República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación,

ciencia y tecnología.

Instituto Universitario de Tecnología de Valencia

Valencia Edo. Carabobo

Sección 02AT

Integrante:

Plua Jonathan

Trayecto IV, trimestre II.

Profesor:

ING. Luciano Santaella.

Valencia, Julio de 2015.

PROTECCIÓNDE

DISTANCIA

PROTECCIÓN DE DISTANCIA.

Las protecciones de distancia se utilizan, generalmente, para proteger las

líneas de trasmisión, así como las líneas de distribución interconectada como

también en las líneas radiales. Actúan como la protección principal para las líneas

aéreas, cables y además proporcionan respaldo a los equipamientos adyacentes,

como barras, transformadores y otras líneas o cables. Las protecciones de

distancia son más rápidas y selectivas que las protecciones de sobrecorriente.

También son menos susceptibles a los cambios en la impedancia y condiciones

del sistema.

FUNDAMENTOS DE LA PROTECCIÓN DE DISTANCIA

Dado que la impedancia de una línea es proporcional a su longitud, para la

medida de la distancia es conveniente utilizar protecciones que sean capaces de

medir la impedancia de la línea en una determinada ubicación del sistema de

potencia. Este tipo de protección se denomina protección de distancia y está

designada para operar para faltas que ocurran entre la ubicación de la protección

y un punto determinado (ajuste).

MEDIDA DE LA DISTANCIA.

La protección de la distancia se basa la medida de la relación entre la

tensión y corriente medidas en el punto de ubicación de la protección. La

impedancia de secuencia positiva medida se compara con la impedancia réplica

de la línea. Si la impedancia medida es menor a la impedancia ajustada, se

considera que la falta es interna a la zona y la protección opera.

PRINCIPIO DE LA PROTECCIÓN DE DISTANCIA.

El relé de distancia está conectado a la línea a través de los

transformadores de medida.

Suponemos que ocurre una falta a una distancia nZLΩ desde el relé. Dado

que la tensión en el lugar de la falta es: VF = 0V,

la tensión en el relé es: VR = IR.nZL.

Es decir: VR/IR = IR.nZL/ IR = nZL

MEDIDA DE LA DISTANCIA.

Esto implica que la protección de distancia puede llegar a la decisión de

operar solo con las medidas de tensión y corriente medidas en la ubicación del

relé (locales).

DISTANCIA A LA FALTA.

Según el tipo de falta se deben utilizar diferentes expresiones para

determinar la distancia:

Falta trifásica FFF :

Falta fase-fase FF :

Falta fase-tierra F+T :

Falta fase-tierra F+T con resistencia de falta :

Falta fase-tierra F+T con resistencia de falta :

Se muestra la impedancia Z = V/I para diferentes valores de RF y

condiciones de carga.

MEDIDA DE LA IMPEDANCIA.

Las protecciones están conectadas a los transformadores de corriente y

tensión, por lo cual las protecciones miden impedancias secundarias, las cuales

resultan de la siguiente fórmula:

Zsec = (Iprim/Isec)/(Uprim/Usec).Zprim

Los ajustes de los relés son realizados en valores de impedancia

secundarias.

DIAGRAMA DE IMPEDANCIA.

El diagrama de impedancia es una herramienta esencial en el momento de

evaluar el comportamiento de la protección de distancia. En ese diagrama se

representa, en el plano complejo R-X, la característica del relé, la impedancia de

carga y la impedancia de falta. En el diagrama, la relación de las tres impedancias

es un indicador del desempeño del relé.

La línea es protegida por una protección de distancia, a instalar en G. Se

toma G como el origen, pues es el punto de medida de la tensión, la impedancia

ZL se gráfica en el primer cuadrante y la impedancia ZS en el tercer cuadrante.

CARACTERÍSTICA DE LA PROTECCIÓN DE DISTANCIA.

Las protecciones de distancia tradicionales comparan la impedancia de falta

con una impedancia réplica (ajustada) para determinar si la falta está dentro o

fuera de la zona protegida.

Las protecciones más comunes comparan la amplitud relativa o el ángulo

relativo entre 2 o más señales de entrada para obtener la característica de

operación, las cuales pueden ser círculos o rectas en el diagrama R-X.

Los elementos de distancia que se basan en el principio de comparar

señales, generalmente comparan las tensiones y corrientes en la ubicación de la

protección.

Hay muchos métodos disponibles, que dependen de la tecnología usada.

Ellos varían desde los métodos usados en los relés electromecánicos como los

comparadores de fase ("induction cup") y los comparadores de amplitud ("balaced-

beam"), a los métodos usados en relés de estado sólido (comparadores con

diodos y amplificadores operacionales), a los algoritmos usados en los relés

numéricos.

CARACTERÍSTICA DE OPERACIÓN UTILIZANDO COMPARADORES DE FASE.

