práctica, los relés de distancia se utilizan en combinación con sistemas de comunicación para mejorar su selectividad en la rote ro tecc cció ión n de de lín línea eas s de de tra trans nsmi misi sión ón si sin n emb embar ar o un una a de de sus sus principales limitaciones es su velocidad de operación.
Para reservar la estabilidad del sistema eléctrico de otencia se requieren tiempos de liberación de fallas muy reducidos, del orden de unos pocos ciclos de frecuencia fundamental. Esto es particularmente importante en sistemas eléctricos débiles, como los .
Una alternativa de solución de estas limitaciones del principio de frecuencia de las señales debidas a las ondas viajeras generadas por la falla como información para la función de protección. Esta es la llama llamada da rotecc rotección ión de onda via era
, , existen dos bobinas de onda portadora conectadas cada una en serie con la línea de alta tensión, montadas sobre dos fases , que sus su s en ende den n de desd sde e el órt órtic ico o de ent entra rada da de lí línea nea co con n do dobl ble e ca cade dena na de aisladores en V, para quitarle grados de libertad.
Estas bobinas son dispositivos que tienen una impedancia esprec a e a re recuenc a n ustr a , e ta orma e que no pertur e la transmisión de energía, pero debe ser relativamente alta para cualquier banda de frecuencia usada para comunicación por .
Esta colocada en dos fases para tener una en funcionamiento y la otra ot ra co como mo res reserv erva a ant ante ante e cual cual ui uier er des erf erfec ecto to.. Es Este te si sist stema ema de comunicación vincula dos subestaciones (comunicación a distancia). Cabe aclarar que la frecuencia portadora , del orden de las 10 kHz, no entra a la barra.
CARACTERISTICAS DE LA BOBINA DE ONDA PORTADORA
Las líneas de transmisión también son utilizadas para la transmisión de señales de onda portadora entre 30kHz y 500kHz ara telecontrol telefonía tele rotección tele medición, etc., comúnmente llamado "sistema de onda portadora"(carrier).
La bobina de onda portadora (también llamada bobina de bloqueo o trampa de onda) tiene la función de impedir que las señales de alta frecuencia sean derivadas en direcciones , frecuencia industrial.
La bobina de blo ueo es or lo ta tan nto aco lada en serie con las líneas de transmisión de alta tensión que deben ser dimensionadas para soportar la corriente nominal de la línea en la frecuencia industrial y las corrientes de cortocircuito a las .
PRINCIPALES COMPONENTES DE LA BOBINA DE BLOQUEO (1)
Dispositivos de sintonía
Dispositivo de protección
PRINCIPALES COMPONENTES DE LA BOBINA DE BLOQUEO (2)
en el interior de la bobina principal. Es de fácil acceso y puede también ser fácilmente reemplazado en el caso de una eventual alter al terac ació ión n de la fa a de o era eraci ción ón si sin n ue se sea a nec neces esari ario o re remov mover er la bobina de bloqueo. Todos los componentes del dispositivo de sintonía son escogidos para garantizar una excepcional confiabilidad operacional y una vida útil prolongada. El dispositivo , frecuencia o de banda ancha. resistente a la intemperie, protegiendo el dispositivo de sintonía de los constantes cambios climáticos y eventuales choques mecánicos. Los coeficientes de temperatura de los elementos del spos vo e s n on a son escog os e orma que se o enga un alto grado de estabilidad en la sintonía.
con la bobina principal y el dispositivo de sintonía, para evitar que la bobina de bloqueo sufra algún daño debido a una so re ens n rans or a. as carac er s cas e dispositivo de protección son escogidas para soportar elevadas sobretensiones transitorias, siendo que éste no e e empezar a actuar e o a a tens n que surge entre los terminales de la bobina de bloqueo en el caso de un cortocircuito, y tampoco debe permanecer en operac n espu s e a respuesta a una so retens n momentánea entre los terminales de la bobina de bloqueo, causada por la corriente de cortocircuito. En las bobinas de bloqueo, son utilizados dispositivos de protección de óxido de zinc (ZnO), sin centelleador.
