Protecciones Direccionales

PROTECCIONES ELECTRICAS

TEMA:

“PROTECCIONES DIRECCIONALES”

NOMBRE: MAURICIO GONZALEZ VERA CURSO: INGENIERIA EN ELECTRICIDAD PROFESOR: GUSTAVO TORRES UNIVERSIDAD DE ACONCAGUA

Protecciones Direccionales

INTRODUCCIÓN.

Se denomina protección direccional de sobre corriente a aquella que responde al valor de la corriente y a la dirección de la potencia de cortocircuito en el punto de ubicación. La  protección opera si la corriente sobrepasa el valor de arranque y la dirección de la potencia coincide con la correspondiente a un cortocircuito en la zona protegida. Se compone de una   protección de sobrecorriente con selectividad relativa, completa con una muestra de medición que determina la direccionalidad de la potencia de cortocircuito que el denominado relevador direccional. La protección direccional de sobrecorriente es aplicable en redes con alimentación bilateral o en lazo, tanto para cortocircuito entre fases, como a tierra. La necesidad de direccionalidad puede demostrarse a partir de la red de alimentación  bilateral mostrada en la Figura 3.1. Para lograr la selectividad por tiempo entre las protecciones de sobrecorriente 2 y 3 de la red, la protección 2 debe ser más rápida que la 3 para la falla “F” y más lenta que la falla “F’’.

Figura 3.1: “Red de alimentación bilateral”. Para cortocircuito entre dos fases aparecen componentes de secuencia positivas y negativas de cortocircuito en la potencia. En el punto del cortocircuito limpio se cumple que la componente de secuencia negativa y positiva de la potencia son iguales. Por otra parte en todos los neutros del sistema la componente de secuencia negativa de la potencia de cortocircuito es cero. Por tanto este tipo de cortocircuito (componente de secuencia positiva de la potencia de cortocircuito) fluye de la barra hacia el punto de falla hacia todos los neutros del sistema. Las protecciones direccionales se pueden catalogar como un tipo  particular de las protecciones de Sobrecorriente, porque al igual que estas, reaccionan a un valor prefijado de corriente, pero actúan cuando la potencia de falla circula en un sentido determinado (el sentido positivo de operación, en la protección de líneas, es de la barra a la línea donde esta conectada la protección). Las protecciones direccionales constan de órganos de medida (de corriente ó de potencia), relés de tiempo y relés auxiliares, todos los cuales deben actuar para que el Interruptor  opere. De los componentes, el que tipifica la protección es el órgano de medida direccional de potencia que generalmente es un relé, y se conecta de manera que responda únicamente en caso que la potencia, circule en el sentido prefijado anteriormente.

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Protecciones Direccionales

Función 67 La protección de sobrecorriente direccional es similar a la de sobrecorriente no direccional;  pero, además, se debe especificar la dirección del flujo de corriente para la que se aplica la   protección. Para su evaluación numérica por el relé se requiere una referencia o  polarización con la que se efectúa el cálculo. Se prefiere usar la tensión porque se su ángulo se mantiene relativamente constante durante una falla y usualmente se aplica lo siguiente: • Corriente fase R: Tensión ST • Corriente fase S: Tensión TR  • Corriente fase T: Tensión RS Se debe notar que el ángulo de fase entre las corrientes y las tensiones mencionadas es aproximadamente de 90° de manera que para el cálculo se considera el valor en c cuadratura. Sin embargo, su valor va a depender de la relación X/R del circuito de falla, por  tanto se debe verificar que el ángulo de operación del relé es apropiado para obtener la máxima sensibilidad.

Función 67N La protección de sobrecorriente direccional a tierra es similar a la de sobrecorriente no direccional; pero, además, se debe especificar la dirección del flujo de corriente para la que se aplica la protección. Para su evaluación numérica por el relé se requiere una referencia o  polarización con la que se efectúa el cálculo. Se prefiere usar la tensión homopolar por lo cual se debe ajustar el ángulo de máxima sensibilidad según el sistema de puesta a tierra. Como referencia se indica: • Sistema de transmisión con puesta a tierra directa -60° • Redes de distribución con puesta a tierra directa -45° • Sistema con puesta a tierra a través de resistencia 0° Para una mejor evaluación de la condición de falla se utiliza también el valor de ambas magnitudes la corriente homopolar y la tensión homopolar, de manera que el relé viene a ser de “potencia homopolar”.

