Coordinación de relés de distancia PDF

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INFORME 6...

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Mes 04 de Año 2020.Universidad Tecnológica de Pereira.

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Informe N°6 Coordinación de Relés de Distancia Autor 1: Darwin Francisco Vidal Vizcaya, Autor 2: Wilmer Remigio Pantoja Portillo, Autor 3: María Valeria Fajardo Latorre Grupo 3 [email protected], [email protected],[email protected] Laboratorio de Sistemas de Potencia-Programa de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica de Pereira – 9 de abril de 2020  Resumen- En esta práctica se realiza la coordinación de relés de forma automática y manual obteniendo sus diagramas de impedancias y sus R vs X a partir de la simulación de diferentes fallas en líneas y nodos. Palabras claves – rele de distancia, transformador de corriente y voltaje, diagrama de impedancia y diagrama R vs X. Abstract—In this practice the coordination of relays is carried out automatically and manually obtaining their impedance diagrams and their R vs X from the simulation of different failures in lines and nodes. Key Words— distance relay, current and voltage transformer, impedance diagram and R vs X diagram

I.

INTRODUCCIÓN

La operación coordinada permitirá salvaguardar los equipos del sistema y también la vida de las personas que estén cerca. Para cumplir con los requisitos de calidad, es importante contar con un sistema de protección confiable y seguro. La razón de proteger a un sistema eléctrico es que este está sujeto a perturbaciones en el sistema ya sean en cambios de carga, fallas por causas naturales, por equipos o por maniobra. Existen varias protecciones entre ellas se encuentran la protección de distancia la cual se considera cuando la protección de sobre corriente es muy lenta o no es selectiva y además del costo de ésta para calibrar un relé de distancia basta con fijar el tiempo al cual debe actuar y el valor de impedancia a partir del cual se necesita la operación. Para la protección de líneas, generalmente se usan 3 etapas o zonas. II.

CONTENIDO

II.a) Reporte de la practica La práctica inicia con un caso base presentado en la Figura 1

Figura 1. Sistema base

Al simular el sistema base se obtiene las corrientes que permiten seleccionar el transformador de corriente, los datos se muestran en la tabla I Tabla I: Datos de la corriente

Nodo

Elemento

P(MW)

Q(Mvar)

I(kA

N1

L1

N2

L1

N2

L2

9,028

N3

L2

N2

L3

N4

L3

-15

N3

C2

N1

G1

N4

C1

15

Angulo I(°)

24,296

17,925

0,241

-36,4

-24,122

-17,057

0,241

143,6

7,583

0,096

-41,2

-9

-7,5

0,096

138,8

15,095

9,474

0,145

-33,3

-9

0,145

146,7

9

7,5

0,096

-41,2

-24,296

-17,925

0,241

143,6

9

0,145

-33,3

Al caso base se le agrega transformadores de corriente y de voltaje con un valor de 69000/110 para todos inmediatamente se adiciona los relés de distancia como se presenta en la Figura 2 los datos de los transformadores se presentan en la tabla II Tabla II: Datos de los transformadores de corriente

Cts. 400/5 250/5 200/5 500/5 100/5

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Figura 6. Falla línea 2 en 85% Figura 2. Sistema de potencia con relés de distancia

Al tener el circuito se inicia con los fallos en las líneas y los nodos teniendo en cuenta que los ajustes del rele se hizo de forma manual es decir se usó las impedancias calculadas en el pre informé en donde se tomara sus tiempos de actuación como se expone a continuación:

De igual forma se realiza para la línea 3 como se muestra en la figura 7 y 8

En la Figura 3 se muestra la falla en línea 1 con un 50% Figura 7. Falla línea 3 en 50%

Figura 8. Falla línea 3 en 85% Figura 3. Falla línea 1 en 50%

La figura 4 presenta el fallo en la línea con un 85%

Figura 4. Falla línea 1 en 85%

Los nodos se crean las fallas, así conocer su tiempo de actuación como se presenta en las Figuras 9,10 y 11

Figura 9. Falla Nodo 2

Para la línea 2 se realiza el 50 y 80 % presentado en la Figura 5y 6

Figura 10. Falla Nodo 3 Figura 5. Falla línea 2 en 50%

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Figura 11. Falla Nodo 4

Al conocer todos los tiempos se llena la tabla en donde se analiza en que momento operan los relés además se activa la programación del disparo de los relés generando las gráficas de impedancia y R vs X. Figura 13. Diagrama de impedancia R1 y R3

En la Figura 12 se expone el circuito base pero aumentando un nodo, una línea y una carga las cuales al realizar de nuevo el flujo cambian las corrientes por lo tanto los transformadores de corrientes deben calcularse otra vez siguiendo el mismo procedimiento.

