Análisis del sistema de protecciones eléctricas en el departament

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Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle 
Ingeniería Eléctrica Facultad de Ingeniería 
1-1-2005 
Análisis del sistema de protecciones eléctricas en el Análisis del sistema de protecciones eléctricas en el 
departamento de operaciones Tibú - campo petrolero Tibú departamento de operaciones Tibú - campo petrolero Tibú 
Ecopetrol S.A Ecopetrol S.A 
Ricardo Alfonso Moncayo Santacruz 
Universidad de La Salle, Bogotá 
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UNIVERSIDAD DE LA SALLE 
 FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA 
 
 
 
 
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RICARDO MONCAYO SANTACRUZ 
1
ANALISIS DEL SISTEMA DE PROTECCIONES ELECTRICAS EN EL 
DEPARTAMENTO DE OPERACIONES TIBU - CAMPO PETROLERO TIBU 
ECOPETROL S.A. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RICARDO ALFONSO MONCAYO SANTACRUZ. CODIGO: 42991032 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LA SALLE 
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA 
BOGOTA, D.C. 
2005 
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 FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA 
 
 
 
 
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RICARDO MONCAYO SANTACRUZ 
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ANALISIS DEL SISTEMA DE PROTECCIONES ELECTRICAS EN EL 
DEPARTAMENTO DE OPERACIONES TIBU - CAMPO PETROLERO TIBU 
ECOPETROL S.A. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tesis de grado presentada como requisito para optar al titulo de Ingeniero 
Electricista 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Director: 
ING. JUAN CARLOS HURTADO P. 
Líder de Proyectos GRS 
Departamento de Ingeniería de Proyectos 
Gerencia Técnica de Producción 
ECOPETROL S.A. 
 
 
 
 
 
 
 
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FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA 
BOGOTA, D.C. 
2005 
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RICARDO MONCAYO SANTACRUZ 
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Nota de aceptación: 
 
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_____________________________ 
Firma del Presidente del Jurado 
 
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 Firma del Jurado 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bogotá, D.C. 29 de agosto 2005 
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TABLA DE CONTENIDO 
 
 
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INTRODUCCION 20 
 
 
1. GENERALIDADES DEL CAMPO PETROLERO TIBU 23 
 
 
1.1 ASPECTOS GENERALES DEL CAMPO 23 
 
 
1.1.1 Localización geográfica 23 
 
 
1.1.2 Abastecimiento de energía eléctrica 23 
 
 
1.1.3 Producción 25 
 
 
1.2 FORMULACION DEL PROBLEMA 25 
 
 
1.3 JUSTIFICACION 25 
 
 
1.4 OBJETIVOS 26 
 
 
1.5 LIMITACIONES 27 
 
 
2. RELACION DEL SISTEMA ELECTRICO DEL CAMPO 
 PETROLERO TIBU 28 
 
 
2.1 OPERACION DEL SISTEMA ELECTRICO EXISTENTE 28 
 
 
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2.1.1 Búsqueda de información y realización del diagrama 
unifilar del sistema 28 
 
 
2.1.2 Relación del Sistema eléctrico 28 
 
 
2.1.3 Relación de los Sistemas de protecciones. 29 
 
 
2.2 PROYECTO EN DESARROLLO DEL SISTEMA ELECTRICO 30 
 
 
2.2.1 Estructura y topología del sistema eléctrico 30 
 
 
2.2.2 Estado del sistema de protecciones eléctricas existentes 
Actualmente en los circuitos eléctricos del campo de operaciones Tibú 33 
 
 
3. ALCANCE DEL PROYECTO 34 
 
 
3.1 ESTADO DE LOS ELEMENTOS DE PROTECCION ELECTRICA 34 
 EN EL CAMPO PEROLERO TIBU 
 
 
3.1.1 Protección de transformadores de distribución 35 
 
 
3.1.2 Protección de motores 35 
 
 
3.2 NUEVAS TECNOLOGÍAS DE ELEMENTOS DE PROTECCIÓN 
EN REDES DE DISTRIBUCIÓN RADIAL EN INSTALACIONES 
INDUSTRIALES 35 
 
 
3.2.1 Elementos de protección en redes de distribución radial primaria 
en instalaciones petroleras 36 
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3.2.1.1 Protección contra corto circuito y sobrecarga 36 
 
 
3.2.2 Elementos de protección en redes de distribución radial 
secundaria en instalaciones petroleras. 43 
 
 
3.2.2.1 Interruptores automáticos, termomagnéticos. 43 
 
 
3.3 SISTEMA DE PROTECCIÓN ELECTRICA RECOMENDADO 
 PARA EL CAMPO TIBU 46 
 
 
3.3.1 Protecciones en redes primarias de distribución 46 
 
 
3.3.2 Protección en transformadores de distribución 47
 
 
3.3.3 Protecciones en redes secundarias de distribución en baja tensión 47 
 
 
3.3.4 Protección en motores 48 
 
 
4. ACTIVIDADES Y ESTUDIOS PRELIMINARES INDISPENSABLES 
 PARA COORDINACION DE PROTECCIONES EN EL CAMPO 
 PETROLERO TIBU 49 
 
 
4.1 CONSECUCION DE LAS CARACTERISTICAS ELECTRICAS 
DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA ELECTRICO DEL 
CAMPO TIBU 49 
 
 
4.2. CARACTERISTICAS ELECTRICAS DE LOS SISTEMAS 49 
 
 
 
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4.2.1 Parámetros del Sistema de Distribución Circuito 34.5 kV-Tibú 
Sectores de Producción Circuito 34.5 KV 49 
 
 
4.2.2 Parámetros del Sistema de Distribución Circuito 13.8 kV-Tibú 55 
 
 
4.2.2.1 Sistema de Distribución Circuito 13.8 kV-Norte 55 
 
 
4.2.2.2 Sistema de Distribución Circuito 13.8 kV-Sur 59 
 
 
4.2.3 Parámetros de los Motores del campo petrolero Tibú 64 
 
 
4.3 ESTUDIOS PRELIMINARES 64 
 
 
4.3.1 Estudio de flujo de carga en régimen permanente 66 
 
 
4.3.2 Estudios de Corto Circuito 81 
 
 
5. COORDINACION DE PROTECCIONES PARA LOS SISTEMAS 
ELECTRICOS DEL CAMPO PETROLERO TIBU 89 
 
 
5.1 CONCEPTOS DE DISEÑO PRELIMINAR 89 
 
 
5.1.1 Esquemas de protección aplicables al sistema eléctrico del Campo 
Petrolero Tibú 90 
 
 
5.1.2. Criterios para el ajuste de los dispositivos de protección para 
el sistema eléctrico del campo Tibú 95 
 
 
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5.1.3 Factores importantes para la escogencia de las unidades de 
protección 95 
 
 
5.1.4 Cálculos pertinentes para instalación de dispositivos de 
protección en circuitos secundarios de distribución 96 
 
 
5.2. ESTUDIO DE COORDINACION 99 
 
 
5.2.1 Estudio de coordinación en los sistemas primarios 
de distribución 99 
 
 
5.2.1.1 Estudio de coordinación entre equipos de reconexión. 99 
 
 
5.2.1.2 Estudio de coordinación entre equipos de reconexión 
reconectadores y seccionalizadores 103 
 
 
5.2.1.3 Estudio de coordinación en los sistemas secundarios 
de distribución (Sectores de producción) 108 
 
 
5.2.2 Resultado de la coordinación protecciones de los diferentes 
elementos componentes de los sistemas eléctricos del campo Tibú 121 
 
