico de potencia el cual provee laestructura completa del mismo incluyendo losrangos de ajustes para todos los parmetros.

Los ajustes del rel como por ejemplo rangos deregulacin, valores de arranque, forman parte delos ajustes delelemento del rel, teniendo en cuenta laslimitaciones en el rango definidas en el tipo derel. Los modelos de los transformadores decorriente y tensin conforman el vinculo entreelemento del rel y el sistema elctrico.Como salida del rel se encuentra la seal dedisparo que se enva directamente al interruptordel sistema elctrico modelado.Para simular proteccin de barras o cualquieresquema de teleproteccion el elemento del rel sepuede enviar la seal de disparo a ms de uninterruptor.

6- MODELOS DE TRANSFORMADORESDE CORRIENTE

Se dispone de T.I. ideales as como tambindetallados, para una verificacin general elmodelo ideal mostrado en la Fig.2 es suficiente,el cual consiste de una fuente ideal de corrientecontrolada. Los nicos parmetros que se debeningresar son la corriente nominal primaria y lacorriente nominal secundaria.Si es necesario un anlisis detallado de laperformance de un T.I., particularmenterelacionado a la saturacin, debe utilizarse elmodelo detallado del mismo, Fig. 3. Losparmetros del modelo equivalente que se debeningresar son la resistencia de bobinado, laimpedancia de la prestacin y la inductancia demagnetizacin no lineal.La funcin de saturacin no lineal puede serdescripta tanto por una funcin de tramos linealescomo por una funcin de aproximacinpolinomial para ello son necesarios losparmetros de clase de exactitud por norma ANSIo IEC.Para una simulacin en rgimen permanente lainfluencia de la saturacin del T.I. en la corrientesecundaria medida puede ser solamenteestimada.La relacin entre la tensin deexcitacin y la tensin de saturacin da una buenaindicacin si el T.I. esta operando en su reginlineal y cual es el margen de reserva disponible.Para simular la influencia real de la saturacinsobre el tiempo total de actuacin del rel deproteccin es necesario emplear el modelo

dinmico del T.I. con una simulacinelectromagntica (EMT) en la red elctrica.

Figura 3: Transformador de corriente detallado

7- MODELOS DE TRANSFORMADORESDE TENSION

Aqu tambin contamos con un modelo ideal ycon otro detallado Figs. 4 y 5.El modelo idealconsiste de una fuente de tensin controlada,donde solo es necesario definir las tensionesnominales primarias y secundarias. Los efectostransitorios de los T.V. pueden ser modeladoscon elementos R, L, C en el modelo detallado.Los principales efectos transitorios de los T.V.acoplados tanto inductiva como capacitivamentepueden ser modelados con suficiente exactitud.

Figura 4: Transformador Ideal de Tensin

Figura 5: Transformador de Tensin Detallado

8-PROTECCION DE SOBRECORRIENTE

El diagrama en bloques tpico de un rel desobrecorriente genrico se muestra en la Fig. 6,consiste de los siguiente bloques:

*T.I. (definido anteriormente)*Unidad de Medicin*Unidad de sobrecorriente Temporizaba (TOC)*Unidad de sobrecorriente Instantnea (IOC)*Unidad Lgica

8.1 Unidad de MedicinLas tres corrientes de fase secundariasprovenientes de los transformadores de corriente(StaCt) son las partes reales e imaginarias de lascorrientes de fase (IrA, IrB, IrC) (IiA, IiB, IiC) ylas partes reales e imaginarias de la corriente desecuencia cero (I0x3r, I0x3i). Estas ingresan a launidad de medicin y su salida es Imax. (RelayFrame Fig.1).Adicionalmente puede definirse una entrada decorriente de neutro asociada a un T.I. de neutrotoroidal. La unidad de medicin filtra y rectificaesas seales.El filtrado es solamente considerado en el modelodinmico, nivel de transitorios electromagnticos(EMT), los otros niveles de modelos asumenseales senoidales perfectas.El filtro standard es un filtro pasa banda desegundo orden que elimina tanto transitorios dealta frecuencia como componentes de corrientecontinua.Opcionalmente, si la performance de actuacindel filtro necesita ser modelada en detalle esposible seleccionar algoritmos de filtros digitales.Para la rectificacin de las seales puede elegirseentre la generacin de tres seales de

corriente independientes o solo una salida decorriente como resultado de una rectificacintrifasica, como seria el caso de rels digitales queejecutan una rectificacin

