PROYECTO CUARTO CIRCUITO A 500 kv ENTRE LAS SUBESTACIONES ANCOA Y ALTO JAHUEL

ACCESSIBILIDAD: CONTROLADA NO CONTROLADA A 02/02/201 6 Jorge Cano José Jaramillo Luis Giraldo Emisión Inicial PA Rev. Fecha Elaborado por Revisado por Aprobado por Descripción Estado PROYECTO CUARTO CIRCUITO A 500 kv ENTRE LAS SUBESTACIONES ANCOA Y ALTO JAHUEL FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN DE DISTANCIA EN EL ÁREA DEL C4 ANCOA ALTO JAHUEL 500 kv ESCALA: SIN FORMATO: Carta CÓDIGO: IEB-063-15-02 HOJA 01 REV. A

TABLA DE CONTENIDO 1 OBJETO... 4 2 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA... 4 2.1 FENÓMENO DE INVERSIÓN DE VOLTAJE... 4 2.2 FENÓMENO DE INVERSIÓN DE CORRIENTE... 5 3 DESCRIPCIÓN DEL ESQUEMA TÍPICO DE PROTECCIÓN DE LAS COMPENSACIONES SERIE... 6 4 ANÁLISIS DEL IMPACTO DE LA INVERSIÓN DE CORRIENTE EN LOS RELÉS DE DISTANCIA DEL ÁREA DE INFLUENCIA DEL ESTUDIO DE ANÁLISIS DE PROTECCIONES DEL C4 ANCOA ALTO JAHUEL 500 KV... 7 4.1 PRINCIPIOS DE OPERACIÓN DEL ELEMENTO DIRECCIONAL DE LA FUNCIÓN DE DISTANCIA EN LOS RELÉS DEL ÁREA DE INFLUENCIA... 9 4.1.1 Principio de Operación del Elemento Direccional para los Relés ABB REL670... 9 4.1.2 Principio de Operación del Elemento Direccional para los Relés SIEMENS 7SA61210 4.1.3 Principio de Operación del Elemento Direccional para los Relés SCHWEITZER SEL421... 12 4.2 EVALUACIÓN DEL IMPACTO DE LA INVERSIÓN DE CORRIENTE EN LOS RELÉS DEL ÁREA DE INFLUENCIA... 12 4.2.1 Evaluación de las protecciones del circuito C1 Ancoa Alto Jahuel 500 kv... 14 4.2.2 Evaluación de las protecciones del circuito C2 Ancoa Alto Jahuel 500 kv... 16 4.2.3 Evaluación de las protecciones del circuito C3 Ancoa Alto Jahuel 500 kv... 19 4.2.4 Evaluación de las protecciones del circuito C4 Ancoa Alto Jahuel 500 kv... 22 4.2.5 Evaluación de las protecciones del circuito L1 Ancoa Charrúa 500 kv... 22 4.2.6 Evaluación de las protecciones del circuito L2 Ancoa Charrúa 500 kv... 25 4.3 EFECTO DE LAS PROTECCIONES DE LA COMPENSACIÓN SERIE... 27 5 CONCLUSIONES... 31 6 REFERENCIAS... 32 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Esquema típico de protección para bancos de compensación serie... 7 Figura 2. Ángulos de ajuste de la característica direccional en el relé ABB REL670... 10 Figura 3. Característica direccional para los relés SIEMENS 7SA612 en el plano complejo R-X... 11 Figura 4. Determinación de la dirección de la falla para líneas con compensación serie... 12 Figura 5. Inversión de corriente en una línea con compensación serie.... 13 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 2 de 32

Figura 6. Falla trifasica franca en la línea Ancoa Alto Jahuel C1 a 500 kv al 1% de la subestación Ancoa 500 kv Caso 1 Dda Alta HH... 14 Figura 7. Falla trifasica franca en la línea Ancoa Alto Jahuel C2 a 500 kv al 20% de la subestación Ancoa 500 kv Caso 1 Dda Alta HH... 17 Figura 8. Falla trifasica franca en la línea Ancoa Alto Jahuel C3 a 500 kv al 10% de la subestación Ancoa 500 kv Caso 1 Dda Alta HH... 20 Figura 9. Falla trifasica franca en la línea Ancoa Charrúa L1 a 500 kv al 10% de la subestación Ancoa 500 kv Caso 1 Dda Alta HH... 23 Figura 10. Falla trifasica franca en la línea Ancoa Charrúa L2 a 500 kv al 15% de la subestación Ancoa 500 kv Caso 1 Dda Alta HH... 25 Figura 11. Comportamiento dinamico de la compensación serie de la línea Alto Jahuel Ancoa C4 500 kv ante falla trifásica franca al 1% desde la subestación Ancoa 500 kv... 29 Figura 12. Operación 21/21N Falla trifásica franca al 1% de la línea Ancoa Alto Jahuel C4 desde Ancoa... 30 LISTA DE TABLAS Tabla 1. Relés de protección de las líneas con compensación serie del área de influencia del estudio... 8 Tabla 2. Ajustes de activación del spark gap en las compensaciones serie de la subestación Ancoa 500 kv... 8 Tabla 3. Verificación inversión de corriente en los circuitos con compensación serie del área de influencia... 13 Tabla 4. Variación ángulo de impedancia relé Ancoa 500 kv... 15 Tabla 5. Variación ángulo de impedancia relé Alto Jahuel 500 kv... 15 Tabla 6. Variación ángulo de impedancia relé Ancoa 500 kv... 18 Tabla 7. Variación ángulo de impedancia relé Alto Jahuel 500 kv... 18 Tabla 8. Variación ángulo de impedancia relé Ancoa 500 kv... 21 Tabla 9. Variación ángulo de impedancia relé Alto Jahuel 500 kv... 21 Tabla 10. Variación ángulo de impedancia relé Ancoa 500 kv... 24 Tabla 11. Variación ángulo de impedancia relé Charrúa 500 kv... 24 Tabla 12. Variación ángulo de impedancia relé Ancoa 500 kv... 26 Tabla 13. Variación ángulo de impedancia relé Charrúa 500 kv... 27 Tabla 14. Datos de las protecciones propias de la compensación serie del circuito 4 Ancoa Alto Jahuel 500 kv... 28 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 3 de 32

