coordinación rele de distancia, portecciones

7/25/2019 Coordinacin Rele de Distancia, Portecciones

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COORDINACIN REL DISTANCIA Y CONEXIN DE EQUIPOS

PROTECCIONES ELECTRICAS

GRUPO # 14

LUIS CARLOS RAMIRES RODRIGUEZ COD: 2070163

OSCAR ANDRES RAMIRES RODRIGUEZCOD: 2032544

JOAN GERARDO ORTEGA GARZN

COD: 2073511

JORGE ANTONIO JAIMES BEZ

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERAS FISICO-MECNICAS

ESCUELA DE INGENIERAS ELCTRICA, ELECTRNICA Y DE TELECOMUNICACIONESE3T

BUCARAMANGA, ABRIL 12

2014


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INTRODUCCIN

Los sistemas de potencia son sin duda alguna de vital importancia para el desarrollo social e

industrial del pas. stos estn conformados por agentes de generacin, consumo, transmisin y

distribucin y comercializacin.

Para llevar a cabo la correcta operacin y continuidad del servicio de suministro de energa

elctrica, es necesario implementar sistemas de proteccin y comunicacin entre los diferentes

componentes del sistema, que operen de forma coordinada y permitan salvaguardar la vida de las

personas y los equipos que conforman el sistema.

OBJETIVOS:

Objetivo general:

Coordinar las protecciones elctricas de sistema dado.

Objetivos especficos

Realizar las conexiones de los equipos de proteccin y medida (CTs, PTs, Rels y

registrador de fallas), para la configuracin de subestacin en anillo, representndola en

un diagrama unifilar.

Coordinar los alcances y tiempos de la proteccin distancia (21) para la lnea conectada

entre las subestaciones de Medelln y Cali del sistema dado.

Ajustar las funciones de sincronismo y re-cierre monofsico y trifsico para la lnea

conectada entre las subestaciones de Medelln y Cali del sistema dado.

MARCO TEORICO

Protec cin lneas (21 dis tanc ia)

Para proteger una lnea con la proteccin distancia se tiene en cuenta 4 zonas, la zona1, zona 2,

zona 3 y la zona de reversa; para cada zona se define un alcance y sobre este se hace la

coordinacin de la proteccin distancia.

Zona 1

La zona 1 de la proteccin distancia es generalmente una proteccin instantnea y tiene por

finalidad proveer un despeje rpido de fallas que ocurren a lo largo de la lnea. sta normalmente

se ajusta entre un 80% y 90% de la impedancia de la lnea para evitar operaciones innecesarias

cuando se presente una falla ms all de la barra remota.

La zona 1 se calcula a partir de la siguiente frmula:

= Ajuste de la zona 1.

= Constante de ajusteComo criterio un factor de 85%

= Impedancia de secuencia positiva de la lnea.


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Zona 2

El objetivo principal de esta zona es proteger completamente la lnea en consideracin y actuar

como zona de respaldo ante la no operacin de la zona 1 de las lneas ubicadas en la subestacin

remota. Para la seleccin del alcance de la zona 2 se tienen en cuenta el menor valor de los

siguientes criterios:

Valor mnimo: Se escoge el 120% de la impedancia de la lnea a proteger.

Si por criterios de coordinacin se desea ajustar esta zona a una impedancia mayor, se debe

tener en cuenta que este valor a ajustar cumpla con los siguientes criterios:

1. La zona 2 no debe operar para fallas en los niveles secundarios de los transformadoresexistentes en la subestacin remota.

El ajuste de la zona 2 sera como mximo igual a la suma de la impedancia total de la lnea

a proteger y el 80% de la impedancia equivalente de los transformadores existentes en la

subestacin remota.

= Impedancia equivalente del transformador en la subestacin remota.

2. La zona 2 no debe sobre-alcanzar la zona 1 de los rels de la subestacin remota. Por loque su ajuste como mximo es hasta el 50% de la impedancia de la lnea adyacente ms

corta ms la impedancia total de la lnea a proteger.

= Impedancia de la lnea adyacente remota ms corta.

