8 DETECTOR FALTA EXT 0 HABILITACION
3.4 Unidades de Distancia
3.4.2 Característica cuadrilateral
Las características cuadrilaterales están formadas por tres elementos: Unidad de reactancia
Unidad direccional Limitador resistivo
3.4.2.a Unidad de reactancia
Las unidades de reactancia del IDV-F están polarizadas por un fasor que, en sistemas homogéneos, es paralelo a la intensidad que circula por la impedancia de defecto. Este tipo de polarización compensa la influencia de la carga, eliminando los sobrealcances y subalcances que ésta produce ante faltas resistivas con aportación remota, por introducir un desfase entre las intensidades local y remota.
La falta de homogeneidad de un sistema introduce un desfase adicional entre las intensidades local y remota, pudiendo dar lugar, asimismo, a sobrealcances y subalcances que no podrán ser compensados por el uso del fasor de polarización. Para eliminarlos, el IDV-F introduce una compensación en el comparador de fase de la característica de reactancia de zona 1, calculada a partir de las impedancias del sistema. Esta compensación, equivalente a una inclinación de la característica y por eso denominada ángulo de basculamiento, sólo se aplica cuando la característica se ajusta hacia delante y durante un tiempo ajustable (Tiempo de
basculamiento) tras la activación del detector de falta asociado a las unidades de distancia
(ver 3.2.2); transcurrido este tiempo la característica vuelve a su posición normal.
En la tabla que se muestra a continuación se detallan los fasores de operación y polarización que intervienen en cada una de las unidades de medida de Reactancia, así como el criterio de operación aplicado.
Tabla 3.4-1: Característica de reactancia
Unidad Fop Fpol Criterio
AG
IaI0
K0n1
ZnF Va Ia2óIa-Iapf
arg arg
180º º 0 Fop Fpol BG
IbI0
K0n1
ZnF Vb Ib2óIb-Ibpf CG
IcI0
K0n1
ZnF Vc Ic2óIc-IcpfAB IabZnF Vab Iab -Iabpf BC IbcZnF Vbc Ibc -Ibcpf CA IcaZnF Vca Ica -Icapf
3.4-4
LIDV1112A
El significado de las variables utilizadas en la tabla anterior es el siguiente:
Ic Ib
Ia, , Intensidades de fase del devanado que incorpora protección de distancia.
Icpf Ibpf
Iapf, , Intensidades de fase del devanado que incorpora protección de distancia
durante la prefalta (carga).
Ica Ibc
Iab, , Intensidades entre fases (Ia-Ib), (Ib-Ic), (Ic-Ia) del devanado que incorpora
protección de distancia.
Icapf Ibcpf
Iabpf, , Intensidades entre fases durante la prefalta (Iapf-Ibpf), (Ibpf-Icpf), (Icpf-
Iapf) del devanado que incorpora protección de distancia.
2 , 2 , 2 Ib Ic
Ia Intensidades de secuencia inversa referidas a cada una de las fases del
devanado que incorpora protección de distancia.
0
I Intensidad de secuencia homopolar del devanado que incorpora
protección de distancia. Vc Vb Va, , Tensiones de fase. Vca Vbc
Vab, , Tensiones entre fases (Va-Vb), (Vb-Vc), (Vc-Va).
Z1n Impedancia de alcance de secuencia directa asociada a la zona n.
Z0n Impedancia de alcance de secuencia cero asociada a la zona n.
Z1n Z0n =
K0n Factor de compensación homopolar para la zona n.
Las intensidades de prefalta se almacenan dos ciclos antes del instante de activación del Detector de falta asociado a las unidades de distancia (ver 3.2.2). Los valores de dichas intensidades son comparados porcentualmente con los valores de las intensidades de falta, con el fin de asegurar que las magnitudes almacenadas provienen de una condición de carga. Las magnitudes de prefalta son consideradas únicamente mientras se mantenga activado el Detector de falta asociado a las unidades de distancia y no esté activa la señal de Condición
de bloqueo por oscilación de potencia (ver 3.5.5).