Las rejillas de protección contra pájaros evitan la entrada de aves al n er or e a o na pr nc pa . a re a es ec e c a e ra e v r o con protección contra UV y resistente al calor . La presencia de la rejilla de protección contra pájaros no perjudica el enfriamiento de la .
onec ore ress e nea (aluminio o bimetal) para conexión directa del conductor de alta tensión
Anillos anticorona n caso e que no aya n ng n requ s to espec a con re ac n a nivel de descarga de corona, su instalación no es necesaria para tensiones nominales de hasta 245 kV. Si es necesario, los anillos an corona son cons ru os e u os e a um n o . n es e caso, e diámetro total de la bobina de bloqueo es aumentado en 40 mm y la altura total de la bobina, en 2x100 mm. En el caso de montaje sobre , , el anillo anticorona inferior se proyecta sobre el pedestal.
FUNCIONAMIENTO DE LA ONDA PORTADORA DE CORRIENTE (1)
s necesar o enten er os eta es e a transm s n o recepc n e la onda portadora de la corriente para entender los principios básicos de funcionamiento de los relés.
FUNCIONAMIENTO DE LA ONDA PORTADORA DE CORRIENTE (2)
a protecc n p oto por on a porta ora usa e esq esquema e oqueo ya que no se puede garantizar que la señal de disparo llegue a la otra subestación (pues existirá corto en la línea).
METODOS DE FUNCIONAMIENTO 1.
Comparación direccional
2.
Comparación de fases
3.
Disparo transferido de subalcance
4.
Disparo transferido permisivo de subalcance
.
.
.
3. Disparo transferido de subalcance
4.Disparo transferido permisivo de subalcance
5.Disparo transferido permisivo de sobrealcance
COMPONENTES Los elementos constitutivos: el transmisor, la línea de tra rans nsm mis isió ión, n, el ci circ rcui uitto de ac aco o la lami mien ento to el re rece ce tor or..
TRANSMISION a. Impedancia característica de la línea Z= 120 Ln R
b. Atenuación de La Línea * Donde:: Donde d, distancia dist di stan anci cia a entre entr en tre e dos dos hilos r, radio del conductor R, res resist resistencia istenc encia ia del cable cable coaxial coaxial coax ial =
r
[W]
TEORÍA SOBRE LAS ONDAS VIAJERAS (1)
as neas e potenc a son por supuesto norma mente e t po tr s ca, s n embargo, es mucho más simple entender los conceptos de onda viajera y métodos asociados considerando primero la propagación de la onda en neas mono s cas. En una línea de transmisión monofásica con parámetros distribuidos se pueden expresar ecuaciones de onda de voltaje y de corriente de la s gu en e orma:
Donde “x” es la posición a lo largo de la línea y;
TEORÍA SOBRE LAS ONDAS VIAJERAS (2) es conocida como la impedancia característica. Las funciones representan las ondas viajeras en las direcciones hacia adelante y hacia atrás de x (lugar de la falla), fall a), respectivamente, y las ecuaciones 1 y 2 pueden por lo tanto ser escrita en los términos simples:
TEORÍA SOBRE LAS ONDAS VIAJERAS (3)
Donde Son las componentes de voltaje hacia delante y hacia atrás, respectivamente. Los valores de i + y i - son similarmente similar simi larmen mente te las las componentes de corriente hacia adelante y hacia atrás. Las componentes hacia adelante y hacia atrás son relacionadas mutuamente, como vista de las ecuaciones 1 hasta la 3, por la mpe anc a carac er s ca e a nea como s gue:
TEORÍA SOBRE LAS ONDAS VIAJERAS (4)
e an s s anter or se ve que a mpe anc a característica caract car acterís erístic tica a ( Z o ) es un numero numero real real para para una las ecuaciones 4 que las componentes de voltajes correspondientes. Ellos también muestr mue stran an ue mie mientr ntras as la for forma ma de onda de voltaje y corriente hacia delante son del mismo signo, las formas de 3 onda de voltaje y corriente hacia atrás son de signo opuesto como lo ilustrado en la siguiente figura.
TEORÍA SOBRE LAS ONDAS VIAJERAS (5)
Propagación de ondas viajeras en líneas monofásicas considerada sin perdidas. a) Formas de onda de voltaje y corriente transmitidas. b) Formas de onda de voltaje y corrientes reflejadas.
