Proteccion de Distancia_1

8/10/2019 Proteccion de Distancia_1

1/108

Proteccin de Distancia(Parte 1)


2/108

Cortocircuitos Simples

2

abc

abc

a

bc

a

bc

Trifsico

(Balanceado)

Monofsico a

tierra

Bifsico

Desbalanceados

Bifsico a

Tierra


3/108

Tipos de Cortocircuito en lineas

3

Monofsico a Tierra: 70 80 %Bifsico a Tierra: 17 10 %

Bifsico: 10 8 %

Trifsico: 3 2 %


4/108

Mtodo de Clculo de la Corriente de Falla

1. Determine los puntos de simulacin (s)

2. Encuentre las impedancias equialentes desecuencia

!. Calcule el Circuito T"eenin equialente

#. Conecte la redes de secuencia $ calcule la corrientede %alla

&. Calcule las tensiones $ corrientes de secuencia

'. Calcule las cantidades de %ase

4


5/108

Ib

Ia

Ic

Descomposicin de un Sistema Desalanceado

5

Ib2

Ic2

Ia1

Ib1Ic0

Secuencia Positiva Secuencia Negativa

Ia2

Balanceada Balanceada

Secuencia Cero

Monofsico

Ic1

Ib0

Ia0


6/108

Frmulas

6

2

2

10c

2120b

210a

IaIaII

IaIaII

IIII

++=

++=

++=

2

2

10c

212

0b

210a

VaVaVV

VaVaVV

VVVV

++=

++=

++=

( )

( )

( )cb2

a2

c

2

ba1

cba0

IaIaI3

1I

IaIaI3

1I

III3

1I

++=

++=

++=

De Fase a Secuencia:

De Secuencia a Fase:

Donde: o.a 12001=

( )

( )

( )cb2

a2

c

2

ba1

cba0

VaVaV3

1V

VaVaV3

1V

VVV3

1V

++=

++=

++=


7/108

epresentacin de un *enerador simpli%icado

7

Terminal

gnccSbmamc

gnbcmbSamb

gnacmbmaSa

VVIZIZIZE

VVIZIZIZE

VVIZIZIZE

++++=

++++=

++++=EcuacionesTrifsicasAcopladas

ZS

+Ea

+Eb

+Ec

Ia

Ib

Ic

-

-

-

ZS

ZS

ZmZm

Zm

Ze

a b cg

n


8/108

edes de Secuencia del +enerador

8

Z1 Z2=Z1 Z0

+

-V1 V2 V0

+

-

+

-

+

-

111 VIZE += 00e00 VIZ3IZ0 ++=

Positiva Negativa Cero

E 3ZeI1 I2 I0

N1 N2 N0

Tres Ecuaciones Desacopladas

222 VIZ0 +=


9/108

edes de Secuencia del Tra%o ,-,

9

Z1 Z2=Z1 Z0

V1

+

-V2

+

-V0

+

-V1 V2 V0

+

-

+

-

+

-

1111 VIZV += 2222 VIZV += 0000 VIZV +=


I1 I2 I0

(Por Unidad)


10/108

Z1 Z2=Z1 Z0

V1

+

-V2

+

-V0

+

-V1 V2 V0

+

-

+

-

+

-

oj30

1111 eVIZV +=

oj30

2222 eVIZV

+=


I1 I2 I0

000 VIZ0 +=

10

edes de Secuencia del Tra%o ,-D

(Por Unidad)


11/108

orque la cone/in delta es una 0Trampa de

corriente de secuencia cero

11

N1 N2 Ia0

Ia0

Ia0

0

0

0

a

b

c


12/108

Medicin de parmetros de secuencia positia

12

Z(+)

V(+)

I(+)

)()()(Z

+

+=+

IV

Subestacin LocalSubestacin Remota

A

Z(+)

Z(+)