Función 32 La protección de potencia inversa se aplica para evitar el flujo de potencia activa en una determinada dirección y se calcula a partir de la tensión y la corriente que mide el relé La  protección de potencia inversa se aplica a los generadores y su ajuste se hace en función de la potencia nominal. Para ello se debe considerar una temporización que permita evitar  falsas actuaciones cuando la máquina absorbe potencia sincronizante o cuando se produce una oscilación de potencia.

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 P = V a ⋅ I a ⋅ cosϕa +V b ⋅ I b ⋅ cosϕb +V c ⋅ I c ⋅ cosϕc USO DE LA PROTECCIÓN DIRECCIONAL Lo dicho anteriormente permite plantear que esta protección se emplea en líneas independientes con más de una fuente de alimentación, en circuitos de lazo alimentados por  una sola fuente, con voltajes menores de 35kV; a veces se recomienda su uso en líneas de voltajes superiores (incluso cuando se emplean p rotecciones de distancia). Se tiene en cuenta que las protecciones direccionales actúan ante fallos monofásicos en tanto las de distancia solo accionan ante fallos polifásicos. También se usa a la salida de generadores para su protección contra motorización (potencia invertida).

TIPOS DE RELÉS DIRECCIONALES Un diagrama de flujo para este tipo de protección es el mostrado en la fig.4.2. Un nuevo elemento está incluido en el esquema (el relé direccional), los demás elementos coinciden con los de una protección de sobrecorriente.

Donde, 1: es un relé direccional; 2: relés de sobrecorriente; 3: relé de salida; 4: relés de tiempo; TP: transformadores de potencial; TC: transformadores de corriente; I: interruptor. El relé direccional de potencia es alimentado a través de transformadores de corriente y   potencial y se conecta de manera que responda solo a un sentido de la potencia de cortocircuito. Los relés direccionales deben ser alimentados por dos cantidades eléctricas distintas,  propias del sistema que se pretende proteger, una de las cuales se toma como referencia. De acuerdo a las magnitudes necesarias para su alimentación los relés pueden ser:

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Protecciones Direccionales a) Corriente - corriente.  b) Voltaje - voltaje. c) Voltaje - corriente. El último es el más utilizado y se le conoce como relé direccional de potencia. De acuerdo a sus principios constructivos, puede ser clasificado como: A. Electromecánicos. Se subdividen en: • • • •

Electromagnéticos. Inductivos. Ferroelectrodinámicos. Inductivo - dinámicos.

B. Estáticos Tanto los relés estáticos como los electromecánicos (que tienen principio de operación electromagnético) comparan valores absolutos de las cantidades actuantes, los demás comparan las fases de las magnitudes eléctricas.

CARACTERÍSTICAS DE LAS PROTECCIONES DIRECCIONALES El funcionamiento de todos los relés que comparan las amplitudes son de corriente-voltaje, dependen del sentido en que fluye la potencia aplicada a sus terminales (Sr.), según la expresión: Sr =Vr x Ir x sen(φsm-φr) donde: Vr e Ir son la tensión y la corriente respectivamente en la entrada del relé, φr es el desfasaje entre Vr e Ir, φsm es un ángulo que depende del relé y posee un valor constante. De acuerdo al valor de vsm los relés direccionales pueden ser: • • •

tipo seno (φsm = 0° ) tipo coseno (φsm = 90° ) tipo combinado (0 < φsm < 90° )

La condición de operación de los relés direccionales más comunes se describe: -(90° - φ sm) ≤ (90°+ φsm) donde: sm es el ángulo φ de máxima sensibilidad. La expresión es la base para la representación de la característica angular del relé direccional en el plano complejo: Zr = Vr Ir 

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Protecciones Direccionales En dicho plano el ángulo φr es positivo para impedancias inductivas (corriente adelantada con respecto a la tensión).

