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EVALUACIÓN DINÁMICA DE LOS ESQUEMAS DE

PROTECCIONES DE DISTANCIA DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE ENELVEN Y ENELCO (115 / 138 / 230 kV)

F. Barrera E. Garcia J. Vargas S. Marín

C.A. Energía Eléctrica de Venezuela – ENELVEN

RESUMEN El objetivo del presente trabajo es analizar el desempeño de los equipos de protecciones de distancia numéricos empleados para las líneas y transformadores de potencia de los Sistemas de Transmisión de ENELVEN y ENELCO, mediante simulaciones dinámicas ante diferentes contingencias de operación empleando el programa DIgSILENT POWER FACTORY (DPF). Como resultado del mismo y luego de analizar una serie de casos, se propondrán alternativas o propuestas que le permitirán a las empresas ENELVEN y ENELCO, resolver en un tiempo reducido, los problemas que se detecten, mediante una evaluación de la respuesta dinámica de los reles de distancia que poseen estas empresas, permitiendo con ello lograr un mejor desempeño de estos equipos. En este sentido, en la investigación se establecieron los pasos para realizar los respectivos análisis, para ello, se emplearon los diferentes modelos de los relés de distancia utilizados por estas empresas que se encuentran disponibles en la base de datos del programa (DPF), a través de los cuales ha sido posible emular su comportamiento dinámico ante fallas monofásicas, bifásicas, bifásicas a tierra y trifásicas, determinando así entre otros, el alcance de los reles de distancia en sus diferentes zonas de protección, los posibles grados de desviación de los casos de sobrealcance y subalcance, así como el grado de selectividad de estos dispositivos; De igual forma fue posible analizar tanto la influencia del factor de compensación homopolar, permitiendo con ello la selección de la mejor opción para detectar las fallas bifásicas a tierra, en especial en los relés marca Siemens de la serie 7SA6XX; así como verificar el comportamiento de estos relés ante fallas de alta impedancia bajo distintos escenarios de operación, entre otras. Todas las simulaciones de cortocircuito se realizaron en estado estacionario y bajo un escenario de máxima generación; como resultado de este trabajo, es posible concluir que actualmente se dispone de una herramienta computacional eficaz y adecuada para la evaluación de los parámetros de ajuste de los reles de distancia, así como para el análisis de las fallas que se presenten en este, reflejándose esto de forma positiva, en la confiabilidad y continuidad del servicio eléctrico. PALABRAS CLAVE Power Factory, relé de protección de distancia, efecto de fuente intermedia (INFEED), zona de operación, subalcance y sobrealcance.

