PROTECCIONES EN SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE EXTRA ALTA TENSIÓN (EAT) Ing. Juan Marcelo Torrez Baltazar ________________________________________________________________Ing. Fidel M. León Sossa
Resumen. El Sistema Interconectado Nacional (SIN) cuenta actualmente con líneas de transmisión de hasta 230 kV, siendo este el mayor nivel de tensión con el que se tiene experiencia de operación de los sistemas de protección. Ante el pronto ingreso de subestaciones y líneas de transmisión en 500 kV en el SIN, se hace necesario investigar y conocer la filosofía y los esquemas de protección de los Sistemas de Transmisión en Extra Alta Tensión (EAT). Palabras claves. Filosofía de Protecciones Eléctricas, Sistemas de Potencia en EAT, Líneas de Transmisión en EAT, Requisitos Técnicos de Protecciones, SIN. 1. INTRODUCCIÓN
Los sistemas eléctricos son clasificados comúnmente por la función que desempeñan, la cual también está relacionada con el nivel de tensión de operación. La clasificación de los niveles de tensión de los sistemas eléctricos se detalla a continuación [2]: a) Distribución 2.4 kV a 34.5 kV b) Subtransmisión 13.8 kV a 138 kV c) Transmisión 69 kV a 765 kV
sistema de potencia lo más rápido posible, de manera que la integridad y estabilidad del sistema se mantenga [3]. Las protecciones en sistemas de transmisión de EAT, requieren de relés de protección de alta velocidad, con características de velocidad de respuesta, sensibilidad y discriminación que satisfacen una amplia gama de configuraciones de redes de transmisión y requerimientos de operación [4]. 2.1. Requisitos Técnicos Generales
A la vez, en los sistemas de transmisión se tienen las siguientes sub-categorías por nivel de tensión: Alta tensión (AT) Extra Alta Tensión (EAT) Ultra Alta Tensión (UAT)
69 a 230 kV 345 a 765 kV > a 765 kV
El presente documento investiga la filosofía y los esquemas protección en sistemas de transmisión en el rango de EAT. 2. FILOSOFÍAS DE PROTECCIÓN EN SISTEMAS DE TRANSMISIÓN EN EAT Las protecciones en sistemas de EAT tienen como objetivo fundamental, al igual que las protecciones de AT, la rápida desconexión de servicio de cualquier elemento del sistema de potencia que empiece a operar de forma anormal. Las protecciones llegan a operar después de que algún daño detectable haya ocurrido, y su propósito es limitar un mayor daño en el equipamiento, minimizar daño al personal, reducir el estrés en otros equipamientos, y sobre todo remover el equipo fallado del
Los sistemas de protecciones en su conjunto deben satisfacer las siguientes características [5]: a) b) c) d)
Sensibilidad Selectividad Velocidad Confiabilidad
La sensibilidad, selectividad y velocidad, son términos comúnmente empleados para describir las características funcionales de los sistemas de protección. Cualquier protección debe ser suficientemente sensible de modo que opere de forma confiable cuando lo requiera; debe tener la capacidad de seleccionar entre aquellas condiciones para las cuales su operación es requerida y aquellas para las cuales no, o se requiera una operación retardada; y debe operar lo suficientemente rápido para aislar el componente fallado [6]. En protecciones existen dos posibilidades en las que las protecciones se consideran confiables: a) opera cuando debe operar y b)
no opera cuando no deba operar. Estas consideraciones extienden la definición de confiabilidad de los sistemas de protección a: Fiabilidad, como la medida de la certeza que el relé operará correctamente durante todas las fallas en las que deba operar; Seguridad, como la medida de la certeza que el relé no operará incorrectamente durante todas las fallas en las que no deba operar [2]. 2.2. Protección Principal y Respaldo Un sistema de protecciones podría no operar cuando sea necesario y por lo tanto no despejar la falla, lo que hace necesario la consideración de sistemas de protección alternativos. Se consideran sistemas de protección alternativos, la duplicidad de la protección principal (PP1 y PP2), respaldo remoto o un sistema de protección contra falla del interruptor (50BF) [3]. Se denomina protección principal, aquellos relés que para una zona de protección definida operan en el menor tiempo posible y retira de servicio el menor equipamiento necesario para despejar la falla. Las protecciones de respaldo pueden ser instaladas localmente (en la mismas subestación que la protección principal) o en subestaciones remotas (respaldo remoto). En sistemas de EAT es común el empleo de sistemas de protección principal duplicada (PP1 y PP2), en caso de que uno de los mismos