IV.1.IV .1.- Concepto de medición de impedancia en un relevador de distancia.
IV PROTECCIÓN DE DISTANCIA
Falla Trifásica en una Línea L
1. Concepto de medición de impedancia en un relevador de distancia. 2. Áreas de Aplicación. 3. Criterios de ajuste de protecciones de distancia. 4. Características de operación en el plano complejo RX. 5. Problemas que afectan la medición de impedancia en un relevador de distancia. 6. Esquema DRM
d Línea Radial Falla Franca Trifásica
La impedancia es proporcional a la distancia en la línea de transmisión.
El principio es proteger a líneas de transmisión. Se ajusta para reconocer zonas de protección a través de los alcances ohmicos.
Diagrama de Impedancia
Disparo instantáneo para fallas en la propia línea.
Menos sensible a cambios en la fuente de impedancia (movimiento de generación).
Menos sensible a corrientes de carga.
Coordinación más fácil con respecto a otros relevadores.
L d
+
V 1 = V a -
(d / L) Z L1
Z S 1
E
Ventajas
Principio del Relé de Distancia
POR EJEMPLO :
+
Número ANSI 21
I 1 = I a
I a , I b , I c
Falla Franca
V a , V b , V c
I1 = I a = I FALLA =
21
Falla Franca Trifásica
Línea Radial
E ZS1 + (d / L) Z L1
Supongamos que el Relé está Diseñado para Operar Cuando:
Z s1 es el Equivalente Thèvenin de la Impedancia del Sistema.
| V a |≤ (0,8) | Z L1 || I a | (80% DE LA LINEA)
Depende del Estado de Todo el Sistema (Topología, Carga, etc.)
1
Principio del Relé de Distancia
Ejemplo de Cálculo de la Impedancia I a , I b , I c
Para Una Falla Trifásica Perfectamente Balanceada a la Distancia d:
Línea de 69 kV 21
V a , V b , V c
V a = ( d / L) Z L1 I a
z L1=0,24+j0,80 Ohmios/milla L = 15 millas (24 km)
Z L1 = (0, 24 + j0,8) ⋅ 15 = En Consecuencia, el Relé Operará cuando:
= 3,6 + j12 Ohmios Ajuste del relé: Z r 1
| (d / L) Z L1 I a |≤ (0,8) | Z L1 || I a | ⇒
=
(0,8) | 3,6 + j12 |=10,02 Ohmios
d ≤ 0,8L Este Resultado No Depende de la Impedancia Thèvenin
Ohmios Primarios y Secundarios
Ejemplo de Cálculo de la Impedancia I a , I b , I c
El Relé está Recibiendo Voltios y Amperes Secundarios
Vsec =
V prim VTR
Se define :
;
I sec = ZTR = V prim
Z sec =
Vsec I sec
Línea de 69 kV
I prim
V a , V b , V c
21
RTC VTR
Z L1
= =
RTC V prim
(0,24 + j0,8) ⋅ 15 =
3,6 + j12 Ohmios
VTR = 40.000 / 120 RTC = 600 / 5
I prim Z prim = VTR = VTR = I prim ZTR RTC
⇒ ZTR = VTR / RTC = 2,77
El ajuste del relé será:
RTC
z L1=0,24+j0,80 Ohmios/milla L = 15 millas (24 km)
Z r 1 =10,02 / 2,77 = 3,62 Ohmios Secundario s
3. Criterios de ajuste de protecciones de distancia.
2. Áreas de Aplicación. Su principal aplicación es fundamentalmente en líneas de transmisión, que tienen fuentes de cortocircuito en ambos extremos, ya que interconectan sistemas y además se requiere que en lo posible, las fallas se despejen simultáneamente para no afectar su estabilidad.
Detecta todas las fallas en la línea.
R1
Z1 80%
R2 Z2 120%
2
Dispara tan rápido como sea posible al detectar fallas. No debe disparar para fallas fuera de su alcance. Sobrealcance.- Dispara para fallas después de los límites del ajuste. Provee protección de respaldo para subestaciones remotas, con su respectivo retardo de tiempo.