Comité Nacional Venezolano

II CONGRESO VENEZOLANO DE REDES Y ENERGÍA ELÉCTRICA

Junio 2009

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2

1 INTRODUCCIÓN En respuesta al continuo incremento en la demanda de energía a nivel mundial, los sistemas eléctricos están obligados a ampliar su capacidad, principalmente mediante la inclusión de nuevos equipos e instalaciones; dichas actividades implican modificaciones importantes en las redes existentes y en sus condiciones operacionales, con lo cual la evaluación de la vigencia o no de los parámetros de ajustes en los reles de protección resulta imprescindible. Esta realidad no resulta ajena para las empresas eléctricas ENELVEN y ENELCO, las cuales suministran el servicio de electricidad al Estado Zulia ubicado al noroeste de Venezuela; por lo cual y en respuesta a esta necesidad, se considero adecuado emplear las herramientas tecnológicas disponibles para evaluar el comportamiento dinámico de los reles de protección de distancia numéricas actualmente instalados para proteger las líneas de transmisión de estos Sistemas, donde se emplean niveles de tensión de 115 kV, 138 kV y 230 kV. Como soporte a este estudio, se utilizó el software DIgSILENT Power Factory (DPF) versión 13.1 (B260), el cual cuenta con una serie de aplicaciones entre ellas el Análisis de Flujos de Carga, Cortocircuito, Estabilidad, Transitorios Electromagnéticos, desempeño de los reles de Protección, Armónicos, etc. El DPF dispone de una librería para la simulación de los reles numéricos, a partir de la cual es posible, considerando el modelo de relé seleccionado, incluir todos los parámetros eléctricos asociados al Sistema de protección de la línea a proteger e indicar que estos equipos actúen contra los interruptores asociados. Al disponer de un modelo preciso del Sistema de Potencia analizado, junto con las características de los diferentes equipos de protección, es posible verificar el desempeño dinámico de los reles de protección bajo diferentes escenarios de operación, actividad esta que puede ampliarse incluso a la simulación de fallas reales cuyo comportamiento lleve implícito un desempeño no satisfactorio; esto con la finalidad de constatar si los valores teóricos calculados, así como los criterios y esquemas de protección implantados, se adaptan adecuadamente a la red en la cual se encuentran operando. Existen un grupo de variables a analizar, tales como: el factor de compensación homopolar Ko para las zonas de protección mayores a la Zona 1, la determinación precisa de las impedancias equivalentes considerando el efecto de Fuente Intermedia, la simulación de fallas en diferentes ubicaciones de la línea y con diferentes impedancias de falla, la selección de los lazos de operación para fallas bifásicas a tierra (característico solo en ciertos reles), entre otras; todas estas ventajas proporcionan un sólido soporte en la definición de los parámetros de ajustes de los reles de protección, con lo cual se incrementa el nivel de confiabilidad en la operación de la red.

2 METODOLOGÍA PARA LA EVALUACION (FLUJOGRAMA y POBLACION) La metodología empleada, consiste en la ejecución de cinco (05) etapas fundamentales, a través de las cuales fue posible evaluar el desempeño dinámico de las protecciones de distancia en sus diferentes zonas de operación, entre ellas se encuentran:

1. Modelación de los Sistemas de Potencia 2. Recolección de la Información Técnica de los Equipos de Protección 3. Modelación de los Equipos de Protección (Reles de Distancia) 4. Simulación del desempeño dinámico de los Reles de Protección de Distancia

4.1 Evaluación de la frontera de operación para la Zona 1 4.2 Evaluación de la frontera de operación para la Zona 2 4.3 Evaluación de la frontera de operación para la Zona 3 4.4 Evaluación del Factor de Compensación Homopolar “Ko” para zonas mayores a Zona 1 4.5 Evaluación del Parámetro “Lazos de detección de fallas bifásicas a tierra” 4.6 Evaluación del desempeño de los equipos de protección de distancia ante fallas de alta Impedancia (20 Ω y 60 Ω).

5. Conclusiones o Ajustes propuestos.

3

El estudio fue realizado, considerando la totalidad de los equipos de protección de distancia empleados en los 1.515 kilómetros de las líneas de transmisión a nivel de 115 kV, 138 kV y 230 kV que conforman los sistemas eléctricos de ENELVEN y ENELCO, donde existe una estrecha interconexión entre ellos, dada la configuración en anillo que predomina en estos sistemas, los cuales están conformados como se indica:

ENELVEN (138 kV) ENELCO (115 kV) Red a 230 kV Total Relés de distancia 78 22 11 111

Líneas de transmisión 44 18 7 69 Tabla No. I.- Equipos de protección asociados a las líneas de transmisión.