13/108

Medicin de parmetros de secuencia cero

13

)0(

)0()0(Z

I

V=

I0

V0

ZE

Subestacin LocalSubestacin Remota

3.I0

)(.0Z += ZkE

A

Z(+)

Z(+)

Z(+)


14/108

Medicin de la impedancia de secuencia cero M3

14

I0

V01

Subestacin Local Subestacin Remota

A

Medicin 1: Linea 2 aterrizada en ambos extremos

Lnea 1

Lnea 2


15/108

Medicin de la impedancia de secuencia cero M3

15

I0

V02

Subestacin Local Subestacin Remota

A

Medicin 2: Lnea 2 flotante en un extremo

Lnea 1

Lnea 2


16/108

Calculo de la impedancia de secuencia cero M3

16

=

0

02

0

01020 ..

3

1Z

I

V

I

VVM

La corriente I0 de la medicion 1 debe ser igual a la corriente I0 de

la medicion 2, de modo que V02>V01


17/108

17

Trans%ormadores de Corriente


18/108

18

Nucleo de Hierro

Bobina secundaria

con Ns Espiras

TC aisla al rel del

sistema HV Reduce drasticamente

la corriente

Idealmente: Is = Ip/ Ns

Ip

Is

Rel

h g

rincipios del Trans%ormador de Corriente (TC)


19/108

19Photo courtesy of Kuhlman Electric Corp., used with permission.

E4emplo del 5ucleo $ el 6oinado Secundario


20/108

20

IP

IS

IP

IS

P1 P2

S1 S2

ANSI IEC

S7molos de los TC


21/108

21

Ia

Ib

Ic

Ics

Ibs

Ias Ires

Ia

Ib

Ic

Ibs-Ias

Ias-Ics

Ics-Ibs

Estrella Delta

Cone/iones Comunes de los TCs


22/108

22

elacin de Trans%ormacin (atio)(RTC)

El denominador es la corriente nominal delsecundario

Tipicamente8 1 9 o & 9 El 5umerador no siempre es la corriente

nominal del primario

Ejemplos: CTR = 200/5 = 40CTR = 1200/5 = 240CTR = 400/1 = 400S

P

I

IRTC =


23/108

23

Carga de un TC

:a car*a de un TC consiste de la suma de la

impedancia de los conductores $ laimpedancia del rel

IP

IShg

ZRELE

ZCOND.

Voltaje en la Terminal del TC es:

)( RELECONDSLOADSgh ZZIZIV +==


24/108

24

Comportamiento 5o-:ineal Sin ;isteresis

iE iE


25/108

25t

iE

iE

t

t

vs

dt

dNv ss

Saturacin 9pro/imada con una


26/108

26

Corriente Secundaria en un TC Saturado con =p Sinusoidal ura

t

t

CargaResistivaPura

ip/N(Ideal)

is

Z = R+jX

is


27/108

27

Circuito Equialente de un TC

g

h

ISIE

IP/Ns

ZLOAD

Ideal

IP/Ns

Rp RsjXp jXs

LOADSssSSE

S

PS ZIjXRIVI

N

II ++== )(;

VS

+

-No-Lineal


28/108

28

Cura de E/citacion >sando VS

Vs

IE

Grafica Logaritmica

Voltaje deSaturacion Vsat

dt

dNv ss


29/108

29

De%inicin del Codo de Saturacin 95S=

45o

Vs(Voltaje de

Excitacin)

IE

Graficologaritmico

ANSICodo deSaturacin


30/108

30

De%inicin del Codo de Saturacin =EC

IE

Vs(Voltaje de

Excitacin)

IECCodo de Sat.

