proteccion de distancia

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1
1. RELE MHO SELF POLARIZED MHO
El Rele MHO, generalmente conocido como un Rele de admitancia (MHO)
debido a su característica es una línea recta sobre un diagrama de admitancia,
combina por la adición de una señal polarizada la característica de ambos reles
de impedancia y direccional.
La característica de este Rele cuando es dibujado sobre un R/X es un circulo
cuya circunferencia pasa a través del origen como se ilustra en la figura 11.11,
muestra que el Rele es inherentemente direccional y solo opera para fallas con
la dirección hacia delante sobre la línea AB.
AB Protected line
CD Arc resistance
 Relay characteristic angle
 Line angle
Figura 11.11 Mho Relay Characteristic
Además será notado que su Reach Point Setting varia con el ángulo de la falla,
como la impedancia medida no es constante para todos loa ángulos.
Como la línea a ser protegida es hecha de resistencia y inductancia, su ángulo
de falla será dependiente sobre los valores relativos de R y X, bajo una
condición de arco de falla el valor de la componente resistiva incrementa y
cambia este ángulo de falla, así que un Rele teniendo un ángulo característico
equivalente al ángulo de la línea.
Bajo condiciones de arco, Under reach, es usual, por esto, aplicar un Rele con
su ángulo característico adelantado al ángulo de línea, así que estos es posible
aceptar pequeños cantidades de resistencia de arco sin causar Under Reach.
Sin embargo, cuando el Setting del Rele, la diferencia entre el ángulo de línea y
el ángulo característico al cual el Rele es SET podría ser conocido.
Será apreciado de la figura 11.11 que la longitud AB corresponde a la longitud
de la línea a ser protegida el cual podría ser igual al Setting del Rele si el
ángulo característico del Rele era el mismo como el ángulo de la línea .
Pero como previamente mencionado, es usualmente hacer el angulo
característico del ángulo de Rele (RCA) mas pequeño que el ángulo de la línea,
con orden a aceptar una pequeña cantidad de resistencia de arco.
Conseguir que la cantidad actual de la línea protegida seá igual al valor del
Setting del Rele AD multiplicado por cos( - ) donde  es el ángulo de la línea
y  es el ángulo característico del Rele.
Será apreciado que la resistencia de arco no lleva relación a la resistencia a
tierra de neutro en observación al valor de Setting de Rele.

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2
La posterior resistencia es en la fuente detrás del Rele y solo modifica el ángulo
de la fuente y la relación de la impedancia de la fuente a la línea para fallas a
tierra. Podría por esto ser tomado en cuenta solo cuando evalúa el
performance del Rele en términos de la relación de la impedancia
Característica del Rele .
El Valor apropiado de la resistencia de arco puede ser evaluada de figura 11.7
es cual hace uso de la formula empírica derivado por A.R. van C. Warrington
Ra= 8750 x L / I^1.4
Donde Ra= Resistencia arco (ohms), L = longitud de arco (pies)
I = Corriente de arco (A)
Como previamente se menciono estos efectos es mas significante sobre líneas
cortas y con corriente de falla bajo 2000A. Esta condición ultima se aplica y
durante ligeros periodos de carga, cuando la planta conectada es reducida a un
mínimo.
Sobre líneas largas llevadas (CARRIED) sobre torres de acero con cable de
tierra Aéreos el efecto de la resistencia de arco puede usualmente ser
despreciable, pero donde la línea de transmisión es llevada (Carried) sobre
postes de madera sin cable de tierra, la resistencia de falla a tierra puede tener
serias consecuencias para la aplicación de Reles SELF – POLARIZED MHO
usado para medidas de fallas a tierra. Esto es debido el reduce el alcance
efectivo de Zona 1 a tal extension que la mayoría de falla son detectados en el
tiempo de Zona 2.
Este problema puede usualmente ser vencido por uso de Rele de Reactancia o
Fully Cross – Polarized MHO para la detección de fallas a tierra.
2. RELE DE REACTANCIA
Para propósitos prácticos el Setting de Reles de Reactancia no varían con la
presencia de la Resistencia de arco, debido a esta diseñado a medir solo la
componente reactiva de la línea.
Fig 11.12 Characteristic and performance of reactance relay with double infeed
and diferent phase angles

