UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI UNIDAD ACADÉMICA DE CIENCIAS INGENIERÍA Y APLICADAS CARRERA INGENIERÍA ELÉCTRICA
Nombre: QUINATOA RICARDO
ASIGNATURA:
Protecciones
CICLO:
Séptimo “B”
CARRERA:
Ing. Eléctrica.
FECHA DE PRESENTACION:
27/11/2017
LATACUNGA – ECUADOR ECUADOR 2017
TEMA: Indique cómo se clasifica la protección de distancia 21 y cómo se realiza su respectiva calibración para cada uno de los casos
OBJETIVO GENERAL:
Investigar cómo se clasifica la protección de distancia 21 y cómo se realiza su respectiva calibración para cada uno de los casos, consultando en las diferentes fuentes de información, para así tener una mejor idea y poderla utilizar, teniendo en claro esta información para poderla aplicar de manera óptima en nuestros cálculos.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Investigar cómo se clasifica la protección de distancia 21.
Determinar cómo se realiza las diferentes calibraciones del relé 21en los diferentes casos.
Desarrollar la capacidad analítica referente a la protección de distancia y sus conexiones.
MARCO TEÓRICO:
Rele de distancia 21 Es la forma mas comun de protección en líneas de transmision de alto voltaje, las lineas tienen su impedancia por kilómetro, y usando este valor y comparandolo con el voltaje y la corriente la distancia a la falla puede ser determinada. El código ANSI para los reles de protección a distancia es el 21, este tambien es llamado relé de impedancia A diferencia de las protecciones para fase y neutro convencionales, la ventaja de la proteccion de distancia es que la cobertura de la falla del circuito a proteger es virtualmente independiente de las variaciones de la impedancia de la fuente.
Ventajas de la proteccion de distancia frente a la proteccion de sobrecorriente convencional.
La Impedancia de una linea de Transmisión es proporcional a su longitud, para la medicion de distancia es apropiado usar un relé capaz de medir la impedancia de una línea hasta un punto determinado (reach point). Este relé es el rele de distancia y es diseñado solo para operar con fallas que pudieran ocurrir entre la locacion del relé y el seleccionado reach point, dando una discriminacion para fallas que pudieran ocurrir en diferentes secciones de la linea. El principio básico de operación de la protección a distancia involucra la división del voltaje en el punto donde se encuentra el relé entre la corriente medida, la impedancia aparente calculada es comparada con la impedancia del reach point, si la impedancia medida es menor que la impedancia del reach point, se asume que existe una falla entre el relé y el reach point.
Relé de distancia (21)
Alcances y tiempos de operación de una protección de distancia Por esta razón, para dotar a las protecciones de distancia de una adecuada selectividad y facilitar su coordinación, es norma habitual definir, a partir del extremo de línea en que se ubica la protección, tres zonas de protección con alcances y tiempos de operación escalonados entre sí. La primera zona abarca del orden del 80 o 90 % de la longitud de la línea, contada a partir del extremo en que se ubica la protección. Esta protección se realiza mediante unidades instantáneas que, por tanto, operan tan rápido como permite su tecnología debido a que no introducen ningún tiempo intencionado de demora. La segunda zona incluye toda la línea y, además se extiende un 20 o 30 % de la línea siguiente. En este caso se emplean unidades de retardo que son ajustadas para operar en un tiempo del orden de 0,3 a 0,4 segundos. La tercera zona abarca toda la línea y el 100% de la línea siguiente. Esta zona se suele extender incluso algo más, con el fin de garantizar que incluye la totalidad de la línea siguiente. Esta protección también se realiza mediante unidades de retardo, con tiempos de operación mayores que los de la segunda zona y que, típicamente, se sitúan en valores del orden de 0,8 a 1 segundo.
Coordinación de protecciones de distancia Funcionamiento de los relés de distancia El funcionamiento de un relé de distancia se define en términos de exactitud del alcance y tiempo de funcionamiento. La exactitud del alcance es una comparación del alcance óhmico real del relé bajo condiciones prácticas con un relé que fija su valor en ohmios. La exactitud del alcance depende particularmente del nivel del voltaje presente en el relé bajo condiciones de falla. Las técnicas empleadas para la medición de impedancia correspondiente al diseño de ciertos relés, que también tienen un impacto en la exactitud. Los tiempos de operación pueden variar con la corriente de falla, con la posición de la misma con respecto al ajuste del relé y con un punto en la onda del voltaje en la cual ocurre la falla. Además, depende de las técnicas de medición empleadas en el diseño particular de ciertos relés, errores transitorios en la señal medida, como los producidos por transformadores de voltaje capacitivos o saturación de los transformadores de corriente.
Ajuste Del Relé De Distancia En el ajuste de protecciones de distancia debe llevarse a cabo los siguientes pasos:
Selección y activación de las funciones de protección requeridas,
Adaptación de la protección a la red e instrumentos transformadores,
Configuración de la interface con la subestación (supervisión de las alarmas, comandos y entradas y salidas binarias),
Ajuste de los valores de los umbrales de activación de las funciones.
