Teleprotección Tipo Comando (ANSI 85)

Los esquemas de teleprotección tipo comando se identifican con el número ANSI 85, y se utilizan para lograr una desconexión selectiva y sin retardo. Detectan cualquier falla en el 100% del tramo de la línea mediante la protección de distancia (ANSI 21).

Estos esquemas son necesarios porque la configuración convencional de las zonas de distancia no despeja las fallas selectiva e instantáneamente si no se usa teleprotección.

La teleprotección consiste en que el relé de protección realiza intercambios de información con el extremo opuesto. Este intercambio se hace mediante vías de comunicación convencionales con relés de transmisión y recepción, o mediante una conexión de comunicación digital.

Los sistemas de telecomunicaciones utilizados pueden ser los siguientes:

  • Hilo piloto.
  • Onda Portadora por Línea de Potencia (PLC: Power Line Carrier).
  • Microondas.
  • Fibra Óptica.

La Fibra Óptica es la más fiable para enviar señales de disparo ante cualquier condición del sistema. Es el medio menos perturbado por cambios en el sistema. Además, se usa con OPGW (del inglés: Optical Ground Wire, fibra óptica concéntrica en el cable de guarda) para múltiples usos y servicios. Por lo que su empleo para señales de protección tiene un costo marginal.

Generalmente, la señal de telecomunicación no dispara el interruptor sin el criterio de la protección del extremo receptor. Excepto en el caso de transferencia de disparo directo. En consecuencia, las señales falsas que se envían durante condiciones normales no tendrán ninguna influencia en la seguridad del sistema.

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Categorías de Teleprotección Tipo Comando

Los sistemas de protección de distancia utilizando telecomunicaciones (teleprotección tipo comando) pueden clasificarse dentro de las siguientes categorías:

  • Transferencia de disparo directo (DT: Direct Trip).
  • Transferencia de disparo permisivo por bajo alcance (PUTT: Permissive Underreaching Transfer Trip).
  • Transferencia de disparo directo por bajo alcance (DUTT: Direct Underreachning Transfer Trip).
  • Transferencia de disparo permisivo por sobrealcance (POTT: Permissive Overreaching Transfer Trip).
  • Bloqueo por comparación direccional (DCB: Directional Comparison Blocking).
  • Extremo con fuente débil (WEI: Weak End Infeed).
  • Función de eco (ECO).
  • Esquema de disparo híbrido.

En estos esquemas de teleprotección tipo comando, las funciones básicas de la protección de distancia permanecen como respaldo de la zona que utiliza telecomunicación para comando de disparo (teledisparo). Es decir, si hay una falla en el sistema de comunicaciones, la protección de distancia operará en su función básica de zonas escalonadas.

1. Transferencia de Disparo Directo (DT)

La transferencia de disparo directo consiste en que el relé de protección envía un comando de apertura directamente al interruptor del extremo remoto de la línea. Sin que el comando se regule por ninguna otra protección.

Comúnmente, la transferencia directa de disparo lo realizan los relés de falla de interruptor (definidos por el número ANSI 50BF). La protección 50BF generalmente se encuentra dentro de los Controladores de Bahía.

También, la DT la realiza el relé diferencial de barras de la subestación, para despejar más rápidamente las fallas entre los transformadores de corriente y los interruptores.

2. Transferencia de Disparo Permisivo por Bajo Alcance (PUTT)

Una falla en la Zona 1 del extremo A se transmite al extremo opuesto de la línea, extremo B, mediante una señal de disparo transferido. La señal recibida causa el disparo si la falla se detecta también dentro de la Zona 1 del extremo B. Si el relé B no detecta la falla, no se permite el disparo. Este escenario se muestra en la siguiente Figura.

