relevadores de proteccion - distancia (protecciones eléctricas)

RelevadoresdeSobrecorrienteydeDistancia

ProteccindeSistemasElctricosII

Prof.GermnRosasOrtiz

1

ProteccindeSobrecorriente

ProteccindeSobrecorriente

Construccindeunrelevadordediscodeinduccin

ProteccindeSobrecorrienteReglasdeajuste:

Dosajustesdebendefinirse:

Pickupcurrent ocorrientedearranquedelrelevadorseseleccionaunvalordeajustearribadelacorrientedeoperacinnormalperodebajodelacorrientedefallamnima.Objetivoprimario:protegerelementodelsistema,objetivosecundario:proveerrespaldo.Eselvalormnimodelacorrientedeoperacindelrelevador.Ejemplo:Ipickup=4Aoperarasolosilacorrienteatraves delrelevadores4Aomayor



TimeDialSetting (TMS)opalancadetiempo Enunrelevadorelectromecnicoesunapalancaquemuestradiferentesposicionesdetiempoparamoveruncontactorelativoauncontactofijo.Normalmenteenvaloresde0.5a10(delmasrpidoalmaslento).Lavel.deoperacindeldiscodependedelamagnitudde

lacorrientedeoperacinydeltiempodeoperacindadoporladistanciaqueelcontactomvildeberecorrerhastaalcanzarelcontactofijo.Relacintiempoinversovscorriente



TimeDialSetting (TMS)opalancadetiempoElobjetivodeesteajusteespermitirlacoordinacindelosrelevadores.Unafamiliadecurvaspermitequedosomasrelevadoresviendolamismafalladefinidapormltiplosdelacorrientedearranqueoperenadiferentestiempos.Lascurvassondadasporelfabricante

ProteccindeSobrecorrienteEjemplo:Usandolafiguraanterior,determineeltiempodeoperacinparaunrelevadorconunacorrientedearranquede4.0A,unapalancadetiempode1.0yunacorrientedeoperacinde12.0A.Solucin: lacorrientedeentradade12.0Acorrespondeaunvalorde12/4=3xpu.Usandoestevalorenlacurvacorrespondientealapalancadetiempode1.0,nosdauntiempodeoperacinde1.375s.Comootroejemploparaunrelevadorconunacorrientedearranquede5.0A.,palancadetiempode2.0yunacorrientedeoperacinde15.0A.lacorrientedeoperacines3xpu,yeltiempodeoperacincorrespondientealapalancadetiempode2.0es2.25s.

ProteccindeSobrecorrienteNormalmentelacorrientedeoperacindebesermayor(variasveces)quelacorrientedearranqueparaasegurareldisparo.Portantosedebenusarmltiplosdelacorrientedearranqueparatenerunaoperacinconsistente(almenos3a4xpu)

ProteccindeSobrecorrienteEjemplo:Usandolascurvasdelrelevador,determinelapalancadetiempoparauntiempodeoperacinde1s.deoperacinparaunrelevadorconunacorrientedearranquede10Ayunacorrientedeoperacinde50A.Solucin: lacorrientedeentradade50Acorrespondeaunvalorde50/10=5 pu.Usandoestevalorenlaabscisayeltiempodeoperacinde1s.enlaordenada,lacurvadelapalancadetiempoquecorrespondees2.Considereahoraunrelevadorconunacorrientedearranquede5Ayelmismotiempodeoperacinde1s.,yunacorrientedefallade50A.

ProteccindeSobrecorrienteOtroejemplo:Considereahoraunrelevadorconunacorrientedearranquede5Ayelmismotiempodeoperacinde1s.,yunacorrientedefallade50A.Solucin:Lacorrientedeoperacines50/5=10 pu enlaabscisaytiempodeoperacinde1.0senlaordenada,quecorrespondealacurvadelapalancadetiempode5.0.

