Para mantener la estabilidad y garantizar que los equipos no sufran daños, los sistemas eléctricos modernos requieren un aislamiento fiable y selectivo de las fallas. Uno de los dispositivos de protección más potentes y populares en las líneas de transmisión es el relé de distancia.
A diferencia de los relés de sobrecorriente tradicionales que se disparan en cualquier condición dando como resultado una corriente excesiva, sin ofrecer velocidad ni precisión, los relés de distancia miden la impedancia entre el relé y el punto de falla, lo que proporciona velocidad y precisión al esquema de protección.
¿Qué es un relevo de distancia?
La protección por relé de distancia se define como un componente de la protección por relé en sistemas eléctricos que detecta y aísla fallas según la distancia entre el relé y los puntos de falla. A diferencia de los relés de sobrecorriente, que solo responden a la magnitud de la corriente, un relé de distancia mide la impedancia de la línea, que varía según la distancia a la falla. Si la impedancia medida cae por debajo de un valor predefinido para una zona específica, indica la falla, lo que normalmente activa el disparo del relé.
El término popular "relé de impedancia" se ha utilizado como sinónimo de relé de distancia, ya que su principio fundamental de funcionamiento se basa en la medición de las impedancias de línea. Por lo tanto, este tipo de relé se utiliza para la protección de líneas de transmisión, donde la rapidez de operación y la precisión en la localización de fallas son fundamentales.
Estos dispositivos se instalan en subestaciones de alto voltaje como relés de protección de distancia, diseñados para proteger líneas largas contra los efectos de cortocircuitos, fallas de línea a tierra y otras condiciones anormales.
Entonces, si está preguntando acerca de los relés de distancia, son dispositivos de detección de fallas inteligentes que mejoran la confiabilidad y la selectividad en la protección del sistema de energía moderno.
Diagrama de relé de distancia
El diagrama de un relé de distancia describe su funcionamiento basado en la medición de impedancia en un sistema eléctrico. El diseño general muestra la unidad del relé, los transformadores de tensión y corriente (TT y TC) y una línea de transmisión.
Una descripción básica de un diagrama de relé de distancia es la siguiente:
• TC y TT: Realizan mediciones de corriente y voltaje de línea.
• Unidad de relé: Calcula la impedancia Z=V/I
• Zonas de impedancia: áreas definidas que determinan si una falla está en el rango de disparo.
• Circuito de disparo: se activa cuando la falla en cuestión cae dentro de una zona de impedancia determinada.
Aplicaciones de los relés de distancia
Los relés de distancia son esenciales para las líneas de transmisión de alta tensión. Están diseñados específicamente para su protección. Dado que las fallas se pueden detectar según la impedancia de la línea, en lugar de solo los valores de corriente o tensión, los relés de distancia ofrecen una excelente protección selectiva y confiable.
Protección de líneas de transmisión
El uso más común de los relés de protección de distancia es proteger las líneas de transmisión aéreas y subterráneas de fallas tales como cortocircuitos de línea a tierra, de línea a línea o trifásicos.
Protección de respaldo para transformadores y generadores
Los relés de distancia sirven como protección de respaldo en caso de fallo de los esquemas de protección diferencial o contra sobrecorriente. Garantizan el aislamiento de componentes defectuosos en sistemas de red complejos.
Protección de líneas de alimentación largas
Los relés de distancia brindan protección basada en zonas para un aislamiento rápido y efectivo de fallas en líneas de alimentación que abarcan largas distancias en el campo.
Detección de fallas multizona
Estos relés actúan en varias zonas con ciertos ajustes de retardo. Esta zonificación funciona en sistemas sofisticados que requieren una superposición de funciones de protección y respaldo.
Líneas de interconexión en redes eléctricas
A medida que nuestras redes eléctricas se vuelven cada vez más interrelacionadas, los relés de impedancia serán cada vez más importantes para mantener la estabilidad de una red al detectar líneas con fallas y aislarlas para evitar cortes en cadena.
Sistemas HVDC y EHV
En redes de corriente continua de alto voltaje y de voltaje extra alto, el relé de distancia de acción rápida para protección sensible a la distancia funcionará de manera confiable en cualquier situación requerida.
Principio de funcionamiento del relé de distancia
El relé de distancia funciona en función de la medición del impedancia.ce (Z) desde la ubicación del relé hasta la de la falla en la línea de transmisión. Dado que la impedancia es directamente proporcional a la distancia a lo largo de la línea, el relé puede estimar con gran eficacia la distancia a la que se encuentra una falla determinada.
Cuando la impedancia calculada cae por debajo de un umbral predefinido, el relé determina que existe una falla dentro de su zona de protección y envía una señal de disparo para aislar la sección defectuosa.
Como Funciona:
Señales de entrada
El relé de distancia recibe entradas de voltaje y corriente de transformadores de voltaje (VT) y transformadores de corriente (CT) instalados en la línea.
Cálculo de impedancia
Con la impedancia calculada mediante la fórmula, Z = V / I, donde V es voltaje e I es corriente, el relé calcula continuamente la impedancia de la línea bajo protección.
Comparaciones de zonas
La impedancia medida se compara con los valores establecidos, que coinciden con la zona de comparación (Zona 1, Zona 2, Zona 3). Cada zona tiene un rango de distancias asociado a su tiempo de funcionamiento.
Recomendaciones de viaje
Si la impedancia cae dentro del rango de una zona, el relé de protección de distancia emite una señal de disparo:
• Zona 1: Disparo instantáneo en caso de averías próximas.
• Zona 2 y 3: Disparo retardado en el tiempo para fallas remotas o protección de respaldo.
