1. Reles de Distancia-A

7/22/2019 1. Reles de Distancia-A

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RELE DE DISTANCIA

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DEFINICINUn rel que puede medir la distancia de un punto a l se denomina rel de

distancia, y se emplea para despejar las fallas que ocurren entre su posicin yun punto determinado, discriminando as las fallas que puedan ocurrir en

cualquier seccin de la lnea.

PRINCIPIO DE OPERACIN.El principio bsico de operacin es lacomparacin de las cantidades dereferencia de corriente y tensin en elpunto donde se encuentra el rel.

Cuando la comparacin se realiza en laforma ms simple, o sea, inyectando lacorriente de falla con la tensin en el puntode colocacin del rel se originan dospares de operacin; el generado por lacorriente o par de operacin y el generadopor la tensin o par antagnico o defrenado.Comparndolos es posible determinar ladistancia del rel a la falla y con ella laoperacin del mismo.


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CARACTERISTICA DE OPERACIN DE LOS RELES

( )= COSVrIokpVrkvIokiT 22M

En donde:

TM = Par resultante entre el par de operacin y el par de frenado.

ki = Constante de proporcionalidad del par de operacin.

I0 = corriente de operacin en amperios rms

kv = Constante de proporcionalidad del par de retencin o f renado.

Vr = Tensin de frenado voltaje rms.

kp = Constante de proporcionalidad para el par de polarizacin.

= Angulo entre Io y Vr

= Angulo de polarizacin.

Considerando el aspecto de construccin en los rels se obtienen diversas curvas caractersticas de

operacin de los rels de distancia.

La ecuacin general que rige el comportamiento de los rels electromecnicos de distancia es la siguiente:

4

Si en la ecuacin se hace que

Ki > 0, kv < 0 y kp = 0

r

R

X

A

BC

Esta grafica define a los rels de distancia con caractersticas de impedancia yaque la magnitud medida es la impedancia de la lnea.

Las letras A, B y C corresponden a los extremos de las lneas AB y BC.El radio r es la impedancia limite de referencia, lo interno al circulo es la zona de

operacin del rel, lo externo es la zona de frenado.A los rels con esta caracterstica se les llama RELE DE IMPEDANCIA

RELE TIPO PIVOTE

0VrkvIoki 22 >

22 VrkvIoki >

2

2

IoVr

kvki

>

2Zkvki >

kvki

Z 0

kvki

XR 22


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CARACTERISTICA DIRECCIONAL DE LOS RELES DEDISTANCIA TIPO IMPEDANCIA

6

Si en la ecuacin se hace queki > 0 ; kv = 0 y kp < 0

Y se grafica el resultado se obtienen los siguientes comportamientos:

R

X

NS

NLW

/

/Z ++=

Cuando existe una fuente de generacin en el extremo B, la impedancia aparente medida por la proteccin ser:

IA IB

G

ZL

IF

G

//3$ 5== +=

R

X

XL

RL RFA

B

Z 1ZAPARENTE


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ESQUEMAS DE COMUNICACIN

DUTTDirect Underreaching Transfer Trip. / Disparo Directo Transferido por Sub alcance

PUTT

Permissive Underreaching Transfer Trip. / Disparo transferido por Sub Alcance Permitido

POTTPermissive Overreaching Transfer Trip. / Disparo Transferido por Sobre Alcance Permitido

Aceleracin de Zona (Zone acceleration)

CDPermissive Directional Comparision Transfer Trip. / Disparo transferido permitido por

Comparacin DireccionalBloqueo por comparacin direccional / Directional Comparison Blocking

Desbloqueo por comparacin direccional / Directional Comparison Unblocking

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ESQUEMAS DE COMUNICACINEsquema DUTT

Se caracteriza porque nicamente requiere de la seal de bajo alcance (zona 1

ajustada a menos del 100% de la lnea) y se aplica normalmente con un canal de

Comunicacin.

Cada extremo da orden de disparo cuando ve la falla en zona 1 o cuando recibe

orden de disparo del otro extremo.