3. El valor del reajuste de la zona 2 de la lnea a proteger no debe sobrepasar el alcance de lazona 2 de la lnea adyacente.

Zona 3

El objetivo de esta zona es proveer respaldo a las protecciones de las lneas adyacentes. Su ajuste

se extiende hasta el extremo opuesto de la lnea adyacente con mayor impedancia, se debe

garantizar que este alcance no detecte fallas en los niveles secundarios de la subestacin remota.

El ajuste de la zona 3 se calcula de acuerdo al menor valor de los siguientes criterios:

1. La impedancia de ajuste de la zona 3 se calcula sumando la impedancia de la lnea aproteger ms el 80% de la impedancia equivalente de los transformadores en la barra

remota.



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2. La impedancia de ajuste de la zona 3 se calcula sumando la impedancia de la lnea aproteger ms el valor de impedancia de la lnea adyacente con mayor impedancia,

multiplicando esta suma por un factor de seguridad del 120%.

= Lnea adyacente con mayor impedancia

Ajus te zona reversa

El objetivo de esta zona es proveer un respaldo a la proteccin diferencial de barras de la

subestacin local. Otro ajuste de zona reversa puede ser requerido como entrada para algunas

lgicas adicionales que traen los rels multifuncionales tales como: lgica de terminal dbil, eco y

bloqueo por inversin de corriente. El ajuste de la zona tres se hace de acuerdo al menor valor de

los siguientes criterios:

1. La impedancia de la zona reversa se calcula como el 20% de la impedancia de la lnea

reversa con menor impedancia conectada la subestacin donde se coloca la proteccin.

= Lnea reversa con menor impedancia

2. La impedancia de la zona reversa se calcula como el 20% de la impedancia equivalente deltransformador de menor impedancia en la subestacin donde se coloca la proteccin.

= impedancia equivalente menor del transformador local

DESARROLLO DEL TRABAJO

Para el sistema dado abajo, elaboren las siguientes actividades:

2.Para todas las subestaciones del sistema dado, elabore un diagrama unifilar indicando

las conexiones de los rels y los respectivos CTs (relacin 800/1) y PTs (Relacin

230000/115), suponiendo que cada baha de lnea tiene un controlador para la medida y el

control, un registrador de fallas, un rel falla interruptor para cada interruptor, dosprotecciones multifuncionales con las funciones distancia, 67NCD, supervisin circuito de

disparo (74), recierre (79), sincronismo (25), sobre y baja tensin (59/27). Para el

transformador, se cuenta con diferencial del transformador (87T) y sobrecorrientes en cada

devanado. Cada subestacin cuenta con su diferencial de barras y la configuracin de la

subestacin es as:


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Grupo 1, 6 y 11: Configuracin barra principal.

Grupo 2, 7 y 12: Configuracin barra principal ms transferencia.

Grupo 3, 8 y 13: Configuracin doble barra principal ms transferencia.

Grupo 4, 9 y 14: Configuracin en anillo

Grupo 5, 10 y 15: Configuracin interruptor y medio

Hacer este detalle de conexin para las subestaciones Medelln y Cali. El Grupo 1 es el del anterior

trabajo tom como base los 100 MVA y as sucesivamente para los otros grupos (de 20 en 20

MVA).

Calcular el alcance de las zonas de proteccin de los rels distancia 21 indicados

(flechas, rels 1, 2, 3 y 4) con el respectivo tiempo de operacin y los esquemas de

teleproteccin que utilizara para cada rel. Los datos de los alcances se deben entregar en

ohmios primarios y secundarios. Los datos dados de impedancias estn en valores

primarios. Para los grupos que se repiten el primer punto, tomar la impedancia de la lnea

a ajustar una diferencia de 10 ohmios. Es decir, los grupos 1, 2, 3, 4 y 5 trabajan con 49.02ohm, los grupos 6, 7, 8, 9 y 10 tomar la impedancia de 59.02 ohm y los grupos 11, 12, 13,

14 y 15 tomar 69.02 ohm para el caso de los rels 3 y 4 y de la misma manera lo aplican

para los rels 1 y 2 (37.6 ohm).