GraficaLogaritmica


31/108

31

95S=

unto de la cura de e/citacin la l7neatan*ente esta a #&

=EC

13? de camio en el olta4e de e/citacioncausa un &3? de camio en la corriente de

e/citacin

95S= s. =ECCodo de Saturacin


32/108

32

TC: 10 P 20

Error


33/108

33

Cura de E/citacin T7pica


34/108

34

dt

dNv ss

iE

iE

t

t

t

vs

espuesta del TC a una onda Sinusoidal =p


35/108

35

9plicaciones de Medicin

9plicaciones de roteccin

:etra de desi*nacin

@olta4e nominal de los terminales

Clasi%icacin 95S= de un TC


36/108

36

:etra de Desi*nacion en 95S=

(Source: ANSI Standard C57.13 1993)

Clase8 C

Flu4o de Dispersion =nsi*ni%icante

er%ormance directamente de lacarateristica de e/citacion

Clase8 A

=*ual a la Clase CB E/cepto que el codode Saturacion es 3? el @olta4eTerminal

Clase8 T El tasa de error es determinada porprueas


37/108

37

g

h

ISIE

IP/Ns

ZLOAD

Ideal

IP/Ns

Rs

)(; LOADsSSE

S

PS ZRIVI

N

II +==

VS

+

-

Circuito Equialente Simpli%icado


38/108

38

@olta4e Terminal en 95S=

TC Clase C

Min. @olta4e en los terminal del TC (puntos * $") para las condiciones8

23 eces la corriente nominal

6urden estandar 13? error de relacin

9pplies To Full indin*


39/108

39

@olta4e Terminal en 95S=

TCs Clase C

VSTD= 20INZSTD

Para IN = 5A Secundario:

C Class ZSTD() VSTD (V)C100 1 100

C200 2 200

C400 4 400

C800 8 800


40/108

40

Tipo Multi-atio

E4emplo - 12338&

X1

X2

X3

X4

X5

Current Ratings Secondary Taps

100:5 ...............................X2 X3

200:5 ...............................X1 X2300:5 ...............................X1 X3400:5 ...............................X4 X5500:5 ...............................X3 X4

600:5 ...............................X2 X4800:5 ...............................X1 X4900:5 ...............................X3 X5

1000:5 ...............................X2 X51200:5 ...............................X1 X5

elacin de Trans%ormacin de los TCs


41/108

41

El estndar =EC (=nternational Electrotec"nical

Commission) especi%ica los TCs como8

Factor limite de corriente

Para proteccinClase de precisin

VA continuo

15 VA Clase 10 P 20

Clase de precisin en =EC


42/108

42

95S= s. =EC

atin*

& 9mp CTs

C800 = 200VA 10P20C400 = 100VA 10P20C200 = 50VA 10P20C100 = 25VA 10P20


43/108

43

Trans%ormadores de @olta4e


44/108

44

Np Ns

+

-

Vp Vs

+

-

LOAD

Idealmente: p

s

P

s

N

N

V

V=

Trans%ormador de @olta4e Ma*netico (T@)


45/108

45

Circuito equialente T@e%erido al lado secundario

Np Ns

IE

Rp RsjXp jXs

No-Lineal

Ideal

+

-

Vp Vs

+

-

C d t i t7 i d T@


46/108

46

Rango deoperacin Normal

150%

100%

50%

0%

Corriente de Excitacin

VoltajePrimario

Cura de saturacin t7pica de un T@

Cone/in Estrella de un T@


47/108

47

A

B

C

a

b

c

Cone/in Estrella de un T@

Cone/in Delta de un T@


48/108

48

A

B

C

a

b

c

Cone/in Delta de un T@

Cone/in Delta aierto de un T@


49/108

49

A

B

C

a

b

c

Cone/in Delta aierto de un T@

Cone/in en Delta roto de un T@


50/108

50

Cone/in en Delta roto de un T@

3V0

A

B

C

6 d E t d 95S=


51/108

51

6urdens Estandar 95S=Trans%ormadores de @olta4e

BurdenVolt -

AmperesPower Factor

W 12.5 0.10

X 25 0.70

M 35 0.20

Y 75 0.85

Z 200 0.85

ZZ 400 0.85

Cl d i i 95S=


52/108

52

Clase dePrecisin

Limites de factorde correccin derelacin

Limites of factorde potencia

1.2 1.012 0.998 0.6 - 1.0

0.6 1.006 - 0.994 0.6 - 1.0

0.3 1.003 - 0.997 0.6 - 1.0

Clase de precision 95S=Trans%ormadores de @olta4e

espuesta en %recuencia de un T@


53/108

53

Frequency in Hertz

Percent

Ratio

118

90

100

102

104

106

108

110

112114

116

100 500 1000 5000 10000 20000

(1)

