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RELES DE DISTANCIA
Es la forma mas comun de proteccin en lneas de transmision de
alto voltaje, las lineastienen su impedancia por ilmetro, ! usando
este valor ! comparandolo con el voltaje !
la corriente la distancia a la falla puede ser determinada"
El cdi#o ANSI para los reles de proteccin a distancia es el $%,
este tam&ien es llamado
rel' de impedancia
A diferencia de las protecciones para fase ! neutro
convencionales, la ventaja de la
proteccion de distancia es (ue la co&ertura de la falla del
circuito a prote#er es
virtualmente independiente de las variaciones de la impedancia
de la fuente"
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)i#" *entajas de la proteccion de distancia frente a la
proteccion de so&recorriente
convencional"
La Impedancia de una linea de Transmisin es proporcional a su
lon#itud, para la
medicion de distancia es apropiado usar un rel' capa+ de medir
la impedancia de unalnea asta un punto determinado -reac point."
Este rel' es el rele de distancia ! es
dise/ado solo para operar con fallas (ue pudieran ocurrir entre
la locacion del rel' ! el
seleccionado reac point, dando una discriminacion para fallas
(ue pudieran ocurrir endiferentes secciones de la linea"
El principio &0sico de operacin de la proteccin a distancia
involucra la divisin del
voltaje en el punto donde se encuentra el rel' entre la
corriente medida, la impedanciaaparente calculada es comparada con
la impedancia del reac point, si la impedancia
medida es menor (ue la impedancia del reac point, se asume (ue
e1iste una falla entre el
rel' ! el reac point"
El reac point del rel' es el punto a lo lar#o de la impedancia
de la linea locali+ado en la
frontera caracterstica del rel', el cual es dependiente de la
relacion de voltaje, corriente !an#ulol de fase entre ellos, lo
cual nos permite representarlo en un dia#rama R23" La
posicin de las impedancias del sistema de potencia, vistas por
el rel' durante fallas,
oscilaciones de potencia ! variaciones de car#a tam&ien
pueden ser representadas en elmismo dia#rama, de esta manera el
desempe/o del rel' en presencia de fallas del sistema
! pertur&aciones puede ser estudiado"
Desempe/o del Rel'El desempe/o del rel' de distancia esta
definido en t'rminos de precisin de alcance !
tiempo de operacin, la precision de alcance es una comparacion
del alcance omico del
rel' durante condiciones normales de operacion con un valor
predeterminado en oms" Laprecision de alcance depende
particularmente del nivel de voltaje presente en el rel'
&ajo
condiciones de falla, las t'cnicas de medicin de la impedancia
empleadas en dise/os
especificos del rel' tam&ien tienen impacto"
Los tiempos de operacion pueden variar con la corriente de
falla, con la posicion de la
falla respecto a la posicion del rel' en el sistema de
transmisin ! en el punto de la onda
de voltaje al cual ocurre la falla"
Dependiendo de la tecnica de medicin empleada en el dise/o
particular del rel', errores
transitorios en las se/ales de medida tales como las producidas
por transformadores,pueden tam&ien retrasar adversamente el
tiempo de operacion para fallas cercanas al
reac point"
Reles electromecanicos o de distancia est0tica
Con los rel's electromecanicos ! dise/os estaticos anteriores,
la ma#nitud de las
cantidades de entrada particularmente influ!en en las dos
caracteristicas del desempe/o,
la precision de alcance ! el tiempo de operacion, comercialmente
es usual presentar la
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informacion del desempe/o del rel' por curvas voltaje2alcance,
