El documento describe el principio de operación de un rele de distancia, el cual mide la impedancia de una línea de transmisión hasta el punto de falla mediante la comparación de la corriente de falla con la tensión en el punto del rele. Se explican conceptos como el alcance de precisión, tiempo de operación, relación de impedancia de la fuente a la línea y cómo esto afecta el desempeño del rele. También se proporcionan ejemplos de cálculos para evaluar las características del sistema y determinar la adecuación de un

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1. PRINCIPIO DE RELE DE DISTANCIA
Ya que la impedancia de una línea de transmisión es proporcional a su
longitud, para medir la distancia es apropiado usar un Rele capaz de medir la
impedancia de una línea hasta un punto dado, Tal cual como Rele de distancia
es describido como un Rele de distancia y es diseñado a operar solo para fallas
ocurrentes entre la ubicación del Rele y el punto seleccionado, así dando
Discriminación para falla que podrían ocurrir entre los diferentes secciones o
tramos de la línea.
El principio básico de medida comprende la comparación de la corriente de
falla “Vista” por el Rele con la tensión en el punto del Rele (At the relayng point)
por comparación de estas dos cantidades es posible medir la impedancia de la
línea hasta el punto de la falla.
Un simple ejemplo de como esta comparación es hecha esta dada en la
siguiente figura 11.1 , usando un balanced beam relay.
El Rele es conectado en posición R y recibe una corriente secundaria igual a la
corriente de falla primaria y una tensión secundaria igual al producto de la
corriente de falla y la impedancia de la línea hasta el punto de falla.
Si el Rele es designado así que su torque de operación es proporcional a la
corriente y su torque Frenante proporcional a la tensión, entonces, de acuerdo
al numero relativo de Ampere – Vueltas aplicados a la bobina, existirá una
relacion Definido al cual el torque será igual . Esto es llamado el punto de
Balance de Rele.
Con tal arreglo, algún incremento en la bobina de corriente de Ampere-Vueltas
sin un correspondiente incremento en la bobina de tensión de Ampere-Vueltas
provocan al Rele un desbalance.eso es, bajo una relacion dada de V/I el torque
de operacion empezara a ser mayor que el torque de frenado y el rele cerrara
sus contactos.
De otra manera, aproximadamente una relacion dada de V/I el torque de
frenado será mayor que el torque de operación , el Rele se frenara y sus
contactos permanecerán abiertos.
Tales relés han sido designados así que es posible ajustar su Ohmio Setting
por cambio de la relación de los Ampere-Vueltas de la bobina de operación a
aquellos sobre la bobina de frenado, haciendo posible seleccionar un
conveniente Setting para las longitudes de la línea a ser protegida.

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La ubicación de puntos donde el torque de operación y frenado son iguales es
descrito como el limite (Boundary) característico del Rele ya idealmente es
dependiente del radio de la tensión y corriente y el ángulo de fase entre ellos,
podría ser dibujado sobre un diagrama R/X.
Ubica la impedancia del sistema de potencia tal como de las fallas, periodos de
potencia y cargas podrían ser dibujados sobre el mismo diagrama y de esta
manera el Performance del Rele en la presencia de perturbaciones del Sistema
podría se estudiado.
2. Performance de Rele
El performance del Rele es definido en términos de Reach Accuracy (alcance
de precisión) y Operating Time (Tiempo de operación).
El Reach Accuracy depende (upon) de la proporcionalidad entre el torque
respectivo y las cantidades de entrada mantenidas.
Bajo un cierto valor de tensión de entrada, el cual es dependiente sobre el
designado Rele. No es tan eficaz (verdadero), el Rele no puede ser garantizado
a medir sin la precisión especificada .
Tiempo de operación varia con la posición de la falla y corriente de ingreso,
siendo corto para grandes ingresos cercanos al punto de Rele (Relayng) y
largos para pequeños ingresos cerca al punto de alcance (Reach).