Siguiendo el mismo procedimiento para los R1 y R2 se obtiene el diagrama de impedancia como se presenta en la Figura 14

Figura 12. Sistema de potencia con el aumento de elementos

Una vez realizado los cambios se activa los relés de distancia en forma automática generando nuevos diagramas de impedancia y R vs X. II.b) Respuesta a preguntas planteadas a) Realice para el relé de la línea L1 con el relé de la línea L2, y el relé de la línea L1 con el relé de la línea L3. Verifique que no existan traslapes en las zonas de los relés y grafique los diagramas de impedancia contra tiempo para los trayectos coordinados. En base a la Figura 12 activando la programación de disparo se obtiene el diagrama de impedancia para los relés 1 y 3 como se muestra en la Figura 13

Figura 14. Diagrama de impedancia para R1 y R2

b) Llene la Tabla de acuerdo con los tiempos de actuación de los relés para cada una de las fallas indicadas. Al realizar los fallos en las líneas con su respectiva distancia y nodos se obtiene los resultados de la tabla III Tabla III: Datos nodo seis

Element o en falla

tR2

Distancia [%]

tR1 [s]

50

0.01

-

-

85

0.4

-

-

50

0.4

0.01

-

85

0.7

0.4

-

50

0.7

-

0.01

[s]

tR3

[s]

L1

L2

L3

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85

0,7

-

0.4

N2

-

0.4

-

-

N3

-

0.7

0.4

-

N4

-

5

-

0.4

4

Si se hace una falla en el nodo 3 para el rele 2 se obtiene un diagrama como en la Figura 17

c) Grafique los diagramas de R vs X para cada relé ante diversas fallas. Verificar que la impedancia vista por el relé ante la falla esté dentro de la zona de protección deseada. Teniendo en cuenta que se trabaja con el circuito de la figura 2 se obtiene los diagramas R vs X de las siguientes figuras: Ante una falla en el nodo 2 para el rele 1 se obtiene el diagrama de la figura 15

Figura 17. Rele 2 falla nodo 3

En la figura 18 se muestra el diagrama de una falla en la línea 2 con un 85% para el rele 2

Figura 15. Rele 1 falla nodo 2

Figura 18. Rele 2 falla línea 2 de 85%

Para una falla en la línea 3 del rele 1 se obtiene la gráfica de la figura 16

El diagrama de la figura 19 presenta una falla en el nodo 4 del rele 3

Figura 16. Rele 1 falla línea 3 Figura 19. Rele 3 falla nodo 4

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La figura 20 presenta una falla en la línea 3 en el rele 3

Figura 20. Rele 3 falla línea 3

Figura 22. Diagrama de impedancia del rele 1, 2y 4

d) Grafique los diagramas de impedancia contra tiempo para los trayectos coordinados. Verificar que no hayan traslapes entre las zonas de protección. En caso de haberlo realice los respectivos ajustes.

e) Grafique los diagramas de R vs X para cada relé ante diversas fallas. Verificar que la impedancia vista por el relé ante la falla esté dentro de la zona de protección deseada.

Haciendo uso de la figura 12 se obtiene los diagramas de impedancia teniendo en cuenta que el ajuste en este caso fue automático para los relés de distancia como se presentan a continuación: La figura 21 presenta el diagrama de impedancia del rele 1 y 3

Bajo el mismo circuito de la figura 12 se obtiene los diagramas R vs X La figura 23 es el rele 1 con falla en el nodo 2

Figura 23. Rele 1 en falla nodo 2

La figura 24 es una falla en la línea 2 para el rele 1

Figura 21. Diagrama de impedancia del rele 1 y 3

El diagrama de impedancia para los relés 1, 2 y 4 se muestra en la figura 22

Figura 24. Rele 1 en falla línea 2

Para la figura 25 se realiza una falla en el nodo 3 con el rele 2

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Figura 25. Rele 2 con falla nodo 3

El diagrama de impedancia de la figura 26 es par el rele 2 con falla en la línea 2

