Protección de líneas de transmisión cortas-en la red de sub-transmisión de Electropaz (página 3)

El equipo 8ZLS-J dispone de cuatro zonas de protección independientes, permitiendo que la dirección de la actuación pueda ser ajustada de forma individual. Todas las unidades operan bajo un fasor de operación y otro de polarización, obtenidos de los fasores fundamentales de intensidad y tensión de fase, así como de los ajustes relativos a las características de la línea.

La característica utilizada para la detección de fallas entre fases es siempre del tipo mho, en cambio para la detección de fallas monofásicas a tierra puede optar por característica mho, reactancia o ambas. En el caso de característica de reactancia al no ser direccional su actuación esta supervisada por una unidad direccional y un limitador resistivo de alcance ajustable.

1.1 Característica de reactancia

La característica de reactancia será polarizada por la intensidad de secuencia inversa de la fase considerada. El empleo de esta intensidad permite eliminar sobrealcances y sub alcances debidos a la aportación remota sobre la impedancia de defecto.

Para evitar el caso de sobrealcances, debidos a la falla de homogeneidad de un sistema el equipo introduce una compensación en el comparador de fase de las características de reactancia calculadas a partir de las impedancias del sistema. Esta compensación se traduce en una inclinación de la característica (ángulo de basculamiento), pero solo se presenta durante un tiempo ajustable (tiempo de basculamiento) y a su final la característica vuelve a su posición normal.

En la siguiente tabla se muestra 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.

Fig.7.1.3.2.1 (a) característica de reactancia I, (b) característica de reactancia II.

En la figura (a) se puede ver la característica de reactancia a partir de los fasores que la conforman. El punto F representa el punto de incidencia de la falla y el punto F' será el lugar en el cual el relé ve la falla. Como se aprecia en la figura estos puntos no son coincidentes por causa del vector IF((3(IF) el cual representa la caída de tensión en la resistencia de falla. Si no hubiera carga sobre la línea los puntos F y F' estarían sobre la misma horizontal pero por la aportación remota del extremo origina un giro ( que hace mover el punto F' hasta un determinado lugar.

La característica C1 representada en condiciones donde no existe aportación remota, 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 polarizada por la intensidad de secuencia inversa tiende a compensar el giro que sufre la característica por la caída de tensión en la impedancia de falla vista por el relé, y de esta manera evita los subalcances y sobrealcances.

En la figura (b) se muestra la característica de reactancia sobre un sistema sin carga pero no homogéneo .En este caso la caída de tensión en la falla es vista por el relé con un giro ( debido a la falla de homogeneidad del sistema. El ángulo de basculamiento hace que la característica aplicada sea la C1 sino la C2, con lo cual se evita el sobrealcance del relé durante el tiempo de basculamiento ajustado ( es calculado por el 8ZLS-J a partir de las impedancias de la línea y fuente.

1.2 Característica mho

Para el equipo 8ZLS-J la característica mho esta polarizada por la por la tensión de secuencia directa con memoria correspondiente a la fase o fases consideradas, lo que proporciona un comportamiento variable de su diámetro en función de la impedancia de la fuente pudiendo mantener el origen en su centro o adoptar un comportamiento dinámico variando el diámetro desde la incidencia de una falla y el estado permanente

Donde:

Ia, Ib, Ic = Intensidades de fase.

Iab, Ibc, Ica = Intensidades entre fases (Ia-Ib), (Ib-Ic), (Ic-Ia).

I0 = Intensidad de corriente de secuencia homopolar.

Va, Vb, Vc = Tensiones de fase.

Vab, Vbc, Vca = Tensiones entre fases (Va-Vb), (Vb-Vc), (Vc-Va).

Va1M, Vb1M, Vc1M = Tensiones de secuencia directa referidas a cada fase.

Vab1M, Vbc1M, Vca1M = Tensiones de secuencia directa referidas a cada uno de los pares de fase

Z1F = Impedancia de alcance de secuencia directa.

Z0F = Impedancia de alcance de secuencia homopolar.

Figura 7.2 (a) característica mho en el momento de incidencia de una falla, en la cual por efecto de la memoria se aplica la tensión de secuencia positiva previa a la falla como tensión de polarización. (b) Característica en el momento en el que se disipa ele efecto de memoria y se establece el régimen estacionario de falla.

Para fallas a tierra por efecto del sistema de polarización utilizado, el diámetro de la característica no coincide con la longitud del alcance ajustado sino con la suma vectorial de la de dicho alcance y un vector función de la impedancia de fuente local este efecto hace que el origen se encuentre siempre en el interior de la característica en lugar de sobre su limite, como seria el caso si coincidiera con el alcance. Sin embargo, no por ello pierde direccionalidad.

