1 ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL “Estudio de la Coordinación de las Protecciones por Métodos Computarizados Aplicados al Centro Comercial Mall del Sur” Facultad de Ingeniería en Electricidad y Computación

2 Diagrama Unifilar – Mall del Sur

3 Celdas de Distribución Principal 13.8KV

4 Circuit Breaker principal 13.8KV

5 Relé SEL-551

6 Relé G.E. 735

7 Seccionador-Fusible 15KV

8 Transformador Trifásico 13.8 KV

9 Esquema de Distribución 13.8KV

10 Análisis bajo Máxima CargaEl análisis del caso citado fue realizado con la ayuda de una herramienta computacional, Software – PowerWorld, el cual permitió simular el funcionamiento del sistema eléctrico del centro comercial en las condiciones actuales.

11 Análisis bajo Máxima CargaPara tal efecto se ingresó la información levantada en el sitio de estudio tal como datos de Cargas, Impedancias de Líneas, Transformadores, Voltajes a nivel de Media Tensión, distancias de acometidas, diagramas unifilares, entre otros. Toda la información real fue llevada a datos en por unidad considerando como bases 13.8KV y 100MVA.

12 Datos de Barra de Carga TABLA DE CARGAS Number Bus Name Nom kV Load MWLoad MVAR Load MVA 4 TD - T3 0,220 0,264 0,053 0,270 5 TD - T4 0,480 0,132 0,085 0,158 6 TD - T1 0,208 0,403 0,196 0,451 7 TD - T2 0,080 0,031 0,086 9 TD - T5 0,537 0,134 0,554 10 TD - T6 0,365 0,244 0,438 12 TD - T7 0,462 0,152 0,488 13 TD - T8 0,105 0,092 0,140 15 TD - T9 0,407 0,118 0,424

13 Datos de Líneas y ConductoresIMPEDANCIAS DE LINEAS - VALORES REALES De Barra To Barra AWG DISTANCIA (mi) R (ohm/mi) X (ohm/mi) (A) MVA Empresa Eléctrica Cabina Principal 4/0 0,14879 0,342672 0,215952 405 9,68 Cam.Transf 1 1/0 0,033108 0,676368 0,24288 260 6,21 Cam.Transf 2 2 0,10022 1,072896 0,268224 195 4,66 Cam.Transf 3 0,099882 Cam.Transf 4 0,078306

14 IMPEDANCIAS DE LINEAS - VALORES P.U.Impedancias de Líneas IMPEDANCIAS DE LINEAS - VALORES P.U. De Barra To Barra AWG R (W) X (W) R (p.u.) B:1,9044W X (p.u.) B:1,9044W Empresa Eléctrica Cabina Principal 4/0 0,016995 0,010710 0,008924 0,005624 Cam.Transf 1 1/0 0,007464 0,00268 0,00392 0,001407 Cam.Transf 2 2 0,035842 0,00896 0,018821 0,004705 Cam.Transf 3 0,035721 0,00893 0,018757 0,004689 Cam.Transf 4 0,028005 0,007001 0,014705 0,003676

15 Datos de Transformadores de FuerzaCARACTERISTICAS TRANSFORMADORES Datos Cam. Transf. 1 Cam. Transf. 2 Cam. Transf. 3 Cam. Transf. 4 Trafo 1 Trafo 2 Trafo 3 Trafo 4 Trafo 5 Trafo 6 Trafo 7 Trafo 8 Trafo 9 KVA 500 750 400 1000 H.V. 13200 D L.V. 480Y / 277 220Y / 127 208Y / 120 % Z 3.35% 4.02% 3.10% 4.03% H.V. BIL 95 L.V. BIL 30

16 Esquema – Flujo de Carga

17 Resultados del Flujo de Carga Voltajes en cada barraBus Records Nom kV PU Volt Volt (kV) Angle (Deg) Empresa Eléctrica 13,8 1 Cabina Principal 0,9997 13,796 Cámara de Transformación 1 0,9996 13,795 TD - T3 0,2 0,9917 0,198 -0,93 TD - T4 0,48 0,9920 0,476 -0,89 TD - T1 0,9901 -1,11 TD - T2 0,9914 -0,96 Cámara de Transformación 2 13,794 TD - T5 0,21 0,9944 0,207 -0,61 TD - T6 0,9899 0,475 -1,13 Cámara de Transformación 3 TD - T7 0,9880 0,206 -1,34 TD - T8 0,477 -0,6 Cámara de Transformación 4 TD - T9 0,9934 -0,73