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Podría ser visto de las características del Rele mostrado en figura 11.12(a), en
teoría algún incremento en la componente resistiva de la impedancia de falla no
tendrá efectos sobre el alcance de Rele, como el Rele continua midiendo el
mismo valor de Reactancia X.
Sin embargo cuando la resistencia de la falla es de tan alto valor que las
magnitudes de la carga y corriente de falla son del mismo orden, el alcance del
Rele es modificado por el valor de la carga y su factor de potencia y podría
Sobre–Alcance (over reach) o Bajo–Alcance (under-reach) .
La operación de este tipo de Rele a sido criticado en un caso particular . si una
falla de alta resistencia es alimentada desde ambos extremos de un Ring Main
Feeder a través de la línea teniendo un diferente relación X/R sobre el otro lado
de la falla.
Un Rele en el extremo tiende a Sobre – Alcance y el otro Rele en el extrtemo
tiende a Bajo - Alcance.
El efecto es simplemente explicado. Como la corriente de falla es alimentada
se ambos extremos de la línea, es el vector suma de las dos corrientes que
atraviesan la ruta de la Resistencia de Falla este siendo una ruta común para
ambas corriente.
Este significa que tan grande como exista una diferencia en fase entre las dos
corrientes de falla .
La corriente Fluye en ruta de la Resistencia de falla común podría tener una
diferente fase a otra de la individuales corrientes.
La fase de la corriente común de hecho será tal que adelantara la corriente de
un extremo alimentador y retrasara la corriente de otro extremo alimentador.
Conseguir que cada medida de Reactancia del Rele seá suministrando con un
potencial correspondiente a la caída de tensión a través de la ruta de falla en
adición a que largo de línea aérea hasta el punto de falla.
Como, sin embargo, la corriente en la resistencia de falla no esta en fase con la
corriente en la otra línea, la resistencia de falla misma, resistencia pura aunque
podría ser aparecer al Rele como una impedancia compleja constituido de
mucha reactancia equivalente. La componente de la reactancia de esta
impedancia compleja será positivo en el caso del Rele sobre ángulo mayor de
fuente y causa Bajo - alcance pero negativos sobre el lado de angulo menor de
la fuente, causando sobre - alcance.
Figura 11.12(b) muestra el hecho potencial como presentado al Rele de
Reactancia sobre la línea teniendo el ángulo de fuente menor.
Puede también ser visto del diagrama como la Reactancia presentada al Rele
es menor que la Reactancia de línea actual, y que, como un resultado el Rele
Sobre Alcance.
3. RELE OFFSET MHO
Bajo condiciones de Falla Cercanas (Close Up), cuando la tensión aplicada al
Rele MHO es a cero o cercana a cero
El Rele podría Mal operar al menos que la corriente previamente a sido
introducido dentro de circuito de tensión o un porcentaje de la tensión aplicada
es derivado de una fase no envuelta (comprometida) en la falla. Este ultimo
método es obviamente inefectivo para condición de falla trifásica, en

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4
consecuencia de esto resultaría en la falla siendo despejada por el Rele
adyacente en el tiempo de Zona 2 con una perdida consecuente de
discriminación y riesgo a que el sistema empiese a ser inestable.
Si el método formado es empleado. La característica MHO es cambiado a
adoptar el origen como muestra en fig. 11.13, y un circuito especial es provisto
en el circuito temporizador del esquema de distancia en ir en orden a (BY-
PASS) puentear el retardo de tiempo de la Zona 3 y permitir el disparo
instantáneo para los primeros 10 a 16 ciclos después de la energización de la
línea, particularmente para aplicaciones en el cual la tensión del Rele es
suministrado desde los transformadores de tensión de línea.
(a)Busbar Zone Back-Up using and offsett MHO Relay
(b)Carrier Starting in distance blocking schemes
(c)Power swing blocking relay characteristic
fig 11.13 Typical applications for the offset MHO relay
Este arreglo abastece para la posibilidad de Fallas trifásica Cercanas, el cual
produce colapso de tensión completa, al punto de Rele.
Este ocurrirá si un Circuit Breaker es cerrado sobre una línea de transmisión
con Clamps de aterramiento inadvertidamente dejado left on.
La posibilidad de un colapso de tensión completo después que las Líneas de
transmisión ha sido energizado es bastante remota.
Ya que la resistencia de arco asociado con la falla trifásica siempre producirá
suficiente tensión a operar la medida de Rele en la Zona 1 provisto que aquel
es de tipo estático y a sido diseñado a operar con menos que 0.5Voltios.
De otra manera, acción memoria, por medio de un circuito sintonizado en la
polarización del circuito de la medida de reloe en la zona 1, es esencial. El Rele
OFFSET MHO tiene tres aplicaciones mayores.
I.- Busbars Zone Back-up
II.- Unit in Distance/Carrier Blocking Schemes.
III.- Power Swing Blocking. Oscilación de potencia.
En la primera aplicación es usado en conjunción con unidades de medida MHO
como un detector de falla y unidad de medida de la tercera zona .
Así, en el Backward Reach arreglado a extender dentro de zona Busbar como
se muestra en figura 11.13 (a). Proveera Back-Up para las fallas Busbar.
Deberá ser notado que esta facilidad no puede ser provista en conjunción
unidades de medida de Reactancia, debido este opera instantáneamente para
fallas en Busbar y la discriminacion entre zonas de protección primaria será
perdida.

