Protección de líneas de transmisión cortas-en la red de sub-transmisión de Electropaz (página 2)

Cabe mencionar que la influencia de otra fuente no afecta la magnitud de la impedancia aparente del arco vista por el relé pero si tiene efecto en el ángulo de la impedancia y este cambio de ángulo puede provocar función de distancia de "sobre alcance" o "subalcance" o no tener ningún efecto en lo absoluto dependiendo del diseño de la función.

En fallas relacionadas a tierra, el total de la resistencia de falla es debido a la resistencia de arco más resistencia de falla que puede ser muy grande dependiendo de la falla. El efecto que implicarían estas condiciones es un incremento del valor de la resistencia así como un cambio del ángulo de fase. Principalmente a causa de la magnificación de las funciones de distancia a tierra pueden no ser muy efectivas por estas condiciones desde tierra los relés de distancia se vuelven menos efectivos ante incrementos de resistencia de falla .Donde se considere significativa la aplicación de resistencia de falla elevadas, la opción estará entre los esquemas solo de corrientes y esquemas de sobrecorriente direccional.

El valor de la resistencia del arco es variable pero la magnitud del valor máximo es prácticamente igual para cualquier parte del sistema independiente del lugar del cortocircuito, en conclusión la resistencia del arco puede afectar el valor de impedancia vista por el relé de distancia (de característica tipo impedancia o admitancia) por lo tanto el lugar de la impedancia final podrá salir de la zona de protección del relé.

En el caso de secciones de líneas muy cortas se prefieren los relés de distancia del tipo reactancia, debido a que mayor parte de la línea puede protegerse con alta velocidad. Esto debido a que estos no se ven afectados por la resistencia del arco, la cual puede ser bastante grande comparada con la impedancia de este tipo de línea .Este tipo de relé es sensible a la reactancia y no a la resistencia, pero esta característica puede tener un efecto negativo tal como disparos indebidos por la naturaleza del factor de potencia de la carga ya se trate de elevado valor inductivo o cualquier valor capacitivo, es por lo anteriormente expuesto que este tipo de relé debe emplearse adicionalmente con un relé de admitancia que garantice su inmunidad ante fluctuación de carga y estará ajustado en una sola zona de protección de esta forma delimitara la acción del relé de reactancia en tres zonas de protección si el relé de reactancia contemplaba inicialmente dos zonas.

El problema de las oscilaciones de potencia afecta menos a un relé de impedancia que a un relé de reactancia pero más que a un relé de admitancia. Por el contrario La resistencia del arco afecta al relé de impedancia más que a un relé de reactancia, pero menos que a un relé de admitancia.

6.8 Efecto de transitorios.

En aplicaciones de protección de distancia en líneas cortas es recomendable el uso de TC䳠de buena calidad, lo que implica que presenten limitada saturación por fallas en la zona de operación sin mayor complicación para el relé mientras no reduzca o cambie la corriente lo suficiente para que la impedancia no caiga fuera de la zona de operación.

La componente continua de la corriente de falla (DC offset componet of fault current) puede provocar un sobrealcance transitorio para el relé de distancia, esta tendencia es de especial importancia en aplicaciones en la primera zona de protección. Este efecto será despreciable si se utiliza compensadores tipo transformador Air-gap-type.

La mayoría de los transformadores de potencial son adecuados para su aplicación con relés de distancia, los CCVT䳠(coupling capacitor voltaje transformer) requieren un ajuste especial o incremento de retardo en la primera zona de protección.

En líneas cortas la relación de la impedancia fuente a la línea SIR se incrementa, en consecuencia el voltaje de falla en la posición del relé disminuye .Esta baja exactitud del potencial de la fuente limita el uso en toda su extensión para la primera zona de protección.

Los efectos transitorios asociados a los elementos de medida con acople capacitivo (CCVT), son conocidos en aplicación de relés estáticos afectando su comportamiento estos efectos son acción direccional y sobrealcance transitorio. Es necesario señalar que la empresa Electropaz no cuenta con estos dispositivos de medición (CCVT), por lo cual no se hace necesario un ajuste especial y de igual forma los relés de los que se disponen son digitales y ninguno de tipo estático.

Si suponemos un sistema como el de la Figura.trans una falla trifásica la barra detrás del relé, para esta condición el voltaje estable en el relé es cero, en la figura.trans. (b) se ve la forma de onda del sistema y vemos que el voltaje de prefalla no esta en fase con la tensión vista por el relé, en el segundo ciclo se producirá un disparo si vemos que I-ZV esta fuera de fase de la tensión de dolarización.

sobreálcense y subalcance Transitorio: La acción direccional de un relé tipo mho es muy importante; por lo general todos los relés tienen memoria así que recuerdan el voltaje que existió antes de presentarse la falla por un pequeño tiempo y tiene importancia en el desempeño de unidad de distancia tipo mho sin considerar respuesta transitoria del potencial de la fuentes esto preverá al relé de una magnitud de voltaje de polarización de prefalla luego de presentarse una falla cercana, esta será una cantidad de referencia confiable para redisponer de una decisión de "disparo" o "no disparo".

Fig. 11 Ubicación de equipo de medición entre el relé y la línea.

Marco Práctico de la Investigación

7.1 DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN ACTUAL.

7.1.1 Descripción de la red de Sub-Transmisión de Electropaz.

La red de sub-transmisión a cargo de la empresa "Electropaz", esta constituida por líneas aéreas en un nivel de tensión de 69kV que interconectan en forma de anillo las subestaciones en el área de concesión de la empresa Electropaz , con la particularidad de que si se habla de una línea, puede ser tomando en cuenta el rumbo de cada derivación o solamente tomando en cuenta el segmento entre interruptor de inicio de línea y otro de final de línea (de interruptor a interruptor), con excepción de los tramos subterráneos de línea que conectan las subestaciones de Alto Achachicala con Challapampa, con longitud de 3.43 km y la conexión Challapampa y Catacora ,con 1.78 km de longitud. Estos tramos aparte de la diferencia de tipo de línea también están diferenciados por el nivel de tensión operan, que es de 115 kV.

A continuación se muestra una tabla en la cual se menciona en principio el sistema de sub-transmisión que será objeto de estudio, luego los tramos subterráneos comprendidos en el sistema de ELECTROPAZ, con datos de longitud , nivel de tensión, tipo de conductor e impedancia tanto de línea como de fuente en secuencia directa como también en secuencia homopolar.

Fig.12 Diagrama Unifilar del Sistema de transmisión y sub-transmision.

Tabla.7 Características de líneas del sistema de sub transmisión de ELECTROPAZ, con datos de longitud, conductor, impedancia de línea e impedancia de fuente detrás del relé y delante.

• Descripción del sistema de protección.

El sistema de protección con el que se cuenta comprende la protección de distancia para fallas entre fase y fase a tierra, la protección de respaldo por sobrecorriente y de manera particular la protección diferencial de línea. A continuación veremos en forma particular para cada tipo de protección las características que poseen, así como el modelo y tipo de relé utilizado actualmente.