ALGUNOS RELÉS DIRECCIONALES

PROTECCIONES DIRECCIONALES DE SOBRECORRIENTE Consideraciones generales Estas protecciones pueden ser instantáneas, de tiempo definido o de tiempo inverso, con el agregado de un elemento direccional, que en el caso de los relés electromecánicos, puede ser de tipo copa de inducción, por ejemplo. Así, estar controlados o supervisados direccionalmente por estos elementos. En este apartado, se analizará el comportamiento del elemento direccional de un sistema. En un sistema de corriente alterna (C.A.), la corriente, es una magnitud cuya dirección sólo puede ser determinada en relación a otra; se puede solamente afirmar que dos corrientes tienen o no la misma dirección. Es decir, la corriente no tiene una dirección absoluta. La potencia, en cambio, especialmente la potencia activa, es una magnitud cuya dirección es posible determinar en forma absoluta, aunque como magnitud de medida para un sistema de protección contra cortocircuitos no presenta mayores ventajas que la corriente y su aplicación, por otra parte, introduciría enormes complicaciones. Sin embargo, esta propiedad de la potencia activa   permite su aplicación como otro medio de selección en un sistema escalonado de  protecciones, agregado a otras magnitudes y aisladamente en un sistema de protección por  comparación. Un sistema escalonado de protecciones basado en la medida de potencia operará solamente para una determinada dirección de ella y evitará la operación del equipo de desconexión cuando ella fluya en la dirección opuesta.

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Protecciones Direccionales Así, es posible complementar la aplicación de la corriente como magnitud de medida con un relé direccional (o de potencia) para el caso de una distribución como la que se muestra en la Figura 3.21). El relé direccional impide la operación de los relés de sobrecorriente cuando la potencia fluye hacia afuera de la sección protegida. Para una falla que ocurra en el lugar indicado en la figura, operan los relés del circuito fallado, es decir los ubicados en los puntos 3 y 4. El relé direccional ubicado en 2, en cambio, bloquea el desganche del interruptor respectivo, impidiendo así una desconexión inadecuada del circuito no fallado. De este modo se obtiene una selectividad que no podría conseguirse con relés de sobrecorriente.

G

T r  a f  o

1

2

3

4

Figura 3.21.- Aplicación de la protección de sobrecorriente en una línea en doble circuito

Selección de la corriente y de la tensión Como se indicó, el empleo de la potencia activa (medida en forma monofásica o trifásica) como magnitud para discriminar la ocurrencia de un cortocircuito presenta dificultades en su aplicación. La tensión en el lugar de la falla es prácticamente nula y, en consecuencia, la   potencia no puede medirse. Es evidente que esta desventaja disminuye cuando la falla origina un arco, debido a la pequeña caída de voltaje que allí se produce. En consecuencia la sensibilidad de un relé direccional debe ser lo más alta posible. Otra desventaja es el bajo factor de potencia del circuito hasta el punto de falla; esto trae como consecuencia que la  potencia que fluye es esencialmente reactiva. Esta complicación es mayor en líneas aéreas que en cables. La zona de insensibilidad del relé es aquella que se extiende desde el lugar en que está instalado hasta un punto determinado, tal que para fallas que ocurran en ella el relé no operará, por las causas antes indicadas. Es evidente que no es posible controlar la magnitud del voltaje, pero en cambio, es posible disminuir fuertemente la zona de insensibilidad variando el factor de potencia artificialmente mediante una adecuada selección de los voltajes y corrientes que alimentan el relé. Para conseguir un factor de potencia igual a uno (en falla) en el relé es necesario elegir un voltaje y una corriente tales que su desfase sea igual al ángulo de la impedancia de la línea, estando la corriente en adelanto con respecto al voltaje. De este modo, al ocurrir un cortocircuito, la corriente se retrasará en el ángulo de impedancia de la línea quedando en fase con el voltaje. El sistema de medida del relé se comportará, entonces, como si la   potencia que fluye hacia el cortocircuito fuera puramente activa. Además, los voltajes