Clasificacion del rele de distancia. Relé de Impedancia Este tipo de relé opera para todos los valores de impedancia medida menor que la impedancia de ajuste, es decir para todos los puntos dentro del círculo con centro en el origen
Característica de relé de impedancia en el plano complejo
Relé Direccional Este tipo de relés son elementos que producen apertura cuando la impedancia medida está en un semiplano y son utilizados conjuntamente con otros tipos, como por ejemplo con un relé de impedancia para obtener un semicírculo como característica de operación.
Características del relé direccional
Relé de reactancia Este tipo de relé se caracteriza por estar diseñado para medir solo la componente compleja de la impedancia, es decir que su ajuste sería por lo tanto el valor de reactancia.
Características del relé de reactancia
Relé Mho Se caracteriza por que presenta la combinación de las características del relé de impedancia y del relé direccional, al tener las características de ambos relés, el relé tipo mho opera para fallas por delante de su ubicación y tiene la ventaja que el alcance varía con el ángulo del relé, su característica es de una circunferencia que pasa por el origen de coordenadas.
Características de operación del Relé Mho
Relés con características Poligonal Este tipo de relé provee un alcance extendido para cubrir la resistencia de falla en particular para líneas cortas donde la posición de la resistencia de la línea puede ser ajustada dentro de la característica de operación. Este relé se caracteriza por poseer tres elementos de medición independientes, que son:
Reactancia,
Resistencia,
Direccional.
Las cuales se combinan adecuadamente, para ocasionar que el relé opere cuando los tres elementos hayan operado la forma de la zona de operación de este tipo.
Característica poligonal de operación
La característica de la zona de operación puede ser modificada dependiendo de los valores de los ángulos que se forman entre los ejes y la característica de la zona.
Ángulos de características de operación
=Ángulo referido al eje + ∝=Ángulo del relé =Ángulo referido al eje –
Los valores de estos ángulos permiten reducir o ampliar la zona de operación del relé, dependiendo del fabricante del relé los valores de los ángulos y pueden ser opcionales o en alguno de los casos uno o ambos ya vienen dados por defecto.
Desempeño del Relé El desempeño del relé de distancia esta definido en términos de precisión de alcance y tiempo de operación, la precision de alcance es una comparacion del alcance ohmico del relé durante condiciones normales de operacion con un valor predeterminado en ohms. La precision de alcance depende particularmente del nivel de voltaje presente en el relé bajo condiciones de falla, las técnicas de medición de la impedancia empleadas en diseños especificos del relé tambien tienen impacto. Los tiempos de operacion pueden variar con la corriente de falla, con la posicion de la falla respecto a la posicion del relé en el sistema de transmisión y en el punto de la onda de voltaje al cual ocurre la falla.
Zonas de proteccion Una cuidadosa seleccion del ajuste del alcande y los tiempos de disparo para las varias zonas de medida, habilita una correcta coordinación entre los reles de distancia en sistemas de potencia.
Ajuste de zona 1 Los relés electromecanicos usualmente tienen ajustado un alcande de hasta 80% de la impedancia de la linea protegida. Para los relés digitales los ajusten de hasta un 85% son seguros. Los resultantes 15-20% son margenes de seguridad que aseguran que no hay riesgo que en la zona 1 se presente un sobrealcance de la linea debido a errores en los transformadores de corriente y voltaje, impresiciones en la los datos de la impedancia de la línea.
Ajuste de zona 2 Para asegurar un cubrimiento completo de la linea con cierta tolerancia para las fuentes de error descritas en la zona 1 la proteccion debe ser al menos de 120% de la impedancia de la linea a proteger, en muchas aplicaciones es practica común establecer el alcance de la zona 2 igual al de la linea a proteger mas el 50% de la linea adyacente mas cercana. Cuando sea posible esto asegura que el maximo alcance efectivo de la zona 2 no se extienda mas alla del alcance de la zona 1 de la linea adyacente, esto evita la necesidad de una regulacion en ajustes de tiempo entre los relés situados aguas arriba y aguas abajo. El disparo de la zona 2 debe ser retrasado en el tiempo para asegurar la clasificacion con los reles primarios aplicados a circuitos adyacentes que caen en el alcance de la zona 2. Asi se logra una completa cobertura de una seccion de la linea, con una rápida eliminacion de fallos en el primer 80-85% de la línea y otra un poco lenta eliminacion de fallos en la seccion restante de la linea.
Ajuste de zona 3 El apoyo de proteccion remota para todas las fallas en lineas adyacentes puede ser proveido por una tercera zona de proteccion que esta retrasada en el tiempo para discrimirar la proteccion de la zona 2 mas el tiempo de disapro de los circuit breaker pra la linea adyacente. El alcance de la zona 3 debe ser ajustada al menos 1.2 veces la impedancia presentada al relé para una falla remota al final de la segunda linea.
Proteccion en sus diferentes zonas
Ejemplo 1 de un relé de distancia El sistema de potencia descrito en la figura muestra una red simple de 230 KV. El siguiente ejemplo muestra los cálculos necesarios para aplicar la protección de distancia a las 3 zonas de la línea que interconecta las subestaciones ABC y XYZ. Todas las características relevantes están dadas en el diagrama. Para este ejemplo se usara el relé MiCOM P441 con características Mho.