relés de protección falle en su operación. Se podría utilizar relés de diferentes fabricantes o relés que emplean principios de operación diferentes, de manera que cualquier insuficiencia en el diseño de uno de los relés primarios no se repita en el otro. No resulta económico duplicar algunos elementos del sistema de protección, como los CT´s, VT´s e interruptores, que resultan demasiado caros [3]. Para suplir este problema se cuentan con más de un núcleo secundario en los CT´s y VT´s para independizar las señales de operación, y dos bobinas de disparo en los interruptores para dar redundancia al circuito de disparo. Las protecciones de respaldo son generalmente más lentas que las principales, por lo que son instaladas en sistemas donde es permisible un retardo en el despeje de la falla, en caso de falla o indisponibilidad de la protección principal. Las protecciones de
respaldo remoto son completamente independientes en relés, CT´s, VT´s, banco de baterías e interruptores del sistema de protección que se encuentran respaldando [3] Sin embargo, existen algunos casos donde la habilidad de las protecciones de respaldo remoto para ver las fallas se encuentra limitada, como por ejemplo en casos donde se presente fenómenos de efecto infeed o resistencia de falla elevadas. Adicionalmente, las protecciones de respaldo remoto retiran más componentes del sistema de los que son requeridos. La protección de respaldo local no sufre de estas deficiencias, pero emplea elementos comunes con la protección principal, como CT´s, VT´s, banco de baterías e interruptores, y puede por lo tanto fallar en su operación por las mismas razones que la protección principal [3]. Los relés o funciones de falla interruptor (50BF) se encuentran dentro del grupo de protecciones de respaldo local, y tienen como objetivo detectar la falla en la apertura del interruptor durante un evento que requiere la operación del mismo, como por ejemplo una falla que activa los sistemas de protecciones [3]. Las protecciones de falla interruptor tienen diferentes principios de operación, siendo el más común el esquema que emplea temporizadores que se activan con la operación de cualquiera de las protecciones (principal o respaldo) y se desactiva cuando la corriente por el interruptor disminuye por debajo de un valor definido. Si la corriente por el interruptor persiste por un tiempo mayor al definido por el temporizador 1 (Etapa 1), la protección de falla interruptor emite una señal de re-disparo al propio interruptor, y si la corriente continua por el tiempo definido en el temporizador 2 (Etapa 2), emite disparo a todos los interruptores locales y remotos que son requeridos para despejar la falla. El alcance de la protección de falla interruptor (50BF) es mayor que las protecciones principales, por lo que se debe coordinar el tiempo de operación (temporizador 2) con los tiempos de operación de las protecciones principales. Asimismo, se debe considerar que la protección de falla interruptor posee una selectividad menor que las protecciones principales, pero mayor que el respaldo remoto, permitiendo que el tiempos de
actuación de la protección de falla interruptor sea mayor que las protecciones principales, pero menor que la protección de respaldo remoto. Debido a que las protecciones principales (PP1 y PP2) y respaldo local (50BF) se encuentran en la misma subestación, pueden tener las mismas causas de falla, por lo que se recomienda siempre contar con protecciones de respaldo remoto. 3. PROTECCIONES EN TRANSMISIÓN DE EAT
LÍNEAS
DE
Los sistemas de protección de líneas de EAT pueden ser influenciadas por una variedad de factores, como ser: nivel de tensión, longitud, proximidad a fuentes de generación, flujo de potencia, estudios de estabilidad, etc. [7]. 3.1. Requisitos Técnicos Particulares Dentro de la filosofía de control /protección de líneas de transmisión de EAT, se tienen los siguientes requisitos técnicos particulares definidos [7], [9]: a) Sistemas de protección redundante (PP1 y PP2) completamente independientes. b) Contar con protección de respaldo remoto y local (50BF). c) Alimentación de señales a través de núcleos diferentes en los transformadores de corriente (CT´s) y voltaje (VT´s) d) Sistema de alimentación en C.C. (banco de baterías, cargador y equipos auxiliares) independiente para las protecciones principales (PP1 y PP2). e) Equipamiento independiente (relés auxiliares, circuitos de disparo y equipamiento de teleprotección) para las protecciones principales (PP1 y PP2). f)
Doble esquema de teleprotección a través de canales físicos independientes.