como se muestra en la
fi#ura ! las relaciones Tiempo de operacion2posicion de la falla
en curvas con varios
valores de relacion de impedancias del sistema -S"I"R"4s. como
se muestra en la fi#ura
Donde5
6s 7 impedancia fuente del sistema, detras de la posicion del
rel'
6l 7 impedancia de la linea e(uivalente al alcande
predeterminado del rele
L
S
Z
ZRIS =""
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caracteristicas tipicas de impedancia de precision para la +ona
%
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)i#" Caracteristicas tipicas de tiempo de operacin para la +ona
%, fallas de )ase a )ase
Alternativamente, la informacion anterior es com&inada en
una familia de curvas, donde
la posicin de la falla, e1presada como un porcentaje del ajuste
del rel' es ploteada contra
la relacion entre las impedancias de fuente ! lnea, tal como se
muestra en la fi#ura
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la posicion del rel', Ir ! *r son la corriente ! el voltaje
medido por el rele"
Las impedancias 6s ! 6l est0n descritas como la impedancia
fuente ! la impedancia de
lnea respecto a la posicion del rel'" La impedancia fuente 6s es
una medida del nivel dela falla en el punto donde se encuentra el
rel', para fallas (ue involucran el ca&le de
puesta a tierra dica impedancia es dependiente del metodo de
puesta a tierra utili+ado
a#uas a&ajo o detras de la posicion del rel'" La impedancia
de linea 6l es una medida dela impedancia de la seccion a prote#er"
El voltaje *r aplicado al rel', es por lo tanto,
Ir"6l " >ara una falla en el reac point, esto puede ser
alternativamente e1presado en
terminos de la relacion 6s26l por medio de las si#uientes
e1presiones"
Donde
LRR ZIV ?=
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>or lo tanto5
Lo (ue tam&ien se puede e1presar como5
Ls
R
ZZ
VI+
=
V
ZZ
ZV
LS
LR ?
+
=
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Las relaciones antes descritas entre *r ! 6s26l se ilustran en
la fi#ura, es valida para todo
tipo de cortocircuitos demostrando al#unas re#las simples, estas
son5
I" >ara las fallas de fase, * es el voltaje entre )ases de la
fuente ! la relacion 6s26l es larelacion de impedancias de
secuencia positiva entre la fuente ! la linea" *r es el voltaje
de
fase aplicado al rel' e Ir es la corriente de fase del mismo,
para las respectivas fallas de
fase"
II" >ara fallas de tierra, * es el voltaje de fase a neutro
de la fuente ! 6s26l es una relacion
compuesta (ue involucra las impedancias de secuencia cero !
secuencia positiva" *r es el
voltaje fase a neutro aplicado al rel' ! Ir es la corriente en
rel' para la fase en falla"
VZZ
VLS
R ?%.2-
%+
=
fas
LS
R VZZ
V ?%.2-
%+
=
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Donde
=
neufase
LS
R
V
qpZZ
V
+
+
+
= ?
%.$$.-2-
%
$-$ %@% pZZZZ SSSs +=+=
$-$%@%
pZZZZLLLL
+=+=
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%
@
S
S
Z
Zp=
%
@
L
L
Z
Zq =
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6;NAS DE
>R;TECCI;N9na cuidadosa
seleccion del
ajuste delalcande ! los
tiempos de
disparo para las
varias +onas demedida, a&ilita
una correcta
coordinacin
entre los relesde distancia en
sistemas depotencia"
Ajuste de +ona%
Los rel's
electromecanicos usualmente tienen ajustado un alcande de asta
@B de la impedanciade la linea prote#ida" >ara los rel's
di#itales los ajusten de asta un B son se#uros" Los
resultantes %$@B son mar#enes de se#uridad (ue ase#uran (ue no
a! ries#o (ue en la+ona % se presente un so&realcance de la
linea de&ido a errores en los transformadores decorriente !