7.1.3 Protección de Distancia

El equipo se denomina 8ZLS de aplicación en media y alta tensión, detecta fallas calculando la distancia a las mismas mediante la obtención de impedancia vista por el relé en sentido de la línea que se desea proteger. El equipo utilizado es digital, basado en dos potentes microprocesadores que incorporan protección de distancia y de forma opcional sobreintensidad, sobretensión y subtensión sincronismo y reenganchador (re cierre).

7.1.3.1 Funciones

Las funciones que incorpora el equipo se numeran a continuación.

– Unidades de distancia: 4 zonas y 5 esquemas de protección…

– Con teleprotección.

– Sin teleprotección.

– Localizador de fallas

– Detector de Oscilación de Potencia.

– Detector de cierre sobre falla.

– Detector de interruptor remoto abierto.

– Detector de fallo de fusible.

– Protección de sobreintensidad direccional de neutro o de componente inversa.

– Unidades de sobretensión y subtensión.

– Unidad de comprobación de sincronismo.

– Reenganchador mono/trifásico.

– Control.

– Vigilancia de los circuitos de cierre y disparo.

– Supervisión del interruptor.

– Numero excesivo de disparos.

– Señalización óptica.

– Entradas digitales.

– Salidas auxiliares

– Salidas de alarma.

– Información local mediante visualizador (opcional).

– Autodiagnóstico y vigilancia.

– Registro oscilografito.

7.1.3.2 Señalización óptica.

El equipo 8ZLS-j esta dotado de cuatro indicadores ópticos (Led's), cada uno de estos puede definirse como memorizado o no memorizado, sobre la memoria volátil. La programación de estos indicadores es la de fabrica, pudiendo cambiarse utilizando el programa ZIVercom

7.1.4 Protección diferencial

La protección de línea 7SD512 V3.0 actúa de acuerdo al principio de comparación. Se requiere cada intensidad de fase en cada final de la línea protegida y los datos de intensidad para ser comparados beberán ser transmitidos de un fin de línea a otro y viceversa.

7.1.4.1 Funciones

El Relé de protección de comparación de corriente 7SD512 V3.0 contiene las siguientes funciones.

– Protección por comparación de corriente.

– Función de sobrecorriente de emergencia.

– Disparo externo o local.

– disparo transferido.

– anuncios definibles por el usuario.

– función de recierre automático

– Protección térmica de sobrecarga.

7.1.4.2. Rangos de ajuste

Protección por comparación de corriente.

Disparo externo local vía entrada binaria

Disparo transferido vía entrada binaria

7.1.5 Protección de sobrecorriente

El equipo denominado CPI-D/E es de aplicación en circuitos donde se requiera una protección de sobreintensidad para fallas a tierra y entre fases. Este modelo incorpora funciones de protección de sobreintensidad y unidades de máxima o mínima tensión.

7.1.5.1 Funciones

Las funciones específicas que incorpora este modelo son las siguientes:

– Protección de sobreintensidad direccional de neutro (67N).

– Protección de sobreintensidad direccional de neutro aislado (67Na).

– Señalización óptica.

– Entradas digitales.

– Salidas auxiliares.

– Información local (Display).

– Autodiagnóstico y vigilancia.

7.1.5.2 Principio de Operación

Estos equipos CPI-D/E están provistos de una unidad de protección de sobreintensidad direccional diferente en ambos casos, así como sus esquemas de funcionamiento.

7.1.5.3. Rangos de ajuste

Ajustes Generales

Unidad de tiempo de neutro (#CPI-D)

Unidad instantánea de neutro (CPI-D)

Unidad direccional de neutro (#CPI-D)

Unidad direccional de neutro aislado

7.2 DESEMPEÑO Y ANÁLISIS DE LA PROTECCIÓN DE DISTANCIA

7.2.1 Introducción

El uso de los relés electrónicos permite obtener una base de datos que representa el historial del comportamiento de un sistema. Mediante el historial se puede determinar con precisión la actuación del relé y el tipo de falla.

El uso del Software especializado para análisis de sistemas de potencia ASPEN OnLinerTM, ASPEN Power FlowTM y ASPEN Academic SuiteTM, nos permitirá verificar el sistema de protección actual en base al historial de fallas anteriores y a las características técnicas propias de cada línea tales como tipo de conductor, impedancia de línea, impedancia de barras, longitud de líneas, separación de fases, etc.

7.2.2 Estadísticas de operación del sistema de protección

Las estadísticas del sistema de protección se presentan en el capitulo de anexos en la pagina#

7.2.3 Análisis del desempeño de la protección de distancia.

Realizando un análisis de la información contenida en el apartado anterior obtenemos la siguiente tabla, en la cual se presentan las fallas experimentadas por el sistema a partir de enero de 2005 hasta mayo del 2010.

Tabla.8 Estadística de fallas en líneas del sistema de subtransmisión de ELECTROPAZ de enero de 2005 a mazo 2010.

7.2.3.1 Desempeño ante fallas de alta impedancia

Como se puede ha mencionado anteriormente se presenta un problema cuando se presenta una falla de carácter resistivo en una línea corta, es así que la simulación responde a estos parámetros de manera similar.

A manera de ejemplo podemos recrear la falla numero seis según el listado resumen presentado en el apartado anterior, con la ayuda del programa ASPEN OneLiner鬠tomando en cuenta que la falla se presenta a 72.37% de la distancia total de la línea vista desde Kenko y a un 13.52% desde la subestación Rosassani como se aprecia en la fig7321a),b),c).

Analizando las graficas obtenidas vemos que una falla al 72.37% debía ser registrada dentro de la zona 1 de operación del relé de distancia de la subestación Kenko, pero es vista por la zona 2 del relé de distancia, lo que muestra una variación en el comportamiento normal. Ahora la operación en zona 1 del relé de la subestación Rosassani si actúa dentro de los ajustes determinados por la teoría. Este efecto se incrementa si se introduce el valor en ohmios de la falla, dando como resultado una variación aun mayor de la falla en relación a la característica del relé, lo que significa que si la falla debía ser vista por el relé en la zona 1 ahora se presenta en la zona 3 y cerca al límite.

Fig.13 a) Diagrama del sistema de Electropaz, simulando falla en la línea Kenko-Rosassani al 72.37%, los interruptores muestran el tiempo de actuación (grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

Fig 13 b) Diagrama de la característica del relé de distancia de la subestación Kenko, mostrando la falla en la Zona 2 de operación sin haber afectado la naturaleza resistiva de la falla (grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

c) Diagrama de la característica del relé de distancia de la subestación Rosassani, mostrando la falla en la Zona 1 de operación sin haber afectado la naturaleza resistiva de la falla (grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

7.2.3.2 Alcance mínimo

Los CT s usados con relés de distancia no deben saturarse por fallas en media línea. Limitada saturación por fallas dentro de la zona de operación no presentan problemas para los relés, mientras la corriente del relé no disminuya ni cambie lo suficiente para que el fasor de impedancia caiga fuera de la zona de operación. Es recomendable por esta razón el uso de Transformadores de corriente de buena calidad para aplicaciones en líneas cortas.