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Protecciones Direccionales elegidos deben ser tales que con la ocurrencia de un cortocircuito mantengan su valor en todo lo que sea posible. Esto, naturalmente, es solo posible para el caso de cortocircuitos monofásicos o bifásicos ya que para uno trifásico los tres voltajes bajan en la misma   proporción. Se distinguen conexiones de 0º, 30º, 60º y 90º. Así, la conexión de 0º corresponde a aquella en que el voltaje y corriente están en fase, por ejemplo, o bien I12 y V12. Para las otras conexiones la corriente adelanta al voltaje en 30º, 60º o 90º. En la Figura 3.22 se muestran los diagramas fasoriales correspondientes a la alimentación del relé de la fase 1. Para los relés de las fases 2 y 3, los voltajes corresponden a la rotación del caso. En esta forma, se pretende que el voltaje elegido no sea apreciablemente afectado en magnitud y fase en casos de fallas no balanceadas. La conexión de 60º se puede lograr en la práctica colocando en el mismo polo dos bobinas alimentadas para el caso de la figura, con los voltajes V23 y V13 de tal manera que el flujo resultante sea proporcional a la suma de estos voltajes.

1

1

I1

I1 3 V23 Conexión de 90º

1

2

3

V13

Conexión de 30º

2

3

2 V23+V13

Conexión de 60º

Figura 3.22.- Diagramas fasoriales para las conexiones del relé de la fase 1

Principios básicos de los relés direccionales Los relés direccionales (o de potencia) cumplen con la función de detectar el sentido de flujo de la potencia activa y están, por lo tanto, basados en los principios del wáttmetro. Pueden ser del tipo electromagnético, de inducción o electrónico. Una forma constructiva muy común, es la de tipo balanza (electromagnético) que se muestra en la Figura 3.23, que corresponde al elemento direccional de los relés HZ de la Westinghouse. Los relés direccionales de inducción pueden ser de cilindro o de disco. Por ejemplo, las unidades direccionales de los relés CR de la Westinghouse y de los IBC de General Electric son del tipo cilindro de inducción; los relés direccionales de tierra ICP e ICC, de General Electric, son de tipo disco de inducción. Entre los electrónicos se pueden mencionar el TCW y el TCCV, ambos de General Electric y el 7SP88 de Siemens.

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Protecciones Direccionales Para deducir la ecuación característica, se considerará el relé tipo balanza de la Figura 3.23. En este relé cada núcleo se encuentra sometido al torque resultante del efecto del flujo de dos bobinas: una de voltaje y otra de corriente. El flujo producido en la bobina de corriente es proporcional a la corriente “I” y el flujo producido en la bobina de potencial será  proporcional al voltaje “V”, siempre que se desprecie la saturación. Las dos bobinas de voltaje tienen igual número de vueltas y se encuentran enrolladas en el mismo sentido. Las bobinas de corriente tienen igual número de vueltas pero están enrolladas en sentido contrario, tal como puede verse en la Figura 3.23 a), de manera que el torque de operación TOP será: TOP = k φ²A

(3.18)

Y el torque de retención T R es: TR = k φ²B + K (3.19) Donde φA y φB son los flujos producidos en los respectivos núcleos, K R  es el torque asociado al resorte y la constante de proporcionalidad k es la misma para ambos torques, por tratarse de bobinas iguales. De acuerdo con la Figura 3.23 b), se puede escribir:

φ²A = φ² i + φ² v + 2 φi ϕ v x cos(ϕ − θ)= k ' φ²B = φ² i + φ² v - 2 φi ϕ v x cos(ϕ − θ)= k ' El relé operará cuando T OP ≥ TR , es decir: k φ²A ≥ k φ²B + K R 