g) Interruptores provistos con dos bobinas de disparo, y disparo de las protecciones
principales (PP1 y PP2) sobre ambas bobinas de disparo. h) Interruptores monopolares con reconexión supervisada (requerido para mantener la integridad y estabilidad del sistema). i)
Función de invasión de carga. Requerido para permitir la sobrecarga de la línea.
j)
Función de bloqueo por oscilación de potencia y disparo por pérdida de sincronismo.
k) La protección de respaldo remoto deben despejar la falla en menos de 1 segundo. La literatura técnica señala que además de cumplir con los puntos indicados anteriormente, se deben emplear los lineamientos señalados en los Estándares IEEE para Protecciones de Líneas de Transmisión, como por ejemplo el estándar IEEE C37.113-199 (Guía IEEE para la Aplicación de Relés de Protección en Líneas de Transmisión [8]. De acuerdo a la literatura consultada, en general las líneas de transmisión de EAT son protegidas por relés de protección de última generación, con funciones diferencial (87), distancia (21), y sobrecorriente direccional residual (67N) [9]. Adicionalmente deben contar con funciones de protección de sobretensión (59), falla interruptor (50BF) y bloqueo por oscilación de potencia (68) y pérdida de sincronismo (78). 3.2. Protección Diferencial El principio de funcionamiento de las protecciones diferenciales se basa en la suma de dos o más magnitudes eléctricas, que se comparan con un valor ajustado en la protección. En condiciones normales de operación, la suma vectorial de las corrientes que se inyectan a un determinado elemento es igual a las que salen de él. Esta condición cambia cuando existe una falla entre la zona delimitada por los transformadores de medida que se conectan con la protección, por lo que la protección diferencial es una protección unitaria de alcance definido contra cortocircuitos.
La protección diferencial posee inconvenientes en el proceso de medida de las intensidades, los cuales se deben a magnetización, pérdidas y saturación de los transformadores de corriente. Esto provoca corrientes diferenciales de desequilibrio permanente, que aumentan cuando se provocan fallas fuera del alcance de la protección. Para solucionar este problema se introducen factores de estabilización en la protección. La protección diferencial en líneas de EAT deben tener las siguientes características: a) Capacidad de evaluación de corriente diferencial en módulo y ángulo de fase. b) Tiempo máximo de operación 40 ms. c) Transmisión digital segregada de la información de las tres fases. d) Estabilización ante posibles saturaciones de los transformadores de corriente. e) Compensación del retardo del canal de comunicaciones. f) Compensación de corrientes capacitivas para líneas largas. g) Supervisión de los circuitos de corriente. h) Supervisión del canal de comunicación. 3.3. Protección de Distancia La protección de distancia es empleada en líneas de EAT como respaldo de la protección diferencial de línea. La función de distancia mide la impedancia entre el punto de instalación del relé y la localización de la falla; debido a que la impedancia por kilometro de las líneas es relativamente constante, la función responde a la distancia de falla en la línea de transmisión. Para calcular los ajustes de las zonas de protección de distancia se emplearan programas computacionales especializados en cálculo de cortocircuitos y coordinación de protecciones, los cuales permitirán representar gráficamente los puntos de impedancia compleja de la falla dentro de las características de zona de las protecciones, teniendo en cuenta características como [10]: a) Valores de K0 diferentes a los de la línea protegida. b) Aportes intermedios en la barra remota.