La mayoría de los Transformadores de tensión son adecuados para usarse con relés de distancia, como ya se menciono si la relación de la impedancia de la fuente aumenta, el voltaje de falla reduce en el punto de ubicación del relé. Esta baja exactitud del potencial de la fuente ante estos bajos voltajes puede limitar el servicio de la unidad de la Zona1 en una línea corta. Comparando el desempeño de dos transformadores de potencial cuyas clases son respectivamente, clase1 y clase2 obtenemos la siguiente tabla.

Tabla.9 magnitud máxima de error y máximo error de ángulo de fase (Ref: Limits to the of Ground direccional and distance protection, Jeff Roberts Schweitzer Engeniering Laboratories).

Es el error especificado para medida entre el 5% Vmedido 100% con prestancias de W,X,Y para clase1 y prestancia Z para clase 2.

Los tramos subterráneos son los más reducidos en longitud, además el ajuste de Challapampa es de 0.02(sec y ajustado al 67% de la línea, lo que significa que si aumentamos el valor a 0.03 aumentaría a mas del 90% de la línea superando el rango normal de ajuste.

Pero tomando en cuenta el error de la medición de potencial se debe tener un margen en el cual sea aceptable la variación del error en conjunto al valor de alcance de la zona de protección. Así una falla al final de la línea con este ajuste al mínimo puede traer errores si contemplamos además el error introducido por el equipo de medición.

Por ejemplo para una falla al 50%, el valor de voltaje en barra (lugar de ubicación del relé) es de 0.431 kV y para una falla al 66% el error será de 0.6 kV, etc. En comparación con un error de la línea Alto Achachicala- Av Arce con falla al 66% se tiene un valor de voltaje en barra de 16kV.

Falla entre fases dando mínimo nivel de potencia de falla en el punto de ubicación del relé, calcularemos la impedancia de la fuente de secuencia positiva.

Donde : kV = Tensión entre fases

MVA= potencia trifásica de falla en MVA

Ahora calculando la impedancia de la línea para el ajuste requerido:

Donde : ZL1= Impedancia de secuencia positiva de la línea hasta el alcance ajustado

Z1= impedancia de secuencia positiva de línea en toda su longitud [(/Km].

L= Distancia entre el relé y el alcance ajustado.

La corriente de falla desde el ramal del relé será:

;/

El valor mínimo de tensión en terminales del relé para falla entre fases será:

Nota.- Se puede apreciar que si se cambia la impedancia a la falla en la forma de la ecuación xXX y conociendo el valor mínimo en terminales del relé se puede encontrar la longitud mínima de alcance, despejando la distancia de la ecuación.

Fallas a tierra

Calculando la corriente residual en el ramal del relé a partir de las corrientes de fase:

A modo de ejemplo para una falla entre la línea Kenko-Rosassani al 30% de la longitud de la línea se presenta los siguientes valores.

Fig. 14 Voltajes a la entrada del rele para falla entre fases en la linea Kenko- Rossasaniel 30 % de su longitud.

Reemplazando en la formula anterior obtenemos:

Si ahora analizamos una falla fase-tierra los valores obtenidos son:

Fig. 15 Voltajes a la entrada del rele para falla a tierra en la linea Kenko- Rossasaniel 30 % de su longitud.

Reemplazando valores para la relación obtenida el resultado será:

Comparando estos valores en un análisis de falla en la misma línea compararemos con el voltaje en el punto de ubicación del relé primero para falla a tierra y después para falla entre fases.

Fig. 16 Voltajes a la entrada del rele para falla entre fases y fase tierra, en la linea Kenko- Rossasaniel 30 % de su longitud.

Analizando ambos resultados vemos que para nuestro ejemplo el voltaje en el punto de ubicación para falla entre fases es suficiente para fallas entre fases y fallas a tierra.

Utilizando el mismo razonamiento parta las fallas presentadas en un principio en los tramos subterráneos, en principio para fallas entre fases.

Comparando resultados el valor de tensión en terminales del relé ante falla entre fases es muy superior al mínimo encontrado con la formula y en el caso de fallas a tierra, el valor de tensión en el punto de ubicación del relé es menor al mínimo aceptable en terminales del relé. Esto puede dar lugar a alguna eventual mal operación del relé, el cual podría no ver la falla, en especial en la Zona1.

En líneas cortas en general el alcance del ajuste del relé se reduce y la corriente de falla para operar el relé aumenta (se requiere más corriente de falla para operar el relé) así como su tiempo de operación, por lo cual se debe tener en cuenta la sensibilidad del relé.

Para los fabricantes de relés es usual el declarar la mínima tensión a la cual el relé mantendrá su predicción en términos de tensión secundaria para fallas en punto de alcance de la Zona1. Esto podría ser expresado de forma alternativa como SIR por encima del cual el relé puede ser aplicado. Para fallas entre fases el mínimo valor de tensión es expresado en términos de tensión secundaria fase -fase y para fallas a tierra en términos de tensión fase-neutro.

La mínima tensión en punto de ubicación del relé se presenta por la ecuaciones (4), (5), (8), (9) (Ver pagina 10).

7.3 MODIFICACIÓN DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN

7.3.1 Introducción

La necesidad de una modificación del sistema de protección no solo busca el mejorar las respuesta del sistema de protección frente a fallas futuras, como fin inmediato, si no que pensando a largo plazo una vez realizado el incremento de nivel de tensión de 69kV a 115 kV en un tiempo futuro, por disposiciones de la superintendencia de electricidad mediante resolución SSDE N(0.34/2006 de fecha 13 de febrero de 2006, dispone que cualquier entidad que posea líneas de transmisión en 115 kV o tensiones mayores, deberá despejar fallas en forma instantánea, independientemente de la ubicación de las mismas en el SIN.

La necesidad de un cambio del sistema de protección tendrá que tomar en cuenta estas disposiciones vigentes, para que la alternativa de solución sea de utilidad para cuando se den las condiciones mencionadas.

Modificación de la característica de operación del sistema de protección de distancia.

En este apartado, evaluaremos la operación de diferentes alternativas de modificación a la característica de operación de los relés de distancia y mediante la simulación del comportamiento de cada caso y de esta forma veremos cual es una solución optima para el sistema en estudio.

7.3.2.1 Característica cuadrilateral.

Para tener mas claro el funcionamiento de esta unidad cuadrilateral, puede consultarse el Anexo I. En un principio asumiendo el relé REL 321, simularemos una falla en la línea Kenko-Rosassani y sobre la protección actual y tomando en cuanta sus ajustes, superpondremos un relé cuadrilateral con los ajustes en función de la misma línea y de esta forma comprobar el desempeño de estas unidades.

Ahora realizando el mismo análisis para la característica de reactancia (cuadrilateral) para el relé ZIV8ZLS-J presentando un ajuste aproximado de de los limitadores resistivos y la línea de reactancia.

