6.- Esquemas de teleprotección 6.3 Aplicación
Comparación direccional bloqueando:
Este es el tipo mas viejo, usado desde 1930,s y aún se usa,
es el sistema mas versátil y flexible, especialmente aplicable para
líneas multiterminales. En general, para detectar la dirección de la
falla se usa la zona 2 de los 21,s de fase, en ciertos casos también
se puede usar la propiedad direccional del 67N.
En condiciones normales sin falla, no se transmite señal,
solo se transmite cuando se desea bloquear un disparo, esto
sucede cuando se detecta que la falla está fuera del segmento
protegido, la lógica de envío es que se active la zona 3 (reversa) y
no se tenga activada la zona 2.
Para fallas internas, la operación de la zona 2 impide que se
genere la señal de bloqueo y en el otro extremo al no recibirse
dicha señal combinado con la operación de zona 2, produce
disparo sin demora.
Este esquema se usa cuando no se tiene mucha confianza en
el canal de comunicación y no se desea fallar en proteger una línea
importante.
Usualmente se usa como canal el Oplat con sistema On-Off,
el cual se ilustra en la siguiente figura 13.7
Comparación direccional desbloqueando:
Usualmente se usa como canal el Oplat con el sistema de
cambio de tono. Una señal de RF se transmite continuamente en
uno de dos modos conocidos como: tono de bloqueo y tono de
desbloqueo desplazados 1 KHz de la radiofrecuencia usada.
La señal de bloqueo se transmite continuamente. Para fallas
internas, los relés de protección cambian la señal de bloqueo a
desbloqueo para permitir a los relevadores disparar
instantáneamente.
Para falla externa uno de los extremos no ve la falla y
continúa enviando la señal de bloqueo que previene el disparo
acelerado de la otra terminal.
Este tipo de canal es monitoreado continuamente lo cual no
es posible con el sistema anterior On-Off, si por alguna razón se
pierde la señal de desbloqueo, se puede hacer que se bloquee la
TLP y se genere una alarma o permitir el disparo durante una
pequeña ventana de tiempo coincidente con protección local
operada, como se explica en la siguiente figura.
Explicación del diagrama anterior: En condiciones normales continuamente se recibe la señal
de guarda que nos indica que el canal de comunicación esta sano LG=0 como no se tiene falla interna SR=0 y las salidas A=0, B=0, también C=0, D=0 y no se tendrá el permisivo de disparo Rx.
Si ocurre una falla grande por ejemplo que la línea caiga al suelo se va a perder la señal de guarda LG=1 y no se va a recibir la señal de disparo SR=0 (porque no hay canal de comunicación) y las salidas A=1, B=0. El 1 aplicado al Timer produce un 0 durante 150 ms, el cero que sale del Timer entra a C negado y combinado con LG=1 van a producir un 1 a la salida de C es decir un permisivo de disparo que combinado con la protección local
en zona 2 puede abrir el interruptor. En resumen, la perdida del canal permite disparo instantáneo durante 150 ms.
En caso de que ocurra una falla interna en la línea que no afecte el canal de comunicación se tendrá LG=1, SR=1, y las salidas A=0, B=1, como la salida del Timer es cero, al entrar a D en forma negada, en combinación con B=1 se tendrá D=1 es decir un permisivo de disparo.
Disparo transferido con sobrealcance (POTT):
No se recomienda el uso del canal Oplat para este sistema ya
que una señal debe recibirse del otro extremo para disparar y si la
línea esta en corto por una falla no se recibirá la señal de disparo
por lo que este sistema se usa normalmente con fibra óptica. Para
monitorear la integridad del canal continuamente se envía una
señal que después genera un reporte de comunicaciones. Si se
pierde el canal por 150msg, se bloquea la TLP y se genera una
alarma.
Este sistema se llama permisivo ya que además de recibirse
la señal de disparo del extremo remoto, la falla debe ser detectada
por los relevadores locales 21en Z2 (o 67N) y se llama de
sobrealcance ya que la zona 2 cubre más allá del 100% de la línea
Como ventajas del esquema POTT se puede decir que:
Presenta la ventaja de tener buena cobertura de fallas con
alta resistencia de arco (por usar la Z2) por lo que es empleado en
líneas cortas como de distribución de 115 kv y que es mas rápido
que el PUTT
Como desventajas de este esquema se puede decir que
requiere doble canal de comunicación, y que al menos
teóricamente es menos seguro que el PUTT ya que el canal se
activa con fallas externas.