Esquema de teleproteccion tipo comando. transferencia de disparo permisivo por bajo alcance (PUTT)
Esquema de Transferencia de Disparo Permisivo por Bajo Alcance (PUTT). Fuente: © Ing. Leiry Chinchilla

La desventaja de este esquema es que la Zona 1 abarca menos del 100% de la línea en protección. Por lo que no es un esquema completamente confiable al no detectar fallas en toda la longitud de la línea. A demás, al ser un disparo permisivo, el relé debe esperar recibir el permiso para disparar. Lo cual lo hace más lento que los esquemas de disparo directo.

3. Transferencia de Disparo Directo por Bajo Alcance (DUTT)

Un defecto en la Zona 1 del extremo A se transmite al extremo opuesto de la línea a través de una señal de disparo transferido. La señal recibida origina allí un disparo sin cuestiones adicionales, tras un breve margen de tiempo de seguridad ajustable.

La ventaja, en comparación con el esquema PUTT, es que ambos extremos de la línea pueden ser disparados sin necesidad de ninguna medida adicional. Sin embargo, este esquema tiene la misma desventaja que el esquema PUTT al no proteger el 100% de la línea.

4. Transferencia de Disparo Permisivo por Sobre-Alcance (POTT)

Si la protección de distancia del extremo A identifica una falla en la Zona 2 (Z2), envía primero una señal de autorización al extremo B. Si el extremo B igualmente identifica una falla dentro de su Z2, entonces se conduce una señal de disparo al relé de mando. Es decir, la condición para una desconexión rápida es que en ambos extremos de la línea se detecte una falla dentro de la zona Z2. La falla detectada siempre debe ser en dirección “hacia adelante” (hacia la línea protegida) como se muestra en la siguiente Figura.

Esquema de teleproteccion tipo comando. Transferencia de Disparo Permisivo por Sobre-Alcance (POTT)
Esquema Transferencia de Disparo Permisivo por Sobre-Alcance (POTT). Fuente: © Ing. Leiry Chinchilla

Este esquema de teleprotección tipo comando es mejor que los esquemas de bajo alcance, porque protegen mayor trayecto de la longitud de la línea protegida. Sin embargo, los TC usados por los relés no están exactamente en el extremo de la línea. De este modo, si ocurre una falla detrás del TC no se podrá detectar por el relé 21 asociado y no se disparará por POTT. Por este motivo se debe diseñar la zona de protección diferencial de barra de modo tal que solape con el TC del relé de distancia. Entonces, sí se podrá detectar esa falla y ordenar el disparo.

5. Bloqueo por Comparación Direccional (DCB)

En este esquema se utiliza el enlace de comunicación para enviar una señal de bloqueo de un extremo de la línea al otro. Esta señal puede enviarse inmediatamente después de detectar una falla en dirección “hacia atrás“. El bloqueo se detiene en cuanto la protección de distancia detecta una falla en dirección “hacia adelante”. En este procedimiento también es posible efectuar un disparo sin que llegue una señal del extremo opuesto. Es decir, las fallas dentro de la Z2, producen un disparo si no se recibe una señal de bloqueo desde el otro extremo de línea.

6. Extremo con Fuente Débil (WEI)

Este esquema de teleprotección tipo comando se utiliza para líneas radiales, con un lado fuente, y un lado carga (considerado como lado de “fuente débil”). Si ocurre una pérdida de la fuente de alimentación en el extremo de lado carga, la protección 21 no arrancará en caso de una falla. Por consiguiente, no puede generarse allí ningún disparo, ni tampoco una señal de envío.

En los esquemas de POTT no sería posible efectuar un disparo inmediato, ni siquiera en el extremo de la línea con fuerte alimentación. Ya que, desde el extremo con fuente de alimentación débil no se transmite ninguna señal de autorización.

Para lograr un disparo rápido en ambos extremos de la línea, la protección de distancia debe disponer de medidas especiales para líneas con fuente débil. Una de ellas es el arranque por baja tensión.

Adicionalmente, en los esquemas de teleprotección permisivos se utiliza la función ECO. Esta función efectúa desconexiones rápidas en caso de fallas en el 100% de la longitud de la línea. Dado que permite autorizar un disparo para el extremo de la línea de mayor alimentación.

