ESCUELA SUPERIOR

POLITÉCNICA DEL LITORAL

Proyecto de Protecciones Eléctricas

Tema:

Resumen del Capítulo 12 de libro de Blackburn: Protección de la línea

Catedrático:

Ing. Adolfo Salcedo

Grupo número:

3

Integrantes de grupo:

Villacis DannyVeliz Kevin

Benalcazar JaimeCabezas CarlosRodríguez WarnerValarezo NelsonMendoza CamiloTumbaco Sergio

1 CLASIFICACIONES DE LÍNEAS Y ALIMENTADORES..................................3

2 CLASIFICACIONES DE LINEA PARA LA PROTECCION................................5

2.1 Líneas de Distribución.................................................6

2.2 Líneas de Transmisión y Subtransmision.................................7

3 TÉCNICAS Y EQUIPOS PARA LA PROTECCIÓN DE LA LÍNEA..........................7

3.1 Fusibles...............................................................8

3.2 Reconectadores de circuitos automáticos................................8

12 PROTECCIÓN DE DISTANCIA DE FALLAS DE FASE................................11

13 APLICACIONES DE RELÉS DE DISTANCIA PARA LÍNEAS INTERVENIDAS Y MULTITERMINALES.............................................................14

14 FUENTES DE VOLTAJE PARA RELÉS DE DISTANCIA...............................17

15 APLICACIONES DE RELÉS DE DISTANCIA EN EL SISTEMA PROTEGIDOS POR RELÉS DE SOBRECORRIENTE DE TIEMPO INVERSO............................................17

16 PROTECCION DE FALLA A TIERRA PARA LINEAS.................................18

12.1 CLASIFICACIONES DE LÍNEAS Y ALIMENTADORES

Líneas proporcionan los enlaces de las conexiones entre las diversas partesdel sistema de energía y el equipo asociado. La energía generada a bajosvoltajes se acercó a voltajes más altos para su transmisión a variasestaciones, donde se retiró para su distribución a los usuarios industriales,comerciales y residenciales.La mayoría de los sistemas de energía tienen dos niveles de tensión para elhombre y. Durante los 10 años de historia de los sistemas de corrientealterna, los voltajes trifásicos reales utilizados han variadoconsiderablemente, sin normas internacionales. En los Estados Unidos, elConsejo de Normas IEEE aprobó una serie de normas en 1975 propuestas por laSociedad de Aplicaciones Industriales. Estos se resumen en la Tabla 12.1. Lasdenominaciones de clase no están completamente o uniformemente acordadas entrela sociedad Energética IEEE y de la Sociedad de aplicación industrial, ambosinvolucrados en los sistemas de energía. Dentro del área de servicios públicosde energía, ha sido, y continúa siendo, una comprensión general de las clasesde voltaje de la siguiente manera:

Distribución Industrial: 34,5kV e inferioresSubtransmision: 34,5 a 138kVTransmisión: 115kV y superior

Con la última clase generalmente dividido en:Alto voltaje (HV) -115-230kVExtra alto voltaje (EHV) -345-765kVUltra alto voltaje (UHV) -1000kV y superior

Como se ha indicado, estos no están bien definidos, por lo que el rango puedevariar algo en cualquier sistema de energía específica. Con el tiempo, másconforme con las normas tendrá lugar, pero existen diferentes y noestandarizados voltajes que se adoptaron hace muchos años y no seráncambiados

por un largo tiempo. Algunos de estos, pero no todos, se indican en la tablacomo opcional o existente.Los valores de tensión indicados representan las tensiones del sistema RMSnominal y típicos (línea a línea a menos que sea indicado) comúnmentedesignados en información técnica y la comunicación. Como la energía fluye através de un sistema, la tensión real varía de un punto a otro de losgeneradores a los terminales finales de las caídas, relaciones detransformación, taps, reguladores, bancos de capacitores, y pronto; por lotanto, se seleccionan valores arbitrarios, nominales o típicos como se indica.

El terminal de las líneas y los alimentadores y la ubicación de los equipos,tales como transformadores, generadores y disyuntores, son conocidos comoestaciones, plantas y subestaciones. La denominación específica no está nibien definido ni estandarizada. Una estación de generación o de la planta esevidente. Una subestación es más pequeña y menos importante que una estación.En un sistema con relación a otro, una estación se podría ser designado en unasubestación en la otra, y viceversa. Así denominaciones comunes son lasestaciones de generación, estaciones de conmutación, centrales eléctricas,subestaciones, estaciones de distribuciones, etc.Muchas líneas son doble terminal, pero hay un número de líneas multiterminalcon tres o más terminales. Estos pueden interconectar las estaciones osubestaciones, pero con frecuencia, son derivaciones a cargas de suministro.

Por lo tanto, las líneas de todos los niveles de voltaje pueden convertirse enlos circuitos de distribución. Cuando un complejo industrial o comercial conun requerimiento de carga grande se encuentra cerca de una línea detransmisión, que a menudo llega a ser económica para aprovechar la línea.Líneas de distribución suelen tener muchos taps, ya sea trifásica omonofásica, ya que suministran cargas a lo largo de sus rutas.Los ángulos de la impedancia de una línea trifásica varían con el tipo, eltamaño de los conductores, y taps. Los rangos típicos para diferentes voltajesson como se muestra a continuación:

12.2 CLASIFICACIONES DE LINEA PARA LA PROTECCIONPor motivos de protección, las líneas de este libro, se clasifican como

1. Radial o alimentadores: Estos tienen una fuente de secuencia positiva en unsolo terminal. Por lo general, son las líneas de distribución quesuministran energía a las cargas no síncronas. Como se indica en laSección 4.8, los motores de inducción no son usualmente consideradoscomo fuentes. Por fallas en la línea, la corriente de falla es sólo deeste extremo de la fuente. Con ambos extremos conectados a tierra y unafalla a tierra en la línea, la corriente puede fluir desde ambosextremos, pero la fuente de disparo de secuencia positiva desenergiza lafalla. Sin embargo, el acoplamiento mutuo de la secuencia cero de laslínea adyacentes puede continuar con la falla a tierra; por lo tanto,las fuentes de tierra deben ser disparados. Con el aumento de lafrecuencia de las instalaciones de generación distribuida, como seexplica en el capítulo 8, las líneas radiales se pueden convertir en unalínea de red en un corto plazo.

2. Circuito o red: las líneas de lazo son aquellos con fuentes de secuenciapositiva en dos o más extremos. En general, estos son todos los tipos delíneas de transmisión y pueden incluir circuitos de distribución.Corrientes de falla a los fallas en de línea se producen a partir deestos terminales de la fuente y todos los terminales de la fuente debeser disparado tanto para fallas de fase y tierra. Los sistemas depotencia en los Estados Unidos son generalmente múltiples a tierra; porlo tanto, las corrientes de secuencia positiva, negativa y cero puedenfluir a las fallas en las líneas. Si uno de los extremos de la línea dedos terminales está conectado a tierra, entonces la línea es un lazopara fallas de fase, sino una radial para fallas a tierra. Una vez másla inducción mutua de las líneas paralelas puede inducir secuencia cerosignificativa en la línea. Este efecto se expone más adelante en estecapítulo.

La longitud de la línea es otro medio por el cual se clasifican las líneas.Dicha clasificación es más significativa con respecto a las líneas de mayorvoltaje que operan en la red. La longitud de la línea tiene un impacto en lascuestiones relativas a la aplicación de los sistemas de protección eficaces.Las líneas se clasifican normalmente como cortas, medias o largas. Una medidade la longitud de la línea que es significativo relación con la protección esla relación de impedancia de la fuente a impedancia de línea (SIR). Altos SIRsimplican líneas más cortas. Las líneas con SIR por encima de 4 por lo generalse clasifican como cortas y líneas con SIR por debajo de 0,5 se clasificangeneralmente como largas. Líneas con SRIS entre 0,5 y 4 se clasifican comomedias.