c) Resistencia y reactancia aparente de falla d) Impedancia mutua se de secuencia cero en líneas de doble circuito. e) Efectos de la corriente de carga sobre el alcance de la protección. Los criterios de ajustes de las diferentes zonas de protección de distancia se detallan a continuación: 3.3.1. Zona 1 Fases (Z1P): Debe ajustarse para cubrir la mayor parte posible de la línea protegida. Se debe tener especial consideración en su aplicación en líneas demasiado cortas, debido a que la zona 1 podría no distinguir entre una falla dentro o fuera de la línea protegida [7]. Alcance Z1P : 80% de la impedancia de la línea protegida Tierra (Z1G): En la determinación del alcance se debe considerar el fenómeno de acoplamiento mutuo, que pude ocasionar problemas de sobrealcance en los elementos de distancia de tierra, si el alcance no es reducido [7]. Alcance Z1G : 50% al 80% de la impedancia de la línea protegida El alcance debe aproximarse más al límite inferior en caso de presentarse mayor acoplamiento mutuo en la línea de EAT, a menos que se cuente con la medición de corriente de secuencia cero de la línea paralela, y el factor de compensación mutua de secuencia cero (k0M). El disparo de esta zona (Z1P y Z1G) de protección debe ser instantáneo. En esquemas de teleprotección por Transferencia de Disparo Permisivo por Sobrealcance (POTT), la zona 1 no forma parte de la lógica de teleprotección. En los esquemas de teleprotección por Transferencia de Disparo Permisivo por Subalcance (PUTT), la zona 1 además de enviar disparo local, envía la señal permisiva al extremo remoto, por lo que en ningún caso deben alcanzar a ver fallas en el extremo remoto, considerando: errores en instrumentos de medida (CT´s y VT´s),
imprecisiones de parámetros de las líneas, sobrealcance transitorio o influencia del acoplamiento de secuencia cero entre líneas paralelas. Un requisito adicional es que en los esquemas Permisivos por Subalcance, la cobertura de esta zona sea mayor al 50% de la línea protegida, de manera que toda la línea de transmisión de EAT esté protegida por al menos la zona 1 de una de sus terminales. Los alcances de estas unidades también deben considerar la existencia de compensación serie, tanto en la línea protegida como en las líneas adyacentes [9]. El alcance de la zona 1 debe ser ajustado de forma que en ninguna circunstancia alcance el extremo remoto de la línea, considerando la presencia de compensación serie y/o sobrealcance transitorio. En estos casos el alcance debe ser analizado con estudios de transitorios electromagnéticos empleando programas especializados (ATP-EMTP, PSCAD, DigSILENT, etc.), y cuando se trate de líneas compensadas, se pueda considerar el disparo de los elementos de protección de la compensación serie (GAP´s o MOV´s) previo a las protecciones de la línea de transmisión de EAT [9]. 3.3.2. Zona 2 Fases y Tierra (Z2P/Z2G): La zona 2 se ajusta para proteger el restante porcentaje no cubierto por la zona 1 y proveer suficiente margen para asegurar que vea todas las fallas dentro de la línea protegida [7]. Para determinar el alcance se debe realizar los siguientes cálculos: 1. 120% de la impedancia de la línea protegida 2. Impedancia de la línea protegida más 50% de la impedancia de la línea adyacente más corta. El alcance de la zona 2 se ajusta entre los valores de impedancia obtenidos de los dos cálculos anteriores. En caso de líneas largas seguidas de otras relativamente cortas, la impedancia calculada en el punto 2 puede resultar menor al 120% de la impedancia de la línea protegida, donde priorizará la cobertura del 100% de la línea protegida
asumiendo el alcance determinado en el punto 1. Se debe verificar que ver fallas en otros limitando su alcance impedancia de los autotransformadores subestación remota.
la zona 2 no llegue a niveles de tensión, al 50% de la menor transformadores y existentes en la
Para coordinar con las protecciones de respaldo locales (50BF), debe tener una temporización de 0.4 s. En caso de que exista solapamiento inevitable de las zonas 2 de líneas adyacentes, se puede incrementar la temporización a 0.6 s para mantener la coordinación. En los esquemas de teleprotección de Transferencia de Disparo Permisivo por Sobrealcance (POTT), la zona 2 es empleada en la lógica de teleprotección como unidades de sobrealcance que depende de la recepción de una Señal Permisiva para efectuar el disparo de los interruptores locales. En esquema de Transferencia de Disparo Permisivo por Subalcance (PUTT) también forman parte de la lógica de teleprotección y tienen la función de realizar el disparo de los interruptores locales luego de la recepción de la Señal Permisiva enviada por las unidades de subalcance (zona 1) del extremo remoto. En ambos casos, la zona 2 siempre debe sobrealcanzar el extremo remoto para garantizar el despeje de las fallas al 100% de la línea [9]. 3.3.3. Zona 3 Fases y Tierra (Z3P/Z3G): La zona 3 proporciona respaldo remoto a las protecciones de las líneas adyacentes y su alcance se extiende hasta el extremo remoto de la línea adyacente más larga. Para determinar el alcance se debe realizar los siguientes cálculos: 1. 120% de la suma de las impedancias de la línea protegida y la línea adyacente más larga 2. Impedancia de la línea protegida más 80% de la menor impedancia de los transformadores existentes en la subestación remota