ProteccindeSobrecorrienteEjemplo:Usandolafiguraanterior,determineeltiempodeoperacinparaunrelevadorconunacorrientedearranquede4.0A,unapalancadetiempode1.0yunacorrientedeoperacinde12.0A.Solucin: lacorrientedeentradade12.0Acorrespondeaunvalorde12/4=3xpu.Usandoestevalorenlacurvacorrespondientealapalancadetiempode1.0,nosdauntiempodeoperacinde1.375s.Comootroejemploparaunrelevadorconunacorrientedearranquede5.0A.,palancadetiempode2.0yunacorrientedeoperacinde15.0A.lacorrientedeoperacines3xpu,yeltiempodeoperacincorrespondientealapalancadetiempode2.0es2.25s.

ProteccindeSobrecorrienteAhoraparausarestosajustesseconsideralacorrientedecargamximadelsistemaylacorrientedecortocircuitomnima.Entonceselajustedelrelevadoresentredosveceslamximacorrientedecargayunterciodelvalordelacorrientedefallamnima.

ProteccindeSobrecorrienteEjemplo:DeterminelarelacindelTC,lacorrientedearranqueylapalancadetiempoparaelrelevadorenelinterruptor1,sesuponequenohaycoordinacinconningnotrorelevador.Lacorrientedecargamximaes95A.,lacorrientemnimadefallaes600Aylacorrientemximadefallaes1000A.SeleccionelarelacindelTCparadarunacorrientesecundariaparacargamximade5.0A,esdecir95/5=19:1.

ProteccindeSobrecorrienteSolucin:DebidoaquenohayunarelacindeTCestndarseseleccionaelmascercanode20:1o100:5.Elajustedelacorrientedearranquedebeestarentre2veceslacorrientedecargamximayunterciodelacorrientemnimadefalla.UsandolarelacindelTC,dosveceslacargamximaes190Adivididopor20ounacorrienteenelrelevadorde9.5A

ProteccindeSobrecorrienteSolucin(cont):Suponiendoqueelrelevadortienetapsde4.0,6.0,8.0,10.0y12.0,seleccionamoseltap de10.0Aquedaunacorrienteprimariadearranquedelrelevadorde200A.Dividindoloentre95Adelacorrientedecargaresultaenunmargende2.1 pu.Paraprevenirunaoperacinincorrecta(porseguridad).Lacorrientedefallamnimade600Asedivideporlacorrientedearranquedelrelevadorquees200A.,loqueda3 pu paraasegurarunaoperacincorrecta(dependabilidad).Paraestaconfiguracinnoserequierecoordinacinporloquesepuedeelegirelretardodetiempoconlapalancamaspequea(operacinmasrpida)de1/2.

Coordinacinderelevadoresdesobrecorriente


Ejemplo:Sesuponeunsistemaradialcondossegmentosdelneaprotegidospor2relevadoresdesobrecorriente.Rb (relevadoraguasabajo)debeprotegerparalafallayabrirprimeroyRab (relevadoraguasarriba)debe,siesposible,proveerrespaldoencasodefallaparaoperardeRb. PortantolacorrientedearranqueprimariadeRab debeserlamismaqueladeRbyelajustedetiemposedebecoordinarconel.


Ejemplo(cont):Esteajustedetiempodebehacerseconlacondicindecorrientemxima,i.e.,suponiendounafallatrifsicacongeneracinmximadetrsdelrelevador.Enunsistemaradial,todoslosrelevadoresquerequierencoordinacindebenserexaminadosparaoperacinenestamismacorrienteprimaria.


Ejemplo(cont):Cuandoselogralacoordinacinacorrientemxima,laformadelascurvasinversasconsiderandoquetodassondelamismafamiliaasegurarancoordinacinanivelesmenoresdecorriente.


Solucin:Delosdatos,lacorrientedearranquedeRbes10A,ylapalancadetiempoes(lamasrpida).Tericamente,paraasegurarqueRab respaldaaRb sedebeusarlamismacorrientedearranque,i.e.,quevealamismafallaperoconunapalancadetiempomaslenta(mayorvalor).


Solucin(cont):LacorrientedeoperacindeRb sedeterminadelafamiliadecurvasalacorrientedefallamximaenelbusB(1500A)divididosporsucorrientedearranque(20*10A)o7.5xpu ylapalancadetiempode1/2.Deesto,eltiempodeoperacines0.25s.Seagregan0.3sdetiempodecoordinacinyeltiempodeoperacindeRab debeserde0.55s.


