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Efecto del Acoplamiento Mutuo en los Relés de Distancia de Líneas de Transmisión

Antonio Fonseca,
Transelectric S.A., División de Operación

RESUMEN

En este documento, se plantea el modelamiento geométrico de las líneas aéreas de transmisión de energía eléctrica (L/T) con la finalidad de realizar un análisis de la afectación de este modelo en los dispositivos de protección dedistancia. Los acoplamientos que se presentan entre circuitos de diferentes L/T son también presentados y analizados. Adicionalmente, se plantea una revisión de las opciones disponibles en los relés numéricos para corregir este fenómeno.
Palabras Clave.- Acoplamiento mutuo, compensación por efecto mutuo, fallas en sistemas de potencia, líneas paralelas, relés de distancia, relés numéricos.INTRODUCCIÓN

En líneas aéreas de transmisión de energía eléctrica (L/T) que presentan un recorrido geográfico cercano entre circuitos, pudiendo ser el caso de líneas paralelas o circuitos de diferentes líneas, se presenta el acoplamiento mutuo entre circuitos. Este acoplamiento puede ser entre fases y/o entre fase y tierra, tanto entre los conductores del circuito propio como con los conductoresdel circuito paralelo. Para el caso de líneas paralelas, el “efecto” de los acoplamientos entre fases puede ser disminuido mediante la transposición de las fases de los circuitos, lo cual disminuye también el efecto del acoplamiento entre fases de un circuito con las fases del circuito adyacente. Sin embargo, el efecto del acoplamiento mutuo entre fases y tierra, se encuentra presente de manerapermanente.
Para condiciones balanceadas, este acoplamiento resulta intrascendente y generalmente en análisis de flujos de potencia no es considerado. Sin embargo, cuando se presentan condiciones desbalanceadas en el sistema de potencia (SEP), el efecto del acoplamiento mutuo toma trascendencia, especialmente con la presencia de fallas con contacto a tierra. Para el caso de líneas paralelas estosacoplamientos pueden modificar el alcance de las zonas de protección de los relés de distancia y generar errores en la actuación de las protecciones.
Para analizar esta afectación, se requiere el modelamiento de las L/T desde el punto de vista geométrico, y de los dispositivos de protección, con el fin de determinar si los equipos instalados operan adecuadamente ante las fallas que sepresenten en el sistema bajo estudio.

CONCEPTOS BASICOS

El análisis del efecto mutuo en una L/T, se lo puede desarrollar mediante el modelo PI ampliado con la información de los acoplamientos mutuos existentes, estos parámetros pueden determinarse mediante la disposición geométrica de los conductores en la estructura de la L/T.
Por otra parte, el análisis en condiciones desbalanceadas deun SEP, se lo realiza mediante la teoría de componentes simétricas, la misma que está basada en el Teorema de Fortescue [1].
En conjunción de estos conceptos, un SEP, ante condiciones desbalanceadas, puede ser analizado mediante la determinación de la matriz de impedancias de fase ZABC, la misma que considerará los acoplamientos existentes, para posteriormente determinar la matriz deimpedancias de secuencia Z012, mediante la aplicación de la matriz de transformación TABC-012; con esto es posible realizar el análisis de componentes simétricas en un SEP ante fallas.
El desarrollo que se presenta a continuación, corresponde a un sistema eléctrico general de dos niveles de tensión: 138 y 230 kV, en el que se ha utilizado las estructuras típicas de suspensión, así como conductores delSNT ecuatoriano.

1 Elementos a modelarse

1 Estructuras de L/T

Los parámetros que conforman la matriz de impedancia de una L/T, pueden determinarse mediante la disposición geométrica de los conductores, basada en la estructura típica de la L/T a lo largo de su trayectoria geográfica. Generalmente la estructura típica resulta en una de tipo “suspensión”, debido a que la ruta geográfica...
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