A TELEPROTECCIÓN
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El objetivo de un sistema de teleprotección es desconectar en el menor tiempo posible y con un alto grado de selectividad la parte en falla del sistema de potencia que fue afectado por un evento (falla) ocurrido en la red de alto voltaje. El propósito de esta desconexión es evitar daños en algún elemento del sistema de alto voltaje si es que se produjese una falla en el sistema. La protección de una línea de alta tensión requiere un estudio de la aplicación específica para determinar los ajustes necesarios de los parámetros indicados en los equipos de protección, los cuales necesitan un sistema de comunicaciones de alta disponibilidad y confiabilidad para poder establecer una comunicación entre estos equipos de protecciones que permitan tomar decisiones cada vez que ocurra una falla. No es el objetivo de esta tesis explicar el funcionamiento de los equipos de protección, sin embargo daremos una breve explicación de protección de línea y se desarrollará una descripción del sistema que permite a estos relés comunicarse entre si.
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3.1
PROTECCIÓN DE LÍNEA
Para entender cómo funciona un sistema de protección de línea se muestra la figura1:
B3 F
B1
B5
B2 B4
Subestación A
Subestación B
R1, R2, R3, R4, R5 : relés de protección B1, B2, B3, B4, B5 : interruptores F: falla en la línea Figura 1. Esquema de protecciones
Como ilustración de éste concepto, en condiciones normales de operación, la falla F debe ser despejada por los relés R1 y R2 por intermedio de los interruptores B1 y B2. Si R2 no opera para esta falla, el relé pierde confiabilidad. Pero si el relé R5 opera haciendo abrir el interruptor B5 para la misma falla antes de que el interruptor B2 la aclare, entonces R5 perdió confiabilidad por una pérdida de seguridad. (Párrafo
tomado
del
Seminario
“SEGURIDAD,
RIESGO,
CALIDAD
Y
PROTECCIONES ELÉCTRICAS” por Jorge Juan Vásquez Ricardo).
3.2 ESQUEMA DE TELEPROTECCIÓN A continuación la figura 2 presenta un ejemplo gráfico de un Sistema de Teleprotección:
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SUBES
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3.3 ESTANDARES Los equipos de teleprotección deben ser diseñados y fabricados de acuerdo con la norma: -
Terminal de teleprotección
IEC 60834
3.4 CARACTERÍSTICAS DE UN SISTEMA DE TELEPROTECCIÓN Un Sistema de Teleprotección altamente selectivo requiere cumplir con las siguientes características para poder alcanzar su objetivo: 3.4.1
CONFIABILIDAD Y SEGURIDAD
Estas características se refieren a la facultad del sistema de cumplir la función comisionada sin errores en el tiempo establecido. Para que un sistema de teleprotección sea confiable y seguro, los equipos de teleprotección deben ser diseñados de tal modo que no operen incorrectamente habiendo o no falla o condición anormal en la red de alto voltaje. En tal sentido se debe asegurar que los comandos transmitidos sean los mismos que se reciben en el otro extremo de la línea de alta tensión. Por ejemplo, de existir ruido en el sistema de comunicaciones, el procesamiento de los comandos de teleprotección debe ser tal que no permita que el ruido se interprete como señales que puedan ocasionar la recepción de un comando producido por ruido y no por falla detectada por los relés de protección de la línea. Asimismo, del lado de los equipos de protecciones, para conseguir confiabilidad y seguridad se debería asegurar que: -
No existan errores de medición ocasionados por los transformadores de
corriente y tensión de medida. -
No existan pérdidas en el canal de comunicaciones
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3.4.2 SELECTIVIDAD Es la habilidad de localizar la falla y aislar únicamente la parte afectada, de modo que protege la porción del sistema que sale de servicio. Cuando ocurre una falla, se debe despejar por los relés asociados a esta anomalía, evitando la salida de partes del sistema que no tengan relación con esta falla.
3.4.3 VELOCIDAD Consiste en la facultad de accionar los equipos necesarios para aislar la parte afectada e la línea en el menor tiempo posible si se produjese una falla. Para esto, el tiempo de transmisión de un comando de teleprotección desde que el comando es recibido por el equipo de teleprotección, es procesado, transmitido, recibido por el equipo de teleprotección en el otro extremo de la línea y enviado al relé de protección final debe ser de 2 a 65 ms según norma IEC 60834 (ver figura 3).
Figura 3. Tiempo de operación para sistemas de protección incorporando teleprotección (tomado de la Norma IEC 60834-1, página 73) 15
3.4.4 DISPONIBILIDAD Es la propiedad de tener disponible el medio de comunicaciones durante el tiempo convenido para que los equipos de protección del sistema de teleprotección puedan comunicarse de ocurrir una falla en el sistema. En tal sentido, debe contarse con un sistema que tenga una disponibilidad cercana al 100%.
3.4.5 RESPALDO Esta propiedad consiste en tener un sistema de respaldo en los siguientes niveles:
-
Equipos de protección: Los equipos de protección de respaldo deben
instalarse con la finalidad de aislar la parte en falla de la red de alta tensión en el caso de que los equipos de protección principales fallaran en el intento.
-
Canal de comunicaciones: Por más que existiese respaldo a nivel de
equipos de protecciones, si el medio de comunicaciones fallase, no habría comunicación para los equipos de protección principal y de respaldo. En tal sentido se tendría un sistema de teleprotección no confiable. Por tanto, se requiere un medio de comunicaciones de respaldo que permita la comunicación de los equipos de protección en caso fallase el canal de comunicaciones principal.
-
Equipos de Teleprotección: Este nivel de respaldo consiste en contar
con dos (2) equipos de teleprotección por línea (dos a cada extremo de la línea), uno que transmita por el canal de comunicaciones principal y el otro por el canal de respaldo.