[I² + V²+ 2VI cos(ϕ − θ)] [I² + V² - 2VI cos(ϕ − θ)]

(3.20)

(3.21)

Reemplazando los valores dados por (3.20) y ordenando se tiene: 4kk'VI cos( ϕ − θ) ≥ K R  (3.22) Finalmente se puede escribir: VI cos(ϕ − θ) ≥ K (3.23) Donde K= K R /4kk’ y θ es el ángulo entre el flujo φv y el voltaje V. Cuando ϕ=θ, el torque es máximo, por lo que al ángulo θ se le denomina “ángulo de torque máximo”

V φv

φA

θ

I

ϕ φB φi -φi

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Figura 3.23.- Relé direccional Diagrama fasorial

En este caso, el ángulo de torque máximo depende de las características de la bobina de voltaje, ya que representa el ángulo de su impedancia. La ecuación (3.23) es válida, independiente de que el relé sea de tipo electromagnético, de inducción o de estado sólido. Es factible alterar el torque de operación variando el ángulo de torque máximo, lo que se consigue en la práctica, a través de dispositivos desfasadores adecuados.

Representación de las características de un relé direccional Así como para los relés de sobrecorriente, sus características se representan en forma de curvas tiempo-corriente, en el caso de los relés direccionales, sus curvas representativas están basadas en la ecuación (3.23). En ellas, tanto V como I y ϕ pueden considerarse como variables o parámetros, dando origen a las siguientes curvas características: Características voltaje-corriente para “ ϕ” constante Esta característica responde a la ecuación (3.24); es decir, el producto VI es constante, lo que corresponde a una hipérbola, tal como se muestra en la Figura 3.24, donde ϕ3 > ϕ2 > ϕ1 VI

≥

K  Cos(ϕ − θ)

(3.24)

Característica en coordenadas polares La característica más útil es la que representa la ecuación (3.23) en coordenadas polares (Figura 3.25)

V Relé opera

θ

Φ1 ϕ2 ϕ3

I

K  ϕ

I Relé no opera Figura 3.24.- Característica V-I para ϕ constante

Figura 3.25.- Característica en coordenadas polares

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Características voltaje-ángulo para I constante

La Figura 3.26 representa esta característica, donde I1 > I2 > I3. Características corriente-ángulo para V constante La Figura 3.27 representa esta característica, donde V1 > V2 > V3.

V I

I3 I2 I1

Relé opera

Relé opera

θ

θ ϕ

Figura 3.26.- Característica V-ϕ 

V3 V2 V1

ϕ Figura 3.27.- CaracterísticaϕI- para V constante

para I constante

Combinación del elemento direccional (de potencia) con el de sobrecorriente Como se dijo anteriormente, los relés direccionales de sobrecorriente constan fundamentalmente, de un elemento de sobrecorriente convencional (IAC, por ejemplo) y de un elemento direccional que opera en conjunto con el anterior (IBC, por ejemplo). El elemento direccional puede actuar sobre el elemento de sobrecorriente, en principio, en una de las dos maneras siguientes:  Supervisión direccional  Se conectan los contactos de los elementos de sobrecorriente y direccional en serie en el circuito de desenganche del interruptor de poder; de manera que mientras no se cierren los dos contactos no se completa dicho circuito y por lo tanto el interruptor no abre. Este   procedimiento; sin embargo, puede en ciertos casos, causar una falsa operación de la   protección, cuando la dirección del flujo de potencia en una línea sana cambia repentinamente al despejarse parcial o totalmente una falla externa y el elemento de sobrecorriente es de baja velocidad de operación. A manera de ejemplo, se considerará la situación de la Figura 3.28

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1

2

GA

GB 3

4

Figura 3.28.- Sistema en doble circuito, con alimentación en ambos extremos

Si la capacidad de generación de A es mucho mayor que la de B, el elemento de sobrecorriente en el interruptor 2 puede operar para una falla en F, pero la apertura se ve  bloqueada por el elemento direccional. Cuando el interruptor 4 abre para aclarar parcialmente la falla, la dirección de la potencia en el interruptor 2 se invierte y, como sigue existiendo una sobrecorriente, el relé abrirá el interruptor 2 innecesariamente. Control Direccional  Se combinan ambos elementos de modo que mientras no opere el elemento direccional no  pueda hacerlo el de sobrecorriente; es decir, el elemento direccional habilita al elemento de sobrecorriente de manera que en el circuito de desenganche del interruptor sólo se incluye el contacto de la unidad de sobrecorriente. Esta disposición permite evitar los inconvenientes mencionados en el párrafo anterior.

