7.1 compensacion serie

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COMPENSADORES SERIE Ing. Luis Felipe Hernandez Zevallos Especialista en Protección de S Sistemas de Potencia Substation Automation Solutions – AREVA T&D Apresentação AREVA - X Conferência Double - Outubro 2009 2 2

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COMPENSADORES SERIEIng. Luis Felipe Hernandez Zevallos

Especialista en Protección deSSistemas de Potencia

Substation Automation Solutions – AREVA T&D

Apresentação AREVA - X Conferência Double - Outubro 20092 2

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Presentación Areva22 22

Introducción

Requisitos para reducir la duración de la fallas durante cortocircuitos en líneas de transmisión están basados en la congestión del Sistema y el incremento del número de clientes con cargas sensitivas a variaciones de Voltaje.

Acelerar el despeje de la falla en líneas Compensadas Series pueden ser logradas por el avance en los esquemas de comunicación.

La presentación describe los requisitos relacionados con líneas compensadas serie y presenta el esquema de comparación direccional que garantiza tiempos de operación en menos de 1 ciclo.

Componentes super impuestas y su aplicación para detección direccional en líneas compensadas serie son descritas.

La aplicación de la detección de componentes super impuetas direccionales en esquemas permisivos y bloque también son relatados.

Comunicaciones avanzadas relé-relé con diferentes modos de operación permiten reducción significativa de costos de los esquemas de comparación direccional. Al mismo tiempo esto reduce el tiempo total de operación de la protección para cualquier falla en la zona de protección.

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Presentación Areva23 23

Requisitos de la Protección en Líneas Compensadas Series

Los requerimientos crecientes para aumentar la capacidad de transferencia de Potencia, reducir las pérdidas y mejorar la estabilidad del Sistema Eléctrico ha resultado en el uso extendido de líneas compensadas series en transmisión y grandes sistemas. Como la transmisión de Potencia es inversamente proporcional a la impedancia de la línea, es claro que un capacitor conectado en serie con la reducción de la impedancia de la línea, incrementa el flujo de potencia. Esta compensación puede ser lograda colocando capacitores en uno o dos terminales de la línea, en la mitad y con valores típicos de 1/3, 1/2, o 2/3 de la impendancia de la línea

Una falla o corrientes de carga pueden producir voltajes que pueden

dañar el capacitor. Para reducir esta posibilidad, los capacitores son

protegidos por protección de sobre voltaje mediante power gap o

varistores (MOV), usados para limitar el voltage aplicado al capacitor.

Durante una falla con gran corriente el capacitor usualmente serábypaseado, o sea se vuelve una línea no compensada. Sin embargo, los esquemas de protección de alta velocidad toman en cuenta la existencia del capacitor. Los esquemas de protección deben tener en cuenta esta posibilidad.

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Presentación Areva25 25

Requisitos de la Protección en Líneas Compensadas Series

Los capacitores series proveen beneficios significativos en la operación del Sistema, pero afectan el desempeño de los relés de protección en la línea protegida así como las protecciones de líneas adyacentes no compensadas. Esto significa que la protección requiere no sólo un buen entendimiento de los efectos de la compensación en la protección, pero también estudios detallados y test transitorios de desempeño para demostrar la velocidad, dependabilidad y seguridad.

Los efectos del capacitor no está limitada a la frecuencia del Sistema.

Los efectos del capacitor;y sus asociados, gaps y varistores suprimen

los transitorios positivos y negativos, produciendo un intercambio de alta frecuencia hacia el Sistema de Potencia cuando actúan los gaps o conducen los varistores.

Los efectos mas comunes de los capacitores en la protección son

debidos a la corriente y al voltaje en reversa.

Como se puede ver en la siguiente figura, el Voltaje en reversa ocurre cuando una falla cerca al capacitor serie, cuando la impedancia vista por el relé a la falla m es capacitiva, por ejemplo:

Xc>m*XL

Por simplicidad sólo se muestra la reactancia

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Presentación Areva26 26

Requisitos de la Protección en Líneas Compensadas Series

If Corriente de falla

Vf Voltaje de Falla

E es el Sistema

Xs Impedancia de la fuente

Xc Reactancia del capacitor

XL Reactancia de línea

m Distancia de la falla

Como resultado, el Voltaje aplicado al relé será 180º desfasado, respecto a la posición considerada normal. Como muchas de las líneas no son compensadas, los relés están diseñados para trabajar en sistemas inductivos donde no existen los Voltajes de Reversa, esto puede tener un efecto significativo en el comportamiento del relé

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Presentación Areva27 27

Requisitos de la Protección en Líneas Compensadas Series

La corriente en reversa (mostrado en la figura 2) es otra posible condición en sistemas con compensación serie. Esto ocurrirá si la impedancia es negativa: Xs+m*XL-Xc < 0

La expresión es negativa cuando: Xc >Xs+m*XL

De esta última expresión es claro que la corriente en reversa ocurre si la del banco es mayor que la impedancia de la localización de la falla.