Solucin(cont):Sisehacereferenciaalafamiliadecurvasconlamismacorrientedefallamximade1500AenelbusBypu de20*10A,elajustedelmltiplodetap es7.5xpu yeltiempodeoperacines0.55s.Interpolandoentrelascurvasdepalancadetiempode1y2daunajustede1.5(Lapalancadetiemporealdebedeterminarseconpruebas)

Laproteccindedistancia

Porqueutilizarlaproteccindedistancia

Elproblemadecombinarunaeliminacinrpidadefallaconundisparoselectivoeslaclaveparalaproteccindesistemasdepotencia.

Paralograresto,sistemasdeproteccindealtavelocidadparacircuitosdetransmisinydedistribucinprimariosqueseanadecuadosparausoenrecierres automticosdeinterruptoresdecircuitoestnconstantementeendesarrolloysonampliamenteusados.

Laproteccindedistanciaesunsistemadeproteccinqueofreceunagrancantidaddeventajastcnicasyeconmicas.

Adiferenciadelaproteccindesobrecorriente,laventajaclavedelaproteccindedistanciaesquesucoberturaparafallasenelcircuitoprotegidoesvirtualmenteindependientedelasvariacionesdelaimpedanciadefuente.

PorqueutilizarlaproteccindedistanciaConlavariacinde

impedanciadetrsdelrelevador,losajustesdebenser7380AEstoesimprctico,

porloqueunrelevadordesobrecorriente noesaplicableSedebeusaren

estecaso,proteccindedistanciaoconcanaldecomunicacin

27

BUS C

BK1EA

BUS A BUS B

BK2 BK3 BK4

EB EC

ZAB ZBC

RA

Principio de operacin de la proteccin de distancia

Linea de transmision

RA

Transformadorde corriente

TP

Relevador de distancia

Linea de transmisioninterruptor

F1

28

Distancia, km

Impe

danc

iaZ

en

BUS C

BK1EA

BUS A BUS B

BK2 BK3 BK4

EB EC

ZAB ZBC

RA

RAVZI

=

ZF

scF

sc

VZI

=


Losrelevadoresdedistanciarespondenalarelacindelvoltajealacorrientedelsistema.Estosrelevadoresseajustanparaoperarcuandolaimpedanciaaparenteesmenoralaimpedanciafijadelazonaaproteger

Definiendolosajustessepuedetenerunacoordinacinadecuadaentrevariosrelevadoresdedistanciaenunsistemadepotencia.

Laproteccindedistanciabsicacomprendeunazonadeoperacininstantnea(zona1)yunaomaszonasconretardodetiempo(zonas2,3,4.)


Losajustes(tiempoyalcance)delaszonas1,2y3son:

Zona1:seajustaal80%delalongituddelalneaAByoperasinretardo.SeconsideranerroresdeTcs yTPs ylimitedetoleranciaenlamedicindelrelevador.


Zona2:cubreel100%delalneaAB,masalmenosun20%delalneacontiguamascortaconuntiempoderetardot2de0.3a0.5s

Zona3:cubre100%delaslneasAB,BC,masun25%delaterceralneaCDyoperaconuntiempoderetardot3de1.5s

Losrelevadoresdigitalespuedentenerhasta6zonasdeproteccin.Algunasparacubrirladireccincontraria


Laproteccindedistancia ClasificacionLos relevadores de distancia se clasifican segn la forma de sus zonas deoperacin. En general se reconocen cuatro formas de la caracterstica deoperacin:

a) Caracterstica de impedanciab) Caracterstica de admitancia o mhoc) Caracterstica de reactanciad) Caracterstica poligonal o cuadrilateral

Un relevador de distancia opera si la impedancia medida por el relevadorest dentro de su caracterstica de operacin.