1 OBJETO A raíz de los comentarios generados por el CDEC con respecto al estudio de análisis de protecciones para la entrada en servicio del circuito 4 Ancoa Alto Jahuel 500 kv (ver referencia [9]), en este documento se presentan los aspectos más relevantes del análisis que adelanta ELECNOR Chile para demostrar la validez de los ajustes propuestos en el estudio y la correcta operación de las protecciones del área ante las diferentes fallas que pueden ocurrir en la misma. Asimismo, se busca dar mayor claridad al esquema de protección planteado tanto para el circuito 4 Ancoa Alto Jahuel 500 kv como para los existentes en el área de influencia. También se presenta un análisis comparativo del desempeño esperado de las protecciones de todos los circuitos del área con compensación serie ante los fenómenos de inversión de voltaje y de corriente, con el fin de demostrar que las protecciones de los circuitos 3 y 4 de Ancoa Alto Jahuel 500 kv operan de la misma forma que las protecciones de los demás circuitos del área con compensación serie. Con esto se demostraría que los problemas de selectividad y confiabilidad de las protecciones que fueron encontrados en el estudio de protecciones del circuito 4, y de los cuales tiene conocimiento el CDEC, se constituyen en un problema sistémico y no del esquema de protecciones de una línea en particular. El análisis presentado en este documento se centra en las protecciones de distancia de las líneas del área de influencia del estudio, por lo que en todos los casos, se asume la contingencia N-1 que consiste en la pérdida de la teleprotección de la línea bajo análisis, la cual comprende la pérdida simultánea de los esquemas POTT y 87L. 2 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Los problemas asociados a las protecciones de distancia de las líneas con compensación serie son bien conocidos y han sido estudiados de forma exhaustiva en la literatura y en la práctica a través de pruebas de laboratorio sobre los dispositivos reales o simulaciones validadas con eventos reales en diferentes casos de estudio alrededor del mundo. Es por esto que los fabricantes de relés numéricos han integrado una serie de algoritmos y lógicas complementarias que permiten sortear estos problemas. En este análisis se presentarán los dos principales problemas asociados con las protecciones de distancia cuando se aplican a líneas con compensación serie: la inversión de voltaje y la inversión de corriente. 2.1 FENÓMENO DE INVERSIÓN DE VOLTAJE Ocurre cuando la reactancia negativa asociada a la compensación serie es mayor que la reactancia positiva de la línea. Bajo estas condiciones, el loop de impedancia para una falla al interior de la línea presentará una reactancia negativa, dado que la corriente 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 4 de 32

permanece inductiva (positiva) en este caso, siempre y cuando la impedancia equivalente del sistema, sumada a la reactancia de la línea hasta el punto de falla, ambas de naturaleza inductiva, sean mayores que la asociada a la compensación serie. Por esta razón, si se utiliza la auto-polarización, basado en la ubicación del loop de impedancia asociado a la falla, el relé puede determinar la dirección de ocurrencia de esta de forma errónea. El inconveniente asociado con la definición de la dirección hacia la cual ocurre la falla se soluciona con el uso del método de polarización cruzada, presente en todos los relés numéricos modernos, el cual consiste en tomar un voltaje sano para determinar la dirección de forma correcta. De esta forma, para fallas monofásicas y bifásicas, se utilizan los voltajes de las fases sanas como voltaje de polarización, y a partir de la comparación de este con la corriente de falla, determinar de forma correcta la dirección; y para fallas trifásicas, se utiliza el voltaje almacenado en la memoria del relé de protección como voltaje de polarización. El método de polarización cruzada fue descrito en detalle en el estudio de análisis de protecciones del circuito 4 Ancoa Alto Jahuel 500 kv (ver referencia [9]), en el cual se muestra la operación correcta de los relés ante las fallas que producen inversión de voltaje en la ubicación de la protección con los ajustes recomendados en el estudio, algunos de los cuales requieren modificar. FENÓMENO DE INVERSIÓN DE CORRIENTE Ocurre cuando la impedancia de cortocircuito desde el punto de la falla hacia la fuente es negativa (reactancia capacitiva de la compensación mayor a la reactancia inductiva equivalente del sistema), causando así que la impedancia aparente vista por el relé sea también negativa. Este fenómeno normalmente se presenta para fallas cercanas a la compensación serie. Bajo esta condición, la corriente de cortocircuito adelanta al voltaje de polarización (voltaje de las fases sanas o el almacenado en la memoria de polarización) por un ángulo que tiende a 90, y de esta forma, la protección de distancia no determinará la dirección de la falla por si misma durante fallas internas, o podría presentar operación ante fallas externas (ver referencia [2], página 193, y referencia [3], sección 5.7.1). Normalmente, las inversiones de corriente están asociadas a fallas con magnitudes de corriente muy elevadas, lo cual hará operar rápidamente el spark gap de la compensación serie, eliminando así el efecto de la reactancia capacitiva de la compensación serie mientras dure la falla, con lo cual las protecciones determinan la falla en la dirección correcta (ver referencia [2], página 193, y referencia [3], sección 5.7.1). Para el caso particular de las líneas del área de influencia del proyecto, donde el TP se encuentra ubicado del lado de la línea, se tiene que la inversión de corriente causaría que ciertas fallas al interior de la línea sean declaradas como fallas en dirección reversa, y 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 5 de 32