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DESARROLLO

AJUSTES DEL REL DE DISTANCIA PARA LA LNEA CALDAS- MEDELLN(Calculo zonas de proteccin

para el rel 1)

Zona 1

Se calcula a partir de la siguiente ecuacin:


La del lado de alta tensin, impedancia del lado primario de los Cts y Pts.

La secundaria se calcula de la siguiente manera:

= Relacin del trafo corriente.

= Relacin del trafo de potencial.

Tiempo de la zona 1:

El tiempo para la zona 1 es 0 [ms], porque la proteccin es instantnea.

Zona 2

Se calculan los siguientes criterios:

1. Se calcula para el 120% de la impedancia de la lnea a proteger.

2. La zona 2 no debe operar para fallas en los niveles secundarios del transformador de lasubestacin remota (no aplica para este caso porque no hay transformadores conectadosa esta barra).

3. La zona 2 no debe sobre-alcanzar la zona 1 de los rels de la subestacin remota ms corta



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Como no se cumple que 69.1267.79 si cumple, debido a esto se procede al siguiente paso

5.

Al cumplir 69.12


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A continuacin se realiza el clculo de impedancia secundaria:


Se ajusta el tiempo de la zona 3 a 800 [ms] teniendo en cuenta que el tiempo mximo de aperturadel interruptor de las lneas adyacentes a la subestacin remota de la lnea a proteger ms el

tiempo de operacin de la proteccin de sobre corriente para el mnimo nivel de falla de los

circuitos adyacentes a la subestacin remota de la lnea a proteger es menor a 800 [ms].

Zona reversa

La impedancia de zona de reversa se calcula los siguientes criterios.

1. La impedancia de la zona reversa se calcula como el 20% de la impedancia de la lnea

reversa con menor impedancia conectada a la subestacin donde se coloca laproteccin.


2. La impedancia de la zona reversa se calcula como el 20% de la impedancia equivalentedel transformador de menor impedancia en la subestacin donde se coloca la

proteccin (No aplica para este caso porque no hay transformadores conectados aesta barra).

La impedancia seleccionada es la menor de los dos anteriores criterios revisados con el fin de que

cumpla cada uno de ellos.



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Ajuste del tiempo de la zona reversa:

Se selecciona un tiempo de ajuste para esta zona de 1500 [ms], con el fin de permitir la

actuacin de las zonas de respaldos de las barras remotas.

En la siguiente tabla 1 se aprecian los ajustes de la proteccin distancia para el rel 1.

RELE 1

Ajustes Zona 1 Zona 2 Zona 3 Zona R

Primarios

[z ohms]

0.818

Secundarios

[z ohms]

0.3272

Tiempo

[ms]

0 300 800 1500

Tabla 1 Ajustes proteccin distancia rel 1

AJUSTES DEL REL DE DISTANCIA PARA LA LNEA CALDAS- MEDELLN (Calculo zonas deproteccin para rel 2)

Zona 1






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Zona 2



2. La zona 2 no debe operar para fallas en los niveles secundarios del transformador de lasubestacin remota (no aplica para este caso porque no hay transformadores conectados

a esta barra).

3. La zona 2 no debe sobre-alcanzar la zona 1 de los rels de la subestacin remota mscorta.


Como 69.1261.69 seguimos con el siguiente paso

5.


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Al cumplir 69.12


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Se ajusta el tiempo de la zona 3 a 800 [ms] teniendo en cuenta que el tiempo mximo de apertura

del interruptor de las lneas adyacentes a la subestacin remota de la lnea a proteger ms el

tiempo de operacin de la proteccin de sobre corriente para el mnimo nivel de falla de loscircuitos adyacentes a la subestacin remota de la lnea a proteger es menor a 800 [ms].

Zona reversa


1. La impedancia de la zona reversa se calcula como el 20% de la impedancia de la lneareversa con menor impedancia conectada a la subestacin donde se coloca la

proteccin.



proteccin.

No aplica para este caso porque no hay transformadores conectados a esta barra..