Alcance resistivo = 1.1 x 16.6 = 18.3 (s

Alcance zona 1=0.85*Z1L

Alcance zona2=1.2*Z1L

Alcance zona 3= 1.2*ZF-PF

Reactancia1 =X1= Alcance zona 1(Sen(angulo Z1L)

Reactancia2 =X2= Alcance zona 2(Sen(angulo Z1L)

Reactancia3 =X3= Alcance zona 3(Sen(angulo Z1L)

Ajuste de limitadores resistivos

Fig.20 Característica cuadrilateral con diferentes ajustes de los limitadores resistivos.

7.3.2.3 Protección de distancia con característica poligonal.

Esta característica se puede conseguir utilizando el relé Rel 521 en el programa de simulación, tal relé es de funcionamiento y para metros muy parecidos, si no los mismos que el relé REL 531.Cada zona comprende ajuste de parámetros completamente independientes para medición fase a tierra y entre fases (ver Anexo II).

Para tener mas claro el funcionamiento de esta unidad poligonal, asumiremos el relé REL 521 y lo representaremos en sobre posición al relé ZIV 8ZLS-J utilizado actualmente en la subestación Kenko para la línea Kenko-Rosassani.

Ahora simularemos una falla en la línea Kenko-Rosassani y sobre la protección actual y tomando en cuenta sus ajustes, superpondremos un relé poligonal con los ajustes en función de la misma línea y de esta forma comprobar el desempeño de estas unidades.

(Grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

Fig.24 Característica poligonal superpuesta sobre unidad ZIV 8ZLS-J de la subestación Kenko para una falla en línea Kenko-Rosassani a 40% y con resistencia de falla de 8.6(. (Grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

7.3.2.4 Combinación de característica mho y Reactancia.

Este tipo de característica anteriormente mencionado, se obtiene de la combinación de dos características de reactancia que definirán la Zona1y la Zona 2 respectivamente y una característica mho definirá la Zona 3. De esta forma para un relé cuyos ajustes se hallan definidos con característica mho en todas sus zonas, se obtiene una ampliación de su cobertura para la primera y segunda zona, las cuales son de interés para el caso de falla con elevado valor de impedancia.

Las líneas de reactancia son simuladas por comparadores de fase entre (V-XI) y XI…Las cantidades V y I son idénticas a aquellas utilizadas en la Característica mho, y X es la reactancia de zona. Esta comprobación se la realiza de manera separada para las tres unidades en cada zona.

A manera de ejemplo veamos la protección de distancia de tierra del relé 8ZLS-J presente en la subestación Kenko que protege la línea Kenko-Rosassani.

Fig.25 Característica de la protección de distancia de tierra de la subestación Kenko. (Grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

Podemos observar las tres primeras zonas de protección y apreciar que la cuarta zona esta ajustada en reversa, además de los datos de cada zona en el recuadro adjunto.

Si cambiamos el tipo de relé o utilizamos la opción que nos presenta el 8ZLS-J de combinar dos características de reactancia con una característica mho se obtiene la siguiente como resultado…

Fig.26 Característica de la protección de distancia de tierra de la subestación Kenko con característica de combinación de reactancia y mho (grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

Ahora teniendo en cuenta que para la característica mho los parámetros varían entre impedancia, ángulos y retardos de tiempo. Para la característica de reactancia los parámetros serán de reactancia en las dos primeras zonas, impedancia de tercera zona, retardos de tiempo y ángulo de tercera zona. Tratándose de la misma línea los parámetros serán iguales en algunos casos. Para apreciar mejor este efecto superpondremos las figuras con los ajustes coincidentes y a partir de esta imagen se podrá hablar de los atributos que ofrece esta característica combinada.

Fig.27 Características sobrepuestas mho y combinada entre mho y reactancia para la protección de distancia de tierra de la subestación Kenko. (Grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

Es evidente que no existe alteración en la Zona 3 por ser ajustada por los mismos parámetros, en cambio para las primeras zonas es evidente el cambio de característica pero también se puede ver la coincidencia en los valores de ajuste.

Ahora vemos que las primera y segunda zonas están limitadas por la tercera zona de protección, con lo cual se obtiene un incremento en la cobertura resistiva para ambas zonas, permitiendo un mayor alcance resistivo.

Como se puede ver en los cuadros adjuntos para cada característica, para la característica mho en todas sus zonas se puede ver la falla de alta impedancia en la tercera zona, pese a que esta se presenta al 40% de la línea y debería ser vista por la Zona 1 que cubre en 80% de la misma o en su defecto por la zona 2 que cubre el 120%.

7.3.3 Alcance y limitaciones.

7.4 Implementación de nuevos esquemas de protección.

7.4.1 Consideraciones para esquemas de tele protección e hilo piloto.

Para considerar la aplicación de protección por hilo piloto, debemos asegurarnos de contar con los medios que permitan el funcionamiento de un esquema que veamos conveniente. Para este fin podemos tener en cuenta el medio por el cual se efectuara la comunicación de señales y la definición de cual esquema es el mas conveniente en el caso del sistema en estudio.

7.4.2 Descripción de la red de fibra óptica de protección.

adecuada, no adecuada?

7.5 Esquemas de protección por hilo piloto.

Basado en las premisas para la aplicación de la protección para las líneas multiterminales se considera:

• a. Disparo de todos los terminales simultáneamente para cualquier falla interna sobre la línea con cualquier corriente de distribución.

• b. Ningún disparo de los terminales para fallas externas en cualquier localización sobre el sistema con cualquier corriente de distribución.

El esquema recomendado como el más confiable y conveniente para la particular configuración de la líneas multiterminales del sistema de subtransmision en estudio, como por ejemplo la línea Kenko – Tembladerani es POTT con disparo echo y fuente débil [1], este es un esquema que combina de las mejores características de los esquemas POTT y bloqueo de comparación direccional. Posee el balance de la seguridad del esquema POTT y la confiabilidad del esquema de bloqueo de comparación direccional.

El esquema lógico propuesto para la línea multiterminal Kenko – Tembladerani es presentado en la figura POOT que cumple con las condiciones de disparo por fuente débil:

Una señal de disparo es recibida del terminal fuerte, indicando que una falla ha sido detectada por los elementos que miran hacia delante en ese extremo.

No hay salida de los elementos que miran hacia atrás en el terminal fuente débil, indicando que esa falla no está detrás del terminal débil.

Existe una caída de voltaje detectada por el terminal fuente débil, indicando que una falla existe.

Si una falla ocurre detrás del terminal de fuente débil, los elementos que miran detrás del terminal bloquearán la lógica echo y el disparo por fuente débil.

Cada uno de los relés de los terminales débiles deben recibir la señal de alta frecuencia que emite el relé del extremo fuerte para verificar las condiciones de fuente débil de su extremo y al mismo tiempo deben recibir confirmación de los relés de los demás extremos débiles indicándoles que la falla efectivamente está dentro de la línea (para de esta forma tomar la decisión correcta de disparar localmente y enviar la confirmación al extremo fuerte para que dispare).