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Esquemas PUTTEste esquema requiere tanto de una funcin de subalcance (zona 1ajustada a menos del 100% de la lnea) como de sobrealcance (zona 2ajustada a ms del 100% de la lnea). Este esquema es idntico alesquema DUTT slo que todo disparo (visto en zona 1 de uno de losextremos) es transmitido al otro extremo y es supervisado por una unidad

que tiene un alcance de zona 2 del otro extremo.

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Esquema POTTEste esquema requiere nicamente funciones de sobrealcance (zona 1 ams del 100% de la lnea) y se usa frecuentemente con canales decomunicacin en los que se enva la seal de guarda permanentemente yse conmuta hacia una seal de disparo cuando opera alguna de lasunidades de sobrealcance.El disparo se produce si se recibe una seal de disparo del otro extremo yse tiene una seal de sobrealcance en el punto de instalacin del rel. Confallas externas solamente operar una de las unidades de sobrealcance ypor esto no se efectuar disparo en ninguno de los terminales.


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Esquema de aceleracin de zonaEs un esquema muy parecido al PUTT, slo que en este caso la sealpermisiva se toma en bajo alcance (zona 1) y la accin ejecutada nocorresponde a un disparo sino a una ampliacin de la zona 1 a una zonaextendida, que puede ser zona 2 o una zona denominada de aceleracincuyo alcance en todo caso deber ser mayor del 100% de la lnea.

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En caso de ocurrir una falla en la linea, la impedancia vista desde la barra 2:

Z Vista por la barra2

$

9=

=

Comparando de nuevo los valores: 49,99 < 200 y 295 > 200

La impedancia vista desde la barra 1:

Z Vista por la barra 1

=

=

$

9

,IDOOD

225 A 1328 A1 2


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Dicho extremo experimenta un incremento de su tensin residual, una

disminucin de su tensin de fase y una pequea magnitud de corrientede secuencia cero.

Es por ello que para completar la lgica Weak Infeed se requiere de lossiguientes elementos:

Funcin de sobretensin de fase (59N)Funcin de subtensin de fase (27L)Funcin de sobrecorriente por neutro (50N).

FUENTE DEBIL O WEAK INFEED

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LZ 32

LI41b

D60 Line Distance Protection


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R

X

XL

RL RFA

B

Z 1ZAPARENTE

EFECTO DE LA RESISTENCIA DE FALLA

ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO

DE LOS RELES DE DISTANCIA

DURANTE FALLAS A TIERRA


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BIBLIOGRAFIA

SYMMETRICAL COMPONENTS.APPLIED TO ANALYSIS OF UNBALANCED ELECTRICAL CIRCUITS. C. F. Wagnerand R. D. Evans. McGraw Hill Company

PROTECTIVE RELAYS APPLICATION GUIDE. GEC Measurements. The General Electric Company, p.l.c. England

GROUND DISTANCE RELAYING: PROBLEMS AND PRINCIPLES, G. E. Alexander, J. G. Andrichak. GeneralElectric Company. Meter and Control Business Department. Malvern, PA

ART & SCIENCE OF PROTECTIVE RELAY. C. Russel Mason.

ART & SCIENCE OF PROTECTIVE RELAY. C. Russel Mason.

PROTECTIVE RELAYING THEORY AND APPLICATIOS. Walter A. Elmore. ABB Power T&D Company Inc. RelayDivision. Coral Springs. Florida

BIBLIOGRAFIA CITADAS

MUTUAL IMPEDANCE OF GROUNDED CIRCUITS. Bell System Tech. Jour., p.1. October, 1923

SOME FACTORS AFFECTING THE ACCURACY OF DISTANCE EQUIPMENT UNDER EARTH FAULT CONDITIONS.Davison, E. B. and Wrigth, A. Proc. IEE Vol. 110, No. 9, sept. 1963, pp.1678-1688.

Una vez que el valor de la impedancia de falla vista por un rel entra dentrodel rea de operacin del mismo se da la orden de disparo al interruptorasociado a dicho rel.

Zfalla


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La zona de operacin del rel se selecciona segn la longitud de la lnea quese quiere proteger en combinacin con algn esquema de comunicacin parareforzar el mecanismo de proteccin.