Una vez culminadas las simulaciones dinámicas preliminares, de acuerdo a los escenarios y condiciones previstas, es posible determinar si los ajustes inicialmente calculados, cumplen con los requerimientos de alcance y tiempo de operación definidos para cada una de las zonas de protección; en caso contrario, se inicia un proceso de iteración o reevaluación de los parámetros de ajustes, el cual permite seleccionar los valores mas apropiados, que proporcionen el desempeño mas adecuado de los equipos de protección de acuerdo a los criterios operacionales establecidos; valores estos que son finalmente colocados a los respectivos reles para la protección de las líneas. En una etapa posterior y como parte de los procedimientos de control y evaluación de la red, durante la ocurrencia de fallas, es posible validar la exactitud de las simulaciones realizadas y el desempeño real de los equipos de protección de distancia, con la finalidad de establecer los puntos de mejora que pudiesen generase. Para efecto del estudio, los Sistemas analizados los caules están ubicados en el Estado Zulia en Venezuela, se dividieron en: ENELVEN Urbano constituidos por las líneas ubicadas en los municipios Maracaibo y San Francisco, ENELVEN Rural por el resto de los municipios de la Costa Occidental del Lago de Maracaibo y ENELCO, conformado por los municipios de la Costa Oriental del Lago de Maracaibo. 3 APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA: SISTEMA DE TRANSMISION DE ENELVEN y ENELCO 3.1 Modelación de los Sistemas de Potencia Los Sistemas de Transmisión de ENELVEN y ENELCO han sido desarrollados para conformar una red compacta y mallada, constituidos cada uno de ellos, por al menos tres fuentes de alimentación principales, representados por las Plantas de generación térmica o por las líneas de Interconexión a 230 kV, a partir de las cuales se han desarrollado un conjunto de subestaciones entrelazadas en anillos, constituidos como máximo por cuatro subestaciones servidas desde una o dos de las fuentes de alimentación principales que existen; cada uno de estos Sistemas con sus diferentes nexos de conexión, fueron representados en un diagrama unifilar en el DPF.

Fig. No. 1. Diagrama Unifilar de ENELVEN Fig. No. 2. Diagrama Unifilar de ENELCO. Fuente: Programa DPF 13.1 Fuente: Programa DPF 13.1

4

Los esquemas de protección actualmente empleados en las líneas de transmisión, se encuentran conformados en su totalidad, por reles multifunción de tecnología numérica, los cuales han sido clasificados, de acuerdo a su ubicación (urbana o rural), uso o nivel de tensión y longitud, tal como se indica en la tabla No. II:

LÍNEAS TRANSMISIÓN (115 kV) TRANSMISIÓN (138 kV) TRANSMISIÓN (230 kV) Urbanas (87L +21P) + 21S + 67N (87L +21P) + 21S + 67N 87L* +21P + 21S + 67N Rurales 21P + 21S + 67N 21P + 21S + 67N NO APLICA

Tabla No. II.- Esquema de protección de las líneas. (según nomenclatura ANSI) Fuente: Data Sheet (2007). * Solo en los cables de Interconexión “Sublacustres”

3.2 Recolección de la Información Técnica de los Equipos de Protección Una de las etapas fundamentales para completar el modelo de Simulación, consiste en incluir dentro de la librería de reles del DPF, todos los parámetros correspondientes a los ajustes y equipos de medida para cada uno de los relés de distancia numéricos que conforman estos Sistemas Eléctricos. Para ello fue necesario, iniciar un proceso de recolección de toda esta información contenida en la Base de Datos de Ajustes de Protecciones (DATA SHEET) y en los Expedientes de Ajustes desarrollados para cada uno de los terminales de línea que existen para cada una de las subestaciones. Esta fuente de información centralizada, ha sido desarrollada por la empresa ENELVEN como un mecanismo de consulta rápido y confiable de todo este tipo de información, disponiéndose de ella a través de medios físicos y electrónicos. 3.3 Modelación de los Equipos de Protección (Reles de Distancia) A partir de la representación unifilar de las redes de transmisión de ENELVEN y ENELCO con sus respectivos parámetros eléctricos y a la información correspondiente a los diferentes valores de ajustes a los equipos de protección para las líneas de transmisión; es necesario incluir dentro de la librería de reles del DPF, para cada uno de los terminales de línea, los diferentes relés de distancia numéricos que se encuentran en operación en las redes indicadas y que han sido desarrollados por distintos fabricantes (Tabla No. III), junto con sus parámetros de ajustes y equipos de medida.

