Fundamentos de Relés de Distancia y Especificación de Fusibles en Sistemas Eléctricos de Media Tensión

Conceptos Fundamentales en Protección Eléctrica

Fenómeno INFEED en Relés de Distancia

Exprese a qué corresponde el fenómeno INFEED en la operación de un relé de distancia y cuál es su consecuencia.

El efecto INFEED es un fenómeno que ocurre cuando hay una fuente de voltaje aguas abajo (por ejemplo, un generador conectado después del relé de distancia).

Cuando ocurre una falla en el sistema, el generador aportará corriente a la corriente de falla. Este aporte realizado por el generador no es detectado por el relé 21 (de distancia), ya que este mide la corriente que fluye hacia la falla desde su punto de vista. Por lo tanto, la lectura de la corriente de falla detectada por el relé tendrá un gran margen de error, provocando que no opere en óptimas condiciones (posiblemente no opere o lo haga con un retardo inadecuado).

Para solucionar este problema se puede instalar un relé detector de falla o utilizar esquemas de protección más avanzados que compensen esta inyección de corriente.

Ventajas de Relés de Distancia Numéricos Cuadrilaterales vs. Electromecánicos de Admitancia

Explique cuáles son las ventajas de un relé de distancia numérico de característica cuadrilateral respecto a uno de admitancia electromecánico.

Una gran ventaja de un relé numérico de característica cuadrilateral frente a uno de admitancia de tipo electromecánico es que posee una zona de operación ajustable, tanto en la resistencia ($ ext{R}$) como en la reactancia ($ ext{X}$). Además, presenta una reducción significativa en sus tiempos de operación, característica inherente a las tecnologías digitales.

Especificación de Fusibles de Media Tensión

Exprese y fundamente cuáles son los aspectos característicos de los fusibles de media tensión para su correcta especificación.

Los elementos clave a tener en cuenta para la especificación de fusibles de media tensión son:

• Característica del sistema eléctrico: Tipo de instalación (Aéreo o subterráneo), número de fases (3F, 2F, 1F), y tipo de conexión a tierra (Delta ($ ext{D}$) o Estrella ($ ext{Y}$), aterrizada o no aterrizada).
• Voltaje nominal del sistema.
• Máxima corriente de corto circuito en el punto de instalación del fusible.
• Razón $ ext{X/R}$ en el punto de instalación (afecta la asimetría de la corriente de falla).
• Corriente máxima de carga continua.
• Crecimiento futuro de la carga (para asegurar margen operativo).

Desventajas y Soluciones en Relés de Distancia de Reactancia

Explique qué desventajas presenta un relé de distancia del tipo reactancia y exprese cómo es posible resolver dichas desventajas.

Las desventajas principales del relé de reactancia son:

• El relé de reactancia es no direccional, por lo que no operará correctamente para fallas que ocurran hacia adelante dentro de su zona si la impedancia medida es puramente resistiva, y no operará para ninguna falla que ocurra hacia atrás.
• El relé puede operar falsamente cuando se mejora el factor de potencia en la condición de carga por la línea protegida, tal que el valor de la corriente medida ($ ext{I}_{ ext{med}}$) determina un valor de reactancia equivalente que cae dentro de la zona de operación del relé.

Para evitar la operación por condición de mejoramiento del Factor de Potencia ($ ext{FP}$) o cambio en la dirección del flujo de potencia reactiva ($ ext{Q}$), se requiere considerar un relé detector de falla direccional que habilite la operación del relé 21 (por ejemplo, agregando un relé de admitancia o utilizando un relé de distancia direccional).

Coordinación Selectiva de Relés de Distancia

Explique de qué forma es posible coordinar los relés de distancia, de modo que operen selectivamente y otorguen respaldo para la protección de las líneas de un sistema de transmisión.

La coordinación se logra mediante la coordinación temporal y espacial de las zonas de protección:

Protección: Zona 1 = 80% de línea $ ext{AB}$; Zona 2 = 50% línea $ ext{BC}$; Zona 3 = 20% de línea $ ext{CD}$ (asumiendo que $ ext{AB}$, $ ext{BC}$, $ ext{CD}$ son tramos sucesivos).