Los esquemas propuestos presentan la misma confiabilidad y seguridad para los escenarios que se puedan presentar en la Barra de Jusepín I, por medio de la conexión y desconexión del generador e interruptor de enlace de barra.

Figura 29. Esquema lógico de la línea multiterminal Kenko -Tembladerani

Tanto los esquemas POTT como el esquema de bloqueo de comparación direccional presentan desventajas ante esta particular configuración de líneas entre las subestaciones Kenko – Tembladerani por eso no son recomendados.

Ver Anexo III en pagina 82.

7.6 Esquema de protección diferencial

Ver Anexo III en pagina 90.

7.5.3 Alcance y limitaciones

De manera general se puede afirmar que ninguno de los esquemas de teleprotección existentes presenta ventajas definitivas en relación a los otros esquemas.

En los esquemas permisivos se aprecia que prevalece la obediencia sobre la seguridad, lo cual es evidente en el caso de falla en el canal de comunicación, situación en la cual se inhabilita el disparo. También tienen deficiencias en caso de alimentación débil por lo que se deben complementar con sistemas híbridos.

Por otro lado en los esquemas de bloqueo prevalece la seguridad sobre la obediencia, ya que ante falla del canal de comunicación se garantiza la capacidad de disparo. Pero en caso de falla externa asociada a falla del canal, se puede presentar un disparo indeseado. También se debe tomar en cuanta que contemplan tiempos de despeje ligeramente altos por el retardo en espera de señal de bloqueo.

La protección diferencial de solo corriente brinda alta velocidad cuyas ventajas incluyen el no ser afectado por los transitorios de elementos de medición capacitivos, nunca sobrealcanzar ni subalcanzar, no necesita tensiones, no es afectado por inducción en líneas paralelas y tampoco es afectado por los penduleos de potencia.

Queda claro que independientemente de el esquema que se utilice entre estas alternativas , para su aplicación futura es necesario el contar con un canal de comunicación que este en conformoidad con las características del sistema y el avance tecnológico la opción de usar fibra óptica es la más acertada, teniendo en cuenta que un canal monomodo seria lo más aconsejable al poder manejar mayor cantidad de señales que pueden tener una aplicación futura no solo en comunicación de señales de estado del sistema entre relés, sino también para monitoreo del sistema, vigilancia de estaciones, conexión con sistema ESCADA, etc.

7.5.4 Protección de Cables Subterráneos.

Una enorme diferencia para tener en cuenta entre los cables subterráneos y los aéreos es la cubierta y el método de aterrizado que tiene mayor impacto en la impedancia de secuencia cero. EL entender cómo influye el método de puesta a tierra en las impedancias de secuencia será primordial.

Los cables subterráneos deben ser protegidos contra la sobretemperatura excesiva por efecto de la conducción de corriente. A su vez las corrientes de falla de larga duración generan excesivo calor debido al efecto Joule, este calor puede dañar la aislación y el mismo cable que derivaran en largas y costosas reparaciones. El costo de una línea aérea en comparación con una subterránea en de uno-a-seis veces el costo por lo que la instalación de la línea subterránea implica en primera instancia un costo elevado, el cual se puede justificar al ser la única alternativa coherente en coordinación con planes municipales de estética y embellecimiento de áreas urbanas.

Al ser las líneas subterráneas , impiden el hecho de ser afectadas por las sobretensiones de tipo atmosférico, pero como contraparte se tiene en cuenta que el tiempo en ubicar y reparar una falla en un cable subterráneo será tres-a-cinco veces mayor. Las fallas en cables tipo-tubo pueden quemar parcialmente la tubería de acero incluso en aplicaciones con relés de alta velocidad, si la falla no se despeja lo suficientemente rápido, el arco resultante de la falla en el cable tipo-tubo puede causar la perforación del tubo de acero. Además la reparación del cable subterráneo ante sobretensiones puede llevar ente 20 a 200 veces más tiempo del que se necesita para la reparación de líneas aéreas, razón por la cual en el diseño, dependiendo de la importancia del tramo y la carga se tenga previsto el tendido de un cable unipolar de reserva.

Por estas razones los cables subterráneos deben ser protegidos con alta velocidad y de manera típica necesitan la aplicación de algún tipo de canal de comunicación entre los dos finales del circuito. Debido a que la mayoría de las fallas tienen relación con tierra, la protección de fallas a tierra será de suma importancia. Aplicaciones de relés de distancia de tierra en cables subterráneos son un desafió por la eficiencia de la impedancia de secuencia cero del cable depende de los caminos de retorno de corrientes de falla. Estos caminos varían sobre un amplio rango de la ubicación de la falla y métodos de aterrizado de la cubierta o de la pantalla, el relleno de la trinchera, la resistividad del cable y la presencia de circuitos paralelos, tuberías de gas y tuberías de agua.

7.5.5 Tipo de Cable Subterráneo.

Existen tres tipos de cable utilizados:

Tipo-tubo lleno de fluido a alta presión – (HPFF ) aceite o SF6.

Auto contenido de fluido – SCFF

Secos : Dieléctrico sólido a través de conexión de polietileno reticulado – XLPE, PVC (cloruro de polivinilo) o EPR (goma de etileno propileno).

El tipo de cable utilizado en la instalación subterránea de ambos tramos pertenecientes al sistema de subtransmisión en 115 kV es Cu 3×300 mm2 XLPE, Los cable de dieléctrico forjado también conocidos como cables de dieléctrico solidó, usan aislación a través de polietileno de conexión cruzada. Este tipo de cable en relación al HPFF presenta mayores ventajas como ser mayor capacidad de carga, perdidas menores, ausencia de fluido aislante, menor costo de mantenimiento debido a la ausencia de fluido dieléctrico.

Todo conductor de corriente alterna crea un campo magnético externo, que induce voltaje en los otros conductores cercanos que están conectados por este campo. Por razones de seguridad las cubiertas o las pantallas de los cables deben conectarse a tierra varios puntos a lo largo del circuito.

Se puede hacer mención de esta práctica en el sistema en estudio, en la línea Challapampa-Catacora en la cual se presentan tres puntos de conexión a tierra, en cámaras de empalme donde se conecta las pantallas a tierra en configuración 胲oss bonding蠣on la finalidad de neutralizar el total de voltaje inducido en las pantallas del cable y reducir la circulación de corrientes y por lo tanto perdidas, así como también permite aumentar la distancia de tendido de cable, aumenta la independencia térmica de cada cable y la capacidad de corriente del cable.

A continuación se detallan las características más importantes del cable subterráneo Cu 3×300 mm2 XLPE:

7.5.6 Problemas en la protección de cables subterráneos

Como se menciono en principio el cable subterráneo debe protegerse contra el calentamiento excesivo, en consecuencia el mayor problema en la protección será la conducción de altas corrientes de carga. Esto limita la opción de ajuste de mínima corriente de falla. En adición la energización y re-energización produce grandes corrientes transitorias. La frecuencia y magnitud de estas corrientes no depende solo de la capacitancia, inductancia y resistencia del circuito a ser energizado, si no también de las características del interruptor, particularmente de las resistencias preinsertadas.