Como ambos precisión de alcance y tiempo de operación son funciones de la
magnitud de las cantidades de ingreso, esto es usual a presentar información
sobre el performance del Rele por curvas Voltage/Reach , como se muestra en
la figura 11.2 y las curvas de Tiempo de operacion/Posicion de la falla (Time
operating/fault position) para varios valores de la relacion impedancia de la
fuente a línea Zs/ZL como se muestra en la figura 11.3.
Alternativamente, la información de arriba puede ser combinada en una familia
de curvas isocronicas (o contador), donde la posición de falla expresada como
un porcentaje del Setting del Rele es dibujado contra la fuente al radio de la
impedancia de la línea, como ilustra en figura 11.4.
3. Relación entre La tensión del Rele y Relacion Zs/ZL
Alguna condición de falla en un Sistema de potencia trifásico podría ser
representado por un diagrama unifilar como se muestra en figura 11.5(b).
Esta impedancia simple curvada tiene una tensión V aplicada a el , el cual
podría ser ambos tensión de circuito abierto en estrella o delta del sistema de
potencia, acuerdo a cual tipo de falla esta siendo considerado. El punto R es
identificado como la ubicación del Rele, IR y VR son respectivamente la
corriente y tensión aplicada al Rele. La impedancia ZS y ZL son descritos
como la impedancia de la fuente y línea debido a su posición con respecto a la
ubicación del Rele. La impedancia de la fuente ZS es una medida del Nivel de
Falla al punto de Rele (Relayng) y para fallas envolventes a tierra es también
dependiente sobre el método de aterramiento del sistema.
Detrás del punto de Rele (Realyng). La impedancia de la línea ZL es una
medida de la impedancia de la sección protegida. La tensión VR aplicada al
Rele es por esto IrxZL para una falla en el punto de alcance (Reach Point), esto
podría se alternativamente expresado en términos Relacion de la impedancia
de la fuente a la línea ZS/ZL por medio de la siguiente operación.

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VR = IR x ZL Donde IR = V / (ZS+ ZL)
Por esto VR = ZL x V / (ZS + ZL)
O VR = V / ((ZS/ZL) + 1 ) Ecuacion 11.1
La Relación vista arriba entre VR y ZS/ZL ilustrada en la figura 11.5(b), es
valido para todo tipo de cortocircuito cumpliendo unas cuantas simples reglas
son observados, estos son:
I.- Para Fallas de fase, V es la tensión línea a línea y ZS/ZL es la relación de la
impedancia de secuencia positiva fuente a línea.
VR = VA / ((ZS1 /ZL1)+1)
II.- Para fallas a tierra, V es la tensión Fase a neutro y ZS/ZL es un relacion
compuesta de la impedancia de secuencia positiva y cero
VR = VA / ((ZS/ZL)+1) donde ZS=2xZS1 + Zso ZL=2xZL1 + ZLo
4. NORMAS DE PERFORMANCE DE RELE
En adición al tiempo de operación de Rele y precisión de Rele, la conveniencia
de un Rele de distancia para una aplicación dada puede ser evaluada sobre la
sensibilidad del Rele a su Zona1 de alcance, donde el Rele deberá mantener
su declarada precisión en orden a Discriminar correctamente con la protección
sobre la línea adyacente.
Hay dos definiciones Normas:
I) Relación de Impedancia Sistema (SIR)
La Relación de la Impedancia de la fuente al Setting del Rele expresado al
mismo Nivel de Impedancia, uno u otro primario o secundario.
II) Relación de Impedancia Característico (CIR)
Máxima valor de Relación de impedancia del sistema (SIR) hasta el cual el
Rele operara a la precisión descrita.
Ambas anteriores definiciones conforman con el concepto de reemplazo del
sistema de potencia por un circuito equivalente Unifilar como vio desde el
punto de Rele (Relayng), ilustrado en la figura 11.51(b).
El rango de tensión sobre el cual un Rele es declarado a operar con una
precisión descrita puede por esto sed citado en términos de ZS/ZL.