8.2 Sobrecorriente Instantnea (IOC)La unidad IOC consiste de un rel desobrecorriente de actuacin instantnea aunquepuede contar con una temporizacion adicional. Elelemento genera una seal de disparo si lacorriente supera el valor ajustado o eventualmentesi en la condicin anterior se mantiene excitadopor un tiempo mayor a la temporizaron ajustada.

8.3 Sobrecorriente Temporizado (TOC)Para la unidad TOC debe definirse lacaracterstica de operacin tiempo-corriente.Todas las caractersticas indicadas en las normasIEC o ANSI/IEEE estn predefinidasen la librera del soft. Adicionalmente, cualquierotra caracterstica puede ser definida empleandodeterminadas formulas de calculo. Tambin lacorriente de arranque y el ajuste del dial detiempo tienen que ser definidos, ambos valores sedeben encontrar dentro del rango de actuacindefinido en el tipo de rel.Para la simulacin en rgimen permanente, lasalida de la unidad TOC es el tiempo de disparo,el cual es dependiente de la magnitud de lacorriente. Para simulaciones electromecnicas yelectromagnticas el comportamiento dinmicode la unidad TOC es representada utilizando unintegrador. En el ejemplo mostrado la unidadTOC puede ser bloqueada por una seal deentrada externa (iblock).

8.4 Unidad LgicaLa seal de salida (yout) es el resultado de unacombinacin lgica de las seales de salida dediferentes etapas. En los rels digitales modernosla lgica de salida es programable.Esta unidad de programacin lgica tambinforma parte de las herramientas de modelado.

9- PROTECCION DE SOBRECORRIENTEDIRECCIONAL

Para modelar unidades Direccionales es posibleelegir entre las tcnicas de comparacin de fase ola medicin de potencia.

El mtodo de Polarizacin empleado esespecificado como parte del tipo de rel. Losmtodos disponibles son:

*Tensin de Falla (autopolarizado)*Tensin de las fases sanas(polarizacin cruzada)*Corriente*Tensin de Secuencia Negativa (V2)*Tensin de Secuencia Positiva (V1)*Polarizacin dual

10- PROTECCION DE DISTANCIA

Se encuentran disponibles entre otras lascaractersticas Mho y Poligonal, diferentesalgoritmos son usados para obtener determinadascaractersticas de operacin por impedancia.Para crear un dispositivo de proteccin deimpedancia simplemente con un click derecho delmouse sobre el smbolo del interruptor en eldiagrama unifilar en el cual va a actuar eldispositivo de proteccin, por lo tanto laubicacin del rel va a ser por defecto en el

terminal o barra donde esta ubicado el interruptor.Para seleccionar un tipo de rel se puede accedera los que estn en la biblioteca general delprograma, los tipos de rels que se especificanpresentan las caractersticas de diseo de cadafabricante e incluso se puede encontrar rels concaractersticas genricas.Especificando que tipo de rel se va a utilizar sedeben definir de la misma manera los dispositivosde medicin T.I.-T.V., los cuales proporcionaranla informacin de tensin y corrientes a sermedidas por el rel.Los datos a ser ingresados son:

*Tipo de rel*T.I.*T.V.*Medicin(Measurement)En esta ventana se detalla la corriente nominal ytensin nominal de operacin del rel.Se define tambin el tipo de variables elctricas aser medidas, es decir variables trifasicas,monofasicas, y valores RMS de tensiones ycorrientes.