Corrientes de carga y descarga transitorias similares se presentan durante la presencia de fallas externas, los sistemas de protección deben diseñarse para lidiar con estas corrientes y frecuencias transitorias. Es por esto que un ajuste de corrientes en estado estable de corriente de carga muchas veces debe asegurarse de que no presente malas operaciones. La mayoría de las fallas en cables son permanentes independientemente de la velocidad de operación de relés, en este sentido cualquier recierre es prohibido por que tal procedimiento solo causaría daño adicional; esto debido a la presencia de flameo de la terminal o de otro equipo conectado, por lo que será importante el saber que otro equipo se encuentra conectado dentro de la zona protegida del cable.

• Consideraciones en la aplicación de relés de distancia en cables subterraneos.

En la aplicación de elementos de distancia en protección de cables se requiere buen conocimiento de parámetros eléctricos de cables y de la tecnología de relés y cualquier limitación de potencial. Otra diferencia entre líneas aéreas y subterráneas es la impedancia, en general la impedancia del cable de poder subterráneo será menor que en líneas aéreas, esto debido al menor espacio entre los conductores de fase en comparación con líneas aéreas y en algunos casos la impedancia podría ser menor al valor mínimo de ajuste del relé de distancia. El ángulo de impedancia de secuencia cero en líneas subterráneas es también menor que el ángulo de igual naturaleza para líneas aéreas.

El camino de retorno para corrientes en un cable subterráneo depende de muchos factores como ya se menciono, métodos de conexión de vainas a tierra, métodos de conexión con tierra de la pantalla y cualquier camino conductor paralelo al cable. Todos estos factores afectan la impedancia de secuencia del cable subterráneo en particular la impedancia de secuencia cero del cable. Es por esta razón que la impedancia de secuencia cero computada es cuestionada.

La mayoría de las fallas en cables subterráneos de conductor simple involucran contacto a tierra. Es importante por esta razón concentrarse en las impedancias vistas por el relé de distancia para fallas en el cable subterráneo y fallas externas a la zona de protección del cable.

La ecuación (1) muestra la compensación a la impedancia de tierra del circuito.

Donde:

Va=voltaje línea-neutro

Ir=corriente residual.

K0=factor de compensación de corriente de secuencia cero.

La elección de un correcto factor de compensación de corriente secuencia cero, K0, produce la correcta medición de la distancia en términos de impedancia de secuencia positiva. El factor de corriente de secuencia cero para líneas aéreas es presentado en la ecuación (2).

Donde:

Z0L= Impedancia de línea de secuencia cero.

Z1L= Impedancia de línea de secuencia positiva.

Cabe señalar que en líneas aéreas los valores de impedancia de línea de secuencia positiva y el valor de la impedancia de secuencia negativa son proporcionales; esto no ocurre en líneas subterráneas donde la impedancia de secuencia cero puede ser no lineal en relación a la distancia. El factor de compensación de secuencia cero, K0, para conexión sólida de la pantalla y conexión cruzada de cables no es constante para fallas internas en el cable, y dependerá de la localización de la falla a lo largo del cable .Debido a que los elementos de distancia de tierra emplean un valor único de K0, La impedancia compensada presenta un comportamiento no lineal.

Para el sistema en estudio, los tramos subterráneos presentan configuración Cros bonding, en tales circunstancias la resistencia compensada del circuito no es máxima para una falla al final del terminal remoto. El alcance resistivo, el cual determina la relación R/X del ajuste característico, a menudo se presenta un problema en la protección de cables subterráneos. Como el cable tiene un ángulo característico bajo y la relación R/X es critica a menudo desemboca en el uso de esquemas de hilo piloto al no reunir los mínimos requerimientos.

La filosofía básica en el ajuste para sobrealcance o sub alcance de la protección de distancia para cables subterráneos es la misma que en líneas aéreas. La opción de factor de compensación de corriente de secuencia cero puede afectar el alcance y desempeño de los relés de distancia.

Finalmente podemos mencionar que para circuito de cables subterráneos que son relativamente cortos en longitud, el tipo de protección más común es la de corriente diferencial de línea.

• Alternativas de protección.

Como ya mencionamos la probabilidad de fallas a tierra será mayor que la de presencia de fallas entre fases y que la impedancia de un cable subterráneo será menor en relación a una línea aérea debido a la menor separación entre conductores llegando en nuestro caso a que la impedancia del tramo subterráneo sea menor al mínimo ajuste en un relé de distancia.

Por lo tanto se recomienda el utilizar esquema de protección diferencial en este tipo de línea, por ser una protección más apropiada.

• SIMULACION DE ALTERNATIVAS DE SOLUCION

7.6.1 Introducción

Con datos actualizados de la red y sus componentes principales se realizo a simulación del sistema de subtransmision y se realizo modificaciones en los relés de cada subestación para contemplar los cambios en las características de operación de los relés de distancia.

Los ajustes de cada unidad se realizaron en cumplimiento a las recomendaciones de cada uno de los catálogos y utilizando los datos del sistema, de esta forma se puede simular el comportamiento de las alternativas de solución sujetas a datos reales.

7.6.2 Presentación de Resultados

Los ajustes de cada unidad calculados según los criterios y recomendaciones de los fabricantes según la información de sus respectivos catálogos, se los presenta en la siguiente tabla.

7.6.2.1 Ajustes de unidades de Distancia

Característica Cuadrilateral

Tabla.10 Ajuste del relé de característica cuadrilateral, según recomendaciones del manual del relé 521.

CARACTERISTICA POLIGINAL

Tabla.11 Ajuste del relé de característica poligonal, según recomendaciones del manual del relé 531.

CARACTERISTICA MHO Y RECTANGULAR

Tabla.11 Ajuste del relé de característica Mho Rectangular, según recomendaciones del manual del relé CGX.

7.6.2.2 Resultado de Simulación.

A continuación se presentan los resultados de la simulación de los diferentes tipos de características en función de cada uno de los tramos en estudio con los datos más relevantes.

Tabla.12 Presentación de resultados de la simulación de relés con diferentes características de operación, aplicados al sistema de subtransmisión de ELECTROPAZ.

7.6.2.3 Análisis de Resultados

De los resultados de las simulaciones se debe aclarar que si bien se presentan valores de resistencia de falla, estos valores son expresados en ohmios secundarios, por lo tanto como ya se menciono con anterioridad la resistencia de falla será la suma de la resistencia del arco y la resistencia de la puesta a tierra en el punto de la falla. Este valor varia entre los 15 y 25 amperios que equivalen entre 4 a 10 amperios en ohmios secundarios.

Por lo anterior se ha simulado los resultados variando la resistencia de falla entre 0 y 20 ohmios secundarios y teniendo un comportamiento muy similar en cada tramo de línea en estudio.