En la Figura7.2(a) apreciamos una característica en el momento que incide una falla, donde se aplica como tensión de polarización la tensión de secuencia positiva que había previamente a la presencia de la falla, esto mediante un sistema de memoria que nos dará como resultado un incremento del diámetro de la característica, el cual viene expresado de la siguiente manera:

En las figuras 7.3(a), (b) se observa la característica para fallas entre fases hacia delante.

Figura 7.3 (a) característica mho para fallas entre fases en el momento de incidencia de una falla, en la cual por efecto de la memoria se aplica la tensión de secuencia positiva previa a la falla como tensión de polarización. (b) Característica en el momento en el que se disipa ele efecto de memoria y se establece el régimen estacionario de falla

De la misma forma que vimos para las fallas a tierra, para fallas entre fases al aplicar una tensión de polarización de secuencia directa por efecto de memoria se obtiene un incremento de impedancia que viene expresado como:

1.2.1 Rangos de ajuste

Los ajustes de unidad de protección de distancia son especificados a continuación.

Unidades de distancia

Nota.- De manera homologa estos ajustes sirven para la impedancia de fuente remota

Los ajustes para la unidad de sobreintensidad direccional son los siguientes:

Los relés de característica Mho comparan la señal (Z(I-V) y la señal de polarización Vp que varia entre muchas opciones. En el caso particular de la red en estudio el relé de distancia es polarizado por la señal de tensión de secuencia positiva (teniendo la opción también de ser auto polarizado [self pol] y polarización cruzada[cross pol]).

En la siguiente tabla se presentan las opciones de polarización que presenta el relé ZIV8ZLS-J.

Tabla.7. Tensiones de polarización para relé de carateristica mho (Fuente : Limits to Sensitivity of Ground direction and Distance Protection).

El valor de expansión que experimenta para fallas adelante depende de la magnitud de la fuente detrás del relé. Si la fuente es débil aumenta la expansión, en cambio si la fuente es fuerte limita la expansión. Cabe señalar que la fuente será débil, media o fuerte en función del valor de impedancia de la fuente y en consecuencia estará en relación al SIR.

La mejora la cobertura para la resistencia de falla se presenta cuando la línea protegida es de tipo radial. Además la expansión mho mejora la cobertura para resistencia de falla por que la resistencia de falla apreciable es mayor a cero. Sin embargo los beneficios de la cobertura para resistencia de falla son reducidos en condición de aportaciones remotas mientras la fuente remota sea fuerte.

Amanera de ejemplo para la figura. Y su relé en a barra S se verificara la expansión de la cobertura de la resistencia de falla para una falla a tierra a una distancia m=0, de la barra S, teniendo en cuenta que la el alcance de Zona1 se ajusta a 0.8(ZL

Fig. Línea con falla monofásica a distancia m de la barra S (Fuente: Limits to Sensitivity of Ground direction and Distance Protection).

Ahora para la determinación de la relación SIR,
calculando para la Zona1:

Por lo tanto la cobertura para resistencia de falla para el relé de la barra S en presencia de una falla interna en la barra S, con aporte remoto y con interruptor remoto abierto será:

1.3. Característica Cuadrilateral

La característica cuadrilateral consiste de cuatro elementos, los topes superior e inferior son determinados por elementos de reactancia y los elementos limitadores de resistencia de carácter positivo y negativo en los lados derecho e izquierdo respectivamente y el elemento de base direccional.

La característica cuadrilateral opera si la medida de impedancia esta encerrada dentro de los elementos anteriormente descritos que la conforman.

A continuación se presentan la reactancia y la resistencia para la característica de operación cuadrilateral

El valor de resistencia de falla cubierta por el elemento cuadrilateral está determinado por el ajuste del alcance resistivo. Un diseño de un relé tiene un elemento que se puede ajustar independientemente del flujo de carga de la línea .El diseño de otro relé podrá estar delimitado por el efecto del flujo de carga de la línea causado por la operación del elemento de resistencia a partir de valores de corriente de fase.

Un elemento cuadrilateral de distancia es una buena elección para protección de cables subterráneos, a su vez este tipo de cables tienen bajos ángulos de impedancia de secuencia cero, lo cual dificulta su uso para elementos de tipo mho para detección de fallas; a su vez esta impedancia es preponderantemente resistiva

Este tipo de característica será descrito usando un comparador de fase seno, este comparador mide el ángulo "(" entre las señales de operación y polarización .el torque de este comparador esta definido por:

Donde: SPOL * = indica el conjugado complejo para el ángulo "(" entre 0( y 180(

Para 0(( ( ( 180°, la característica es una línea recta, y el torque es positivo. Los ángulos son (=0( y (=180( definiendo los limites de la línea en el plano de la impedancia

El comparador del elemento de reactancia tiene las siguientes señales de entrada:

La corriente de fase fallada no siempre esta en fase con la corriente total de falla, por lo que las mejores opciones para corriente de polarización serán la corriente de secuencia negativa y la corriente residual.

