Relé de Protección de Línea: Una Guía Completa
Un relé de protección de alimentación es un dispositivo que protege las líneas de alimentación del sistema de potencia de diversos tipos de fallas, como cortocircuitos, sobrecargas, fallas a tierra y conductores rotos. Una alimentación es una línea de transmisión o distribución que lleva la energía desde una subestación hasta la carga o otra subestación. Los relés de protección de alimentación son esenciales para garantizar la confiabilidad y seguridad de los sistemas de potencia, ya que pueden detectar y aislar rápidamente las fallas, prevenir daños al equipo y minimizar las interrupciones de energía.
¿Qué es un relé de protección por distancia?
Uno de los tipos más comunes de relés de protección de alimentación es el relé de protección por distancia, también conocido como relé de impedancia. Un relé de protección por distancia mide la impedancia (Z) de la línea de alimentación utilizando la tensión (V) y la corriente (I) de entrada de los transformadores de potencial (PT) y de corriente (CT) correspondientes. La impedancia se calcula dividiendo la tensión entre la corriente: Z = V/I.
El relé de protección por distancia compara la impedancia medida con un valor de ajuste predefinido, que representa la impedancia máxima permitida para el funcionamiento normal. Si la impedancia medida es menor que el valor de ajuste, significa que hay una falla en la línea de alimentación, y el relé enviará una señal de disparo al interruptor para aislar la falla. El relé también puede mostrar los parámetros de la falla, como la corriente de falla, tensión, resistencia, reactancia y distancia de la falla, en su pantalla.
La distancia de la falla es la distancia desde la ubicación del relé hasta la ubicación de la falla, que se puede estimar multiplicando la impedancia medida por la impedancia de la línea por kilómetro. Por ejemplo, si la impedancia medida es 10 ohmios y la impedancia de la línea por kilómetro es 0.4 ohmios/km, entonces la distancia de la falla es 10 x 0.4 = 4 km. Conocer la distancia de la falla puede ayudar a localizar y reparar la falla rápidamente.
¿Cómo funciona una característica cuadrilátera?
Un relé de protección por distancia puede tener diferentes características de operación, como circular, mho, cuadrilátera o poligonal. La característica cuadrilátera es una opción popular para los relés numéricos modernos porque ofrece mayor flexibilidad y precisión en la configuración de las zonas de protección.
Una característica cuadrilátera es un gráfico en forma de paralelogramo que define la zona de protección del relé. El gráfico tiene cuatro ejes: resistencia hacia adelante (R F), resistencia hacia atrás (R B), reactivancia hacia adelante (X F) y reactivancia hacia atrás (X B). El gráfico también tiene un ángulo de inclinación llamado ángulo característico del relé (RCA), que determina la forma del paralelogramo.
La característica cuadrilátera se puede trazar siguiendo los siguientes pasos:
Establecer el valor R F en el eje X positivo y el valor R B en el eje X negativo.
Establecer el valor X F en el eje Y positivo y el valor X B en el eje Y negativo.
Dibujar una línea de R F a X F con una pendiente de RCA.
Dibujar una línea de R B a X B con una pendiente de RCA.
Completar el paralelogramo conectando R F con R B y X F con X B.
La zona de protección está dentro del paralelogramo, lo que significa que si la impedancia medida cae dentro de esta área, el relé se disparará. La característica cuadrilátera puede cubrir cuatro cuadrantes de operación:
Primer cuadrante (valores R y X positivos): Este cuadrante representa una carga inductiva y una falla hacia adelante desde el relé.
Segundo cuadrante (R negativo y X positivo): Este cuadrante representa una carga capacitiva y una falla hacia atrás desde el relé.
Tercer cuadrante (valores R y X negativos): Este cuadrante representa una carga inductiva y una falla hacia atrás desde el relé.
Cuarto cuadrante (R positivo y X negativo): Este cuadrante representa una carga capacitiva y una falla hacia adelante desde el relé.
¿Cuáles son las diferentes zonas de operación?
Un relé de protección por distancia puede tener diferentes zonas de operación, que se definen por diferentes valores de ajuste de impedancia y retardo de tiempo. Las zonas están diseñadas para coordinarse con otros relés en el sistema y proporcionar protección de respaldo para alimentaciones adyacentes.