Función Eco por Interruptor Abierto:
Para los casos donde una terminal se encuentra abierta se
puede usar la lógica “Eco” la cual, cuando se encuentra abierto un
interruptor (CB open) y se recibe señal Rx del otro extremo,
automáticamente regresa la señal Tx para acelerar el disparo en el
otro extremo como se aprecia en el siguiente diagrama:
Función Eco por Weak Infeed:
Para los casos en que se tiene un extremo con baja
aportación de corriente conocido como Weak Infeed se puede
usar la lógica de apertura “Eco por WI ” la cual consiste en que al
ocurrir la falla y no operar ninguna de las zonas 1, 2 o 3, si la falla
estuviera atrás la detectaría la zona 4 (la cual mira en reversa)
pero como la falla no está atrás, tampoco opera la Z4 y esto se
aprovecha para que la zona 4 negada mas recepción Rx, le regresa
la señal Tx automáticamente para acelerar el disparo en el otro
extremo como se aprecia en el siguiente diagrama:
Función Current Reversal
En los casos donde existen líneas paralelas después que se
presenta una falla y uno de los interruptores abre, se presenta una
inversión de corrientes llamada “Current Reversal” que puede
originar que la función POTT mande un disparo en falso, para
evitar esto, se le debe dar un retardo de tiempo a la señal de
apertura y/o utilizar la zona 4 como bloqueo de disparo, como se
muestra en las siguientes dos figuras:
Disparo transferido con bajo alcance (PUTT) Este sistema es similar al POTT solo que, para detectar la
falla, se apoya en los 21,s de fase y tierra en zona 1 de ahí el
nombre de bajo alcance ya que la zona 1 de un extremo no cubre
la totalidad de la línea pero combinadas las zonas 1 de ambos
extremos, si la cubren.
No se usa el 67N ya que no es posible ajustarlo a una
distancia fija y no se desea que vea más allá de la línea. Los canales
requeridos son los mismos que para los sistemas POTT o sea fibra
óptica ya que deben ser muy confiables.
PUTT directo o DTD: Para fallas internas en el área de traslape, se tiene disparo
incondicional al recibir la señal remota, es decir, no requieren
permiso de otra protección. Este sistema requiere un canal de alta
seguridad, el ruido o transitorios puede producir operaciones
incorrectas.
Ventajas: Libramiento instantáneo de todas las fallas a lo
largo de la línea de transmisión, este esquema puede ser ventajoso
en líneas de tres terminales.
Desventajas: Se regresa al sistema básico si el canal falla o si
uno de los interruptores se encuentra abierto o si se tiene un
extremo débil (baja contribución de corriente de falla).
PUTT (normal):
Para disparar el interruptor se requiere, además de la
recepción de la señal del extremo remoto, que los 21,s vean la falla
en Z2.
Ventajas del esquema PUTT: Solo requiere un canal de
comunicación y el esquema es muy seguro ya que solo se activa
cuando opera la zona1
Desventajas del esquema PUTT: La decisión de disparo de la
zona 1 es relativamente lenta, las fallas con alta resistencia de
arco pueden ser no-detectadas por la zona 1 especialmente si la
línea es corta, a causa de esto, este esquema es preferido en líneas
largas de transmisión (de 230 kv). Si el canal falla, solo opera el
esquema básico, también si un interruptor se encuentra abierto o
si hay muy baja (o nula) contribución de corriente de su lado
(donde no alcanza a operar la protección de distancia).
Sistemas de Comparación de Fase
Ampliamente usado para líneas cortas fue desarrollado
entre 1936 y 1938 por el Dr E. L. Harder quien concibió que un
voltaje monofásico de la forma:
VF = k1 I1 + k0 I0
Aparecía en todas las fallas y podría usarse en protecciones.
Para obtener VF basta conectar las tres corrientes y el neutro a un
filtro de secuencia.
Otro diseño posterior fue:
VF = k1 I1 + k2 I2 + k0 I0
Donde k1, k2, k0 son factores ajustables por medio de taps
en la red de secuencia.
El voltaje de un extremo es comparado con el voltaje del
extremo remoto. El circuito básico se muestra en la siguiente
figura donde se usa un par de hilos tipo telefónico como canal.
Para fallas externas resulta una corriente circulante con la
mayor parte pasando por las bobinas de restricción y muy poca
por la bobina de operación.
Para fallas internas se invierte la fase del voltaje en un
extremo, quedando los voltajes en oposición limitando así la
corriente que viaja por el hilo piloto pero aumentando la que pasa
por las bobinas de operación.
En consecuencia este sistema provee protección simultánea
de alta velocidad en un amplio rango de magnitudes de corriente
para ambos tipos de fallas, fases y tierra. Nótese que esta
protección es del tipo diferencial basando su operación en la
corriente total de falla y del tipo comparación de fase a 60 Hz.