La resistencia de falla introducida es una función de la magnitud de resistencia de falla .El caso más desfavorable para este aspecto puede ser calculado para ajuste de alcance de resistencia de Zona1; por limitar el alcance resistivo de la zona 1 el valor de referencia del elemento de sobrealcance causa que el error inducido de la resistencia de falla sea también reducido.

De forma inversa el incremento del alcance resistivo permite al elemento de la Zona 1 detectar altos valores de resistencia de falla e incrementa el potencial del elemento de reactancia de sobrealcance para fallas externas.

De manera general se muestra a continuación una tabla en la cual se muestra de forma practica el ajuste de parámetros a ser usados en el ajuste de un relé con característica cuadrilateral tomando en cuenta ajustes usados para los relés SEL 421, del cual se conoce su desempeño al ser utilizado por la empresa COBEE en la protección de sus líneas de transmisión.

Para relés de SIEMENS 7SA51x los ajustes serán por lo general de la siguiente forma

1.4 Protección de distancia con característica poligonal.

Esta característica se puede conseguir utilizando el relé Rel 521 en el programa de simulación, tal relé es de funcionamiento y para metros muy parecidos, si no los mismos que el relé REL 531.En el diagrama inferior se observa algunos parámetros y su influencia en la forma de la característica para el relé REL521.

Fig.7.3.2.3.1 característica para el relé REL531 (fuente: Application manual Line high speed distance protection terminal REL 531*2.5).

La impedancia de retorno por tierra, para cada zona se la encuentra utilizando las siguientes formulas:

El algoritmo calcula Rm resistencia medida de la ecuación de voltaje
y sustituida para la parte imaginaria

La comprobación es calculada y comparada y la información distribuida dentro de la memoria localizada .

Los valores calculados de Rm y Xm son actualizados cada milisegundo y comparados con el ajuste de alcance de la zona. El contador de disparo adaptativo cuanta el numero de resultados de disparos permitidos. Esto efectivamente remueve cualquier influencia de errores introducidos por elementos de medición CVTs o por otras causas, el algoritmo es insensible as los cambios de frecuencia, transitorios y componentes continuas y armónicos debido a una replica de la línea protegida es introducida en el algoritmo.

El alcance resistivo de los limitadores externos dependerá
de la longitud de la línea

Donde: KL depende de la longitud de la línea de la siguiente forma.

堋L=0.9 para líneas mayores a 150 km.

堋L=0.85 para líneas mayores a 80 km y menores a 150 km.

堋L=0.8 para líneas menores a 80 km.

Por lo cual para el presente estudio utilizaremos la relación:

El alcance en la dirección resistiva no deberá exceder más del 80% de la resistencia de carga mínima RLmin. Esto se mantiene para ambos alcances interiores así como para el alcance de las características exteriores.

El alcance resistivo para el disparo derecho sigue la lógica de la siguiente ecuación:

Los valores que se piden en el ajuste son:

NOTE: El retardo de la Zona1 esta definido en un recuadro de los parámetros a ajustar en el relé.

ANEXO III: Consideraciones para esquemas de protección de líneas.

V.I Esquemas de teleprotección e hilo piloto

La aplicación de estos sistemas (hilo piloto, Power line carrier) esta actualmente siendo reemplazada por canales digitales (canal de fibra óptica dedicada), sistemas ópticos de fibra multiplexada (T1 y SONET) y línea telefónicas de 56 kbps (DDS-digital Data Service) están ahora disponibles para propósitos de protección piloto. Los nuevos canales proporcionan mayor taza de transferencia de datos pero los criterios de confiabilidad y seguridad de funcionamiento, desarrollados para la industria de las telecomunicaciones no es fácilmente traducida a los propósitos de teleprotección. Un número de nuevos términos son introducidos a la ingeniería de protección.

A primera vista parece fácil acomodarse a una red de comunicación que provee amplia redundancia y ancho de banda .debido a la falla entendimiento entre el grupo de relés y el grupo de comunicación, los requerimientos especiales para teleprotección no son claramente enunciados y como resultados no completamente considerados en el desarrollo de la red de comunicación.

Los tipos de medios de transporte de datos al relé en forma digital son:

堆ibra óptica dedicada.

堒edes Multiplexadas usando interfaces de 64 kbps.

o T1 Multiplexing

o SONET

o Digital Microwave and Radio Links

堃SU (Channel Service Unit) servicio sobre líneas telefónicas de cobre de 56 o 64 kbps.

