Protección de Líneas de Transmisión

1. Protección de Líneas de Transmisión Protecciones Eléctricas

2. PROTECCION DE LINEAS DE TRANSMISIÓN Por su longitud las líneas de transmisión están más expuestas a los cortocircuitos que cualquier otro elemento del sistema. Dependiendo de los requisitos que se deben llenar, las líneas están protegidas por equipo de protección de sobrecorriente, distancia y piloto. PROTECCION CON FUSIBLES Este tipo de protección primaria (está en el circuito de potencia), que se usa en alimentadores de distribución; el fusible se selecciona para que en caso de falla separe la zona afectada del resto del sistema. Los tipos de fusibles más comunes son los de tipo K y los de tipo T, siendo los de tipo K rápidos y los de tipo T lentos. Curvas características de funcionamiento se muestran en la siguiente figura.

3. PROTECCION CON FUSIBLES

4. PROTECCION CON FUSIBLES El fusible A se selecciona de manera que su característica mínima de fusión esté por encima de la curva de carga fría (arranque del sistema de distribución después que los motores de los electrodomésticos, etc. han perdido su diversidad y que su característica de interrupción esté debajo de la curva del elemento a proteger (cable). El fusible B se selecciona de tal forma que la curva de fusión de B esté por encima de la curva de interrupción de A.

5. PROTECCION CON FUSIBLES Para mantener selectividad se debe asegurar que la característica de fusión del fusible “protegido” (B) esté siempre por encima de la interrupción del fusible “protector” (A) esto se asegura considerando: Los fusibles tienen un bajo costo de adquisición, una operación rápida para altas corrientes, un mantenimiento bajo y la limitación de corriente (en el caso de los tipo HH) solo la hace para corrientes de coci. Por otra parte, los fusibles no son reutilizables, su operación es monopolar (si no tienen disparador) y su operación ante transitorios puede ser errónea.

6. PROTECCION CON RELÉS DE SOBRECORRIENTE Se usa para líneas más importantes si se logra justificar el costo extra impuesto por los transformadores de corriente, relés e interruptores. Tiene la cualidad de poderse utilizar después de operar y de facilitar la coordinación. Fijación: La fuerza ejercida por el disco del relé depende del flujo, y este es directamente proporcional a (NI), esto es, si se aumenta el número de vueltas, la corriente necesaria para apenas hacer operar el relé disminuye y viceversa. Para que se produzca el mismo par se necesitan los mismos amperios vuelta (NI); esa condición es la que permite variar la corriente mínima de operación, es decir al variar el tap se varía el número de espiras, y por tanto la corriente mínima de operación.

7. PROTECCION CON RELÉS DE SOBRECORRIENTE Características de tiempo inverso. Bobina y disco de relé.

8. PROTECCION CON RELÉS DE SOBRECORRIENTE El tiempo de operación, a su vez depende de la posici6n de arranque del disco. Si el disco arranca de una posición más alejada, se demora más en llegar a la posici6n de cierre de contactos para la misma corriente. Esta circunstancia se aprovecha para cambiar el tiempo de operación del relé (Dial). Fijar el relé significa fijar su tap y su dial. Tap El tap se debe seleccionar de manera que cumpla con las siguientes condiciones: — Ser mayor que la corriente de carga para que no opere en condiciones normales de trabajo del sistema. — Ser menor que la corriente mínima de coci para lograr la operaci6n bajo cualquier condición de coci. Imin coci> Imin operación > Imáx de carga Imin operación = K. Imáx de carga K varia entre 1.25 y 2 La fijación del tap debe tener en cuenta el punto a partir del cual arrancan las características de operación de los relés (normalmente 1,5 veces el tap), para que la corriente mínima de cortocircuito sea mayor que ese valor.

9. PROTECCION CON RELÉS DE SOBRECORRIENTE Como Imin coci se acostumbra a tomar, para los rel6s de fase: Si no tiene protección específica de falla a tierra. Si tiene protección de falla a tierra adicional. Se acostumbra a dividir por (2) para tener en cuenta algunos valores de impedancia de falla, ya que los estudios de coci consideran fallas sólidas (sin impedancia de falla). Después de fijar el relé más alejado de la fuente, se debe fijar el de la estación siguiente