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Por ejemplo la característica del Rele mostrado en figura 11.2 opera dentro de
una tolerancia de precisión de +10% a –5% del Setting de alcance bajo una
tensión de 3 Voltios para una falla de Rele en su Zona 1 del punto de alcance,
al cual es equivalente a un CIR de 36. El tiempo de operación de la mayoría de
Reles de distancia varia con la Relación de la impedancia de la fuente a la línea
ZS/ZL. Y la posición de la falla en relación al punto de l rele (Realyng), asi esto
es usual en algún protección programable a declarar tiempos de operación
para varios tipos de falla, como se muestra en la Tabla siguiente.
Tipo de falla Tiempo de operación máxima
ZF = 10% ZL
SIR = 10% CIR =3.6
ZF = 50% ZL
SIR = 50% CIR=18
monofásica a Tierra 25mseg 25mseg
Fase-Fase 29mseg 27mseg
Un Rele con un CIR de 36 deberá por esto operar dentro de aprox. Tiempos a
la posición de falla dados cuando la Relación de la impedancia del sistema SIR
es 3.6 y 18 respectivamente.
5. Fallas Cercanas (CLOSE UP)
La sensibilidad de un Rele de distancia esta normalmente declarado a la zona
1 punto de alcance.
Donde la precisión de Rele deberá ser mantenido en orden a discriminar
correctamente con la protección sobre líneas adyacentes y a asegurar que falla
Zona 1 no son despejados en el tiempo de la Zona 2.
En el caso de falla cercanas (close up), bien en el lado de la zona1 punto de
alcance del Rele. Donde la tension aplicada al rele es menor que el mínimo
valor declarado por el fabricante como necesario a mantener el Rele dentro de
la precisión especificada, el Rele podría algún otro Bajo alcance o Sobre
alcance (under reach or over reach).
Sin embargo como la falla es bien dentro de la zona protegida el punto es de
no significancia y puede ser ignorado. A pesar que cuando la falla es una falla
trifásica, cercana al punto de Rele (Relayng), donde la tensión del Rele podría
ser muy pequeña el rele podría operar mal bajo a menos que ha sido
designado a operar con Solo corriente o este fijado con acción de memoria.
6. CARACTERISTICAS DEL SISTEMA
Para evaluar el performance del Rele de distancia en relación a los parámetros
del sistema de potencia y las condiciones de falla sobre la línea protegida.
Esquema como se ilustra en fig 11.6 puede ser construido y usado en
conjunción con las curvas características para los relés de distancia bajo
consideraciones.
Estas curvas son mostrados en fig. 11.2, 11.3 y 11.4.
El esquema a sido construido por condición de falla de fases sobre un sistema
275KV y ilustra la variación de la Relación Impedancia de la fuente a Línea
ZS/ZL y corrientes de falla IF con MVA de la fuente y la longitud de la línea
protegida .
Similares esquemas pueden ser construidos por fallas a tierra, provisto que
arreglo de aterramiento del sistema de potencia son conocidos.
El valor de estos esquemas (tendidos) dados en la simplicidad .

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Con el cual evalúa lel rele apropiado pueda ser hecho, conociendo solo el
rango SWITCHGEAR y la longitud de la línea protegida, en adición a la tensión
de operación del sistema de potencia y la impedancia de la línea en Ohm/milla.
Una desventaja de estos esquemas es que ellos tienden a dar un valor de
ZS/ZL Mayor que los actualmente encontrados particularmente con corrientes
bajas y líneas cortas debido a la resistencia de arco efectos que no son
considerados.
La Curva Resistencia de arco/Corriente para fallas de fases sobre líneas 33KV,
132KV y 27.5KV son mostrados en figura 11.7 Desde estos curvas, es evidente
que para los valores de corriente bajo 2000A con líneas cortas que 100 millas,
el valor de la resistencia de arco son comparables con la impedancia de la
línea así de este modo reduciendo el esquema de valor ZS/ZL por una cantidad
significante.