La fibra dedicada consta de un par de fibra óptica disponible para uso exclusivo de los relés provee de funcionamiento optimo para comunicaciones digitales, así como brinda conexión punto-a-punto rápida sin errores. El mayor inconveniente es el que un corte en la fibra provoque una interrupción por un largo periodo de tiempo, y ausencia de mucha utilidad y será necesario contar con equipo experto para reemplazar y empalmar los cables de fibra óptica dañados., claro que la instalación y costo del material para una fibra dedicada es más conveniente en comparación a las limitaciones de un canal de comunicación

Dos categorías de fibra óptica con diferentes de atributos de operación son las fibras multimodo y monomodo, para el uso de una o de otra se determina por la distancia del contacto de comunicación.

Fig. Fibras Ópticas (Fuente: RFL electronics Inc.NJ07005 萩lot protection comunication chanel requierments").

La más simple y antigua es la fibra de índice de paso "step index" que tiene mayores perdidas que la de índice escalonado "graded index".Cabe señalar que la fibra Multi-modo es usada para distancias cortas, un poco mayores a 10 millas. Toda interconexión entre subestaciones es usualmente realizada usando este tipo de fibra por los bajos costos que implica.

Para largas distancias se utiliza fibra monomodo, con LED o transmisor láser óptico, este último brinda largo alcance pero es más caro. Las distancias largas 60 millas o mayores, son alcanzadas con fibra monomodo 1550 nm y transmisor óptico láser. Equipos de teleprotección y relés a menudo tienen un número de interfases para elegir. Para determinar la interfase requerida para el relé se debe hacer una estimación basada en la instalación actual.

La aplicación de fibra dedicada para relés es muy directa, pero podría ser necesario asegurase que la fibra para la conexión entre el relé y el empalme tienen los conectores correctos con anterioridad. Los conectores más comunes son los ST pero algunos relés tal vez requieran conectores FC-PC.

T1 es un término para una herramienta portadora digital, usada para transmitir una DS-1 señal digital formateada en 1.544 megabits por segundo. T1 es utilizado para gran variedad de aplicación de voz y datos. Los T1 y bancos de canal utilizan división de tiempo multiplexado (TDM: time división multiplexing) estas técnicas combinan 24 canales de 64kbps o (DS0s) dentro de una sola señal agregada o (DS1) de 154Mbps.

Fig. Consistencia del sistema de multiplexado de señal agregada. (Fuente Canadian Electric Association: aplication of Teleprotection equipment over digital network)

Son ampliamente insertados en las redes de distribución de como un medio conveniente de reducir el número de cables y actualmente es también usado para brindar DSO acceso a orden alto de multiplexores de transporte como el SONET (synchronous optical network: permite la interconexión de diferentes sistemas ópticos).

Un franja T1 consiste en 24 bit de ocho palabras más un bit de franja usado para sincronización. Cada ranura de tiempo de la franja contiene 8-bits de información binaria .cada ranura de tiempo o tiempo de emisión es llamada señal digital cero "Digital Signal Zero" (DS0) el cual se muestrea 8000 veces por segundo, esta taza de muestreo fue escogida debido a que puede representar adecuadamente características de voz humana cuando se usa pulso código de modulación (PCM). Por lo cual cada DS0 contienen 64kbps (8k muestras/sec x 8 bits/muestra) de información. La división de tiempo de multiplexado (TDM :Time Division Multiplexing) es asado para combinar 24 DS0"s en una franja T1.

Desde lo que hay 24 DS0's en una franja T1,y la taza efectiva de datos es 1.536 megabits por segundo. Ahora el conjunto de 24 DS0s el bit de franja y los tiempos de muestreo se denomina "franja D4".

Algunas combinaciones como la superfranja asocian 12 D4, obteniendo una nueva franja de 2316 BITS con amplitud de1.5 ms y la superfranja extendida que separa el bit adicional en un nuevo D4 por lo que esta franja consta de 24 D4 manteniendo sus 2316 BITS pero con amplitud de 3ms.

El bit adicional en la franja puede usarse en sincronización de franja .estos 8kbps adicionales aumentan la taza de información de 1.536 Mb/s a 1.544 Mb/s, la cual es fácilmente referida como una señal digital uno (DS1).

Una señal T1 es transmitida en formato binario (unos y ceros). Esta codificación se realiza mediante una conexión usando una técnica conocida como marca alternada de inversión (AMI), el cual alterna pulsos de (3 V como un uno y ninguna señal como cero. Cuando se presenten pulsos consecutivos detectando la misma polaridad se presenta una alarma de violación bipolar (BPV).

SONET (Synchronous Optical Network) es el estándar Americano para la sincronización y transmisión de datos en medios ópticos, el equivalente internacional de este es el SDH (synchronous Digital Hierarchy) juntos aseguran la interconexión internacionalmente de las redes digitales y las redes convencionales existentes pueden aprovechar los medios ópticos a través de las llamadas interfases.