R

X

R

X

R

X

R

X

33

Zona 2

Zona 1

Zone 2 (t2) ~120% Zone 1

~80% BUS C

BK1EA

BUS A BUS B

BK2 BK3 BK4

EB EC

ZAB ZBC

RA

ZcargaZcarga

Zlinea

R

X

F2F1

ZF1

ZF2

t2 300 600 ms


34

Uso de la proteccin de distancia en L. de T. de dos terminales

35

RA

BK1EA

BUSA BUSB BUSC

BK2

Zone1Zone2(t2)

BK3 BK4

EB EC

ZAB ZBC

~80%

~120%

t2300 600ms

Proteccin de distancia en lneas de dos terminales

36

RA

BK1EA

BUSA BUSB BUSC

BK2

Zone1Zone2

BK3 BK4

EB EC

ZAB ZBC

Zone1Zone2

RB


37

RA

BK1EA

BUSA BUSB BUSC

BK2

Zone1Zone2

BK3 BK4

EB EC

ZAB ZBC

Zone1Zone2

RB100%


38

RA

BK1EA

BUSA BUSB BUSC

BK2

Zone1Zone2

BK3 BK4

EB EC

ZAB ZBC

Zone1Zone2

RB

F

IA IB


39

RA

BK1EA

BUSA BUSB BUSC

BK2

Zone1Zone2

BK3 BK4

EB EC

ZAB ZBC

Zone1Zone2

RB

F


40

RA

BK1EA

BUSA BUSB BUSC

BK2

Zone1Zone2

BK3 BK4

EB EC

ZAB ZBC

Zone1Zone2

RB~60%


41

RA

BK1EA

BUSA BUSB BUSC

BK2

Zone1Zone2

BK3 BK4

EB EC

ZAB ZBC

Zone1Zone2

RB

F

IA IB


42

RA

BK1EA

BUSA BUSB BUSC

BK2

Zone1Zone2

BK3 BK4

EB EC

ZAB ZBC

Zone1Zone2

RB

F

IA


43

RA

BK1EA

BUSA BUSB BUSC

BK2

Zone1Zone2

BK3 BK4

EB EC

ZAB ZBC

Zone1Zone2

RB

F

InterruptorBK1abresolodespuesdequealcanzaat2


Determinacin de la impedancia vista por los relevadores de distancia


Cadaunadelaszonasdelosrelevadoresdedistanciarequieredeseisunidadesparamedircorrectamentelaimpedanciadefalla:Tresunidadesparadetectarfallasentrefases(AB,BC,CA)y,Tresunidadesparadetectarfallasdefaseatierra(AG,BG,CG).

ParalacorrectaeleccindelassealesdevoltajeycorrientequedebenalimentarcadaunadelasunidadesdelrelevadorseconsideraelsistematrifsicoconunafallaenelpuntoF


Parafallasentrefases(BC):

Elcircuitoequivalentedelasredesdesecuenciainterconectadases

1 2I I=

1 2F FE E=

1FZ

1E

1I

1GE 2GE1FE

2FZ

2E

2I

2FE


Utilizandolatrasformacindecomponentessimtricasacomponentesdefaseseobtienenlosvoltajesycorrientesdefase:

ParaestecasolaimpedanciadefallavistaporelrelevadorRbc,anteunafallabifsicaentrelasfasesBCrequieredelosvoltajesycorrientesquesemuestranenlaecuacin

Porloquesustituimoslosvalorescorrespondientesentrminosdesuscomponentessimtricas

0 1 2aE E E E= + +

20 1 2bE E a E aE= + +

20 1 2cE E aE a E= + +

0 1 2aI I I I= + +

20 1 2bI I a I aI= + +

20 1 2cI I aI a I= + +

b cRbc

b c

E EZI I

=


Estoes:( ) ( )( ) ( )

2 20 1 2 0 1 2

2 20 1 2 0 1 2

Rbc

E a E aE E aE a EZ

I a I aI I aI a I

+ + + +=

+ + + +

( ) ( )( ) ( )

2 21 2

2 21 2

Rbc

a a E a a EZ

a a I a a I

=

( )( )( )( )

21 2 1 2

21 21 2

Rbc

a a E E E EZI Ia a I I

= =


AplicandoleyesdevoltajesdeKirchoff alcircuitodelafigura2.10,seobtienelaimpedanciadesecuenciapositivaZ1F.

