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.