Si llega una señal desde el extremo opuesto de la línea, y la protección local no arranca, indica que hay una falla en la línea. Después de transcurrir un tiempo de seguridad (40 ms) sucesivo al inicio de la señal de recepción, se autoriza el disparo por fuente débil. Para esto también se deben cumplir las demás condiciones: baja tensión, interruptor de potencia cerrado y protección de distancia o fallas a tierra sin arranque.

Sin embargo, se deben evitar detecciones erróneas de la función WEI. Por lo que ésta no debe activarse una vez que exista un arranque por falla.

Imagen Referencial: SIPROTEC 7KE85 Fault Recorder
Imagen Referencial: Relé Numérico. Fuente: SIPROTEC 5, SIEMENS.

7. Función Eco (ECO)

La condición central para el ECO es la falla de un arranque de la protección de distancia. Al mismo tiempo, está vinculada con una recepción simultánea de una señal transmitida por teleprotección. La función ECO está relacionada a la función de disparo por fuente débil.

Si no se establece un arranque, la función ECO hace que la señal recibida se envíe de vuelta al otro extremo de la línea. Actúa como un “eco” para autorizar el disparo permisivo. Es importante considerar que, para usar esta función, la protección de distancia no debe desactivarse ni bloquearse. De lo contrario, en este estado produciría siempre un ECO por falta de arranque.

Sin embargo, se debe evitar la formación de un ECO después de la desconexión de la línea y la reposición del arranque. Por esto, no se permite generar más ECO si ya existió un arranque.

Por otro lado, la temporización de ECO debe ser suficientemente larga para permitir la operación de las demás protecciones. Específicamente, las funciones de protección de distancia y de la protección de fallas a tierra. Para que no produzcan un ECO erróneo a todos los extremos de la línea cuando ocurren fallas externas.

8. Esquema de Disparo Híbrido

De todos los esquemas de teleprotección tipo comando, el esquema Híbrido es el más recomendado. El esquema de disparo Híbrido es un equilibrio entre la seguridad del esquema POTT y la confiabilidad del esquema DCB. Es decir, el esquema Híbrido requiere tanto la función permisiva con sobre-alcance como la función de bloqueo direccional, además de un canal de repetición lógica (función ECO) y una opción de disparo lógico por alimentación débil (WEI).

Como en el esquema POTT, el disparo se inicia cuando una función de sobre-alcance local ha operado y se ha recibido la señal permisiva en ambos extremos remotos de la línea; como en el esquema DCB, la operación de la función de bloqueo en cualquier terminal impedirá el disparo piloto en todos los terminales de la línea para fallas externas.

La lógica de disparo por alimentación débil se utiliza para iniciar disparo si se recibe una señal permisiva de los extremos remotos y no se ha operado ninguna función de bloqueo no local y hay alguna indicación de falla local.

Conclusión

Los Esquemas de Teleprotección Tipo Comando son una función complementaria de la Protección de Distancia. Dado que la protección 21 opera con tiempos de operación escalonados dependiendo de la distancia en que se detecta la falla, con el objetivo de no perder selectividad y evitar un disparo erróneo. Con esto, se tiene la desventaja de que para algunas fallas dentro de la línea el relé 21 no dispare instantáneamente. En este sentido, los Esquemas de Teleprotección ayudan a asegurar un disparo instantáneo para fallas confirmadas dentro de la línea protegida, aumentando la rapidez en la lógica de disparo, y disminuyendo la probabilidad de errores de disparo.

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Fuentes

Subestaciones de Alta y Extra Alta Tensión, Colombia: Ingenieros Consultores Mejía Villegas S.A., 2da edición, 1991, pp. 405-542.

Protección de distancia 7SA522 SIPROTEC, versión 4.00.04, Siemens AG, 2005.

Esquemas de Teleprotección Tipo Comando | LinkedIn

Line differential and distance protection – SIPROTEC 5 – Global (siemens.com)

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