Comparación de fase con audiotonos o fibra óptica
El sistema anterior basado solo en corrientes que producen
un voltaje monofásico para representar todo tipo de fallas
extendió su uso para la protección de líneas largas en los 1940,s.
Un sistema típico usa VF de la ec (2) pasándolo a través de un
amplificador que produce ondas cuadradas que serán
transmitidas y comparadas en la terminal remota
Por seguridad se utilizan dos detectores de nivel de falla
FD1T y FD1S ver fig. 13.6, ambos sobrealcanzando tal que operen
para todas las fallas internas de fase y tierra, normalmente estas
son unidades operadas por corriente y a veces pueden estar
operadas con la corriente de carga. Las unidades S son más
sensitivas que las unidades T.
Para detectar fallas entre fases se usan 21,s de fase lo que
significa que el sistema se alimenta ahora también con voltajes.
El amplificador produce ondas cuadradas a 60Hz que son
máximas en la media onda positiva y cero en la media onda
negativa
Para fallas externas las ondas cuadradas de ambos extremos
están en fase y al compararlas (negando o invirtiendo una de
ellas) el resultado es cerca de cero, los picos o coincidencias
menores que 4 ms no producen un disparo.Se provee un retardo
de tiempo a las señales locales para compensar diferencias y
tiempos de canal.
Para fallas internas, los detectores de falla en ambas
terminales operan, las ondas cuadradas del extremo H se
invierten 180° en su ángulo de fase y al compararlas con la señal
local de los relevadores del extremo G se encuentra que están
esencialmente en fase produciendo una salida positiva en la
compuerta G2 y después de 4 ms una salida de disparo
El caso real es que las dos corrientes de falla entrando a la
línea no están exactamente desfasadas 180° (debido a las
corrientes de carga en las fases sanas) pero este sistema funciona
bien con tolerancia hasta de 90° lo cual equivale a 4 ms en
sistemas de 60 Hz .
Este sistema puede ser usando en canales Oplat tipo On-Off .
Este sistema solo compara la media onda positiva, si la falla
ocurre en la parte negativa, el disparo tendrá que esperar al
siguiente medio ciclo. Esto se evita con un sistema igual que
supervise los ciclos negativos y un canal separado. Esto se llama
comparación dual de fase.
Los sistemas de comparación de fase son los preferidos para
proteger líneas de transmisión con capacitores serie (Línea
Mazatlán-Durango) ya que la reactancia de estas líneas varía
bastante con la entrada y salida de los capacitores serie lo cual
afecta el alcance de la protección de distancia. Se tiene experiencia
de sistemas de comparación dual de fase con expedientes de
operación favorables.
Sistemas segregados de comparación de fase
Al conmutar los capacitores serie de las líneas se ocasionan
transitorios de voltajes y corrientes, las componentes armónicas
pueden ser muy severas los que pude ocasionar que los circuitos
basados en corriente, encargados de proporcionar el voltaje de
operación pueden proporcionar información incorrecta debido a
la distorsionada onda de corriente de falla. Básicamente, estas
redes se tienen que sintonizar a la frecuencia fundamental para
descartar el ruido.
En estos casos es mejor usar un sistema de comparación
individual de fases en lugar de comparar un voltaje monofásico
proveniente de las tres fases ya que el voltaje derivado de una
corriente individual es independiente de la frecuencia y forma de
onda, la desventaja es que se requiere un canal para cada variable
que se va a comparar.
Los sistemas más comunes son:
1.- Comparar IA – IB en un canal y 3I0 en otro canal
2.- Comparar cada corriente de fase IA, IB, IC en ambas
terminales mediante 3 canales
Las ondas cuadradas de corriente se comparan básicamente
igual como se describió en la sección anterior.
Conclusiones:
Si lo que se desea es seguridad, el esquema PUTT basado en
la zona 1 es lo mejor ya que (la zona 1) verifica muchas cosas
antes de tomar la decisión de disparo, detectores de falla,
dirección, alcance, etc.
Si lo que se desea es rapidez, el esquema POTT basado en la
zona 2 es más rápido que la zona 1 ya que no verifica tantas cosas
sino básicamente dirección, cubre mas fallas con resistencia de
arco y acepta funciones Eco.
Si se tiene una línea muy importante pero el canal de
comunicación es ruidoso, poco confiable, lo mejor es usar un
esquema de comparación direccional bloqueando o
desbloqueando.
Los relevadores de distancia SEL traen facilidades para
implementar los sistemas POTT, funciones de bloqueo, Eco por
interruptor abierto, por Weak Infeed, etc. A estas combinaciones
se les ha llamado POTT Hibrido.
El ingeniero de protecciones dedicado, aún puede hacer
muchas mejoras en la aplicación de los esquemas de
teleprotección dentro de su ámbito de trabajo.