 
6 CONCLUSIONES 128 
 
 
7 RECOMENDACIONES 130 
 
 
BIBLIOGRAFIA 132 
 
 
 
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LISTA DE TABLAS 
 
 
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Tabla 1. Tipos y características de interruptores termomagnéticos. 45 
 
Tabla 2. Parámetros Líneas Aéreas Circuito Primario de Distribución 
34.5 KV. 49 
 
Tabla 3. Parámetros transformadores de Distribución Circuito 34.5 kV. 50 
 
Tabla 4. Parámetros líneas Aéreas y Subterráneas Sistemas Secundarios 
de Distribución Circuito 34.5 kV. 51 
 
Tabla 5. Parámetros líneas Aéreas Circuito Primario de Distribución 
13.8 kV-Norte. 55 
 
Tabla 6. Parámetros transformadores de Distribución Circuito 13.8 kV-Norte. 56 
 
Tabla 7. Parámetros líneas Aéreas y Subterráneas Sistemas Secundarios 
de Distribución en Sectores de Producción Circuito 13.8 kV-Norte. 57 
 
Tabla 8. Parámetros líneas Aéreas Circuito Primario a 13.8 kV-Sur. 59 
 
Tabla 9. Parámetros líneas Aéreas y Subterráneas Sistemas Secundarios 
de Distribución Circuito 13.8 kV-Sur. 60 
 
Tabla 10. Parámetros transformadores de Distribución Circuito 13.8 kV-Sur. 61 
 
Tabla11. Parámetros carga Campamento Técnico Circuito 13.8 kv-Sur. 63 
 
Tabla 12. Parámetros eléctricos de motores del campo petrolero Tibú. 64 
 
Tabla 13. Cantidad y potencia de motores conectados al transformador de 
225 KVA Sector M-24 Circuito 13.8 kV-Norte. 68 
 
Tabla 14. Reporte de flujo de carga en barras para estado estable del Circuito 
Primario de Distribución a 34.5 kV. 69 
 
Tabla 15. Reporte de flujo de carga en barras para estado estable de circuitos 
secundarios de distribución en Sectores de Producción 34.5 kV. 69 
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Tabla 16. Reporte de flujo de carga en líneas para estado estable del 
circuito primario de distribución a 34.5 kV. 72 
 
Tabla 17. Reporte de flujo de carga en líneas para estado estable de 
circuitos secundarios de distribución en Sectores de Producción 34.5 kV. 72 
 
Tabla 18. Reporte de flujo de carga en barras para estado estable del 
circuito primario de distribución a 13.8 kV.–Norte. 74 
 
Tabla 19. Reporte de flujo de carga en barras para estado estable de 
circuitos secundarios de distribución Sectores de Producción 13.8 kV–Norte. 75 
 
Tabla 20. Reporte de flujo de carga en líneas para estado estable 
circuito primario de distribución 13.8 KV-Norte. 76 
 
Tabla 21. Reporte de flujo de carga en líneas para estado estable de 
circuitos secundarios de distribución en Sectores de Producción 
13.8 KV-Norte. 77 
 
Tabla 22. Reporte de flujo de carga en barras para estado estable 
circuito primario de distribución a 13.8 kV–Sur. 78 
 
Tabla 23. Reporte de flujo de carga en barras para estado estable de 
circuitos secundarios de distribución Sectores de Producción 13.8 kV–Sur. 78 
 
Tabla 24. Reporte de flujo de carga en líneas para estado estable del 
circuito primario de distribución a 13.8 KV-Sur. 80 
 
Tabla 25. Reporte de flujo de carga en líneas para estado estable de 
circuitos secundarios de distribución en Sectores de Producción 13.8 KV-Sur. 80 
 
 
Tabla 26. Reporte de falla trifásica y fase tierra en estado de operación 
estable circuito primario de distribución 34.5 KV. 82 
 
Tabla 27. Reporte de falla trifásica y fase tierra en estado de operación 
estable circuitos secundarios de distribución Sectores Circuito 34.5 KV. 82 
 
Tabla 28. Reporte de falla trifásica y fase tierra en estado de operación 
estable del circuito primario de distribución 13.8 KV-Norte. 85 
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Tabla 29. Reporte de falla trifásica y fase tierra en estado de operación 
estable circuitos secundarios de distribución Sectores 13.8 KV-Norte. 85 
 
Tabla 30. Reporte de falla trifásica y fase tierra en estado de operación 
estable del circuito primario de distribución 13.8 KV-Sur. 87 
 
Tabla 31. Reporte de falla trifásica y fase tierra en estado de operación 
estable circuitos secundarios de distribución Sectores 13.8 KV-Sur. 87 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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LISTA DE FIGURAS 
 
 
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Figura 1. Mapa estructural y de localización Geográfica del Campo Tibú. 23 
 
Figura 2. Sistema eléctrico Subestación Tibú. 24 
 
Figura 3. Configuración de protección de barraje tipo Interruptor y medio. 29 
 
Figura 4. Coordinación de protecciones para falla triásica en una línea del 
Sector J-25 Circuito 34.5 kV. 32 
 
Figura 5. Fundamento del cortacircuitos o fusible. 36 
 
Figura 6. Tipos de cartuchos y curvas orientativas de fusión. 38 
 
Figura 7. Ubicación de un reconectador en el sistema primario de 
distribución 13.8 kV-Norte. 39 
 
Figura 8. Ubicación de seccionalizador en la entrada de alimentación del 
sector M-24 Circuito 13.8 kV-Norte. 41 
 
Figura 9. Equipo de gestión remota para monitoreo del Sistema Eléctrico. 42 
 
Figura 10. Interruptor termomagnético. 44 
 
Figura 11. Falla en la barra Sector P-23 y operación del reconectador 
cercano a la falla Circuito 13.8 kV Norte. 47 
 
Figura 12. Falla en línea entre nodos INT 45 y N196 Sector SEC. F-5 
Circuito 13.8 kV-Sur y la correcta operación del interruptor más cercano 
a la falla. 48 
 
Figura 13. Circuito Equivalente Thévenin Subestación Tibú. 65 
 
Figura 14. Diagrama de Generador Equivalente Subestación Tibú. 66 
 
Figura 15. Coordinación Interruptor – Reconectador. 91 
 
Figura 16. Coordinación Reconectador – Reconectador. 91 
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Figura 17. Coordinación Fusible – Fusible. 93 
 
Figura 18. Proceso selectivo de liberación de la falla. 94 
 
Figura 19. Ubicación de dispositivos de protección Sector K-19 Circuito 
34.5kV – Tibu. 97 
 
Figura 20. Ejemplo de Coordinación de protecciones para falla trifásica 
en la barra correspondiente al Sector de producción P-23 Circuito 13.8 kV. 100 
 
Figura 21. Configuración del sistema. 103 
 
Figura 22. Aislamiento del área en falla (Escenario 1). 104 
 
Figura 23. Coordinación de protecciones para falla trifásica de línea 
entre nodos N188 y N148 del Sector M-14 Circuito 13.8 kV-Sur. 109 
 
Figura 24. Coordinación de protecciones a falla trifásica en bornes del 
motor perteneciente a la bomba de succión pozo T-250 Sector pozo30 
Circuito 13.8 kV-Norte. 112 
 
Figura 25. Curvas de coordinación de protecciones para falla trifásica en 
bornes de motor 39 HP pozo T-250 Sector pozo 30 Circuito 13.8 kV-Norte. 116 
 
Figura 26. Coordinación de protecciones a falla fase-tierra de motor 
perteneciente a la bomba de succión pozo T-250 Sector pozo30 Circuito 
13.8 kV-Norte. 117 
 
Figura 27. Curvas de coordinación de proteccionespara falla fase-tierra 
en motor 39 HP pozo T-250 Sector pozo 30 Circuito 13.8 kV-Norte. 121 
 
Figura 28. Calibración de reconectador ubicado en el circuito primario de 
distribución a 13.8 kV- Norte. 122 
 
Figura 29. Calibración del Cortacircuitos-fusible ubicado en el lado primario 
transformador 200 KVA Sector K-19 Circuito 34.5 kV. 123 
 
Figura 30. Características de operación del interruptor totalizador ubicado en 
el lado de baja tensión transformador 200 KVA Sector K-19 Circuito 34.5 kV. 123 
 
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14
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Figura 31. Características de operación de interruptor en motor bomba 
pozo T-202 Sector K-19 Circuito 34.5 kV. 125 
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15
LISTA DE ANEXOS 
 
 
pag. 
 