(2)

Curve Burden

(1)

(2)

15 k

75

VP

60 VS

100=% Ratio =Act. RatioNP Ratio

100

espuesta en %recuencia de un T@


54/108

54

Trans%ormador de @olta4e

Capacitio (C@T T@C)

Estructura de un C@T


55/108

55

RelayVoltage

Step-DownTransformer

Line Voltage

C1

C2

DWG: 6049-DH01

L CompensatingReactor

Estructura de un C@T

Circuitos de Supresion de Ferroresonancia


56/108

56

Relay Voltage

Step-down

Transform

er

Seco

ndary

Step-Down

Tansformer

Secondary

C

L

R

Lf RfGAP

ActivePassive

DWG: 6049-DH02

Circuitos de Supresion de Ferroresonancia

espuesta en Frecuencia de un C@T


57/108

57

espuesta e ecue c a de u C

Transitorio del C@T a olta4e cero


58/108

58

Transitorio del C@T a olta4e cero

Transitorio del C@T a olta4e pico


59/108

59

Transitorio del C@T a olta4e pico

Transitorios en un C@T reducidos a la

componente %undamental


60/108

60

componente %undamental


61/108

61

Conceptos de Proteccin

de Distancia


62/108

roteccin de :7neas de Transmisin


63/108

63

roteccin de :7neas de Transmisin

Sorecorriente (&3B &1B &35B &15) Sorecorriente Direccional ('B '5)

Distancia (21B 215)

Di%erencial ()

Principios

Falla Tri%sica en una :7nea adial


64/108

64

Falla Tri%sica en una :7nea adial

Falla Trifsica Franca

d

L

LineaRadial

Dia*rama de =mpedancias


65/108

65

Dia*rama de =mpedancias

1L1S

FAULTa1

Z)L/d(Z

EIII rrrrr

+

===

Zs1 es la Impedancia Equivalente del Sistema

FallaFranca

aII =1

aVV =1

+

-

1SZr

1LZ)L/d(r

E

+

-

9lcance $ 94uste de un

ele de Sorecorriente


66/108

66

ele de Sorecorriente

El elemento instantaneo (50) generalmente seajusta para detectar fallas hasta el 80% de la linea

0.8L

L

1L1S

SETTINGZ)8.0(Z

EI rr

+

LineaRadial

Falla Trifsica Franca

El ajuste Calculado paracierto valor deZS1

Thisimagecannot currently edis!layed.

el de =mpedancia


67/108

67

Si el rele opera para :

|,I||Z|)8.0(|V| a1La

rrr

El equivalente es:

|Z|)8.0(|I|

|V|1L

a

ar

r

r

|I|

|V|

a

ar

r

La cantidad es una impedancia.


68/108

9rquitectura de un rele


69/108

69

q

Circuito de disparo del rel


70/108

70

"#$

"$

Tri!Coil

Contactos

del &el'

(2a

)ase *

+is!aro

)ase *

(2a

)ase ,

+is!aro)ase ,

Tri!Coil

(2a

)ase C

+is!aro)ase C

Tri!Coil

Contactos de!osicin delInterru!tor


71/108


72/108

72

El rel recibe Volts Secundarios y Ampssecundarios

ZTRZZTRIV

CTR

IVTR

V

IVZ

VTR

CTRZTR

CTR

IIVTR

VV

prim

pri

pri

prim

pri

pripri

====

=

==

sec

secsec

secsec

:Define

;

E4emplo de Clculo de la =mpedancia


73/108

73

21Va, Vb, Vc

Ia, Ib, Ic

Linea de 69 kV

zL1=0.24+j0.80 Ohms/kmL = 15 km

73512Ohms12j63

1580j240Z 1L

=

+=

+=

..