12.2.1 Líneas de DistribuciónEl diseño de sistemas de distribución varía, dependiendo de la naturaleza y ladensidad de la carga servida. Las cargas dentro de los distritos de negociosde las ciudades más grandes y los grandes complejos industriales tienden aestar muy concentrado y, por su naturaleza, requiere un alto nivel defiabilidad. Los circuitos de distribución para el suministro de tales cargas amenudo se componen de cable subterráneo. Las redes de baja tensión (LTNs) amenudo se utilizan para abastecer a los distritos de negocios dentro de lasciudades más grandes. La mayoría de los circuitos de distribución que sinembargo están en servicio, el suministro para la carga que se compone de unamezcla de carga de las zonas rurales y el suministro a las ciudades máspequeñas, pueblos y aldeas. Las líneas de distribución que suministran estetipo de carga son típicamente aéreas y por lo general operan a tensiones entre4 y 34kV. Para los circuitos de distribución, 13,2kV es el voltaje comúnutilizado, y 23 y 34,5kV son cada vez más popular en las zonas que tienen unadensidad de carga superior.

Una línea aérea típica es de alrededor de 10 a 20 millas de longitud, con laparte principal de la línea construida para la operación de tres fases. Losclientes que requieran servicio trifásico se suministran desde la líneaprincipal o desde una derivación trifásica fuera de la línea principal. Losclientes que requieran servicio monofásico se suministran desde la líneaprincipal o de la derivación de una sola fase de la línea principal.

Una filosofía de protección de sonido para los circuitos de distribución debeincluir lo siguiente:

1. Las fallas permanentes deben interrumpir a tan pocos clientes como seaposible. La línea principal no debe ser interrumpida permanente para lasfallas en las derivaciones.

2. Los requisitos de sensibilidad deben establecerse para los ajustes ocalificaciones de funcionamiento de los dispositivos de protección dedistribución para promover la seguridad del personal, el público, y delas instalaciones del sistema. Estos requisitos deben asegurar con altaprobabilidad de que todas las fallas en los circuitos de distribución sedetectan y eliminan con rapidez.

3. Restauración automática de un circuito después de un disparo debido auna falla debe ocurrir en la mayor medida posible. Esta práctica actúa

para facilitar el pronto restablecimiento de servicio después de unafalla temporal. La experiencia ha demostrado que hasta un 80% -90% delas fallas en las líneas de distribución aérea son de naturalezatemporal.

Para cumplir con los criterios anteriores, los circuitos de distribucióntípicos aéreos están seccionadas con numerosos dispositivos de interrupción defallas. Los transformadores de distribución que aprovechan las líneas para darservicio a los clientes suelen estar protegidos con fusibles. Las derivacionesfuera de la línea principal están protegidas con fusibles, reconectadoresautomáticos y seccionadores. Reconectadores automáticos y seccionadorestambién a menudo se instalan en la línea principal. Un interruptor de circuitoretransmitido se instala típicamente en el terminal de la línea en lasubestación, aunque reconectadores automáticos también se aplican en laubicación del terminal a veces. En los últimos años, las técnicas para aplicarnuevas tecnologías para la obtención de un mayor nivel de automatización encircuitos de distribución se han desarrollado y aplicado a fin de mejorar lafiabilidad del servicio.

12.2.2 Líneas de Transmisión y SubtransmisionLas líneas de transmisión se utilizan para transmitir la energía a partir defuentes de generación a las zonas las cargas regionales o sistemas de potenciaadyacentes. Tales líneas son operadas en la red con el fin de proporcionar lafiabilidad requerida. Las líneas de transmisión normalmente no suplen la cargadirectamente a los clientes, excepto en algunos casos, cuando se justifiqueeconómicamente, para servir a los clientes que utilizan grandes cantidades deenergía.

Los terminales de la línea de transmisión están equipados con interruptores decircuito retransmitidos. Estos interruptores pueden utilizar petróleo, gas, oel vacío como medio de interrupción y aislante. Los objetivos de protecciónpara líneas de transmisión deben incluir lo siguiente:

1. Las fallas deben de despejarse tan rápido como sea posible con el fin demejorar la estabilidad transitoria del sistema de potencia, minimizar laperturbación del voltaje, y daños al equipo.

2. Durante una condición de falla del sistema, únicamente los interruptoresnecesarios para aislar la falla deben disparar, con el fin de minimizarel alcance de la interrupción resultante.

3. Las líneas de transporte aéreas deben ser reactivado automáticamente,siguiendo el despeje de una falla con el fin de restaurar la línea deservicio, si la falla es de naturaleza temporal.

4. La protección no debería restringir la línea de ser cargado a su máximacapacidad de carga de emergencia a corto plazo, a la que se opera.

Es conveniente que todas las fallas de línea de transmisión deben serdetectados por relés instantáneos con el fin de cumplir los objetivos yamencionados. Es aceptable, sin embargo, para fallas muy restringidas adetectar y borrar por acción de retardo de relés de tiempo.

Las líneas de subtransmision transportan energía a las zonas de carga localeso directamente a los clientes más grandes. La protección para líneas desubtransmision será generalmente una mezcla entre la descrita para latransmisión y de las líneas de distribución.

Las aplicaciones de protección específicos dependerán de la naturaleza delsistema asociado y la importancia de la línea de subtransmision protegida.

12.3 TÉCNICAS Y EQUIPOS PARA LA PROTECCIÓN DE LA LÍNEALas técnicas de protección de relé disponibles para toda la protección delínea incluyen lo siguiente:

1. no direccional de sobre intensidad instantánea2. no direccional de sobre corriente de tiempo inverso3. no direccional de sobre corriente de tiempo definido4. direccional de sobre corriente instantánea5. direccional de sobre corriente de tiempo inverso6. direccional de sobre corriente de tiempo definido7. Corriente balanceada8. distancia direccional instantánea o etapa o tiempo inverso9. Piloto con un canal de comunicación entre los terminales (véase el

Capítulo 13)

Todos estos se emplean individualmente o en varias combinaciones, tanto parala protección de fase y tierra de las líneas. Este tipo de relé se discuten enel capítulo 6 y sus aplicaciones se incluyen en este capítulo. El tipo decorriente balanceada compara las corrientes en líneas paralelas para detectarun desequilibrio resultante de una falla en una línea. No es de uso general enlos Estados Unidos. Esto es porque no es aplicable a las líneas individuales;debe ser desactivada para la operación de una sola línea; requiereinterconexiones entre los controles para las dos líneas, que no es deseablepara la operación y las pruebas; y puede experimentar dificultades para unafalla que involucra ambas líneas conectados en paralelo.

Los disyuntores son muy abundantes en sistemas de potencia, pero en las áreasde distribución, fusibles, reconectadores y seccionadores son de uso común.Una breve revisión de éstos sigue.

12.3.1 FusiblesLa corriente continua nominal del fusible debe ser igual o mayor que la cargamáxima de corto tiempo que va a pasar a través de él. Además, la capacidad deinterrupción simétrica del fusible debe ser igual o mayor que la corrientemáxima de falla. Se debe prestar atención a la tensión del sistema y nivel deaislamiento y a la relación del sistema X=R. los fusibles operan en un tiempode corriente de banda entre los tiempos máximos de compensación y los tiemposde fusión mínimo (o daño). La diferencia es el tiempo de arco en el fusible.

El tiempo mínimo de fusión es importante cuando el fusible respalda oextralimita otros dispositivos. Los últimos dispositivos deben despejar la

falla antes de que ocurra el daño térmico al fusible, como se indica por eltiempo mínimo en estado fundido.

Los tipos de fusibles utilizados incluyen la expulsión, no expulsión y delimitación de corriente.

Los fusibles de expulsión son el tipo más común de fusible utilizado paraaplicaciones en poste montado exteriores. Las Normas han sido desarrolladas enla década de 1950 que clasifican fusibles basados en la pendiente de suscaracterísticas de funcionamiento. Los fusibles se clasifican como '' K ''(rápido), '' T '' (lento), o '' N ''. Una de las ventajas de este tipo denormas es que permite a los servicios públicos para la compra y los fusiblesde valores de diferentes fabricantes y estar seguros de que suscaracterísticas de funcionamiento caerán dentro de límites definidos.