18 Carga de TransformadoresFrom Name To Name MVA Lim MVA % of MVA Limit (Max) Cámara de Transformación 1 TD - T3 0,3 0,7 44,6 TD - T4 0,5 51,2 TD - T1 1 53,3 TD - T2 0,2 0,4 59,7 Cámara de Transformación 2 TD - T5 29,1 TD - T6 54,2 Cámara de Transformación 3 TD - T7 64,3 TD - T8 37,7 Cámara de Transformación 4 TD - T9 35

19 Consumo Total de PotenciaDemanda Total Mall del Sur Nom kV Volt (kV) Load MW Load Mvar F.P. 13,8 2,72 1,37 0,90

20 Conclusiones del estudio de flujo de cargaMediante el flujo de carga se pudo las siguientes condiciones del sistema: Los voltajes en las barras se encuentran dentro del estándar establecido para posibles caídas de voltajes. (+- 2.5%). La capacidad de las líneas son muy bajas con respecto a su ampacidad lo cual permitirá a futuro aumentos de carga. Se puede apreciar que los transformadores están trabajando en un promedio del 60 % de su capacidad, es decir el sistema eléctrico cuenta con un 40% de reserva para energizar futuras cargas.

21 Conclusiones del estudio de flujo de cargaFinalmente el factor de potencia calculado de acuerdo a los datos de potencia activa y reactiva es de 0,90 mientras que la información que registra el medidor totalizador del sistema muestra un valor de 0,92 con lo cual se concluye que el centro comercial no está siendo penalizado por bajo factor de potencia.

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25 ESTUDIO DE CORTO CIRCUITO

26 Estudio de corto circuitoEn el análisis de corto circuito, las fallas del sistema se manifiestan como condiciones anormales de operación que nos podrían conducir a uno de los siguientes fenómenos: Indeseables flujos de Corrientes. Presencia de Corrientes de magnitudes exageradas que podrían dañar los equipos. Caída de Voltaje en la vecindad de la falla que puede afectar adversamente la operación de las maquinas rotatorias. Creación de condiciones peligrosas para la seguridad del personal.

27 Alcance de los estudios de corto circuitoConsiderando que el Sistema del Centro Comercial “Mall del Sur” se caracteriza por ser un sistema típicamente aterrizado, el estudio de corto circuito considera los siguientes tipos de falla: Falla Trifásica Falla de Dos Líneas a Tierra Falla de Línea a tierra. Falla entre dos Líneas La falla trifásica a tierra es a menudo, para este tipo de sistema, la más severa de todas, por ello es costumbre de simular solamente la falla trifásica cuando se busca las magnitudes máximas de corriente de falla; sin embargo se verificará que las corrientes de falla a tierra no excedan la corriente trifásica.

28 Corriente de Falla AmperiosMVA de Cortocircuito y Corrientes de Fallas Máxima Carga / Punto de Interconexión (Categ-Mall del Sur) Tipo de Falla Corriente de Falla Amperios Angulo MVA de Corto Circuito Trifásica 5164,1 -79,34 125 Línea-Tierra 3496,9 -68,72 85 Impedancias Equivalentes en el Punto de Interconexión (Categ-Mall del sur) Tipo de Falla R + jX X/R p.u. Ohmios Zeq(+) 0, J0, 0,3314+J1,5315 4,6212 Zeq(-) Zeq(0) J1, 2,0646+J3,3208

29 Corriente de Falla AmperiosMVA de Cortocircuito y Corrientes de Fallas Mínima Carga / Punto de Interconexión (Categ-Mall del Sur) Tipo de Falla Corriente de Falla Amperios Angulo MVA de Corto Circuito Trifásica 4935,3 -79,52 120 Línea-Tierra 3427,4 -68,72 83 Impedancias Equivalentes en el Punto de Interconexión (Categ-Mall del sur) Tipo de Falla R + jX X/R p.u. Ohmios ZQQ-1 0, J0, 0,3416+J1,6036 4,6941 ZQQ-2 ZQQ-0 1, J1, 2,0646+J3,3208