 
ANEXO A. Curvas de coordinación de reconectadores para falla 
 trifásica en la barra correspondiente al Sector de 
 Producción P-23. Ejemplo de la figura 20. 134 
 
ANEXO B. Curvas de coordinación de protecciones para falla trifásica 
 de línea entre nodos N188 y N148 del Sector M-14. Ejemplo 
 de la figura 23. 135 
 
ANEXO C. Datos de cortocircuito trifásico y monofásico suministrados por 
 la Unidad de Planeación Minero Energética UPME. 136 
 
ANEXO D. Trabajo de campo (Medio magnético). 
 
ANEXO E. Diagramas unifilares en Spard Power (Medio magnético). 
 
ANEXO F. Diagrama unifilar 34.5 kV TIBU. (Medio magnético). 
 
ANEXO G. Diagrama unifilar 13.8 KV TIBU. (Medio magnético). 
 
ANEXO H. Reportes de parámetros de elementos componentes de circuitos 
 13.8 kV y 34.5 kV TIBU (Medio magnético). 
 
ANEXO I. Reportes de flujo de carga circuitos 13.8 kV y 34.5 kV TIBU 
 (Medio magnético). 
 
ANEXO J. Diagrama de flujo de carga circuito 13.8 kV TIBU. (Medio magnético). 
 
ANEXO K. Diagrama de flujo de carga circuito 34.5 kV TIBU. (Medio magnético). 
 
ANEXO L. Reportes de cortocircuito trifásico y fase-tierra circuitos 
 13.8 kV y 34.5 kV TIBU (Medio magnético). 
 
ANEXO M. Reportes de contribución a cortocircuito trifásico y fase-tierra 
 Circuitos 13.8 kV y 34.5 kV TIBU (Medio magnético). 
 
ANEXO N. Diagrama de cortocircuito trifásico circuito 13.8 kV TIBU. (Medio 
magnético). 
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16
pag. 
 
 
ANEXO O. Diagrama de cortocircuito trifásico circuito 34.5 kV TIBU. (Medio 
magnético). 
 
ANEXO P. Diagrama de cortocircuito fase-tierra circuito 13.8 kV TIBU. (Medio 
magnético). 
 
ANEXO Q. Diagrama de cortocircuito fase-tierra circuito 34.5 kV TIBU. (Medio 
magnético). 
 
ANEXO R. Tablas de cálculo de interruptores termomagnéticos 
 (Medio magnético). 
 
ANEXO S. Unifilar de protección propuesto circuito 34.5 kV TIBU. (Medio 
magnético). 
 
ANEXO T. Unifilar de protección propuesto circuito 13.8 kV TIBU. (Medio 
magnético). 
 
ANEXO U. Figuras de calibración y curvas de operación de los 
 dispositivos de protección (Medio magnético). 
 
ANEXO V. Presupuesto (Medio magnético) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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17
GLOSARIO 
 
 
COORDINACION DE DISPOSITIVOS DE PROTECCION EN SERIE: Es la forma 
como debe realizarse la coordinación de los dispositivos de protección en los 
sistemas de distribución, debido a que la mayoría de estos opera en forma radial. 
 
CRUDO: Petróleo aún sin procesar, tal y como se obtiene del subsuelo 
 
ECOPETROL S.A: Empresa Colombiana de Petroleos. Empresa encargada del 
manejo y explotación del campo petrolero Tibú 
 
INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO: Dispositivo diseñado para abrir un circuito 
en forma automática cuando ocurre una sobrecarga, accionado por su 
combinación de elemento térmico y un elemento magnético. 
 
PRODUCCCION DIFERIDA: Término utilizado por ECOPETROL S.A. para hacer 
mención a la salida de servicio de grandes tramos de circuitos eléctricos 
ocasionado por una falla en un punto de los sistemas eléctricos. 
 
RECONECTADOR: Son aparatos que al detectar una condición de sobrecorriente 
interrumpe el flujo, y una vez que ha transcurrido un tiempo determinado cierra sus 
contactos nuevamente, energizando el circuito protegido. 
 
REFINERIA: Instalación industrial donde se realizan todas las operaciones cuyo 
objeto es la fabricación u obtención de los diferentes productos derivados del 
petróleo. 
 
SECCIONALIZADOR: Es el dispositivo de apertura de un circuito eléctrico que 
abre sus contactos automáticamente mientras el circuito esta desenergizado por la 
operación de un interruptor o reconectador. 
 
SECTOR: Lugar donde se realizan las diferentes actividades de producción de 
crudo llamado de esta manera por el departamento de operaciones Tibú 
ECOPETROL S.A. 
 
SELECTIVIDAD: Es la característica que tienen los sistemas de protección para 
despejar fallas y poner fuera de servicio solo la parte fallada de un circuito. 
 
TAP: Valor que se define a un cambiador de derivaciones en el transformador para 
variar la relación de transformación dentro de límites establecidos, estos límites, 
normalmente son del 5%. 
 
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18
RESUMEN 
 
 
Este trabajo de investigación se realizo con el fin de presentar sugerencias para el 
mejoramiento de los sistemas de protecciones eléctricas de los diferentes circuitos 
que suministran energía al campo petrolero Tibú, para así mejorar la calidad y 
continuidad en el suministro de energía para los diferentes procesos de 
producción de petróleo. 
 
 
Inicialmente se partió con un trabajo de campo el cual permitió conocer los 
parámetros de los componentes de las redes, como también sus características de 
funcionamiento, las cuales fueron indispensables para los diferentes estudiosque 
se realizaron en este trabajo y determinar así si satisfacían las necesidades de los 
procesos de producción de crudo. 
 
 
Se realizo un estudio sobre dispositivos de protección, determinando sus 
características de funcionamiento y usos, para generar recomendaciones que 
cubran las necesidades que tiene el campo para un eficiente suministro de 
energía, estas protecciones pueden agregarse a las existentes en los circuitos, 
para así brindar la protección necesaria en los diferentes componentes del 
sistema. 
 
 
La elaboración de los diferentes estudios de este proyecto se realizaron en el 
software Spard® mp Power, en el cual se modelaron los sistemas eléctricos del 
campo. Los estudios realizados fueron, análisis del flujo de carga, el cálculo de 
corrientes de cortocircuito en todos sus componentes y posteriormente se realizó 
el ajuste y coordinación de las unidades de protección. 
 
 
Los estudios de flujo de carga permitieron determinar si los elementos de los 
sistemas cumplían o no con las necesidades que tenía el campo para sus 
procesos de producción, los reportes de flujo de carga permitieron observar que se 
presentaban fallas en algunos sectores de las redes, ósea no cumplían con los 
estándares de regulación esperados por la Empresa, esto permitió realizar 
correcciones en el dimensionado de transformadores en algunos sectores donde 
se presentaban fallas de caída de tensón que no permitían un desarrollo óptimo en 
los procesos de producción, estas correcciones se presentan en el informe final 
mostrando una óptima operación. 
 