La jerarquía de transmisión en el pasado fue construida usando sistemas de multiplexado asincrónico, SONET usa multiplexado sincrónico en sistemas asincrónicos, cada terminal en la red corre con su propio cronometro, en transmisión el cronometrado es esencial y cronometrar significa usar una serie de pulsos repetidos para mantener la taza de bit de datos constante e indicar donde se encuentran los unos y ceros en la corriente de datos.

En el sistema sincronizado del SONET aumentar y disminuir señales es más sencillo, la frecuencia de todos los cronómetros en el sistema será la misma (sincronizado) o muy ligeramente diferente. Por lo que la taza de STS-1 permanece al valor nominal 51.84 Mbps, permitiendo a muchos STS-1"s permanecer juntos sin ninguna deposición de bits. La múltiplexión es realizada en intervalos de bit de manera ordenada.

Relés hilo piloto fueron diseñados para usar un hilo piloto metálico como canal de comunicación, siendo caros en su mantenimiento como en su instalación y su vida útil muy corta.

En general, no debería haber problemas en la aplicación de esquemas de distancia por hilo piloto sobre una red de comunicación digital, el relé local tiene que tomar una decisión acerca de la condición del sistema antes de la actuación por la recepción de una señal de comunicación.

La falla de confiabilidad, afectara al esquema de hilo piloto en diferentes maneras, en caso de perdida de señal de comunicación, los esquemas permisivos sufren falla de operación mientras que los esquemas de bloqueo y desbloqueo pueden sobreponer disparos para fallas externas simultaneas.

Los típicos canales SONET (synchronous optical network: Estándar para la transferencia de datos sincronizados a través de medios ópticos, permitiendo la interconexión de diferentes sistemas ópticos) retardan dentro el rango convencional de medio de comunicación, los retardos asimétricos menores no deberían afectar a un esquema de hilo piloto conveniente.

Los relés en los finales de la línea no están sincronizados entre si y mientras falle el retardo del canal de comunicaciones dentro de limites aceptables de para la lógica de diseño del relé, el esquema funcionara como fue proyectado. Sin embargo, es importante el evitar cualquier equipo intermediario entre el contacto de comunicación que puede incluir un valor no especificado de retardo. El uso de un multiplexor con interfases de teleprotección es a menudo práctico.

Mucha de la lógica de los relés de distancia se utilizo para diseñar un canal de comunicación que complazca las necesidades, para lo que los canales digitales de comunicación presentan grandes ventajas.

Nunca los relés de corriente diferencial estuvieron provistos de una variedad de opciones de interfaces de comunicación, en adición con la interfase de fibra (como la usada para aplicaciones de fibra dedicada punto-a-punto) con disposición de sistemas de comunicaciones multiplexados. Para sistemas multiplexores, RS-449 interfase eléctrica o un C37.94 donde se usa interfase de fibra.703, X.21 y V.35 pueden también ser usadas como múltiplex interfases.

Muchos relés hoy en día operan en 64 kbps para sistemas multiplexados incluso a través de tazas de datos elevadas que podrían usarse sobre un contacto de fibra directa. El formato de datos utilizados para comunicación de información de corrientes de un relé en un extremo de línea a otro en el extremo remoto, es único para cada diseño de relé y alguna vez único para la versión actual del relé. El C37.94 estándar asegura que el relé pueda comunicarse a través de un multiplexor en nivel óptico, pero los datos actuales usados por el relé no están estandarizados .consecuentemente el relé necesita ser idéntico en ambos finales de línea.

La comunicación es sincronizada y referida al cronometro multiplexor (o a un cronometro interno generado por la fuente en el caso de fibra dedicada) la comunicación sincronía provee monitoreo continuo del canal .La validación de datos recibidos debe ser realizado por el relé tanto como por el multiplexor, este protocolo transparente pasa exactamente lo que se recibe a través del sistema. El multiplexor detectara la transmisión de errores pero como los requerimientos del SONET permite 10ms para detección de tiempo, el relé debe detectar datos inválidos durante este periodo, así como cualquier cambio en el retardo del tiempo del relé debe detectarse de lo contrario la corriente de comparación estará fuera de fase y puede causar mal operación.

La información de corriente es intercambiada en gran variedad de formas, coeficientes de furrier, fasores, corriente de carga o ejemplos del estado de corriente instantánea. Dependiendo de que método de medida y algoritmo es utilizado, se le brinda varios nombres a este tipo de protección, protección diferencial, comparación de carga, comparación de fase o comparación de corriente. Todos ellos operan bajo el mismo principio que implica la diferencia de corrientes como la medición en todos los finales de línea protegida.