1FZ

1E

1I

1GE 2GE1FE

2FZ

2E

2I

2FE

1 1 1 2 1 2 0F FE I Z I Z E + + =

1 21

1 2F

E EZI I

=


Portantolamedicion deimpedanciadesecuenciapositivasepuedeigualardelasiguientemanera:

Conclusin:ElrelevadordedistanciaRbc queestalimentadoporlasdiferenciasdevoltajeycorrientesdelnea,delasfases BC,midelaimpedanciadesecuenciapositivadefalla Z1F,cuandolafallaocurreentreestasfases

1 21

1 2

b cRbc F

b c

E E E EZ ZI I I I

= = =


ParaunafallamonofsicaenelmismopuntoF,lasredesdesecuenciaresultantesson

1FZ

1E

1I

1GE 2GE1FE

2FZ

2E

2I

2FE

0FZ

0E

0I

0FE


setienequeenelpuntodefallasiseconsideraZ1F =Z2F:

lastensionesdesecuenciason:

ylatensintotales:

deloanterior

yreagrupandotrminos:

1FZ

1E

1I

1GE 2GE1FE

2FZ

2E

2I

2FE

0FZ

0E

0I

0FE

1 2 0I I I= =

1 1 1 1F FE E Z I=

2 2 1 2F FE E Z I=

0 0 0 0F FE E Z I=

0 1 2 0aF F F FE E E E= + + =

0 0 0 1 1 1 2 1 2aF F F FE E Z I E Z I E Z I= + +

( ) ( )( ) ( ) ( )

( )

0 1 2 1 1 2 0 0

0 1 2 1 1 2 0 0 1 0

1 0 1 0

0

0

0

F F

F F F

a F a F F

E E E Z I I Z I

E E E Z I I I Z Z I

E Z I Z Z I

+ + + =

+ + + + =

=


Delaultimaecuacin,Ea sustituyelasumade(E1 +E2 +E0)eIa sustituyealasumade(I1 +I2 +I0)ytambinsesabequeEa =Z1FIa

Sihacemos:

Finalmentelacorrientecompensadaestdadapor:

( ) ( )( ) ( ) ( )

( )

0 1 2 1 1 2 0 0

0 1 2 1 1 2 0 0 1 0

1 0 1 0

0

0

0

F F

F F F

a F a F F

E E E Z I I Z I

E E E Z I I I Z Z I

E Z I Z Z I

+ + + =

+ + + + =

=

( )( )

( )

'1 1 0 1 0

0 1' 10

1 1

0 1'0

1

F a F a F F

F FF aa

F F

F Fa a

F

Z I Z I Z Z I

Z ZZ II IZ Z

Z ZI I I

Z

= +

= +

= +

( )0 11

F F

F

Z Zm

Z

=

'0a aI I mI= +

'aI


DondeZ0F yZ1F enlaecuacin,sonimpedanciasdesecuenciapositivaycerodelalneaprotegida.Elfactormseconocecomofactordecompensacinquecompensalacorrientedefaseparatomarencuentaelacoplamientomutuoentrelafasefalladaylasfasessinfalla.

Porlotanto,paramedircorrectamentelaimpedancia quemideelrelevadorRagqueprotegelafaseAparalafalladefaseAG,debeestaralimentadopor:

1'a

ag Fa

ER ZI

= =


Portantoelcalculodeimpedanciaenlasunidadesdemedicindeimpedanciaparafallasentrefasesson:

yparalasunidadesdemedicindeimpedanciaparafallasmonofsicasatierra:

equivalentea

y

( )( )

( )( )

2 21 1 1 1

12 211 1 1

1

1a b

Rab Fa b

E a E a EE E EZ ZI I II a I a I

= = = = =

( )( )

( )( )

2 21 1 1 1

12 211 1 1

b cRab F

b c

a E aE a a EE E EZ ZI I Ia I aI a a I

= = = = =

( )( )

( )( )

1 1 1 11

1 1 1 1

11

c aRab F

c a

aE E a EE E EZ ZI I aI I a I I

= = = = =

( )' 0 10

1

a aRag

aa

E EZZ ZI I I

Z

= =

+

11'

1

aRag F

a

E EZ ZI I

= = =

11'

1

bRbg F

b

E EZ ZI I

= = = 1 1'1

cRcg F

c

E EZ ZI I

= = =


Ejemplo:

Considereelsiguientesistemasimplerepresentadoporeldiagramaunifilar.Elvoltajenominales13.8kV,ylasimpedanciasdesecuenciapositivaycero(entreparntesis)delosdoselementossemuestrantambin.CalculelaimpedanciaqueelrelevadordedistancialocalizadoenelBusAmideparafallastrifasica,entredosfasesymonofsicaatierra.