TIPO DE PROTECCION FABRICANTE MODELO SIEMENS 7SA610, 7SA611, 7SA511 ABB REL 511, REL 512, REL 316*4 DISTANCIA SCHWEITZER SEL 321

Tabla No. III.- Librería de relés. Fuente: Data Sheet (2007). Posteriormente, se estructuraron de forma detallada los ajustes actualmente empleados para la función de protección de distancia, correspondiente a cada uno de los relés modelados para los diferentes fabricantes (ABB, SIEMENS y SCHWEITZER).

3.4 Simulación del desempeño dinámico de los Reles de Protección de Distancia Para llevar a cabo las diferentes simulaciones dinámicas y analizar el desempeño dinámico de los equipos de protección de distancia, se requiere definir tanto el caso base de estudio como las diferentes contingencias de evaluación; en función de ello se establecieron como premisas fundamentales:

Trabajar bajo un escenario de máxima generación. Mantener en servicio todos los equipos de transmisión en 115 kV y 138 kV. Conservar en servicio todas las líneas de interconexión a 230 kV y las provenientes del Sistema

Eléctrico Nacional.

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A partir de ese escenario base, y empleando los módulos de aplicación del DPF, se simularon fallas francas a tierra (0 Ω) ubicadas en distintos puntos de las líneas de transmisión que conforman los Sistemas de transmisión de ENELVEN y ENELCO, expresando la ubicación de las diferentes fallas monofásicas, bifásicas, bifásicas a tierra y trifásicas, en valores porcentuales referidos a sus longitudes particulares; cada una de estas contingencias, fueron posteriormente representadas en un diagrama R-X tanto para las protecciones de distancia primarias como para las secundarias, con la finalidad de evaluar varios aspectos, de los cuales solo se indicaran los resultados detallados de algunos casos particulares y de ciertos resúmenes generales; para ello se han seleccionado dos de los anillos de transmisión evaluados, en ENELVEN el conformado por las subestaciones a 138 kV Rincon-Cuatricentenario-Canchancha-Trinidad-Universidad-Raul Leoni-Sibucara-Caujarito-Rincón y en el Sistema ENELCO el correspondiente el anillo Cabimas-19 de Abril-Centro-Barlovento. Luego de las simulaciones preliminares, se llevó a cabo un proceso iterativo, donde se modificaron los parámetros de ajustes iniciales, con la finalidad de obtener aquellos valores que mostraron el mejor desempeño para los diferentes casos analizados.

3.2.1 Evaluación de la frontera de operación para la Zona 1 Se simularon diferentes tipos de fallas tanto monofásicas (1φ), bifásicas (2φ), bifásicas a tierra (2φ-t) y trifásicas (3φ) desde el extremo fuente de cada una de las subestaciones que conforman el anillo de transmisión a 138 kV Rincón-Caujarito-Sibucara-Raul Leoni-Universidad-Trinidad, en una zona equivalente al 80% de la longitud de la línea protegida con la finalidad de evaluar su desempeño. Extremo Sibucara (Falla a 20% de Universidad) Extremo Universidad (Falla a 20% de Sibucara)

Fig. No.3. Zona 1 Fig. No.4. Zona 1 extremo SIBUCARA extremo UNIVERSIDAD Fuente: Programa DPF 13.1 Fuente: Programa DPF 13.1

A continuación se resume, el desempeño encontrado en los equipos de protección de distancia correspondientes a las líneas que conforman uno de los anillos de la red de transmisión urbana perteneciente al Sistema de transmisión de ENELVEN para la operación de la Zona 1, donde se muestra que con los ajustes analizados, estos equipos cubren en promedio entre el 66,2% y 85,4% de la línea protegida, lo cual representa un sobrealcance de hasta 5,4% y un subalcance de hasta 13,8%.