En general los valores que permiten definir las fronteras de los alcances de

actuacin del rel y a los cuales denominamos ajustes se obtienen a travsdel anlisis de las impedancias de la lnea protegida.

Estos valores son los requeridos por el rel para su operacin y se

mantienen inalterados hasta tanto un programador no realice cambios enlos mismos.

Para realizar su trabajo el rele toma la tensin en su punto de ubicacin yla corriente para realizar el calculo correspondiente de la impedancia.

El proceso de calculo resulta muy simple en el caso de las fallas trifsicas,no as es el caso para las fallas monofsicas.


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*)XHQWH

*)XHQWH

=V,PSHGDQFLDGHODIXHQWH

=V,PSHGDQFLDGHODIXHQWH

=/,PSHGDQFLDGHODOtQHD

],PSHGDQFLDXQLWDULD

=V =V/]=/ ====$ %

=//]=DMXVWH ========

,D

=V =V=/=D ====$ %

=/=E ====

,E

,E,D ++++

,D=/9D ====

=/,D

9D=D=IDOOD ============

En el caso de la falla trifsica o balanceada, la impedancia medida depende nicamente

de la impedancia de secuencia positiva de la lnea.

Cuando una falla se presenta, las tensiones en el punto de ubicacin de la falla es cero,por lo que la cada de tensin a la falla es el producto de la corriente por la impedanciade la lnea entre el rel y el punto de falla.

Cuando se trata de una falla monofsica, la tensin en el punto de

ubicacin de la falla en la fase fallada tambin es cero, pero en este caso,

la cada de tensin entre el rel y el punto de falla no se puede considerar

tan simple como en el caso anterior, porque la corriente de falla en el lazo

depende del nmero de puntos de puesta a tierra, la resistividad del

terreno, el mtodo de la puesta a tierra, la topologa de la red.

Este hecho suscita grandes inconvenientes a la hora de la medicin de la

impedancia de falla por parte del rel e implica que para evitar que el rel

interprete errneamente la informacin medida se tenga que realizar un

examen particularizado de acuerdo al arreglo que tenga la lnea.


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Los arreglos de lneas que se pueden encontrar en el mbito de una red

de transmisin elctrica son los siguientes:

Simple terna radial de un conductor por fase y un cable de guarda.

Simple terna radial de varios conductores por fase y un cable de guarda.

Simple terna con tap.

Doble terna sobre una misma torre con un conductor por fase y dos cables

de guarda, con extremos que parten y se conectan a las mismas

subestaciones, o tienen un solo extremo comn.

Cuatro circuitos sobre una misma torre con dos cables de guarda

En esta presentacin se analizarn solo dos casos que son:

Simple terna radial de un conductor por fase y un cable de guarda.

Doble terna sobre una misma torre con un conductor por fase y dos cables

de guarda, con extremos que parten y se conectan a las mismassubestaciones.


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En este caso la cada de tensin vista desde el rele a la falla en el tramofallado es la suma de las tensiones de secuencia entre el rele y la falla, esdecir:

//

/

D =,=,=,9 ++++++++====

D ,,,, ++++++++====

La corriente en el lazo fallado esta dado por

F

E

D

1 ,,,,, ====++++++++====

La corriente residual en el punto del rel es

La tensin vista por el rel ser entonces

=

=,,,=9

/

/

/

D ++++++++====

CASO DE FALLA A TIERRA EN UNA LINEA SIMPLE TERNA

N,,,,,=9

/

D ++++++++++++====

{{{{ }}}}N,,,,=9

/

D ++++++++++++====

----

++++++++++++====

N,,,,=9 F

E

D

D/

D

Para expresar la impedancia vista por el rele en valores de fase se agrega ysustrae el valor de Io

---- ++++

++++++++========

N

,

,,=

,

9=

D

F

E/

D

DD

Za = Impedancia de falla vista por el rel

k = Factor de compensacin de secuencia cero

Dependiendo de la ubicacin del rel con respecto a los neutros de los extremos

de la lnea se tendr diferentes valores para Za.