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19
Los estudios de cortocircuito comprenden las corrientes de falla trifásica y 
monofásica en todas las barras del sistema, estos análisis permitieron efectuar 
calibraciones y dimensionado de los dispositivos de protección. 
 
 
El diseño de coordinación de protecciones eléctricas presentado en este proyecto 
incluye, ajustes de las unidades de protección para aislar fallas en el mínimo 
tiempo posible y así permitir la continuidad del servicio en las partes del sistema 
que no tienen que ver con estas, así como también las curvas tiempo-corriente 
para fallas trifásicas y monofásicas, 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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INTRODUCCION 
 
 
Los sistemas eléctricos están expuestos a diferentes contingencias (condiciones 
anormales de operación) tales como sobretensiones, debidas a descargas 
atmosféricas, sobretensiones por maniobra, pérdidas de carga, entre otras, y otro 
tipo de fallas que pueden tener su origen en las anteriores, como son los 
cortocircuitos, en los distintos puntos de las instalaciones. 
 
 
Las protecciones eléctricas en sistemas de potencia, tienen como objetivo 
fundamental, reducir la influencia que tiene una falla para que no se presente 
daños en todo el sistema. Su correcta operación y ubicación hace que solo quede 
fuera de servicio una parte de la red afectada, evitando que se presenten daños 
en los equipos incidentes, e impidiendo así, la salida de servicio de grandes partes 
del sistema como también evitando lesiones al personal que este efectuando un 
trabajo relacionado con el mismo. 
 
 
El objetivo principal de este trabajo es evitar que la presencia de una falla en un 
punto ocasione la salida de servicio de varias zonas del sistema por la producción 
diferida ocasionado por dicha falla, y si se presentare una de estas, hacer que las 
protecciones eléctricas cumplan con uno de los criterios fundamentales el cual es 
el de selectividad lo que significa que en caso de presentarse una falla, se aseguré 
la continuidad de servicio eléctrico en todo el sistema menos en la parte afectada. 
Esto adquiere mayor importancia cuando se trata de un campo petrolero el cual 
requiere suministro de energía constante por su tipo de operación que debe ser 
forma continua y sin interrupciones para minimizar la producción diferida lo que 
representa el no cumplimiento de las metas de producción. 
 
 
En vista de la necesidad que tiene ECOPETROL S.A de disminuir la frecuencia 
de interrupciones en la producción de crudo del campo petrolero Tibú causado a la 
falta de fluido eléctrico por fallas en su sistema eléctrico, fue necesario el estudio 
de un diseño óptimo en coordinación de protecciones eléctricas, que permita 
generar sugerencias para solventar el problema, mejorando así la continuidad del 
servicio eléctrico. 
 
 
Este trabajo de investigación incluirá la realización de los diagramas unifilares del 
sistema, el análisis del flujo de carga, el cálculo de corrientes de cortocircuito en 
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sus elementos componentes; pasos y estudios indispensables para la realización 
de coordinación de protecciones eléctricas. 
 
 
Además, a lo anterior, se realizará la verificación de las capacidades de 
interrupción de los equipos de protección existentes y su coordinación. Dichos 
estudios son muy valiosos para la generación de propuestas que tratarán de dar 
una solución al problema, en base a los resultados obtenidos. 
 
 
Conviene aclarar que este estudio se realizará solo con los elementos existentes 
actualmente en el sistema eléctrico que suministra energía eléctrica al campo 
petrolero Tibú a partir del punto de salida de la S/E de distribución, como son: 
 
 
• Sistema primario aéreo de distribución a 13.8kV, en disposición radial 
proveniente de la Subestación de distribución Tibú. (Norte de Santander) 
• Sistema primario aéreo de distribución pública a 34.5kV, en disposición 
radial proveniente de la Subestación de distribución Tibú. (Norte de 
Santander) 
• Dispositivos automáticos de reconexión (reconectadotes automáticos de 
circuito). 
• Cortacircuitos fusible. 
• Seccionalizadores. 
• Transformadores de potencia. 
• Sistemas secundarios de distribución de 480V y 1.2kV, en disposición radial 
• Motores eléctricos ubicados en cada bomba de extracción de crudo, 
bombas de transferencia, bombas de inyección de agua y bombas 
electrosumergibles. 
• Interruptores termomagnéticos 
 
 
Adicionalmente se incluirán algunos elementos de protección no onerosos para 
evitar así que se realicen grandes inversiones en compra de equipo que afectaría 
al costo-beneficio a corto plazo. 
 
 
Por último este trabajo busca que el sistema de protecciones proyectado para el 
campo petrolero Tibú cumpla con los requerimientos básicos de calidad que 
básicamente son: 
 
• Confiabilidad. 
• Selectividad. 
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• Rapidez de operación. 
• Discriminación. 
• Economía 
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1. GENERALIDADES DEL CAMPO PETROLERO TIBU 
 
 
1.1 ASPECTOS GENERALES DEL CAMPO 
 
 
1.1.1 Localización geográfica. El campo petrolero Tibú esta localizado en el 
área del Catatumbo, en el departamento de Norte de Santander. Limita al oriente 
con Venezuela, al occidente con la Cordillera Oriental y Serranía del Perijá1. 
 
 
Figura 1. Mapa estructural y de localización Geográfica del Campo Tibú. 
 
 
Fuente. ECOPETROL S.A. 
 
1.1.2 Abastecimiento de energía eléctrica. En un principio el abastecimiento de 
energía eléctrica del campo Tibú se ejecutaba a través de tres generadores 
 
1 ECOPETROL S.A. 
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Diesel ubicados en la Subestación Tibú contando además con 2 generadores de 
480 V para uso de servicios auxiliares e iluminación del campamento industrial. 
Sin embargo, el parque generador salió de servicio en su totalidad debido a los 
altos costos tanto en combustible como operación y mantenimiento, esto a pesar 
de que se pensaba cambiar la fuente de alimentación de estos de Diesel a Gas. 
Como la planta de procesamiento de gas dejo de funcionar, entonces el costo 
para la consecución, compra y transporte del gas para poner en funcionamiento 
estos generadores económicamente hizo inviable este cambio. 
 
 
Actualmente el servicio de energía eléctrica del Departamento de Operaciones 
Tibú es suministrado por Centrales Eléctricas del Norte de Santander (CENS) 
E.S.P., mediante una línea de transmisión con nivel de tensión de 115 kV 
proveniente de la subestación San Mateo ubicada en Cúcuta pasando por la 
subestación de distribución Tibú cuyas relaciones de transformación son 
de115/34.5 kV, potencia de 10 a 12 MVA y 115/13.8 kv 15 a 18 MVA 
 
Figura 2. Sistema eléctrico Subestación Tibu 
 
C e ntrale s E lé c tric as de l Norte de Santande r, S .A. - E .S .P.
DIAGRAMA UNIFILAR SUBESTACION TIBU
POZOS TIBU 2 TIBU 1 PUEBLOS
452
15 /18 MVA
115 / 13.8 KV.
419
422
L419
L425
ECOPETROL
3X55 MVA
6.6/115 KV.
6121
L819 L919
S700 KVA
2.3 / 6.6 KV.
5 MW 5 MW 5 MW
SERVICIOS 
AUXILIARES
250 KVA250 KVA
51 1 11 12
MOTORES DE 
ARRANQUE
433
L433
432
427
442
10 MVA
115 / 34.5 KV.
G 11
CS
O 11
CS
ECOPETROL
29
 K
M
 
( 2
/0
 A
C
SR
115 KV.
13.8 KV.
6.6 KV.
2.3 KV.
34.5 KV.
S S
M MM
L839
L30
480
S/E PLANTA 
ZULIA
ORU
PACHELY
FILOGRING
LA GABARRA
S/E CONVENCION
 
Fuente. Centrales Eléctricas del Norte de Santander CENS 
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1.1.3 Producción. En el campo Tibú la mayor parte del crudo se ha obtenido 
mediante recobro secundario por inyección de agua, como también por bombas de 
succión eléctricas. La producción actual aproximada de crudo es de 3260 barriles 
por día (BPD)2; y el número de pozos activos es de 129. 
 