Los valores de corriente pueden ser enviados en una base por fase (fase segregada)o por una cantidad de combinación(medida de secuencia).Diferentes métodos requieren diferentes cantidades de datos de franja (data frame protocolo que incluye un paquete de datos con campos de dirección específicos), desde una franja de 0.2 ms a una de medio ciclo (8 ms) y la banda entera de 64kbps no necesariamente debería ser usada por los datos , un tiempo "ideal" puede ser insertado entre las datos de la franja.

La mayoría de diseños de los relés diferenciales de corriente tienen la habilidad de medir y compensar el retardo del canal, esta estimación es realizada por medida ping-pong. Un final envía un mensaje especial que hace eco (repite) desde el final remoto, el tiempo total menos el tiempo de regreso dividido entre dos es el tiempo de retardo de un lado.

Alguno relés diferenciales ofrecen GPS (global positioning system: navegación por medio de una red de satélites mundial) cronometro de sincronización para eliminar el error ping-pong de retardo de canales asimétricos. En estos relés, un tiempo de etiqueta es parte del marco de datos por tanto el relé receptor puede reconocer que el retardo actual difiere del retardo del ping-pong medido y lo compensa.

V.I.1 Descripción de la red de fibra óptica de protección.

Dos cables (12-fiber singlemode optical ground wire) (OPGW) transportan las señales de comunicación y sirve como columna vertebral de camino de comunicaciones. El canal de comunicación para el sistema de protección primario para la línea interconecta el canal dedicado al multiplexor inteligente T1. El canal de comunicación para la protección secundaria interconecta dentro del canal de un multiplexor T1. De manera similar el canal de comunicación para la protección actúa con el segundo multiplexor T1. Funciones adicionales de comunicación como un canal de servicio de voz, canal de datos asíncronos 9600bps,cuatro cables RTU (Remote Terminal Unit), disparo trasferido directo (DTT),y derramamiento de carga son también multiplexados juntos con las comunicaciones de relé para protección primaria y secundaria, cada multiplexor T1 tiene DS1(1.544 Mbps) tarjeta de interfaz para el T1-sustitución binaria de ocho ceros (B8ZS)señal que conecta dentro de un switch inteligente (ILS).Cuatro fibras están dedicadas para cada ILS; dos para fibra primaria y dos para fibra secundaria de camino de apoyo de comunicación .Un ISL puede ser provisto de interfaz al sistema de microonda digital por selección de la interfaz eléctrica DS1 o vía interfaz adaptador óptico(OIA).la OIA requiere 1550nm.

La longitud de onda láser a encontrar la longitud punto a punto podría requerir o no una repetidora.

Falla de la fibra, un empalme o bifurcación, láser, detector o un error por pobre taza de BIT será automáticamente detectada por el ILS y transferida al par de fibra disponible en menos de 1ms.

El ILS revertirá la restauración de fibra primaria de una falla. El concepto de diseño de protección de red de comunicación provee protección para una falla catastrófica en cualquier red.

V.2 Esquemas de protección por hilo piloto.

V.2.1 Protección de subalcance permisivo.

Este esquema se basa en la idea de que, al menos la protección
de un extremo de la línea vera la falla en la primera zonas de protección
.En estas condiciones el relé de ese extremo dispara su interruptor y
simultáneamente envía al otro extremo o extremos una señal
de permiso de disparo. En el Terminal remoto, al recibir la señal de
permiso, si la protección se encuentra arrancada (por ejemplo segunda
zona actuada), la protección dispara el interruptor correspondiente.

Fig. Protección de distancia a subalcance permisivo.

En el caso de líneas de más de dos terminales, exige la verificación de que por lo menos uno de los relés ve la falla en primera zona .Una variante de este esquema es el de subalcance con teledisparo.

En este caso bastara con la recepción de la señal de permiso en un Terminal para disparar el interruptor sin necesidad de que se de el arranque de la protección de dicho terminal.

Otro variante será la de subalcance con aceleración en el cual con la recepción de la señal de permiso origina la extensión del alcance de la primera zona al valor correspondiente de la segunda zona.

V.2.2 Protección de sobrealcance permisivo.

Este esquema se basa en el ajuste de la protección de distancia sobrealcanzando el extremo remoto de la línea y enviar una señal de permiso de disparo al extremo remoto cuando actúa dicha unidad de distancia .el disparo se produce en cuanto se cumplen las dos condiciones de actuación de la unidad de sobrealcance y recepción de la señal de permiso de disparo. Este esquema suele emplearse en líneas cortas por las ventajas que aporta de cara a la detección de fallas resistivas.

En este sentido se puede hablar del esquema de protección de sobrealcance a bloqueo, el cual incluye en la protección de distancia una unidad de contra dirección (es decir que mira fuera de la línea protegida) y envía una señal de bloqueo en caso de que actué dicha unidad. De este modo la protección solo disparara en caso de que la unidad de sobrealcance y no reciba señal de bloqueo desde el otro terminal. Para este esquema debe coordinarse de manera adecuada las unidades de sobrealcance y contra dirección, teniendo en cuenta que la unidad de contra dirección tendrá que ser siempre ajustada en un mayor alcance que la de sobrealcance.