Las zonas de operación típicas para un relé de protección por distancia son:
Zona 1: Esta zona cubre el 80% al 90% de la longitud de la alimentación y no tiene retardo de tiempo. Proporciona protección primaria para fallas dentro de esta zona y se dispara instantáneamente.
Zona 2: Esta zona cubre el 100% al 120% de la longitud de la alimentación y tiene un retardo de tiempo corto (generalmente 0.3 a 0.5 segundos). Proporciona protección de respaldo para fallas más allá de la zona 1 o en alimentaciones adyacentes.
Zona 3: Esta zona cubre el 120% al 150% de la longitud de la alimentación y tiene un retardo de tiempo más largo (generalmente 1 a 2 segundos). Proporciona protección de respaldo para fallas más allá de la zona 2 o en alimentaciones remotas.
Algunos relés también pueden tener zonas adicionales, como la Zona 4 para la intrusión de carga o la Zona 5 para fallas de alcance excesivo.
¿Cuáles son otros tipos de relés de protección de alimentación?
Además de los relés de protección por distancia, existen otros tipos de relés de protección de alimentación que se pueden utilizar para diferentes aplicaciones o en combinación con relés de protección por distancia. Algunos ejemplos son:
Relés de protección contra sobrecorriente: Estos relés miden solo la corriente y se disparan cuando supera un valor preestablecido. Son sencillos, económicos y ampliamente utilizados para alimentaciones radiales.
Relés de protección diferencial: Estos relés comparan las entradas de corriente de ambos extremos de una alimentación y se disparan cuando hay un desequilibrio entre ellas. Son rápidos, selectivos y sensibles para alimentaciones cortas o barras de distribución.
Relés de protección direccional: Estos relés miden tanto la corriente como la tensión y determinan su diferencia de ángulo de fase. Se disparan solo cuando la corriente fluye en una dirección específica en relación a la tensión. Son útiles para alimentaciones en anillo o alimentaciones paralelas.
Relés de detección de arco eléctrico: Estos relés utilizan sensores de luz y detección de sobrecorriente de alta velocidad para identificar eventos de arco eléctrico en alimentaciones. Se disparan más rápido que los relés convencionales y mejoran la seguridad para el personal.
¿Cómo seleccionar relés de protección de alimentación?
La selección de relés de protección de alimentación depende de varios factores, como:
El tipo, longitud, configuración, carga, puesta a tierra y nivel de aislamiento de las alimentaciones
La disponibilidad, precisión, costo, mantenimiento, comunicación e integración de los relés
La coordinación, selectividad, sensibilidad, velocidad, confiabilidad, seguridad y estabilidad de los esquemas de protección
Las normas, regulaciones, códigos, políticas y prácticas de los operadores de sistemas de potencia
Algunas pautas generales para seleccionar relés de protección de alimentación son:
Elegir relés numéricos sobre relés electromecánicos o estáticos para un mejor rendimiento, funcionalidad, flexibilidad y diagnóstico
Elegir relés de protección por distancia sobre relés de sobrecorriente o diferenciales para alimentaciones largas o complejas
Elegir características cuadriláteras sobre circulares o mho para mayor precisión y adaptabilidad
Elegir entradas de sensor analógico de baja energía sobre entradas de corriente/voltaje convencionales para reducir el tamaño, peso y riesgos de seguridad.
Elegir relés de detección de arco eléctrico sobre relés convencionales para un disparo más rápido y seguridad del personal.
Conclusión
Los relés de protección de alimentación son dispositivos vitales que protegen las líneas de alimentación de los sistemas de potencia de diversos tipos de fallas. Pueden mejorar la confiabilidad, seguridad y eficiencia del sistema de potencia al detectar y aislar rápidamente las fallas, prevenir daños al equipo y minimizar las interrupciones de energía.
Uno de los tipos más comunes de relés de protección de alimentación es el relé de protección por distancia, que mide la impedancia de la línea de alimentación utilizando la tensión y la corriente de entrada de los transformadores de potencial y de corriente correspondientes. Compara la impedancia medida con un valor de ajuste predefinido, que representa la impedancia máxima permitida para el funcionamiento normal. Si la impedancia medida es menor que el valor de ajuste, significa que hay una falla en la línea de alimentación, y el relé enviará una señal de disparo al interruptor para aislar la falla.