*Polarizacin(Polarizing)Los mtodos de polarizacin que permite definirel programa son:

Mtodo en Cuadratura: La Tensin entre fases esusada como tensin de polarizacin, la unidaddireccional compara el ngulo entre:Ia con Vbc, Ib con Vca, Ic con Vab.La utilizacin de este mtodo de polarizacinhace que la tensin de Linea que se toma comoreferencia se desplace 90Mtodo Cruzado: La tensin entre fases es usadacomo tensin de polarizacin, en este caso, launidad direccional compara el ngulo entre:Ia con Vac, Ib con Vba, Ic con Vcb.La tensin de Linea tomada como referencia sedesplaza 30Mtodo Propio: Con este mtodo la unidaddireccional compara el ngulo entre la corrientede lnea y la tensin Fase-Neutro que es tomadacomo referencia, as tenemos en comparacin Iacon Va, Ib con Vb, Ic con Vc.Mtodo de Secuencia Positiva: La unidaddireccional compara el ngulo entre Ia con V1, Ibcon a2V1, Ic con aV1, donde a es igual a1/120

Si la unidad de proteccin esta polarizada comouna unidad Fase-Tierra, es necesario ingresar elcoeficiente K0 (coeficiente de impedancia detierra) en magnitud y ngulo, este sirve para elcalculo de la impedancia aparente vista por el reldurante fallas a tierra.Este coeficiente tambinpuede ingresarse con otro formato por ejemploRe/Rl y Xe/Xl.Tambin existen otros ajustes como lastemporizaciones de zona, el ngulo caractersticodel rel, valores de arranque si los tiene, ajustesde zonas, etc.

La Fig.7 muestra la caracterstica de operacin enel plano R-X de un rel de impedancia de digitalSiemens 7SA611.

11- CARACTERISTICAS GENERALES

Con las simulaciones dinmicas tambin esposible generar un registro de eventos de lasactuaciones de los rels de proteccin y losinterruptores.Con la eleccin de la funcin de TransitoriosElectromagnticos (EMT) es posible tambinverificar la actuacin de descargadores desobretension y obtener registros en formatoCOMTRADE los cuales permiten verificar laoperacin real del equipo de protecciningresando dichos datos a un equipo de ensayotipo Omicron.Es posible adems, comparar oscilos reales conlos calculados, obtener diagramas unifilares enCAD de background para modelar lneas ycargas, generar libreras para toda la red conopcin a usarla como base de datos, realizardistintos estudios de caso para evitarsuperposicin de diagramas de coordinacin,armado de grillas de los unifilares segn latensin de la red y la vinculacin con el SADI.

12- EJEMPLO DE USO EN REDESDE DISTRIBUCION

En el esquema unifilar de la Fig.8 se muestra a uncliente alimentado en Media Tensin, en A seencuentran los transformadores de intensidadel rel digital y el interruptor de acometida a laFabrica, en la Fabrica el cliente tiene instalado untransformador de Distribucin de 1 MVA y unfusible tipo HH .ubicado en B.En la Fig.9 se muestran las regulaciones de losdispositivos de proteccin as como tambin lacurva de deterioro del Transformador de 1 MVAsegn IEEE Std C57.109, el fusible HH elegidoes de 80A y esta ubicado a la derecha de la curvade inrush con un margen del 20%.Elrel digital indicado en color rojo en lnea derayas es alimentado por T.I.s de relacin 100/5

30,027,525,022,520,017,515,012,510,07,505,002,50-2,50-5,00-7,50-10,0-12,5-15,0-17,5-20,0-22,5-25,0-27,5-30,0 [pri.Ohm]

22,5

20,0

17,5

15,0

12,5

10,0

7,50

5,00

2,50

-2,50

-5,00

-7,50

-10,0

-12,5

-15,0

-17,5

-20,0

[pri.Ohm]