El esquema de protección de distancia de sobrealcance a desbloqueo consiste en ajustar la unidad de distancia en sobrealcance y a través del sistema de teleprotección se envía una señal de guarda en forma permanente, de este modo si actúa la unidad de sobrealcance se transmite al otro lado una señal de desbloqueo. Si en dicho extremo actúa también la unidad de sobrealcance, entonces se produce un disparo (sobrealcance permisivo). En caso de perder la señal de guarda y no decepcionar señal de bloqueo, se abre la protección del mismo una ventana de 100 a 200 ms durante la cual si actúa la señal de sobrealcance se produce el disparo.

Un caso particular es el esquema hibrido, el cual en condiciones normales del sistema actúa como sobrealcance permisivo, (disparando solo si actúa su unidad de sobrealcance y además recibe señal de permiso de disparo)además de incluir la unidad de contradirección .Este esquema Este esquema mantiene las bondades de ambos esquemas además si se da el caso de que se reciba señal de permiso de disparo pero no actúa ninguna de las unidades de (sobrealcance o contradirección),entonces se devuelve la señal de permiso de disparo (eco de señal recibida), de tal manera que permite disparar al extremo emisor de la señal. En síntesis se garantiza la respuesta del sistema en condición de alimentación débil.

V.3 Esquema de protección diferencial

La protección diferencial longitudinal se basara en cualquier principio de protección diferencial (comparación de fase o magnitudes de corriente medidas en los extremos de línea).

Actualmente los últimos relés que utilizados son los numéricos o digitales, los cuales utilizan sistemas de comunicación digitales

Fig. Filosofía de funcionamiento del relé diferencial para falla interna.

La Protección diferencial longitudinal de hilos piloto es aquella que utiliza pares de físicos (hilos piloto) como medio de comunicación para la transmisión de datos de cada extremo de la línea. Existen dos métodos básicos de obtener señales proporcionales a las magnitudes de intensidad, que son respectivamente equilibrados por intensidad o equilibrado por tensión.

En ambos métodos se forma unas replica del vector diferencia de cada extremo de línea y una replica del vector suma de las intensidades que fluyen en cada extremo de línea .Estos valores son evaluados en cada fin de línea y en modulo, que realiza la medida y origina el disparo cuando la intensidad de falla supera el valor de ajuste.

La protección segregada es aquella que compara las diferentes corrientes en los extremos de la línea y la no segregada es aquella que agrupa los valores de intensidad de las tres fases en un único valor de comparación

Comparación de fase segregada (SPCR) es muy similar al sistema diferencial de línea en el cual cada unida monitorea la corriente que incide y sale de su terminal. Si las corrientes monitoreadas en ambos finales de línea no son iguales y opuestas el relé reconoce una falla interna y dispara sus respectivos interruptores. El nombre de este esquema viene de que la comparación se realiza de manera separada para cada corriente de fase y de fase a tierra; este tipo de esquema a su vez contempla otros aspectos que lo hacen más confiable, entre los cuales están:

Un esquema de solo corriente, comparación de fase que no depende de los voltajes de línea.

Insensibilidad a oscilaciones del sistema.

Habilidad de detectar apropiadamente cross-country faults.

Brinda detección y disparo confiable para líneas con fuentes débiles.

Los relés en un esquema de comparación de fase segregado comparan las relaciones de fase en cada fin de línea , esto lo realiza una base por fases e inicia cuando la taza de cambio en el relé detecta un cambio en la corriente de línea .El relé digitaliza los datos y los envía a la unidad remota .el relé compara el valor local con el valor remoto al final de la línea luego de compensar el cambio de fase causado por la propagación del retardo de tiempo en el canal de comunicación , si las dos señales coinciden y sus magnitudes están sobre el ajuste mínimo de corriente , entonces una señal de disparo publicada a cada final de la línea. Si la señal no esta en fase entonces no existe disparo.

La protección por comparación de fase puede ser de madia
onda o de onda completa, según se mida una o dos veces cada periodo,
siendo la protección de onda completa más rápida que la
de media onda .De manera general esta protección presenta grandes ventajas,
en especial apara líneas cortas, como no estar afectada por condiciones
de perdida de sincronismo, pero tomando en cuenta ciertos problemas como la
alimentación débil en un extremo de línea y la perdida
del canal de comunicación.