Señal de polarización: Vpol = V

Señal de operación: Vop = IZ − V, Z=impedancia réplica

Si arg(Vpol, Vop) > 90° opera (Z dentro de la zona protegida)

CARACTERÍSTICA MHO SELF-POLARIZED.

La característica de operación más conocida es la característica MHO.

Cuando se dibuja en el diagrama R-X, esta característica es un círculo cuya

circunferencia pasa por el origen.

Esto demuestra que la característica de operación es direccional y opera

para faltas solo hacia adelante, en la dirección de la línea AB.

Zn: determina el alcance de la zona.

ϕ: es el ángulo característico de la protección, generalmente es el ángulo de la

impedancia de la línea.

Los relés que utilizan características de operación del tipo MHO "self-

polarized", u otras características que utilizen la misma polarización, pueden fallar

y no operar para faltas cercanas a la ubicación de la protección, cuando la tensión

medida cae a valores cercanos a "cero".

Para cubrir este tipo de falta se utilizan otras características de operación,

como características MHO con "offset", características "cross-polarised",

direccionales con tensión memorizada.

CARACTERÍSTICA MHO CON OFFSET.

La características de operación MHO con "offset", además de operar para

faltas cercanas a la ubicación del relé, también opera para faltas en la barra de la

estación.

CARACTERÍSTICA MHO CROSS-POLARIZED.

Una forma de asegurar que una característica MHO responda

correctamente para falta con tensión cero, es polarizar con las tensiones sanas.

Este método se denomina "cross-polarized", y tiene la ventaja de mantener las

propiedades de la característica MHO. Utilizando la tensión memorizada, se

mantiene la tensión pre-falta por varios ciclos por lo cual este método es efectivo

para faltas con tensión "cero".

Se hace notar que aunque la característica de operación MHO "cross-

polarized"se extienda en los cuadrantes de reactancia negativa, esto no implica

que la protección opera para faltas hacia atrás. Esto es así porque la característica

es válida solo para corriente que fluyen de la fuente hacia la línea. La zona hacia

atrás solo permite disparo para corrientes capacitivas.

CARACTERÍSTICA CUADRILATERAL.

La característica cuadrilateral permite ajustar el alcance hacia adelante y el

alcance resistivo en forma independiente. Para la líneas cortas, esta característica

permite una mejor cobertura resistiva que la característica MHO.

La característica de operación poligonal es más flexible para cobertura de

resistencia de falta, tanto para fases como para tierra. Por esta razón, las

protecciones de distancia tanto digitales como numéricas ofrecen este tipo de

característica.

IMPLEMENTACIÓN.

Los elementos de distancia pueden operar con alguna de las características

de operación ya descritas. Actualmente, existen varios tipos de protecciones de

distancia, los cuales dependen de la velocidad de operación requerida, el costo del

equipamiento o la capacidad requerida en las protecciones numéricas.

Los tipos más comunes son:

- con un único elemento de medida de la impedancia por cada fase.

- con un elemento de arranque que detecta la fase o fases en falta. Los elementos

de arranque conmutan al único elemento o algoritmo de medida para medir la

impedancia de falta apropiada.

- con elementos de medida de impedancia por cada bucle de impedancia y el

alcance aumenta progresivamente a medida que se pasa el tiempo de cada zona.

- con elementos de medida por cada bucle de medida, en cada zona. Este

esquema es el que ofrece el desempeño mejor, en términos de velocidad y

flexibilidad.

TECNOLOGÍA.

Con la tecnología electromecánica, cada elemento de medida tiene un relé

separado, por lo cual la protección de distancia termina ocupando un panel

completo. Las protecciones de distancia con tecnología digital - numérica tienen la

posibilidad de implementar todas las funciones en software.

ELEMENTOS DE ARRANQUE.

Las protecciones de tecnología electromecánica y estática muchas veces

no tiene elementos de medida de impedancia por fase. El costo y el tamaño que

alcanza la implementación hacen que este tipo de esquema sea impracticable. En

las protecciones que se denominan protección conmutada, solo se tiene un

elemento de medida, que trabaja junto con el elemento de arranque. El elemento

de arranque detecta la/las fase/fases en falta, de manera de conmutar las señales

adecuadas al único elemento de medida.

Hay varias técnicas diferentes que se utilizan como elementos de arranque, los

más comunes están basados en:

- sobrecorriente. Se debe asegurar pueda operar para faltas en toda la zona

protegida.

- subtensión

- subimpedancia. Generalmente se utilizan en redes donde hay múltiples

aterramientos.

En las protecciones numéricas se detecta la/las fase/fases en falta por un

método que se denomina selección de fase. Hay varias técnicas diferentes que se

utilizan como selección de fase, como:

- comparando las corrientes (algoritmo "Delta"), que compara los valores prefalta

con los valores de falta de la corriente. Esto permite una detección muy rápida de

la/las fase/fases en falta.