 
La refinería de Tibú y la Planta de procesamiento de gas húmedo se encuentran 
fuera de servicio desde el año de 1.999. 
 
 
1.2 FORMULACION DEL PROBLEMA 
 
 
ECOPETROL S.A. y Centrales Eléctricas del Norte de Santander (CENS) E.S.P. 
no disponen de la elaboración de un estudio realizado a las protecciones eléctricas 
de los circuitos que suministran energía eléctrica al campo petrolero Tibú que 
permitan conocer sus características técnicas de operación y verificar si cumplen 
o no con la normatividad aplicable para cada una. 
 
 
Para la realización del estudio de coordinación de protecciones, fue necesario 
conocer la carga derivada de los sistemas eléctricos; esto se logró mediante el 
estudio de flujo de potencia a plena carga de los diferentes circuitos del campo, 
donde se registran los principales parámetros eléctricos de los elementos 
componentes de las redes. Además de esto, se realizó un análisis de corto circuito 
para poder calibrar el disparo de los dispositivos de protección y así despejar fallas 
de este tipo. 
 
 
Por último, se analizó sí los dispositivos del sistema de protección existentes son 
capaces de establecer, soportar e interrumpir en el circuito las corrientes en 
condiciones anormales de funcionamiento. Es decir, sí estas poseen 
características que les permitan cumplir con las especificaciones técnicas de 
funcionamiento, seguridad y confiabilidad. 
 
 
1.3 JUSTIFICACION 
 
 
La falta de elementos de protección eléctrica en el campo petrolero Tibú y la mala 
operación, poco selectiva de los elementos de protección existentes, a causado 
que la calidad del servicio eléctrico para la producción de crudo no sea optima, ya 
 
2 ECOPETROL S.A. 
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que a la ocurrencia de una falla en un pequeño sector deja sin energía a grandes 
partes del sistema eléctrico que lo alimenta. Considerando que este es un sistema 
industrial el cual debe operar continuamente las 24 horas del día sin interrupción, 
la falta del suministro continuo de energía esta generando grandes pérdidas 
económicas a ECOPETROL S.A. por el no cumplimiento de las metas de 
producción esperadas en este campo petrolero. 
 
 
El problema existente actualmente a generado que cuando ocurre una falla 
transitoria en algún elemento del sistema como son líneas, transformadores y 
otros, se provoque el accionamiento de protecciones aguas arriba a la falla, 
dejando sin suministro de energía a una gran parte del sistema, ya sea en un 
circuito primario de distribución o en todo un sector de producción, con las graves 
consecuencias que esto acarrea. 
 
 
Mediante el reconocimiento del estado actual de los elementos de protección 
eléctrica del sistema que suministra energía eléctrica al campo petrolero Tibú 
contra fallas, será posible determinar cuales son las pautas a seguir para corregir 
los problemas que se presentan, asegurando la eficiente selectividad de las 
protecciones que solo deben suspender el suministro de energía eléctrica a las 
partes realmente afectadas por la falla, aumentando la confiabilidad del servicio 
eléctrico en el campo petrolero, denotado por la reducción de sectores fuera de 
servicio. 
 
A fin de que ECOPETROL S. A. tenga un punto de referencia del costo que 
tendría la implementación de este proyecto, se realizo un presupuesto estimado el 
cual se detalla en el Anexo V. 
 
 
1.4 OBJETIVOS 
 
El objetivo general de este trabajo es el de presentarun escenario óptimo en 
coordinación de protecciones eléctricas, que garantice los procesos de producción 
continua de petróleo en el Departamento de Operaciones Tibú, Campo Tibú 
ECOPETROL S.A, cumpliendo con los requerimientos de calidad como son 
confiabilidad, selectividad, discriminación y rapidez de operación 
 
 
Para lograr el anterior objetivo se ejecutaron los siguientes pasos: 
 
• Elaboración de diagramas unifilares del sistema que suministra energía 
eléctrica al campo petrolero Tibú 
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• Realización del estudio de flujo de carga en estado estable y estudio de 
cortocircuito en estado transitorio, pasos indispensables para lograr una 
óptima coordinación de protecciones en los sistemas de distribución 
radiales del campo petrolero Tibú. 
 
• Estudio de sistemas de protección para incorporarlo al sistema eléctrico del 
campo Tibú y con ello proporcionarle confiabilidad y calidad al suministro de 
energía. 
 
• Realización de escenarios óptimos de coordinación de protecciones 
 
• Presentación de escenarios óptimos de coordinación de protecciones 
eléctricas, para así determinar la causa de producción diferida que 
actualmente se presenta el sistema eléctrico existente que abastece de 
energía eléctrica al campo petrolero Tibú. 
 
 
1.5 LIMITACIONES 
 
 
La principal limitación que se presentó para el cumplimiento de los objetivos 
planteados en este trabajo fue la dificultad para localizar la información sobre los 
diferentes equipos y configuración actual del sistema eléctrico que abastece de 
energía al campo petrolero Tibú, esto debido a que la empresa prestadora del 
servicio eléctrico no las poseía y mucho menos ECOPETROL S.A. Gran parte de 
esta información no la mantenían actualizada y en muchos casos no existía. 
Adicionalmente carecen de datos detallados sobre los equipos de protección 
instalados. Igualmente fue difícil conseguir información correspondiente a la 
reactancia transitoria, subtransitoria y de secuencia cero de algunos elementos de 
la red necesarios para el análisis de fallas. 
 
 
 
 
 
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2. RELACION DEL SISTEMA ELECTRICO DEL CAMPO PETROLERO TIBU 
 
 
2.1 OPERACION DEL SISTEMA ELECTRICO EXISTENTE 
 
 
2.1.1 Búsqueda de información y realización del diagrama unifilar del 
sistema. Esta tarea se realizó usando como base informativa los archivos, planos 
y estudios existentes hasta la fecha, tomando en cuenta, las modificaciones 
hechas. En la mayoría de los casos la información no existía, no se tenía a mano ó 
se quería verificar, situación ante la cual se optó por realizar todos los recorridos 
pertinentes por los circuitos eléctricos, incluyendo visitas a los distintos tableros y 
equipos. Para estas tareas, se contó con el total apoyo del personal del 
departamento de Mantenimiento y Operaciones del campo petrolero Tibú. 
 
 
En algunas situaciones fue imposible obtener directamente la información 
requerida para los estudios de flujo de carga, cortocircuito y coordinación de 
protecciones, debido a la antigüedad de muchos de los equipos, a la falta de 
información técnica de los fabricantes, ó ausencia e inaccesibilidad a la placa de 
características de los componentes básicamente por tratarse de equipos obsoletos 
o fuera de mercado. Esto se suplió mediante el uso de tablas con valores estándar 
que mostraban los valores requeridos. 
 