Las unidades de medida de Reactancia para faltas a tierra están polarizadas normalmente por intensidad de secuencia inversa dado su paralelismo con la intensidad que circula por la resistencia de falta. Sin embargo, dicho paralelismo no podrá asegurarse en determinadas condiciones, tales como la evolución de una falta monofásica a bifásica a tierra (mientras el selector de fases todavía no haya indicado falta bifásica a tierra) o ante faltas bifásicas a tierra (cuando se haya permitido la actuación de una unidad monofásica, ya sea porque el ajuste
Fase en retraso se ha puesto a SÍ o porque se ha activado alguna de las entradas de permiso
de actuación de las unidades AG, BG ó CG -ver apartado 3.4.7, Actuación de unidades de distancia-). En esos casos, la intensidad de secuencia inversa es reemplazada por la intensidad de fase de falta (eliminada la componente de carga), la cual sí que estará en fase con la caída de tensión en la resistencia de defecto. En las figuras 3.4.1 y 3.4.2 se muestra un plano de tensiones en el que se ha incluido una línea de Reactancia para faltas a tierra asociada a la zona 1.
3.4 Unidades de Distancia
3.4-5
LIDV1112A
IDV: Protección Diferencial, Control y Medida
ZIV GRID AUTOMATION, S. L. Zamudio, 2011
En la figura 3.4.1 se muestra una línea de Reactancia para un sistema homogéneo y con carga. El punto F indica el punto de incidencia de la falta y el punto F’ el lugar en que el relé ve la falta. Como se ve en la figura, ambos puntos no coinciden a causa del vector IF·RF, que representa la caída de tensión en la impedancia de falta. Sin carga sobre la línea, dicho vector sería horizontal (suponiendo que las intensidades de fase y equivalente son paralelas) y el punto F’ estaría localizado sobre la horizontal que pasa por F.
figura 3.4.1: diagrama de la característica de reactancia para faltas a tierra (I)
Sin embargo la aportación del extremo remoto origina un giro que hace mover al punto F’ hasta el lugar que muestra la figura (se ha supuesto un flujo de carga proveniente del extremo remoto).
La característica C1 (representada en condiciones en que no existe aportación desde el otro extremo) se transforma en C2, girando el ángulo y manteniendo al punto F’ dentro de la zona de operación. El giro de la característica de Reactancia tiende a compensar el que sufre la caída de tensión en la impedancia de falta, vista por el relé, evitando tanto el sobrealcance como el subalcance.
En la figura 3.4.2 se muestra una característica de Reactancia sobre un sistema sin carga (desfase nulo entre fuentes local y remota) pero no homogéneo.
En este caso la caída de tensión en la falta es vista por el relé con un giro debido a la falta de homogeneidad del sistema. El ángulo de basculamiento hace que la característica aplicada no sea la C1 sino la C2, con lo cual se evita el sobrealcance del relé durante el tiempo de basculamiento ajustado (iniciado por la activación del detector de falta asociado a las unidades de distancia), permitiendo a las protecciones adyacentes despejar la falta. El ángulo es calculado por el
IDV-F a partir de las impedancias de
línea, fuente y paralelo equivalente.
figura 3.4.2: diagrama de la característica de reactancia para faltas a tierra(II)
3.4-6
LIDV1112A
I Intensidad de fase del devanado que incorpora protección de distancia
1
Ieq Intensidad equivalente asociada a la zona 1 del devanado que incorpora
protección de distancia: Ieq1 II0
K011
V Tensión de fase
RF Resistencia de falta a tierra
IF Intensidad que circula por la resistencia de falta a tierra
Fpol
Fasor de polarización para reactancia monofásica Fpol I2 ó
pf I
I (las intensidades corresponden al devanado que incorpora protección de distancia)
11
Z Impedancia de alcance de la zona 1
En las figuras 3.4.3 y 3.4.4 se muestra un plano de tensiones en el que se ha incluido una línea de Reactancia para faltas entre fases asociada a la zona 1.