Por ejemplo:
El valor del esquema ZS/ZL de 60 dada para 500MVA detrás de 5 millas de la
línea sobre un sistema 275KV es reducido a 13.8
Así un Rele con un CIR es decir 36/1 podría ser aplicado sin perdidas en la
precisión de alcance (reach accuracy) provisto que su característica de
operación abraza la Impedancia compleja formada por la línea y la resistencia
de arco.
Como un ejemplo del tipo de cálculos relacionados en la construcción de este
esquema para fallas fase a fase, el caso de la línea de 5 millas mencionada
antes será considerada.
Longitud de la línea 5millas
Impedancia de la línea 0.5ohm/nilla 84°
Impedancia de la línea total = 0.5 84° x 5
= 0.26 + j 2.48
=2.5 ohm primario
Rango de la fuente 500MVA
Tensión del sistema 275KV
Relación del transformador de tensión 275000/110 Voltios
Impedancia de la fuente =2752/500 = 151 ohm
Corriente de falla trifásica para una falla en el extremo de la línea
275 x 103 / (1.73 (151 + 2.5)) = 1035A
Corriente de falla fase a fase para una falla en el extremo de la línea
0.866 x 1035 = 897A
ZS/ZL Resistencia de arco ignorado = 151 / 2.5 = 60
Resistencia de arco para una falla fase a fase en el extremo de la línea de
275KV donde el nivel de falla es 897A es aproximadamente 10.4 ohm, de figura
11.7
ZS/ZL (tomando en cuenta la resistencia de arco)
ZS/ZL = 151 / ((0.26 + j 2.48) + 10.4)) = 151 / 10.93 = 13.8

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El ingreso de tensión al Rele de distancia para una falla fase a fase en el
extremo de la línea puede ser calculado de otra manera usando la siguiente
formula:
VR = 1 / ((ZS/ZL) +1) x VA = 110 / (13.8 + 1) = 7.44V
o directa desde los parámetros de la línea protegida.
VR = 897 x 2 x 10.93 x 110 / 275000 = 7.84V
7. TIPOS DE RELE Y SUS APLICACIONES
Los Rele de distancia son clasificados de acuerdo a sus característica polar, el
numero de ingresos que ellos tienen y el método por el cual la comparación es
hecha. Los tipos comunes comparan dos cantidades de ingreso en otra
magnitud o fase a obtener características los cuales son otras líneas rectas o
círculos cuando dibujo sobre un diagrama R/X.
Los movimientos de Rele y circuitos en el cual dos cantidades independientes
son comparadas son esencialmente uno u otro comparadores de amplitud o
fase.
El Rele de balanza balanceado (Balanced beam relay) es un comparador de
amplitud, debido al torque resultante es enteramente dependiente sobre la
magnitud de las cantidades de ingreso.
La taza o lugar de medición, sin embargo, es un comparador de fase, debido al
torque resultante es solo de la dirección de operación cuando el ángulo entre
las cantidades de ingreso esta dentro de los limites +-90°.
Algún tipo de característica obtenible con un comparador es también obtenible
con el otro aunque la combinación de cantidades comparadas es diferente en
cada caso.
Por ejemplo comparando V y I en un comparado de amplitud resulta en un
Circulo Característico centrado en el origen del diagrama R/X. Si, sin embargo.
V y I son comparados en un comparador de fase la característica es una línea
recta pasando a través del origen. De otra manera, si la suma y diferencia de V

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y I son aplicados al comparador de fase el circulo característico original es
obtenido.
Relés de distancia estáticos modernos, basado en una medida single-phase
por fase , usa comparadores de fase a producir el característico Rele requerido,
dos ejemplos típicos son los Unidades SELF POLARIZED MHO y
OFFSETMHO usados en el Rele YTG a formar la base del esquema MM3T y
unidad FULLY CROSS POLARIZED MHO usado en el Rele YTS a formar el
básico esquema SSMM3T figura 11.8 ilustra arreglo del comparador típico
para ambos reles de distancia estáticos y electromagnéticos.