El relé de comparación segregado de fases usa un contacto digital de datos de 64 kbps sobre un canal T1 de comunicación en una red de fibra óptica para permitir a cada relé la comparación de lectura de sus corrientes con corrientes leídas por los relés remotos. La conexión provee también de un camino de señalización de disparo transferido, información del estado de interruptores, monitoreo local y remoto y un canal de información y comunicación. Los relés diferenciales de línea así como los de comparación de fase segregada están sujetos a cualquier cambio en retardo entre terminales; es por esto que será importante el conocer retardo absoluto entre punto y punto y el nuevo ajuste de retardo del canal si se lo cambia a una segunda ruta .La medida de tiempo continuo del retardo absoluto es realizado dentro del relé de comparación de fase segregada para compensación de cambio de ruta. Así mismo este relé utiliza datos de palabra de 32- bit para operaciones de comunicación operando entre 56 kbps o 64 kbps. Estos datos de 32-bit tienen un Bit de sincronización, Unidad ID, Dato, retardo de tiempo, bit de información, técnica para detección de errores en transmisión de datos (CRC bit) .La información critica para la medida y protección de cada fase de línea es un dato codificado en formato NRZI (Non-Return to Zero Inverted). Las comunicaciones de salida son habilitadas a través de conector sub-miniatura industrial Standard de 25-pin. Un cable metálico conecta la salida del relé al canal 1 de los veinticuatro DS0"s (Señales Digitales 0) disponibles en el multiplexor inteligente T1 mediante un modulo sincronizador de datos que convierte las palabras de datos del relé en DS0, que esta a 64kbps, que provee total comunicación duplex en cualquier velocidad, 56 kbps o 64 kbps.

Funciones de protección de apoyo para el sistema de comparación de fase en ocasiones incorporado en el paquete comparador de fase segregada pueden ser dos zonas de apoyo de elementos de distancia direccionales de fase y tierra estos elementos de distancia estarán en servicio solo cuando el canal de comunicación falla o es removido del servicio. La protección de apoyo solo inicia el disparo tripolar requiera las funciones de distancia direccional de apoyo; a su vez este paquete puede comprender otras funciones como las funciones de localizador de fallas, detección de perdida de potencial, perdida y detección de corriente y registro oscilográfico de eventos, fallo de interruptor ,etc.

La propiedad de aplicación de disparo unipolar requiere un mayor numero de salidas y entradas que un esquema de disparo tripolar para asegurar su correcta operación, estas entradas adicionales indican el estado de cada interruptor de fase. Esto también implica contactos de salida adicional para disparar cada interruptor individual de fase y provee funciones adicionales de alarma y anunciación. Muchos de los relés usados en disparo unipolar son equipadas con al menos dos salidas por fase para permitir la activación directa del disparo de la bobina del interruptor(es) y para iniciar el disparo auxiliar para señalización de funciones, este aspecto elimina la mayor parte los disparos auxiliares de los relés y es por esto que se reduce el tiempo de despeje de falla

Cabe señalar que los ajustes para el relé comparador de fase segregada son mínimos ajustes estándar directamente de establecidos en fábrica.

V.3.1 Alcance y limitaciones

De manera general se puede afirmar que ninguno de los esquemas de teleprotección existentes presenta ventajas definitivas en relación a los otros esquemas.

En los esquemas permisivos se aprecia que prevalece la obediencia sobre la seguridad, lo cual es evidente en el caso de falla en el canal de comunicación, situación en la cual se inhabilita el disparo. También tienen deficiencias en caso de alimentación débil por lo que se deben complementar con sistemas híbridos.

Por otro lado en los esquemas de bloqueo prevalece la seguridad sobre la obediencia, ya que ante falla del canal de comunicación se garantiza la capacidad de disparo. Pero en caso de falla externa asociada a falla del canal, se puede presentar un disparo indeseado. También se debe tomar en cuanta que contemplan tiempos de despeje ligeramente altos por el retardo en espera de señal de bloqueo.

La protección diferencial de solo corriente brinda alta velocidad cuyas ventajas incluyen el no ser afectado por los transitorios de elementos de medición capacitivos, nunca sobrealcanzar ni subalcanzar, no necesita tensiones, no es afectado por inducción en líneas paralelas y tampoco es afectado por los penduleos de potencia.

Queda claro que independientemente de el esquema que se utilice entre estas alternativas ,para su aplicación futura es necesario el contar con un canal de comunicación que por las características del sistema y el avance tecnológico la opción de usar fibra óptica es la más acertada , teniendo en cuenta que un canal monomodo seria lo más aconsejable al poder manejar mayor cantidad de señales que pueden tener una aplicación futura no solo en comunicación de señales de estado del sistema entre relés, sino también para monitoreo del sistema, vigilancia de estaciones, conexión con sistema ESCADA, etc.

Autor:

Raúl Alejandro Vargas Aguilera

Asesor: Ing. Roberto Villegas Gonzales

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS

FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA ELÉCTRICA

PROYECTO DE GRADO

La Paz- Bolivia