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RELE 2


Primarios

[z ohms]

2.038

Secundarios

[z ohms]

0.815

Tiempo

[ms]

0 300 800 1500


AJUSTES DEL REL DE DISTANCIA PARA LA LNEA DE LAS SUBESTACIONES MEDELLN-CALI(Calculo zonas de proteccin para el rel 3)

Zona 1




La secundario se calcula de la siguiente manera:






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Zona 2



2. La zona 2 no debe operar para fallas en los niveles secundarios del transformador de lasubestacin remota.


3. La zona 2 no debe sobre-alcanzar la zona 1 de los rels de la subestacin remota ms corta


Como 82.824101538 seguimos con el siguiente paso

5.

82.824>99.5 como sigue sin cumplir la condicin ajusto =82.824

como lo recomienda el diagrama de bloques dado por el profesor



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Se ajusta el tiempo de la zona 2 a 400 [ms] .

Zona 3

Para el ajuste de esta zona se calculan 2 criterios.

1. La impedancia de la zona 3 se ajusta de tal manera que no opere para fallas en los nivelessecundarios del transformador de la subestacin remota.


2. La impedancia de la zona 3 se ajusta de para que sirva de respaldo a las lneas adyacentes.









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Zona reversa:



proteccin.



proteccin.

No aplica para este caso porque no hay transformadores conectados a esta barra.





Se selecciona un tiempo de ajuste para esta zona de 1500 [ms], con el fin de permitir laactuacin de las zonas de respaldos de las barras remotas.



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RELE 3

ajustes Zona 1 Zona 2 Zona 3 Zona R

Primarios

[z ohms]

0.82

Secundarios[z ohms]

0.33

Tiempo

[ms]

0 400 800 1500


AJUSTES DEL REL DE DISTANCIA PARA LA LNEA CALI-MEDELLN (Calculo zonas deproteccin para rel 4)

Zona 1







Tiempo de la zona 1:El tiempo para la zona 1 es 0 [ms], porque la proteccin es instantnea.


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Zona 2



La zona 2 no debe operar para fallas en los niveles secundarios del transformador de la

subestacin remota (Este criterio no aplica para la subestacin Cali ya que en el extremo remoto

de la lnea a proteger no hay transformadores conectados).

2. La zona 2 no debe sobre-alcanzar la zona 1 de los rels de la subestacin remota


Como 82.82473.11 seguimos con el siguiente paso

1.

Al cumplir 69.12


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Se ajusta el tiempo de la zona 2 de la lnea dos (4.82[ +) disminuyendo el tiempo de operacin de

esta a 200 ms con respecto a la zona dos de la lnea uno (69.02 *+) el cual es 300 *ms+.

Se ajusta el tiempo de la zona 2 a 400 [ms] asumiendo que el tiempo de la zona 2 de la lnea de

4.09 *+ sea inferior a400 [ms], para evitar el disparo de la zona 2 del rel 1 cuando se presenta

falla en la zona 2 de la lnea de 4.09 *+.

Zona 3

Para el ajuste de esta zona se calculan 2 criterios.

La impedancia de la zona 3 se ajusta de tal manera que no opere para fallas en los niveles

secundarios del transformador de la subestacin remota. (Este criterio no aplica para la

subestacin Cali ya que en el extremo remoto de la lnea a proteger no hay transformadores

conectados).

1. La impedancia de la zona 3 se ajusta de para que sirva de respaldo a las lneas adyacentes.









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Zona reversa:



proteccin.



proteccin.

= impedancia equivalente menor del transformador local

La impedancia seleccionada es la menor de los dos anteriores criterios revisados con el fin de quecumpla cada uno de ellos.







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RELE 4


Primarios

[z ohms]

2.04

Secundarios

[z ohms]

0.82

Tiempo

[ms]

0 300 800 1500


Nota:

No fue posible calcular el efecto infeed ni el alcance resistivo para las diferentes zonas de cada

subestacin, ya que no se conocan los valores de corriente necesarios para dichos clculos.