Elemento direccional (si es necesario):
Algunos relés incluyen un elemento direccional como el relé MHO para verificar que la falla esté en la dirección de avance; esto es para evitar cualquier mal funcionamiento.
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Tipos de relés de distancia
Los relés de distancia se clasifican según la propiedad que utilizan para determinar la presencia y ubicación de la falla. Cada tipo se comporta de forma diferente, dependiendo de la impedancia, la reactancia, la admitancia o el factor tiempo de operación. Los tipos de relés de distancia son importantes para determinar la selección de un esquema de protección para las distintas partes del sistema eléctrico.
Relé de impedancia
Un relé de impedancia se activa cuando la impedancia medida entre la posición del relé y la falla es inferior a un valor establecido. Este es uno de los tipos más simples de relés de protección de distancia, generalmente caracterizado como un relé circular en el plano RX (Resistencia-Reactividad).
Los relés de impedancia no tienen características direccionales y, por lo tanto, no pueden distinguir entre fallas directas e inversas por sí solos a menos que se complementen con un elemento direccional.
Relé de reactancia
El relé de reactancia opera únicamente sobre la parte reactante de la impedancia. Esto lo hace especialmente útil para la detección de fallas de alta resistencia donde el componente resistivo es importante. Su característica de operación es una línea recta paralela al eje R en el plano de impedancia.
Los relés de reactancia se consideran comúnmente para la protección contra fallas a tierra en líneas cortas, donde uno podría esperar que los componentes resistivos interfieran con el funcionamiento correcto de otros relés.
Admisión o relevo MHO
Es bien sabido que el principio básico de funcionamiento de un relé MHO, o relé de admitancia, es que desarrolla una condición de operación cuando la admitancia medida supera los criterios límite. Esto tendrá una característica circular direccional que pasa por el origen en el diagrama RX.
Por lo tanto, esto lo convierte en un relé direccional, ideal para líneas de transmisión largas e interconexiones, gracias a sus características necesarias para aplicaciones de detección de dirección de fallas. El relé MHO se utiliza generalmente en la mayoría de los sistemas modernos de relés de distancia digitales.
Relés de distancia definida
El relé de distancia definida se dispara cuando la impedancia medida cae por debajo de un valor determinado, pero sin retardo intencional. Por lo tanto, es la protección más rápida y se aplica principalmente para la protección de Zona 1 (instantánea), donde es probable que se produzcan fallas cerca de la ubicación del relé. Ofrecen un límite claro y preciso para las decisiones de disparo y una coordinación muy sencilla.
Relés de tiempo-distancia
Los relés de tiempo-distancia combinan la operación basada en impedancia con un elemento de retardo. Cuanto más lejos esté la falla de la ubicación del relé (es decir, cuanto mayor sea la impedancia), más tiempo tardará el relé en funcionar.
Esta gradación temporal permite una mejor coordinación con los relés ascendentes y descendentes, lo que la hace ideal para esquemas de protección multizona.
Ventajas de los relés de distancia
Los relés de distancia ofrecen numerosas ventajas prácticas, siendo uno de los dispositivos de protección más utilizados en sistemas de transmisión de alta tensión. Este tipo de relé... Miden la distancia eléctrica, a diferencia de la corriente y el voltaje. Por lo tanto, son muy precisos y alcanzan un buen nivel, además de ser confiables en prácticamente cualquier condición de falla.
Beneficios clave de los relés de protección de distancia:
Aislamiento selectivo de fallas
Los relés de distancia aíslan únicamente la sección defectuosa de la línea, lo que minimiza la interrupción del resto del sistema eléctrico. Esta capacidad de disparo selectivo mejora la estabilidad del sistema y la continuidad del servicio.
Operaciones rápidas y efectivas
Mientras que el relé de protección de distancia funciona casi instantáneamente en la Zona 1 para fallas cercanas, se produce una desconexión aislada y limita los daños al equipo.
Protección por zonas
Los relés de distancia multizona ofrecen una excelente solución para la protección gradual en distancias cortas, medias y largas. Su flexibilidad inherente facilita la coordinación con relés y sistemas adyacentes.
No se ve afectado por las variaciones en la corriente de carga
Los relés de distancia, a diferencia de los relés de sobrecorriente, no se ven afectados directamente por la variación de la carga ni por la magnitud de la corriente. Esto significa que la respuesta se basa totalmente en la impedancia y, por lo tanto, garantiza la detección de fallas independientemente de las condiciones de carga.
Reducción de la necesidad de enlaces de comunicación
Se espera que los relés de distancia eliminen o reduzcan las líneas de comunicación complejas entre subestaciones, especialmente cuando se utilizan zonas de protección con clasificación temporal.
Idoneidad para aplicaciones de alto voltaje
Los relés de distancia, con su alta precisión y confiabilidad, son muy adecuados para la protección contra fallas en las líneas de transmisión EHV y UHV.
Conclusión
Los relés de distancia son herramientas cruciales para la protección de sistemas eléctricos, ya que ofrecen máxima precisión, velocidad y confiabilidad en la detección de fallas, basándose en la distancia eléctrica, en lugar de solo en la magnitud de la corriente. Esto se logra calculando la impedancia, determinando con precisión el punto de falla e iniciando acciones de disparo para minimizar las perturbaciones en el sistema y garantizar las condiciones más seguras.
Existen diferentes tipos de relés de distancia, como el relé de impedancia, el relé de reactancia, el relé MHO y otros. Cada uno es adecuado para diferentes escenarios de protección.
Esta amplia aplicación en redes de transmisión de alta tensión confirma en gran medida su gran valor para la estabilidad de la red y la eficiencia operativa. A medida que la tecnología de relés digitales continúa evolucionando, los relés de protección de distancia serán fundamentales en los futuros escenarios de redes inteligentes.
