Cálculo de protecciones

Esta sección explica cómo realizar un cálculo de protecciones con el modelo de red y cómo interpretar los resultados. El cálculo de protecciones garantiza que las faltas eléctricas, como los cortocircuitos, sean detectadas y despejadas de forma fiable por fusibles, protecciones de distancia o protecciones de sobreintensidad de tiempo definido, para mantener la seguridad y la estabilidad del sistema.

Red

El cálculo usa los fusibles y dispositivos de protección definidos en el modelo de red. Los resultados principales, como tiempos de desconexión, corrientes de cortocircuito e indicadores de límites, se muestran directamente en la red. Los nudos que ningún dispositivo desenergiza se resaltan en rojo con un rayo. Seleccione un nudo y haga clic en para trazar todo el camino hasta el nudo de referencia.

Donde

• Naranja = caminos del elemento seleccionado hasta todas las alimentaciones de red, incluidos bucles.
• Azul = zona conectada eléctricamente.

Cálculo

Corrientes de rama

Los tiempos de desconexión se calculan así:

1. Se determinan los cortocircuitos mínimos monofásico y bifásico de cada nudo.
2. Se calculan las corrientes de rama para un cortocircuito en un nudo dado.
3. Con las corrientes de rama y la curva característica de un fusible o los escalones de un dispositivo de protección, se calculan los tiempos de desconexión del dispositivo considerado.

Las curvas de los fusibles se interpolan con interpolación spline cúbica natural, como se describe en:

R.L. Burden, J.D. Faires, Numerical Analysis, 4th Ed., 1989, PWS-Kent, ISBN 0-53491-585-X, pp. 126–131.

Hipótesis

Para el cálculo de cortocircuito se adoptan las siguientes hipótesis:

• 10% de tolerancia de tensión
• 80 °C de temperatura de rama

Para más detalles, consulte la página de cálculo de cortocircuito y el cuadro de opciones.

Límites

Los límites de tiempo de desconexión pueden personalizarse haciendo clic en :

• Grid Switch-off Time: se aplica a los fusibles de tipo "Grid". Protegen zonas de red más amplias (p. ej., calles o barrios). Tiene un umbral más alto para evitar desconexiones innecesarias que afecten a muchos clientes.
• Connection Point Switch-off Time: se aplica a los fusibles de tipo "Connection" y a los dispositivos de protección. Protegen acometidas individuales. Tiene un umbral más bajo para garantizar un aislamiento rápido de la falta y la protección de los equipos.

Los límites determinan los indicadores visuales (verde, amarillo, rojo) del dimensionamiento de los dispositivos. Los valores por defecto pueden restablecerse en cualquier momento.

Redes radiales y malladas

• Radial: un fusible o dispositivo de protección basta para desconectar el nudo.
• Mallada: pueden necesitarse varios fusibles o dispositivos de protección. Tras cada desconexión se recalculan las corrientes y se ajustan proporcionalmente los tiempos de desconexión.

Ejemplo

Se produce un cortocircuito en el nudo 1, conectado al nudo de referencia por dos caminos. Una rama tiene el fusible 1 y la otra el fusible 2.

Durante el cortocircuito en el nudo 1, por el fusible 1 circulan 1 kA y por el fusible 2, 2 kA. Por sus distintas curvas características, supongamos que con estas corrientes los tiempos de desconexión del fusible 1 y del fusible 2 son 2 s y 3 s respectivamente. Por tanto, el fusible 1 actúa primero, a los 2 s, y la rama se desconecta, lo que cambia la topología de la red.

En ese momento se recalculan las corrientes de cortocircuito, con una nueva corriente más baja de 1,2 kA en el fusible 2. Con esta corriente, el fusible 2 tiene un tiempo de desconexión de 7,5 s. Sin embargo, el fusible 2 ya había soportado 2 kA durante 2 s de su tiempo de desconexión real de 3 s, es decir, ya estaba solicitado en 2/3.

Por tanto, el tiempo de desconexión con la segunda corriente de 1,2 kA es (1 - 2s/3s) * 7.5s = 2.5s, y no 7,5 s. El tiempo total de desconexión del fusible 2 es 2s + 2.5s = 4.5s, que es también el tiempo necesario para desenergizar por completo el nudo 1.