Polarización de relés direccionales Una unidad direccional emplea corriente (de línea para un relé de fase y residual para un relé de tierra) y una magnitud de referencia para determinar la dirección del flujo de  potencia. La magnitud de referencia de los relés empleados en protección de sistemas de corriente alterna recibe el nombre de “magnitud de polarización”; ésta puede ser un voltaje o bien una corriente. El uso de voltaje se conoce con el nombre de polarización de voltaje y el uso de la corriente con el nombre de polarización de corriente.  Polarización de relés de fases Según lo visto, en los relés de fase, se emplea el voltaje del sistema como magnitud de  polarización. A manera de ejemplo se presenta el esquema de la Figura 3.30 que muestra una conexión típica de relés direccionales de fases (conexión de 90º) con los transformadores de corriente conectados en estrella a tierra y los de potencial en estrella tierra-estrella tierra.

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Polarización de relés residuales Los relés direccionales residuales, conocidos como “relés direccionales de tierra”, pueden   polarizarse por voltaje residual (polarización de voltaje) o por corriente residual (polarización de corriente). La Figura 3.30 muestra el caso de un relé de tierra (residual), en que se dispone de tres transformadores de potencial auxiliares conectados en estrella tierradelta abierta para la polarización por voltaje y la corriente se obtiene de la salida de los tres transformadores de corriente.

Figura 3.30.- Conexión típica de relés direccionales de fase y residual

Cuando en un punto de un sistema sólo se requiere polarizar por voltaje un relé residual y por lo tanto, las necesidades de burden son pequeñas, se suele usar, por razones económicas, un equipo que incluye tres condensadores de acoplamiento y un dispositivo de potencial conectados en la forma indicada en la Figura 3.31. De esta manera, el voltaje aplicado a los relés residuales es  proporcional al voltaje de secuencia cero.

Condensadores de acoplamiento

A los relés de tierra

DCP

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Protecciones Direccionales Figura 3.31.- Polarización de voltaje para relés direccionales de tierra