Las ondas viajeras sobre líneas de transmisión de longitudes sin perdidas consideradas homogéneas cont n an propag n ose a una ve oc a un orme c y no cambian en forma. Sin embargo, en puntos de discontinuidad tal como circuitos abiertos u otra terminación de la línea, parte de la onda incidente es reflejada hacia atrás a lo largo de la línea y parte es transmitida hacia adentro y mas allá de la discontinuidad. La onda cuando choca en la discontinuidad es a menudo llamada una onda incidente las dos ondas a las cuales estas dará aumento son normalmente referidas como ondas reflejadas y transmitidas.
COMPORTAMIENTO DE ONDA VIAJERA AL ELECTRICA
as on as v a eras que se generan ante a apar c n e un stur o en a línea de transmisión se propagan por las líneas hasta que llegan a una discontinuidad (elementos en una subestación, unión de varias líneas etc.); en ese pun o as on as se v en en una on a re e a a y una on a transmitida, donde la magnitud de cada una de esas ondas está dada por los coeficientes de reflexión (kR (kR)) y refracción (kT (kT)) los cuales son de la
en e n o ay as mpe anc as caracter st cas e ca a una e as líneas respectivamente.
PRINCIPIO DE PROTECCION DE ONDA VIAJERA (1)
Los frentes de ondas viajeras propagándose por modificación en su contorno al atravesar una discontinuidad provocada por un cambio de mpe anc a. n a gura s gu en e una on a incidente propagándose por la línea 1 con discontinuidad y continúa a través de la línea 2 con una impedancia Zb como com omo o una una onda onda re rac a a exper men an o una mo cac n en el contorno de la onda incidente (Vi) a kT*Vi. kT*Vi.
PRINCIPIO DE PROTECCION DE ONDA VIAJERA (2)
PRINCIPIO DE PROTECCION DE ONDA VIAJERA (3)
n e cas aso o e qu que e am as nea eas s sea ean n nt ca cas s a= , e contor contorno no e a onda viajera no se ve afectado, y no existe onda reflejada. Esta situación, Za = Zb es difícil que se presente en sistemas eléctricos de potencia reales. s m smo as on as v a eras que se propagan a rav s e una nea e transmisión homogénea se ven mínimamente afectadas en su contorno aún considerando pérdidas por atenuación.
Por tanto, un frente de onda originado por una falla externa experimenta una modificación en su contorno al pasar por la discontinuidad que representa e cam o e a mpe anc a caracter st ca entre as neas e transmisión (Zb (Zb a Za) Za)
A diferencia de esto, un frente de onda originado por una falla interna sólo es afectado por la atenuación propia de la línea. l ínea.
PRINCIPIO DE PROTECCION DE ONDA VIAJERA (4)
uan o una a a ocurre en una pos c n e a nea a m e r os de distancia del relevador, se generan ondas viajeras y se propagan a lo largo de a línea. Cuando la onda V1 es reflejada hacia atrás a . reflejada Vr1 regresara a lo largo de la línea hasta el punto de falla. Ahí en el punto de falla parte de esta es reflejada y otra parte es . Vr2 regresara a la barra 1 después de algún tiempo.
po emos o tener e nterva o e t empo t , entre a ega a e a onda Vr1 y la onda hacia atrás Vr2, entonces la distancia puede ser
PRINCIPIO DE PROTECCION DE ONDA VIAJERA (5)
Con esta distancia Df Df,, es posible determinar si es una a a entro e a nea proteg a o s es una falla externa.
Si es una falla interna el relevador debe mandar una señal de disparo del interruptor, y en caso ue la falla sea externa el relevador no mandara dicha señal.
SELECCIÓN DEL EQUIPO TRANSMISOR (1)
a re ac n seña -ru o eterm na a potenc a e equ po transmisor y es la diferencia entre el nivel de la señal recibida y el nivel de ruido o interferencia de la línea. Niv Niveles ivel eles es de de se señal señal ñal portadora. porta po rtado dora ra.