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5
Si esta unidad es usado para arrancar señales de carrier, es arreglado como
muestra en figura 11.3(b) .
Carrier es trasmitido si la falla es externa a la línea protegida pero en lado
alcance del OFFSET MHO RELAY, en orden a prevenir disparos acelerado de
la segunda a tercera zona del Rele es la Estación Remota .
Transmisión es prevenida para falla internas por un contacto de la unidad local
de medida MHO, y la falla es despejada por el circuit breaker local y del
extremo remoto en tiempo de zona 1.
En últimos aplicaciones este Rele es arreglado a bloquear la operación del
esquema de distancia de unidades medias durante condiciones de oscilaciones
de potencia.
Un arreglo típico es mostrado en la figura 11.13(c) .
La ubicación del vector impedancia “visto” durante una oscilación de potencia
condiciones cortan la característica de ambos la unidad de bloqueo y la unidad
de medida.
Si las unidades de medida operan dentro de un cierto tiempo después de la
operación del bloqueo de Rele, disparo es permitido .
Si de otra manera después del tiempo de retardo predeterminado las unidades
de medida no han operado, un Rele auxiliar abre un contacto en el circuito de
disparo .
Así que, si la medida de Rele hacen eventualmente operar, disparo no tomara
lugar, Así bajo condiciones de falla, cuando la potencia oscile Rele bloqueado y
los reles medirán la distancia operaran simultáneamente prácticamente ,
disparo es permitido.
Pero bajo condición de oscilación de potencia. Cuando la medida de distancia
de reles algunas veces opera después oscilacion de potencia de Rele
bloqueado, disparo es efectivamente prevenido. Este elimina el peligro de
disparo en cascada de líneas de transmisión.
4. FULLY CROSS POLARIZED MHO RELAY
Una desventaja de la caracteristica SELF – POLARIZED MHO, cuando es
aplicado a lieas de trasmision en alta tension con angulos de linea grandes, es
que no puede cubrir grandes secciones del diagrama R/X a lo largo del eje de
la resistencia, como un resultado es incapaz a medir grandes valores de
resistencia de arco o altas resistencias de falla o ambos. El problema es
agravado, en el caso de cortas lineas cuando la impedancia de la fuente es
alta, ya que el requerido Setting ohmico de zona 1 es bajo y la cantidad del eje
X cubierto por el circulo MHO es pequeño en relacion a los valores de
resistencia de arco esperados.Una solucion practica a este problema de
resistencias de arco grandes y alta resistencia de falla es a usar un FULLY
CROSS POLARIZED MHO RELAY, el cual (open out) presenta su
caracteristica MHO circular , a lo largo del eje R, como muestra en fig.11.14,
para todos tipos de fallas desbalanceadas. La caracteristica del FULLY CROSS
POLARIZED MHO puede ser obtenido por el uso de un circuito comparador de
fase, el cual requiere dos señales de ingreso para un angulo de comparacion
de +-90°, dados por los siguientes vectores:
S2= V – IZ
S1 = Vpu1
Donde