En la figura 3.4.3 se muestra la línea de Reactancia para un sistema homogéneo y con carga. De forma similar al caso comentado anteriormente, para faltas monofásicas a tierra, se puede observar el giro que experimenta la línea de reactancia con el fin de compensar el subalcance derivado de la existencia de un flujo de carga proveniente del extremo remoto.
figura 3.4.3: diagrama de la característica de reactancia para faltas entre fases (I)
En la figura 3.4.4 se muestra una característica de Reactancia sobre un sistema sin carga pero no homogéneo. Se puede observar, al igual que para faltas monofásicas a tierra, el giro aplicado sobre la línea de reactancia en base al ángulo de
basculamiento calculado internamente, evitándose de esa
forma el sobrealcance durante el tiempo de basculamiento ajustado.
figura 3.4.4: diagrama de la característica de reactancia para faltas entre fases(II)
3.4 Unidades de Distancia
3.4-7
LIDV1112A
IDV: Protección Diferencial, Control y Medida
ZIV GRID AUTOMATION, S. L. Zamudio, 2011
El significado de las variables incluidas en las figuras anteriores es el siguiente:
I Intensidad fase-fase (Ia-Ib, Ib-Ic, Ic-Ia) del devanado que incorpora
protección de distancia
V Tensión fase-fase (Va-Vb, Vb-Vc, Vc-Va)
RF Resistencia de falta entre fases
IF Intensidad fase-fase por la resistencia de falta (IFa-IFb, IFb-IFc, IFc-IFa)
Fpol Fasor de polarización para reactancia bifásica ( las intensidades
corresponden al devanado que incorpora protección de distancia)
11
Z Impedancia de alcance de la zona 1
3.4.2.b Unidad direccional
Los equipos IDV-F presentan una unidad direccional para cada tipo de falta, común a las cuatro zonas. Dichas unidades direccionales están polarizadas por la tensión de secuencia directa (con memoria cuando ésta sea necesaria) correspondiente a la fase o fases consideradas, lo cual proporciona un comportamiento:
Variable: el uso de la tensión de secuencia directa produce un desplazamiento de la unidad direccional hacia atrás, cuando la falta es hacia delante, proporcional al valor de la impedancia de fuente local. Dicho comportamiento es debido a que la tensión de secuencia directa involucra la fase o fases sanas.
Dinámico: el uso de la memoria de tensión produce un desplazamiento temporal (según la duración de dicha memoria) hacia atrás de la unidad direccional, en el caso de faltas hacia delante, también proporcional al valor de la impedancia de fuente local.
Ambas características permiten a la unidad direccional tomar decisiones de dirección correctas ante faltas muy cercanas (con tensión muy baja) y ante inversiones de tensión que pudieran darse en líneas con compensación serie.
La tensión memorizada se emplea cuando así lo indique la lógica de memoria de tensión (ver 3.4.5).
En la siguiente tabla se detallan los fasores de operación y polarización que intervienen en cada una de las unidades direccionales, así como el criterio de operación aplicado.
Tabla 3.4-2: Unidad direccional
Unidad Fop Fpol Criterio
AG Ia Va1M
90º arg Fop arg Fpol 90º
BG Ib Vb1M
CG Ic Vc1M
AB Iab Vab1M
BC Ibc Vbc1M
3.4-8
LIDV1112A
El significado de las variables utilizadas en la tabla anterior es el siguiente:
Ic Ib
Ia, , Intensidades de fase del devanado que incorpora protección de distancia
Ica Ibc
Iab, , Intensidades entre fases (Ia-Ib), (Ib-Ic), (Ic-Ia) del devanado que incorpora protección de distancia M Vc M Vb M
Va1 , 1 , 1 Tensiones de secuencia directa memorizadas referidas a cada una de las
fases M Vca M Vbc M
Vab1 , 1 , 1 Tensiones de secuencia directa memorizadas referidas a cada uno de los
pares de fases
En las figuras 3.4.5 y 3.4.6 se muestra la Unidad direccional para faltas a tierra (característica C3). Por efecto del sistema de polarización utilizado, se puede observar que dicha unidad direccional no pasa por el origen sino que está desplazada hacia abajo según un vector que depende de la impedancia de fuente local. Este efecto permite que faltas hacia delante muy cercanas, con valores de tensión muy bajos (que se sitúen muy cerca del origen) sean vistas en la dirección de disparo. Incluso para faltas hacia delante en líneas con compensación serie que aparezcan en el tercer cuadrante por el efecto de la reactancia negativa de los condensadores, la unidad direccional seguirá indicando dirección de disparo.
Es importante destacar que el efecto anterior no implica una pérdida de direccionalidad, dado que para faltas en contradirección la unidad direccional se desplaza hacia delante, según un vector proporcional a la suma de impedancias de línea y fuente remota. Dicho desplazamiento se puede observar en la figura 3.4.7.