De lo anterior se deduce que la Zona 1 tendrá un tiempo casi instantáneo ($ ext{t}1$). Si esta falla, la Zona 2 actuaría como su respaldo con un tiempo $ ext{t}2$ mayor a $ ext{t}1$, actuando sobre el interruptor correspondiente. En caso de fallar Zona 1 y Zona 2, la Zona 3 tendría que accionar el interruptor con un tiempo $ ext{t}3 > ext{t}2$. En el esquema mostrado, esto se representa mediante la contención de las zonas: Zona 2 contiene a Zona 1 y Zona 3 contiene a Zona 2, lo que significa que cada zona posterior es respaldo de la anterior.

Ventaja del Relé de Reactancia

Ventaja relé reactancia: El relé de reactancia opera solo por medida de reactancia ($ ext{X}$), por lo tanto, no es afectado por el cambio en el valor de la Resistencia ($ ext{R}$) medida en la línea producto de una condición de operación o en el caso de falla con resistencia de arco.

Objetivo del Relé de Admitancia en Tercera Zona

Explique con fundamento cuál es el objetivo de usar un relé de distancia del tipo admitancia en tercera zona para un esquema de 3 zonas, en el que las zonas 1 y 2 son de tipo reactancia.

El relé de admitancia es de característica direccional, ya que el círculo que define su zona de operación pasa por el origen del plano $ ext{R-X}$, por lo que no contiene elementos de impedancias del tercer cuadrante (fallas hacia atrás).

Debido a su característica direccional, este relé se utiliza en la tercera zona. Su función es controlar direccionalmente a los relés de distancia de primera y segunda zona (que pueden ser de reactancia pura y, por ende, no direccionales), asegurando que solo operen para fallas en la dirección deseada.

Diferencia entre Fusibles Tipo T y Tipo K

Explique de qué forma se determina técnicamente la diferencia específica entre un fusible tipo $ ext{T}$ y un tipo $ ext{K}$ de la misma capacidad de corriente.

Los fusibles tipo $ ext{T}$ y $ ext{K}$ de la misma capacidad nominal tienen la misma corriente de fusión para tiempos largos (300 o 600 segundos). Sin embargo, tienen diferente curva tiempo-corriente. El tipo $ ext{T}$ (Time-lag) es más lento para corrientes mayores que el tipo $ ext{K}$ (Fast-acting) del mismo tamaño.

Implementación de Protección de Distancia Direccional Robusta

Explique de qué forma es posible implementar una protección de distancia sea direccional y que opere siempre para fallas entre fases con resistencia de arco eléctrico que ocurra en cualquier zona.

En este caso, se implementa una protección de admitancia del tipo cuadrilateral. El ajuste de la resistencia ($ ext{R}$) en este tipo de característica se puede ampliar de tal forma que el relé no se vea afectado en su operación por las impedancias adicionales introducidas por la resistencia de arco en fallas entre fases.

Razón de Velocidad de un Fusible de Media Tensión

Explique qué expresa la razón de velocidad de un fusible de media tensión y cuál es su objetivo.

La razón de velocidad expresa el cociente entre la corriente de fusión de un fusible $ ext{T}$ o $ ext{K}$ a un tiempo corto (ej. $0.1$ segundos) y la corriente de fusión para el mismo fusible a un tiempo largo (ej. $300$ segundos para fusibles de hasta $100 ext{ A}$ o $600$ segundos para fusibles de $14''$ y $200 ext{ A}$).

Su objetivo es determinar la naturaleza de operación del fusible: si es de operación lenta ($ ext{T}$) o rápida ($ ext{K}$), lo cual queda determinado por el valor obtenido:

• Entre 6 y 8 para fusibles tipo $ ext{K}$.
• Entre 10 y 13 para fusibles tipo $ ext{T}$.