La polarización por corriente de relés direccionales residuales se aplica en subestaciones que tienen transformadores de poder con sus neutros adecuadamente conectados a tierra. Generalmente, la corriente residual de polarización se obtiene desde un transformador de corriente ubicado en la conexión a tierra de los neutros de los transformadores de poder. Sin embargo, el hecho de que un transformador trifásico o un banco de transformadores monofásicos tengan su neutro sólidamente conectado a tierra no es razón suficiente para que sea una fuente de corriente de polarización. Es necesario, además, conocer las conexiones de todos lo enrollados del transformador o del banco y a veces incluso es necesario conocer el resto del sistema. Para un transformador con dos enrollados se pueden presentar los siguientes casos típicos de conexiones: Delta-estrella a tierra; estrella-estrella a tierra, estrella a tierra-estrella a tierra. De las tres conexiones la más común es la primera y al mismo tiempo es la única que se presta para polarización de corriente de relés ubicados en el lado de la estrella. En efecto, la presencia de la delta permite que por el neutro circulen corrientes de secuencia cero dirigidas siempre desde la tierra hacia los enrollados. Estas corrientes inducirán en la delta corrientes de circulación que no fluirán en la parte del sistema conectado en el lado delta y no habrá ningún caso de falla en el lado delta para el cual circularán corrientes residuales en la conexión del neutro de la estrella a tierra. Por eso, los relés residuales del lado estrella  pueden ajustarse en forma independiente de las protecciones en el lado delta. En la conexión estrella-estrella a tierra no pueden circular corrientes residuales, aunque el neutro de una estrella esté a tierra, porque los amperes-vueltas de las componentes de la corriente residual del lado conectado a tierra no podrían compensarse en la otra estrella, ya que, por los enrollados de esta última no pueden circular corrientes que estén en fase. Si se conectan a tierra los neutros de ambas estrellas, tampoco se puede obtener una corriente adecuada para polarización. En efecto, si se supone que las partes del sistema conectadas a ambas estrellas tienen puestas a tierra, entonces una falla monofásica en el secundario provocará una corriente residual hacia abajo en el neutro del primario y hacia arriba en el neutro del secundario. En cambio, una falla monofásica en el primario,  provocará una corriente hacia arriba en el neutro del primario y hacia abajo en el neutro del secundario. Luego, un transformador de corriente en uno de los neutros no proporcionará una corriente unidireccional adecuada para polarización. El intento de colocar transformadores de corriente en los dos neutros, conectando los secundarios en paralelo también falla, ya que la corriente resultante por el relé cambiaría de sentido según que la falla se produzca a la izquierda o a la derecha del transformador de  poder. Más aún, si la razón de transformación de los transformadores de corriente de los neutros es inversamente proporcional a la razón de transformación del transformador de  poder, entonces, la corriente resultante por el relé será siempre cero. Por lo tanto, los transformadores trifásicos o los bancos, en conexión estrella-estrella, son inadecuados como fuentes de corriente de polarización.   Naturalmente que un transformador, en conexión delta-delta no puede ser usado para  polarización de corrientes porque es imposible la circulación de corrientes de secuencia cero fuera de los enrollados. Los transformadores de tres enrollados, también, pueden usarse para polarización de corriente. Estos transformadores pueden ser estrella-estrella-delta, estrella-delta-delta. Si sólo una de las estrellas está a tierra y la otra está desconectada de tierra, o bien es un enrollado delta, este neutro es una fuente adecuada de corriente de polarización. En realidad 14

Protecciones Direccionales el caso es similar al de un transformador de dos enrollados deltaestrella a tierra. El enrollado terciario en delta tiene solamente el efecto de aumentar la corriente por el neutro debido a que se compensan en los enrollados de la estrella conectada a tierra los amperesvueltas de secuencia cero del terciario. Por lo general, en un transformador estrella-deltaestrella se conectan a tierra los neutros de ambas estrellas. En este caso se puede obtener  una corriente de polarización colocando transformadores de corriente en los dos neutros y conectando los secundarios en paralelo y en oposición, ya que cualquiera sea la ubicación de la falla, el sentido de la corriente en el relé será el mismo. Además, la corriente en la delta también mantendrá su sentido, por lo que puede usarse un transformador de corriente en la delta para obtener corriente de polarización. A menudo se emplea este método cuando no es posible medir las corrientes que circulan por las conexiones de los neutros a tierra.

Protecciones direccionales de sobrecorriente de fase y tierra direccionales Serán protecciones de sobrecorriente de fase y tierra direccionales, con temporización a tiempo definido. Estas protecciones estarán destinadas fundamentalmente a detectar fallas monofásicas de elevada resistencia, bifásicas y trifásicas, que puedan no ser vistas por la protección  principal, ya sea por sus límites de sensibilidad o por imposiciones de las condiciones de carga. Si bien se trata de protecciones complementarias a la protección principal, indirectamente desempeñarán también la función de respaldo local adicional, aunque sin posibilidad de recierre, ante la falta de actuación de las protecciones distanciométricas de ambos sistemas. Se trata de protecciones de actuación condicionada por un nivel de corriente en la línea y  por dirección de la medición, a partir de la discriminación por ángulo de fase entre la tensión y la corriente. La orden de disparo que elaborará será trifásica final. La protección de sobrecorriente de neutro deberá ser bloqueada, para imposibilitar su accionamiento, durante el tiempo muerto de recierre. La protección direccional de sobrecorriente a tierra estará dotada de dos modos diferenciados de accionamiento, con la posibilidad de selección de uso o inhabilitación: Comparación direccional (sólo bajo especificación particular ): Además de las condiciones anteriores, se requerirá la autorización direccional del extremo opuesto, vía teleprotección, para su actuación temporizada, con tiempo de reducido orden, tal como 150 ms. El requerimiento de la teleprotección implica la existencia de la función “eco”, para permitir la actuación de la protección de un extremo, en tanto el otro extremo se encuentre abierto ó su protección no manifieste arranque.  Respaldo direccional: Modalidad con temporización de mayor orden, generalmente del orden de los segundos, que no opera bajo el modo comparación direccional, no requiriendo la autorización por  teleprotección para su accionamiento. En sistemas no duplicados, las mismas serán 15