-
Fuente de alimentación: Tanto los equipos de teleprotección y
protecciones principales y de respaldo deben contar con fuentes de alimentación independientes. En la práctica, cada subestación cuenta con un tablero de servicios auxiliares que proporciona alimentación a todos los equipos de comunicaciones, por tanto, bastaría con independizar los
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interruptores termomagnéticos que posibilitan la alimentación a cada equipo (principal y respaldo) de teleprotección y de protecciones.
3.5 CONFIGURACIONES POSIBLES Existen diferentes tipos de configuraciones posibles para el Sistema de Teleprotección a nivel de comunicaciones. La elección de un tipo de configuración en especial depende de la filosofía de teleprotección de cada empresa en particular. Al final de la muestra de cada tipo de configuración indicaré cuál es la configuración que recomiendo y por qué.
3.5.1
-
MEDIO DE TRANSMISIÓN ANÁLOGICO SIN RESPALDO
COMUNICACIÓN VIA CABLE COBRE 4 HILOS (ver figura 5)
4 hilos
EQUIPO TELEP
EQUIPO TELEP
Figura 5. Esquema teleprotección via cable cobre 4 hilos
-
-
COMUNICACIÓN VIA CABLE COBRE 2 HILOS (ver figura 6)
EQUIPO TELEP
2 hilos
EQUIPO TELEP
Figura 6. Esquema teleprotección via cable cobre 2 hilos
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-
COMUNICACIÓN VÍA EQUIPO DE ONDA PORTADORA •
La comunicación entre el equipo de teleprotección y el equipo de onda portadora es con cable de cobre a 4 hilos. (Ver figura 7).
EQUIPO TELEPROTECCIÒN
O P I P U O Q E
O P I P U O Q E
EQUIPO TELEPROTECCIÒN
Figura 7. Esquema teleprotección via Onda Portadora
•
La comunicación entre el equipo de teleprotección y el equipo de onda portadora es con fibra óptica
EQUIPO TELEPROTECCIÒN
O P I P U O Q E
O P I P U O Q E
EQUIPO TELEPROTECCIÒN
Figura 8. Esquema teleprotección via Onda Portadora
-
COMUNICACIÓN VIA EQUIPO DE ONDA PORTADORA CON EQUIPO DE TELEPROTECCIÓN INTEGRADO
En esta configuración se utiliza un equipo de teleprotección integrado en el equipo de onda portadora. En este caso no conviene tener los equipos de Onda Portadora y Teleprotección con fuentes independientes, ya que si ocurriese una falla en la alimentación del equipo de Onda Portadora se perderá la conexión del enlace de los equipos de teleprotección integrados independientemente de si el equipo de teleprotección estuviese sin problemas de alimentación. (Ver figura 9)
EQUIPO OP TELEP
EQUIPO OP TELEP
Figura 9. Esquema teleprotección integrada en equipo de Onda Portadora 18
3.5.2 MEDIO DE TRANSMISIÓN DIGITAL SIN RESPALDO Una red digital de comunicaciones permite una mayor velocidad en la transmisión
-
COMUNICACIONES VIA RED DIGITAL PDH O SDH
La figura 10 muestra la configuración de un Sistema de Teleprotección que utiliza como medio de comunicación una red digital PDH o SDH, pudiendo transmitir a 64kbps via protocolo X.21 o G703.1 , así como también a 2Mbps via protocolo G703.6 Asimismo la comunicación entre el equipo de teleprotección y el multiplexor PDH/SDH puede ser con cable de cobre o con cable de fibra óptica (ver figura 11), dependiendo de la distancia de esta conexión.
PDH / SDH MUX EQUIPO TELEP
PDH / SDH MUX EQUIPO TELEP
RED DIGITAL PDH / SDH
Figura 10. Enlace vía Red Digital PDH / SDH
PDH / SDH MUX EQUIPO TELEP
PDH / SDH MUX RED DIGITAL PDH / SDH
EQUIPO TELEP
Figura 11. Enlace vía Red Digital PDH / SDH. Conexión entre equipo de teleprotección y multiplexor que da acceso a la red PDH/SDH es con cable de fibra óptica
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-
COMUNICACIONES VIA FIBRA ÓPTICA
Las comunicaciones via fibra óptica para un Sistema de Teleprotección permiten velocidades de transmisión de 64kbps y 2Mbps.
EQUIPO TELEP
EQUIPO TELEP
Figura 12. Enlace vía Fibra Óptica
3.5.3 MEDIO DE COMUNICACIONES CON RESPALDO
Las figuras 13, 14, 15, 16 y 17 muestran las diferentes configuraciones de un Sistema de Teleprotección con respaldo utilizando medios diferentes de comunicación para el canal principal y el de respaldo.
EQUIPO PLP
EQUIPO PLP
TELEP
TELEP
RED DIGITAL PDH / SDH
Figura 13. Sistema Principal : Onda Portadora Sistema de Respaldo: Red PDH/SDH
EQUIPO TELEP
4 hilos
EQUIPO TELEP
RED DIGITAL PDH / SDH
Figura 14. Sistema Principal: Cable telefónico Sistema de Respaldo: Red PDH/SDH 20
EQUIPO TELEP
EQUIPO TELEP
RED DIGITAL PDH / SDH
Figura 15. Sistema Principal: Fibra Óptica Sistema de Respaldo: Red PDH/SDH
EQUIPO TELEP
EQUIPO TELEP
Figura 16. Sistema Principal : Fibra Óptica Sistema de Respaldo: Fibra Óptica
EQUIPO TELEP
RED DIGITAL PDH / SDH
EQUIPO TELEP
RED DIGITAL PDH / SDH
Figura 17. Sistema Principal: Red PDH/SDH Sistema de Respaldo: Red PDH/SDH
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