 
2.1.2 Relación del Sistema eléctrico. En el capítulo anterior se mencionó que 
el servicio de energía eléctrica del Campo petrolero Tibú es suministrado por 
Centrales Eléctricas del Norte de Santander (CENS) E.S.P., mediante una línea de 
transmisión con nivel de tensión de 115 kV proveniente de la subestación San 
Mateo ubicada en la ciudad de Cúcuta pasando por la subestación de distribución 
Tibú cuyas relaciones de transformación son de115/34.5 kV, potencia de 10/12 
MVA y 115/13.8 kv 15/18 MVA y es distribuida en forma radial a través de todo el 
campo por medio de dos sistemas de distribución primario a 13.8 kv y 34.5 kV 
respectivamente. 
 
 
Luego, el voltaje es reducido a 480 V para la alimentación de energía eléctrica a 
los motores del campo que operan las bombas de extracción de crudo y 1.2 kV 
para motores que operan bombas de inyección de agua para algunos pozos de 
extracción que la necesitan, como también para bombas de transferencia de crudo 
y servicios generales del Campamento Técnico; esta reducción de voltaje se 
realiza mediante transformadores de potencia reductores cuyas relaciones de 
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transformación son de 34.5/0.48, 34.5/1.2 kV, 13.8/0.48 kV y 13.8/1.2 kV 
respectivamente, posteriormente se distribuye a todas las zonas del campo 
mediante sistemas de distribución de baja tensión a voltajes de 480 V y 1.2 kV. 
Ver anexos F y G diagramas unifilares. (Medio magnético). (Medio magnético). 
 
 
2.1.3 Relación de los Sistemas de protecciones. En la subestación de 
distribución Tibú se encuentran las celdas de distribución cuya configuración es 
del tipo interruptor y medio correspondientes a cada barraje de los diferentes 
circuitos de distribución que emergen de esta subestación, estos barrajes poseen 
un debido sistema de protecciones. En la figura 3 se muestra la configuración 
correspondiente a la protección de un barraje de estas características. 
 
Figura 3. Configuración de protección de barraje tipo Interruptor y medio 
 
 
 Fuente. Protecciones Eléctricas. Jose Carlos Romero 
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Los sistemas de distribución primario a 13.8 kV y 34.5 kV cuentan con elementos 
de protección como son los reconectadores, cortacircuitos (fusible), y 
seccionalizadores con gestión de monitoreo remoto R T U, estos últimos aunque 
no son equipos de protección cumplen una función muy importante la cual es 
monitorear y seccionalizar el área de falla en coordinación con el equipo de 
respaldo (interruptor principal, interruptores automáticos tripulares o 
reconectadotes) en este caso son los reconectadores, en el siguiente capitulo se 
profundizara sobre el funcionamiento de estos elementos. 
 
 
Los transformadores de potencia están protegidos en la parte de baja tensión por 
totalizadores (interruptores automáticos tripulares), y en el lado de alta tensión por 
cortacircuitos (fusible) 
 
 
Los motores de las bombas de extracción, transferencia e inyección de agua 
tienen protección termomagnética y son alimentadosdesde celdas ubicadas 
cerca a cada motor en las cuales se encuentran alojados los respectivos 
elementos para su funcionamiento y protección entre los que encontramos los 
interruptores automáticos tripulares, entre otros. 
 
 
2.2 PROYECTO EN DESARROLLO DEL SISTEMA ELECTRICO 
 
 
2.2.1 Estructura y topología del sistema eléctrico. Cuando se emprenden 
estudios de sistemas eléctricos industriales y en este caso la producción de crudo, 
es necesario fijar correctamente el objetivo de estos que es la confiabilidad y 
continuidad del servicio de energía eléctrica, ya que como se menciono en el 
capitulo anterior la extracción de petróleo debe realizarse continuamente las 24 
horas al día sin interrupción. 
 
 
Con base a lo anterior, el suministro de energía eléctrica debe ser de 
funcionamiento continuo a régimen permanente y bajo condiciones de 
perturbaciones causadas por fallas en alguna parte del sistema, la correcta 
coordinación de las protecciones eléctricas, debe garantizar confiabilidad y 
selectividad para despejar únicamente el sitio de falla, evitando así, la interrupción 
del servicio de energía a los demás equipos y elementos del sistema eléctrico. 
 
 
El sistema eléctrico a partir de la Subestación de distribución Tibu que suministra 
de energía al campo petrolero consta de las siguientes partes: 
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a. Sistema primario aéreo de distribución de energía eléctrica en disposición 
radial a 34.5 kV para alimentación de algunos sectores de producción. Este 
sistema está conformado por conductores de aluminio reforzado con acero y 
recubierto de aluminio los cuales cumplen con las normas de fabricación: ASTM 
B502, NTC-ICONTEC 2473. Alambres de acero recubierto con aluminio para 
cables ACSR/AW, cuyos calibres son 4/0 AWG, 2/0 AWG3 respectivamente, y 
están protegidos contra fallas por reconectadores y cortacircuitos (fusible). 
Además cuenta con seccionalizadores, con gestión y monitoreo remoto RTU. 
 
 
Este sistema primario de distribución transporta energía eléctrica desde la 
subestación de distribución Tibú hasta los diferentes sectores de producción 
donde se encuentran ubicados transformadores de potencia reductores, los cuales 
transforman los niveles de tensión de 34.5 kV a 1.2kV y 0.480kV. Tensiones a las 
cuales trabajan los motores que operan los diferentes elementos de producción de 
crudo, entre los que tenemos, bombas de succión, transferencia e inyección de 
agua entre otros. 
 
 
b. Sistema primario aéreo de distribución de energía eléctrica en disposición 
radial a 13.8 kV para alimentación de algunos sectores de producción. Este 
sistema esta conformado por los mismos conductores del sistema a 34.5 kV, 
incluyendo calibres de No. 4 AWG y No. 2 AWG y está protegido contra fallas por 
los mismos elementos de protección, y también cumple con la misma función que 
el anterior de transportar energía a los diferentes sectores de producción. 
 
 
c. Transformadores de potencia reductores con nivel de transformación de 34.5 
kV a 1.2kV y 0.48kV y 13.8 kV a 1.2kV y 0.48Kv. Como se mencionó 
anteriormente estos transforman los niveles de tensión primaria a niveles de 
tensión secundaria a los cuales operan los motores de los diferentes elementos 
de producción de petróleo. 
 
 
Estos transformadores son de diferentes capacidades de potencia según la 
cantidad de cargas que manejan y están protegidos en el lado primario por 
cortacircuitos fusible y en el secundario por totalizadores (interruptores 
automáticos tripulares). 
 
 
d. Sistemas aéreos de distribución a baja tensión. Estos sistemas están 
interconectados entre los transformadores de distribución y los sistemas 
 
3 Catálogo Cables CENTELSA 
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subterráneos de distribución que alimentan de energía a los diferentes motores de 
los elementos de producción. 
 
 
Estos sistemas están conformado por conductores de aluminio reforzado con 
acero y recubierto de aluminio los cuales cumplen con las normas de fabricación: 
ASTM B502, NTC-ICONTEC 2473. Alambres de acero recubierto con aluminio 
para cables ACSR/AW, cuyo calibre es 4/0 AWG. 
 
 
La configuración de este sistema es radial y se divide en diferentes ramales para 
llegar hasta los diferentes sitios de producción. 
 
