COMPENSADORES SERIE Ing. Luis Felipe Hernandez Zevallos Especialista en Protección de istemas de Potencia Substation Automation Solutions Solutions – AREV AREVA A T&D
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Apresentação AREVA - X Conferência Conferência Double - Outubro 2009
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Introducción
Requisitos para reducir la duración de la fallas durante cortocircuitos en líneas de transmisión están basados en la congestión del Sistema y el incremento del número de clientes con cargas sensitivas a variaciones de Voltaje. Acelerar el despeje de la falla en líneas Compensadas Series pueden ser logradas por el avance en los esquemas de comunicación. La presentación describe los requisitos relacionados con líneas compensadas serie y presenta el esquema de comparación direccional que garantiza tiempos de operación en menos de 1 ciclo. Componentes super impuestas y su aplicación para detección direccional en líneas compensadas serie son descritas. La aplicación de la detección de componentes super impuetas direccionales en esquemas permisivos y bloque también son relatados. Comunicaciones avanzadas relé-relé con diferentes diferentes modos de operación operación permiten reducción significativa de costos de los esquemas de comparación direccional. Al mismo tiempo esto reduce el tiempo total de operación de la protección para cualquier falla en la zona de protección. 22
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Requisitos de la Protección en Líneas Compensadas Series Los requerimientos crecientes para aumentar la capacidad de transferencia de Potencia, reducir las pérdidas y mejorar la estabilidad del Sistema Eléctrico ha resultado en el uso extendido de líneas compensadas series en transmisión y grandes sistemas. Como la transmisión de Potencia es inversamente proporcional a la impedancia de la línea, es claro que un capacitor conectado en serie con la l a reducción de la impedancia de la línea, incrementa el flujo de potencia. Esta compensación puede ser lograda colocando capacitores en uno o dos terminales de la línea, en la mitad y con valores típicos de 1/3, 1/2, o 2/3 de la impendancia de la línea Una falla o corrientes de carga pueden producir voltajes que pueden dañar el capacitor. Para reducir esta posibilidad, los capacitores son protegidos por protección de sobre voltaje mediante power wer gap o varistores (MOV), usados para limitar el voltage aplicado al capacitor. Durante una falla con gran corriente el capacitor usualmente será bypaseado, o sea se vuelve una línea no compensada. Sin embargo, los esquemas de protección de alta velocidad toman en cuenta la existencia del capacitor. Los esquemas de protección deben tener en cuenta esta posibilidad. 23
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Requisitos de la Protección en Líneas Compensadas Series Los capacitores series proveen beneficios significativos en la operación del Sistema, pero afectan el desempeño de los relés de protección en la línea protegid protegida a así como las protec proteccione ciones s de líneas líneas adyacent adyacentes es no no compensadas. Esto significa que la protección requiere no sólo un buen entendimiento de los efectos de la compensación en la protección, pero también estudios detallados y test transitorios de desempeño para demostrar la velocidad, dependabilidad y seguridad. Los efecto efectos s del capacitor capacitor no no está limitada limitada a la frecuencia frecuencia del del Sistema. Sistema. Los efectos del capacitor;y sus asociados, gaps y varistores suprimen producie ciendo ndo un un inter intercam cambio bio de de alta alta los transitorios positivos y negativos, produ frecuencia hacia el Sistema de Potencia cuando actúan los gaps o conducen los varistores. Los efectos mas comunes de los capacitores en la protección son debidos a la corriente y al voltaje en reversa. Como se puede ver en la siguiente figura, el Voltaje en reversa ocurre cuando una falla cerca al capacitor serie, cuando la impedancia vista por el relé a la falla m es es capacitiva capacitiva,, por ejemplo: ejemplo: Xc>m*XL Por simplicidad sólo se muestra la reactancia 25
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Requisitos de la Protección en Líneas Compensadas Series If Corriente Corriente de falla falla Vf Voltaj Voltaje e de Falla Falla E es el Sistema Xs Impedancia Impedancia de la fuente fuente Xc Reactancia Reactancia del del capacito capacitor r X L Reactancia de línea m Distancia de la falla
Como Como resulta resultado, do, el Volt Voltaje aje aplic aplicado ado al relé relé será será 180º 180º desfa desfasad sado, o, respec respecto to a la posición considerada normal. Como muchas de las líneas no son compensadas, los relés están diseñados para trabajar en sistemas inductivos donde no existen los Voltajes de Reversa, esto puede tener un efecto significativo en el comportamiento del relé
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Requisitos de la Protección en Líneas Compensadas Series
La corriente en reversa (mostrado en la figura 2) es otra posible condición en sistema sistemas s con compensa compensación ción serie. serie. Esto ocurrirá ocurrirá si la impedancia impedancia es negativa: Xs+m*XL-Xc < 0 La expresión expresión es negativ negativa a cuando cuando:: Xc >Xs+m* >Xs+m*XL De esta última expresión es claro que la corriente en reversa ocurre si la del banco es mayor que la impedancia de la localización de la falla. 27
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Requisitos de la Protección en Líneas Compensadas Series Los fenómenos anteriormente descritos presentan problemas significativos a la protección convencional, es posible que los elementos de distancia vean impedancia negativa para una falla hacia delante e impedancia positiva para falla hacia atrás. Para asegurar el correcto funcionamiento de la protección protección los ajustes ajustes del relé deben tener en en cuenta varias varias condiciones posibles del Sistema y localización de la falla. Es importantes realizar simulaciones transientes para garantizar la operación de la protección. Como los métodos convencionales de detección de direccionalidad son basado basados s en en los los camb cambios ios del fasor fasor de medida medida y un faso fasorr de refere referenci ncia a (polarización), es claro que ellos se verán afectados por el Voltaje y corriente en reversa. Otro requisito importante es tener en cuenta el comportamiento bajo transientes R-L-C naturales del Sistema. Los cambios en las corrientes transientes y Voltajes vistos por el elemento de Distancia después de una falla en una línea compensada serie pueden resultar en un tiempo tiempo de de transi transició ción n hasta hasta de de 100 100 ms desde desde la la impeda impedancia ncia de la carg carga a antes de la falla hasta el valor final de impedancia. Considerando lo anterior es claro que es una necesidad para soluciones alternativas que eliminen los problemas impuestos por los capacitores series.