10. PROTECCION CON RELÉS DE SOBRECORRIENTE En el caso mostrado en la siguiente figura la barra A es límite entre las dos zonas de protección y por ello es el punto base para la coordinación entre los relés 1 y 2. Dial La fijación del relé más cercano a la carga depende directamente de ella, especialmente en cuanto a las corrientes de conexión (arranque, carga fría), pero se debe tratar de selecciona el más bajo posible. Después de fijar el relé más cercano a la carga (1) se debe continuar hacia el generador (2) Protecci6n de líneas en cascada

11. PROTECCION CON RELÉS DE SOBRECORRIENTE La característica tiempo—corriente del relé 1 ya se encuentra disponible, por ello, el tiempo de operaci6n tiA para el cocia se puede leer fácilmente. Como el relé 2 es el respaldo del 1, éste debe operar si la falla (correspondiente al relé A) permanece el tiempo t1A más un tiempo de espera (de coordinación t) con el cual se busca asegurar que el relé 2 solo opere si el 1 no actúa. Curvas de diferentes tipos de relés.

12. PROTECCION CON RELÉS DE SOBRECORRIENTE El tiempo de coordinación t, se obtiene considerando: Tiempo del relé auxiliar 1 ciclo 1 ciclo Tiempo del interruptor de potencia 5 ciclos 5 ciclos Inercia del disco 6 ciclos 6 ciclos Margen de seguridad 6 ciclos 6 ciclos _____________ ____________ 18 ciclos = 0,3 s Por lo tanto t debe ser del orden de 0,3 Seg. Para relés electromecánicos (0,3 — O5 seg.); calculando t2B se fija el dial. Con esto queda fijada la unidad de tiempo nuevo (51).

13. PROTECCION CON RELÉS DE SOBRECORRIENTE Uso de la Unidad Instantánea (50) Usando solo unidades de tiempo inverso (51), la operación de los relés a medida que se acercan a los generadores (cortocircuitos más críticos) se hace más demorada. Para hacer más rápida la protección resulta muy económico usar unidades instantáneas (50). La determinaci6n de la corriente de operación de la unidad instantánea del relé 2, por ejemplo, debe tener en cuenta que esta solo debe actuar para fallas en la línea AB, esto es, debe ser mayor que la corriente máxima (asimétrica) de falla del terminal (3), pero menor que la corriente máxima de falla del terminal (A), esto es:

14. PROTECCION CON RELÉS DE SOBRECORRIENTE El valor de K debe ser de 2 (ó 1.732), a no ser que se haga con análisis más detallado del sistema. 18 ciclos = 0,3Seg. Cuando se está coordinando se deben chequear los tres factores siguientes: Unidad Instantánea (U.I). 1.5 tap 3. I coci en A. Ejemplo 1: Un relé tipo IAC, se fijó en T2D2 (tap 2, dial 2), la TRC es 100/5, y la corriente de coci, es de 500 A. ¿Cuanto demorará en actuar el relé? Solución: El múltiplo de la corriente tap:

15. PROTECCION CON RELÉS DE SOBRECORRIENTE De la figura 4.6 y para el dial 2 se obtiene un tiempo mínimo de operación de 0,48 Seg. Esquemas del ejemplo 1

16. PROTECCION CON RELÉS DE SOBRECORRIENTE Ejemplo 2: Seleccionar el relé, fijar el relé para las siguientes condiciones: In = 300 A. El tiempo para el cual opera el relé con coci trifásico debe ser de 0,5 seg. Mínimo. = 2000 A = 5000 A Solución: Se selecciona la corriente secundaria nominal del transformador como 5 Amperios. Se fija: Iprimaria = RTC A 300 = 60

17. PROTECCION CON RELÉS DE SOBRECORRIENTE =16,37A

18. PROTECCION CON RELÉS DE SOBRECORRIENTE Por lo cual se puede seleccionar el tap de 8 A que es el inmediatamente superior (y menor que la Imin coci/1,5).

19. PROTECCION CON RELÉS DE SOBRECORRIENTE La unidad instantánea se fija para en la barra anterior, UI2 = Uso de la Unidad Direccional Cuando se tienen corrientes en malla, y/o bialimentados se hace imposible mantener la selectividad con los relés usados antes, ya que ellos se tendrían que coordinar en ambos sentidos (los relés de sobrecorriente actúan es por exceso de corriente más no por dirección) y esto implicaría que un aparato que aparece como respaldo en un sentido, será principal en otro.