)..(r

El ajuste del rele:

SecondaryOhms61336051280Z 1r ..).%( ==

36.0/5/600

120/40000

===

=

VTRCTRZTRCTR

VTRo

El plano de =mpedancia


74/108

74

p p

La impedancia aparente Z puede serrepresentado en el plano complejo

=+= ZjXRZr

R

X

Z

:u*ar +eomtrico de una %alla %ranca


75/108

75

10Para

;11111

+===

m

jmXmRmZZmZ LLLLL rr

R

X

RL1

XL1 La lnea segmentada es el lugargeomtrico de la impedanciaaparente para fallas francas sobrela lnea.

Impedancia Aparente:

L1

ZL1

roteccin de :7neas con rels de =mpedancia


76/108

76

R

XZona de Operacin

Zr1

Lugar geomtrico

de fallas francas

1rZZ

1m0

;ZmZ 1L

=rr

:a Car*a s. :a =mpedancia 9parente


77/108

77

I

VZ r

r

r

=

Falla

Rel

V I

R

X

Zona de Operacion

Lugar geometricode fallas francas

CargaFalla

5ecesidad de Direccionalidad


78/108

78

1 2 3 4 5 6

F1F2

R

X

RELE 3Zona de Operacion F1

F2

OperacionNo-Selectiva

ele con Direccionalidad


79/108

79

1 2 3 4 5 6

F1F2

R

X

RELE 3Zona de Operacion

F1

F2

El rele nooperara paraesta falla

Rele de Impedancia conCaracteristica Direccional


80/108

Como implementar un rel M"o


81/108

81

90)(arg = ZZZr

Zr

X

RA

B

Z

Zr-Z90o

Umbral del Circulo Mho:

Temporiacin


82/108

82

1 2 3 4 5 6

Zona 1

Zona 2

Zona 3

Tiempo de Operacion

B CA

Zona 1 es Instantaneo

El alcance de los elementos M"o 94ustes de eles


83/108

83

X

R

B

C

A

Zone 1

Zone 2

Zone 3

Relays at A

(CB 1)


84/108

roteccion de :7nea con Elementos M"o


85/108

85

X

RA

B

C

D

E

Caracter7sticas Comunes


86/108

86

Mho

Mho OFFSET(1)Impedancia

R

X

R

X

R

X

Mho OFFSET (2)

R

X

Caracter7stica Cuadrilateral


87/108

87

X

RA

B

C


88/108

88

Cone/iones de los rels de distancia

Fallas en :7neas


89/108

89

Falla

21

dp q

Sistema de Potencia

L

Va, Vb, Vc

Ia, Ib, Ic

Anlisis Simplificado

Ecuaciones de una l7nea simtrica para una %alla tri%sica


90/108

90

Ia

Ib

Ic

a

b

c

aV bV cV

Falla Trifsica

cmSccSbmamc

bmScmbSamb

amScmbmaSa

I)ZZ(m)IZIZIZ(mV

I)ZZ(m)IZIZIZ(mV

I)ZZ(m)IZIZIZ(mV

=+++=

=+++=

=+++=

0

0

0

eisin de las =mpedancias ropias $ Mutuas


91/108

91

mSL

mSL

ZZZ

ZZZ

2

;

0

1

+=

=

3/)(

;3/)2(

10

10

LLm

LLS

ZZZ

ZZZ

=

+=


92/108

Ecuaciones de :7nea para una %alla 6i%sica 6-C


93/108

93

Ib

Ic

a

bc

aV bV cV

Falla B-C

fbcSbmamc

fbcmbSamb

facmbmaSa

VIZIZIZmV

VIZIZIZmV

VIZIZIZmV

+++=

+++=

+++=

)(

)(

)(

Ia

Cone/in del el para una %alla 6-C


94/108

94

1L

cb

cb ZmII

VV rrr

rr

=

Un solo elemento de distancia para Vb-Vc y Ib-Ic podria medir la fraccion de

impedancia de secuencia positiva de lalinea entre la ubicacin del rele y lafalla.