La impedancia de la línea es Zl =(0.089 + j 0.476) x 100 = 8.9 + j 47.6 Ώ
= 48.42 < 79.41° Usaremos valores de 48.42 (magnitud) y 80° (ángulo) Compensación Residual Los relés usados son calibrados en términos de la impedancia de secuencia positiva de la línea a proteger, debido a que la impedancia de secuencia cero de la línea entre los puntos
ABC y XYZ es diferente de la impedancia de secuencia positiva, la impedancia vista por el relé en el caso de una falla a tierra, que implica el paso de la corriente de secuencia cero, será diferente a la observada para una falla de fase. Por lo tanto el alcance de las fallas a tierra del relé requiere una compensación de secuencia cero, para el relé usado este ajuste es proveido por el factor de compensación residual K Z0 que es igual a K ZO
( Z 0
K Z 0
3 Z 1 ( Z 0 Z 1 ) 3 Z 1
Z L1
0.089
Z L 0
K z 0
Z 1 )
j0.476(0.48479.41)
0.426 j1.576(1.63274.87)
0.792
K z 0 6.5
Ejemplo 2 de un relé de distancia La corriente máxima de falla en un circuito dado es de 12000 A. la relación de transformación nominal del TC es 1200/5 y el TC a usarse es con un tap de 800/5. La clase del TC es C-200, la resistencia del secundario es de 0.2, la carga total secundaria es de 2.4 y el factor de potencia es 0.6. Determinar si en la ocurrencia de falla el error excederá el 10%.
La resistencia del devanado secundario del TC puede ser ignorada puesto que por definición, la clase C-200 indica que el TC puede resistir 200 V más la caída producida por la resistencia del secundario con un rango de corriente igual a 20 veces el valor nominal, y con un factor de potencia de la carga tan bajo como 0.5. No obstante, las caídas de voltaje en el secundario pueden ignorarse solo si la corriente no excede los 100 A. I s
Z B
800
N P
5
1200 *
75 A
( N P V C ) / 100 800
1200
0.667
Z B (0.667 * 200V ) / 100 1,334
Como la carga del circuito es mayor que la máxima permisible (1.334), el error puede exceder el 10% durante una falla de 12000 A, lo que resulta en una corriente secundaria máxima de 75 A. Consecuentemente, es necesario reducir la carga incrementando el tap del TC o usar otro TC de mayor clase.
Ejemplo 3 de un relé de distancia
Calcular los tiempos de respuesta del relevador para fallas identificadas en el ejemplo anterior y en la parte b) del presente y hacer un bosquejo de las características de respuesta tiempo-distancia del relevador 3
E
11*10 3
6350.85v
X S 1 .9846
320
6350.85
X S
X 32
X 32 0 .1322
2500
6350.85
X S
X
32
X
21
X 21 0 .4234 6350.85
I SCA
I SCB
X S
0.5 X 32
2727.27 A
6350.85
X S
X 32
2727.27 A
0.5 X 21
Considerar el relevador en 3, la relación del TC es 400/5, el ajuste de la derivación de corriente es 10A, y la calibración del dial de tiempo es 2.5 I Re levador
3200 400 / 5
40 A
I Re levador CTS
40
10
4
T 33
0.8 s
I Re levador
T 3 A
T 32
3096.77
38.71 A
I Re levador CTS
400 / 5
38.71
3.871 A
10
0.85 s
0.9 s
T B 1.05 s T 31
1.2 s
Considerar el relevador en 2, la relación del TC es 200/5, CTS =10A y TDS = 2. Se obtienen los siguientes tiempos de operación: T 22
0.5 s T 2 B ,
0.53 s T 21 ,
0.55 s
CONCLUSIONES
La protección del relé de distancia es muy esencial en un SEP ya que nos ayuda a proteger una red eléctrica, de cualesquier daño así evitando un colapso en el sistema.
El relé de protección 21 es muy importante ya que protege a los equipos y dispositivos conectados en la red, porque una falla puede traer múltiples consecuencias.
La ventaja que tiene el relé 21 es que puede proteger largos tramos del sistema ya que posee múltiples zonas que le ayudan hacer más eficiente.
El relé 21, es una protección capaz de proteger fallas cercanas y fallas lejanas, aplicando diferentes tiempos de disparo según la distancia.
RECOMENDACIONES:
Saber la forma correcta de conectar el relé de protección para que así no existan fallas en el sistema.
Calibrar adecuadamente el relé de protección para que al momento de presentar una falla, su acción sea inmediata.
Tener presente la forma adecuada de poner en funcionamiento al relé, de acuerdo a las zonas de protección configuradas.
BIBLIOGRAFÍA
SYMMETRICAL
COMPONENTS.APPLIED
TO
ANALYSIS
OF
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ART & SCIENCE OF PROTECTIVE RELAY. C. Russel Mason.
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PROTECTIVE RELAYING THEORY AND APPLICATIOS. Walter A. Elmore. ABB Power T&D Company Inc. Relay Division. Coral Springs. Florida