75 79 8877100 100

77 76 71 71 76 7666 6467 7568 68 70 74 79 76 79 76 76 76 67 67

RIN CUA CUA CAN TRI CAN TRI UNI UNI SIB SIB CAU CAU RIN

Alc

ance

80%

Fallas Monofásicas Fallas Trifásicas Fig. No. 5 Zona 1 de operación, fallas trifásicas y monofásicas. Fuente: Los autores (2008). Para el caso de las fallas bifásicas y bifásicas a tierra, los ajustes encontrados permiten proteger entre un 67,7% y un 87,7% de la extensión de las líneas, lo cual refleja que existen problemas de sobrealcances de hasta 7,8% y de subalcances de hasta 12,3%.

En este caso se evidenciaron problemas de subalcance para la Zona 1 cercanos al 4% y 9% ante fallas trifásicas (3φ) y monofásicas (1φ) respectivamente, y del 3% ante fallas bifásicas (2φ) y bifásicas a tierra (2φ-t).

Existen problemas de subalcance cercanos al 9% ante fallas trifásicas (3φ) y monofásicas (1φ), y de sobrealcance en un 1% para las fallas bifásicas (2φ) y bifásicas a tierra (2φ-t)

6

73 80 8977100 100

81 77 81 77 75 76 67 6879 7569 69 70 76 81 77 81 77 75 76

67 68

RIN CUA CUA CAN TRI CAN TRI UNI UNI SIB SIB CAU CAU RIN

Alca

nce

80%

Fallas bifásica a tierra Fallas bifásica Fig. No. 6 Zona 1 de operación, fallas bifásicas y bifásicas a tierra. Fuente: Los autores (2008). 3.2.2 Evaluación de la frontera de operación para la Zona 2 Para determinar la frontera de operación para la zona 2, fue necesario simular un conjunto de fallas monofásicas (1φ), bifásicas (2φ), bifásicas a tierra (2φ-t) y trifásicas (3φ), ubicadas a un determinado porcentaje de las líneas de transmisión adyacentes a la ubicación de los respectivos reles de distancia, las cuales presentaron la menor impedancia considerando el efecto de fuente intermedia (infeed); dicho alcance porcentual fue de un 20%, para el caso de las líneas pertenecientes al sistema ENELCO, la red de 230 kV y en las líneas rurales del sistema ENELVEN; así mismo se simularon fallas al 50% de la longitud de las líneas adyacentes, ubicadas en las zonas urbanas de ENELVEN.

Como resultado de la evaluación del desempeño para la Zona 2, para los valores de ajustes colocados a los equipos de protección de distancia analizados, se determino que ante fallas trifásicas y monofásicas, los equipos de protección de distancia cubren entre 0% y 58% de la extensión de sus líneas adyacentes relativas, lo cual refleja problemas de sobrealcances de hasta 38% y de subalcances de hasta 28% con respecto a los valores teóricos

111

11

58

14

39

21 22 23 22

38

8

21

0 0,56

15 16

51 49 45 44

25

43

8

44

RINC CUA CUA CANC TRIN CANC TRIN UNIV UNIV SIBU SIBU CAU CAU RINC

Alca

nce 20

% Xad

y

Fallas Monofásicas Fallas Trifásicas Fig. No. 7 Zona 2 de operación, fallas trifásicas y monofásicas. Fuente: Los autores (2008). En el caso de las fallas bifásicas y bifásicas a tierra, los equipos de protección de distancia cubren en promedio un 0% y 53% respectivamente, de la extensión de sus líneas adyacentes; por lo que se evidencian problemas de sobrealcances de hasta 33% y de subalcances de hasta 23%

Fig. No. 8. Zona 2 de operación, fallas bifásicas y bifásicas a tierra. Fuente: Los autores (2008). 3.2.3 Evaluación de la frontera de operación para la Zona 3 La frontera de operación para la zona 3 fue determinada, a partir de la simulación de fallas monofásicas (1φ), bifásicas (2φ), bifásicas a tierra (2φ-t) y trifásicas (3φ), ubicadas al 100 % de las líneas de transmisión adyacentes a la ubicación de los respectivos reles de distancia (al final de la barra siguiente), las cuales presentaron la menor impedancia considerando el efecto de fuente intermedia (infeed).