Cubicle lne(1)\Rele MDP-Jara-Nuevo

EDEA-SA Figura 7 MDP-Jara-Rele Z Nuevo

Date: 12-05-2010 Annex:

DIg

SILE

NT

EDEA-SA PROTECCIONES PowerFactory 14.0.516

ESQUEMA UNIFILAR Figura 8

Project: Relays Graphic: Alim. Modernos- Date: 12-05-2010 Annex:

Subestacion Alimentos Modernos

B

A

Barras 0.4KvIkss 27,348 kA

Skss 18,947 MVAI 27,348 kAip 57,337 kAidc 0,015 kA

Ikss 0,000 kASkss 0,000 MVA

Alim.ModernosIkss 0,000 kASkss 0,000 ..

TerminalIkss 0..Skss 0.. Li

ne

a Ce

ro-2

Lin

ea

Ce

ro-2

Tra

fo 1

MVA

A.

.M

ode

rno

s

Skss 18,947 MVAIkss 0,793 kA

I 0,793 kAikss 18,947 p.u.

0

Tra

fo 1

MVA

A.

.M

ode

rno

s


I 27,348 kAikss 18,947 p.u.

0

Lin

ea

Ce

ro-1 Skss 18,947 MVA

Ikss 0,793 kAI 0,793 kA

ikss 0,793 p.u.

Lin

ea

Ce

ro-1

Skss 1..Ikss 0..I 0,79..ikss 0..

Carga Alim Modernos


TR-ED

EA Al

im.M

ode

rno

s


0

TR-ED

EA Al

im.M

ode

rno

s


0

Figura 7: Caracterstica de operacin en el plano R-X de rel de impedancia Digital Siemens 7SA611

Figura 8: Esquema Unifilar Cliente en Media Tensin.

y esta regulado en 100A curva IEC Very InverseTime Dial: 0.275La Fig.10 muestra la coordinacin de lasprotecciones para un cortocircuito Trifasico enbarras de 380Volts indicando para el valor de fallaen lnea vertical el intervalo selectivo entre elfusible HH el rel de acometida y el rel de laEstacin de Alimentacin.La Fig.11 muestra la coordinacin para el caso deuna falla a tierra en barras de 380 VoltsDe la misma manera es posible generar distintostipos de fallas en cualquier lugar indicado en elesquema unifilar de la Fig.8y verificar la coordinacin de las protecciones.

13- EJEMPLO DE USO EN REDESDE TRANSMISION

El esquema unifilar de la Fig. 12 muestra parte dela red de 132 Kv. de EDEA donde se ha incluidola Estacin Transformadora Sur actualmente enetapa de construccin, la misma se encuentravinculada con la Estacin Mar del Plata y laEstacin 9 de JulioHemos ubicado las Protecciones de Impedanciadigitales Siemens modelo 7SA611que se van ainstalar en los puntos indicados A, B, C y D ascomo tambin los respectivos transformadores deIntensidad y de TensinLa caracterstica de operacin del rel deimpedancia 7SA611 se muestra en el plano R-Xde la Fig.13.Se han establecido los ajustes previos yverificados los mismos simulando fallas endistintos puntos de la red, tal como lo indicado enla Fig. 14 para una falla trifasica a 80% de laLinea E.T.Mar Del Plata - E.T.Sur.El software posee una funcin importante paraeste caso que es el Short-Circuit Sweep obarrido de cortocircuito, este permite simulardistintos tipos de fallas con una distancia entreellos definida por el usuario, habiendo definidopreviamente una trayectoria o path, la misma seindica con otro color y permite visualizar en elunifilar indicado en la Fig. 12 que zonas y querels son considerados en el barrido.

El desarrollo del barrido de cortocircuito semuestra en la Fig.15, all se puede ver undiagrama tiempo-distancia, aunque puede elegirsetiempo en funcin la impedancia, reactancia,conductancia etc. Se indican dos esquemas unocon los rels en la direccin forward (haciadelante) y otro con los rels en la direccinreverse (hacia atrs).