Se puede ver que en el caso de la característica Mho se tiene un comportamiento fuera de lo normal en cuanto aumenta la resistencia de falla, corroborando el problema y estableciendo subalcance en la primera zona de protección de este tipo de característica.

La característica de la combinación de Mho y reactancia se puede decir que varía en menor relación y frecuencia que en comparación con la característica Mho, sin embrago en valores de resistencia de falla de 10 ohmios se pierde exactitud en la operación de la protección.

La característica Poligonal es ligeramente más exacta en comparación de la característica cuadrilateral en los tramos de estudio, sin embargo ambos relés utilizan unidades de reactancia esta la razón por la cual tienen un comportamiento tan similar.

Como se puede advertir en el tramo de línea que une las subestaciones de avenida Arce y Rosassani, se tiene valores de impedancia de línea demasiado pequeños los cuales hacen visible una variación mayor en relación a los otros tramos de línea. Este tramo de línea se ha simulado con las alternativas de solución solo con fines académicos ya que actualmente se tiene operando un esquema de protección diferencial de línea que es la protección más recomendable.

VIII Análisis Económico

El presente proyecto representa en su implementación un 2.4 % del monto de la inversión anual para el 2011 dentro del Plan de Inversión.

Para poder obtener el costo aproximado que representa la indisponibilidad de una o varias de las subestaciones del sistema de subtransmisión, se ha obtenido un valor promedio de la energía comprada por el sistema de subtrasmision en los meses de enero, marzo y abril del año 2010 y adicionalmente se tiene el valor de energía promedio en cada una de las subestaciones. Afectando estos valores de energía por un índice que representa los importes de la estructura tarifaria de Media y Baja Tensión sobre la energía facturada, se obtiene un monto por energía facturada al mes, del cual se tiene un valor de costo en bolivianos sin impuestos (sin IVA), dicho monto aproximado por hora es de 32733 Bolivianos. De este monto cada subestación tiene un aporte en porcentaje que varia entre el 17% y 7% del total.

Además se debe tener en cuenta que la implementación de una solución al problema descrito mediante la hipótesis puede derivar en la inversión de siete nuevos relés con un costo aproximado de 8000 dolares por unidad.

Conclusiones y Recomendaciones

9.1 Conclusiones

Del análisis de resultados del presente trabajo, se puede concluir lo siguiente:

• Se concluye como necesario el cambio de característica de los relés de distancia a característica rectangular.

• Si bien el uso de característica Poligonal mediante el uso de relé ABB 521 presenta mejores prestaciones en su empleo en líneas cortas, no es definitivo en relación al rele de característica cuadrilateral y teniendo en cuenta la longitud, al tratarse de líneas cortas es preferible que se realice invierta en cambiar el esquema de protección actual por uno de protección diferencial de línea.

• En el caso del tramo de línea entre las subestaciones Avenida Arce y Rosassani ya se tiene instalada protección diferencial de línea la cual es la protección más óptima en el caso de líneas cortas.

9.2 Recomendaciones.

Tomando en cuenta lo indicado en el apartado anterior, se puede presentar las siguientes recomendaciones:

• Se recomienda emplear un esquema de protección diferencial de línea en el caso de los tramos subterráneos ya que para ello se cuenta además con comunicación de fibra óptica entre todas las subestaciones del sistema de subtransmisión y de ser posible a futuro ampliar dicho esquema a los tramos de línea aérea.

• Es recomendable que en el caso implementar la solución encontrada al problema de subalcance, se mantenga la protección de sobrecorriente 51 y direccional 67 como protecciones de respaldo.

9.- Índice Analítico.

9.1 Indice de Figuras.

Figura.1 Sistema de Potencia reducido.

Figura.2 Circuito equivalente para el Sistema de la Figura.1

Figura.3 Características de relés de distancia.

Fig.4 Respaldo de línea larga a línea corta (Ref. IEEE Guide for Protective Relay. Pg 42)

Fig.5 Falla en línea y falla externa en sistema de esquema de Hilo Piloto con relé diferencial de línea.

Fig.6 Protección diferencial de línea

Fig.7 Esquema de protección diferencial con fibra Óptica para sistema con múltiple.

Fig.8 Aplicación de Relés en esquema de comparación de fase(fuente IEEE Std.C37.113-1999.pg 46)

Fig. 9 Con figuración del sistema de potencia, (b) variación del voltaje en el relé en relación a la impedancia fuente a línea. (Fuente libro Areva N e t w o r k P r o t e c t i o n & A u t o m a t i o n G u i d e Pg 174)

Figura.10 Característica de unidades de distancia y su efecto por la resistencia del arco.

Fig. 11 Ubicación de equipo de medición entre el relé y la línea.

Fig.12 Diagrama Unifilar del Sistema de transmisión y sub-transmisión.

Fig.13 a) Diagrama del sistema de Electropaz, simulando falla en la línea Kenko-Rosassani al 72.37%, los interruptores muestran el tiempo de actuación (grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

ig 13 b) Diagrama de la característica del relé de distancia de la subestación Kenko, mostrando la falla en la Zona 2 de operación sin haber afectado la naturaleza resistiva de la falla (grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

Fig 13 c) Diagrama de la característica del relé de distancia de la subestación Rosassani, mostrando la falla en la Zona 1 de operación sin haber afectado la naturaleza resistiva de la falla (grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

Fig. 14 Voltajes a la entrada del rele para falla entre fases en la linea Kenko- Rossasaniel 30 % de su longitud.

Fig. 15 Voltajes a la entrada del rele para falla a tierra en la linea Kenko- Rossasaniel 30 % de su longitud.

Fig. 16 Voltajes a la entrada del rele para falla entre fases y fase tierra, en la linea Kenko- Rossasaniel 30 % de su longitud.

Fig.17 Característica cuadrilateral superpuesta sobre unidad ZIV 8ZLS-J de la subestación Kenko para una falla en línea Kenko-Rosassani a 40% y con resistencia de falla de 3(. (Grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

Fig.18 Característica cuadrilateral superpuesta sobre unidad ZIV 8ZLS-J de la subestación Kenko para una falla en línea Kenko-Rosassani a 40% y con resistencia de falla de 7.3(. (Grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

Fig.19 Característica cuadrilateral superpuesta sobre unidad ZIV 8ZLS-J de la subestación Kenko para una falla en línea Kenko-Rosassani a 40% y con resistencia de falla de 8.5(. (Grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

Fig.20 Característica cuadrilateral con diferentes ajustes de los limitadores resistivos.