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Detección Direccional de Component Componentes es Superimpuestas El detector direccional de componentes superimpuestas pueden ser basados en la comparación de la polaridad de la corriente superimpuesta I y V directamen directamente te despué después s de la falla. falla. La decisió decisión n adelante adelante del relé relé usualmente es considerada de la barra a la línea. En el análisis de las figuras figuras 3 y 4 es important importante e entender entender que Zs o Zs+ZL son siempre positivas, puesto que la línea no es compensada al 100%. Como resultado no hay V reversa. Lo mismo sucede con la corriente, pero la polaridad del transformador de corriente determinan el signo del I visto visto por el el relé. relé. Esto Esto es porque la falla adelante en la figura 3 I y V me medi dido do por por el el rel relé é tien tienen en diferente polaridad y para la reversa en la figura 4 la polaridad es la misma.
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Detección Direccional de Component Componentes es Superimpuestas Una de las ventajas en la calculación de los componentes superimpuestos y los diferentes métodos para la detección direccional vistos, es que es muy rápido. Esto debido al hecho que requiere solamente un limitado número de muestras para detectar y confirmar la dirección de la falla.
Como puede ser visto en la figura 5, la decisión direccional (R6) para la fase A es es hecha hecha en meno menos s de 6 ms (<1/3 (<1/3 de de ciclo ciclo), ), 4 ms mas rápido rápido que el elemento de distancia 31
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Protección Comparación Direccional de Alta Velocidad El esquema anteriormente visto combinado con opciones avanzadas de comunicación con conexión serial, se consigue el elemento de protección de comparación direccional. En esquemas de comunicación un canal es usado usado para transp transportar ortar datos datos simples simples ON/OFF ON/OFF (del (del relé de protecció protección), n), provee alguna información adicional al dispositivo remoto que puede ser usado para acelerar la zona y/o prevenir disparo fuera de zona. Tres modos de operación permisivo, bloqueo o esquemas de interdisparo puede ser posibles. Ocho señales puede ser asignados para cualquier función en el esquema lógico de programación. Señales de bloqueo pueden ser escogidos para una rápida respuesta, interdisparo interdisparo es mas seguro (8 (8 bits CRC) y permisivo (2 bits) ofrece seguridad inmediata con gran confiabilidad. Esto significa que las ocho señales son suficientes para usar en cualquiera de los esquemas. Tabla 1 Data Data Rat Rate e BPS BPS
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(ITU-V) Standard
High-Speed
High High Secu Securit rity y
Transm. Time
Transm, Time
4800
V.27
2.0833 ms
6.250 ms
9600
V.32
1.0417 ms
3.125 ms
19200
V.32
0.5208 ms
1.562 ms
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Protección Comparación Direccional de Alta Velocidad En esta ca o el relé envía una una señal al terminal terminal remoto remoto para cualqui cualquier er falta vista hacia delante (DIR FWD en Fig. 6). Al mismo tiempo, si detecta una falla en la dirección adelante y recibe una señal del terminal remoto, disparará disparará sin un retardo retardo adiciona adicional. l.
Como se requiere tiempos de disparo cada vez mas rápidos en los esquemas de transmisión, el esquema de comparación utilizando canales de comunicación de alta velocidad. Esto se puede aún lograr con canales de comunicación de baja velocidad con seguridad mas baja.
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Conclusiones
Las líneas compensadas series presentan algunos desafíos a los elementos de Distancia y direccional en los relés de protección, debido a los voltajes y Corrientes en reversa. Componentes superimpuestas basados en la detección direccional ofrece una alternativa de alta velocidad a los métodos convencionales y no es afectada en la misma vía por los capacitores. Métodos avanzados en las comunicaciones permiten los tres modos de operación requeridos: Permisivo y Comparación direccional, Bloqueo o esquemas de interdisparo. Combinando componentes superimpuestas para la detección de la direccionalidad y comunicaciones avanzadas en esquemas de Comparaci Comparación ón Direccio Direccional nal proveen proveen protecció protección n Subciclo Subciclo en líneas líneas compensadas series.
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