SELECCIÓN DEL EQUIPO TRANSMISOR (2)
Niveles de ruido de la transmisión para onda portadora:
SELECCIÓN DEL EQUIPO TRANSMISOR (3) El procedimiento a seguir para determinar la El la potencia del equipo transmisor es de la potencia la sigu si siguiente guie ient nte e manera: mane ma nera ra: •
Se calcula el ru Se ruid ruido ido pr prod produc oducid ucido ido en la línea líne a
• • •
Se obtiene el nivel de Se de tr tran transmisión ansm smis isió ión n Se calcula la potenci Se cia cia ad del de el transmisor tran tr ansm smis iso or
SELECCIÓN DEL EQUIPO TRANSMISOR (4) nv ve e e rru u o a a entra a e receptor, eterm na e n ve ve m nn m mo mo de la señal recibida que asegura el ffu de func un ncio ciiona on nami ami mien ent ento tto o a adec ad de ecua cu uado ad do o del de l sis sistema iste tema ma de comunicaciones. comu co muni nica caci cion ones es. Nivel de ruido por los conductores en mal tiempo:
, es el ruido producido por los conductores en mal tiempo (en dbm) es el gradiente ficticio de potencial, kV/cm.
SELECCIÓN DEL EQUIPO TRANSMISOR (5) Grad Gr Gradiente adien iente te ef efec efectivo: ecti tivo vo: Donde:: Donde
; densidad relativa del aire.
, H g de p Hg presión. resión. perpendicular a la su perpendicular supe perf rfic icie ie de dell conductor. cond co nduc ucto tor r .
SELECCIÓN DEL EQUIPO TRANSMISOR (6) Grad Gr Gradiente adie ient nte e de pot potenc pote po tenc encial ncia iall su supe superfi sup perf erficia rfic icia cial iall de dell conductor: cond co nduc ucto torr: Radio d Radio del de el co cond nduc ucto torr e en n cm cm Carg Ca Carga rga a superficial supe su perfi rfici cial al uan o se t ene un az az e con uctores por ase, remp re remplazarse mpla laza zars rse ep por po or un so solo solo lo con conduc cond co nduc ductor ucto torr equivalente: equiva equ ivalen lente te:
Radio d Radio del de el con conduc cond co nduc ductor ucto torr eq equiv equival equi uival valent alen ente te. e. Radio del subconductor subconductor.. . Numero de subconductores.
ste pue e
SELECCIÓN DEL EQUIPO TRANSMISOR (7) La at La atenua aten enua uac uaci ció ción ión ón n to tota total tal para el c circ ci ircui rcu uito ito to c comp co om mple plleto eto to es la suma suma de:: de •
• • • •
•
Perdidas en el cobre coaxial entre el equipo d Perdidas dee . Perd Pe Perdidas rdid idas as en en el quipo de acople y si sinc sincronización. ncro roniz nizac ación ión. Perd Pe Perdidas rdid idas as en en lla las as co cone nexi xion ones es en en u uente. e n te . Perd Pe Perdidas rdid idas as en en llo los os ci circ rcui uitos uito tos s rra rama am male alles es. s. Perd Pe Perdidas rdid idaas de debi debida bida da a la la ba a im edancia resentada o or r una línea sin trampa. una trampa. Perrdid Pe Perdidas idaas debidas a la la pr prop pro opag opagac agació ación ión si simu sim imu mult ultán ltáánea lt ánea ea sobre sobre cam nos a ernos.
SELECCIÓN DEL EQUIPO TRANSMISOR (8) nv ve e e transm s n e e ser ta que asegure a a entra a e receptor una relación señalreceptor señal-ruido -ruido ruido que este por encima del ruido ruido prod pr producido oduc uciido p por po or la línea en el valor igu ual ua al de nivel mínimo de umbral, umbral, aprox.. 2 aprox 20 0 dB, mas el margen de de operación. oper op erac ació ión n.
Para tte Para tens en nsio siione on nes es ma ores de 220 kV: kV: Donde:: Donde Seña Se Señal ñall--rui -rui uid uido d do o para un bu buen buen en tiempo tiem ti empo po Rela Re Relación laci ción ón se seña señalñall-ruido -ru ruid ruido ido o de dese sead ado op para pa arra a ma mal mal tiempo. tiem ti empo po.