Cualquier modificacin de ajustes de cada una delas zonas de los rels de impedancia se puedehacer directamente desde el grfico

Los rels indicados van a ser vinculadosdirectamente por fibra ptica monomodo, a travsde la zona de sobrealcance Z1b utilizando elesquema POTT (Permissive Overreach TranferTripping) estas zonas en sobrealcance puedenvisualizarse en el barrido de cortocircuitomostrado en la Fig.16 para los rels deimpedancia ubicados en la E.T.Mar del Plata y enla E.T.Sur.

Figura 9: Regulacin de Protecciones de EDEA y Cliente en Media Tensin

1 100 10000 1000000[pri.A]0,01

0,1

1

10

100

1000

[s]

13,80 kV Cub_3\Rele Alim.Modernos Cubicle_S0.1.0\Rele Acoplm.Barras ET MDPCub_0.18(1)\Rele Sal 6 Cub_0.11\Rele TR3 Lado 13.2Kv E.T.MDPCub_0.1\Fusible HH 80A Curva Deterioro Trafo 1MVA

Cold LoadCold Load

InrushInrush

EDEA-SA Figura 9 Alimentos ModernosFase-HH

Date: 12-05-2010 Annex:

DIg

SILE

NT

Figura 10: Coordinacin de Protecciones, falla trifsica en Baja Tensin.

1 100 10000 1000000[pri.A]0,01

0,1

1

10

100

1000

[s]


I =790,025 pri.AI =791,960 pri.A

1.200 s

I =86

6,87

3 pr

i.A

I =79

2,68

5 pr

i.A

0.093 s

0.536 s

0.443

0.664


Date: 12-05-2010 Annex:

DIg

SILE

NT

Figura 11: Coordinacin Protecciones, falla a tierra en Baja Tensin.

1 100 10000 1000000[pri.A]0,01

0,1

1

10

100

1000

[s]


I =508,889 pri.AI =510,390 pri.A

1.953 s

I =79

1,84

7 pr

i.A

I =51

0,95

7 pr

i.A

0.504 s

0.903 s 0.400

1.050


Date: 12-05-2010 Annex:

DIg

SILE

NT

Figura 12: Esquema Unifilar 132 Kv. E.T. Mar del Plata-E.T.Sur-E.T.9 de Julio.

EDEA-SA PROTECCIONES PowerFactory 14.0.516

Unifilar 132 Kv

Figura 12

Project: E.T.Sur Graphic: Grid 132kV Date: 12-05-2010 Annex:

DC

A B

SingleBusbar/9/7de Julio 13.8 Kv

4,93

60,

358

-15

,83

2

UW-4

85,81

80,

650

-8,

717

E.T.9 de Julio

47,33

40,

359

-15

,54

0

UW-1/E.T.Sur

4,79

50,

036

-4,

322

UW-2/E.T.Mar del Plata - 2

25,78

5

UW-2/E.T.Mar del Plata-1

25,78

50,

195

-8,

944

TR4-44

Skss

2.

.

Ikss

0.

.

ip 0,

0..

ma

xIth

..

Skss

2.

.

Ikss

0.

.

ip 0,

0..

ma

xIth

..

Skss 0..Ikss 0..ip 0,0..

maxIth..

TR3-44

Skss

2.

.

Ikss

0.

.

ip 0,

0..

ma

xIth

..

Skss

2.

.

Ikss

0.

.

ip 0,

0..

ma

xIth

..


maxIth..

Carg

a 13

9

de Ju

lio

Skss

5.

.

Ikss

0.

.

ip 0,

0..

ma

xIth

..

Line


maxIth..

Skss

6.

.

Ikss

2.

.

ip 0,

0..

ma

xIth

..

Infe

ed-2-

500k

V

Skss

5.

.

Ikss

0.

.

ip 0,

0..

ma

xIth

..