De forma similar, al evaluar el desempeño de los valores de ajustes colocados a los equipos de protección de distancia para la Zona 3, es posible observar que ante fallas trifásicas y monofásicas, los equipos de protección de distancia cubren en promedio entre un 37,5% y un 112,3% respectivamente, de la extensión de sus líneas adyacentes relativas, lo cual se refleja como sobrealcances de hasta 12,3% y subalcances de hasta 62,5% en comparación con los valores calculados.

44

9

43

25

46475153

17

43

10110

44

8

43

25

46475153

17177 10

RIN CUA CUA CAN TRI CAN TRI UNI UNI SIB SIB CAU CAU RINAlca

nce

20%

Xad

y

Fallas bifásica a tierra Fallas bifásica

7

166

67

4

70105

63 7645 58 58 57 73

47 6429 6

175

7191 93 97 98 93 93

68 9445

91

RIN CUA CUA CAN TRI CAN TRI UNI UNI SIB SIB CAU CAU RINAlca

nce

100%

Xad

y

Fallas Monofásicas Fallas Trifásicas Fig. No. 9 Zona 3 de operación, fallas trifásicas y monofásicas. Fuente: Los autores (2008). Al simular las fallas bifásicas y bifásicas a tierra, la cobertura de los equipos de protección de distancia alcanzan en promedio un 48,6% y 122,2% respectivamente, de la extensión de sus líneas adyacentes, esto significa que existen problemas de sobrealcances de hasta 22,2% y de subalcances de hasta 51,4%.

Fig. No. 10 Zona 3 de operación, fallas bifásicas y bifásicas a tierra. Fuente: Los autores (2008).

3.2.4 Evaluación del Factor de Compensación Homopolar “Ko” para zonas mayores a Zona 1 Una vez corregidas las desviaciones encontradas en el desempeño de los reles de distancia y con la finalidad de obtener un desempeño óptimo de las mismas, especialmente cuando estas deben ofrecer un respaldo remoto en las líneas adyacentes a la protegida; se ha considerado conveniente analizar el ajuste correspondiente al factor de compensación homopolar “Ko”, con especial énfasis en las zonas mayores a la Zona 1 ( Ko Z>Z1 ); dicho análisis, permitirá evitar o en su defecto mejorar las condiciones de operación en sub o sobrealcance que se presenten para las fallas a tierra. En este sentido, se ha comparado el desempeño de los reles de distancia cuando dicho parámetro se encuentra ajustado a partir de los valores obtenidos ante fallas monofásicas y trifásicas, en las fronteras de operación tanto para la Zona 2 como para la Zona 3.

Para determinar el ajuste de éste parámetro, de forma que el relé de distancia presente un desempeño óptimo en sus zonas de operación, existen dos alternativas, ajustar el Ko Z>Z1, en su Zona 2 (Ko Z2) o hacerlo en su Zona 3 (Ko Z3), es decir, que el porcentaje de línea cubierto para cualquiera de estas zonas sea el mismo ante fallas monofásicas y trifásicas. En este sentido, se simularon fallas monofásicas (en la fase “A”) en las fronteras de las Zonas 2 y 3, de acuerdo a los criterios establecidos, en cada una de las líneas de transmisión analizadas; a partir de estos fue posible obtener para los valores de corriente de cortocircuito en la fase fallada (IA) y en el neutro (3Io), la tensión fase-tierra del lazo fallado (VAN), a través de los cuales, se determinó valor de ajuste del Ko Z>Z1 para las dos alternativas; para efectos prácticos se indica el procedimiento empleado en la línea a 138 kV Universidad-Sibucara, perteneciente al anillo de transmisión urbano de ENELVEN, para las fallas en la línea Caujarito-Sibucara desde el extremo de S/E Sibucara y se verificó el comportamiento de los reles de distancia instalados en la S/E Universidad.

Con una falla monofásica al 20% despues de Sibucara, el valor de Ko (Z2) en la frontera de la Zona 2, obtenido fue el siguiente:

012,79906,3 −∠=IA kA 799,76271,33 −∠=Io kA

475,4869,32 −∠=Van kV 151,75674,4 ∠=Zm Ω.