Figura 26. Rele 2 con falla en línea 2

La figura 27 expone la falla en la línea 3 para el rele 3

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Figura 28. Rele 3 con falla en el nodo 5

Se expone en la figura 29 la falla en el nodo 4 para el rele 4

Figura 29. Rele 4 con falla en el nodo 4

La figura 30 presenta falla en la línea 4 para el rele 4

Figura 27. Rele 3 co n falla en línea 3

La figura 28 es una falla en el nodo 5 para el rele 3

Figura 30. Rele 4 con falla en línea 4

II.c) Análisis de resultados Al elegir los datos de los transformadores de corriente se debe tener en cuenta la corriente que pasa por ellos y tomar una mayor para que exista un buen desempeño En la figura 3 y 4 ocurre el fallo de la línea 1 a diferente distancia efectivamente actúa el rele principal su operación es correcta en cambio en la figura 11 que es para el nodo 4 actúa

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La protección 1 pero en un tiempo de 5s dando a entender que está actuando no por impedancia sino por sobre corriente eso se debe a que la línea 3 es más larga por lo tanto el programa no lee esa zona sino que lee la más corta los demás tiempos en los relés están actuando de forma correcta. La figura 13 y la figura 14 muestran las zonas de cada rele en donde no existe traslape en la figura 13 se puede notar que en el eje x (Z) es mayor en la zona 1 que en el de la figura 14 esto puede ser por que la línea 3 es la más larga además es de aclarar que en estas zonas también se puede observar el tiempo de actuación de los relés en cada zona. La figura 15 presenta el rele 1 ante falla nodo 2 se puede observar que la impedancia está actuando en la zona 2 eso quiere decir que el tiempo de ese rele presentado en la tabla III fue en la zona 2 está actuando es en esa zona, para la figura 20 es el rele 3 en fallo la línea 3 efectivamente está actuando en la zona 1 las demás figuras de la 15 a la 20 tienen el mismo análisis es de aclarar que estas figuras se obtuvieron de forma manual. Cuando se aumenta una línea, carga y nodo inmediatamente los valores de los trasformadores de corriente cambian ocasionando que esas corrientes aumenten por lo tanto se cambió los trasformadores además el manejo fue de forma automática. En la figura 21 se puede observar que aunque tiene una línea de mas es similar a la obtenida de forma manual es decir la figura 13 teniendo en cuenta que la zona 2 para el rele 3 es más larga en cambio la figura 22 no existe traslape y se encuentran las zonas para el rele 1, 2 y 4 que es el de la nueva línea para el rele 1 y 2 existen las tres zonas pero para el 4 solo 2. Las fallas en los nodos 4 y 5 para el rele 4 están fuera de las zonas de protección para hacer ese ajuste se debe crear otro circulo. En la figura 30 se presenta una falla en la línea 4 para el rele 4 en donde se presenta en la zona 1 de la figura 23 a la 27 se hace el mismo análisis. II.d) Problemas e inconvenientes En el programa se creó varias subvariante debido a que se hizo paso a paso generando su extensión es por eso que en los nombres de algunas subvariante se decidió poner NO porque son los paso a paso como no se pueden eliminar se dejó así los números que son solo el paso son (3.3-3.4-3.7) los que tienen los diseños son 3.2(caso base), 3.5 y 3.6(donde se obtuvo los diagramas y R vs X ) y 3.8(es el aumento de la línea con los diagramas y R vs X ). III.

CONCLUSIONES

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Mediante los diagramas R vs X se comprueba el funcionamiento de los relés de distancia con sus respectivas zonas de protección ante una falla. Cuando una línea es muy larga el rele se activara pero mediante corriente esto sucede por los porcentajes que se evaluaron en el programa que son 80% además el tiempo de operación depende de que tan lejos este del elemento seleccionado. Al aumentar la línea, el nodo y la carga la corriente aumenta haciendo que los trasformadores de corriente sean modificados. Los diagramas de impedancia permiten visualizar las zonas de los relés además de comprobar sus tiempos, se puede verificar que no existe traslape de manera que tiene buen funcionamiento y operan de forma correcta caso contrario a que si existan que provocaría un conflicto presentando un mal comportamiento. Así como los relés de distancia, existen otros tipos de relés que se diferencian por el tipo de operación. IV.

REFERENCIAS

Guías del laboratorio de sistemas de potencia. Ingeniería eléctrica, 2020. Universidad Tecnológica de Pereira....