12.3.2 Reconectadores de circuitos automáticosComúnmente conocido como reconectadores, éstos son un tipo de interruptores decircuito con control autónomo para detectar sobre corriente y apertura sobrelas fallas, ya sea instantáneamente o con el tiempo de retardo. Puedenprogramarse para iniciar reenergización automática del circuito (reconexión) aintervalos variables, si persiste la falla, y, finalmente, para bloquear haciafuera.

Los reconectadores trifásicos pueden tener ambas unidades de fase y de tierra.Los reconectadores monofásicos no pueden tener sensores de tierra, sino másbien, que se basan en la unidad de fase para la línea a neutro o línea atierra defectos que involucran la fase a la que están conectados.

12.8. EJEMPLO: COORDINACIÓN DE UN SISTEMA DE LAZOLa coordinación para un sistema de circuito es mucho más complejo y difícil.Para cada caso de falla, las corrientes de operación de relés que extralimitanotros relés, serán diferentes de las corrientes que accionaran estos relésextralimitados. Esto es en adición a la variación en los niveles actuales porla operación del sistema. Por lo tanto, la técnica de superposición actual esmuy difícil o imposible de usar. Un gráfico de coordinación se utiliza en elejemplo. Debido a que la corriente de falla puede fluir en ambas direcciones através de la línea, se requieren relés de sobrecorriente de tiempo de tipodireccional. Las unidades de sobrecorriente instantáneas pueden no sernecesarias, pero a menudo se utilizan para la uniformidad y posibles cargasdel sistema futuro que podrían hacerlos necesarios. La “dirección de disparo”

de los relés direccionales normalmente es en la línea a la cual estosprotegen.

Un sistema de circuito típico se muestra en la Figura 12.6, las fallasprincipales que se documentan en los interruptores de las tres barras delcircuito para fallas trifásicas. Los ajustes típicos serán hechos para losrelés de fase. La configuración de los relés de tierra para el sistema estáutilizando datos similares de falla de fase a tierra y valores de arranque delrelé, como se indicó anteriormente. En general, estos TAPS serán la mitad omenos, de los TAPS de los relés de fase para la mayoría de sistemas.

Los relés de sobrecorriente direccionales de tiempo definido se aplican a losinterruptores 1, 3, 4, 6, 8, 9 y 10, con cada unidad direccional “buscando enla línea” o de funcionamiento cuando la corriente está fluyendo en la secciónde línea.

Alrededor del circuito, en sentido horario:

Relés de 3 se deben coordinar con los relés de 5 y 8. Relés de 8 se deben coordinar con los relés de 10 y 12. Relés de 10 deben coordinar con los relés de 1, 2 y 3.

Alrededor del circuito, en sentido antihorario:

Relés de 4 deben coordinar con los relés de 9 y 12. Relés de 9 deben coordinar con los relés de 5 y 6. Relés de 6 deben coordinar con los relés de 1, 2 y 4.

Por lo tanto, se ve que los lazos no son completamente independientes. Losajustes en tanto dependen de los ajustes de los relés en otros circuitos (ylazos) de los interruptores presentes. En el ejemplo, estos otros circuitosson de los relés en los interruptores 1, 2, 5 y 12, y los generadores en lasbarras J y L. En la configuración de relés alrededor del lazo, el primer pasoes determinar los ajustes y tiempos de funcionamiento para estos relés. Parasimplificar el ejemplo, supongamos que la configuración de estos son lossiguientes:

Relés de fase del interruptor 1: relés piloto con el tiempo defuncionamiento no superior 0.06 seg se utilizan en esta línea corta.

Relés Fase interruptor 5: Tiempo máximo operacional de culpa en el 26 lalínea es de 0,24 seg.

Relés de fase disyuntor 12: Tiempo máximo operacional de culpa en el 37la línea es de 0,18 seg.

Relés Fase interruptor 2: Tiempo máximo operacional de culpa en el 12línea es 0.21 seg.

En la configuración de relés alrededor de un lazo, una buena regla general estratar de configurar cada relé para operar en menos o como mucho 0,20 segundospara el primer fallo y el CTI para el fallo en una barra lejana. Donde laslíneas protegidas por relés que se extienden desde una barra remota, tienentiempos de funcionamiento más largo que 0,20 segundos, el ajuste debe ser lasuma de ese tiempo máximo y el CTI. Para este ejemplo, se utilizará un CTI de0,30 segundos.

La información de coordinación del relé para configurar los relés de todo ellazo en sentido horario, empezando arbitrariamente en el interruptor 3, estádocumentado convenientemente en la Figura 12.7a. Con la carga máxima de corto-tiempo de 200 A, un CT de 200:5 puede ser utilizado. La máxima carga esentonces 200/50 = 4 A. en el secundario. Seleccione el TAP 6 en el relé, quees 1,5 veces esta carga máxima y da un pico de corriente de falla en elprimario de 6*50 = 300 A.

Las curvas típicas del relé de sobrecorriente de tiempo inverso se ilustran enla figura 12.8 para determinar el ajuste de línea de tiempo en lacoordinación.

En la figura 12.7 los tiempos de funcionamiento del relé en 3 para falla 26 enla barra lejana, deben ser de al menos 0,24 + 0,30 = 0,54 segundos, suponiendoque los relés de interruptor 8, eventualmente, se puede configurar parafuncionar en fallas en 26 a no más de 0,24 segundos. Para esta falla máximo(26), el relé 3 recibe 1.064,6 A. O 1.064,6/300 =3,55 múltiplo de sucorriente pico.

A partir de la figura 12.8, un dial de tiempo de 1 ofrece un tiempo defuncionamiento de 0,58 segundos a este múltiplo, y por lo tanto lacoordinación. Tiempos de operación del relé en (3) son para falla mínima en(26), 0.61 segundos (1021. 4 / 300 = 3.4 múltiplo), máxima falla cercana en(12), 0.18 segundos (5495.7 / 300 = 18.32 múltiplo), y la falla mínima alfinal de línea 26 A, 0.54 segundos (1106.6 / 300 = 3.69 múltiplo). Esta fallaal final de la línea no es una preocupación de coordinación, ya que para estafalla, el interruptor 6 está abierto. Con relés direccionales en (3), la fallaen la barra (12) no está involucrada. En este punto, paso a la barra J para

ajustar los relés en el interruptor (8). Se muestran los datos en la figura12.7b. Con una carga de 150 A. se sugiere utilizar un CT de 200:5. Con esto,la carga secundaria es de 150 / 40 = 3.75 A. Un TAP de 5 proporciona un margende 1.33 veces la carga máxima y un pico corriente primaria de falla de 5*40 =200 A. En este caso, con el relé en (3) que funciona a 0,61 segundos mínimopara falla en (26), desde el anterior, relé en (8) no debe operar más de 0.61-0.3 = 0.31 segundos para la falla en (26). El tiempo de los relés en (10) sondesconocidos, pero para el resto en la barra L, el relé en (8) para fallas enel punto 37 debe ser de al menos 0.18 + 0.3 = 048 segundos. Máxima falla cercaen (26) es 4384 A. para proporcionar un múltiplo de 4384 / 200 = 21.9. Para lafalla lejana de barra en (37), el múltiplo es 1481.8 / 200 = 7.41. De lascurvas de tiempo (véase la Figura 12.8), la línea de tiempo 2 proporciona 0.35segundos para la falla cercana y 0.56 para la falla máxima de la barra lejana.Esto no está coordinado. Volviendo al relé 3 y aumentando su línea de tiempo a1,5, cambia los tiempos de funcionamiento a 0,25 segundos para la fallacercana y 0. 85 segundos por la falla máxima de la barra lejana. Esto es 0,5segundos más que el relé en (8).

Continuando alrededor del lazo los relés en el interruptor (10), la carga de150 A. sugieren un CT de 200:5, dando una corriente de carga secundaria de150/40 = 3.75 A. TAP 5 proporciona un margen de 1.33 más que la carga máxima,y un pico de corriente primaria de 5 * 40 = 200 A. Para el primer fallo en el(37), el múltiplo del relé es 4210.4 / 200 = 21. Para la falla máxima en labarra extrema (12), el múltiplo es 1028.3 / 200 = 5.14. Los límites para elrelé en (10) son más cortos que 0.26 segundos (0.56 – 0.30) para la primerafalla y más de 0.55 segundos (0.25 + 0.30) para la falla en la barra extrema.La línea de tiempo 1.5 cumple con esto, proporcionando así la coordinación.