594,3956,0)2( −∠=ZKo

Para una falla monofásica al 100% (barra de la S/E Caujarito) el valor obtenido para Ko (Z3) en la frontera de la Zona 3 es:

619,78244,2 −∠=IA kA 377,76580,13 −∠=Io kA 931,4641,28 −∠=Van Kv

979,74137,7 ∠=Zm Ω 169,512,1)3( −∠=ZKo

9148

9668

9895102999710377

5

74

175

9145,5

9568989510299979271

169

734

RIN CUA CUA CAN TRI CAN TRI UNI UNI SIB SIB CAU CAU RINAlca

nce

100%

Xad

y

Fallas bifásica a tierra Fallas bifásica

Fig. No. 11. Ko(Z2) Extremo UNIVERSIDAD.

Fuente: Programa DPF 13.1

Fig. No. 12. Ko(Z3) Extremo UNIVERSIDAD.

Fuente: Programa DPF 13.1

Extremo Universidad (Falla al 20% de Sibucara) Extremo Universidad (Falla al 100% de Sibucara)

8

Para las fallas en la frontera de Z2, al emplear el Ko Z3, se detectaron problemas de sobrealcance en el 61,54% de los casos y un desempeño óptimo en el 38,46% restante; sin embargo, al utilizar el Ko de Z2 se obtuvo el desempeño esperado en todos los casos.

Por otro lado, para las fallas en la frontera de Z3, al utilizar el Ko Z2, se observan problemas de subalcance en el 78,6% de los casos y un desempeño optimo en el 21,43% restante; pero al emplear el Ko de Z3 el desempeño observado, cumple con los resultados esperados. A partir de los resultados obtenidos para los diferentes casos analizados, es posible seleccionar el valor de Ko Z>Z1 mas adecuado para ajustar cada una de las zonas de protección; a continuación se muestran los resultados obtenidos al evaluar el desempeño de los relés de distancia instalados en los sistemas de transmisión de ENELVEN y ENELCO para las Zona 2 y Zona 3.

Fallas Zona 2 Fallas Zona 3 3.2.5 Evaluación del Parámetro “Lazos de detección de fallas bifásicas a tierra” El ajuste del parámetro denominado “Lazos de detección de fallas bifásicas a tierra”, es una función particular de los relés de distancia (tipo reactancia) marca Siemens de la serie 7SA6XX; la selección del mismo permite establecer para cada caso en particular, cual de las cinco (5) opciones de ajuste es la que ofrece el desempeño mas adecuado, evitando así problemas de sobre o subalcance en la actuación de los reles de distancia. Para ello se simularon fallas francas bifásica a tierra con la finalidad de analizar las reactancias medidas por los relés de distancia cuando ocurren estas fallas, de acuerdo a los criterios aplicables para cada una de las tres zonas de operación (1, 2 y 3); a partir de los resultados obtenidos, fue posible comparar los valores de ajuste para estas zonas, con la finalidad de establecer cuál de las opciones o lazos de detección del relé, a saber lazo “A” a tierra, lazo “B” a tierra, lazo “C” a tierra, lazo A – B, lazo B – C, lazo C – A, genera un mejor desempeño en el equipo. Los resultados indican, que el lazo fase-fase refleja un error de 0,28Ω, el lazo “B” a tierra de 0,71Ω y el “C” a tierra de 1,11Ω. Al compararlo con el desempeño para la zona 2, los resultados son muy similares; en función de lo anterior, la selección del lazo fase-fase representa la mejor opción, aun cuando el empleo del lazo fase “B” mostró resultados satisfactorios. 3.2.6 Evaluación del desempeño de los equipos de protección de distancia ante fallas de alta Impedancia (20 Ω y 60 Ω). Con la finalidad de evaluar el desempeño de los equipos de protección asociados a una de las líneas de transmisión, así como sus respaldos ante varias contingencias, se simularon fallas monofásicas, bifásicas a tierra y bifásicas de alta impedancia; para ello se utilizaron resistencias de falla con valores de 20 Ω y 60 Ω, ubicadas al 10% y 90% de las longitudes de las líneas analizadas; en este sentido, se mostraran los resultados obtenidos al evaluar el desempeño de una parte de los relés pertenecientes al Sistema ENELCO ante la presencia de fallas bifásicas a tierra de alta impedancia.