En la figura 3.4.5 se muestra la unidad direccional en el momento de incidencia de una falta hacia delante, en la que, por efecto de la memoria, se aplica como tensión de polarización la tensión de secuencia positiva que existía previamente a la falta. Como se puede ver, el desplazamiento que experimenta dicha unidad viene dado por el vector.
) (Ieq I carga ZSL
figura 3.4.5: diagrama de la unidad direccional para faltas a tierra (I)
3.4 Unidades de Distancia
3.4-9
LIDV1112A
IDV: Protección Diferencial, Control y Medida
ZIV GRID AUTOMATION, S. L. Zamudio, 2011
En la figura 3.4.6 se muestra la unidad direccional una vez que se ha disipado el efecto de la memoria durante un régimen estacionario de falta. El desplazamiento que experimenta dicha unidad viene dado por el vector:
)
(
Ieq I1 ZSL
figura 3.4.6: diagrama de la unidad direccional para faltas a tierra (II)
En la figura 3.4.7 se muestra la unidad direccional en el momento de incidencia de una falta hacia atrás. Por efecto de la memoria la unidad, experimenta un desplazamiento hacia arriba que viene dado por el vector:
ZL+ZSR
(IeqIcarga)Una vez que se ha disipado la memoria, por el efecto de la tensión de secuencia positiva, durante la duración de la falta, la unidad mantendrá un desplazamiento hacia arriba que viene dado por el vector:
figura 3.4.7: diagrama de la unidad direccional para faltas a tierra (III)
3.4-10
LIDV1112A
El significado de las variables incluidas en las figuras anteriores es el siguiente:
ZSL Impedancia de secuencia directa de la fuente local (situada detrás del
relé)
ZL Impedancia de secuencia directa de la línea
ZSR Impedancia de secuencia directa de la fuente remota
Ieq Intensidad equivalente (común a la línea, fuente local y fuente remota)* del devanado que incorpora protección de distancia
Ia Ib Ic
I , , Intensidad de fase del devanado que incorpora protección de distancia
1
I Intensidad de secuencia directa de falta del devanado que incorpora
protección de distancia
carga
I Intensidad de carga, previa a la falta del devanado que incorpora
protección de distancia
V Tensión de fase
1
V Tensión de secuencia directa
(*) Los vectores desplazamiento definidos anteriormente se han deducido considerando que los factores de compensación asociados a la línea, fuente local y fuente remota son iguales.
En las figuras 3.4.8 y 3.4.9, se muestra la Unidad direccional para faltas entre fases (característica C3). Dichas figuras se han dibujado para una falta hacia delante. Si la falta fuera en contradirección, la unidad direccional aparecería desplazada hacia arriba, con una disposición similar a la dibujada en la figura 3.4.7, correspondiente a una falta monofásica.
En la figura 3.4.8 se muestra la unidad direccional en el momento de incidencia de la falta. El desplazamiento que experimenta por el efecto de la memoria viene dado por el vector:
) (
ZSL IIcarga
figura 3.4.8: diagrama de la unidad direccional para faltas entre fases (I)
3.4 Unidades de Distancia
3.4-11
LIDV1112A
IDV: Protección Diferencial, Control y Medida
ZIV GRID AUTOMATION, S. L. Zamudio, 2011
En la figura 3.4.9 se muestra la unidad direccional una vez que se ha disipado la memoria. El desplazamiento que experimenta dicha unidad mientras se mantenga el régimen estacionario de falta viene dado por el vector:
) (
ZSL II1
figura 3.4.9: diagrama de la unidad direccional para faltas entre fases (II)
El significado de las variables incluidas en las figuras anteriores es el siguiente:
ZSL Impedancia de secuencia directa de la fuente local
Iab Ibc Ica
I , , Intensidad entre fases (de falta) del devanado que incorpora protección de
distancia
1
I Intensidad de secuencia directa de falta (entre fases) del devanado que
incorpora protección de distancia
carga
I Intensidad de carga (entre fases), previa a la falta del devanado que
incorpora protección de distancia
V Tensión entre fases
1
3.4-12
LIDV1112A
3.4.2.c Limitador resistivo
El equipo IDV-F dispone de seis unidades de limitación resistiva (uno para cada tipo de falta) por zona. Los alcances de los limitadores resistivos para faltas a tierra y para faltas entre fases son independientes, siendo ambos ajustes propios de cada zona.