por lo tanto, no sean despejadas en los tiempos esperados, o no sean detectadas por la protección de distancia. La situación descrita está asociada a cualquier protección de distancia, independiente de la marca del relé de protección. De acuerdo con lo que indica la literatura del fenómeno, en los casos en los cuales se presente dicha situación, siempre se deberá supeditar la correcta operación de la protección de distancia a la activación del spark gap de la compensación serie asociada a la línea en falla. Esto no representa un despeje secuencial de la falla, pues la operación de las protecciones propias de la compensación serie no despeja la falla en la línea, pues sólo buscan proteger tanto el banco de capacitores serie como el MOV asociado al mismo ante las sobretensiones que se presentan en el banco ante la circulación de elevadas corrientes de falla, para las cuales no está diseñado. 3 DESCRIPCIÓN DEL ESQUEMA TÍPICO DE PROTECCIÓN DE LAS COMPENSACIONES SERIE La compensación serie consiste, además de los capacitores serie, en una serie de equipos que componen el sistema de protección del capacitor, y que tienen como fin limitar las corrientes y tensiones que puedan fluir a través del banco de capacitores a valores que no excedan los límites especificados por el diseño de estos equipos. En la siguiente figura se muestra un esquema típico de protección para un banco de capacitores, que en conjunto componen lo que en adelante será referido como compensación serie. 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 6 de 32

Figura 1. Esquema típico de protección para bancos de compensación serie Dependiendo de las condiciones del sistema, el MOV pasará a conducción o se activará el Spark Gap, con el consecuente cierre del interruptor de Bypass. La impedancia aparente vista por el relé de protección en un extremo cualquiera de la línea variará de acuerdo con el estado de dichos equipos. En primer lugar, se puede examinar las condiciones que serían vistas por los relés de protección si los capacitores no están cortocircuitados, lo cual daría una condición extrema que sería detectada de forma inmediata por los relés luego de ocurrida la falla. Luego, se determina el comportamiento de la impedancia aparente vista por los relés asumiendo que el MOV conduce parte de la corriente de falla. La última condición de interés se refiere al comportamiento de la impedancia aparente cuando el banco es cortocircuitado totalmente por el Spark Gap, condición en la cual el capacitor sería removido de la impedancia de la línea vista por los relés de protección. El banco de capacitores serie se encuentra usualmente en bypass por medio de la operación de alguna de sus protecciones durante una falla, bien sea a través del MOV, del Spark Gap o del interruptor de bypass. La operación de estas protecciones varía de acuerdo con el esquema seleccionado y con su respuesta ante las diferentes condiciones de falla. En este caso, el análisis se centrará en el esquema de protección de distancia. Para el caso de las compensaciones serie del proyecto, se tienen dos sistemas de protección independientes para el banco de compensación. Si uno de los dos sistemas falla, el sistema está diseñado para desconectar automáticamente el sistema fallado para evitar una operación falsa y continuar operando el banco bajo la protección del sistema de protección funcional restante. Para mayores detalles, se recomienda consultar la referencia [10]. 4 ANÁLISIS DEL IMPACTO DE LA INVERSIÓN DE CORRIENTE EN LOS RELÉS 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 7 de 32

DE DISTANCIA DEL ÁREA DE INFLUENCIA DEL ESTUDIO DE ANÁLISIS DE PROTECCIONES DEL C4 ANCOA ALTO JAHUEL 500 KV Se procederá entonces a demostrar, en primer lugar, que la forma en que operan las protecciones de distancia ante inversiones de corriente es propio de cualquier relé de distancia, para lo cual se explicarán brevemente los algoritmos de deteminación de la dirección de la falla para cada uno de los tipos de relés presentes en el área de influencia. En la siguiente tabla se relacionan los tipos de relés que protegen las líneas con compensación serie del área de influencia del estudio: Tabla 1. Relés de protección de las líneas con compensación serie del área de influencia del estudio Línea Relé de Protección de Distancia Marca Referencia C1 Ancoa - Alto Jahuel 500 kv SIEMENS 7SA612 C2 Ancoa - Alto Jahuel 500 kv SIEMENS 7SA612 C3 Ancoa - Alto Jahuel 500 kv ABB REL670 C4 Ancoa - Alto Jahuel 500 kv ABB REL670 C1 Ancoa - Charrúa 500 kv SCHWEITZER SEL421 C2 Ancoa - Charrúa 500 kv SCHWEITZER SEL421 Como se indicó antes, la activación del spark gap dependerá, en parte, de la corriente de falla circulante por la compensación serie, la cual tendrá una magnitud muy alta para los casos en los cuales se produce una inversión de corriente. Por esta razón y con base en la información suministrada por TRANSELEC y CELEO Redes, se presentan los ajustes de activación del spark gap para cada una de las compensaciones serie asociadas a las líneas del área de influencia del estudio. Tabla 2. Ajustes de activación del spark gap en las compensaciones serie de la subestación Ancoa 500 kv Variable Alto Jahuel 1 Alto Jahuel 2 Charrúa 1 Charrúa 2 Alto Jahuel 3 Alto Jahuel 4 Sobrecorriente de Bypass MOV (kap) 7.7 8 8.1 7.6 7 7 Sobre-energía de Bypass MOV (MJ) 11 13.8 11.6 9.9 5.8 5.8 Carga Mínima a través del MOV para habilitar dispositivo de disparo del TAG (Coulombs) 4 4 4 4 4 4 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 8 de 32