)(

))((

1 cbLcb

cbmScb

IIZmVV

IIZZmVV

=

=

Cone/iones de los Elementos de Fase


95/108

95

Elemento delRel

Voltaje Corriente

ab

bc

ca

ba VV

cb VV

ac VV

ba II

cb II

ac II

Impedancia Medida (Falla Franca): 1LZm

Cone/iones de los Elementos de Fase


96/108

96

Impedancia Medida con resistencia de falla RF

X / Phase

R / Phase

ZFault

RFault /2

mZL1

RFault

V

A

V

B

V

C

Zs

Zs

Zs

iA

iB

iC

ZL

ZL

ZL

VSA VSB VSC

Ecuaciones para una %alla Fase 9-tierra

I


97/108

97

Ib

Ic

a

b

c

aV bV cV

Falla A-tierra

fccSbmamc

fbcmbSamb

cmbmaSa

VIZIZIZmV

VIZIZIZmV

IZIZIZmV

+++=

+++=

+++=

)(

)(

0)(

Ia

Conexin de Rel Falla Fase A-Tierra


98/108

98

[ ] )3/()(;

3)(

3

))()((

)(

110001

1

101

101

LLLresaL

res

L

LLaLres

LLaL

cbamamS

cmbmamamaSa

ZZZkdondeIkIZm

IZ

ZZIZmI

ZZIZm

IIIZIZZm

IZIZIZIZIZmV

=+=

+=

+=

+++=

+++=

1

0

L

resa

a ZmIkI

V=+


99/108

Cone/in de los elementos de tierra


100/108

100

Impedancia Medida con resistencia de falla RF

X / Phase

R / Phase

ZFault

RFault /(1 + k0)

mZL1

RFaultV

A

V

B

V

C

Zs

Zs

Zs

iA

iB

iC

ZL

ZL

ZL

VSA VSB VSC

esumen

roteccin de Distancia


101/108

101

esumen

=n%ormacion de Corriente $ @olta4e

Elementos de Fase8 Mas sensiles que elelemento '

Elementos de Tierra8 Menos Sensiles que los

elementos '5

9plicacion8 9nillos $ :ineas aralelas

Lineas Radiales

Efecto de la Resistencia de Falla


102/108

102

FL RZmIVZ +==La resistencia de Falla produce subalcance en el rele

21

V

I

mZL

RF

Lineas Radiales


103/108

El lano de =mpedancia


104/108

104

RF

mZL

I

IF

Z

R

X

Dia*rama uni%ilar del Sistema


105/108

105

Z1S = 2 80 Z 1L = 8 80

Z0S = 3Z1S Z0L = 3Z1L

Z1R = Z1S

Z0R = Z0S

E

ZS

BUS S

mZL (1-m)ZL

BUS R

ZR

RF IF

I E 0

RELAY

Im (V/I)

E%ecto de F $ G


106/108

106106

Im (V/I)

Re (V/I)Reactancia(

sec

.)

Resistencia ( sec.)

= 0= 1

= 4

= 8

X

RF ( sec.)

0-2

-2 4 62 8 10 12 14

0

2

4

68

10

X

= -60

= -30

= 0

= +30

= +60


107/108

ERR

OR

:

un

d

efin

ed

OFFENDIN

G

COMMAN

STA

CK

:


108/108

dND

:

str

o

Proteccion de Distancia_1

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