Coordinación y Temporización de un Relé de Distancia
Alcance de los Elementos Mho Ajustes del Relé X
Tiempo de Operación
Zona 3 C
Zona 3 Zona 2
B
Zona 1 2
1 A
3
4
B
5
6
Zona 2
Relés en A (INT. 1)
C
A
R
La Zona 1 es Instantánea Zona 1
Protección de la Línea con Elementos Mho
Protección de Distancia de Tres Zonas
X
Tiempo
C
Zona 3 Zona 2
B
Zona 1 1
2
3
4
5
6 A
R D
Tiempo
E
Definición de Distancia Unitaria
IV.4.- Características de operación en el plano complejo RX.
El Plano Complejo de la Impedancia
L
La Impedancia Aparente Z puede ser Representada en un Plano Complejo
d I a , I b , I c
Z = R + jX = Z ∠θ
Línea Radial
X V a , V b , V c
Z
21
Falla Franca Trifásica
θ
R
m=
3
d L
Ubicación de la Falla Franca
Ubicación de la Falla Franca
L
Impedancia Aparente:
d
Z = mZ L1 = mZ L1∠θ L1 = mR L1 + jmX L1 ;
I a , I b , I c
0 ≤ m ≤1 X
Falla Franca Trifásica
21
V a , V b , V c
Para
Línea Radial
X L1
Z L1
V a = (d / L) Z L1 I a θL1
La Impedancia Aparente es:
Z =
V a I a
R L1
= ( d / L) Z L1 = m Z L1
Protección de Líneas con Relés de Impedancia X
V
I
Falla
Z = m Z L1 ;
Z ≤ Z r 1
Z r1
R
Carga de la Protección de Distancia versus Impedancia Aparente de la Falla
Ubicación de la Falla Franca
Zona de Operación
Este segmento de la línea es la ubicación de la impedancia aparente en fallas francas sobre la línea.
Relé
0 ≤ m ≤1
Ubicación de la Falla Franca
X
R
Falla
Carga
Z=
Zona de Operación
F1
1
2
3
F1
F2 4
5
1
6
RELÉ 3 X Zona de Operación
2
3
4
RELÉ 3 X Zona de Operación F1
F2
I
Mejora de la Direccionalidad
Necesidad de Direccionalidad F2
R
V
F1 R
El Relé no Operará para esta Falla
Operación del Relé no Selectiva
4
F2
5
6
Característica Direccional del Relé de Impedancia R
Características Circulares del Relé de Distancia
Característica del Elemento Mho (Relé Direccional de Impedancia) Opera cuando:
V ≤ I Z
X
X
IMPEDANCIA SIMPLE
cos(ϕ − ϕ MT )
X
MHO con DESPLAZAMIENTO (2)
R
R
Z ≤ Z M
cos(ϕ − ϕ MT )
X
X
LENTICULAR (MHO 1 RESTRINGIDO)
MHO
ZM R
Z
X
ϕMT
MHO con DESPLAZAMIENTO (1)
R X
ϕ
R
R
Características de Tipo Semi-Plano X
DIRECCIONAL
X
FORMA DE TOMATE (MHO 2 RESTRINGIDO)
R
Característica del Elemento Cuadrilateral
DIRECCIONAL RESTRINGIDA
X
R
R
C
X
X
REACTANCIA RESTRINGIDA
REACTANCIA
R
X
B
R X
OHM
A
CUADRILATERAL
R
R R
Problemas que se Presentan en la Protección de Distancia
IV.5.- Problemas que afectan la medición de impedancia en un relevador de distancia.
Fuentes Intermedias INFEED
Resistencia de la Falla
Fallas Evolutivas
Desconexión de Carga
5
Acoplamiento Mutuo
Fallas Simultáneas
Fallas a Campo Abierto
Oscilaciones de Potencia
Líneas de Compensación Serie
Efecto de las Fuentes Intermedias Conectadas en la Línea (Infeed)
Problemas que se Presentan en la Protección de Distancia
Líneas de Tres Terminales
Líneas Cortas
Saturación del TC
V
I
ZL'
ZL I
'
Falla 21
'
'
V = I ZL + I ZL
Z = V I = ZL +
I' I
'
'
ZL > ZL + ZL
La Fuente Produce el Sub-alcance del Relé
Resistencia de la Falla
Ejemplo: Ajuste de la Tercera Zona A
ZAB
B
C
ZBC
Fallas de Fase
IAB
IBC
Falla
21
Sin Fuentes Intermedias:
Z
=
Z AB
+
ZBC
Con Fuentes Intermedias: Z = Z AB +
IBC IAB
Fallas de Tierra
ZBC
Ajuste de la Tercera Zona Considerando la Fuente Intermedia Conectada
Efectos de la Resistencia de Falla
Resistencia del Arco Otros componentes (árboles, etc.) Resistencia del arco Torre y pata de la torre Retorno por tierra Otros componentes (árboles, etc.)