 
La coordinación de protecciones en este sistema no es adecuada ya que en caso 
de falla en alguno de los ramales saca de servicio a todo el sistema de distribución 
secundario, poniendo fuera de servicio todos los elementos de producción de este 
sector. En la figura 4 se muestra un ejemplo del diseño actual de un sistema 
secundario de distribución, y se vera que se necesitan más elementos de 
protección para hacer una coordinación optima de protecciones ya que al 
presentarse una falla en una línea a baja tensión pone fuera de servicio todo el 
sector de producción. 
 
 
Figura 4. Coordinación de protecciones para falla triásica en una línea del 
Sector J-25 Circuito 34.5 kV. 
 
 
NOTA: Falla en línea entre nodos N7 y N8 
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e. Sistemas subterráneos de distribución secundaria para alimentación de 
motores de los diferentes elementos de producción. Este sistema está 
conformado por cables de potencia tripulares de cobre suave comprimido tipo 
PVC-PVC 600V – opcional 2000V, los cuales cumplen con las normas de 
fabricación: ICEA S-61-402, NTC-ICONTEC 1099. Alambres y cables aislados con 
termoplástico para transmisión y distribución de energía eléctrica4; en calibres 
AWG No. 2, 250 mcm, 500 mcm. La distancia aproximada de estos cables es de 
40 metros. 
 
 
A este sistema se acoplan las celdas de distribución, donde están alojados los 
diferentes elementos de operación y protección de motores de los diferentes 
elementos de producción. 
 
 
f. Celdas de distribución. Como se menciono anteriormente en este se 
encuentran alojados los elementos de operación y protección, entre los que 
encontramos interruptores automáticos tripulares. 
 
 
2.2.2 Estado del sistema de protecciones eléctricas existentes actualmente 
en los circuitos eléctricos del campo de operaciones Tibú. La falta de 
protecciones eléctricas y la mala coordinación de las existentes en el campo de 
operaciones Tibú, provocan que el suministro de energía en los sistemas 
eléctricos no sea confiable, además de lo anterior, algunas de ellas no están 
adoptadas de una forma que las hagan seguras, tanto desde el punto de vista de 
los conductores y los aparatos conectados, como las personas que trabajan con 
éstas. 
 
 
Existen muchos tipos de protecciones, que pueden hacer a una instalación 
eléctrica completamente segura ante cualquier contingencia. 
 
 
En el estudio realizado para este caso, además de los elementos de protección 
existentes,se utilizaron elementos y equipos de protección que deben usarse 
como mínimo en todo tipo de instalación: de alumbrado, domesticas, de fuerza, 
redes de distribución, circuitos auxiliares, etc., ya sea de baja o media ó alta 
tensión. 
 
 
4 Catálogo Cables CENTELSA 
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3. ALCANCE DEL PROYECTO 
 
 
Las actividades de la investigación se llevaron a cabo sobre el sistema eléctrico 
que suministra energía al Campo Petrolero Tibú, a partir del punto de salida de la 
subestación de distribución Tibú, comprendiendo los dos sistemas primarios 
aéreos de distribución de 34.5 kV y 13.8kV, que se encuentran en disposición 
radial, transformadores de distribución, redes de distribución secundaria radial 
aéreas de 480V y los distintos motores que operan las bombas que realizan las 
diferentes actividades de producción. En esta investigación se hizo un estudio 
sobre coordinación optima de los sistemas de protección el cual aclaró por qué la 
situación en la que se encuentran actualmente los elementos de protección 
existentes y en muchos casos la falta de ellos, en caso de fallas no actúan de la 
forma establecida, con esto, se indicaron las posibles acciones y 
recomendaciones que se puedan aplicar para mejorar su funcionamiento y 
selectividad e, igualmente incrementar la continuidad del servicio eléctrico. 
 
 
Para la ayuda en la elaboración de este proyecto se utilizo el programa Spard® MP 
Power, donde se modelaron los diagramas unifilares del sistema, y se realizaron 
los diferentes estudios indispensables para el alcance de los objetivos, los cuales 
son: 
 
• Estudio de flujo de carga en estado estable. 
• Estudio de cortocircuitos trifásico y fase-tierra transitorios 
• Coordinación de protecciones eléctricas 
 
 
3.1 ESTADO DE LOS ELEMENTOS DE PROTECCION ELECTRICA EN EL 
CAMPO PEROLERO TIBU 
 
 
Los sistemas eléctricos que suministran energía eléctrica al campo no cuentan con 
la cantidad de protecciones eléctricas necesarias para su eficiente funcionamiento, 
aunque la mayoría de las existentes operan de la forma establecida para lo que 
fueron diseñadas, estas no alcanzan a cubrir las necesidades generales para que 
halla una continuidad eficiente del servicio; debido a la gran cantidad de distancia 
y elementos que deben proteger cada una de ellas, como también que los circuitos 
primarios se bifurcan en varios ramales donde se encuentran los sectores de 
producción y esto hace que una falla en un sector determinado saca fuera de 
servicio el circuito primario aguas arriba de la falla causando una gran perdida de 
producción debido al tiempo que se pierde en repararla, lo mismo sucede en los 
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circuitos secundarios de distribución cuando ocurre una falla en algún ramal esta 
saca de servicio gran parte de los balancines y bombas de producción del sector. 
 
 
3.1.1 Protección de transformadores de distribución. Los diferentes 
transformadores de distribución instalados en el campo petrolero Tibú son de tipo 
poste y se encuentran ubicados en los Sectores de producción están protegidos 
en el lado de alta tensión por cortacircuitos fusible combinados con el eslabón 
fusible que provee una protección completa para todo tipo de fallas. el 
cortacircuitos fusible interrumpe todas las fallas desde la más baja corriente que 
funde al eslabón fusible, hasta la capacidad interruptiva máxima, bajo todas las 
condiciones de voltaje transitorio de recuperación. En el lado de baja tensión están 
protegidos por medio de interruptores totalizadores. 
 
 
3.1.2 Protección de motores 
 
 
Protección 50 de sobrecorriente instantánea de fase 
Protección 51 de sobrecorriente temporizada de fase 
Protección 46 de sobrecorriente por inversión de fases 
Protección 48 rotor bloqueado 
Protección 49 de imagen térmica 
Protección 50G de sobrecorriente instantanea de tierra 
Protección 51G de sobrecorriente temporizada de tierra 
 
 
Todos los motores del campo están protegidos por medio de interruptores termo-
magnéticos asociados a relés TELEMECANIQUE LR2 D3353 los cuales ofrecen 
las especificaciones de protección anteriormente enumeradas. Además de lo 
anterior el personal de mantenimiento del campo esta satisfecho con el 
funcionamiento de estos. 
 
 
Debido a la falta de información suministrada por los fabricantes sobre 
ecuaciones de las curvas de protección de estos relés se opto por hacer la 
simulación en el programa SPARD® MP POWER de coordinación de protecciones 
con interruptores automáticos que incluyen protección. 
 
 
3.2 NUEVAS TECNOLOGÍAS DE ELEMENTOS DE PROTECCIÓN EN REDES 
DE DISTRIBUCIÓN RADIAL EN INSTALACIONES INDUSTRIALES 
 
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3.2.1 Elementos de protección en redes de distribución radial primaria en 
instalaciones petroleras. Las principales condiciones de operación anormales 
en una red de distribución eléctrica primaria por lo general son los cortocircuitos y 
las sobrecargas. Los cortocircuitos se pueden producir en distintas formas, 
incluyendo fallas de aislamiento debido a presencia excesiva de impurezas, daño 
mecánico al equipo o fallas de utilización de éste como resultado de sobrecargas o 
de otros abusos. Los circuitos se pueden sobrecargar simplemente por conectar a 
ellos equipo de utilización adicional, o bien, por una instalación inapropiada o mal 
mantenimiento. En ocasiones también por procedimientos de operación no 
apropiados, tales como: arranque de motores muy frecuentes o ventilación 
obstruida. 
 