8. PLAIN IMPEDANCIA RELAY
El Rele de impedancia no toma en cuenta ángulo de fase entre la corriente y la
tensión aplicada a el, por esta razón, su característica de impedancia cuando
dibujan sobre un diagrama R/X es un circulo con su centro en el origen de las
coordenadas y de un relación igual a su SETTING en ohmios .
El Rele opera para todos los valores de impedancia menores que su SETTING,
eso es, para todos los puntos dentro del circulo.
El Rele muestra en figura 11.9, es por esto no direccional y en esta forma
operaran a lo largo del vector AB y también para todos la falla dentro del
BUSBAR hasta un impedancia AC.
Esto es notado que la línea ABC representa el ángulo por el cual la corriente de
falla retrasa la tensión manejada y que A es el punto de Relayng.
Vector AB representa la impedancia en frente del Rele entre el punto de
Relayng A y el extremo final de la línea AB y esto es una Norma Practica o Fijar
el alcance de la zona instantánea del esquema de distancia, generalmente
conocido como Zona 1.
Cubre entre el 80% o 85% de impedancia de la línea AB protegida.
Vector AC representa la impedancia de la línea AC detrás del punto de
Relayng.
Hacer que el Rele no responda a falla en BUS BAR y Feeder detrás de el, el
control direccional es esencial.
Esto puede ser obtenido por la adición de un Rele direccional separado con
dos pares de contactos un par en serie con el contacto del Rele de impedancia
de el circuito Trip de disparo y el otro conectado a un Rele de energía auxiliar,
cuyos contactos en la condición desenergizado cortocircuito la bobina de
corriente del Rele de impedancia y son aperturados bajo la condición de falla si
el flujo de potencia es desde los Bus Bar hacia la línea protegida.

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Este control direccional es esencial en orden a preveer contacto entre la
impedancia del Rele y la unidad direccional en interconectados o circuitos de
doble línea.
La impedancia característica del Rele direccional es una línea recta sobre el
diagrama R/X y la característica combinada del Rele direccional y impedancia
es el semicirculo ACBD mostrado en figura 11.10
Será notado que la característica del Rele combinado mide la impedancia con
la dirección solo hacia adelante, es evitado a medida en la dirección opuesta
por la unidad del Rele direccional.
Fallas a lo largo de la línea AB causa operación de la unidad direccional el cual
gira y quita el cortocircuito de la bobina de corriente del Rele de impedancia
permitiendole medir la falla curvada y a operar el Trip del Rele si este esta
dentro de su alcance Setting AB.
Ahora considerar el caso de un Rele de impedancia en SE A protegiendo la
línea AB si una falla ocurre en F cercana a la SE C sobre la línea CD, el
elemento de Rele direccional restringe (limita), debido de la corriente de falla
IF1, el Rele no disparara, ya que ambos contactos D1 y D2 permanecen
abiertos.
Si contacto D2 y el Rele auxiliar 21X no están provistos, el contacto 21 del Rele
de impedancia podría ser cerrado, como la falla esta dentro de su alcance pero
no causara disparo, debido al elemento de contacto direccional D! Esta abierto.
Cuando CB C abre la distribucion de la corriente de falla a traves del Feeder
AB invierte () y la corriente IF2 podría causar que los contactos del elemento
direccional D1 cierra. Los contactos del Rele de impedancia, sin embargo,
podría ser abierto, como la falla F ahora aparece bien detrás de su zona 1 de
alcance . Hay por esto, una posibilidad de alcanzar contacto, eso es, contacto
D1 podría cerrar antes de contacto 21 y así causa un disparo indebido.
Esto puede ser evitado por preveiendo al Rele de impedancia 21 operación al
menos que la corriente de falla esta en la dirección de operación de A a B.
El Rele de impedancia tiene tres importantes desventajas.
-No es direccional, vera fallas en adelante y detrás del punto de Rele (Relayng)
y por esto requiere de elemento direccional para dar correcta discriminación.
-Es afectado por la resistencia de arco.
-Es altamente sensible a oscilaciones de potencia debido a la área cubierta por
el circulo de impedancia.