Variable Tiempo máximo de retardo entre el sobrepaso del umbral y la conducción del TAG (ms) Alto Jahuel 1 Alto Jahuel 2 Charrúa 1 Charrúa 2 Alto Jahuel 3 Alto Jahuel 4 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 4.1 PRINCIPIOS DE OPERACIÓN DEL ELEMENTO DIRECCIONAL DE LA FUNCIÓN DE DISTANCIA EN LOS RELÉS DEL ÁREA DE INFLUENCIA A continuación se describen brevemente los principios de operación del elemento direccional de la función de distancia para los relés de la Tabla 1. 4.1.1 Principio de Operación del Elemento Direccional para los Relés ABB REL670 Según el manual del fabricante (ver referencia [1]), la direccionalidad de la falla para el bloque de distancia aplicado a líneas con compensación serie está definida por la siguiente ecuación: Donde: 1 : es el ajuste del límite inferior para la característica direccional hacia adelante, ajustada en un valor de 15º. : es el ajuste del límite superior para la característica direccional hacia adelante, ajustada en un valor de 115º. 1 : es el voltaje memorizado de secuencia positiva en la fase L1. : es la corriente de la fase L1 Esta ecuación indica que el ángulo de impedancia utilizada para la característica direccional está definido por la relación entre los ángulos de la tensión de polarización ( 1 ) (que corresponde al voltaje almacenado en la memoria del voltaje para fallas trifásicas, o al voltaje de las fases sanas para los demás tipos de falla) y la corriente de falla vista por el relé de protección. Si el ángulo calculado se encuentra dentro de los límites ajustados para la característica direccional, se declarará que la falla ocurrió adelante. La característica direccional es simétrica para las fallas en dirección reversa, como puede observarse en la Figura 70 de la referencia [1], la cual se reproduce en la Figura 2. 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 9 de 32

Figura 2. Ángulos de ajuste de la característica direccional en el relé ABB REL670 4.1.2 Principio de Operación del Elemento Direccional para los Relés SIEMENS 7SA612 Según el manual del fabricante (ver referencia [5]), la determinación de la dirección de la falla para la función de distancia funciona para cada loop, en el cual, paralelo a la impedancia aparente que se comparará con la característica de operación, se utiliza un vector de impedancia para determinar la dirección de de la falla, el cual se determina con base en el voltaje de polarización (el almacenado en la memoria de polarización para fallas trifásicas o el de las fases sanas para los demás tipos de falla) y la corriente de falla. El voltaje de polarización está en teoría en cuadratura con el voltaje de falla para todos los loops de falla. La tabla 2-9 de la referencia [5] indica los valores de referencia para el voltaje de polarización y corriente de falla que utiliza cada uno de los loops de impedancia para determinar la dirección de la falla. La Figura 2-24 de la la referencia [5] muestra la característica direccional teórica de estado estable, la cual se presenta en la Figura 3. El principio básico de operación del elemento direccional en estos relés consiste en ubicar el vector de impedancia utilizado para deteminar la dirección de la falla en el mismo plano R-X, y dependiendo de la región en la cual este se encuentre, el relé determinará la dirección de la falla. 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 10 de 32

Figura 3. Característica direccional para los relés SIEMENS 7SA612 en el plano complejo R-X En la práctica, para este tipo de relés, los límites de la característica direccional, cuando se utiliza el voltaje de la memoria de polarización, dependen tanto de la impedancia equivalente del sistema como de la transferencia de potencia a través de la línea antes de la ocurrencia de la falla, los cuales desplazan la característica del origen hasta un valor de impedancia equivalente al de la impedancia equivalente del sistema antes de la ubicación del relé. La Figura 2-27 de la referencia [5] muestra el desplazamiento de la característica direccional por este efecto, dependiendo de la ubicación de la falla, la cual se reproduce en la Figura 4. Estos serían entonces los límites con los cuales se compara el vector de impedancia utilizado para determinar la dirección de la falla, tal como se indicó anteriormente. 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 11 de 32

Figura 4. Determinación de la dirección de la falla para líneas con compensación serie 4.1.3 Principio de Operación del Elemento Direccional para los Relés SCHWEITZER SEL421 De acuerdo con el manual y las publicaciones del fabricante (ver referencias [6], [7] y [8]), ante una falla trifásica, la direccionalidad hacia adelante se determina a partir del elemento direccional F32P, el cual declara una falla en dirección hacia adelante cuando la impedancia del bloque direccional, calculada a partir del voltaje de polarización (en este caso el almacenado en memoria) y de la corriente de falla, está entre Z1ANG-90 y 120, siendo Z1ANG un ajuste del elemento direccional de fases que se ajusta normalmente idéntico al ángulo de la impedancia de la línea protegida (alrededor de 80 ). Para los otros tipos de falla, se mantienen los límites de la característica direccional en el plano R-X, pero se utiliza como voltaje de polarización el correspondiente a las fases sanas. Como puede verse, es un principio de operación similar al del relé ABB REL670. 4.2 EVALUACIÓN DEL IMPACTO DE LA INVERSIÓN DE CORRIENTE EN LOS RELÉS DEL ÁREA DE INFLUENCIA Ahora se procede a demostrar que todos los tipos de relés presentes en las líneas con compensación serie del área de influencia del proyecto operan de la misma forma, determinando la dirección correcta de la falla ante el fenómeno de inversión de corriente. Para lograrlo, se presentarán tablas en las cuales se presentan las variables 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 12 de 32