Esta proporcionalidad solo afecta a fusibles y protecciones de sobreintensidad de tiempo definido, no a protecciones de distancia.

Resultados

El cálculo de protecciones se realiza para todos los nudos, lo que da una visión rápida y completa de la protección de la red sin tener que seleccionar nudos individuales.

Nudos

Solo se muestra si se evaluó 'Switch-off times'.

Si elige ver los resultados por nudos, obtiene una vista general de todos los nudos de la red con un indicador de su estado en la tabla. Pase el ratón sobre el indicador para ver qué representa.

Haga clic en show en la columna de detalles de la tabla para ver el diagrama de selectividad de un nudo. El gráfico muestra las curvas características y escalones de todos los fusibles y dispositivos de protección en el camino del cortocircuito. Los dispositivos que no intervienen directamente en la desconexión del nudo aparecen en gris; los que intervienen, en color. El tiempo de desconexión y la corriente de cortocircuito de todos los dispositivos que intervienen se marcan en el gráfico con X. El marcador se colorea según el tiempo de desconexión esté o no dentro de los límites definidos.

Al hacer clic en show también se muestran en la tabla los dispositivos correspondientes, su estado, tiempo de desconexión, corriente de cortocircuito y otra información, ordenados según el orden en que actuarían físicamente.

Este resultado le indica si pueden necesitarse más fusibles o dispositivos de protección para que todos los cortocircuitos se desenergicen correctamente.

Fusibles y dispositivos de protección

Solo se muestra si se evaluó 'Switch-off times'.

También puede ver los resultados por fusibles y dispositivos de protección, lo que da una vista general de todos los dispositivos instalados en la red con un indicador de su estado en la tabla. El significado de cada estado se describe en la leyenda bajo la tabla. Para cada fusible o dispositivo de protección se muestra el resultado más desfavorable de estado, tiempo de desconexión y corriente o impedancia de cortocircuito. También se indica la ubicación del cortocircuito responsable de ese resultado, y el nudo puede verse en el visor de red haciendo clic en . Si un dispositivo despeja cortocircuitos en varios nudos, puede mostrar los resultados de todos los nudos que despeja ese fusible o dispositivo de protección.

Este resultado le indica si los fusibles y dispositivos de protección existentes están bien dimensionados, de modo que los cortocircuitos no solo se desenergicen, sino que lo hagan dentro de los límites de tiempo definidos.

Líneas

Solo se muestra si se evaluó 'Stability'.

La tabla muestra todas las líneas y la máxima corriente térmica de cortocircuito trifásico posible en caso de falta. Esta corriente es el máximo de las corrientes de falta de sus nudos adyacentes. Si la línea tiene un límite definido (parámetro 'Short circuit stability'), se compara con la mayor corriente térmica de falta trifásica. Si la corriente supera el límite, la línea se marca en rojo en la tabla y en el visor de red.

El parámetro "Short circuit stability" $I_{thr}$ del modelo de línea está definido para una duración de cortocircuito supuesta de 1 s. Si en las opciones de cortocircuito seleccionó un tiempo $T_k$ distinto de 1 s, el límite se ajusta al tiempo seleccionado con la fórmula:

$I_{thz}=I_{thr}\cdot \sqrt{\frac{T_{kr}}{T_k}}$

Leyenda:

Plan de escalonamiento

El plan de escalonamiento muestra en un diagrama impedancia-tiempo las protecciones de distancia (escalones, tiempos finales direccionales y no direccionales) y los tiempos propios de los nudos. Por eso hay que definir el camino de la red para el que se crea el plan. Es una selección ordenada de nudos y puede ser una salida o un anillo.

Crear

Estos pasos le ayudan a crear un plan de escalonamiento:

• En el panel 'Stage plan', haga clic en + para empezar a crear un plan de escalonamiento.
• Mantenga pulsado Ctrl/Cmd y haga clic en un nudo de la red para añadirlo al plan.
• Solo puede añadir nudos adyacentes al nudo seleccionado anteriormente.
• Para quitar nudos añadidos por error, mantenga pulsado Ctrl/Cmd y haga clic en el último nudo añadido.
• Para crear un anillo, seleccione el mismo nudo como inicio y fin.
• El color indica el camino seleccionado.
• Al hacer clic en un tiempo propio del plan se muestra el nudo correspondiente en el visor de red.
• Al hacer clic en una curva de protección de distancia del plan se muestra el dispositivo de protección correspondiente en el visor de red.
• Haga clic en 'Preview' para previsualizar el plan mientras lo crea, y en 'Save' para finalizarlo.
• Active 'Inverted' para ver invertido el plan del sentido inverso, de modo que los nudos de los diagramas de ambos sentidos queden alineados.
• Guarde el plan de escalonamiento para poder verlo y editarlo más adelante, siempre que no lo invalide un cambio incompatible en la red.