Infeed-1-500kV

L-UW

2

Skss

7.

.

Ikss

0.

.

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0..

ma

xIth

..

Carg

a-13

-Su

r

Skss

2.

.

Ikss

0.

.

ip 0,

0..

ma

xIth

..

TR2-44

Skss

1.

.

Ikss

0.

.

ip 0,

0..

ma

xIth

..

Skss

1.

.

Ikss

0.

.

ip 0,

0..

ma

xIth

..


maxIth..

L-3-1

Skss

5.

.

Ikss

2.

.

ip 0,

0..

ma

xIth

..

Skss

5.

.

Ikss

2.

.

ip 0,

0..

ma

xIth

..

L-2-1

Skss

4.

.

Ikss

2.

.

ip 0,

0..

ma

xIth

..

Skss

4.

.

Ikss

2.

.

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0..

ma

xIth

..

L-UW

3

Skss

1.

.

Ikss

0.

.

ip 0,

0..

ma

xIth

..

TR1-44

Skss

1.

.

Ikss

0.

.

ip 0,

0..

ma

xIth

..

Skss

1.

.

Ikss

0.

.

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ma

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..


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L-1-1

Skss

6.

.

Ikss

2.

.

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ma

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..

Skss

4.

.

Ikss

2.

.

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ma

xIth

..


fshcloc 80,00 %cshcloc 12,00 km

T-2

Skss

5.

.

Ikss

0.

.

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0..

ma

xIth

..

Skss

5.

.

Ikss

2.

.

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0..

ma

xIth

..

T-1


maxIth..


maxIth..

Skss

7.

.

Ikss

0.

.

ip 0,

0..

ma

xIth

..

DIg

SILE

NT

Figura 13: Caracterstica de Operacin Plano R-X Rels Siemens 7SA611

36,033,030,027,024,021,018,015,012,09,006,003,00-3,00-6,00-9,00-12,0-15,0-18,0-21,0-24,0-27,0-30,0-33,0-36,0 [pri.Ohm]

33,0

30,0

27,0

24,0

21,0

18,0

15,0

12,0

9,00

6,00

3,00

-3,00

-6,00

-9,00

-12,0

-15,0

-18,0

[pri.Ohm]

Cub_0.3\7SA 611-E.T.MDPlata

EDEA-SA Figura 13 7SA611 E.T.MDP-ET Sur

Date: 12-05-2010 Annex:

DIg

SILE

NT

Figura 14: Operacin Rel Siemens 7SA611 para falla trifsica al 80% Lnea E.T.Mar del Plata- E.T.Sur

36,033,030,027,024,021,018,015,012,09,006,003,00-3,00-6,00-9,00-12,0-15,0-18,0-21,0-24,0-27,0-30,0-33,0-36,0 [pri.Ohm]

33,0

30,0

27,0

24,0

21,0

18,0

15,0

12,0

9,00

6,00

3,00

-3,00

-6,00

-9,00

-12,0

-15,0

-18,0

[pri.Ohm]

Cub_0.3\7SA 611-E.T.MDPlata

7SA 611-E.T.MDPlataZl A 5,127 pri.Ohm 69,44Zl B 5,127 pri.Ohm 69,44Zl C 5,127 pri.Ohm 69,44Z A 5,127 pri.Ohm 69,44Z B 5,127 pri.Ohm 69,44Z C 5,127 pri.Ohm 69,44Zl A 5,127 pri.Ohm 69,44Zl B 5,127 pri.Ohm 69,44Zl C 5,127 pri.Ohm 69,44Z A 5,127 pri.Ohm 69,44Z B 5,127 pri.Ohm 69,44Z C 5,127 pri.Ohm 69,44Fault Type: ABC (Starting)Tripping Time: 0,02 sZone 1 Z1: 0,02 sZone 2 Z2: 0,41 sZone 3 Z3: 0,81 sZone 4 Z4: 1,22 sZone 5 Z5: 1,61 s

