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Estudio de la Coordinación de las Protecciones por Métodos Computarizados Aplicados al Centro Comercial Mall del Sur


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Estudio de la Coordinación de las Protecciones por Métodos Computarizados Aplicados al Centro Comercial Mall del Sur

Anthony Ramírez Rivera, Luis Inde Yanzapanta

Facultad de Ingeniería en Electricidad y Computación

Escuela Superior Politécnica del Litoral

Campus Gustavo Galindo, Km 30.5 vía Perimetral

Apartado 09-015863. Guayaquil-Ecuador

aramirez@espol.edu.ec, linde@espol.edu.ec



Resumen
En la actualidad muchas de las empresas e industrias cuentan con sistemas eléctricos antiguos que no están sujetos a una coordinación de sus protecciones eléctricas o en su defecto cuentan con coordinaciones fuera de rangos establecidos y como producto de esto se tiene desde perdidas del fluido eléctrico innecesarias hasta incendios por fallas eléctricas no despejadas correctamente. El presente trabajo de investigación trata sobre la coordinación de las protecciones eléctricas en un sistema industrial tipo Centro Comercial (Mall del Sur). Lo cual nos garantizará una alta confiabilidad en los sistemas eléctricos de distribución, el estudio consiste en la coordinación de las protecciones desde el punto de interconexión en las redes de media tensión a 13.8KV hasta las barras de carga a 480 y 220V. A nivel de 13.8KV las protecciones principales se realizan mediante relés SEL 551 y G.E 735, mientras que aguas abajo al mismo nivel de tensión se realiza la protección de los alimentadores mediante Seccionadores-Fusibles trifásicos (los fusibles utilizados son de marca INAEL), finalmente se tiene las barras a 480 y 220V las mismas que son protegidas con Breakers Cutler Hammer. La coordinación es realizada a base de curvas de fusibles, breakers y reles principales mostrando gráficamente los resultados deseados al final del estudio.
Palabras Claves: SEL 551, G.E.735, Fusibles INAEL, Breakers Cutler Hammer.
Abstract
Today many companies and industries have older electrical systems that are not subject to coordination of electrical protection or else have coordinations outside established ranges and as a result of this has since lost to unnecessary electricity flow to fire by power failures not properly cleared. The present research is about the coordination of electrical protection in an industrial type mall (Mall del Sur). Which will guarantee a high reliability in electrical distribution systems, the study involves the coordination of protection from the point of interconnection networks 13.8kV medium voltage to the load bus to 480 and 220.
To level of 13.8kV main protections are made by SEL 551 and G.E.735 relays, while downstream at the same level of voltage is the protection of feeders with three-phase disconnectors-fuses (fuses used are INAEL), finally we have bus at 480/220V. Those are protected by Cutler Hammer Breakers.
The coordination is done based on curves of fuses, breakers and main relays graphically showing the desired


results at the end of the study.



Key words: SEL 551, GE735, INAEL Fuses, Breakers Cutler Hammer.

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1. Introducción.- Centro Comercial Mall del Sur
El Centro Comercial MALL DEL SUR se encuentra ubicado al sur de la ciudad de Guayaquil en la Ave. 25 de Julio entre las calles José de la Cuadra y Ernesto Albán, su edificación se levanta sobre un área aproximada de 62.000 m2, cuenta con 3 niveles los cuales acogen un total de 166 locales comerciales.

Para llevar a cabo las actividades comerciales en el interior del centro comercial, éste tiene una demanda eléctrica total de diseño igual a 4982 KW. Como demanda eléctrica total instalada se tiene un valor de 2755 KW los cuales son distribuidos a los diferentes locales comerciales.



    1. Red Eléctrica en Media Tensión.

El suministro del fluido eléctrico al centro comercial se toma a partir de las Redes de Media Tensión de la Empresa Eléctrica. Para tal efecto el centro comercial cuenta con una Acometida Subterránea Principal Trifásica en Media Tensión 13.8 KV, construida con cable # 500 MCM (XLPE – 15KV) .




    1. Armario Eléctrico Principal

En el segundo nivel de la edificación se encuentra instalado un Armario Eléctrico constituido por:


- Disyuntor Tripolar en Vacío / 1200 Amp. Cont. 17.5KV Montaje Fijo

- Relé de Sobre-corriente 50/51 Marca SEL551



- Transferencia Automática # 1 – 15 KV

- Transferencia Automática # 1 – 15 KV

- Cabina de Línea – Cámara de Transformación #3 (Fusibles 100A)

- Cabina de Línea – Cámara de Transformación #4 (Fusibles 100A)




    1. Alimentadoras Principales en Media Tensión 15 KV


1.3.1 Alimentadora # 1 (Cámara de Transformación # 1).- 3#1/0 Cu AWG XLPE 15KV + 1#1/0 Cu desnudo
1.3.2 Alimentadora # 2 (Cámara de Transformación # 2).- 3#2 Cu AWG XLPE 15 KV + 1#1/0 Cu desnudo.
1.3.3 Alimentadora # 3 (Cámara de Transformación # 3).- 3#2 Cu AWG XLPE 15 KV + 1#1/0 Cu desnudo.