Protecciones Direccionales unidades independientes de la protección principal y normalmente no contarán con el esquema de comparación direccional.

Función sobrecorriente de secuencia inversa. La protección contará con una o dos etapas corriente-tiempo de secuencia inversa, las cuales pueden ser de utilidad en la programación de funciones relacionadas con desbalances en la línea (conductor roto, recierre, etc.)

Ajustes de la protección direccional de sobrecorriente a tierra  Modo comparación direccional (de habilitarse). De disponerlo habilitado, su alcance en corriente debe contemplar el 100% de la longitud de línea. Es recomendable entonces obtener de los estudios, el valor de corriente residual correspondiente a la condición de corriente de cortocircuito monofásico mínima, para fallas ubicadas a un 150% de la longitud de línea. Los valores de resistencia de falla a considerar  serán superiores al máximo valor considerado para el ajuste de la protección distanciométrica, dependiendo de la naturaleza del terreno en la zona del electroducto. El nivel de detección de corriente deberá ajustarse por debajo de ese valor en un 20%, considerando las incertidumbres involucradas. Deberá procurarse analizar además el valor  de tensión residual, para observar si supera al mínimo correspondiente a la sensibilidad direccional. El nivel de detección de corriente residual para la discriminación direccional, de ser de implementación independiente, deberá ajustarse con una mayor sensibilidad. La temporización a asignar al modo comparación direccional, deberá considerar el máximo tiempo de despeje de falla por la zona 1 de las protecciones distanciométricas, con el adicional de un intervalo selectivo, resultando en valores de tiempo del orden de los 150 ms, menor al t2 de las líneas concurrentes a la barra donde acomete la línea en cuestión.  Respaldo direccional sin condicionamiento . Con un 2do. detector de nivel de corriente residual, con condicionamiento direccional, se cumplirá con el objeto de la protección, con el adicional de brindar respaldo local, hasta la 2da. barra subsiguiente (lado línea), procurando evitar con certeza la incursión, con el alcance, en otros niveles de tensión, transformadores mediante. Las situaciones a analizar    por estudios serán coincidentes con las anteriores, pero con un mayor alcance, de ser    posible sin comprometer la selectividad. Este último propósito obliga a la adopción de temporizaciones elevadas, del orden de los segundos, para evitar descoordinaciones con zonas superiores de protecciones de línea y con protecciones de transformadores.

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Protecciones Direccionales CONCLUSION

La protección direccional como la de potencia inversa se aplica para evitar el flujo de potencia activa en una determinada dirección y se calcula a partir de la tensión y la corriente, se aplica a los generadores y su ajuste se hace en función de la potencia nominal. Para ello se debe considerar una temporización que permita evitar falsas actuaciones cuando la máquina absorbe potencia sincronizante o cuando se produce una oscilación de   potencia. La protección de sobrecorriente direccional es similar a la de sobrecorriente no direccional; pero, además, se debe especificar la dirección del flujo de corriente para la que se aplica la protección. La protección de sobrecorriente direccional a tierra es similar a la de sobrecorriente no direccional se prefiere usar la tensión homopolar por lo cual se debe ajustar el ángulo de máxima sensibilidad según el sistema de puesta a tierra

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