En caso de existir autotransformadores conectados en la barra remota, la zona 3 puede extenderse más allá de la impedancia del autotransformador siempre y cuando no sobrepase el 50% de la impedancia de la línea más corta a partir del autotransformador. La zona 3 debe tener una temporización de 0.8 s. En caso de que exista solapamiento inevitable de las zonas 3 de líneas adyacentes, se puede incrementar la temporización a 1.0 s para mantener la coordinación. Se recomienda verificar la operación de las zonas 3 de las líneas de EAT, durante condiciones de carga extrema en contingencia, y habilitar la función de invasión de carga (Load Encroachment) en los relés de protección. 3.3.4. Zona Reversa La zona reversa en la protección de líneas de EAT se emplea solo en combinación con los esquemas de teleprotección. En los esquemas de teleprotección Permisivos de Sobrealcance (POTT) las unidades de medida de zona reversa son utilizadas como de bloqueo de las lógicas de ECO y Fuente Débil (Weak Infeed) [9]. En los esquemas de teleprotección de Bloqueo, es empleado para detectar fallas en reversa y enviar la señal de bloqueo al extremo remoto. En ambos tipos de esquemas, la zona reversa debe tener un alcance suficiente para actuar ante todas las fallas vistas por la protección de distancia en zona 2 del extremo remoto. Adicionalmente, estas unidades deben contar con una característica de desempeño transitorio similar a la protección de distancia en zona 2 del extremo remoto [9]. 3.4. Protección de Direccional Residual
Sobrecorriente
Las protecciones de sobrecorriente direccional residual responden a la corriente de secuencia cero (homopolar) del sistema. En sistemas rígidamente puestos a tierra, este tipo de corriente se presenta solo para el caso de falla desbalanceadas con contacto a tierra, por lo que se puede ajustar esta protección lo suficientemente sensible como
para detectar fallas a tierra de alta impedancia. La protección de distancia tiene ciertas limitaciones en la detección de este tipo de fallas, por lo que se recomienda su habilitación como respaldo. La característica de operación de la protección es de tiempo inverso y tiene que ser coordinada con las protecciones de las líneas y equipos que parten del extremo remoto. Los valores de ajuste del valor de arranque dependen de la experiencia de cada agente, siendo común el criterio de ajuste entre el 10% al 20% de la corriente nominal del CT [9]. En los esquemas de teleprotección Permisivos de Sobrealcance (POTT), la operación de la protección de sobrecorriente direccional residual depende de la recepción de la señal permisiva de disparo. En los esquemas de teleprotección de Bloqueo, se requiere la habilitación de una unidad en reversa con un ajuste del 80% del valor ajustado en la protección de sobrecorriente direccional residual del extremo remoto. Su función es detectar fallas a tierra en reversa y enviar la señal de bloqueo al extremo remoto. 3.5. Esquemas de Teleprotección Los esquemas de teleprotección son empleados para acelerar el tiempo de despeje de falla en la línea protegida. Cuando se va a seleccionar un esquema de teleprotección, se debe seguir las siguientes consideraciones [9]: a) Fiabilidad: Habilidad del sistema de protección a disparar durante fallas internas. b) Seguridad: Habilidad del sistema de protección para no disparar durante fallas externa. c) Costos y limitaciones físicas y eléctricas. A continuación se describen los principales esquema de teleprotección empleados en líneas de EAT: 3.5.1. Bloqueo por Direccional (DCB)
Comparación
El esquema de teleprotección más común en líneas de transmisión de EAT es el Bloqueo
