Pruebas de relés de distancia orientadas a la aplicación

Thomas Hensler
RelaySimTest
Un nuevo software de pruebas presenta opciones ampliadas para las
pruebas de relés de distancia orientadas a la aplicación
Un nuevo software para pruebas orientadas a la aplicación de relés de distancia permite también probar
directamente in situ las aplicaciones complejas. La verificación de los ajustes correctos de los parámetros
de protección mediante la simulación de escenarios de falla reales, permite alcanzar un nuevo nivel de
calidad en el campo de las pruebas de protección.
Muchas de nuestras redes eléctricas han cambiado significativamente en los últimos años. Debido a los
cambios en la política energética, actualmente la energía eléctrica se introduce en estas redes por
muchos puntos diferentes y luego se consume en lugares completamente distintos, algunos de los cuales
a grandes distancias de la fuente. Esto hace que las redes eléctricas sean cada vez más complejas y que
funcionen mucho más cerca de sus límites. Obviamente, esto también presenta desafíos totalmente
nuevos para los equipos de protección.
Por lo tanto, son vitales las pruebas detalladas de los equipos de protección capaces de proporcionar
estos servicios de protección más complejos, sobre todo cuando se realizan cambios en la red en el área
de un relé de protección. Desafortunadamente, en muchos casos ya no basta con las pruebas
funcionales convencionales que verifican que los valores de los ajustes del relé son correctos. Las
pruebas orientadas a la aplicación, que implican simulación de situaciones de falla sumamente realistas
con el equipo de protección, basadas en una simulación de la red eléctrica principal, ofrecen muchas
oportunidades nuevas para unas pruebas de protección eficaces. Por lo tanto, este método está dirigido
tanto a las exigencias actuales como a las exigencias más complejas que se prevén para el futuro.
Con el nuevo software de aplicación RelaySimTest, OMICRON ofrece una solución para pruebas
orientadas a la aplicación. Este software permite probar directamente las fallas simuladas y puede
también combinarse con múltiples equipos de prueba CMC sincronizados. De esta forma es fácil probar
la respuesta de los relés de distancia, como se destaca en las siguientes aplicaciones. Consulte los
ejemplos en [1] para más detalles sobre los principios y los fundamentos básicos.
Alimentación bilateral, flujo de carga superpuesta y resistencia de arco
Ajustar los rangos de zona correctos para la respuesta selectiva de la protección es esencial para los
conceptos de protección que emplea la protección de distancia. Sin embargo, una prueba básica de
funcionamiento en la que el disparo se aplica a partir del reposo, especificando tensiones y corrientes
que coincidan con la impedancia de falla –por lo general con una corriente de prueba constante– no se
corresponde con una situación del mundo real. La línea protegida a menudo se alimenta desde ambos
lados, hay superpuesta una corriente de carga que no puede ignorarse y también pueden producirse
fallas con diversas resistencias de arco. La simulación dinámica realizada por RelaySimTest se basa en
un modelo de una línea protegida con alimentación bilateral. Se simula un escenario real de falla y se
calcula la respuesta transitoria de las tensiones y corrientes. Esto posibilita realizar la clase de pruebas
que se muestran en la Figura 1.
Cuando se produce una falla, la respuesta transitoria de las corrientes y tensiones se corresponde con la
respuesta real con una componente de CC y una componente de carga superpuesta. Esto posibilita la
creación de un escenario de falla en el dispositivo de protección directamente a través del equipo de
prueba mediante el software de aplicación y de este modo se pueden probar y evaluar las características
de disparo del relé correspondiente. Entonces puede observarse con precisión con qué facilidad se
mueven los rangos de zona debido a la componente de carga superpuesta y las diversas resistencias de
arco y si estas todavía se encuentran dentro del rango previsto.
Además, también pueden probarse los tipos de fallas más complejas, como las fallas de conductorconductor-tierra o fallas dobles con diferentes resistencias de arco. En el caso de múltiples fallas, es
necesario simular el curso preciso de la aparición de una falla a través del tiempo (evaluación de la falla)
con el fin de poder observar la reacción a tiempo del relé de protección.