Resistencia de Falla Líneas Radiales
Reduce los Valores de la Corriente de Falla
V
mZL
Reduce las Variaciones de Tensión en la Fase Fallada
I
R F
21
Aumenta los Valores de las Impedancias Medidas
Z = V I = mZ L + RF
La Resistencia de Falla Produce el Sub-alcance del Relé
Limita la Sensibilidad de la Protección
6
Diagrama del Plano de Impedancia
Resistencia de Falla Líneas Anilladas V
mZL RF
I
X
IF I
IF
21
mZL Z
V = I mZL + IFRF Z = V I = mZL +
IF I
R
RF
Diagrama Unifilar del Sistema E ∠δ
RF
BARRA S I ZS m•ZL RELÉ
RF
10
E ∠0
BARRA R (1-m)•ZL
Efecto de la RF y δ ) . c e s
ZR
Ω ( a i c n a t c a e R
IF
Z1S = 2 ∠ 80°
Z1L = 8 ∠ 80°
Z1R = Z1S
Z0S = 3•Z1S
Z0L = 3•Z1L
Z0R = Z0S
Im (V/I)
8
δ
6
δ
4
δ
X
= -30°
=4
= 0°
=8
= +30° δ = +60°
2
δ
0 -2 -2
RF (Ω sec.) X= 0 =1
= -60°
0
2
4
6
Re (V/I)
8 10 12 14
Resistencia ( Ω sec.)
Fallas Evolutivas
Impedancias Medidas en Condiciones de Carga
RF e IF Variables
V
El Tipo de Falla Evoluciona (AG→ABG →ABCG) (A-Tierra→AB-Tierra →ABC-Tierra)
I P, Q 21
Es Difícil Detectar la Inserción de la Falla y los Cambios en el Tipo de Falla
En Por-Unidad: S∠ϕ = VI∠ϕ = P + jQ Z=
V I
7
=
V I
∠ϕ =
V2 S
∠ϕ
Regiones de la Impedancia de la Carga X
Desconexión de Carga X
Carga Máxima Carga Saliente
Carga Entrante
R R
Oscilaciones de Potencia
Oscilaciones de Potencia
Ejemplo de Falla sobre la Línea A-B
No Hay Mal Funcionamiento del Relé Segundo Despeje t=t2
A
B
X
t=0+ Falla
Primer Despeje t=t1
P q L1
L1
q
Pre-Falla t=0-
t=t3
p L1 Relé en P
R
Post-Falla Oscilación de Potencia
Oscilaciones de Potencia
Bloqueo de la Oscilación de Potencia Esquema Tradicional
El Relé Puede Operar Mal Segundo Despeje t=t2 X
Primer Despeje t=t1
X
+ B
t=0+ Falla
B
21 tD
q L1
T CARGA tB
AUXT
21 52/TC AUX
R
t=t3
Pre-Falla t=0-
p L1 Relé en p Post-Falla Oscilación de Potencia
R
8
Para una Falla, t D-tB es casi Cero Para una Oscilación, t D-tB es Relativamente Grande El Relé Temporizado “T” se Ajusta para Bloquear el Disparo (21 Sobre 52/TC)
IV.6.- Recierre Monopolar
IV.6.- Recierre Monopolar
Estadisticamente el 90 al 95% de las fallas en lineas aerias son transistorias. De los cuales el 70% al 80 % son de fase a tierra.
VENTAJAS DE APLICACIÓN
Estabilidad del sistema. Estabilidad de carga. DESVENTAJAS DE APLICACIÓN
Por lo que se considera una buena opción aplicar el recierre monopolar en lineas, siempre y cuando las condiciones de la red le permiten la continuidad y la transmisión de potencia pueden mantenerse desconectado solo la fase fallada durante un determinado tiempo.
PRACTICA: Relevador de Distancia
Relevador de Distancia
Simular en Mathcad relevador de distancia.
Costos y esquemas mas complejos. Interruptores de potencia monopolar en cada extremo. Corrientes de secuencia negativa. Corrientes de secuencia cero.
Señales de entrada
Ejecutar el archivo que modela al relevador de distancia. Leer los archivos de falla.
Respuesta del rel evador
Analizar el comportamiento ante distintas fallas.
9
Señal de disparo