3. De los ajustes de las funciones sincronismo (25) y recierre monofsico y trifsico para los relsubicados en cada uno de los extremos de la lnea MedellnCali

AJUSTE DE SINCRONISMO

La funcin de verificacin de sincronismo, permite que los recierres del interruptor despus de

una operacin de apertura por falla no se hagan en condiciones que podran comprometer la

estabilidad del sistema o provocar esfuerzos excesivos para las unidades generadoras.

Por tal motivo antes de ocurrir el recierre de una barra viva-linea vivase debe verificar algunas

condiciones especiales que se deben cumplir. Los criterios que se manejarn en los rels de las

subestaciones son los siguientes:

Mxima diferencia de Tensin: 10% Vn= 23 Kv.

Diferencia ngulo de fase: 25

Deslizamiento de frecuencia: Dado que nuestro sistema requiere tiempos muertos del interruptor

cortos, se estable un delta de frecuencia de 150mH.

AJUSTE DE RECIERRE

Normalmente cuando ocurre una falla en la lnea, los interruptores de cada extremo se disparan

de tal forma que la lnea quede desconectada del sistema y poder aclarar la falla sin ningn tipo de

dao. Como la mayora de las fallas son instantneas, los sistemas de proteccin son equipados

con funciones que realizan intentos de cierre o recierres de los interruptores acabados de operar


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por falla, con el fin de establecer de nuevo el servicio y por ende asegurar el suministro de energa

elctrica.

Cuando ocurre estos recierres es normal cerrar un extremo de la lnea y luego el otro; el primer

extremo a cerrar corresponde al ms dbil y posteriormente de la verificacin de sincronismo se

cierra el otro extremo.

Para sincronizar los recierres de la lnea Medelln y Cali, se establece que el extremo apropiado a

sincronizar (Barra viva-lnea viva) es el de la subestacin Medelln, por su cercana a los

generadores, por tanto el extremo Cali recierra con el esquema Barra viva-Lnea muerta.

Recierre automtico tripolar: Se realiza el recierre tripolar cuando ocurre fallas trifsicas o en

el caso de que una falla monofsica evolucione.

Recierre Barra viva-Lnea muerta en Subestacin Cali. Tiempo muerto: 400 ms

Recierre Barra viva-Lnea viva en Subestacin Medellin, despus de verificacin de

sincronismo. Tiempo muerto: 500 ms

Recierre automtico monopolar: Se realiza el recierre monopolar cuando ocurre fallas

monofsicas, como solo sale de servicio la fase fallada, las dos fases sanas mantienen el

sincronismo durante el tiempo de interrupcin; por lo tanto no se requiere previa verificacin

de sincronismo en el recierre Barra viva-Lnea viva.

Recierre Barra viva-Lnea muerta en Subestacin Cali. Tiempo muerto: 500 ms

Recierre Barra viva-Lnea viva en Subestacin Medellin, despus de verificacin de

sincronismo. Tiempo muerto: 600 ms.

Nota: -En los sistemas de alta tensin el tiempo muerto debe ser mayor en los recierres

monofsicos que para los recierres trifsicos, debido al acople capacitivo de las fases sanas.

-Para la utilizacin de estos rels en subestaciones con configuracin de mltiples interruptores,

como la subestacin Medelln y Cali (anillo); los rels de recierre se debe suministrar con una

funcin de prioridad secuencial de recierre para determinar el orden de reconexin de los

interruptores.


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4. Indique como operara la funcin falla interruptor por etapa 1 y etapa 2 de los interruptoresdonde se encuentra los rels a ajustar y de acuerdo a la configuracin de la subestacindada.

OPERACIN FALLA INTERRUPTOR

La funcin falla interruptor es una proteccin local, que opera cuando un interruptor no ejecuta la

orden de disparo de las protecciones principales cuando estas ven una falla.