30 Corrientes de Falla – Máxima CargaBARRA Ifalla trifásica (Amp) Ifalla 13.8KV Ifalla L-T (Amp) Ifalla L-L (Amp) Ifalla LL-T (Amp) Ifalla MAX 1 Empresa Eléctrica 5158,04 3459,26 4467,03 2570,64 2 Cabina Principal 5111,95 3421,93 4427,12 2541,2 3 Cámara de transformación 1 5105,36 3414,63 4421,41 2534,85 4 TD - T3 42638,7 679,747 63958,1 1019,62 36928,2 588,71 127916 2039,24 5 TD - T4 15741,1 547,517 23611,7 821,277 13633,1 474,195 47223,3 1642,55 6 TD - T1 58547 933,358 87820,4 1400,04 50705,4 808,347 175640 2800,06 7 TD - T2 13792,6 479,743 20688,8 719,61 11945,6 415,499 41377,6 1439,22 8 Cámara de Transformación 2 5056,29 3372,34 4378,91 2500,73 9 TD - T5 58466,8 932,079 87700,1 1398,12 50635,9 807,239 175400 2796,23 10 TD - T6 19199,6 667,812 28799,4 1001,72 16628,2 578,372 57598,6 2003,43 11 Cámara de Transformación 3 5055,53 3371,86 4378,26 2500,39 12 TD - T7 45877,9 731,387 68816,7 1097,08 39733,6 633,434 137633 2194,15 13 TD - T8 14071,6 489,447 21107,4 734,17 12187,2 423,903 42214,7 1468,34 14 Cámara de Transformación 4 5067,63 3382,64 4388,74 2509,19 15 TD - T9 53485,5 852,667 80228,2 1279 46321,8 738,463 160456 2557,99

31 Corrientes de Falla – Mínima CargaBARRA Ifalla trifásica (Amp) Ifalla 13.8KV Ifalla L-T (Amp) Ifalla L-L (Amp) Ifalla LL-T (Amp) Ifalla MIN Empresa Eléctrica 4932,54 3391,67 4271,74 2552,22 Cabina Principal 4890,55 3355,90 3355,9 4235,38 2523,24 Cámara de transformación 1 4884,58 3348,96 4230,21 2517,01 TD - T3 42387,20 675,738 63580,80 1013,61 36710,4 585,238 127161 2027,2 585,24 TD - T4 15668,30 544,984 23502,50 817,478 13570,1 472,003 47004,9 1634,95 472,00 TD - T1 58089,50 926,064 87134,10 1389,09 50309,1 802,029 174268 2778,19 802,03 TD - T2 13736,40 477,788 20604,60 716,682 11897 413,809 41209,2 1433,36 413,81 Cámara de Transformación 2 4839,91 3308,50 3308,5 4191,52 2483,43 TD - T5 58009,60 924,791 87014,30 1387,18 50240 800,928 174028 2774,36 800,93 TD - T6 19092,30 664,08 28638,50 996,122 16535,3 575,141 57276,8 1992,24 575,14 Cámara de Transformación 3 4839,2 3308,04 4190,91 2483,1 2483,10 TD - T7 45597,20 726,912 68395,80 1090,37 39490,5 629,559 136791 2180,73 629,56 TD - T8 14012,00 487,374 21018,00 731,061 12135,6 422,108 42035,9 1462,12 422,11 Cámara de Transformación 4 4850,21 3318,34 4200,44 2491,76 TD - T9 53100,40 846,528 79650,60 1269,79 45988,3 733,147 159301 2539,58 733,15

32 Corrientes de Falla obtenidas de la Simulación Reflejadas a nivel de 13.8 KV (Resumen)BARRA I falla máx. Tipo de Falla I falla min. Empresa Eléctrica 5158,04 LLL 2552,22 LL-T Cabina Principal 5111,95 2523,24 Cámara de transformación 1 5105,36 2517,01 TD - T3 2039,24 585,24 LL TD - T4 1642,55 472,00 TD - T1 2800,06 802,03 TD - T2 1439,22 413,81 Cámara de Transformacion 2 5056,29 2483,43 TD - T5 2796,23 800,93 TD - T6 2003,43 575,14 Cámara de Transformacion 3 5055,53 2483,10 TD - T7 2194,15 629,56 TD - T8 1468,34 422,11 Cámara de Transformacion 4 5067,63 2491,76 TD - T9 2557,99 733,15