Solucin:

Anlisisparaunafallatrifsica.Paraestecaso,deacuerdoalateoradecomponentessimtricas,lanicacorrientequeexisteeslacorrientedesecuenciapositiva,quetambineslacorrientedelafasea,queestadadapor:

Elvoltajedefaseaneutroes7967.4=(13800/3).Elvoltajedelafasea enellugardelrelevadores:

yportantolaimpedanciavistaporelrelevadorenestecasoes:


Solucin(cont):

Anlisisparaunafallaentredosfases(BC).Paraestecaso,lasredesdesecuenciaseconectanenparaleloyportantoI1=I2,porloque

Tambin

y

Losvoltajesdesecuenciapositivaynegativaenellugardelrelevadorson


Solucin(cont):

Anlisisparaunafallaentredosfases(BC).LosvoltajesdelasfasesByCenellugardelrelevadorson:

Portanto,yfinalmente


Solucin(cont):

Anlisisparaunafallamonofsicaatierra(AG).Paraelanlisisdeestafalla,lastrescomponentessimtricasdelacorrientesoniguales

Lascomponentessimtricasdelosvoltajesenellugardelrelevadorson:


Solucin(cont):

Anlisisparaunafallamonofsicaatierra(AG).Losvoltajesylascorrientesdelafaseenellugardelrelevadorson:

Elfactordecompensacinm delacorrientedesecuenciaceroestadadopor

ylacorrientecompensadadelafaseaesporloquefinalmentetenemos:


Tareaparaellunes2dic 2013

Repitaelejemploanteriorparaencontrarlaimpedanciadefallaparalostrestiposdefallavistos,perousandounaimpedanciadelneadesecuenciapositivaycerode6+j30y12+j100,respectivamente.

Lafuentetieneunatensinde23kVconlasmismasimpedanciasdesecuenciadelejemploanterior

Relevadores de Sobrecorriente y de DistanciaProteccin de Sistemas Elctricos II Proteccin de SobrecorrienteProteccin de SobrecorrienteProteccin de SobrecorrienteProteccin de SobrecorrienteProteccin de SobrecorrienteSlide Number 7Proteccin de SobrecorrienteProteccin de SobrecorrienteProteccin de SobrecorrienteProteccin de SobrecorrienteProteccin de SobrecorrienteProteccin de SobrecorrienteProteccin de SobrecorrienteProteccin de SobrecorrienteProteccin de SobrecorrienteCoordinacin de relevadores de sobrecorrienteCoordinacin de relevadores de sobrecorrienteCoordinacin de relevadores de sobrecorrienteCoordinacin de relevadores de sobrecorrienteCoordinacin de relevadores de sobrecorrienteCoordinacin de relevadores de sobrecorrienteCoordinacin de relevadores de sobrecorrienteLa proteccin de distanciaPorque utilizar la proteccin de distanciaPorque utilizar la proteccin de distanciaSlide Number 27Slide Number 28Slide Number 29Slide Number 30Slide Number 31La proteccin de distancia - ClasificacionSlide Number 33Uso de la proteccin de distancia en L. de T. de dos terminalesSlide Number 35Slide Number 36Slide Number 37Slide Number 38Slide Number 39Slide Number 40Slide Number 41Slide Number 42Slide Number 43Slide Number 44Slide Number 45Slide Number 46Slide Number 47Slide Number 48Slide Number 49Slide Number 50Slide Number 51Slide Number 52Slide Number 53Slide Number 54Slide Number 55Slide Number 56Slide Number 57Slide Number 58Slide Number 59Slide Number 60Slide Number 61Slide Number 62

relevadores de proteccion - distancia (protecciones eléctricas)

Documents