utilizadas por los algoritmos direccionales anteriormente descritos para cada tipo de relé, de tal forma que pueda comprobarse el comportamiento basado en el principio de operación real del mismo. Los resultados se basan en la simulación de cortocircuitos en varios puntos al interior de la línea protegida, con el fin de observar la variación de los ángulos de los fasores relevantes para la determinación de la dirección. Se asumen en todos los casos fallas trifásicas, debido a su mayor facilidad de análisis, para así facilitar la comprensión del fenómeno. Además, en todos los casos se considera la compensación serie asociada a la línea en servicio, sin la operación del spark gap, el MOV o el interruptor de bypass. En primer lugar, para cada una de las líneas de transmisión con compensación serie, se identificó si el fenómeno de inversión de corriente puede llegar a presentarse en cada uno de los circuitos. Por lo tanto, partiendo de la definición de inversión de corriente, se verificó que la reactancia capacitiva asociada a cada compensación fuera mayor a la reactancia del sistema como lo ilustra la siguiente figura: Figura 5. Inversión de corriente en una línea con compensación serie. En la Tabla 3 se visualizan los resultados obtenidos donde se evidencia que en cada uno de los circuitos se presentará inversión de corriente ante fallas internas en cada uno de los circuitos. Tabla 3. Verificación inversión de corriente en los circuitos con compensación serie del área de influencia Línea de Transmisión XC [Ω] XS [Ω] Inversión de Corriente Ancoa - Alto Jahuel C1 41,46 23,421 Existe Ancoa - Alto Jahuel C2 45,24 23,413 Existe 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 13 de 32

Línea de Transmisión XC [Ω] XS [Ω] Inversión de Corriente Ancoa - Alto Jahuel C3 27,8 23,452 Existe Ancoa - Charrúa L1 30,25 24,781 Existe Ancoa - Charrúa L2 34,23 24,712 Existe Ahora, luego de comprobar que cada uno de los circuitos que poseen compensación serie presentará inversión de corriente ante fallas al interior de la línea protegida, se procede a realizar la verificación de las protecciones asociadas a los circuitos con compensación: 4.2.1 Evaluación de las protecciones del circuito C1 Ancoa Alto Jahuel 500 kv En la Figura 6 se muestra una falla trifásica franca en la línea Ancoa Alto Jahuel C1 a 500 kv al 1% desde la subestación Ancoa 500 kv, cuyas protecciones están compuestas por los relés SIEMENS 7SA612 y 7SD522. Figura 6. Falla trifasica franca en la línea Ancoa Alto Jahuel C1 a 500 kv al 1% de la subestación Ancoa 500 kv Caso 1 Dda Alta HH Se evidencia que los relés de marca Siemens 7SA612 presentan el mismo comportamiento mencionado en las secciones 9.1.2.6 y 9.2.2.6 de la referencia [9] para los relés ABB REL670 de los circuitos 3 y 4, donde el ángulo de impedancia que permite 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 14 de 32

definir la dirección de la falla se encuentra por fuera de los límites establecidos por el fabricante, por lo tanto, el relé no identifica la falla hacia adelante, y no opera ante esta condición, al no cumplirse la desigualdad que aplica para las fallas declaradas hacia adelante, como se indicó en la Figura 3 y la Figura 4. 1 1 504.04 15.751 9.697 96.21 15.751 96.21 80.459 22 80.459 120 A continuación se presenta una tabla que muestra la variación del ángulo de impedancia y la respuesta esperada del relé de protección ubicado en el extremo de la subestación Ancoa 500 kv y Alto Jahuel 500 kv ante fallas trifásicas en diferentes puntos de la línea de transmisión Ancoa Alto Jahuel C1 500 kv. El voltaje prefalla corresponde al que almacenaría el relé en memoria para polarizarse en caso de fallas trifásicas. Distancia (%) Tabla 4. Variación ángulo de impedancia relé Ancoa 500 kv V prefalla Vprefalla Vfalla Vfalla Ifalla [ka] Ifalla ZDir Operación 1 504,04 15,751 13,807-178,723 9,697 96,21-80,459 No Opera 10 504,04 15,751 187,694 176,461 13,207 91,38-75,629 No Opera 20 504,04 15,751 614,602 163,883 21,653 78,8-63,049 No Opera 24 504,04 15,751 957,64 152,835 28,127 67,75-51,999 No Opera 30 504,04 15,751 1718,133 119,448 40,385 34,36-18,609 OK 40 504,04 15,751 1497,166 55,395 26,395-29,7 45,451 OK 50 504,04 15,751 994,744 36,231 14,021-48,86 64,611 OK 60 504,04 15,751 761,198 29,614 8,929-55,47 71,221 OK 70 504,04 15,751 617,816 26,731 6,200-58,34 74,091 OK 80 504,04 15,751 501,958 25,61 4,396-59,45 75,201 OK 99 504,04 15,751 226,081 27,981 1,589-57,04 72,791 OK Distancia (%) Tabla 5. Variación ángulo de impedancia relé Alto Jahuel 500 kv V prefalla Vprefalla Vfalla Vfalla Ifalla [ka] Ifalla ZDir Operación 1 499,579 9,089 14,726 15,887 10,462-69,18 78,269 OK 10 499,579 9,089 102,119 13,048 7,282-72,03 81,119 OK 20 499,579 9,089 143,717 10,302 5,132-74,78 83,869 OK 30 499,579 9,089 150,544 6,233 3,587-78,87 87,959 OK 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 15 de 32