33 Coordinación de las ProteccionesLos estudios de flujo de carga y corto circuito del Centro Comercial Mall del Sur fueron la base para el ajuste y coordinación de las Protecciones del Sistema. Los estudios fueron realizados con los siguientes objetivos: Determinar el ajuste de los equipos de protección, los cuales son establecidos considerando el sistema bajo condiciones de falla. Determinar la coordinación de las Protecciones del Sistema eléctrico del centro comercial. La aplicación del Estudio permitirá el despeje oportuno y selectivo de las fallas del sistema.

34 Esquema de Protección Barra Principal 13.8 KV

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36 IEC Extremely Inverse CAjuste de Relés SEL 551 G. E. 735 # 1 # 2 Voltage L-L [KV] 13.8 13,8 Corriente Nominal Prim. [A] 343 140 204 Corriente Pick Up Prim. [A] 348 180 209 Relación CT 600/5 150/5 Factor CT 120 30 Corriente Nominal Sec. [A] 2,85 4,62 6,8 Corriente Pick Up Sec. [A] 2,90 6 7 Protección 51 Tipo de Curva IEC Extremely Inverse. C3 IEC Extremelly Inverse C IEC Extremely Inverse C TD de Selección 1,0 0,1 Tiempo de coordinación 0,36 [s] 0,01 [s] 0,04 [s]

37 Esquema de Protección – Cámara de Transformadores # 1

38 Coordinación Actual

39 Coordinación Propuesta

40 Ajustes-Coordinación de Protecciones Cámara de Transformadores # 1SEL 551 G. E. 735 # 1 Voltage L-L [KV] 13.8 13,8 Corriente Nominal Prim. [A] 343 140 Corriente Pick Up Prim. [A] 348 180 Relación CT 600/5 150/5 Factor CT 120 30 Corriente Nominal Sec. [A] 2,85 4,62 Corriente Pick Up Sec. [A] 2,90 6 Protección 51 Tipo de Curva IEC Extremely Inverse. C3 IEC Extremelly Inverse C TD de Selección 1,0 0,1 Tiempo de coordinación 1,2 [s] 0,034 [s] Ajustes Breaker Cuttler Hammer 3200A - Transformador 1000 KVA Parametros de Ajuste Ajuste Actual Valor Real del Ajuste Ajuste Propuesto Long Delay Setting 0,8 In 2560 A secunadrios / 40.8 A primarios Long Delay Time 15 seg. 15 seg Short Delay Setting 6 Ir 245 A primarios 4 Ir 163 A primarios Short Delay Time 0,2 seg. 0,1 seg. 0.1 seg. Instantaneous 8 In 408 A primarios 6 In 306 A primarios

41 Esquema de Protección – Cámara de Transformadores # 2

42 Coordinación Actual

43 Coordinación Propuesta

44 Ajustes-Coordinación de Protecciones Cámara de Transformadores # 2SEL 551 G. E. 735 # 2 Voltage L-L [KV] 13.8 13,8 Corriente Nominal Prim. [A] 343 204 Coriente Pick Up Prim. [A] 348 209 Relación CT 600/5 150/5 Factor CT 120 30 Corriente Nominal Sec. [A] 2,85 6,8 Corriente Pick Up Sec. [A] 2,90 7 Protección 51 Tipo de Curva IEC Extremely Inverse. C3 IEC Extremely Inverse C TD de Selección 1,0 0,1 Tiempo de coordinación 1,2 [s] 0,045 [s] Ajustes Breaker Cuttler Hammer 3200A - Transformador 1000 KVA Parametros de Ajuste Ajuste Actual Valor Real del Ajuste Ajuste Propuesto Long Delay Setting 0,8 In 2560 A secunadrios / 40.8 A primarios Long Delay Time 15 seg. 15 seg Short Delay Setting 6 Ir 245 A primarios 4 Ir 163 A primarios Short Delay Time 0,2 seg. 0,1 seg. 0.1 seg. Instantaneous 8 In 408 A primarios 6 In 306 A primarios