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2014-10-27
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Rangos en una red radial ramificada y en las secciones de líneas paralelas
Con las zonas adicionales, la graduación de los relés de distancia generalmente va más allá de la línea
principal que necesita protección y sirve como respaldo para la protección de secciones de línea
adicionales. En una red radial ramificada, es necesario establecer los rangos correctos para cubrir fallas
en las diferentes salidas paralelas. La topología que se muestra como ejemplo en la Figura 2 representa
esto.
El flujo de carga en las salidas paralelas también influye en los rangos de las zonas dentro de una salida,
que pueden a su vez simularse y probarse durante el procedimiento de prueba.
Los límites de zona cuando se utilizan secciones de líneas paralelas representan un aspecto adicional.
Estos pueden moverse (en algunos casos significativamente) en base a los diferentes estados de
funcionamiento de las secciones de líneas individuales (línea en funcionamiento o no en funcionamiento).
Para este caso (Figura 3), las condiciones de alimentación en ambos extremos también son relevantes y
por lo tanto tienen que modelarse correctamente para la prueba.
Verificar correctamente la graduación de todos los estados de conmutación pertinentes es otro punto.
Esto se puede realizar directa y eficazmente usando pruebas orientadas a la aplicación. Cuando se
trabaja con líneas paralelas, también deben tenerse en cuenta los efectos de acoplamiento mutuo entre
los sistemas conductores. Además, RelaySimTest permite probar relés de distancia con una cuarta
entrada de corriente para la corriente homopolar de la línea paralela. Los detalles sobre cómo manejar
acoplamientos mutuos pueden encontrarse en [2].
Efecto de las alimentaciones intermedias
Los rangos de las otras zonas se ven influidos de manera significativa cuando se utilizan líneas
subordinadas con alimentaciones adicionales. Solo puede realizarse una prueba correcta de la respuesta
de protección si también se modela y simula este efecto. De este modo puede verificarse la graduación
en múltiples secciones de línea para una topología como la mostrada en la figura 4.
Por lo tanto, pueden simularse las diversas condiciones de suministro que se prevén en el mundo real
una tras otra y evaluarse el comportamiento de disparo del relé de protección.
Graduación de la protección de distancia a través de transformadores
Se puede realizar la graduación en el lado del transformador opuesto a la ubicación del relé, usando relés
de distancia en los sistemas que utilizan transformadores de potencia. Sin embargo, las impedancias de
falla y los tipos de falla en el otro nivel de tensión resultan modificados de manera significativa a través
del transformador, especialmente para los grupos vectoriales con devanados en estrella-triángulo.
Por lo tanto, es necesaria la simulación del transformador (figura 5) cuando se prueba el dispositivo de
protección. Esta simulación también permite evaluar las fallas en los lados de subtensión y de
sobretensión del transformador.
Fallas en redes aisladas, redes compensadas y redes con sistema a tierra de baja impedancia
RelaySimTest es capaz de simular redes aisladas, redes compensadas y redes con puesta a tierra de
baja impedancia También es fácil comprobar la respuesta del relé con fallas a tierra monopolares o fallas
a tierra dobles, como la preferencia de fase correcta.
Para redes compensadas, también hay que modelar la bobina Petersen de la red correspondiente y la
capacitancia transversal o de dispersión, para poder calcular una simulación de la corriente residual
capacitiva. De este modo es posible realizar una prueba directa de la detección de la dirección de la falla
a tierra para fallas monopolares en la salida dedicada o paralela, como se muestra en el ejemplo de la
figura 6.
Aparte de esto, son también de interés las simulaciones más complejas de fallas a tierra transitorias o
intermitentes que simulan su respuesta detallada en función del tiempo. Los relés de protección
modernos cuentan con algoritmos especiales para la detección de estados como estos, que pueden ser
objeto de pruebas.
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Resumen
Las pruebas orientadas a la aplicación de equipos de protección ofrecen maneras completamente nuevas
de verificar las aplicaciones más complejas en los relés de protección de nuestras modernas redes
eléctricas. Estas pruebas no solo pueden utilizarse para comprobar los valores de ajuste de los equipos
de protección, sino también para examinar la respuesta de protección del sistema de eléctrico en
escenarios realistas. Esto permite a su vez probar incluso las más complejas funciones de protección y
detectar errores de ajuste de parámetros que pueden haber ocurrido ya durante el diseño de los sistemas
de protección. Esta es una forma eficaz de garantizar unos ajustes del relé de protección correctos y
selectivos. Con la presentación del nuevo software de aplicación fácil de usar, los usuarios pueden
aumentar la calidad de las pruebas de protección en un gran número de aplicaciones actuales y futuras
(véase la tabla 1).