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V = Tension de falla desde el devanado secundario del transformador de
tension (V).
Vpu1 = Tension de polarizacion derivada del devanado secundario del
transformador de tension de las fases sanas o fases (V).
I = Corriente de falla del devanado secundario del transformador de corriente
(A)
Z = Setting del Rele de distancia (ohmios secundarios)
Fig. 11.15 Fully cross polarized MHO relay characteristic for a phase to phase
fault
Como una ilustracion de la apertura del circulo MHO durante fallas
desbalanceadas, la caracteristica de rele puede ser analizado como sigue.
ANALISIS PARA UNA FALLA FASE A FASE
Considerar el caso de una falla B-C, cuando el rele es CROSS-POLARIZED
con los Voltios A-B. La secuencia de la red para una falla fase a fase es
mostrado en figura 11.15.
Ver Ecuaciones
Ahora las dos señales de ingreso al comparador de fase son:
S2 = V-IZ
Donde V=Vbc para falla en B-C
V
a a E xZS
ZS ZL



( )
( )
2
1 1
1 1
Donde I=Ibc para falla en B-C
I
a a E
ZS ZL



( )
( )
2
1
1 1
Z=Zn1 = Setting ohmico de Fully Cross Polarized mho Realy
S
a a E xZL
ZS ZL
a a E xZn
ZS ZL
a a E
ZS ZL
Zn Zn
S
a a E
ZS ZL
Zn ZL
2
1 1
1 1
1 1
1 1
1
1 1
1 1
2
1
1 1
1 1
2 2 2
2














( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )

7. Arch:distan2-231104022529-cdca9a9c
7
S1 = Vpo1
Donde Vpol = K1 Vab
Tambien para 100% cross polarizing K1=160°
Vab E
a ZL ZS
ZS ZL
S xE
a ZL ZS
ZS ZL
a E
a ZL ZS
ZS ZL
E
a a ZL a ZS
ZS ZL
E
ZS ZL
a a ZL a

 







 
 







 
 








 









 
1
1 1 15 1
1 1
1 1 60 1
1 1 15 1
1 1
1
1 1 15 1
1 1
1
1 15 1
1 1
1
1 1
1
2
2
2
2
2 2
2 2
( ) .
( )
( ) .
( )
( ) .
( )
( ) .
( ) ( )
( ) 15 1
1
1
1
1 1
1 15 1
1
1
1 1
1
3
2
1 30
2
2
2
2
2
2
.
( )
( )
( )
( ) .
( )
( )
( )
( )
ZS
a
a
E
ZS ZL
a a ZL ZS
a a
a
E
ZS ZL
a a ZL ZS










 










    






Multi´licando ambas señales S2 y S1 por el vector (ZS1+ZL1)/E1(a-a2) no
afectara la relativa relacion de fase entre ellos:
S Sn ZL
S ZL ZS ZL Zn Zn ZS
'
'
1 1 1
2 1
3
2
1 30 1 2 2
3
2
1 30
 
              

8. Arch:distan2-231104022529-cdca9a9c
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Ia Ia
E
ZS ZL
Va E Ia Ia xZS E
E xZS
ZS ZL
Va Ia xZS
E xZS
ZS ZL
Va Va Va E
E xZS
ZS ZL
E xZS
ZS ZL
E
Vb a xVa aVa
a xE
a xE xZS
Zs ZL
axE xZS
Zs ZL
1 2
1
2 1 1
1 1 1 1 1 1
1 1
2 1 1
2 0 2 2
1 1
2 1 1
1 2 1
1 1
2 1 1
1 1
2 1 1
1
1 2
1
1 1
2 1 1
1 1
2 1 1
2
2
2
  

    

  

   




 
 




( )
( )
( )
( ) ( )
( ) ( )
2 1 1 1
2 1 1
1 1
2 1 1
1 1
2 1 1
1 1
2 1 1
2 1 1 1 1 1 1
2 1 1
2 1 1
2 1 1
1 1
2 1 1
1
2 1 1
2 1 1
2 2
2 2 2 2 2
2
a xE x ZS ZL
Zs ZL
a xE xZS
Zs ZL
axE xZS
Zs ZL
a xE xZL
ZS ZL
a xE xZS a xE xZS aE xZS
ZS ZL
a xE xZL
ZS ZL
a a xE xZS
ZS ZL
E
ZS ZL
a xZL ZS
Vc
( )
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )









 









 aVa a Va
axE x ZS ZL
Zs ZL
axE xZS
Zs ZL
a xE xZS
Zs ZL
axE xZL
ZS ZL
axE xZS axE xZS a E xZS
ZS ZL
axE xZL
ZS ZL
E xZS
ZS ZL
E
ZS ZL
axZL ZS
Vba
E
ZS
1 2
2 1 1 1
2 1 1
1 1
2 1 1
1 1
2 1 1
2 1 1
2 1 1
2 1 1 1 1 1 1
2 1 1
2 1 1
2 1 1
1 1
2 1 1
1
2 1 1
2 1 1
1
2 1
2
2
2











 









( )
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
( )
( )
( 
  
  


 


 



 




ZL
a xZL ZS E
a E xZL E xZS E xZS EaxZL
ZS ZL
E xZL a E xZS
ZS ZL
E
a xZL xZS
ZS ZL
Vbc
E
ZS ZL
a xZL ZS
E
ZS ZL
axZL ZS
E xZL a a
1
2 1 1 1
2 1 1 1 1 2 1 1 2 1
2 1 1
2 1 1 1 3 1 1
2 1 1
1
1 1 15 1
1 1
1
2 1 1
2 1 1
1
2 1 1
2 1 1
2 1 1
2
2
2 2
2
2
)
( )
( )
( )
( )
( ) .
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( ) ( )
( )
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
(
2 1 1
1
1
1 1
1 2 0
1 2
1
2 1 1
1
2 1 1
1
2 1 1
1 2
1
2 1 1
1
2 1 1
1
2 1 1
1
2
2
2
2 2
2
2 2
2
ZS ZL
E
a a xZL
ZS ZL
Ia Ia Ia
Ib a Ia aIa
a E
ZS ZL
aE
ZS ZL
a a E
ZS ZL
Ic aIa a Ia
aE
ZS ZL
a E
ZS ZL
a a E
ZS ZL
Ib Ic
a a E
ZS




  
  






  






 

1 1
1
2 1 1
1
1 1
2 2







ZL
a a E
ZS ZL
a a E
ZS ZL
)
( )
( )
( )
( )

9. Arch:distan2-231104022529-cdca9a9c
9
5. RELAY OHM
Durante severas condiciones de oscilaciones de potencia de desde el cual el
sistema es inseguro a restablecerse, el servicio normal puede ser mantenido
solo si las fuentes oscilantes son separadas. Idealmente, la division debera ser
hecho en el Centro Electrico del sistema en orden a segurar que la capacidad
de la planta y cargas conectadas sobre el otro lado de la division estan
correctamente relacionadas.
Esquemas de distancia ordinarios no pueden ser (relied upon) sobre a detectar
y (solate) aislar este tipo de perturbacion correctamente, asi como previamente
mencione, es frecuentemente necesario prevemir estos esquemas de
operacion, a evitar disparos en cascada.
En orden a asegurar la separacion del sistema a un punto seleccionado,
minimizando las perturbaciones al sistema, un esquema de disparo fuera de
paso (out-of-step tripping) usando unidades OHM es empleado.
El esquema Out-Of-Step tripping consiste basicamente de dos unidades OHM,
la caracteristica de los cuales son areglados a estar paralelos y sobre el otro
lado del vector de la linea de impedancia, como se muestra en figura 11.16.
La caracteristica de rele divide el diagrama de impedancia en tres zonas C, D y
E. Como los cambios de impedancia durante una oscilacion de potencia, el
punto representa los movimientos de impedancia a lo largo del sitio (locus) de
oscilacion, entrando las tres zonas a la vez (in turn), despues el cual las
unidades OHM y sus reles auxiliares asociados operan. Cuando la
impendancia entra a la tercera zona la secuencia de disparo es completada y la
bobina de disparo del Circuit breaker es energizado. Sin condicon a otro
oscilacion de potencia puede causar al vector de impedancia el movimiento
sucesivo a traves de las tres zonas, el esquema es enteramente seguro de
operacion o algun otro tipo de perturbacion del sistema, para instancias de
condiciones de falla del sistema de potencia.
Fig . 11.16 Application of out of step tripping relay characteristic