Los números son confusos, por lo que la coordinación en todo el lazo se resumeen la figura 12.9. Los relés en la barra H se repiten para mostrar lacoordinación.

Los tiempos entre paréntesis son los tiempos de funcionamiento para la fallamínima de la barra en el extremo y la falla al final de la línea. Con losgeneradores fuera de servicio en ambas barras J y L para la condición mínima,no fluye corriente a través de los interruptores de 10 y 6 para las fallas dela barra extrema. Esto cambia después de que el relé en la barra extrema (4) o(3) se abre, lo que proporciona corriente de falla por 12d y 12a,respectivamente, fallas al final de la línea. Es importante asegurarse de quelos relés pueden responder a estas fallas al final de la línea; de locontrario, no se pueden despejar.

El lazo para esta condición mínima de funcionamiento se convierte en un sololazo de origen. Aunque la mayoría de los sistemas de distribución sonradiales, algunos son de este tipo de “lazo de una sola fuente”. También seutiliza en los complejos de plantas industriales en los que hay varias zonasde carga independientes. La ventaja es que cualquier circuito de una línea sepuede quitar con servicio a disposición de todas las cargas. En este tipo desistema, donde la fuente está en la barra H solamente (ver figura 12.6), losrelés en el interruptor 6 no se necesitan coordinar con los relés en 1, 2, y4, debido a que no tienen corriente para fallas en (12). Del mismo modo, losrelés de 10 no necesitan coordinar con relés de 1, 2, y 3. Fallas en laslíneas, como en la 12a y 12d, puede ser detectada sólo después de que losinterruptores de 3 o 4, respectivamente, han abierto cuando existe lacorriente de falla al final de la línea. Por lo tanto, dichos errores son ''secuencialmente despejado. '' La corriente de carga en estas líneas tambiénsería cero, a menos que existan otros TAPs de línea. Como resultado, los relésinstantáneos de dirección se pueden aplicar en los interruptores 6 y 10 y seconfiguran muy sensibles y por debajo de los valores para las fallas al finalde la línea. Esto proporciona '' operación secuencial de alta velocidad ''para estos terminales.

La siguiente fase en el proceso de coordinación para el ejemplo de lazo esconfigurar los relés 4, 9 y 6 en sentido antihorario alrededor del lazo. Estono va a continuar, ya que los principios básicos se han cubierto.

En la mayoría de los sistemas actuales, se debe prestar atención a laposibilidad de que varias líneas queden fuera de servicio y otras condicionesde funcionamiento que puedan ocurrir. Sería deseable configurar todos losrelés para proporcionar una protección de seguridad completa sobre todas laslíneas remotas adyacentes. En el ejemplo, este sería tener los relés en elinterruptor 3 para proporcionar protección para fallas en la barra L y fuerade línea de carga (5) a cualquier punto de seccionamiento. Esto puede o no serposible. La “entrada” de la corriente de falla por la fuente en la barra J

tiende a reducir la corriente de falla a través de (3) para las fallas en lalínea JL y en la barra L.

Los ordenadores que proporcionan datos de fallas de muchas variables ycondiciones de operación también proporcionan una excelente herramienta parala creación y coordinación de relés.

Existen varios tipos de programas con distintos grados de capacidad ysofisticación, y otros se desarrollan. Estos pueden ser de gran valor en lareducción del tiempo y la monotonía de la coordinación de la mano, y confrecuencia considerar más alternativas y condiciones que de otro modo seríaconveniente.

12.9 APLICACIÓN DE DISPARO INSTANTÁNEO PARA UN SISTEMA DE LAZOCuando existe una diferencia razonable en la corriente de falla entre la primera falla y fallas de barras lejanas, unidades instantáneas se pueden utilizar para proporcionar una protección rápida de fallas en la línea. Los fundamentos se describen en la Sección 12.4.3.

Para el ejemplo de la figura 12.6 y el uso de la figura 12.7, la unidad instantánea en los relés de (3) debe ser configuradas en k veces la corriente de falla máxima de la barra extrema de 1064.6 A.

Usando k=1.2, el ajuste sería 1277.5 A. o 1278 A. Esto da una buena cobertura para la línea en comparación con el cierre en falla de 5495.7 A. El porcentajede cobertura no es lineal en un sistema de circuito, ya que sería en una línearadial, donde la cobertura sería:

Donde ICI es el primer en la corriente de falla, IFB la corriente de falla de

la barra lejana y I¿ la actual configuración de la unidad instantánea. Por lotanto, para el lazo la cobertura será menor que el valor de

Posiblemente, alrededor del 85% - 90%. Debido a que el ajuste de 1278 es mayorque la corriente inversa o corriente de la barra cercana de 877.31 A. unaunidad instantánea no direccional puede ser utilizada. Sin embargo, serequiere unidad direccional en el extremo opuesto, en el interruptor 6, amenos que I¿ está situado por encima 1.2*1065 = 1278 A.

Para el interruptor (8) en la barra J, configure la unidad instantánea a1.2*1481.8 o 1778 A, y un relé de tipo direccional es aplicable.

Para el interruptor (9), establezca la unidad instantánea a 1.2*1435.2 o 1722A.

Debido a que la corriente de la barra cercana es de 1481.8 A. y es ligeramentemás grande que la corriente de barra lejana, un relé de tipo no direccionalpodría ser utilizado, para un valor menor que el ajuste. Sin embargo, elmargen de los transitorios y errores es menor, por lo que un tipo de direccióndebe ser considerado.

Para interruptor 10, establezca la unidad instantánea 1.2*1028.3 o 1234 A.Esto debe ser un tipo direccional, para la corriente de barra cercana que es1311 A. un tipo no direccional con un ajuste de 1.2*1310.6 o 1573 A, podríaser aplicado para una buena cobertura de la línea.

Estas unidades de disparo instantáneos complementan la protección de los relésde sobrecorriente de tiempo definido para proporcionar un funcionamientorápido sobre una parte de las secciones de línea. Se muestran como líneasdiscontinuas en la figura 12.9.

A menudo, estas unidades no llegan tan lejos como era posible en el ejemplo, yde vez en cuando ofrecen una protección limitada para la condición de fallamáxima y ninguno de las fallas mínimos. Por lo tanto, su aplicación seconvierte en marginal desde el punto de vista de cobertura de protección. Aunasí, pueden proporcionar un despeje rápido para las más pesadas de las fallascercanas.

Los tiempos de funcionamiento de los relés de sobrecorriente de tiempodefinido se pueden reducir con las unidades instantáneas mediante lacoordinación en su punto de operación, en lugar de en una barra lejana. Enotras palabras, el CTI para el relé 3 (ver Figura 12.9) se utilizaría en elpunto de operación instantáneo, la línea discontinua vertical a la derecha de8. Esto se hace más difícil cuando el alcance de la unidad instantánea varíaconsiderablemente con cambios en el nivel de fallas provenientes de cambios enel sistema. Esto puede ser programado en el programa de configuración delrelé.

12.10 APLICACIONES DE LÍNEA CORTAComo lo discutimos en la Sección 12.1, líneas cortas que tienen un alto SIRson bajos en millas o kilómetros, pero están mejor definidos eléctricamentecon fines de protección de sobrecorriente considerando los valores relativosde corrientes de falla cercanas (CI) y de barra lejana (FB) de falla. Lafigura 12.10 muestra estas dos fallas. Una línea corta es cuando ZL es baja encomparación con el ZS (impedancia de la fuente). Entonces ICI casi igual a IFB, y las diferencias de magnitud actuales entre las dos fallas no proporcionanuna buena indicación para la localización de fallas. Para una línea larga, ZLes grande en relación con ZS, para proporcionar una diferencia significativa ymensurable entre las dos fallas.

Así, para las líneas cortas, la discriminación de tiempo fijo esencialmentedebe ser utilizada para coordinar los relés entre la barra G y aquellos en la

barra H. En un alimentador radial, esto significa que el tiempo defuncionamiento es más grande mientras más cercano esté al extremo de la fuentey el menos en el extremo de carga.

En los sistemas de circuito, la coordinación es posible, sólo cuando existeuna diferencia significativa entre la magnitud de falla en la cercanía y en labarra extrema con el resto del lazo. Si la diferencia no proporciona losmedios de despeje rápido para fallas en la cercanía y el retraso de disparopara fallas de barra lejana, la coordinación en torno a un lazo es imposible.En estos casos, la protección piloto, muy a menudo protección diferencial,debe ser utilizada para la protección primaria. Este tipo se discute en elcapítulo 13.

Relés de sobrecorriente de tiempo definido se pueden utilizar para laprotección de seguridad, reconociendo que no van a coordinar en algún lugardel lazo. Este punto de falta de coordinación debe ser seleccionado en (1) unpunto de menor incidencia de fallas probables, o (2) un punto en el sistemadonde la perturbación mínima del sistema daría resultado, o (3) ambos. Con laprotección piloto altamente fiable, la protección de seguridad rara vez seríallamada en busca de protección.

12.11 SISTEMAS DE REDES Y SISTEMAS DE PUNTOS DE REDÁreas de carga de alta densidad, tales como las que existen en las principalesáreas metropolitanas, edificios comerciales y centros comerciales, sonatendidos por una red de baja tensión de rejilla suministrada desde al menosdos fuentes de suministro relativamente independientes.

LTNs que suministran a distritos de negocios de las ciudades más grandes sesuministran a partir de un gran número de transformadores de la red que estánconectados a múltiples circuitos de distribución. LTNs son altamente fiables ydiseñados para ser capaz de soportar múltiples cortes en su sistema desuministro sin sobrecargarse. La red secundaria opera a tensión baja (esdecir, 120 / 208 V), adecuado para el suministro directo a los clientes.Fallas en la red secundaria da como resultado valores de corrientes de falla

muy elevadas y son auto despejadas, ya que, en tal baja tensión, arcos no sepueden sostener en el aire. Las fallas en la red, por lo tanto, se despejansolas y no requieren operación de cualquier dispositivo de interrupción.Puntos de la red son subestaciones unitarias con dos transformadoresreductores, con primarios conectados a fuentes de alimentación separadas. Enambos tipos, los secundarios están conectados a través de interruptores decircuito o protecciones de red en la red secundaria. La protección estáintegrado en las protecciones para automáticamente (1) desconectar eltransformador de alimentación o circuito de la red secundaria para fallas, (2)abrir el circuito cuando se pierde la tensión de alimentación o fuente, y (3)de cierre cuando se restaura la fuente y las tensiones de origen del sistema yde red están dentro de los límites designados. Estos son áreas de diseño yprotección altamente especializados, y más allá del alcance de este libro.

12.12 PROTECCIÓN DE DISTANCIA DE FALLAS DE FASE

Las características básicas y fundamentales de relés de distancia se hancubierto en el Capítulo 6. Este tipo de protección se aplica casiuniversalmente para la protección de la fase de líneas en 69kV y superior. Lacaracterística mho de la figura 6.13b es la más comúnmente utilizada. Lasprincipales ventajas son (1) de alcance fija en función de la impedancia delínea protegida y así la independencia del sistema de funcionamiento y losniveles de falla en un amplio intervalo, (2) la capacidad de operar paracorrientes de falla cerca o menos de la corriente de carga máxima, y (3)mínima para ninguna extralimitación transitoria. Estos son más complejos ycostosos que los relés de sobre corriente. Son aplicables a las tensiones másbajas, pero no son ampliamente utilizados a excepción de problemas especiales,tales como de carga y magnitudes de corrientes de falla juntas. Esto podríacambiar con la llegada de las unidades de microprocesador.

Un mínimo de dos zonas son necesarias para la protección primaria debido a laimposibilidad de determinar si la falla lejana a la barra está dentro o estáfuera de la sección de línea. Ambas zonas operan de forma instantánea, perouno (zona 2) se retrasa por el CTI, para proporcionar la coordinación. Seutiliza un temporizador T2 fijo. Ha sido habitual durante muchos años paraaplicar una tercera zona hacia adelante para proporcionar una protección decopia de seguridad de la línea remota (s).

La práctica común en los Estados Unidos ha sido la utilización de unidades dedistancia separados para las varias zonas de protección. Esto está en

contraste con los relés de distancia que utilizan una sola unidad de mediciónde distancia establecida inicialmente para el alcance de la zona 1. Si lafalla persiste, el alcance se extiende pasando a la zona 2V después delretardo de tiempo T2, entonces después de T3 a la zona de 3V. Ambos diseñosofrecen una buena protección. Las unidades independientes proporcionan lacomodidad de la redundancia, ya que, por fallas en el área de alcance de lazona 1 primaria, las tres unidades de distancia operarán. Por lo tanto, laszonas 2 y 3 son de respaldo por fallas de la unidad de la zona 1. Los tipos deconmutación no proporcionan este respaldo, pero son más económicos.

Estas zonas y ajustes típicos se ilustran en la figura 12.11. La figura 12.11amuestra las zonas en varios lugares. Típicamente, la zona 1 está configuradopara 90% (rango 85% -95%) de la impedancia de línea de secuencia positiva, lazona 2 de aproximadamente 50% en la siguiente línea adyacente, y la zona 3 deaproximadamente 25% en la línea adyacente más allá. Donde sea posible, laszonas 2 y 3 ofrecen respaldo para todas las líneas adyacentes en los tiemposde operación de T2 y T3.

La figura 12.11b muestra los círculos de operación para el tres zonas en labarra G, el interruptor 1 (línea continua) y la barra H, el interruptor 2(línea discontinua), representada en el diagrama R-X. Las diversas líneas semuestran en sus respectivas posiciones r+jx. Los relés operan cuando larelación del voltaje de falla a la corriente cae dentro de los círculos.

La impedancia de carga (véase la Ecuación 6.2) normalmente cae en las áreasgenerales que se muestran. En las líneas largas donde los grandes círculos deoperación mho pueden incluir las zonas de carga, se utilizan lascaracterísticas restrictivas ilustradas en la figura 6.13c, figura 6.13d yFigura 6.13e. Proporcionan un largo alcance en la zona de falla, con unalcance muy restringido en las áreas de carga.

Los círculos de funcionamiento deben establecerse de tal manera que no operenen cualquier oscilación del sistema a partir del cual el sistema puederecuperarse. Tales cambios se producen después de una perturbación delsistema, como fallas, pérdida repentina de la generación o de carga, o deoperaciones de conmutación. Esto se discute más adelante. Estos cambiostambién pueden requerir la aplicación de las características de funcionamientorestringidas.

La Zona 1 en cada extremo de la línea proporciona la protección elfuncionamiento a alta velocidad simultánea más deseable en el medio 80% de lasección de línea. Esto se puede aumentar a 100% solamente con la retransmisiónpiloto.

La protección de respaldo, como se sugiere en la figura 12.11, es ideal y raravez se puede obtener. En la práctica, la mayoría de las barras tienenmúltiples líneas de diferentes longitudes y con la fuente de energía en susextremos remotos. Un ejemplo típico se ilustra en la figura 12.12. Los relésde interruptor 1, la barra G protege la línea GH mirando las líneas HR y HSse extiende desde la barra H. Dónde línea de HR es corta y la línea HS eslarga, la zona 2 fijado para el 50% de la línea HR cubrirá sólo un pequeñoporcentaje de la línea HS.

Ajuste para el 50% de la línea HS produciría posiblemente extralimitación ydescoordinación con Z2 de la línea de HR, a menos que fuese incrementado eltiempo T2. Este problema se multiplica con otras líneas de diferente longitud

que se extiende desde la barra H. Sin embargo, el alcance no será la medida delo indicado por el '' efecto de alimentación. '' Las corriente de falla deotras líneas hará los relés de 1 a bajo alcance. Este efecto puede ser vistopor considerar una falla solida trifásica en F. Con VF=0, los relés de 1reciben corriente IGH, pero la tensión de la barra G es la caída ZGHI GH +nZHS (IGH + IHR). Por lo tanto, los relés de 1 '' ven '' una aparenteimpedancia.

Se trata de un valor mayor del tercer período, IHR = IGH (nZHS), a laimpedancia real, que es

Como resultado, el relé 1, cuando se establece en un valor de la impedanciareal de la Ecuación 12. 3, no vería falla F; en otras palabras, de relé 1 ''bajo alcances '' como resultado de las contribuciones de falla de otras líneasconectadas a la barra H. El ajuste de los relés para el valor de la impedanciaaparente tiene el peligro de extralimitación y descoordinación cuando sequitan o se cambian las alimentaciones por el funcionamiento del sistema.

El término alimentación puede ser bastante grande y también variable cuandouna gran parte de la corriente de falla se suministra por otros circuitos. Elrelé de bajo alcance abordará la barra remota, pero no del todo llega a él,por lo que la protección primaria no está inhibida. Esto es cierto para unalínea de dos terminales sin derivación de entrada, tal como la mostrada en lafigura 12.12.

El funcionamiento no deseado de la zona 3 de relés de distancia, aplicado parala protección respaldo remota durante las grandes perturbaciones del sistema,ha causado la magnitud del alcance de tales perturbaciones se expanda. Grandesajustes óhmicas se habían aplicado normalmente a la zona 3 de retransmisión,con el fin de obtener la protección de respaldo deseado. Las oscilaciones depotencia y condiciones de baja tensión que a menudo existen en perturbacionesdel sistema resultó en la impedancia vista por el relé de la zona 3 estardentro su característica de funcionamiento durante un período de tiemposuficiente para que se inicie una orden de disparo. Tales experiencias hanresultado en utilidades que restringen el uso o alcanzar su aplicación a lazona 3 de retransmisión.

12.13 APLICACIONES DE RELÉS DE DISTANCIA PARA LÍNEAS INTERVENIDAS Y MULTITERMINALES

Ejemplos de líneas de un solo intervenidas se muestran en la Figura 12.13 y laFigura 12.14. Algunas líneas tienen múltiples derivaciones (3 o 4). Aunqueéstas pueden ser económicamente, o físicamente, necesarias siempre son másdifíciles de proteger. Para proporcionar protección, se requiere considerableinformación, tales como el tipo de derivación (s) (ver Figura 12.13 o 12.14Figura). Si las derivaciones son del tipo de la figura 12.13, a continuación,más allá de la información normal para las líneas de dos terminales, lainformación que se indica en la figura debe ser suministrada u obtenida. Si unbanco de transformadores estrella-triángulo se incluye como parte de laderivación, información que demuestra que se requiere que el banco estáconectado a tierra. Sorprendentemente, esta información se omite con muchafrecuencia desde la estación de diagramas de una sola línea.

Considere la línea de la figura 12.13; la derivación T puede ser untransformador en o cerca de la línea, de modo que ZTR sería la suma de laimpedancia de la derivación y la impedancia de banco de transformadores. Aveces, los lazos a través de tomas ZTR a una barra, como se muestra en lafigura. La derivación puede servir una carga, de modo que la corriente defalla insignificante se suministra a través de él a la línea de fallas, opuede atar en una fuente de fallas en R, como se muestra por la líneadiscontinua. Otra variación se ilustra en la figura 12. 14.

Los fundamentos para el establecimiento de relés de distancia en este tipo delíneas para la protección de fallo de fase primaria son los siguientes:

1. Configurar la zona 1 para k veces la impedancia actual más bajo acualquier terminal remoto para la los tipos de circuito de la Figura12.13, o para k veces la impedancia aparente menor a cualquier terminala distancia para el caso especial de la figura 12.14, k es menor que 1,lo normal 0.9.

2. En la zona 2 fije para un valor mayor que la más grande de impedancia,real o aparente, a los terminales remotos.

3. La zona 2 de tiempo (T2) debe ajustarse de tal manera que no causa errorde operación cuando cualquier terminal está fuera de servicio y, de esemodo, hace que la unidad de distancia alcance mas lejos.

Por ejemplo, supongamos que el lado de alta existe un interruptor 3 en laderivación; por lo tanto, los relés de distancia se aplicarían mediante losCTs de alta laterales y VTs en la derivación. Por una falla en la barra H, laimpedancia real de la parte alta de la derivación para la barra H es

Pero con la corriente de la estación de G a la falla en H. los relés dederivación ve cuando I1G/I1R es grande, lo que sería con una pequeña fuente dederivación donde I1R es muy pequeño en relación con I1G, ZR aparente puede sermuy grande que requiere muchos ajustes de Z2 y Z3. Cuando el interruptor Gestá fuera de servicio o el interruptor 1 en G abre Z2, Z3 se extralimiteconsiderablemente. Esto puede resultar en la zona 2 y zona 3 respaldo de serimpracticable o que requieren tiempos prolongados.

Para algunos arreglos de circuitos, estos requisitos pueden hacer de laprotección primaria bastante difícil o limitado. En la figura 12.13, consideraque la derivación T está muy cerca de la barra G, entonces nZGH es pequeño y(1n) ZGH es grande, con ZTR muy pequeño.

Luego la zona 1 en el interruptor 1, el autobús G debe fijarse en el 90% de(nZGH + ZTR), que es un valor muy pequeño en comparación con (1 - n) ZGH. Porlo tanto, la cobertura de alta velocidad de la línea es casi insignificante.

Por otro lado, si el grifo es un transformador de carga donde ZTR es alto enrelación con ZGH, zona 1 en los interruptores 1 y 2 se puede configurar parael 90% de la línea para proporcionar una buena protección de la línea de altavelocidad. Si R es una derivación de carga en la figura 12.13, coninsignificante corriente de falla de línea, los relés de distancia (y sobrecorriente) no son aplicables en el interruptor 3, y, básicamente, no sonnecesarios, para la apertura de los interruptores 1 y 2, finaliza la falla enla línea. El peor de los casos es un pequeño generador o fuente conectada a R,lo suficientemente grande como para mantener una falla en la línea, pero no losuficiente grande para soportar los relés de detección de fallas. En otraspalabras, la impedancia a una falla en la línea de bus R es muy grande y seacerca al infinito.

Para el ejemplo de la Figura 12. 14, la corriente puede fluir fuera de laterminal de R para un falla en la línea interna cerca de la barra H. Por lotanto, los relés de distancia o direccionales en el interruptor 3 ven la fallainterna como una externa para ninguna operación hasta después de abrirse elinterruptor 2.

En consecuencia, la protección de las líneas derivadas y multiterminales esmás complejo y requiere datos específicos de las impedancias de línea,ubicación y tipo de derivación o terminal, y datos de falla, condistribuciones actuales de las diversas condiciones del sistema y deoperación. Lo más a menudo, a excepción de pequeños derivaciones de carga deltransformador, estos tipos de líneas están protegidos por la mejorretransmisión piloto.

12.14 FUENTES DE VOLTAJE PARA RELÉS DE DISTANCIASe requiere tensión trifásica y brinda las cantidades de referencia con el quese comparan las corrientes. Para relés de distancia de fase, ya sea entransformadores de tensión en triángulo abierto, o en estrella-estrella (VTS),o dispositivos de voltaje del condensador de acoplamiento (CCVTs) puede serutilizado y conectado bien a la línea usada o con la línea que está protegida.Ambos se utilizan ampliamente, y la decisión es económica, así como laparticipación de uso de CCVTs del lado de red para el acoplamiento deradiofrecuencia para el piloto o viaje de transferencia de retransmisión.

Estas fuentes de tensión implican fusibles primarios y secundarios de VTs ysecundarias para CCVTs. Estos fusibles deben ser de grandes dimensiones,cuidadosamente instalada, y bien mantenido, como la pérdida de una o mástensiones de fase puede resultar en una operación del relé no deseado, nodeseado. Donde esto es motivo de gran preocupación, detectores de fallas desobre corriente se pueden agregar para supervisar el circuito de disparo delos relés de distancia. Para la pérdida de tensión en la ausencia de una fallareal, las unidades de sobre corriente no funcionarían. Las desventajas son la

necesidad de equipo adicional y la pérdida de la función de los relés dedistancia que operan para niveles de fallo de menos de carga máxima.

Recientemente, los detectores de medición de V0, pero no I0, se han utilizadopara supervisar los relés. Esto requiere de fuentes de tensión estrellaaterrizado-estrella aterrizada.

12.15 APLICACIONES DE RELÉS DE DISTANCIA EN EL SISTEMA PROTEGIDOS POR RELÉS DESOBRECORRIENTE DE TIEMPO INVERSOLa Zona 1 relés de distancia se pueden aplicar para proporcionar una mayorprotección instantánea la que puede obtenerse por los relés de sobre corrienteinstantánea. Esto es especialmente útil cuando hay una gran variación en elnivel de fallo por sistema y de cambios operación. Los relés de distanciapueden proporcionar casi el 90% de cobertura instantánea de la sección delínea, independientemente del sistema y de nivel de culpa cambios.

Para coordinar con las características de tiempo inverso existentes, un reléde distancia de la zona 2 se puede ajustar hacia o a través de la sección delínea adyacente, con un relé de sobre corriente de tiempo inverso como con untemporizador. El par de relé de distancia controla las unidades de sobrecorriente; es decir, el relé de sobre corriente no puede operar hasta quefuncione el relé de distancia. Esto permite el establecimiento de los relés desobre corriente por debajo de la carga máxima. Por lo tanto, esta aplicaciónes valiosa donde las corrientes de falla y de carga están muy juntos, o lacarga máxima posible es mayor que la corriente mínima de falla.

12.16 PROTECCION DE FALLA A TIERRA PARA LINEASEl ajuste y el procedimiento de coordinación de relés de tierra, tanto desobre corriente de tiempo inverso y sobre corriente instantánea, es la mismaque la descrita anteriormente para los relés de fase. La derivación de relé detierra para las unidades de tiempo inverso se debe establecer por encima de lotolerable del desequilibrio de secuencia cero en la línea, y se utilizan losdatos de falla de fase a tierra. Estos relés están conectados a funcionar conla corriente de secuencia cero de tres en paralelo CTs o de un CT en el neutroa tierra.

En sistemas de distribución, industriales y comerciales, en los que seutilizan los fusibles de línea, los relés de tierra que reciben 3I0 debencoordinar con los fusibles de línea que reciben corrientes Ia, Ib, Ic y.Aunque la corriente de línea es igual a 3I0 en circuitos alimentadoresradiales, los fusibles deben fijarse en valores superiores a la carga y unabreve irrupción de tiempo. Esto puede requerir un ajuste de alta derivación delos relés de tierra. El ejemplo de la Sección 12.6 discute aplicaciones derelé de tierra en este tipo de circuitos.

Para líneas de subtransmisión y transmisión, generalmente de 34,5kV ysuperior, los sistemas suelen ser sólidamente a tierra en muchas de lasestaciones; Por lo tanto, se trata de sistemas conectados a tierra múltiples.El desequilibrio del sistema en estos niveles tiende a ser bastante baja. Los

fusibles no se utilizan en las líneas; Por lo tanto, los relés de tierraseparados se pueden ajustar de forma muy sensible con respecto a la faserelés. En esta área, se emplean ya sea relés de sobre corriente de distancia ode tierra.

12.21 LIMITES DE VOLTAJE DE POLARIZACION

Se prefiere la corriente de polarización cuando está disponible y puede serutilizada. El voltaje de polarización con 3Vo puede ser utilizada en losterminales con o sin conexión a tierra.

En las estaciones con grandes bancos de transformadores sólidamente a tierra,los niveles de 3Vo deben comprobarse para las fallas a distancia y garantizaruna adecuada magnitud.

Esta preocupación por el voltaje de secuencia cero se la ilustra en la figura12.18

12.18Perfil de voltaje típico de V2 y 3Vo para fallas a tierra

En la falla con 3Vo máximo, el valor de un banco con conexión a tierra puedeser muy pequeño. La impedancia Zt del transformador es pequeña debido al granbanco, y la impedancia Zo de las líneas es grande debido a la distancia y alfactor +-3Z1. Las unidades de relays direccionales a tierra son muy sensibles,y esto no puede producir algún problema, al menos que las grandes líneas o serealicen ajustes en las líneas adyacentes.

12.22 POLARIZACION DUAL PARA CONEXIÓN DE RELES A TIERRA

Una práctica común es usar la corriente y el voltaje de polarización juntas.Muchos relays a tierra son de “polarización dual” algunos utilizan dosunidades direccionales, una con voltaje de polarización y otra con corrientede polarización, operan en paralelo, de modo que puede liberar las unidades desobrecorriente. Otros diseños utilizan un circuito hibrido, con una unidaddireccional que puede ser energizado por corriente o por voltaje o ambos.Estos tipos ofrecen flexibilidad de aplicaciones a varias partes del sistema.

12.23 DETECCION DIRECCIONAL A TIERRA CON SECUENCIA NEGATIVA

Una buena alternativa es el uso de la secuencia negativa para operar unidadesdireccionales. La secuencia zero 3Io aún es utilizada para detectar las fallasde sobre corrientes, con V2 y I2 para la unidad direccional. Se lo aplicageneralmente, pero es particularmente utilizado en estaciones deautotransformadores, con problemas como se comentó anteriormente, y dondeademás está involucrado la inducción mutua, como es mencionado en sección12.24

Esto también es aplicable en las estaciones donde solo hay VT(transformadores de potencial) delta abierto de salida o donde los VTs estándisponibles solo en el lado opuesto de los transformadores de potenciaestrella-delta. En estas circunstancias ni la corriente o voltaje depolarizacion están disponibles.

Las unidades de secuencia negativa son fáciles para pruebas de campo paracorrectas conexiones y operación, un problema con los relays conectados alneutro del circuito.

Intercambiando dos fases de la corriente de secuencia negativa o filtro devoltaje, o entradas produce operación positiva en voltajes balanceados ocorrientes de cargas.

Las cantidades V2 y I2 para fallas a tierra son generalmente mas bajas quevalores de 3Vo , 3Io y deben ser revisadas, y V2 puede ser mayor o menor que3Vo, como se indica en la figura 12.18.

La experiencia indica que en la mayoría de casos, los valores de V2 y I2 sonsuficientes para operar los relays sensibles disponibles.

Los estudios de fallas de computadoras deben ser programados para incluirestos valores de secuencias negativas y este método de polarización fue unmérito considerable en los sistemas de potencia de días actuales.

12.24 ACOPLAMIENTO MUTUO E INSTALACION DE RELES A TIERRA

El acoplamiento de secuencia zero entre las líneas que son paralelas de unaparte o de todo su longitud puede proporcionar información falsa en elcircuito sin falla y provocar problema en ambas protecciones.

La impedancia mutua Zom puede ser alta como 50%-70% de la impedancia propiaZo. Para revisar este efecto, figura 12.19 muestra el caso general decircuitos paralelos. Las caídas de voltajes son:

Figura 12.19 ejemplo general de líneas paralelas con acoplamiento mutuo;(a)acople mutuo de líneas; (b) red equivalente para(a)

Para el análisis de la red, estas ecuaciones para la red equivalente semuestra en figura 12.19b como pueden ser utilizadas. El transformnador idealcon relación 1:1 es usado, de modo que la impedancia mutua Zom es en amboscircuitos pero aislado desde la conexión eléctrica directa.

Las caídas a través de este equivalente son las mismas que las de la ecuación12.9 y 12.10.

Si tres o más líneas están en paralelo, tendrá un valor de Zom entre cadapareja. El resultado es multiplicado a la respective corriente en la lineaacoplada esta escrita en la ecuación 12 .10. además el transformador idealcon los respectivos valores Zom se agregan a la red equivalente figura 12.19líneas GH y RS pueden ser de el mismo o diferente voltaje. Con Zom determinadoen ohmios de la forma de Carson, modificado para secuencia cero, el valor enpor unidad de la ecuación 2.15 es

Cuando la línea GH opera a KVg y la línea RS opera a KVr, si ambas líneasestán al mismo voltaje el termino final es KV2 como en la ecuación 2.15.

Muy a menudo, las líneas paralelas son transportadas con cada una o ambosterminales. Estos circuitos y redes equivalentes se muentran en figura 12.20 yfigura 12.21.

Donde las dos líneas transportadas y acopladas (ver figura 12.21a) tienen lamisma impedancia ZOGH, la impedancia equivalente entrela barra G y la barra Hdesde la figura 12.21b será:

Por lo tanto con los flujos de corrientes en la misma dirección, losincrementos de las impedancias mutuas entre las dos barras, lo que seria 0.50ZOGH,, sin la mutua.

La discusión anterior enfatizo el acoplamiento mutuo solo por las secuenciasceros. Hay un acople por las corrientes de secuencias positivas y negativas,pero este efecto de inducción es usualmente menor que 5%-7% y por lo tanto

tiene un efecto insignificante sobre la protección. Como resultado lasunidades direccionales de secuencia negativa pueden ser usadas generalmentepara detectar correctas direcciones.

12.20 lineas paralelas transportadas en un terminal: (a) líneas acople mutuo;(b) red equivalente de (a)

En los sistemas mostrados en la figura 12.22, la red de secuencia cero para elsistema la línea GH es aislado electricamnete del sistema de la línea RS.

El acople electromagnético actua como un transformador, de tal manera que lacorriente de una liena tiende a circular corriente en la línea acoplada. Unafalla a tierra o cerca a un extremo puede causar flujos de corrientes como semuestra. En la línea fallada GH, la corriente hasta dos neutrales y haciaafuera en la línea se encuentra en la dirección de operación para los relesdireccionales a tierra, tanto en G y H. estos deben operar para abrir losinterruptores en G y H. antes de que ocurra, la corriente IORS es inducida en lalínea RS. La unidad direccional S operara como la corriente neutral y haciaafuera de la línea. La unidad direccional R también opera, como corrientedentro y hacia abajo del nuetro es equivalente hacia arriba y fuera de lalínea. La magnitud puede ser suficientemente grande para operar las unidadesde sobrecorrinete, con el resultado de que cada interruptor de R o S o ambos

pueden ser disparados de forma incorrecta. La magnitud de la corriente en lalínea RS es:

Si las barras G y R o las barras H y S están muy cercanas, de manera que losCTs tierra-neutro en los dos bancos pueden estar en paralelo, polarizacioncorrecta puede ser obtenida. La corriente de la línea en falla hasta el neutrosera mayor que la corriente inducida por el neutro.

12.21 lineas paralelas transportadas en ambas terminales: (a) acople mutuo delíneas; (b)red equivalente para fallas en los terminales; (c) red equivalentepara fallas o sección del tap en una sola línea.

El voltaje 3Vo para la figura 12.22 tambien no proporcionara la correctapolarizacion, la detección de la dirección correcta poder obtenida por el usode la secuencia negativa, pero la inducida 3Io puede ser suficiente paraoperar las unidades de sobrecorriente. Para figura 12.22, esto posiblementecause que los reles a tierra de los terminales S funcione mal.

La conmutación del circuito en secuencia cero del sistema eléctricointerconectado puede resultar en el aislamiento de secuencia cero y lascorrientes circulantes inducidas. Un ejemplo esta en la figura 12.23. laslíneas GH y RD son mutuamente acopladas y son conectadas y son conectadasjunto a la barra H. para la falla a tierra cerca del interruptor 2.

12.22 flujo de corriente de falla en líneas con acople mutuo

12.23 secuencia cero del circuito eléctrico aislado por switching, provocandomutua para recibir corriente: (a) falla inicial cerca del interruptor 2; (b)breaker 2 por relays instantáneos.

El flujo de corriente de secuencia cero se muestran en la figura 12.23a. estose define por el circuito equivalente de figura 12.20. si la falla esta en lazona de las unidades instantáneas en 2, estos operaran rápido abriendo elinterruptor 2. Esto ahora aisla a los dos circuitos eléctricamente, como semuestra en la figura 12.23b. y has que el interruptor 1 se abra, una corrienteinducida que circula en la línea RH del sistema de reserva la corriente de lalínea y hace que la corriente fluya hacia abajo en lugar de fluir hacia arribaen los transformadores –neutral de la estación R. la unidad direccional desecuencia cero, ya sea de corriente polarizada o voltaje polarizado, operaraen ambos extremos para aindicar una falla interna en l alinea RH. Por lotanto, el disparo incorrecto de cualquier interruptor 3 o 4 o ambos puedeocurrir. Esto es una “carrera” con la posibilidad de que el interruptor 1 seabra y despeje la falla antes que el relay 3 o 4 pueda operar. Esta situaciónexplico el disparo intermitente incorrecto en varios sistemas, que se resolviómediante la aplicación de detección direccional de secuencia negativa.

El acople mutuo puede causar inversiones de corrientes en sistemas que no sonsecuencia cero aislados eléctricamente. Un ejemplo se muestra en la figura12.24.

Las dos líneas G a H están acopladas con las líneas R a S. la estación H esmuy grande y sólidamente aterrizada. Por lo tanto, los flujos de corrientes delas fallas a tierra son muy altas desde H hacia fallas cerca de la estación G.con el sistema interconectado, como se muestra, el flujo normal de corriente

de secuencia cero hacia la falla debe estar arriba del neutral de la estaciónS, y sobre la línea de S a R para unirse a la corriente a }r y continuar através de la línea de RG hacia la falla. Sin embargo, las grandes corrientesacopladas a la líneas RS puede resultar en la revocación de la corriente de lalínea RS de su dirección prevista normal. Esta inversión se muestra en lafigura. De nuevo, las unidades direccionales de corriente o voltaje desecuencia cero operaran tanto en R como en S. para sugerir una falla en lalínea RS con posible desconexión incorrecta antes de que puedan operar losrelays de la linea fallada y los interruptores puedan despejar la falla.

12.24 inversion de corriente por mutuo son aislamiento de circuito eléctricode secuencia cero.

Existe una alta probabilidad de que estas condiciones ocurran con mayorfrecuencia, como las preocupaciones ambientales y económicas obligan al usode los derechos de vías existentes para mas líneas. Como un resultado elacoplamiento mutuo es un creciente problema, por lo tanto es muy importanteque todos las mutuas sean incluidas en los programas de fallas ycuidadosamente elegir una protección.

Como se ha sugerido la detección direccional de secuencia negativa puede amenudo proporcionar indicaciones correctas, pero esto no resuelve todos losproblemas. En la figura 12.24 la corriente de secuencia negativa puede fluirdesde S hacia R, y la unidad direccional de secuancia negativa en S sensa unfallo en la línea RS, y con sobre corriente suficiente operan los detectores

de fallas de secuencia cero, el relay S tiende a operar. En R, la unidaddireccional de secuencia negativa este relay de operación.

Una operación incorrecta con reles direccionales de tierra de secuencianegativa produce que abra el interruptor 3y 5 para fallas a tierra fuera de lalínea desde interruptor 1 (figura 12.25). estas varias líneas se acoplan talcomo se muestran. La corriente de falla a tierra inducida es suficiente paracircular en el secundario para operar en sobrecorriente a unidades desecuencia cero. Secuencia negativa fluye en la planta industrial en ambaslíneas paralelas, y ambas unidades direccionales en la subestación de laplanta industrial cerrada. El resultado fue el disparo incorrecto de a,bosinterruptores 3 y 5 y desafortunadamente el DUMPING de una importante carga.Este particular problema se corrigio por los ajustes de sobrecorrientes enlos interruptores 2, 3 y 4 y 5 y por encima de la corriente inducida. A medidade que la EXPOSURE a la línea es corta, el valor mas alto todavía proporcionauna buena protección para fallas en líneas 2-3 y 4-5.

12.25 ejemplo con acople mutuo y detección direccional de secuencia negativa