45 Esquema de Protección – Cámara de Transformadores # 3

46 Coordinación Actual

47 Coordinación Propuesta

48 Ajustes-Coordinación de Protecciones Cámara de Transformadores # 3SEL 551 G. E. 735 # 2 Voltage L-L [KV] 13.8 13,8 Corriente Nominal Prim. [A] 343 204 Coriente Pick Up Prim. [A] 348 209 Relación CT 600/5 150/5 Factor CT 120 30 Corriente Nominal Sec. [A] 2,85 6,8 Corriente Pick Up Sec. [A] 2,90 7 Protección 51 Tipo de Curva IEC Extremely Inverse. C3 IEC Extremely Inverse C TD de Selección 1,0 0,1 Tiempo de coordinación 1,2 [s] 0,045 [s] Ajustes Breaker Cuttler Hammer 2500A - Transformador 750 KVA Parametros de Ajuste Ajuste Actual Valor Real del Ajuste Ajuste Propuesto Long Delay Setting 0,8 In 2000 A secunadrios / 31,89 A primarios Long Delay Time 15 seg. 15 seg 4 seg. Instantaneous 8 In 318,88 A primarios 6 In 239,16 A primarios

49 Esquema de Protección – Cámara de Transformadores # 4

50 Coordinación Actual

51 Coordinación Propuesta

52 Ajustes-Coordinación de Protecciones Cámara de Transformadores # 4SEL 551 G. E. 735 # 2 Voltage L-L [KV] 13.8 13,8 Corriente Nominal Prim. [A] 343 204 Coriente Pick Up Prim. [A] 348 209 Relación CT 600/5 150/5 Factor CT 120 30 Corriente Nominal Sec. [A] 2,85 6,8 Corriente Pick Up Sec. [A] 2,90 7 Protección 51 Tipo de Curva IEC Extremely Inverse. C3 IEC Extremely Inverse C TD de Selección 1,0 0,1 Tiempo de coordinación 1,2 [s] 0,045 [s] Ajustes Breaker Cuttler Hammer 3200A - Transformador 1000 KVA Parametros de Ajuste Ajuste Actual Valor Real del Ajuste Ajuste Propuesto Long Delay Setting 0,8 In 2560 A secunadrios / 40.8 A primarios Long Delay Time 15 seg. 15 seg Short Delay Setting 6 Ir 245 A primarios 4 Ir 163 A primarios Short Delay Time 0,2 seg. 0,1 seg. 0.1 seg. Instantaneous 8 In 408 A primarios 6 In 306 A primarios

53 Conclusiones y Recomendaciones de la Coordinación1.- La capacidad de todos los fusibles instalados tanto para protección de cada transformador como para la protección de cada una de las cámaras de transformación se encuentran sobre dimensionados, con lo cual se podrían permitir sobre-corrientes que restarían la vida útil de los transformadores así como daños en las cargas conectadas. 2.- En su mayoría no se cumplen las coordinaciones para las protecciones existentes. 3.- Los transformadores no están trabajando a plena carga, según operarios del sistema eléctrico del mall manifiestan que en la actualidad los transformadores están trabajando al 60 % de su capacidad. 4.- Todos los locales del centro comercial Mall del Sur están en siendo ocupados, en la actualidad el centro comercial tiene conectada su máxima carga con los transformadores trabajando al 60% de sus respectivas capacidades.

54 Conclusiones y Recomendaciones de la Coordinación1.-Se recomienda el cambio de los fusibles INAEL para la protección de transformadores y cámaras de transformación en todos los casos analizados con la finalidad de que las fallas eléctricas sean despejadas correctamente y en tiempos muy cortos. 2.-Con el cambio de fusibles es posible obtener una mejor coordinación de las protecciones, se sugiere realizar los ajustes indicados en cada caso. 3.-Al no estar trabajando a plena carga cada transformador, se tiene una mayor seguridad para realizar el cambio de los fusibles. 4.-Finalmente se recomienda realizar las coordinaciones indicadas considerando que el centro comercial ya no incrementaría cargas significantes que afecten los cambios sugeridos y alteren las coordinaciones recomendadas.