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Los resultados obtenidos, reflejan que con los ajustes sugeridos se mejora la cantidad de los equipos que detectaron las fallas simuladas, inclusive ante fallas con resistencia de falla de 60 Ω.

21,74% 17,39%

13,04% 21,74%

4,35%13,04%17,39%

8,70%

8,70%

8,70%4,35%

8,70%

8,70%

Rf=20 ohm al 10%. Rf=20 ohm al 90%. Rf=60 ohm al 10%. Rf=60 ohm al 90%.

zona1 zona2 zona3 zona4

70%

º

% d

e re

lés

que

dete

ctan

falla

s 52,18%

26,09%21,74%

56,53%

Fig. No. 17. Desempeño actual de los relés principales. Fuente: Los autores (2008).

Fig. No. 18. Desempeño de los relés principales. Según ajustes sugeridos Fuente: Los autores (2008). 4 CONCLUSIONES 1. Al determinar el alcance real de los reles de distancia en sus diferentes zonas de operación, es posible

hacer las correcciones necesarias para garantizar su máxima cobertura, representando una apropiada herramienta para la evaluación ante fallas reales que se presenten en la red en sus zonas umbrales.

2. En el 70% de los equipos de protección analizados, el factor de compensación homopolar para zonas mayores a Zona 1 (KoZ>Z1), se encuentran ajustados a un valor similar al ajuste colocado para la Zona 1 (Ko); siendo esta una de las causas que producen problemas de subalcances en la Zona 2 de operación de hasta un 28% y de hasta un 43 % en la Zona 3. Por ello, se considera importante evaluar los valores que deben colocarse para el factor de compensación homopolar para zonas mayores a la primera (KoZ>Z1), pues al modificar los mismos, es posible obtener un mejor desempeño de los reles de distancia, en comparación con la colocación de un ajuste de Ko similar al de la Zona 1.

3. Al analizar el ajuste del parámetro denominado “Lazos de detección de fallas bifásicas a tierra”, exclusivo para los relés Siemens de la serie 7SA6XX, se determino que la mejor opción para detectar fallas francas a tierra, es la correspondiente a “sólo fase-fase”, ya que la reactancia medida por el lazo fase-fase presentó una desviación estándar promedio de 0,93Ω con respecto al valor de ajuste en todas sus zonas de operación para los dos Sistemas de transmisión analizados; sin embargo, es importante evaluar cada caso en particular, dado que la selección final dependerá de las condiciones operacionales analizadas para cada uno de estos.

4. A partir de los resultados obtenidos en el presente estudio, es posible concluir que el uso del DPF,

representa una adecuada herramienta para el análisis del desempeño dinámico de los reles de protección y cuyos resultados, permiten determinar los parámetros de ajustes mas adecuados para la protección de un determinado equipo de acuerdo a las condiciones operacionales particulares para cualquier Sistema de Potencia.

BIBLIOGRAFÍA [1]. MONTERO D., Eleusis E. (2007) “Evaluación del desempeño dinámico de los equipos de

protección contra fallas a tierra para líneas y transformadores de potencia de potencia del sistema de transmisión de ENELVEN” La Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. Escuela de Eléctrica.

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17,39%21,74% 4,35%17,39%

8,70%

17,39%26,09%

26,09% 30,43%

13,04%13,04% 4,35%

Rf=20 ohm al 10%. Rf=20 ohm al 90%. Rf=60 ohm al 10%. Rf=60 ohm al 90%.

zona1 zona2 zona3 zona4

69,57%39,13%

º

% d

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falla

s 26,09%65,210%