Fig.21 Característica poligonal superpuesta sobre unidad ZIV 8ZLS-J de la subestación Kenko. (Grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

Fig. 22 Característica poligonal superpuesta sobre unidad ZIV 8ZLS-J de la subestación Kenko para una falla en línea Kenko-Rosassani a 40% y con resistencia de falla de 3(. (Grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

Fig. 23 Característica poligonal superpuesta sobre unidad ZIV 8ZLS-J de la subestación Kenko para una falla en línea Kenko-Rosassani a 40% y con resistencia de falla de 8.6(. (Grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

Fig.24 Característica poligonal superpuesta sobre unidad ZIV 8ZLS-J de la subestación Kenko para una falla en línea Kenko-Rosassani a 40% y con resistencia de falla de 8.6(. (Grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

Fig.25 Característica de la protección de distancia de tierra de la subestación Kenko. (Grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

Fig.26 Característica de la protección de distancia de tierra de la subestación Kenko con característica de combinación de reactancia y mho (grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

Fig.27 Características sobrepuestas mho y combinada entre mho y reactancia para la protección de distancia de tierra de la subestación Kenko. (Grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

Fig.28 Características sobrepuestas mho y combinada entre mho y reactancia para la protección de distancia de tierra de la subestación Kenko. Con presencia de una falla a tierra a 40% de la línea con valor resistivo de 3(. (Grafico exportado del programa ASPENOneLiner驮

Figura 29. Esquema lógico de la línea multiterminal Kenko -Tembladerani

9.2 Índice de Tablas.

Tabla.1 clasificación de líneas según La norma ANSI/IEEE C37.113"Guide for Protective Relay Aplications to Transmisión Lines"

Tabla 2.- zonas de operación longitudes en porcentaje y tiempos de temporización en relés de distancia Tabla 3.- Esquemas para líneas de dos terminales o multiterminales y canales de comunicación asociados al empleo de cada esquema.

Tabla.4 valores en p.u. de voltaje, IZ-V y relación de impedancia fuente a línea, extractado de la GER-3735 "Relaying short Lines"

Tabla .5 Incremento de la impedancia de la fuente ante falla trifásica, las corriente de falla en los extremos de línea., relación de impedancia de fuente a la impedancia de línea y la corriente de operación a un margen de ajuste a 125% (Fuente: GER 3537 "Relaying Short Lines").

Tabla.6 Calculo del SIR en las líneas del sistema de subtransmisión de ELECTROPAZ tomando en cuenta ambos sentidos de dirección, según la ecuación (11).

Tabla.7 Características de líneas del sistema de sub transmisión de ELECTROPAZ, con datos de longitud, conductor, impedancia de línea e impedancia de fuente detrás del relé y delante.

Tabla.8 Estadística de fallas en líneas del sistema de subtransmisión de ELECTROPAZ de enero de 2005 a mazo 2010.

Tabla.9 magnitud máxima de error y máximo error de ángulo de fase (Ref: Limits to the of Ground direccional and distance protection, Jeff Roberts Schweitzer Engeniering Laboratories).

Tabla.10 Ajuste del relé de característica cuadrilateral, según recomendaciones del manual del relé 521.

Tabla.11 Ajuste del relé de característica Mho Rectangular, según recomendaciones del manual el relé CGX.

Tabla.12 Presentación de resultados de la simulación de relés con diferentes características de operación, aplicados al sistema de subtransmisión de ELECTROPAZ.

10.- Bibliografía.

-Norma ANSI/IEEE C37.113"Guide for Protective Relay Aplications to Transmisión Lines.

-GER-3735 "Relaying short Lines".

-Jeff Roberts Schweitzer Engeniering Laboratories.

-Network Protection & Auto.

– Art & Science of Protective relaying.

Anexos

ANEXO I

6.9 Influencia del flujo de carga.

Un relé de forma ideal ve una impedancia de secuencia positiva desde su punto de ubicación hasta la falla, pero esto no es algo real como en el caso de la resistencia del arco el efecto del flujo de carga puede provocar que el relé sobrealcance.

Fig. Línea con falla monofásica a distancia m. (fuente: APPLICATION GUIDELINES FOR GROUND FAULT PROTECTION Joe Mooney, P.E., Jackie Peer .Schweitzer Engineering Laboratories, Inc).

Considerando la fig. y suponiendo la fase involucrada como parte del elemento comparador de reactancia que tiene las siguientes señales de estrada.

Dividiendo la primera ecuación entre la corriente I obtenemos impedancia.

Figure 7.3.2.2.2 muestra la resistencia y reactancia de la impedancia medida por el relé para una falla AG a m = 0.85, con una relación de primario a secundario de =4.60

Si suponemos una falla en "m" al no estar en fase la corriente I con relación a la corriente IF se tiene un sobrealcance.

Corrección del error de medida de la medida de reactancia por efecto de la resistencia de falla.

Si tomamos una línea con dos barras que pueden aportar a la falla que se presenta a una distancia "m" como muestra la figura.

Fig. Línea con falla monofásica a distancia m.

De la figura se puede observar que la caída de voltaje de fase tomara en cuenta la caída en la resistencia de falla y la caída de voltaje en la línea hasta el punto de falla.

Un error en el termino V"", el cual es causado por la caída de voltaje a través de la resistencia de falla que se introduce en el elemento de medición de reactancia .cuando el sistema es homogéneo o radial, la caída de voltaje a través de la resistencia de falla es puramente resistiva y está en fase con la corriente de polarización Ir.

Cuando un sistema no es homogéneo, la caída de voltaje en la resistencia ya no está más en fase con el valor de polarización. (Para el ejemplo seria el valor de corriente de secuencia cero de la barra S), esto se puede apreciar en la siguiente figura:

Se observa que una inclinación en la caída de voltaje a través de la resistencia de falla provoca un error en el elemento de medida de reactancia, el grado de inclinación es determinado por la diferencia del ángulo de corriente de reactancia y el ángulo de referencia del elemento de reactancia; por lo que el error del elemento de reactancia será entonces en función de la relación del total de corriente de falla de secuencia cero y la corriente de secuencia cero medida en el relé

Corrigiendo la referencia de polarización en el campo de cálculo de reactancia por el ángulo calculado en las siguientes ecuaciones:

La primera ecuación es un poco compleja e implica la medida de la impedancia de secuencia cero de ambas fuentes

Nota.- El error calculado en las ecuaciones es respecto al relé de la barra S, por lo que para calcular el error respecto a la barra R bastara con reemplazar este prefijo en las mismas

Se puede prevenir el sobrealcance de los elementos de zona 1 ajustando el elemento de polarización de referencia que es equivalente a ajustar la variable "T" de la ecuación a cero ,esto remueve el error introducido por la caída de voltaje en la resistencia de falla .Muchos relés con característica cuadrilateral tienen un arreglo de ángulo, sin embargo existe un relé que provee un ajuste del ángulo de polarización de referencia con respecto al sistema .Reduciendo el alcance de la reactancia de la zona1 para el error inducido de la resistencia de falla calculado en la ecuación:

El Cálculo del error de reactancia medida es fácil y se consigue usando los datos disponibles en el estudio de fallas y ajuste de protecciones. El conocer el error reactancia medida causado por la resistencia de falla permite al ingeniero de protección ajustar apropiadamente el alcance del elemento cuadrilateral para prevenir sobrealcances y subalcances.

ANEXO II

1. Unidades de medida de distancia