por Comparación Direccional (DCB). La función de sobrealcance (normalmente la zona 2 de la protección de distancia) se ajusta de tal forma que vea más del 100% de la línea protegida, y la zona reversa se ajusta para que vea más allá del alcance de la protección en sobrealcance del extremo remoto. Los elementos de distancia de fase se emplean para detectar fallas polifásicas, y los elementos de distancia de tierra o sobrecorriente direccional de neutro para detectar fallas a tierra. Los elementos en reversa deben alcanzar más allá o ser más sensibles que sus correspondientes elementos de disparo en el extremo remoto [9]. Este esquema es muy fiable, pero no muy seguro, ya que opera aún cuando el canal de comunicación no está operativo, pero en esa condición es bastante inseguro porque puede llegar a disparar con fallas externas. Este esquema no presenta inconvenientes cuando el interruptor del extremo remoto se encuentra abierto, ya que no requiere ninguna señal permisiva. 3.5.2. Transferencia de Disparo Permisiva por Sobrealcance (POTT) Los esquemas de Transferencia de Disparo Permisiva por Sobrealcance (POTT) emplean zonas en sobrealcance en cada extremo de la línea protegida, que trabajan en conjunto con un sistema de comunicaciones para determinar si la falla se encuentra dentro de la línea. Los elementos de distancia de fases detectan fallas polifásicas, mientras que los elementos de distancia de tierra o sobrecorriente direccional de neutro son empleados para detectar fallas a tierra. La comunicación entre extremos es realizada mediante Onda Portadora (PLC), Fibra Óptica (OPGW), Transmisión de Microondas o Comunicación de Radio. El sistema de comunicación más empleado es la Onda Portadora el cual emplea un canal FSK (Frequency Shift Keying) que transmite continuamente una señal de Guarda (Guard) durante una condición normal de operación (sin falla), y envía una señal de Disparo (Trip) activada por un elemento en sobrealcance durante la ocurrencia de una falla. Para que se produzca la aceleración del disparo, no se debe recibir la señal de Guardia y a la vez se
debe recibir la señal de Disparo. Este esquema proporciona seguridad, pero no necesariamente fiabilidad [9]. 3.5.3. Transferencia de Disparo Permisiva por Subalcance (PUTT) Los esquemas de Transferencia de Disparo Permisivo por Subalcance (PUTT) emplean la protección de distancia en zona 1 para enviar la señal permisiva. Los elementos de distancia de fases detectan fallas polifásicas y los elementos de distancia de tierra o sobrecorriente direccional residual las fallas a tierra. La comunicación entre los extremos de la línea es mediante Onda Portadora (PLC), Fibra Óptica (OPGW), Transmisión de Microondas o Comunicación de Radio. El sistema de comunicación más empleado es la Onda Portadora el cual emplea un canal FSK (Frequency Shift Keying) que transmite continuamente una señal de Guarda (Guard) durante una condición normal de operación (sin falla), y envía una señal de Disparo (Trip) activada por un elemento en subalcance durante la ocurrencia de una falla. Para que se produzca la aceleración del disparo, no se debe recibir la señal de Guardia y a la vez se debe recibir la señal de Disparo. Este esquema proporciona seguridad pero no necesariamente fiabilidad [9]. 3.6. Protección de Sobretensión Las protecciones de sobretensión miden la tensión en los extremos de la línea, y actúan ante valores superiores a los ajustes, y son empleados para evitar daños en la aislación o incluso perforación de los equipos. Estas protecciones tienen características de operación de tiempo inverso, tiempo definido o instantánea [10]. Las líneas de EAT deben contar con protecciones contra sobretensiones mediante unidades instantáneas y temporizadas. Las unidades instantáneas deben operar para sobretensiones que ocurran simultáneamente en las tres fases, y las unidades temporizadas deben operar durante sobretensiones presentes en cualquiera de las fases. Al tratarse de protecciones de carácter sistémico, sus ajustes y la necesidad de esquemas asociados a teleprotección deben ser adecuadamente coordinados [9].
Las protecciones de sobretensión actúan antes fallas en el sistema (externas a la línea), por lo que no deben accionar los relés de bloqueo de los interruptores [9]. 3.7. Protección de Falla Interruptor La protección de falla interruptor tiene el objetivo de detectar si un interruptor no despejó la falla, ya sea por un problema mecánico (falla en la separación de los contactos), eléctrico (falla en la extinción del arco) o del circuito de disparo (circuito seccionado, falla bobina de disparo, etc.). Cuando se produce una falla en algún elemento, el interruptor debe recibir una señal de apertura; ésta misma señal deberá ser recibida además por la protección de falla interruptor, que comienza una primera temporización. Una vez terminado el tiempo, reenvía la señal de disparo sobre la otra bobina de disparo del mismo interruptor (redisparo), y comienza una segunda temporización. Si aún así no es despejada la falla, una vez concluida la segunda temporización envía una señal de apertura a los interruptores adyacentes desde donde se sigue alimentando la falla, además al otro extremo de la línea (mediante comunicación) [10]. Todos los interruptores en el nivel de tensión de EAT deben contar con una protección de falla interruptor, mediante supervisión de corriente a través del interruptor y una temporización de 250 ms para el disparo de los interruptores adyacentes. La medida de supervisión y la temporización de la etapa de re-disparo queda a criterio de cada agente [9]. La supervisión de la protección de falla interruptor ante la operación de las protecciones de sobretensión, reactores de línea no maniobrables y la recepción de señales de transferencia de disparo, deben ser realizados con los contactos normalmente abiertos del interruptor, debido a que esta protecciones no dependen de la corriente a través del interruptor [9]. 