El principio de operacin de esta proteccin inicia con la energizacin de un rel de tiempo, que lo

provoca la proteccin principal conjuntamente con la orden de apertura del interruptor; el rel de

tiempo al terminar su cuenta comprueba si la orden de disparo fue ejecutada; este tiempo es

base al tiempo de operacin de los interruptores ms un margen; si no se realiza la interrupcin, el

rel falla interruptor vuelve a operar sobre el mismo interruptor retrip- (Etapa 1), al no conseguir

el disparo se da la orden de un nuevo disparo pero a los interruptores asociados para despejar la

falla(Etapa 2).Para determinar los tiempos de coordinacin de las etapas hay que tener en cuenta tiempos

inminentes de la operacin de los interruptores como son la operacin de apertura y reposicin.

Determinacin de las etapas

Etapa 1: La etapa 1 es la cual el rel 50BF espera los tiempos de operacin y de reposicin del

interruptor para aclarar la falla, con lo que despus de un margen vuelve a dar la orden al mismo

interruptor de apertura.

Si se considera los tiempos de operacin del interruptor en 60 ms ms los de su reposicin 30 ms y

se considera un margen de 60 ms de identificacin y procesamiento de la falla, se establece eltiempo total de la Etapa 1 en 150 ms.

Etapa 2: La etapa dos consiste en el tiempo en que el rel da la orden de apertura de los

interruptores asociados por causa del fallido redisparo intentado en la zona 1. El tiempo de esta

etapa es el tiempo de la Etapa 1 ms la posible operacin y reposicin del interruptor fallado.

Por lo tanto este tiempo es el de la etapa 1 ms el tiempo de la posible operacin, 60 ms, y su

respectiva reposicin 30 ms; por lo tanto es de 240 ms.

Nota: Se debe considerar el tiempo en la operacin de la proteccin principal en el momento de la

falla, 40 ms.

Tiempo total de despeje de falla

En el caso de que se presente la falla en el interruptor y el redisparo no tenga xito el tiempo total

del despeje de falla seria la suma del tiempo de operacin de la proteccin 40 ms ms el tiempo

de la Etapa 2 (240ms) , ya que la Etapa 1 est inmerso en esta, ms el tiempo de operacin de los

interruptores asociados a la falla 60 ms. Por lo tanto se tiene un tiempo total de despeje de falla

de 340 ms


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Subestacin en anillo.

Como en la subestacin en anillo, cada lnea la protege dos interruptores y cada uno de estos

cuenta con una proteccin falla interruptor. La etapa 1 de la proteccin 50BF (150ms) operaria

sobre el mismo interruptor; si esta operacin de apertura no se lleva a cabo, entra a operar la zona

2 en 240 ms que dara la orden de apertura del interruptor adyacente, en el extremo contrario de l

de la lnea.

CONCLUSIONES

- En el criterio de la zona dos tanto de la lnea a proteger como de la adyacente, es muy

importante coordinar los tiempos de operacin para evitar que dispare primero protecciones

que se encuentran ms lejanas a la falla.

- En lneas adyacentes cortas, de la lnea a proteger, se puede presentar que el alcance mnimo

alcance de la zona 2, sobrepase la zona 1 de la lnea adyacente, presentando un traslape de las

zonas 2 de ambas lneas, para coordinar esta situacin, se disminuye el tiempo de la zona 2 de

la lnea adyacente y se aumenta el tiempo de la zona 2 de la lnea a proteger.

- En los sistemas de alta tensin el tiempo muerto debe ser mayor en los recierres monofsicos

que para los recierres trifsicos, debido al acople capacitivo de las fases sanas.

- Una falla del interruptor en una configuracin en anillo, puede presentar grandes problemas de

selectividad, ya que por cada interruptor est asociadas dos lneas, por lo tanto en la Etapa 2

del rel falla interruptor disparara interruptores distintos a los dos de falla provocando que las

lneas por estos salgan de servicio.

- La funcin de verificacin de sincronismo es muy importante en el momento de los recierres en

los esquemas barra viva-lnea viva, ya que se por dicho recierre se podra generar grandes

inconvenientes al sistema, como apagones y daos a generadores.


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BIBLIOGRAFA:

1. Subestaciones de Alta y extra Alta tensin. Mejia y Villegas. Segunda edicin.

2. Elementos de diseo de subestaciones. Heniquez Harper.

3. Curso terico prctico de Protecciones elctrica. Prada Sanchez, Luis Eduardo.

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