voltaje, impresiciones en la los datos de la impedancia de la
lnea"
Ajuste de +ona $>ara ase#urar un cu&rimiento completo de
la linea con cierta tolerancia para las fuentes
de error descritas en la +ona % la proteccion de&e ser al
menos de %$@B de la impedancia
de la linea a prote#er, en mucas aplicaciones es practica comn
esta&lecer el alcance de
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la +ona $ i#ual al de la linea a prote#er mas el @B de la linea
ad!acente mas cercana"
Cuando sea posi&le esto ase#ura (ue el ma1imo alcance
efectivo de la +ona $ no se
e1tienda mas alla del alcance de la +ona % de la linea
ad!acente, esto evita la necesidad deuna re#ulacion en ajustes de
tiempo entre los rel's situados a#uas arri&a ! a#uas a&ajo"
El
disparo de la +ona $ de&e ser retrasado en el tiempo para
ase#urar la clasificacion con los
reles primarios aplicados a circuitos ad!acentes (ue caen en el
alcance de la +ona $" Asise lo#ra una completa co&ertura de una
seccion de la linea, con una r0pida eliminacion de
fallos en el primer @B de la lnea ! otra un poco lenta
eliminacion de fallos en la
seccion restante de la linea"
Ajuste de +ona F
El apo!o de proteccion remota para todas las fallas en lineas
ad!acentes puede ser
proveido por una tercera +ona de proteccion (ue esta retrasada
en el tiempo paradiscrimirar la proteccion de la +ona $ mas el
tiempo de disapro de los circuit &reaer pra
la linea ad!acente" El alcance de la +ona F de&e ser
ajustada al menos %"$ veces la
impedancia presentada al rel' para una falla remota al final de
la se#unda linea"
CARACTERISTICAS DEL RELE DE DISTANCIA
Al#unos rel's numericos miden la impedancia a&soluta de
falla ! lue#o determinan si la
operacin es re(uerida de acuerdo a los limites de impedancia
definidos en el dia#rama
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R23" Los reles tradicionales ! los reles numericos (ue emulan
los elementos de
impedancia de los reles tradicionales no miden la impedancia
a&soluta, ellos comparan el
voltaje de falla medido con una replica de voltaje derivado de
la corriente de falla ! elajuste de la impedancia de la +ona para
determinar si la falla esta dentro o fuera de la
+ona" Los comparadores o al#oritmos de los reles de distancia
(ue emulan a los
comparadores tradicionales, est0n clasificados de acuerdo a sus
caractersticas polares, elnumero de se/ales de entrada (ue poseen,
! el m'todo por el cual las comparaciones son
reali+adas son medidas"
Los tipos comunes comparan cual(uiera de los dos, la amplitud
relativa o el desfase de
dos valores de entrada para o&tener las caracteristicas
operativas (ue son cual(uiera de
las dos, lineas rectas o circulos al ser ploteados es un
dia#rama R23"
C;:>ARACI;N ENTRE LA A:>LIT9D = EL DES)ASE
Los elementos de medicion de rel' cu!a funcionalidad esta
&asada en la comparacion de
dos cantidades independientes son esencialmente cual(uiera de
los dos, comparadores de
amplitud o de fase" >ara los elementos de impedancia de un
rel' de distancia loselementos a comparar son el voltaje ! la
corriente medida por el rel'" Ga! mucas
t'cnicas de comparacin disponi&les para reali+ar la medicin,
dependiendo de latecnolo#ia usada" Estos varian desde
&alanced&eam -comparacion de amplitud. e
induction cup -comparacion de fase. am&os reles
electroma#neticos"
Cual(uier tipo de impedancia caracterstica o&teni&le con
un comparador es tam&ien
o&teni&le con el otro, la adicion o su&straccin de
se/ales para un tipo determinado de
comparador produce la se/al re(uerida para o&tener una
caracteristica similar usando el
otro tipo" >or ejemplo, al comparar * e I en un comparador de
amplitud resulta en unaimpedancia de caracteristica circular
centrada en el ori#en del dia#rama R23, Si la suma !
diferencia de * e I son aplicadas al comparador de fase el
resultado es una caracteristica
similar"
Caracteritica de impedancia planaEsta caracteristica no toma en
cuenta el an#ulo de desfase entre el voltaje ! la
corrienteaplicados, de&ido a esto al plotear la impedancia,
esta se caracteri+a por ser un circulo en
el dia#rama R23 con su centro en el ori#en de coordenadas ! un
radio i#ual al ajuste del
rel' en oms, la operacion del sistema ocurre para todo valor de
impedancia inscrita
dentro del circulo descrito"
Esta caracterstica del rel' se descri&e en la fi#"%%"H, este
es por lo tanto no direccional !