20. Uso de la Unidad Direccional a. b. Sistemas con alimentaci6n no radial a. Bialimentado b. Enmallado

21. Uso de la Unidad Direccional Para poder coordinar adecuadamente los relés, éstos tienen que estar “mirando” en una sola dirección o, en otras palabras tener unidad direccional. Los relés situados en los extremos cercanos al generador (ver Fig. b) solo captan (pasa por ellos) corriente hacia el anillo. Sí ocurre una falla en el lado del generador no pasa corriente por ellos, por lo cual no necesitan diferenciar el sentido de circulación de la corriente, esto es, no necesitan (adicionalmente la unidad direccional). No se usa unidad direccional cuando la corriente máxima de coci en el sentido de no disparo es menor que el tap (corriente mínima de operación o de arranque) en el sentido de disparo, o el tiempo de operación del relé que mira en el sentido de no disparo es menor. No disparo ó Dispara

22. PROTECCIÓN DE LINEAS CON RELÉS DE DISTANCIA • La protección de distancia debe considerarse cuando la protección de sobrecorriente es muy lenta o no es selectiva y se puede justificar el costo superior de ésta. • La protección de distancia es casi inmune a los cambios de capacidad de generación del sistema, así como de su configuración. • Fijación y Coordinación • Para calibrar un relé de distancia basta con fijar el tiempo al cual debe actuar y el valor de impedancia a partir del cual se necesita la operación (ver Fig. c). Para la protección de líneas, generalmente se usan tres etapas o zonas:

23. PROTECCION DE LINEAS CON RELÉS DE DISTANCIA Zonas de protección.

24. PROTECCION DE LINEAS CON RELÉS DE DISTANCIA Primera Zona: Protección principal Abarca del 85% al 90% de la línea, cualquier falla dentro de esta zona hará que el relé actúe instantáneamente. No se fija para un 100% para prevenir la operaci6n en caso de falla en la línea siguiente. Segunda Zona: Protecci6n principal y respaldo Termina de proteger la primera línea y abarca hasta un 50% de la siguiente línea (mínimo 25%). Para evitar que la zona 2 actúe simultáneamente con la zona 1 del segundo relé, se coloca un temporizador para demorar la operación. Tercera Zona: Protecci6n y respaldo Abarca como mínimo hasta el 10% de la siguiente Línea. Esta zona también debe temporizarse para prevenir la operación simultánea con la protecci6n de la siguiente línea (normalmente 0,6 seg.).

25. PROTECCION DE LINEAS CON RELÉS DE DISTANCIA Ejemplo: Tomando el siguiente gráfico Esquema del ejemplo.

26. PROTECCION DE LINEAS CON RELÉS DE DISTANCIA Línea A = 10; Línea B = 20; Línea C = 10 Estos valores se dan en secundarios. Zona Relé 1 10 (0,9) = 9 0” 2 10 + 20 (0,5) = 20 0,3” 3 10 + 20 +10 (0,15) = 31,5 0,6” Zona Relé 1 20 (0,9) = 18 0” 2 10 + 20 (0,4) = 24 0,3” En este último caso se fijan dos zonas.

27. VISUALIZACION EN EL DIAGRAMA R - X PROTECCION DE LINEAS CON RELÉS DE DISTANCIA El relé de distancia opera para determinadas condiciones de voltaje y corriente sin importar de donde provengan. las condiciones pasadas al secundario, determina la fijación (y luego la operación) del relé, así:

28. PROTECCION DE LINEAS CON RELÉS DE DISTANCIA Si se considera un sistema como el de la siguiente figura en el cual se obtuvieron los equivalentes de Thevenin hacia ambos lados del relé, se tiene:

29. PROTECCION DE LINEAS CON RELÉS DE DISTANCIA Si se tiene Si se tiene Diagrama R-X

30. PROTECCION DE LINEAS CON RELÉS DE DISTANCIA Desde el punto de vista de potencia se tiene: Luego Y Visualización de un punto de carga en el diagrama R-X

31. SITUACIONES QUE AFECTAN LOS RELÉS DE DISTANCIA • RESISTENCIA DEL ARCO El comportamiento del arco es puramente resistivo y se calcula por medio de algunas formas empíricas. WARRINGTON RUSOS L=Longitud de arco en m. La longitud inicial del arco es la distancia entre las espiras. I= Corriente de falla en (A).