- cambios en la magnitud de la tensión

- cambios en la magnitud de la corriente.

DIRECCIONALIDAD.

La dirección de la falta puede determinarse por el ángulo relativo entre la

tensión de falta y la corriente de falta. Un requisito es que la protección mida una

impedancia inductiva, donde la tensión siempre adelanta a la corriente. Esto es lo

normal en los sistemas eléctricos de potencia.

Faltas con cero tensión:

Para faltas delante o detrás del transformador de tensión, la impedancia de

falta se hace muy pequeña (teóricamente es cero), por lo cual tomar una decisión

en cuanto a la dirección es imposible. Esta zona donde no se puede tomar

ninguna decisión en cuanto a la dirección, se denomina zona muerta. Para estas

faltas, la solución radica en la utilización de una dirección pre-seleccionada. En

algunos países se utilliza una pre-selección de dirección hacia adelante mientras

que otros prefieren la dirección hacia atrás.

Carga por la línea:

En líneas de trasmisión largas, la determinación de la dirección está

influenciada por la corriente de carga pre-falta debido al ángulo entre tensiones en

ambos extremos de la línea.

Cross-polarization:

La polarización cross-polarization y la polarización por tensión memorizada

se utilizan en las protecciones para líneas de trasmisión.

El principio de cross-polarization utiliza las tensiones de fase sanas para

determinar la dirección. En el caso de una falta trifásica, no hay tensiones sanas

disponibles. Para esta eventualidad, los relés modernos usan una tensión

memorizada; la cual almacena la tensión de polarización previa a la falta. Esto

asegura que hay tensiones sanas disponibles para determinar la dirección de la

falta.

ZONAS DE OPERACIÓN:

PROTECCIÓN DE DISTANCIA ESCALONADA.

Subalcance (underreach) : es una forma de protección en la cual los relés

no operan en forma instantánea para faltas en el terminal remoto del equipo

protegido.

Sobrealcance (overreach) : es una forma de protección en la cual los relés

operan en forma instantánea para faltas más allá del terminal remoto del

equipo protegido.

ZONAS DE OPERACIÓN.

ZONA 1:

El extremo remoto de las zonas de las protecciones de distancia no se

pueden determinar en forma precisa, por lo cual no se tiene certeza sobre el

alcance real (selectividad relativa). Estas incertidumbres son debidas a los errores

de los transformadores de medida, a los errores en el cálculo de la impedancia,

etc. Lo ideal es que todas la faltas en el equipo protegido sean despejadas en

forma instantáneas. Por lo tanto, debido a los errores y para estar seguro de no

sobrealcanzar el extremo remoto, se acepta una zona de subalcance: Zona 1.

AJUSTE ZONA 1:

Generalmente se ajusta el alcance de Zona 1 entre el 80 % - 90 % de la

impedancia de la línea y opera en forma instantánea. La zona 1 no protege toda la

línea de trasmisión, el área entre el final de la zona 1 y el extremo remoto no está

protegido.

ZONA 2:

Las protecciones de distancia están equipadas con otra zona, que

sobrealcanza más allá del extremo remoto de la línea de trasmisión. Esta zona es

conocida como Zona 2, y debe ser más lenta que la zona 1, de manera de permitir

que la zona 1 de la línea adyacente opere. Este tiempo de coordinación, para la

zona 2, es generalmente de orden de 0.3s a 0.5s.

AJUSTE ZONA 2.

Generalmente se ajusta el alcance de Zona 2 entre el 120 % - 150 % de la

impedancia de la línea. El ajuste de zona 2 de la línea protegida deber ser menor

a los alcances de zona 1 de las líneas adyacentes. Si esto no se cumple, hay

faltas que compiten las dos zonas 2 y pueden conducir a que operen las 2 líneas.

La zona 2 también actúa como protección de respaldo de parte de las líneas

adyacentes.

ZONA 3:

De manera de tener una protección de respaldo para las líneas adyacentes,

se habilita otra zona. Esta zona de protección se denomina, Zona 3. La zona 3

debe coordinar en tiempo y distancia con las zonas 2 de las líneas adyacentes.

AJUSTE ZONA 3.

Generalmente se ajusta el alcance de Zona 3 entre el 120 % - 180 % de la

impedancia de la línea adyacente. La temporización de la zona 3, generalmente se

ajusta en el orden de 0.9s - 1.2s.

AJUSTE ZONA REVERSA (HACIA ATRÁS):

En las protecciones numéricas se pueden tener otras zonas de manera de

tener funciones de protección adicionales. La zona 4 se puede ajustar para atrás

de manera de dar un respaldo local para faltas en la barra (hacia atrás).