en esta forma operara para todas las fallas a traves del vector
AL ! tam&ien para todas lasfallas detras de las arras asta el
valor de la impedancia A:" Ga! (ue considerar (ue A
es el punto donde se locali+a el Rel' ! RA es el 0n#ulo por el
cual la corriente de falla
se ralenti+a con respecto al voltaje aplicado en el rel'para una
falla en la linea A" RACes el 0n#ulo e(uivalente de adelanto para
una falla en la linea AC" El vector A
representa la impedancia al frente del rel' entre el punto de
u&icacin del rele -A. ! el
final de la linea -A." El vector AC representa la impedancia de
la linea AC detras del
punto de u&icacion del rel', AL repesenta el alcance de la
proteccion instant0nea en la
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+ona % ajustada para cu&rir del @ al B de la linea a
prote#er"
9n rel' usando esta caractersticas tiene tres importantes
desventajas5
I" No es direccional, el rel' ver0 las fallas en am&os
flancos, tanto delante como detr0s desu u&icacion, por lo tanto
necesita un elemento direccional para ejecutar una correcta
discriminacin"
II" >osee una co&ertura de resistencia de falla no
uniforme
III" Es sucepti&le a variaciones de potencia ! a car#as
elevadas para una linea de #ran
lon#itud, de&ido a la #ran area cu&ierta por el circulo
de impedancia"
El control direccional es esencial para la calidad de
discriminacin en un rel' de
distancia" >ara (ue el rel' no se responsa&ili+e por
fallas fuera de la linea a prote#er, esto
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puede ser o&tenido por la adicin de un control direccional
por separado, la #rafica
caracterstica de un control direccional en el dia#rama R23 es
una linea Recta, asi la
caracterstica com&inada del rel' direccional ! de impedancia
es el semicirculo A>JLmostrado en la fi#ura %%"
Si una fallaocurre en ),
cerca a C en la
linea paralelaCD, la unidad
direccional Rd
en A
restrin#ir0de&ido a la
corriente I)%,
Al mismo
tiempo, el rel'de impedancia
es prevenidode operar
de&ido a la
unidad Rd, sieste control no
esta provisto,
la impedancia
ne#ativa leidaen el rel'
podria operar
antes de laa&ertura del
circuit &reaer
C"
La inversion
de la corriente
a traves delrel' desde I)%
asta I)$ cuando C se a&re puede resultar en un incorrecto
disparo de la linea sana si la
unidad direccional Rd opera antes de (ue la unidad de impedancia
se reajuste" Este es unejemplo de la necesidad de considerar la
correcta coordinacion de los multiples Rel's
para alcan+ar un e1acto desempe/o de los mismos durante
condiciones de falla, en los
rel's anti#uos esta condicion era conocida como la KCarrera de
contactos"
REL MHO AUTOPOLARIZADOEl elemento de impedancia :o es conocido
#eneralmente como am&os de&ido a su
caracteristica linea recta en el dia#rama de admitancia" Este
com&ina inteli#entemente las
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.cos- = ABAQ
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Ejemplo de aplicacion de un rel' de distancia
El sistema de potencia descrito en la fi#ura %%"$$ muestra una
red simple de $F@ O*" El
si#uiente ejemplo muestra los calculos necesarios para aplicar
la proteccion de distancia alas F +onas de la linea (ue
interconecta las su&estaciones AC ! 3=6" Todas las
caracteristicas relevantes estan dadas en el dia#rama" >ara
este ejemplo se usara el rele
:iC;: >PP% con caracteristicas :o"
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Impedancia de la linea
La impedancia de la linea es6l7-@"@M Q j @"PH. 1 %@@
7 "M Q j PH"
7 P"P$ HM"P%U9saremos valores de P"P$ -ma#nitud . ! @U
-an#ulo.
Compensacion Residual
Los reles usados son cali&rados en terminos de la impedancia
de secuencia positiva de la
linea a prote#er, de&ido a (ue la impedancia de secuencia
cero de la linea entre los puntosAC ! 3=6 es diferente de la
impedancia de secuencia positiva, la impedancia vista por
el rel' en el caso de una falla a tierra, (ue implica el paso de
la corriente de secuenciacero, ser0 diferente a la o&servada
para una falla de fase"
>or lo tanto el alcance de las fallas a tierra del rel'
re(uiere una compensacin desecuencia cero, para el rel' usado este
ajuste es proveido por el factor de compensacin
residual O6@ (ue es i#ual a
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