Además, RelaySimTest también es capaz de controlar múltiples equipos de prueba CMC sincronizados
para pruebas distribuidas desde una sola aplicación (a grandes distancias con cualquier conexión a
Internet). Esto posibilita la realización desde pruebas fáciles y eficientes de extremo a extremo en relés
diferenciales de línea, hasta pruebas detalladas de equipos de protección de barras distribuidos.
Referencias
[1] Ziegler, G.: Digitaler Distanzschutz, Grundlagen und Anwendung (Protección de distancia digital,
fundamentos y aplicaciones), Publicis Corporate Publishing, 2ª edición, 2008
[2] Hensler, T.: Prüfungen zur Analyse des Schutzverhaltens bei Parallelleitungen mit mutueller Kopplung
(Pruebas para analizar la respuesta de protección de líneas paralelas con acoplamiento mutuo),
OMICRON User Convention 2014, Bonn
Cuadro de información:
Acerca de OMICRON:
OMICRON es un fabricante austriaco de equipos de prueba que ha desarrollado soluciones de prueba a
medida para todo tipo de sistemas de protección durante 25 años. Con su nuevo software de aplicación
RelaySimTest, la compañía responde a las tendencias del mercado y ofrece una solución para realizar in
situ pruebas orientadas a la aplicación por primera vez. Basándose en una simulación de la red principal,
posibilita incluso la realización de pruebas de escenarios de fallas complejos.
Acerca del autor:
Dipl.-Ing. Thomas Hensler nació en Feldkirch, Austria en 1968. Estudió Informática en la Universidad
Tecnológica de Viena, donde completó su diplomatura en ingeniería técnica (Dipl.-Ing.) en 1995. Ha
trabajado en el campo del desarrollo de software para soluciones de prueba de sistemas de protección y
medición en OMICRON desde 1995. Además, es responsable de la gestión de productos de aplicación
de software en el campo de las pruebas de protección.
thomas.hensler@omicron.at
www.omicron.at
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Pies de foto
Figura 1: Simulación de una falla real en una línea con alimentación bilateral, flujo de carga superpuesta
y resistencia de arco
Figura 2: Rangos de zona en una red radial ramificada
Figura 3: Rangos con secciones de líneas paralelas
Figura 4: Múltiples líneas subordinadas con alimentaciones intermedias
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Figura 5: Graduación de la protección de distancia a través de un transformador
Figura 6: Simulación de la corriente residual capacitiva en una red compensada
Figura 7: El nuevo software de aplicación RelaySimTest facilita a los ingenieros la comprobación de la
respuesta de los modernos relés de distancia.
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Implementaciones de las pruebas orientadas a la aplicación
Protección de distancia:
• Alimentación bilateral, flujo de carga superpuesta y resistencia de arco
• Redes radiales ramificadas y secciones de líneas paralelas
• Alimentaciones intermedias
• Graduación a través de transformadores
• Redes aisladas, redes compensadas y redes con puesta a tierra de baja impedancia
• Secciones mixtas cables aéreos
• Pruebas de oscilación de potencia y de bloqueo por oscilación de potencia
• Líneas compensadas en serie
Funciones lógicas:
• Conexión después de una falla
• Reactivación automática, también con desactivación monopolar
• Protección contra fallo del interruptor
• Bloqueo inverso
• Todos los tipos de protección por comparación de señales
Pruebas distribuidas
• Pruebas de extremo a extremo de protección de comparación de señales
• Protección diferencial de línea, también con tres extremos
• Protección de barra, también con varias unidades de campo distribuidas
Tabla 1: Implementaciones de las pruebas orientadas a la aplicación
Klaus Jotz
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energía eléctrica con innovadoras soluciones de prueba y diagnóstico. La aplicación de
los productos de OMICRON brinda a los usuarios el más alto nivel de confianza en la
evaluación de las condiciones de los equipos primarios y secundarios de sus sistemas. Los
servicios ofrecidos en el área de asesoramiento, puesta en servicio, prueba, diagnóstico y
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Nuestros clientes de más de 140 países confían en la capacidad de la compañía para
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