EDEA-SA Figura 14 7SA611 E.T.MDP-ET Sur

Date: 12-05-2010 Annex:

DIg

SILE

NT

Figura 15: Short-Circuit Sweep Rels de Impedancia E.T.Mar del Plata y E.T.Sur

110,0088,00066,00044,00022,0000,0000 [km]

2,50

2,00

1,50

1,00

0,50

0,00

[-]

Ext1T-In-1

E.T.Mar del .. E.T.Sur E.T.9 de Julio UW-4

85,000 63,000 41,000 19,000 -3,0000 -25,000[km]

2,50

2,00

1,50

1,00

0,50

0,00

[-]

UW-4E.T.9 de JulioE.T.SurE.T.Mar del ..T-In-1Ext1

x-Axis: Length Cub_0.3\7SA 611-E.T.MDPlata Cub_0.0\Rele 7SA611 E.T.Sur Cub_3\7SA611 9de Julio-SurCub_0.3\7SA611 Sur-9 de Julio

EDEA-SA Figura 15 TD-Path 2 7SA611

Date: 12-05-2010 Annex: Relays Z

DIg

SILE

NT

Figura 16: Short-Circuit Sweep Rels de Impedancia E.T.Mar del Plata y E.T.Sur con zona Z1b en Sobrealcance.

110,0088,00066,00044,00022,0000,0000 [km]

2,50

2,00

1,50

1,00

0,50

0,00

[-]

Ext1T-In-1

E.T.Mar del .. E.T.Sur E.T.9 de Julio UW-4

85,000 63,000 41,000 19,000 -3,0000 -25,000[km]

2,50

2,00

1,50

1,00

0,50

0,00

[-]

UW-4E.T.9 de JulioE.T.SurE.T.Mar del ..T-In-1Ext1

x-Axis: Length Cub_0.3\7SA 611-E.T.MDPlata Cub_0.0\Rele 7SA611 E.T.Sur

EDEA-SA Figura 16 TD-Path 2 7SA611

Date: 12-05-2010 Annex: Relays Z

DIg

SILE

NT

14- CONCLUSIONES

El empleo de un Software para Simulacin deSistemas Elctricos de Potencia, permite alingeniero de Protecciones contar con unaherramienta valiosa para el diseo ycoordinacin de Protecciones, permitindole alespecialista realizar numerosos clculos deajustes y verificacin de dispositivos deproteccin en cualquier configuracin de la redcon mayor exactitud y en muy poco tiempo,comparado con los tiempos que resultabannecesarios anteriormente,Simultneamente se genera una importante basede datos elctricos con soporte digital que seencuentra disponible en todo momento.

El procesamiento analgico de la informacin(Ref.Bibliog.1 y 2) que provee el sistema depotencia es bastante limitado, de modo que alingeniero de protecciones antiguo le bastabaconocer solamente algunos aspectos esencialesdel comportamiento de la red. El procesamientonumrico tiene muchas mas posibilidades ypara sacar ventaja de esas posibilidades, es

necesario conocer en profundidad elcomportamiento del sistema de potencia, tantoen funcionamiento normal como en condicionesperturbadasLa diferencia fundamental entre la tecnologaanalgica y la tecnologa digital, es que elingeniero de protecciones deja de realizar unaingeniera que es una combinacin balanceadade ingeniera de aparatos con ingeniera desistemas de potencia. En efecto cuando se tratade aparatos basados en microprocesadores, esmuy poco lo que se puede intervenir paracorregir problemas de hardware y es mucho loque se puede estudiar del sistema de potenciapara sacar el mximo provecho de las casiilimitadas posibilidades que otorga elprocesamiento numrico.

Por ello y por las exigencias de las redeselctricas operando muy cerca de sus lmites,los ingenieros de sistemas de proteccin debentener una muy buena herramienta de anlisis desistemas elctricos de potencia.