3.8. Oscilación de Potencia y Pérdida de Sincronismo La oscilación de potencia es un fenómeno que se presenta por desequilibrios transitorios
entre la generación y la carga, como por ejemplo durante cortocircuitos o rechazo grandes de carga. La filosofía adoptada para evitar la desconexión innecesaria de líneas de EAT durante oscilaciones estables de potencia, es mediante el bloqueo adecuado de los elementos de distancia, mientras que para la pérdida de sincronismo es la de promover la separación en parte del sistema [9]. La función de bloqueo por oscilación de potencia debe estar habilitada en todos los relés de protección de las líneas de transmisión de EAT, mientras que la función de pérdida de sincronismo solo se habilita en determinadas líneas de interconexión [9]. 3.8.1. Bloqueo por Oscilación de Potencia Estas funciones detectan oscilación de potencia y tienen como objetivo bloquear los elementos de distancia pasibles a actuar durante estas condiciones. El principio básico de operación consiste en la medición de la impedancia aparente medida por el relé en el punto de aplicación, y la velocidad de variación del mismo. Durante oscilaciones de potencia se presentan variaciones graduales, mientras que durante cortocircuitos variaciones rápidas. Durante un cortocircuito, la impedancia aparente varía de la condición de pre-falla a la condición de falla en un tiempo muy corto (algunos milisegundos), y durante la oscilación de potencia la variación es gradual, permitiendo a los relés de protección detectar esta condición. La implementación de las funciones de detección de oscilaciones de potencia es realizada tradicionalmente por dos unidades de medida independientes y un temporizador. Si la impedancia medida permanece entre estas dos unidades por un tiempo superior al tiempo ajustado, se determina una condición de oscilación de potencia y los elementos de distancia son bloqueados. Para garantizar que existirá suficiente tiempo para bloquear los elementos de distancia cuando una oscilación de potencia es detectada, la unidad de medida interna (Inner) de la lógica de oscilación de potencia debe englobar a la mayor característica de los
elementos de distancia (zona 3) que serán bloqueados, mientras que la unidad de medida externa (Outer) debe ser limitado por la región de carga para evitar actuaciones incorrectas durante condiciones de carga elevadas. La temporización para la actuación o reposición de la función de bloqueo por oscilación de potencia deber ser ajustada en función de los alcances de las unidades de medida (Inner/Outer) y de la mayor velocidad de oscilación que se desea detectar. Las velocidades de oscilación deber ser obtenidas de estudio de estabilidad transitoria. 3.8.2. Disparo por Pérdida de Sincronismo Las funciones de disparo por pérdida de sincronismo deben discriminar las oscilaciones estables de las oscilaciones inestables, y efectuar las desconexiones necesarias en caso de pérdida de sincronismo. Como se indicó anteriormente, ésta función solo se habilita en determinadas líneas de interconexión, y cada agente debe ajustarlas en función de las condiciones del sistema definidas por el Centro de Despacho, y de acuerdo a las características de los relés y las instrucciones del fabricante. 4. CONCLUSIONES El presente trabajo investigó las filosofías y esquema de protección en los Sistemas de Transmisión en Extra Alta Tensión (EAT). La primera parte resume las Filosofías y Requisitos Técnicos Generales de las Protecciones de los Sistemas de Transmisión de EAT. También se definieron los conceptos de protección principal, respaldo local y respaldo remoto. Posteriormente se describieron los requisitos técnicos particulares mayormente aceptados para las protecciones de líneas de transmisión de EAT, entre las que se destaca la necesidad contar con protecciones principales duplicadas (PP1 y PP2) completamente independientes, respaldos locales (50BF) y remotos, sistema de alimentación de C.C. separado para los sistema de protección, y duplicidad del esquema de teleprotección a través de canales físicos independientes.