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R

F

Icc

,D,

E,

F

(((( ))))/

=

N=

---- ++++====

/

=

=N====

,D,E,F

/== ====R

F

Icc

R

F

Icc

,D,E,F

/=N= ====


Todos los reles tienen disponibilidad para realizar compensaciones por conceptode falla a tierra a fin de que no se produzcan sobre alcances o subalcances en el

cual se debe introducir el factor de compensacin homopolar k.A continuacin se dan algunos ejemplos:



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CASO DE FALLA A TIERRA EN LINEAS PARALELAS

Uno de los problemas que mayor impacta a las lneas de transmisin enarreglo doble terna es la presencia de la induccin mutua entre ellas yaque esta condicin puede ocasionar que el rele de distancia de tierra sobrealcance o subalcance.

Adicionalmente las condiciones de operacin de las lineas tambien puedenocasionar diferentes situaciones con respecto a la impedancia aparente

medida, condiciones de operacin como los indicados a continuacin danvalores de impedancia aparente muy diferente. Estos casos son:

Corriente de falla de secuencia cero en la lnea paralela fluyendo en ladireccin opuesta a la de la lnea protegida.

Lnea paralela fuera de servicio y puesta a tierra.

Corriente de falla de secuencia cero en la lnea paralela fluyendo en lamisma direccin que la de la lnea protegida.


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BARRAX

BARRA

Y

BARRA

R

BARRA

T

G

G

G

A

HE

C D

B

F

J K

L

ABIERTO

LINEA 1

LINEA 2

I0

I0

ZMO

BARRAZ

0

///$=,,=,=,=9 ++++++++====

0

/////$=,,=,=,=,=,=9 ++++++++++++====

0

//$/$ =,,=,=,=9 ++++====

(((( )))) 0

//$/$ =,,==,=9 ++++====


(((( )))) 0

//$/$ =,,==,=9 ++++====

(((( )))) 0

//$/$ =,,==,=9 ++++++++====


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V=

V=

+/,1($

V=

*/,1($

+,

*,

V=

0=

// ==

Q

)$//$8%,&$&,21

5(/('(/

V=

V=

+,

*,

==Q 0/ (((( )))) ==Q 0/

== 0/

(((( ))))/=Q0Q=

)

,5

V=

)

V=

/=

/Q= (((( )))) /=Q

+,

*,

,5


PARA CUANDO LAS FUENTES EN LOS EXTREMOS SON COMUNES

5('*(1(5$/5(''(6(&8(1&,$326,7,9$

5(''(6(&8(1&,$&(52

(((( ))))(((( ))))

----

++++++++====

.,,

0,,Q==

**

*+/*

===Q=Q

=QQ=,,

0/

6

6

6

6*+

++++++++++++

====

/

6

6

/

6

6*

,===

==Q=Q,

++++++++

++++++++====

0/

6

6

0/

6

6*

,====

===Q=Q,

++++++++++++

++++++++++++====

Recordar que dado que las redes de secuencia quedan en serie para fallas a tierrase tiene que I1 = I0

/

0

=

=0 ====

/

=

=.====


Factor de compensacin homopolar Factor de compensacin mutuo

Valor de la Impedancia de ajuste


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Where:

Z0L = zero-sequence line impedance

Z1L = positive-sequence line impedanceZ0M = zero-sequence mutual coupling impedance

The underreaching effect caused by zero-sequence mutual coupling canalso be corrected by adjusting the zero-sequence compensation factorused for the overreaching distance elements.

>

KD>K>

KD

+=

b) DIRECTIONAL MHO CHARACTERISTIC

The dynamic 100% memory polarized mho characteristic is achieved by checking the angle between:

AB phase element: (IA IB) Z (VA VB) and (VA VB)_1M

BC phase element: (IB IC) Z (VB VC) and (VB VC)_1M

CA phase element: (IC IA) Z (VC VA) and (VC VA)_1M

A ground element: IA Z + I_0 K0 Z + IG K0M Z VA and VA_1M

B ground element: IB Z + I_0 K0 Z + IG K0M Z VB and VB_1M

C ground element: IC Z + I_0 K0 Z + IG K0M Z VC and VC_1M

The following definitions pertain to all of the distance functions:

IA, IB, IC phase A, B, and C current phasors

IG ground current from a parallel line

VA, VB, VC phase A to ground, phase B to ground, and phase C to ground voltage phasors

()_1 positive-sequence phasor of () derived from the phase quantities

()_2 negative-sequence phasor of () derived from the phase quantities

()_0 zero-sequence phasor of () derived from the phase quantities

()M memorized value of ()

Z reach impedance (REACH RCA)

ZREV reverse reach impedance for non-directional applications (REV REACH REV REACH RCA + 180)

ZD directional characteristic impedance (1 DIR RCA)

ZR right blinder characteristic impedance: ZR = RGT BLD sin (RGT BLD RCA) 1 (RGT BLD RCA 90)

ZL left blinder characteristic impedance: ZL = LFT BLD sin (LFT BLD RCA) 1 (LFT BLD RCA + 90)

K0 zero-sequence compensating factor: K0 = (Z0/Z1 MAG Z0/Z1 ANG) 1

K0M mutual zero-sequence compensating factor: K0M = 1/3 x Z0M/Z1 MAG Z0M/Z1 ANG


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IMPEDANCIAS DE SECUENCIA CERO

IMPEDANCIAS DE SECUENCIA CERODE LOS CONDUCTORES DE UNA LINEA SIMPLE TERNA SIN

CABLE DE GUARDA

FLUFXLWR

H

F*05

'ORJIMIU] ++++++++====

GMRCIRCUITO = Radio medio geomtrico del circuito

Ohm por fase/milla

&21'8&725&,5&8,72 *0'*05*05 ====

FDEFDE GGG*0' ====

GMD = Distancia media geomtrica entre los conductores del circuito

Impedancia mutua de secuencia cero de un circuitos sin cable de guarda yretorno por tierra.

I'H

==== De= 2800 pies, para =100 m


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IMPEDANCIAS DE SECUENCIA CERO

DE LOS CONDUCTORES DE UNA LINEA SIMPLE TERNA SIN

CABLE DE GUARDA

GMRCONDUCTOR = Radio medio geomtrico del conductor

&RQGXFWRUVROLGR

)XOOWUHQ]DGR

$&65

&$3$6

&$3$6

&$3$6VLPSOHFDSD

D5DGLRGHOFRQGXFWRU

D

D

D

D

D

D

D

D

D

7$%/$'(5$',260(',26*(20(75,&26

D

D

IMPEDANCIAS DE SECUENCIA CERODE LOS CONDUCTORES DE UNA LINEA DOBLE TERNA SIN

CABLE DE GUARDA

*0'*05

'ORJIMI

U]

FLUFXLWR

H

F

++++++++====

Impedancia mutua de secuencia cero entre dos circuitos sin cable deguarda y retorno por tierra.

GMD = Distancia media geomtrica entre los dos circuitos

Ohm por fase/milla

DFEDFEDEEEFDDFFFDD GGGGGGGGG*0' ====

&21'8&725&,5&8,72 *0'*05*05 ====


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IMPEDANCIAS MUTUA DE SECUENCIA CERO

DE LOS CONDUCTORES DE UNA LINEA DOBLE TERNA SIN

CABLE DE GUARDA

(((( ))))*0'

'ORJIMI] HP ++++====

Impedancia mutua de secuencia cero entre dos circuitos sin cable deguarda y retorno por tierra.

Ohm por fase/milla

GMD = Distancia media geomtrica entre los dos circuitos

DFEDFEDEEEFDDFFFDD GGGGGGGGG*0' ====

IMPEDANCIAS DE SECUENCIA CERODE LOS CONDUCTORES DE UNA LINEA SIMPLE TERNA CON

CABLE DE GUARDA

*0'*05

'ORJIMI

U]

FLUFXLWR

H

F

++++++++====

Impedancia propia de secuencia cero de un circuito con cable de guarda yretorno por tierra.

GMD = Distancia media geomtrica entre conductores ycable de guarda

Ohm por fase/milla

[F[E[D GGG*0' ====

(((( )))) (((( )))) (((( )))) FD

EF

DE

&,5&8,72 GGG*05*05 &21'8&725====

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