40 499,579 9,089 126,812-4,828 2,266-89,92 99,009 OK 45 499,579 9,089 106,283-21,02 1,688-106,11 115,199 OK 49 499,579 9,089 100,185-47,854 1,461-132,94 142,029 No Opera 50 499,579 9,089 103,872-56,341 1,484-141,43 150,519 No Opera 60 499,579 9,089 383,929-97,231 4,565 177,69-168,601 No Opera 70 499,579 9,089 1070,235-47,627 10,885-132,7 141,789 No Opera 80 499,579 9,089 851,115-8,608 7,554-93,67 102,759 OK 99 499,579 9,089 625,571 4,459 4,455-80,56 89,649 OK De la Tabla 4 se puede observar que, cuando el ángulo pasa de -18.602 a -51.999, el relé de la subestación Ancoa 500 kv deja de operar, aun cuando la falla simulada se encuentra dentro de la línea (al 24% desde la ubicación del TP asociado al relé), y la impedancia aparente correspondiente al loop de falla se encontraría dentro de la característica de operación. Este mismo compotamiento se puede visauaizar en la Tabla 5 cuando el ángulo pasa de 115.199 a 142.029 para una falla al 49% desde la ubicación del PT asociado al relé de la subestación Alto Jahuel Lo que ocurre en estos casos, como puede comprobarse al observar la evolución de los ángulos de la corriente de falla, es una inversión de corriente. Sin embargo, es importante aclarar que el comportamiento descrito en la Figura 6, la Tabla 4 y la Tabla 5 no consideran la actuación de las protecciones asociadas a la compensación serie de la línea, es decir, que en la simulación de estado estable en DIgSILENT presentadas anteriormente, no es posible visualizar el comportamiento transitorio de las variables de tensión y corriente asociadas al varistor y el spark gap que hacen parte del esquema de protección del banco capacitivo, y que al cortocircuitar el banco de capacitores, anularía la inversión de corriente. Esto debido a que se espera que para los puntos en los cuales el relé deja de detectar la falla por efecto de la inversión de corriente, se active el spark gap, anulando así la capacitancia de la compensación serie, y al mismo tiempo, la inversión de corriente, como puede deducirse de la comparación de las corrientes de las fallas asociadas a inversión de corriente de la Tabla 4 con el ajuste mostrado en la Tabla 2 para la activación del spark gap. Ahora, dado que el gap opera en tiempos inferiores a un cuarto de ciclo, se espera que el relé de protección detecte la falla de forma oportuna y correcta una vez anulado el efecto de la compensación serie. 4.2.2 Evaluación de las protecciones del circuito C2 Ancoa Alto Jahuel 500 kv En la Figura 7 se muestra una falla trifásica franca en la línea Ancoa Alto Jahuel C2 a 500 kv al 20% de la subestación Ancoa 500 kv, cuyas protecciones están compuestas por los relés Siemens 7SA6 y 7SD52. 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 16 de 32

Figura 7. Falla trifasica franca en la línea Ancoa Alto Jahuel C2 a 500 kv al 20% de la subestación Ancoa 500 kv Caso 1 Dda Alta HH Se evidencia que los relés de marca Siemens 7SA612 presentan el mismo comportamiento mencionado en las secciones 9.1.2.6 y 9.2.2.6 de la referencia [9] para los relés ABB REL670 de los circuitos 3 y 4, donde el ángulo de impedancia que permite definir la dirección de la falla se encuentra por fuera de los límites establecidos por el fabricante, por lo tanto, el relé no identifica la falla hacia adelante, y no opera ante esta condición, al no cumplirse la desigualdad que aplica para las fallas declaradas hacia adelante, como se indicó en la Figura 3 y la Figura 4. 1 1 500.217 16.061 24.959 75.99 16.061 75.99 59.929 22 59.929 120 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 17 de 32

A continuación se presenta una tabla que muestra la variación del ángulo de impedancia y la respuesta del relé de protección ubicado en el extremo de la subestación Ancoa 500 kv y Alto Jahuel 500 kv ante fallas trifásicas en diferentes puntos de la línea de transmisión Ancoa Alto Jahuel C2 500 kv. El voltaje prefalla corresponde al que almacenaría el relé en memoria para polarizarse en caso de fallas trifásicas. Tabla 6. Variación ángulo de impedancia relé Ancoa 500 kv Distancia (%) V prefalla Vprefalla Vfalla Vfalla Ifalla [ka] Ifalla ZDir Operación 1 500,217 16,061 13,926-179,432 11 95,54-79,479 No Opera 10 500,217 16,061 190,362 175,225 15,125 90,19-74,129 No Opera 20 500,217 16,061 627,369 161,036 24,959 75,99-59,929 No Opera 23 500,217 16,061 873,303 152,318 30,204 67,27-51,209 No Opera 30 500,217 16,061 1644,108 112,874 43,598 27,83-11,769 OK 40 500,217 16,061 1359,042 54,448 27,015-30,6 46,661 OK 50 500,217 16,061 931,148 36,714 14,789-48,32 64,381 OK 60 500,217 16,061 722,189 30,296 9,539-54,73 70,791 OK 70 500,217 16,061 589,971 27,446 6,66-57,57 73,631 OK 80 500,217 16,061 481,702 26,324 4,741-58,67 74,731 OK 99 500,217 16,061 230,936 28,512 1,82-56,44 72,501 OK Distancia (%) Tabla 7. Variación ángulo de impedancia relé Alto Jahuel 500 kv V prefalla Vprefalla Vfalla Vfalla Ifalla [ka] Ifalla ZDir Operación 1 499,579 9,089 12,806 15,501 10,267-69,53 78,619 OK 10 499,579 9,089 90,89 12,699 7,311-72,31 81,399 OK 20 499,579 9,089 129,2 9,726 5,202-75,32 84,409 OK 30 499,579 9,089 135,131 5,007 3,628-80,04 89,129 OK 40 499,579 9,089 112,692-8,156 2,268-93,20 102,289 OK 44 499,579 9,089 98,645-21,992 1,804-107,03 116,119 OK 48 499,579 9,089 93,458-47,501 1,566-132,54 141,629 No Opera 50 499,579 9,089 102,021-63,581 1,64-148,62 157,709 No Opera 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 18 de 32