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Presentación Areva28 28

Requisitos de la Protección en Líneas Compensadas Series

Los fenómenos anteriormente descritos presentan problemas significativosa la protección convencional, es posible que los elementos de distancia vean impedancia negativa para una falla hacia delante e impedancia positiva para falla hacia atrás. Para asegurar el correcto funcionamiento de la protección los ajustes del relé deben tener en cuenta varias condiciones posibles del Sistema y localización de la falla. Es importantes realizar simulaciones transientes para garantizar la operación de la protección.

Como los métodos convencionales de detección de direccionalidad son basados en los cambios del fasor de medida y un fasor de referencia (polarización), es claro que ellos se verán afectados por el Voltaje y

corriente en reversa. Otro requisito importante es tener en cuenta el comportamiento bajo transientes R-L-C naturales del Sistema. Los cambios en las corrientes transientes y Voltajes vistos por el elemento de Distancia después de una falla en una línea compensada serie pueden resultar en un tiempo de transición hasta de 100 ms desde la impedancia de la carga antes de la falla hasta el valor final de impedancia.

Considerando lo anterior es claro que es una necesidad para soluciones alternativas que eliminen los problemas impuestos por los capacitoresseries.

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Presentación Areva29 29

Detección Direccional de Componentes Superimpuestas

El detector direccional de componentes superimpuestas pueden serbasados en la comparación de la polaridad de la corriente superimpuesta ∆Iy ∆V directamente después de la falla. La decisión adelante del reléusualmente es considerada de la barra a la línea. En el análisis de las figuras 3 y 4 es importante entender que Zs o Zs+ZL son siempre positivas, puesto que la línea no es compensada al 100%. Como resultado no hay ∆Vreversa. Lo mismo sucede con la corriente, pero la polaridad deltransformador de corriente determinan el signo del ∆I visto por el relé. Esto es porque la falla adelante en la figura 3 ∆I y ∆V medido por el relé tienen diferente polaridad y para la reversa en la figura 4 la polaridad es la misma.

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Presentación Areva30 30

Detección Direccional de Componentes Superimpuestas

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Presentación Areva31 31

Detección Direccional de Componentes Superimpuestas

Una de las ventajas en la calculación de los componentes superimpuestosy los diferentes métodos para la detección direccional vistos, es que es muy rápido. Esto debido al hecho que requiere solamente un limitado número de muestras para detectar y confirmar la dirección de la falla.

Como puede ser visto en la figura 5, la decisión direccional (R6) para la fase A es hecha en menos de 6 ms (<1/3 de ciclo), 4 ms mas rápido que el elemento de distancia

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Presentación Areva32 32

Protección Comparación Direccional de Alta Velocidad

El esquema anteriormente visto combinado con opciones avanzadas de comunicación con conexión serial, se consigue el elemento de protección de comparación direccional. En esquemas de comunicación un canal es usado para transportar datos simples ON/OFF (del relé de protección), provee alguna información adicional al dispositivo remoto que puede ser usado para acelerar la zona y/o prevenir disparo fuera de zona.

Tres modos de operación permisivo, bloqueo o esquemas de interdisparo

pueden ser posibles. Ocho señales pueden ser asignados para cualquier función en el esquema lógico de programación. Señales de bloqueo pueden ser escogidos para una rápida respuesta, interdisparo es mas seguro (8 bits CRC) y permisivo (2 bits) ofrece seguridad inmediata con gran confiabilidad. Esto significa que las ocho señales son suficientes para usar en cualquiera de los esquemas.

Tabla 1

1.562 ms0.5208 msV.3219200

3.125 ms1.0417 msV.329600

6.250 ms2.0833 msV.274800

High Security

Transm, Time

High-Speed

Transm. Time

(ITU-V) StandardData Rate BPS

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Presentación Areva33 33

Protección Comparación Direccional de Alta Velocidad

En esta caso el relé envía una señal al terminal remoto para cualquier falta vista hacia delante (DIR FWD en Fig. 6). Al mismo tiempo, si detecta una falla en la dirección adelante y recibe una señal del terminal remoto, disparará sin un retardo adicional.

Como se requieren tiempos de disparo cada vez mas rápidos en los esquemas de transmisión, el esquema de comparación utilizando canales de comunicación de alta velocidad. Esto se puede aún lograr con canales de comunicación de baja velocidad con seguridad mas baja.

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Conclusiones

Las líneas compensadas series presentan algunos desafíos a los elementos de Distancia y direccional en los relés de protección, debido a los voltajes y Corrientes en reversa. Componentes superimpuestas basados en la detección direccional ofrece una alternativa de alta velocidad a los métodos convencionales y no es afectada en la misma vía por los capacitores.

Métodos avanzados en las comunicaciones permiten los tres modos de operación requeridos: Permisivo y Comparación direccional, Bloqueo o esquemas de interdisparo.

Combinando componentes superimpuestas para la detección de la direccionalidad y comunicaciones avanzadas en esquemas de Comparación Direccional proveen protección Subciclo en líneas compensadas series.