También se describieron las funciones de protección con las que generalmente se protegen las líneas de transmisión de EAT: Diferencial (87), Distancia (21) y Sobrecorriente Direccional Residual (67N), Sobretensión (59), Falla Interruptor (50BF), Bloqueo por Oscilación de Potencia (68) y Disparo por Pérdida de Sincronismo (78). Para cada función de protección se realizó una breve descripción del principio de funcionamiento y las principales características con las que deben contar. Para las protecciones de distancia y sobrecorriente direccional residual, se definieron los criterios de ajustes de alcance y temporización de cada zona (1, 2 ,3 y reversa) de distancia, y los niveles de arranque de las etapas de sobrecorriente direccional residual (adelante y reversa). Finalmente se describieron los principales esquemas de teleprotección empleado en líneas de transmisión de EAT: Bloqueo por Comparación Direccional (DCB), Transferencia de Disparo Permisivo por Sobrealcance (POTT) y Transferencia de Disparo Permisivo por Subalcance (PUTT). La literatura indica que el Esquema de Bloqueo por Comparación Direccional es el más empleado para líneas de EAT, sin embargo los últimos avances en los sistemas de comunicación por fibra óptica han permitido la instalación de este sistema en todas las nuevas líneas de transmisión de EAT favoreciendo el empleo de esquema requieren canales de comunicación confiables, como los Esquemas POTT y PUTT. Finalmente indicar que de acuerdo a la investigación realizada, se puede concluir que la filosofía y los esquemas de protección de líneas de transmisión de EAT, no difieren significativamente de las líneas de AT (115 kV y 230 kV), y que tenemos actualmente en servicio en el Sistema Interconectado Nacional, bajo las directrices de las Normas Operativa No. 11 – Condiciones Técnicas para la Incorporación de Nuevas Instalaciones, No. 17 – Protecciones , y No. 30 – Requisititos Técnicos Mínimos para Proyectos de Generación y Transmisión.
REFERENCIAS
AUTORES
[1] Michel Chamia y Leif Koppari, “Protección Moderna de Líneas de Transmisión para Redes de Extra-Alta Tensión,” Folleto RK 61-202 SP, Edición 1, ASEA. [2] Walter A. Elmore, “Protective Relaying Theory and Applications,” Second Edition. [3] Stanley H. Horowitz, Arun G. Phadke, “Power System Relaying,” Third Edition – Wiley, 2008. [4] Vladimir F. Lachungin, Krzhizanovsky, “Evaluating EHV Protection Systems,” Power Engineering Institute – T&D World Magazine, 1999. [5] Richard Zambrano, Antonio Bayas, “Sistema de Protecciones Eléctricas a Nivel de 500 kV – Aplicación Subestación PIFO,” Escuela Politécnica Nacional. [6] C. Russell Mason, “The Art & Science of the Protective Relaying,” General Electric. [7] MLC GAbino, RC Oliveira, D. Erwin, JC Theron y M. Thakur, “Perfecting Performance of Distance Protective Relays and It´s Associated Pilot Protection Schemes in Extra High Voltage (EHV) Transmission Line Applications”.
Juan Marcelo Torrez Baltazar Ingeniero Electricista de la UMSA, miembro IEEE y usuario del programa ATP-EMTP. Realizó cursos de especialización en modelación de redes eléctricas y en protecciones de sistemas de potencia. Anteriormente formó parte del equipo de investigación y estudios eléctricos de la Compañía Boliviana de Energía Eléctrica S.A. Actualmente se desempeña como Ingeniero de Protecciones en la Gerencia de Operaciones del Comité Nacional de Despacho de Carga. Sus áreas de interés son: Sistemas de Potencia, Calidad de Energía, Sistemas Control, Estabilidad Transitoria-Dinámica, Transitorios Electromagnéticos y Protecciones Eléctricas. Fidel M León Sossa Ingeniero Electricista de la UMSS, ha realizado estudios de maestría en distribución de Energía Eléctrica en la UMSS.
[8] Power System Relaying Committee (PSRC) of the IEEE, “C37.133-199 - IEEE Guide for Protective Relay Application to Transmission Lines”.
Se ha desempeñado como ingeniero de Sistemas de Potencia en el CNDC desde 1997, como Especialista en Sistemas de Potencia a partir de 2005 y como Jefe de la División de Análisis Operativo de la Gerencia de Operaciones del CNDC a partir de 2009 hasta la fecha.
[9] Operador Nacional do Sistema Eléctrico, Diretoria de Planejamento e Programação da Operação, “Filosofias das Proteções das Linhas De Transmissão de Tensões Iguais e Superiores a 345 kV”, ONS RE 3/109/2011.
Ha realizado cursos de capacitación y entrenamiento en el manejo de programas especializados en ingeniería eléctrica, como el PSS/E de PTI, Power Factory de DigSILENT y CAPE de ELECTROCON.
[10] TRANSELEC, Subgerencia de Gestión de Redes, “Filosofía de Protección del Sistema de Transmisión Eléctrica de TRANSELEC S.A.”, Abril 2017.