32. SITUACIONES QUE AFECTAN LOS RELÉS DE DISTANCIA • FUENTES INTERMEDIAS Una fuente de corriente intermedia localizada entre un relé de distancia y una falla puede afectar el funcionamiento de estas (líneas de tres terminales). El relé en “A” ve: Al ocurrir un cortocircuito, el relé ve mas impedancia que aquella vista sin la conexión intermedia. Diagrama unificar para explicación de fuentes intermedias

33. SITUACIONES QUE AFECTAN LOS RELÉS DE DISTANCIA La protección de la zona 1, se debe fijar sin considerar la alimentación intermedia. Por tanto se debe calibrar: • La primera zona: 85% de la parte más corta de la línea sin considerar alimentación intermedia. • La segunda zona: 25% a 50% de la siguiente línea con alimentación intermedia mayor de las obtenidas. - La tercera zona: 10% a 20% de la tercera línea considerando el efecto de alimentación intermedia.

34. SITUACIONES QUE AFECTAN LOS RELÉS DE DISTANCIA • SALIDA DE SINCRONISMO DE LAS MAQUINAS Diagrama unificar para análisis de salidas de sincronismo

35. SITUACIONES QUE AFECTAN LOS RELÉS DE DISTANCIA Si Si n=1 se tiene:

36. SITUACIONES QUE AFECTAN LOS RELÉS DE DISTANCIA En el diagrama R – X se tiene: Desplazamiento de la impedancia vista por el relé por una salida de sincronismo.

37. SITUACIONES QUE AFECTAN LOS RELÉS DE DISTANCIA Diagrama R-X para la salida de sincronismo

38. SITUACIONES QUE AFECTAN LOS RELÉS DE DISTANCIA El relé actuaría en caso de salida de sincronismo, si el tiempo en pasar la característica del relé es mayor que el de operación del relé. Para determinar la acción o no del relé se mide el tiempo de paso del punto por dos sitios, si es cero se debe a que es un cortocircuito y si el tiempo es mayor implica que existe una salida de sincronismo. Para la medición del tiempo se debe tener en cuenta que: Donde δe : ángulo de entrada entre EA y EB δs : ángulo de salida entre EA y EB M : momento de inercia del Stma P : potencia Acelerante = Pm – Pe Y

39. PROTECCIÓN PILOTO La interrupción a alta velocidad de fallas en las líneas de transmisión se reconoce como necesaria para el buen funcionamiento del sistema. Para asegurar disparo simultáneo de los interruptores en todos los terminales de una línea de transmisión es práctico y confiable utilizar un esquema diferencial. La protección piloto corresponde a la protección diferencial aplicada a las Líneas de transmisión. Las formas que toma la protección son: hilo piloto, honda portadora, y microondas.

40. PROTECCIÓN PILOTO • Hilo Piloto Se usa en circuitos del orden de 30 Km. cuando económicamente no se puede justificar un esquema de onda portadora. Los dos esquemas que se describen a continuación usan un sólo relé en cada terminal para realizar tanto la protección de fase como la de tierra pero no incluye protección de respaldo para fallas externas, y tampoco protección para la propia línea cuando el hilo piloto está fuera de servicio.

41. PROTECCIÓN PILOTO Ilustración del efecto de resistencia y de la corriente capacitiva de los alambres pilotos.

42. PROTECCIÓN PILOTO • Corriente circulante Protección piloto por el método de corriente circulante a. Circuito de aplicación b. Circuito de control.

43. PROTECCIÓN PILOTO • Voltajes opuestos • Su conexión se hace de tal manera que se aplique a las bobinas de operación de los relés, la diferencia de las tensiones secundarias de los transformadores de corriente, como se muestra en la figura. Protección piloto por voltajes opuestos.

44. PILOTO CON SEÑAL DE ALTA FRECUENCIA La acción de la protección puede darse por la recepción de una señal de disparo) o por la no recepción de la señal, (de bloqueo). • Microondas El piloto de microondas emplea un canal de radio de onda corta (frecuencia alta) • Onda portadora La protección piloto por onda portadora usa el esquema de bloqueo ya que no se puede garantizar que la señal de disparo llegue a la otra subestación (pues existirá corto en la línea).

45. ONDA PORTADORA

46. METODOS • Comparación direccional • Comparación de fases • Disparo transferido directo de subalcance • Disparo transferido permisivo de subalcance • Disparo trasferido permisivo de sobrealcance

47. 1.Comparación direccional

48. 2.Comparación de fases

49. 3. Disparo transferido directo de subalcance

50. 4.Disparo transferido permisivo de subalcance