 
Para minimizar los efectos de estas condiciones de operación anormales, los 
sistemas eléctricos se deben diseñar de manera que: 
 
1. Puedan aislar rápidamente la porción afectada del sistema 
2. Minimicen la magnitud de la corriente de corto circuito presente. 
 
 
3.2.1.1 Protección contra corto circuito y sobrecarga. Los dispositivos 
de protección contra corto circuito usados con más frecuencia en redes de 
distribución son los siguientes. 
 
 
a. Cortacircuito – Fusible. 
 
 
 Los fusibles o cortacircuitos, según se ve en la figura, no son más que una 
sección de hilo más fino que los conductores normales, colocado en la entrada del 
circuito a proteger, para que al aumentar la corriente, debido a un cortocircuito, 
sea la parte que mas se caliente, y por tanto la primera en fundirse. Una vez 
interrumpida la corriente, el resto del circuito ya no sufre daño alguno. 
 
Figura 5. Fundamento del cortacircuitos o fusible. 
 
Fuente. Catálogo de productos SEMIKRON 
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Actualmente la parte o elemento fusible suele ser un fino hilo de cobre o aleación 
de plata, o bien una lámina del mismo metal para fusibles de gran intensidad, 
colocados dentro de unos cartuchos cerámicos llenos de arena de cuarzo, con lo 
cual se evita la dispersión del material fundido; por tal motivo también se 
denominan cartuchos fusibles. Los cartuchos fusibles son protecciones 
desechables, cuando uno se funde se sustituye por otro en buen estado. 
 
 
Los cartuchos fusibles también pueden mejorarse aplicándole técnicas de 
enfriamiento o rapidez de fusión, para la mejor protección de los diferentes tipos 
de circuitos que puede haber en una instalación, por lo cual y dentro de una 
misma intensidad, atendiendo a la rapidez de fusión, los cartuchos fusibles se 
clasifican en: 
 
 
- FUSIBLES RAPIDOS (gF) 
 
- FUSIBLES LENTOS (gT) 
 
- FUSIBLES DE ACOMPAÑAMIENTO (aM) 
 
 
Si llamamos If a la intensidad a la cual ha de fundir un fusible, los tres tipos antes 
mencionados, se diferencian en la intensidad que ha de atravesarlos para que 
fundan en un segundo. 
 
 
Los fusibles lentos funden en un segundo para I = 5 If 
 
Los fusibles rápidos funden en un segundo para I = 2,5 If 
 
Los de acompañamiento funden en un segundo para I = 8 If 
 
 
Los fusibles de acompañamiento (aM) se fabrican especialmente para la 
protección de motores, debido a que aguanten sin fundirse las puntas de 
intensidad que estos absorben en el arranque. Su nombre proviene de que han de 
ir acompañados de otros elementos de protección, como son generalmente los 
relés térmicos. 
 
 
Cada cartucho fusible tiene en realidad unas curvas de fusión, que pueden diferir 
algo de las definiciones anteriores, dadas por los fabricantes. En la figura 6, vemos 
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algunos tipos de cartuchos fusibles, así como unas curvas de fusión orientativas, 
de los tres tipos existentes. 
 
Figura 6. Tipos de cartuchos y curvas orientativas de fusión. 
 
Fuente. Catálogo de productos SEMIKRON 
 
 
Los fusibles lentos (gT) son los menos utilizados, empleándose para la protección 
de redes aéreas de distribución generalmente, debido a los cortocircuitos 
momentáneos que los árboles o el viento pueden hacer entre los conductores. 
 
 
Los fusibles rápidos (gF) se emplean para la protección de redes de distribución 
con cables aislados y para los circuitos de alumbrado generalmente. 
 
 
Los fusibles de acompañamiento (aM), como ya hemos dicho, son un tipo especial 
de cortacircuitos, diseñado para la protección de motores eléctricos. 
 
 
Los cartuchos fusibles de los tipos gF y gT bien elegidos, en cuanto a intensidad 
de fusión, se emplean también como protección contra sobrecargas, 
principalmente en instalaciones 
 
 
Los cartuchos fusibles de los tipos gF y gT bien elegidos, en cuanto a intensidad 
de fusión, se emplean también como protección contra sobrecargas, 
principalmente en instalaciones de alumbrado y de distribución, pero nunca debe 
de emplearse el tipo aM, ya que éstos, como ya se dijo, están diseñados 
especialmente para la protección contra cortocircuitos de los motores eléctricos.5 
 
 
5 Catálogo Productos SEMIKRON 
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b. Reconectador. 
 
 
 La utilización de interruptores de recierre en las redes primarias de distribución 
del Campo Petrolero Tibú son de gran aceptación por ECOPETROL S.A y CENS 
debido a que en la zona se presentan continuas tormentas eléctricas que causan 
gran cantidad de cortocircuitos transitorios por caídas de elementos extraños a las 
redes de distribución como son ramas de árboles, entre otros, las cuales une dos 
o más fases del circuito produciendo cortos transitorios. 
 
 
Figura 7. Ubicación de un reconectador en el sistema primario de 
distribución 13.8 kV - Norte campo petrolero Tibú 
 
 
 
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Las fallas de cortocircuito transitorio el equipo de reconexión los detecta y abre sus 
contactos interrumpiendo el flujo, y transcurrido un tiempo determinado cierra sus 
contactos nuevamente, energizando el circuito protegido; si la falla sigue presente, 
el restaurador repite la secuencia de cierre-apertura un número de veces mas, por 
lo general son cuatro como máximo. Después de la cuarta operación de apertura 
queda en posición de abierto definitivamente. 
 
Cuando un restaurador detecta una situación de falla abre en ciclo y medio, esta 
rápida operación de apertura disminuye la probabilidad de daño a los equipos 
instalados en el circuito; uno a uno y medio segundos después cierra sus contactos, 
energizando nuevamente el circuito, esto significa una pequeña interrupción en los 
servicios conectados. 
 
 
Después de una, dos y hasta tres operaciones rápidas el restaurador cambia a una 
operación de característica retardada, tal disparo retardado permite coordinar este 
aparato con otros dispositivos de protección.6 
 
 
Los restauradores se pueden usar en cualquier parte del circuito primario de 
distribución. En los circuitos primarios de 34.5 KV y 13.8 KV del campo están 
ubicados de la siguiente forma: Dos restauradores en la subestación de 
transformación uno para cada línea, y en varios sectores de estas 
 
 
c. Sistemas de seccionalización automática local de tipo: “Retardo deTiempo” 
 
 
Seccionalizador bajo carga de montaje en poste con gestión de monitoreo 
remoto RTU ( Unidad terminal remota). El seccionalizador bajo carga con 
aislamiento de gas de montaje en poste no posee capacidad para interrumpir 
corrientes de falla su lógica de operación es voltaje-tiempo. en la figura 8 se observa 
la ubicación de un seccionalizador en un sistema primario de distribución del campo 
petrolero Tibú. 
 
 
Los seccionalizadores cuentan las operaciones del reconectador durante 
condiciones de falla establecidas. Después de un número seleccionado de 
aperturas del reconectador asociado y cuando este último este abierto, el 
seccionalizador abre y aísla la sección en falla de la línea. Esta operación permite al 
reconectador cerrar y reestablecer el servicio en la zonas libres de falla. Si la falla es 
 
6 Protecciones Eléctricas Ing. JOSE CARLOS ROMERO 
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temporal, el mecanismo de