BIBLIOGRAFIA

1- Sistemas de Proteccin En Grandes RedesElectricas de Potencia Vol.1

Ing. M.V.Gonzalez Sabato CIGRE-Argentina-2009

2- Sistemas de Proteccin En Grandes RedesElctricas de Potencia Vol.2

Ing. M.V.Gonzalez Sabato CIGRE-Argentina-2009

3- Simulating The Steady State and Transient Response of Protective relays M.Poller, B.Maier DIgSILENT Germany 2001

4- Simulacin de Sistemas Elctricos Zamora, Sainz, Fernndez y otros Pearson-Prentice-Hall Espaa 2005

5- Power System Analysis-Load Flow -Short Circuit and Harmonics Marcel Dekker USA 2002

6- Short Circuits In Power Systems APractical Guide to IEC 60909

Ismail Kasikci Wiley Germany 2002

7- IEEE Recommended Practice forCalculating Short-Circuit Currents inIndustrial and Commercial Power Systems

IEEE-STD 551- USA 2006.

8- Modeling Relays for Power SystemProtection Studies Sandro A.PerezCanada 2006.

9- Computer Relaying For Power SystemsA.G.Phadke J.S.Thorp -WileyEngland 2009

10- Power System Modelling and FaultAnalysis. Nasser TleisElsevier USA 2008

11- Computer Modelling of Electrical Power Systems 2Ed.Arrillaga-Watson Wiley England 2001

12- Short-Circuit Currents - J.SchlabbachInstitution of Engineering and TechnologyIET-England 2008

13- DIgSILENT Power Factory Software Manual Versin 14 Germany 2008

14- Power System Relaying Third Edition Horowitz-Phadke Wiley England 2008

15- Transmission Network Protection TheoryAnd Practice Y.G.Paithankar

Marcel Dekker-USA 1998

16- Protective Relaying Principles andApplications Third EditionBlackburm-Domin USA 2006

17- Protection Relay Settings ManagementIn the Modern WorldBrad Henderson DIgSILENT PacificCIGRE- SEAPAC 2009

18- Numerical Simulation of DistanceProtection on Three Terminal High VoltageTransmission Lines Advance Engineering2009

19- Numerical Distance ProtectionThird Edition Gerhard ZieglerSiemens Germany 2008

20- Understanding Microprocessor-BasedTechnology Applied to RelayingPower System Relaying CommiteeWorking Group I-01 January 2009

21- Relay Software Models for Use withElectromagnetic Transients AnalysisPrograms CIGRE WG-B5.17 2005

22- Protecciones del Sistema de 132 Kv. de Mar del Plata. Ing.Miguel A.Ricciuto DEBA-Mar del Plata-Argentina 1985

Miguel Angel Ricciuto: Naci en Mar del PlataBuenos Aires Argentina el 11 de Junio de1955.Obtuvo el Titulo de Tcnico MecnicoElectricista en la Escuela Industrial de Mar delPlata ENET N1.En abril de 1982 recibi el titulo de IngenieroElectricista en la Facultad de Ingeniera de Mardel Plata.A partir de 1974 se desempeo como Tcnicoasistente en la Central 9 de Julio de Mar del Plataen la Empresa Agua y Energa Elctrica, en 1977paso al Laboratorio de Instrumentos Elctricoscomo ayudante Tcnico de ProteccionesElctricas en la misma Empresa.Desde 1983 hasta 1987 Ayudante Profesional enla Ctedra Transmisin y Distribucin de laEnerga Elctrica, Facultad de Ingeniera de Mardel Plata.A Partir de 1983 Jefe de Protecciones yMediciones Elctricas en la Empresa DEBA-Regional Mar del Plata.Desde 1987 Jefe deProtecciones Elctricas en la Empresa ESEBA-Mar del Plata.A partir de 1997 hasta el presente Jefe deProtecciones Elctricas en la Empresa EDEAEmpresa Distribuidora de Energa Atlntica.

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