SELECCIÓN DEL EQUIPO TRANSMISOR (9) El nivel de El de tra transm tran tr ansm nsmisi smis isión isió ión ón n de debe deb be e cal calcul calc ca lcul culars ular arse, arse se, e,, entonces: entonc ent onces es:
Donde: umer um ero o e ca cana na es vo voca ca es es.. Numero de canales de señalización. Cuando se transmite la señal simultáneamente con la voz
Numero de tonos de telemetría. Nivel de canal de voz. Nivel de tono de señalización. Nivel de tonos de telemetría. Nivel de señal de volts. Potencia del transmisor en Watts Resistencia del cable coaxial.
SELECCIÓN DEL EQUIPO TRANSMISOR (10) , cos costoso osto tos so el siste ema em ma a de de ac acopl acop oplam opla lami amie mien ient ento nto, to, o,, p por po or lo tanto se emplea la llínea ín e a de guarda como medio d de de e tr tran ansm smiisi sión ón d de e on onda onda da p port po orrtad ta ador do ora ra y p puede ue de utililiz ut utilizarse izar arse se e en n lín nea ne eas lar as cortas. cortas. Norm Normalmente rma almente los cables de guarda se conectan a tierra, pero al al conectarlo se uede utilizar en co conectarlo comu comuni munica nic ni caci cacion ciones ones m mult mu ulltic tiican ca anal na ales le es s de de ancho de ban ancho and anda con la cual se logra un ba baj bajo c cost co os sto to po por por canal. canal. Al un unas as ve vent nta a as de es este te si sist stem ema a son son:: •
• •
Los cambios de Los deb debido al acc ccio cciona ionam namie ient iento nto de int nte nte ter erruptor orees y la adi adición dicció ión n de lí líne neaas qu que que no no afe fec fect ccta ta a la co comu comunicación. muni nica caci ción ón. Se fa faci cili lita ta el el uso de de es estac esta tacion taci cion iones ones es rep repeti repe re peti etidora tido doras dora rass een n lí líne neas neaas as la larg largas. rgas as. Se reducen las perdidas de potencia ocasionadas p Se por or inducción.. inducción
SELECCIÓN DEL EQUIPO TRANSMISOR (11)
Finalmente el nivel de potencia del transmisor esta dado por:
Donde Donde de:: Numero de canales vocales. . Cuando se transmite la señal simultáneamente con la voz
Numero de tonos de telemetría. ve e can anaa e vo vozz. Nivel de tono de señalización. Nivel de tonos de telemetría. Nivel de señal de volts. Potencia del transmisor en Watts Resistencia del cable coaxial.
ONDA PORTADORA VS HILO PILOTO
Es la mejor y las más utilizadas líneas línea s de AT.
Es más confiables y más fáciles de aplicar. ap licar.
Completamente controlado por el usuario prácticamente sobre la base del equipo terminal.
Económicamente más confiable, siendo utilizado por otros servicios al mismo tiempo, como teléfonos de emergencia y relés de control remoto operado.
DIAGRAMA DE IMPEDANCIAS DEL EQUIPO TRANSMISOR (1) salida de sincronismo de la maquina. relé de distancia es un círculo que tiene radio:
ara o tener este resu ta o part mos e s gu ente c rcu to:
DIAGRAMA DE IMPEDANCIAS DEL EQUIPO TRANSMISOR (2)
( 1) (1)
(2) (2)
(3)
4
DIAGRAMA DE IMPEDANCIAS DEL EQUIPO TRANSMISOR (3) Diag Di Diagrama agra rama ma cci circ irrcul cu ular laar rd de e im impe impedancia. ped dan anci ciaa.
DIAGRAMA DE IMPEDANCIAS DEL EQUIPO TRANSMISOR (4)
La ecuación (3) representa un círculo que tiene el los vectores.
El radio tiene la magnitud del vector el cual escr e e rcu o cuan o var a e a π . esta determinado por la ecuación (4).
DIAGRAMA DE IMPEDANCIAS DEL EQUIPO TRANSMISOR (5)
Del diagrama circular obtenemos que:
Teniendo en cuenta:
