C_I_M_lineas

7/25/2019 C_I_M_lineas

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C.I: Sistemas de proteccion de

alimentadores, lneas y cables de AT, EAT

y MT

Curso: Introduccion a los Sistemas de Proteccionde Sistemas Electricos de PotenciaIIE - Facultad de Ingeniera - UDELAR

1. Sistemas de proteccion de alimentadores, lneas

y cables de AT, EAT y MT

1.1. Clasificacion de los alimentadores, lneas y cables

Las lneas proporcionan las conexiones entre las diferentes partes del sistemade potencia y los equipamientos asociados.La potencia generada en baja tension, es elevada a niveles mas alto de tension

para transmitirla a las diferentes subestaciones, donde la tension es reducidapara poder distribuirla.Las lneas de potencia se clasifican segun su funcion, que esta relacionadacon el nivel de tension. Aunque no es un estandar, la clasificacion tpica es:

Distribucion (2.4 - 34.5 kV): son los circuitos que le dan la potencia alos consumidores finales.

Substrasmision (13.8 - 138 kV): son los circuitos que trasmiten la po-tencia a las subestaciones de distribucion y a los centros de consumo.

Trasmision (69 - 765 kV): son los circuitos que trasmiten la potencia

entre las subestaciones de trasmision o interconectan sistemas. Laslneas de trasmision se dividen en:

- Alta tension (High-voltage): 69 - 230 kV

- Extra alta tension (Extra-high-voltage): 345 - 765 kV

- Ultra alta tension (Ultra-high-voltage): mayores a 765 kV

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C.I: Sistemas de proteccion de alimentadores, lneas y cables 2

1.2. Numero de terminales:

El numero de terminales de una lnea de trasmision es muy importante enel momento de elegir el sistema de proteccion.

Un terminal - lneas radiales: La lnea radial es aquella que tiene fuentede corriente en un solo terminal. Para la proteccion alcanza con medirla corriente en el terminal fuente. Ademas, no es necesario determinarla direccion de la corriente, debido a que la direcci on es unica.Ocurren algunas excepciones cuando hay otras fuentes de corrientede secuencia cero (puesta a tierra de transformadores). La protecci ondebe ser capaz de distinguir si la falta esta en la lnea o fuera de lamisma (atras).

Dos terminales - lneas anilladas: El tipo de lnea de trasmision masutilizada son las que tienen 2 terminales. La corriente de falta es sumi-nistradas por ambos terminales. Para este tipo de lnea la protecciondebe ser capaz de identificar si la falta esta en la lnea o fuera de ella.Generalmente, la protecciones aplicadas a este tipo de lnea se basanen esquemas de proteccion con comunicacion (pilot scheme).

Multi-terminales: Las lneas de trasmision con mas de un dos terminalesofrecen un desafo para los sistemas de proteccion, para poder detectarla falta correctamente cuando alguno de los terminales esta abierto.

1.3. Factores que afectan la eleccion del sistema de protec-

cion:

La seleccion de la proteccion de las lneas requiere tener en cuenta muchosfactores, ademas del tipo del numero de terminales:

Criticidad de la lnea: Uno de los factores dominantes en el momento deelegir la proteccion de una lnea, es la criticidad de la misma en elsistema de potencia. Una lnea mas crtica justifica redundancia enlas protecciones, comunicaciones y fuentes adicional de continua. Unalnea menos crtica puede estar bien protegida con una proteccion dedistancia escalonada o con sobrecorrientes.El determinar la criticidad puede estar basado en el nivel de tensi on,longitud de la lnea, cercana con los generadores, estudios de estabili-dad, flujos de carga y otros factores. Ademas hay que tener en cuentala importancia y caractersticas de la carga as como las exigencias delos consumidores.

Tiempo de despeje de la falta: La estabilidad del sistema y la duracionde los huecos de tension pueden influenciar en la eleccion de la protec-cion de la lnea. El tiempo de despeje de la falta influye en la seleccion


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de las protecciones principales y tambien en la eleccion de las pro-

tecciones de respaldo local y as como de las comunicaciones entreterminales de la lnea.

Longitud de la lnea: Las lneas de trasmision se clasifican en cortas, lon-gitud media y largas.

- SIR: Relacion entre la impedancia de la fuente detras de la pro-teccion y la impedancia de la lnea.

- Lnea corta: se designan cuando el SIR 4. Las lneas cortasresultan en pequenas diferencias en la magnitud de la corrien-te para faltas cercanas o en el terminal remoto. Por lo cual las

protecciones de sobrecorriente no pueden discriminar entre fal-tas dentro de la lnea o fuera. Se utilizan esquemas de proteccioncomunicados (pilot scheme).

- Lnea de longitud media: se designan cuando 0,5 SIR 4. Eseste tipo de lnea se puede utilizar esquemas basados en protec-ciones de distancia, ya que es posible discriminar faltas dentro yfuera de la lnea.

- Lnea larga: se designa cuando SIR 0,5. Generalmente sonlneas de EHV o UHV para las cuales se precisa tiempo de des-peje de la falta muy pequenos. Se aplican esquemas basados enproteccion de distancia con comunicacion.

Configuracion de la lnea: Las lneas de trasmision pueden ser lneasaereas o cables. Las caractersticas de ambos son diferentes.

- Cables: generalmente se utilizan en zonas urbanas, donde ademasse encuentran lneas cortas. Como proteccion de los cables deutilizan esquemas apropiados para circuitos con impedancia baja,1

3 a 1

2de la impedancia de la lnea. Los sistemas de proteccion de

cables no tienen la funcion de recierre.

Carga de la lnea: Lneas muy cargadas requieren protecciones especialesque incluyen esquemas que son inmune a la corriente de carga.

Nota: Debido a todas estas consideraciones no es facil establecer reglaspara los sistemas de proteccion de las lneas de potencia.

2. Sistemas de distribucion

Las lneas de distribucion son diferentes de las lneas de subtrasmision y tras-mision, ya que operan a tensiones mas bajas, son en general lneas radialesy tienen cargas conectadas en toda la lnea y no solo en los terminales. La


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estrategia de proteccion para estas lneas involucra la optimizacion de la con-

tinuidad del servicio para la maxima cantidad de clientes a un costo mnimo.Generalmente se utiliza una combinacion de interruptores, reconectadores,seccionalizadores y fusibles para despejar las faltas con recierres rapidos yaislar las faltas permanentes con estrategias adecuadas de aperturas.Para lograr una continuidad en el servicio razonable en las lneas de distribu-cion, se hace necesario seccionalizar la lnea. Esto significa que las proteccio-nes deben ser instaladas en lugares estrategicos de manera que se reconozcany despejen las faltas y solo se mantenga abierto para faltas permanentes. Pa-ra lograr esta coordinacion a veces se hace necesario seccionalizar la lneaprincipal de distribucion, como se muestra en la Figura 1, donde se instalaun reconectador o un interruptor con un rele de recierre en la posicion A.

Este reconectador puede detectar falta en su zona de operacion, marca enpunteado color rojo. Faltas lejos de la zona de protecci on de A, son bajasen corrientes para ser despejadas por este equipo, por lo cual se instala unsegundo reconectador, B, el cual tiene un nivel de corriente de operacionmenor al nivel del reconectador ubicado en A.


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Figura 1: Circuito de distribucion con protecciones

Es aconsejable que instalar protecciones en las salidas laterales, para aislarfrente a faltas permanentes y permitir la reposicion del servicio en el restodel circuito. En la Figura1, las salidas laterales estan protegidas por fusibles.Estos fusibles deben ser coordinados con los reconectadores y los fusibles delos transformadores de distribucion.

2.1. Estrategia de proteccion

Muchas de las faltas en los sistemas de distribuci on son faltas transitorias.Por lo cual, el primer requerimiento que se le hace a la estrategia de protec-cion es que pueda tratar efectivamente con las faltas transitorias, suminis-trando un reconocimiento rapido de la falta, despejarla, y volver a recerrarel interruptor luego que la falta se extinguio. Para poder realizar esto serequiere de interruptores, reles de sobrecorriente y de recierre o reconecta-dores.El segundo requerimiento sobre los sistemas de proteccion es que pueda ais-


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lar las faltas permanentes de manera que la seccion a aislar sea la mas chica

posibles y ademas que la lnea aislada sea facil de localizar. Esto restringela interrupcion del servicio a un grupo reducido de clientes, permitiendo lalocalizacion rapida de la falta y su reparacion.

2.1.1. Despejando faltas transitorias

Haciendo referencia a la Figura1, se explica un metodo usual para despejarfaltas transitorias. El equipamiento que tiene capacidad de recerrar instaladoen el extremo A reconoce faltas en toda la lnea principal hasta el extremo By cercano a las salidas 5 y 6, aunque no llega a los extremos de estas salidas.Generalmente se implementan dos o tres intentos de recierres en el extremo A

de la lnea. Si la falta es transitoria, se tienen dos y tres chances de despejarlay el recierre puede volver todo a la normalidad esperando para una nuevafalta. Dado que el extremo A no es capaz de reconocer faltas en el extremo dela salida 7 y 8, se instala un segundo equipamiento con capacidad de recerraren el extremo B, ver Figura 1. Este equipo puede llegar a los extremos delas salidas laterales y detectar faltas a nivel de las cargas, y proporcionarun despeje transitorio de la falta. Claramente, el ajuste del dispositivo en elextremo B es mas sensible (menor) que el dispositivo instalado en el extremoA.

2.1.2. Aislando faltas permanente

Para faltas permanentes, el equipamiento que se instala en el extremo A pro-porciona una adecuada proteccion. En la Figura1, para faltas permanentesmas alla de B, el equipamiento instalado en B opera y el extremo A se man-tienen en servicio para todos los clientes entre las subestaciones A y B. Paralas salidas laterales usualmente se protegen con fusibles coordinados con elequipamiento ubicado en el extremo de la lnea. Este tipo de esquema deproteccion se ve en la Figura 6. Instalar seccionalizadores o reconectadoresen cada salida lateral es muy costoso e innecesario.Una falta permanente en la salida lateral 5 solo aisla la salida 5. Por lo cual,el personal de mantenimiento solo tiene que recorrer la salida 5 para encon-trar la falta. El fusible en cada salida debe ser capaz de soportar en formapermanente la corriente de carga, ademas debera poder despejar faltas enel extremo de la salida.Para faltas permanentes los fusibles deben actuar (fundirse) antes que elequipamiento en el extremo A se bloquee.


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3. Funciones de proteccion para alimentadores, lneas

y cables

La mayor cantidad de faltas que ocurren en el sistema electrico de poten-cia suceden en las lneas de trasmision y distribucion. Como estos circuitostienen una gran variedad en sus caractersticas, configuracion, longitud eimportancia, tambien existe una gran variedad en las protecciones de lasmismas.

Las protecciones usadas para proteger las lneas de potencia son:

- Fusibles- Seccionalizadores

- Reconectadores

- Sobrecorriente instantaneo

- Sobrecorriente temporizado

- Sobrecorriente direccional (instantaneo y temporizado)

- Distancia

- Protecciones con comunicacion (pilot relaying, pilot scheme)

Estas funciones pueden utilizarse solas o combinadas tanto para proteccionde fases como de tierra.

4. Fusibles, Seccionalizadores y Reconectadores

Los fusibles, seccionalizadores y reconectadores son el equipamiento de pro-teccion mas usado en los sistemas de distribucion. El sistema de distribucionse divide en principal (troncal, alimentadores o radiales) y laterales (deriva-

ciones o ramales).El sistema principal es trifasico y es el esqueleto del servicio de distribucion;mientras que los laterales pueden ser monofasicos y estar colgadas las cargas(generalmente en lneas rurales).


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Figura 2: Circuito de distribucion con protecciones

Los radiales generalmente estan seccionalizados por medio de reconectadoresen varios lugares, para sacar de servicio, frente a una falta, la menor cantidadde clientes posible. Por lo tanto, esto debe de ir acompanado de coordinacionentre los fusible y reconectadores.

Reconectadores: Son dispositivos que se utilizan en los sistemas de dis-tribucion donde las magnitudes de las corrientes de falta estan limita-das. Los reconectadores tienen una caracterstica de operacion tiempo-corriente llas cuales pueden coordinar facilmente con otros reconecta-dores, por lo menos de algunos fabricantes, reles de proteccion y fusi-bles.La caracterstica mas destacable de estos equipos, desde el punto devista de la coordinacion, es su flexibilidad. Muchos reconectadoresestan disenados para varias operaciones en una secuencia fija, y lacaracterstica tiempo-corriente se puede seleccionar de una gran fa-milia de curvas. Los rangos de ajustes van de disparos o despejes dela falta instantaneos, a varias caractersticas temporizadas de tiempo-corriente.

Valores Los reconectadores tienen valores especificados para la maxi-ma tension, frecuencia, corriente contnua, corriente mnima dedisparo, corriente de interrupcion simetrica, etc. En muchos mo-delos el valor de tension maxima es 15kV, pero puede haber va-

lores hasta de 72kV.

Caracterstica tiempo-corriente Los reconectadores modernos estandisponibles con varias configuraciones de control. Las tpicas ca-ractersticas tiempo-corriente para un reconectador con controlhidraulico se pueden ver en la Figura 3.


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Figura 3: Caracterstica tiempo-corriente, control hidraulico

La Figura4 muestra las caractersticas tiempo-corriente para unreconectador con control electronico. Los controles electronicospara reconectadores presentan muchas ventajas, son simples deajustar, son precisos y la flexibilidad que presentan en las carac-tersticas tiempo-corriente.


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Figura 4: Caracterstica tiempo-corriente, control electronico

Seccionalizadores - Autoseccionadores:Otro dispositivo de proteccionque se utiliza junto con los reconectadores en los circuitos de distribu-cion para optimizar el esquema de proteccion son los seccionalizadoresautomaticos o seccionalizadores. Estos dispositivos no tienen poder decorte, pero pueden abrir (seccionar) una salida frente a una falta per-manente cuando la lnea principal esta fuera de servicio.Los seccionalizadores estan equipados con un contador de paso de co-rriente de falta, cuenta desde la falta inicial y las siguientes aperturasy ciclos de recierre. Cuando la cantidad de pulsos de corriente llega al

valor ajustado, el seccionalizador abre cuando el circuito es desenergi-zado.En la Figura 5se muestran dos ejemplos de utilizacion de los seccio-nalizadores. En la Figura (a) el reconectador R esta ajustado parados operaciones rapidas y dos operaciones lentas. Para una falta enP, el fusible despeja la falta durante la tercera operacion de R, laprimera operacion lenta. Si el seccionalizador esta ajustado para dosoperaciones, se bloquea antes de la tercera operacion, asegurando lacontinuidad de servicio para todos los clientes, excepto los que estan


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conectados en la salida S. En la Figura (b) el fusible despeja la falta

en la segunda operacion del reconectador, pero el seccionalizador S nodeb bloquearse. Por lo cual, S debe ser ajustado para 3 operaciones.

Figura 5: Caracterstica tiempo-corriente, control electronico

Fusibles: El equipamiento de proteccion mas usado en los sistemas de dis-tibucion son los fusibles. La caracterstica de operacion de los fusiblesvara considerablemente de un fabricante a otro.

La caracterstica de operacion tiempo-corriente se presenta en la formade minimum-melt y maximo tiempo de despeje (total clearing time).

minimum-melt: tiempo transcurrido entre que comienza una co-rriente suficientemente grande como para fundir el elemento yel instante que comienza el arco.

tiempo maximo de despeje: tiempo transcurrido desde que comien-za la sobrecorriente y se interrumpe el circuito.


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Figura 6: Curva tpica de un fusible

Nota: Cuando la corriente de falta crece en magnitud, las proteccionescambian de fusibles a reconectadores y a sistemas de proteccion con relespara detectar la falta e interruptores para despejar la misma; dado que seprecisa mayor poder de corte.

5. Proteccion de sobrecorriente de fase y tierra

5.1. Consideraciones generales

Se denominan protecciones de sobrecorriente aquellas que responden a lacorriente del equipo protegido y que operan cuando esa corriente es mayorque cierto valor ajustado.La aplicacion mas comun que tiene los reles de sobrecorriente son en lossistemas radiales, donde se proporciona proteccion de fase y de tierra. Lasprotecciones de sobrecorriente tambien son utilizadas en las lneas de sub-

trasmision y en las industrias; en los cuales no se justifica protecciones mascaras como son las protecciones de distancia o que utilizan teleproteccion.

La gran mayora de las faltas que ocurren en las lneas se pueden detectarcon protecciones de sobrecorriente, ya que la corriente de falta es general-mente mayor que la corriente de carga. Esta proteccion se dispone, por logeneral, de modo que cada proteccion es principal para la lnea propia y derespaldo para las lneas o equipamiento adyacente.


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La selectividad y coordinacion de las protecciones de sobrecorriente puede

lograrse por:

Por tiempo: las protecciones principales y de respaldo son sensibles a lafalta, pero tienen tiempos de operacion diferentes. Los tiempos de ope-racion de las protecciones de respaldo de cada lnea son mayores quede la proteccion principal.

Por corriente: El alcance de cada proteccion se determina sobre la corrien-te. Este metodo se fundamenta en el hecho de que en circuitos radialesla corriente de falta disminuye a medida que se aleja de la fuente.

Los dos metodos propuestos tienen las siguientes desventajas:

- discriminacion por tiempo tiene la desventaja que a mayores corrienteslos tiempos de despeje son mayores.

- discriminacion por corriente solo se puede aplicar cuando hay variacio-nes considerables de las corrientes de falta, por ejemplo en las lneaslargas.

- depende de la impedancia de la fuente, que puede variar.

S = Coordinating Time

Time

Increasingfault current

A B C D

1 2 3 4

RdRcdRbcRab

X

F1

Increasing distancefrom source



Figura 7: Coordinacion de las protecciones de sobrecorriente


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5.2. Definiciones

Corriente de disparo de la proteccion de sobrecorriente de fase: Esla mnima corriente por las fases de una lnea para la cual la proteccionopera.

Caractersticas del tiempo de operacion: Las protecciones de sobre-corriente pueden tener una caractersiticas de operacion instantaneao con retardo de tiempo. Estas ultimas se dividen en dos tipos:

- DMT: tiempo de operacion independiente del valor de la corriente

- IDMT (TDOC): tiempo de operacion dependiente del valor de lacorriente

Caractersticas IDMT (TDOC): La caracterticas IDMT deben ser va-riadas de acuerdo a las tiempos de operacion requeridos para cadaaplicacion particular. Por esta razon, IEC60255 define las siguientescaractersticas estandar:

Relay Characteristic Equation (IEC 60255)

Standard Inverse (SI)1

14.0

02.0

rI

TMSt

Very Inverse (VI)1

5.13

rI

TMSt

Extremely Inverse (EI)1

80

2

rI

TMSt

Long time standby earth fault1

120

rI

TMSt

l.

l

.

Figura 8: IEC: Caractersticas estandar


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Current (multiples of Is)

0.10

10

1.00

10.00

100.00

1000.00

100

Very Inverse (VI)

Standard Inverse (SI)

Extremely Inverse (EI)

1

.

.

.

.

.

i

l

l i l

i . i i i i i i i i

i i i i i i i i i i i .

Figura 9: IEC: Curvas para un TMS (time multiplier setting) de 1.0

Caractersticas IDMT: Caractersticas corriente-tiempo definidos por IEEE.

I

I

I I

I I

l I I

i l

Characteristic Equation

IEEE Moderately Inverse

114.0

1

0515.0

7 02.0

rI

TDt

IEEE Very Inverse

491.0

1

61.19

7 2

rI

TDt

IEEE Extremely Inverse

1217.0

1

2.28

7 2

rI

TDt

US CO8 Inverse

18.0

1

95.5

7 2

rI

TDt

US CO2 Short Time Inverse

01694.0

1

02394.0

7 02.0

rI

TDt

Figura 10: IEEE: Caractersticas estandar


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l i l

l

0.10101

1.00

10.00

100.00

1000.00

100

Very Inverse

CO 8 Inverse

CO 2 Short

Extremely

Time Inverse

Inverse

Moderately Inverse

Current (multiples of Is )

i . i i i i i i i i

i i i i i i i i i i i .

Figura 11: IEEE: Curvas para un TD (time dial) de 0.7

Corriente de arranque de la proteccion de sobrecorriente de tierra:Minima corriente por el neutro de una lnea para la cual la proteccionopera.

Caractersticas del tiempo de operacion: Las caractersticas de ope-racion son las mismas definidas para la proteccion de fase.

Tiempo de coordinacion: Es el tiempo que se debe permitir entre dosprotecciones adyacentes (principal y de respaldo) de manera de lograrla discriminacion correcta entre ellos. Este tiempo depende de:

- tiempo de despeje de la falta por el interruptor

- errores en la proteccion de sobrecorriente

- errores en los transformadores de corrientes

- tiempo de reset de la proteccion de sobrecorriente

- tiempo de seguridad


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Generalmente, el tiempo de coordinacion se puede ajustar entre 0.2s y 0.5s.

El tiempo estandar de coordinacion utilizado en UTE es 250 - 300 ms.

5.3. Conexiones

Existen distintas variantes para la conexion de los transformadores de co-rriente y las protecciones de sobrecorriente. La mas utilizada es la mostradaa continuacion, en que los transformadores de corriente se conectan en estre-lla, y se disponen tres protecciones de sobrecorriente de fase y una proteccionde sobrecorriente de tierra conectada en el neutro de las estrella.

Figura 12: Conexiones

Por cada proteccion de sobrecorriente de fase circula la corriente de la fa-se correspondiente de la lnea, referida al secundario. Por la proteccion desobrecorriente de tierra circula una corriente correspondiente a 3 veces lacorriente de secuencia cero de la lnea, referida al secundario.

De lo expuesto se deduce que las protecciones de sobrecorriente de faseconstituyen las protecciones contra todas las faltas que no involucran tierra,es decir, bifasicos y trifasicos. La proteccion de tierra es la proteccion contrafaltas a tierra en la lnea.

5.4. Proteccion de sobrecorriente temporizada

Aplicacion: La principal aplicacion de la proteccion de sobrecorriente detemporizada es en las lneas radiales, donde proporcionan proteccioncontra faltas entre fases y a tierra.Estas protecciones se instalan tambien en lneas de subtrasmision don-de no se justifica utilizar protecciones de distancia o protecciones concomunicacion (pilot scheme).


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Ajustes: Hay tres ajustes que se deben definir para las protecciones de

sobrecorriente temporizadas: corriente de arranque, caracterstica deoperacion y tiempo de la caracterstica.

5.4.1. Ajustes:Sobrecorriente de fase

Corriente de arranque de fase: El valor de esta corriente debe ser ajus-tado de manera de no operar para la maxima corriente de carga quecircula por la lnea, pero si debe operar para la mnima corriente defalta esperada en el extremo de la lnea.

Caracterstica de operacion de fase: Se debe elegir entre las caractersti-

cas disponibles, la que mejor se ajusta a aplicacion particular. Gene-ralmente, para el caso de las lneas se aplica la caractersticas StandardInverse.

Tiempo de la caracterstica de fase: El objetivo de elegir el tiempo dela caracterstica de operacion es el de permitir que las protecciones desobrecorriente coordinen entre ellas.

5.4.2. Ajustes: Sobrecorriente de tierra

Corriente de arranque de tierra: El valor de esta corriente debe ser

ajustado de manera de ser superior a los errores de los transforma-dores de corriente y de la corriente de secuencia cero que circula por lalnea en condiciones normales o que puede tolerar el sistema. Ademas,se debe ajustar de manera que opere para la mnima corriente de faltaa tierra en el extremo de la lnea.

Caracterstica de operacion de tierra: Se debe elegir entre las carac-tersitcas disponibles, la que mejor se ajusta a aplicacion particular.Generalmente, para el caso de las lneas se aplica la caractersticasStandard Inverse.

Tiempo de la caracterstica de tierra: El objetivo de elegir el tiempo

de la caracterstica de operacion es el de permitir que las proteccionesde sobrecorriente coordinen entre ellas.

5.4.3. Ejemplo

A continuacion se muestra un circuito radial tpico. Debido a que el circuitoes radial, cada seccion requiere un solo interruptor del lado de la fuente.


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Figura 13: Circuito radial tpico

Para despejar la falta en (1) y cualquier otra falta hacia la derecha, solo el

interruptor en R debe abrir.Para despejar las faltas (2) y (3) y faltas entre esos puntos, el interruptoren H debe abrir. Para faltas en (4) y (5) y entre ellos, es el interruptor enG es el que debe abrir.

Los reles de sobrecorriente ubicados en el extremo de una lnea no puedendistinguir entre una falta en el extremo remoto de la seccion de una falta enla barra remota como en la seccion siguiente. Por ejemplo, el rele en H nopuede distinguir la falta en (2) de la falta en (1), ya que la corriente de faltamedida en H sera la misma para las dos faltas.

Sin embargo, no es deseable que el interruptor en H abra para una falta en(1), ya que esto provocara un corte a la carga en R.En las lneas anilladas, las fuentes para la corriente de falta son multiples,por lo cual hace muy dificil de coordinar las caractersticas de operacion.Con las corriente de faltas circulando en ambas direcciones, las proteccionesde sobrecorriente deben ser direccionales. Esto limita la operacion y solo seprecisa realizar la coordinacion cuando la corriente circula en la direccionde la falta.

5.5. Proteccion de sobrecorriente instantanea

Aplicacion: Las protecciones de sobrecorriente instantaneas se aplican cuan-do la corriente de falta decrece a medida que nos alejamos del puntodonde esta instalada la proteccion hacia el extremo de la lnea prote-gida. La proteccion debe ajustarse para no sobrealcanzar el terminalremoto y operar para faltas cercanas.

Ajustes: Generalmente se ajusta para una corriente entre 125 % y el 135 %de la mayor corriente de falta para la cual no debe operar (faltaslejanas) y menor al 90 % de la menor corriente para la cual debe operar(faltas cercanas).


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Time

Instantaneous relay

Instantaneous relay

Instantaneous relay

Instantaneous relay

TDOC relay TDOC relay TDOC relay TDOC relay

Increasingfault current

A B C D

1 2 3 4

RdRcdRbcR

ab

X

F1

Increasing distancefrom source

Figura 14: Utilizacion de funciones instantaneas y tempori-

zadas

5.6. Resumen

- Las protecciones de sobrecorriente no direccionales de fase y tierra,tienen limitada su aplicacion en las lneas de trasmision. Esto es debidoa que en las lneas, generalmente, se tienen por lo menos 2 fuentes decorriente de falta y la proteccion de sobrecorriente tiene que coordinarpara corriente de faltas tanto para adelante como para atras. Esto haceque sea muy difcil la coordinacion de las protecciones de sobrecorrienteno direccionales.

- Las protecciones de sobrecorriente se aplican como proteccion principalen lneas radiales de distribucion y subtrasmision.

- Para calcular los a justes de las protecciones de sobrecorriente se de-be tener en cuenta: corriente de carga, corriente de falta, corrientesque soportan los transformadores de corriente, lnea y cable. La carac-terstica de operacion se debe elegir para que pueda coordinar con lasdemas protecciones.


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6. Consideraciones sobre Generacion Distribuida

La instalacion de generacion distribuida (DG) ha aumentado considerable-mente en los sistemas de distribucion y subtrasmision. Las fuentes primariaspara la DG pueden ser muy variadas, como viento, solar, biomasa, hidro-electrica, etc.Durante las grandes perturbaciones en el sistema de potencia, esta genera-cion puede proporcionar una fuente confiable, la cual permite mantener enservicio cargas crticas. Pero, las empresas electricas en general no permitenque las DG alimenten cargas que estan desconectados del sistema de poten-cia, en una condicion de isla.Cuando dispara el interruptor principal, debido a una falta, la fuente DG

puede seguir alimentando la carga y puede causar sobretensiones en el sis-tema. Tanto la sobrecorriente como la sobretension pueden danar el equipa-miento y causar problemas de seguridad. Sin el sistema de potencia operandoen paralelo con la DG, esta puede no satisfacer los requerimientos de calidadde energa y causar danos a los equipos de los clientes. Ademas, el equipa-miento de la DG tambien puede sufrir danos, si ocurre un cierre fuera desincronismo.Sin embargo, los clientes prefieren la continuidad del servicio,aun durante condiciones de isla.Debido a la incorporacion del control en la DG, la operacion durante la con-dicion de isla mejora la continuidad del servicio. El funcionamiento exitosode la DG en condiciones de isla requiere de sistemas de rechazo de carga o

de generacion para poder equilibrar la carga y la capacidad de la DG en laisla.

6.1. Proteccion de las interconexiones

Las protecciones instaladas en las interconexiones desconectan a la DG delsistema de potencia cuando este se el vnculo con el sistema de potenciapierde. La separacion de la DG del sistema de potencia previene de danos alos equipos de la propia DG debido a la corriente de falta, sobretensiones odel recierre fuera de sincronismo.La deteccion de la condicion de isla debe estar presente en el sistema de

poteccion de las interconexiones. La deteccion de la condicion de isla sepuede implementar por:

- esquemas utilizando medidas locales (local-area schemes)

- esquemas basados en medidas de area amplia (wide-area schemes)


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6.1.1. Deteccion de la condicion de isla: Medidas locales

La figura 15 muestra una version simplificada de la conexion de una DGa un sistema de potencia. Cuando abre el interruptor principal, la DG seencuentra en una condicion de isla; y algunas cargas ademas se puedenmantener conectadas a esa DG. La deteccion de la condicion de isla usandomedidas locales, se basa en el desequilibrio entre la capacidad de la DG y lacarga en la isla, que produce cambios en la frequencia y/o en la tension.

Figura 15: DG conectada a un sistema de potencia

Para estos esquemas de deteccion, se utilizan funciones de tension y frecuen-cia.

6.1.2. Deteccion de la condicion de isla: Esquema de area amplia

Los esquemas de deteccion de la condicion de isla mediante esquemas dearea amplia, comprende:

- esquemas basados en la configuracion del sistema de potencia

- esquemas basados en sincrofasores

El esquema basados en la configuracion del sistema de potencia, se basanen la posicion de los interruptores, en las senales de disparo para detectarla condicion de isla y abrir la DG. Estos esquemas son muy simples, peronecesitan adaptarse a los cambios de la configuracion del sistema. Este re-

querimiento resulta en muchos vnculos de comunicacion y una confiabilidadmuy pobre.Los vnculos de comunicacion sirven para los siguientes objetivos:

- Transferencia de disparo directa al interruptor de la DG, cuando dis-para el interruptor principal.

- Enviar el estado del interruptor de la DG a la subestacion, para con-firmar la DG esta abierta.

- Enviar el estado de todos los interruptores involucrados en el esquema.


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El esquema basado en sincrofasores para la deteccion de isla, consiste en un

sistema que utiliza un procesador de sincrofasores, para procesar la infor-macion medida por una unidad de medida de sincrofasores (PMU) instaladoen la DG y la medida del sincrofasor tomado como referencia del sistemade potencia. El procesador de sincrofasores mide la diferencia angular entretensiones, la velocidad de cambio de la frecuencia y la velocidad de cambiode la derivada de la frecuencia.

6.2. Proteccion completa de las interconexiones

El sistema de proteccion para las interconexiones de DG incluyen esquemas

de deteccion de la condicion de isla, proteccion frente a faltas externas. Laproteccion implementada para la deteccion de faltas externas depende dela conexion del transformador. Cuando el transformador tiene una conexiondelta, se implementan funciones de proteccion basadas en tension y cuandola conexion del transformador es estrella a tierra se utilizan funciones deproteccion basadas en corriente.

7. Bibliografa

- Network Protection and Automation Guide, Alstom

- Protective Relaying Theory and Applications, Walter A. Elmore, Mar-cel Dekker Inc. 2nd ed. 2004

- Protective Relaying: Principles and Applications, J. Lewis Blackburn,Marcel Dekker Inc. 2nd ed. 1997

- Power System Relaying, S. Horowitz, A. Phadke 3rd ed. 2008

- Curso Medidas y Proteccion en Sistemas Electricos de Potencia (IIE-FING-UdelaR). Jorge L. Alonso, 1988

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