1.3.4 Alimentadora # 4 (Cámara de Transformación # 4).- 3#2 Cu AWG XLPE 15 KV + 1#1/0 Cu desnudo.
1.4 Cámaras de Transformación


  • Cámara de Transformación # 1

  • Cámara de Transformación # 2

  • Cámara de Transformación # 3

  • Cámara de Transformación # 4


1.5 Transformadores
1.5.1 Transformador #1.- Trifásico -Y, 500KVA, 13200-480Y/277, 3.35% IMP.

1.5.2 Transformador #2.- Trifásico -Y, 750KVA, 13200- 220Y/127, 4.02% IMP.

1.5.3 Transformador #3.- Trifásico -Y, 400KVA, 13200-480Y/277, 3.10% IMP.

1.5.4 Transformador #4.- Trifásico -Y, 1000KVA, 13200-208Y/120, 4.03% IMP.

1.5.5 Transformador #5.- Trifásico -Y, 1000KVA, 13200- 208Y/120, 4.03% IMP.

1.5.6 Transformador #6.- Trifásico -Y, 750KVA, 13200-480Y/277, 4.02% IMP.

1.5.7 Transformador #7.- Trifásico -Y, 750KVA, 13200-208Y/120, 4.03% IMP.

1.5.8 Transformador #8.- Trifásico -Y, 400KVA, 13200-480Y/277, 3.10% IMP

1.5.9 Transformador #9.- Trifásico -Y, 1000KVA, 13200- 208Y/120, 4.03% IMP.


    1. Red Eléctrica en Baja Tensión

La distribución de energía a nivel de baja tensión para los locales comerciales, servicios generales, ascensores, equipos de climatización, bombas, escaleras eléctricas, entre otros se realiza a partir de los secundarios de cada uno de los transformadores hacia los diversos Tableros Eléctricos Principales de Distribución en baja tensión.




  1. Estudios de Flujo de carga.

Un estudio de flujo de potencia define principalmente las potencias activa y reactiva y el vector de tensión en cada barra del sistema.


2.1 Criterios adoptados para el estudio.


  • Flexibilidad Operacional






  • Niveles de sobrecarga

  • Regulación de Voltaje


2.2 Análisis del caso


  • Caso Base Máxima Carga

El análisis del caso citado fue realizado con la ayuda de una herramienta computacional, Software – PowerWorld, el cual permitió simular el funcionamiento del sistema eléctrico.


Para 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.

2. 3. Datos del Sistema.
Tabla 1. Cargas del Sistema


TABLA DE CARGAS


Bus


Name

Nom
kV


Load
MW


Load
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

0,480

0,080

0,031

0,086

9

TD - T5

0,208

0,537

0,134

0,554

10

TD - T6

0,480

0,365

0,244

0,438

12

TD - T7

0,208

0,462

0,152

0,488

13

TD - T8

0,480

0,105

0,092

0,140

15

TD - T9

0,208

0,407

0,118

0,424



Tabla 2. Impedancias de Línea P.U.


IMPEDANCIAS DE LINEAS - VALORES P.U.

De
Barra


To
Barra


AWG

R

X

R (p.u.)
B:1,904


X (p.u.)
B:1,904


Emp.
Eléct.

Cabina
Prin.

4/0

0,016

0,0107

0,0089

0,0056

Cabina
Prin.

Cam. 1

1/0

0,007

0,0026

0,0039

0,0014

Cabina
Prin.

Cam. 2

2

0,035

0,0089

0,0188

0,0047

Cabina
Prin.

Cam. 3

2

0,035

0,0089

0,0187

0,0046

Cabina
Prin.

Cam. 4

2

0,028

0,0070

0,0147

0,0036

Una vez analizados los datos obtenidos en el área de estudio se procedió al ingreso de la información en el software PowerWorld para obtener el diseño del sistema eléctrico en condiciones reales mostrado a continuación.



Diseño Eléctrico Caso Base Máxima Carga

POWERWORLD



2.4 Resultados de los Estudios de Flujo de Carga.

Tabla 3. Voltajes en cada barra.


Bus Records

Nom kV

PU Volt

Volt (kV)

Angle (Deg)

Emp. Eléct.

13,8

1

13,8

0

Cab. Prin.

13,8

0,9997

13,796

0

Cám.1

13,8

0,9996

13,795

0

TD - T3

0,2

0,9917

0,198

-0,93

TD - T4

0,48

0,9920

0,476

-0,89

TD - T1

0,2

0,9901

0,198

-1,11

TD - T2

0,48

0,9914

0,476

-0,96

Cám. 2

13,8

0,9996

13,794

0

TD - T5

0,21

0,9944

0,207

-0,61

TD - T6

0,48

0,9899

0,475

-1,13

Cám. 3

13,8

0,9996

13,794

0

TD - T7

0,21

0,9880

0,206

-1,34

TD - T8

0,48

0,9944

0,477

-0,6

Cám. 4

13,8

0,9996

13,795

0

TD - T9

0,21

0,9934

0,207

-0,73


Tabla 4. Consumo total de potencia.


Demanda Total
Mall del Sur


Nom
kV


Volt
(kV)


Load
MW


Load
Mvar


F.P.

13,8

13,8

2,72

1,37

0,9


Tabla 5. Carga de Conductores.


From Name

To
Name


MVA


Lim
MVA


% of MVA
Limit (Max)


Empresa Eléctrica

Cab. Prin.

3

10

30,4

Cabina Principal

Cám. 1

1,4

6,2

22

Cabina Principal

Cám. 2

0,7

5

14

Cabina Principal

Cám. 3

0,6

5

12,7

Cabina Principal

Cám. 4

0,3

5

7







Sec.

R + jX

R + jX

X/R

p.u.

Ohmios

Zeq(+)

0,17402+J0,8041

0,3314+J1,53

4,621



Zeq(0)

1,08413+J1,7437

2,0646+J3,320



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