En la siguiente tabla se detallan los fasores de operación y polarización que intervienen en cada uno de los limitadores resistivos, así como el criterio de operación aplicado.
Tabla 3.4-3: Limitador resistivo
Característica eje R>0
Unidad Fop Fpol Criterio
AG IaRGnVa IaRGn
θbucn
Fop
Fpol
θbucn 90 arg arg
BG IbRGnVb IbRGn
CG IcRGnVc IcRGn
Característica eje R<0
AG IaRGnVa IaRGn
θbucn
Fop
Fpol
θbucn 90 arg arg
BG IbRGnVb IbRGn
CG IcRGnVc IcRGn
Característica eje R>0
Unidad Fop Fpol Criterio
AB IabRPnVab IabRPn
θn
Fop
Fpol
θn 90º arg arg
BC IbcRPnVbc IbcRPn
CA IcaRPnVca IcaRPn
Característica eje R<0
AB IabRPnVab IabRPn
θn
θn 90º arg Fop arg Fpol
BC IbcRPnVbc IbcRPn CA IcaRPnVca IcaRPn
El significado de las variables utilizadas en la tabla anterior es el siguiente:
Ic Ib
Ia, , Intensidades de fase del devanado que incorpora protección de distancia
Ica Ibc
Iab, , Intensidades entre fases (Ia-Ib), (Ib-Ic), (Ic-Ia) del devanado que incorpora
protección de distancia Vc Vb Va, , Tensiones de fase Vca Vbc
Vab, , Tensiones entre fases
RGn Alcance resistivo para faltas a tierra correspondiente a la zona n
RPn Alcance resistivo para faltas entre fases correspondiente a la zona n
n
Ángulo de la impedancia de alcance de secuencia directa de la zona n
bucn
Ángulo de la impedancia de bucle para la zona n:
Ia
Ieqn
arg arg bucn n3.4 Unidades de Distancia
3.4-13
LIDV1112A
IDV: Protección Diferencial, Control y Medida
ZIV GRID AUTOMATION, S. L. Zamudio, 2011
Los limitadores resistivos para faltas a tierra emplean como fasor de polarización la intensidad de fase, pues ésta generalmente se aproxima más a la intensidad que circula por resistencia de falta que la intensidad equivalente.
En la figura 3.4.10 se representan los limitadores resistivos para faltas a tierra asociados a la zona 1.
Ambas características, C4 y C5, forman el ángulo de la impedancia de bucle de zona 1 con respecto al eje que define la intensidad de fase, por lo que formarán el ángulo de la impedancia de alcance de secuencia directa de dicha zona con respecto al eje definido por la intensidad equivalente.
figura 3.4.10: diagrama de los limitadores resistivos para faltas a tierra En la figura 3.4.10 la caída de tensión en la resistencia de falta se ha considerado paralela a la intensidad de fase.
En la figura 3.4.11 se representan los limitadores resistivos para faltas entre fases asociados a la zona 1.
Ambas características, C4 y C5, forman el ángulo de la impedancia de alcance de secuencia directa de zona 1 con respecto al eje que define la intensidad fase- fase.
figura 3.4.11: diagrama de los limitadores resistivos para faltas entre fases
La inclinación que presentan los limitadores resistivos proporciona una misma cobertura resistiva en toda la longitud de línea abarcada por cada zona.
3.4-14 LIDV1112A 3.4.2.d Representación En la figura 3.4.12 se ve la representación de la característica cuadri- lateral para faltas a tierra en un plano de tensiones referido a la intensidad equivalente. Para pasar a un plano de impedancias habría que dividir todos los vectores por dicha intensidad.
figura 3.4.12: diagrama de la característica cuadrilateral para faltas a tierra
Se ha considerado un sistema homogéneo (por lo que no se ha incluido el efecto del basculamiento), aunque, por otra parte, se ha representado un caso en el cual ninguno de los vectores I, Ieq e I2 (ó IIpf ) son paralelos. El desfase existente entre I e I2
depende del flujo de carga, mientras que el desfase que pueda haber entre I e Ieq
dependerá de la intensidad de secuencia cero (en la que influirá mucho el tipo de falta: monofásica o bifásica a tierra) así como del factor de compensación homopolar. En los cables el desfase entre las intensidades de fase y equivalente suele ser importante a causa de la diferencia de ángulos entre las impedancias de secuencia directa y homopolar.