Ajuste automático

Si los parámetros de las protecciones de distancia de su red no están bien configurados, puede editarlos manualmente en el visor de red o usar la opción Automatically parametrize distance protection devices. Al activarla, se optimizan los escalones y los tiempos finales direccionales y no direccionales de los dispositivos del camino del plan seleccionado, con los parámetros de entrada siguientes.

Nota: los valores de parámetros generados se redondean a tres decimales (mΩ y ms).

Parámetros de entrada

• Close fault delay [ms] Tiempo que necesita el dispositivo para despejar una falta cercana (primer escalón).

• Staging Time [ms] Diferencia de tiempo entre el escalón del dispositivo y el mayor obstáculo temporal en esa impedancia (otro dispositivo o el tiempo propio de un nudo).

• Staging Factor [%] Distancia relativa hasta el siguiente obstáculo en la que el dispositivo debe pasar a un escalón superior. Los escalones pueden retrasarse para garantizar la impedancia mínima de red.

• Path Overshoot [%] Ampliación más allá de la impedancia del camino para garantizar que se despejan todas las faltas a lo largo de él.

• Directional End Time Margin [ms] Tiempo adicional del escalón final direccional respecto al tiempo de desconexión del último escalón.

• Non-Directional End Time Margin [ms] Tiempo adicional de los escalones finales no direccionales de todos los dispositivos del camino, respecto al mayor tiempo final direccional.

Si no está seguro del efecto de un parámetro, ajuste su valor y haga clic en Preview para actualizar las curvas del plan.

Transformadores

Esta sección permite analizar la protección de los transformadores mostrando diagramas de selectividad de los transformadores de la red y de las subredes enlazadas.

Vista general

En la pestaña Transformers puede ver los diagramas de selectividad de todos los transformadores de la red. Si hay subredes enlazadas, también pueden cargarse y analizarse sus transformadores.

La tabla incluye:

• Nombre e ID del transformador
• Red asociada
• Nudo considerado como barra del centro de transformación

En los transformadores de la misma red se preselecciona el nudo del lado primario. En los de subredes se preselecciona el nudo de enlace de la red principal. Puede cambiar la barra a cualquier nudo entre el transformador y el nudo de referencia en el mismo nivel de tensión que el lado primario.

Diagrama de selectividad

Haga clic en Show para ver el diagrama de selectividad del transformador, que incluye:

• Distance Protection: muestra los dispositivos que intervienen en despejar cortocircuitos en la barra seleccionada. Las curvas muestran umbrales de sobreintensidad y tiempos de disparo.
• Definite Time Overcurrent: muestra los dispositivos dentro del centro de transformación, sobre todo los de la red de baja tensión. Las corrientes se transforman con la relación de espiras.
• Fuses: muestra los fusibles del lado de menor tensión, con corrientes transformadas al lado de mayor tensión. Se excluyen los fusibles situados detrás de otros fusibles o transformadores.
• I’’k3max, MV: máxima corriente de cortocircuito trifásico posible en el lado primario.
• I’’k2min, LV, transformed: mínima corriente de cortocircuito bifásico posible en el lado secundario, transformada al lado primario con: IS / IP = NP / NS

Donde:

• I = corriente
• N = número de espiras
• P = lado primario
• S = lado secundario

Límites y opciones

Haga clic en para cambiar las opciones del cálculo de protecciones. Allí puede elegir si se usa la curva característica mínima o máxima de los fusibles para determinar su tiempo de desconexión. Por defecto se usa la curva máxima.

Haga clic en para cambiar los límites de los tiempos de desconexión. Allí puede fijar por separado los límites de los dispositivos de acometida y de red. También puede fijar límites distintos para advertencias y violaciones, según los cuales se colorea el dispositivo en los resultados y en el visor de red.