Distancia (%) V prefalla Vprefalla Vfalla Vfalla Ifalla [ka] Ifalla 60 499,579 9,089 370,076-98,908 4,948 176,07 ZDir - 166,981 Operación No Opera 70 499,579 9,089 1054,862-54,11 12,056-139,12 148,209 No Opera 80 499,579 9,089 884,468-11,304 8,812-96,30 105,389 OK 99 499,579 9,089 636,338 3,84 5,077-81,11 90,199 OK Se observa entonces un comportamiento similar al del circuito 1, con idéntico análisis: el relé de distancia no detectará la falla hasta que la compensación serie haya sido anulada por la activación del spark gap, lo cual ocurrirá en todos los casos en los cuales se presenta inversión de corriente, bastando con la comparación de las corrientes de falla que producen dicho fenómeno en la subestación Ancoa (Tabla 6) con el ajuste mostrado en la Tabla 2 para la activación del spark gap. 4.2.3 Evaluación de las protecciones del circuito C3 Ancoa Alto Jahuel 500 kv En la Figura 8 se muestra una falla trifásica franca en la línea Ancoa Alto Jahuel C3 a 500 kv al 10% de la subestación Ancoa 500 kv, cuyas protecciones están compuestas por los relés de protección ABB REL 670 y RED 670. 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 19 de 32

Figura 8. Falla trifasica franca en la línea Ancoa Alto Jahuel C3 a 500 kv al 10% de la subestación Ancoa 500 kv Caso 1 Dda Alta HH Se evidencia entonces que, producto de la inversión de corriente, no se cumplen las condiciones para que el relé determine la dirección de la falla hacia adelante, según se indicó en la Figura 2. 1 1 507.103 14.485 52.494 45.14 14.485 45.14 30.655 15 30.655 115 A continuación se presenta una tabla que muestra la variación del ángulo de impedancia y la respuesta del relé de protección ubicado en el extremo de la subestación Ancoa 500 kv y Alto Jahuel 500 kv ante fallas trifásicas en diferentes puntos de la línea de transmisión Ancoa Alto Jahuel C3 500 kv. El voltaje prefalla corresponde al que almacenaría el relé en memoria para polarizarse en caso de fallas trifásicas. 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 20 de 32

Tabla 8. Variación ángulo de impedancia relé Ancoa 500 kv Distancia (%) V prefalla Vprefalla Vfalla Vfalla Ifalla [ka] Ifalla ZDir Operación 1 507,103 14,485 31 166,552 28 81,45-66,965 No Opera 10 507,103 14,485 587,346 130,241 52,494 45,14-30,655 No Opera 11 507,103 14,485 680,457 122,546 55,3 37,45-22,965 No Opera 15 507,103 14,485 925,739 87,897 55,218 2,8 11,685 OK 20 507,103 14,485 864,665 57,521 38,717-27,57 42,055 OK 30 507,103 14,485 658,794 35,771 19,692-49,31 63,795 OK 40 507,103 14,485 556,332 28,74 12,482-56,33 70,815 OK 50 507,103 14,485 492,977 25,585 8,85-59,48 73,965 OK 60 507,103 14,485 443,197 24,011 6,629-61,04 75,525 OK 70 507,103 14,485 395,693 23,321 5,071-61,73 76,215 OK 80 507,103 14,485 342,286 23,304 3,838-61,75 76,235 OK 99 507,103 14,485 179,507 25,864 1,646-59,4 73,885 OK Tabla 9. Variación ángulo de impedancia relé Alto Jahuel 500 kv Distancia (%) V prefalla Vprefalla Vfalla Vfalla Ifalla [ka] Ifalla ZDir Operación 1 499,579 9,089 11,615 16,273 10,465-68,83 77,919 OK 10 499,579 9,089 86,387 14,137 7,816-71 80,089 OK 20 499,579 9,089 129,818 12,304 5,888-72,87 81,959 OK 30 499,579 9,089 147,93 10,399 4,483-74,81 83,899 OK 40 499,579 9,089 145,973 7,518 3,326-77,72 86,809 OK 50 499,579 9,089 122,613 0,741 2,247-84,47 93,559 OK 55 499,579 9,089 101,712-7,869 1,704-92,91 101,999 OK 58 499,579 9,089 87,168-18,025 1,392-102,74 111,829 No Opera 60 499,579 9,089 78,317-28,959 1,212-113,23 122,319 No Opera 70 499,579 9,089 154,96-107,249 1,971 169,03 80 499,579 9,089 647,772-108,195 7,199 167,16-159,941-158,071 No Opera OK 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 21 de 32

