Sistema Nacional Integrado

Las líneas de transmisión forman parte fundamental del Sistema Nacional Integrado de distribución de potencia. Estos elementos a su vez son los más vulnerables a las inclemencias del ambiente, efectos electromagnéticos y acciones de las partes activas que las rodean.

En vista de esto, su protección es primordial para asegurar su correcto funcionamiento y garantizar su disponibilidad la mayor cantidad del tiempo. Entre los elementos diseñados para tal fin podemos mencionar los fusibles y relés.

A diferencia de los fusibles, los relés son dispositivos mucho más configurables los cuales podemos ajustar para que protejan de diferentes formas a una o varias líneas de transmisión.

Existen diferentes tipos de relevadores, entre los cuales podemos mencionar:

Relevador de distancia: Este funciona midiendo la impedancia aparente vista desde la falla midiendo voltaje y corriente en su posición.

Relevador de sobrecorriente direccional: éstos sensan la corriente que fluye a través de ellos y responden a valores superiores a los ajustados.

Relevador diferencial de corriente: miden la corriente que fluye a través de ellos y la comparan con la corriente medida en el extremo opuesto de la línea buscando una diferencia considerable lo que indica una falla y produce su actuación.

Para nuestro análisis de protección de las líneas de transmisión nos enfocamos en el relevador de distancia, el cual se designa con la numeración ANSI como Número 21.

Nuestro proyecto consiste en analizar la protección de una de las líneas de transmisión de potencia del sistema nacional estadounidense, mediante el programa de computadora ASPEN. La protección que utilizaremos será precisamente relevadores de distancia, utilizaremos como modelo de referencia el relevador SEL – 321 de la compañía Schweitzer Engineering Laboratorios Inc. Este relevador es específicamente un relé de distancia de fase y tierra con las siguientes características principales:

- Cuatro zonas características mho de fase y tierra y cuatro zonas características cuadrilaterales.

La línea de transmisión escogida para proteger fue Illinois – Florida y este informe contiene todos los pasos detallados con los cuales configuramos, simulamos y ajustamos los relevadores para obtener la protección deseada.

DESARROLLO

La protección asignada para calibrar es la PROTECCIÓN DE DISTANCIA. Cada protección de distancia está compuesta por tres zonas de protección definidas. Ellas son:

• Zona Uno(Z1)

• Zona Dos (Z2) y

• Zona Tres (Z3)

Para el ajuste de dichas zonas, se necesitan calcular ciertos parámetros descritos a continuación:

1. ENCONTRAR LAS IMPEDANCIAS PRIMARIAS DE CADA UNA DE LAS LÍNEAS INVOLUCRADAS.

Del software encontramos, por medio del comando de “propiedades”, los siguientes valores:

LÍNEA PROTEGIDA: Zillinois-florida = 0.132 + 0.27j pu

Zbase = (33kV)2/100MVA

=10.89 Ω

Impedancias usadas para calcular Z1, Z2 y Z3 de Illinois: Impedancias usadas para calcular Z1, Z2 y Z3 de Florida:

Zflorida – indiana = 0.115 + 0.179j pu Zminessotta – illinois = 0.1 + 0.202j pu

Zindiana – new hampshr = 0.0727 + 0.1499j pu Zmontana – minessotta = 0.221 + 0.1997j pu

2. BUSCAR LA RELACIÓN DE PT’S (RPT) PARA LA LÍNEA PROTEGIDA.

RPT = Vlínea / Vnom rele L-L

= 33kV / (67*√3)

= 284.367

3. CALCULAR LA RELACIÓN DE CT’S (RCT) PARA CADA EXTREMO DE LA LÍNEA.

ILLINOIS FLORIDA

RCT = Ifalla max / 20 : 5

= 4328.1 / 20 : 5

= 216.405 : 5

= 43.281 RCT = Ifalla max / 20 : 5

= 5220.5 / 20 : 5

= 261.025 : 5

= 52.205

4. ELEGIR UN CRITERIO DE AJUSTE PARA LA PROTECCIÓN, DE LOS DOS DISPONIBLES Y SELECCIONAR UN RELÉ DE ESTE TIP.

Existen dos criterios de cálculo de zonas de protección comúnmente utilizados en este tipo de relés, ellos son:

• Primer Criterio de Ajuste:

 Z1= entre 80 al 90% de la longitud de la línea protegida.

 Z2 = 100% de la línea + 50% de la línea adyacente mas corta.

 Z3 = 100% de la línea + 100% de la segunda línea + 25% de la próxima línea más larga.

• Segundo Criterio de Ajuste:

 Z1= entre 80 al 90% de la longitud de la línea protegida.

 Z2 = 120% de la impedancia de la línea a ser protegida

 Z3 = 120% (Impedancia de la línea + Impedancia de la línea adyacente mas larga).

En este proyecto se seleccionó el PRIMER CRITERIO de ajuste y se utilizo un relé SEL-321.

5. CONVERTIR TODOS LAS IMPEDANCIAS PRIMARIAS A IMPEDANCIAS SECUNDARIAS POR MEDIO DE LA ECUACIÓN: ZS=ZP*(RCT/RPT)

Este procedimiento se debe realizar por separado para cada extremo de la línea:

ILLINOIS FLORIDA

RCT/RPT = 43.281 / 284.367

= 0.1522 RCT/RPT = 52.205 / 284.367

= 0.1836

Luego a paritr de los valore primario, al multiplicarlos por la Zbase y la RCT/RPT obtenemor las impedancias secundarias a utilizar en las simulaciones.

Relé de ILLINOIS

Z1 = 0.8*(Zillinois-florida)*Zbase*RCT/RPTillinois

= 0.8*(0.132 + 0.27j)*10.89*0.1522

= 0.3985 ∟63.9465º = 0.1750 + 0.358j

Z2 = {(Zillinois-florida) + 0.5*(Zflorida – indiana)}*Zbase*RCT/RPTillinois

= {(0.132 + 0.27j) + 0.5*(0.115 + 0.179j)}*10.89*0.1522

= 0.6736 ∟62.2053º = 0.3141 + 0.5959j

Z3 ={(Zillinois-florida)+(Zflorida – indiana)+0.25*( Zindiana – new hampshr)}*Zbase*RCT/RPTillinois

= {(0.132 + 0.27j) + (0.115 + 0.179j) + 0.25*(0.0727 + 0.1499j )}*10.89*0.1522

= 0.9183 ∟61.4054º = 0.4395 + 0.8363j

Relé de FLORIDA

Z1 = 0.8*(Zillinois-florida)*Zbase*RCT/RPTflorida

= 0.8*(0.132 + 0.27j)*10.89*0.1836

= 0.4807 ∟63.9465º = 0.2111 + 0.4318j

Z2 = {(Zillinois-florida) + 0.5*(Zminessotta – illinois)}*Zbase* RCT/RPTflorida

= {(0.132 + 0.27j) + 0.5*(0.1 + 0.202j)}*10.89*0.1836

= 0.8261 ∟63.869º = 0.3639 + 0.7417j

Z3 ={(Zillinois-florida)+(Zminessotta – illinois)+0.25*(Zmontana – minessotta)}*Zbase*RCT/RPTflorida

= {(0.132 + 0.27j) + (0.1 + 0.202j) +

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