Distancia (%) V prefalla Vprefalla Vfalla Vfalla Ifalla [ka] Ifalla ZDir Operación 99 499,579 9,089 988,771-8,781 8,852-93,75 102,839 OK Se observa nuevamente el mismo comportamiento de los circuitos C1 y C2 con el mismo análisis: el relé de distancia no detectará la falla hasta que la compensación serie haya sido anulada por la activación del spark gap, lo cual ocurrirá en todos los casos en los cuales se presenta inversión de corriente, bastando con la comparación de las corrientes de falla que producen dicho fenómeno en la subestación Ancoa (Tabla 8) con el ajuste mostrado en la Tabla 2 para la activación del spark gap. 4.2.4 Evaluación de las protecciones del circuito C4 Ancoa Alto Jahuel 500 kv Dado que este circuito comparte las mismas características que el circuito 3, aplican los mismos resultados presentados en la sección anterior. 4.2.5 Evaluación de las protecciones del circuito L1 Ancoa Charrúa 500 kv En la Figura 9 se muestra una falla trifásica franca en la línea Ancoa Charrúa L1 a 500 kv al 10% de la subestación Ancoa 500 kv, cuya protección de distancia está integrada en el relé de protección SEL 421. 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 22 de 32

Figura 9. Falla trifasica franca en la línea Ancoa Charrúa L1 a 500 kv al 10% de la subestación Ancoa 500 kv Caso 1 Dda Alta HH Se evidencia que los relés SEL421 presentan el mismo comportamiento mencionado en las secciones 9.1.2.6 y 9.2.2.6 de la referencia [9] para los relés ABB REL670 de los circuitos 3 y 4 Ancoa Alto Jahuel 500 kv, donde el ángulo de impedancia que permite definir la dirección de la falla se encuentra por fuera de los límites establecidos por el fabricante, por lo tanto, el relé no identifica la falla hacia adelante, y no opera ante esta condición, al no cumplirse la desigualdad que aplica para las fallas declaradas hacia adelante, como se indicó en la sección 4.1.3. 1 1 508.214 8.824 118.989 33.91 8.824 33.91 25.086 10 25.086 120 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 23 de 32

A continuación se presenta una tabla que muestra la variación del ángulo de impedancia y la respuesta del relé de protección ubicado en el extremo de la subestación Ancoa 500 kv y Charrúa 500 kv ante fallas trifásicas en diferentes puntos de la línea de transmisión Ancoa Charrúa L1 500 kv. El voltaje prefalla corresponde al que almacenaría el relé en memoria para polarizarse en caso de fallas trifásicas. Tabla 10. Variación ángulo de impedancia relé Ancoa 500 kv Distancia (%) V prefalla Vprefalla Vfalla Vfalla Ifalla [ka] Ifalla ZDir Operación 1 508,214 8,824 29,116 154,123 27 69,06-60,236 No Opera 10 508,214 8,824 459,4 118,989 42,964 33,91-25,086 No Opera 13 508,214 8,824 519,529 112,954 44,177 27,88-19,056 No Opera 15 508,214 8,824 702,336 87,369 43,819 2,29 6,534 OK 20 508,214 8,824 744,663 61,783 34,866-23,3 32,124 OK 30 508,214 8,824 644,644 37,709 20,14-47,38 56,204 OK 40 508,214 8,824 566,77 28,323 13,287-56,76 65,584 OK 50 508,214 8,824 514,4 23,528 9,648-61,56 70,384 OK 60 508,214 8,824 473,552 20,579 7,4-64,51 73,334 OK 70 508,214 8,824 436,502 18,489 5,842-66,59 75,414 OK 80 508,214 8,824 398,002 16,777 4,656-68,3 77,124 OK 99 508,214 8,824 299,677 13,011 2,824-72,05 80,874 OK Tabla 11. Variación ángulo de impedancia relé Charrúa 500 kv Distancia (%) V prefalla Vprefalla Vfalla Vfalla Ifalla [ka] Ifalla ZDir Operación 1 515,065 15,44 9,419 21,046 8,853-64,02 79,46 OK 10 515,065 15,44 74,836 20,649 7,062-64,43 79,87 OK 20 515,065 15,44 118,978 20,311 5,622-64,77 80,21 OK 30 515,065 15,44 142,593 19,912 4,496-65,17 80,61 OK 40 515,065 15,44 148,895 19,099 3,523-65,99 81,43 OK 50 515,065 15,44 136,073 16,653 2,576-68,44 83,88 OK 60 515,065 15,44 97,273 5,295 1,534-79,79 95,23 OK 71 515,065 15,44 654,526 39,155 1,315-163,21 178,65 No Opera 75 515,065 15,44 188,502-93,611 2,3755-178,69 194,13 No Opera 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 24 de 32

Distancia (%) V prefalla Vprefalla Vfalla Vfalla Ifalla [ka] Ifalla ZDir Operación 80 515,065 15,44 389,758-90,523 4,601-175,60 191,04 No Opera 99 515,065 15,44 759,157-10,749 7,315-95,81 111,25 OK Se observa entonces un comportamiento similar al de los circuitos anteriores, con idéntico análisis: el relé de distancia no detectará la falla hasta que la compensación serie haya sido anulada por la activación del spark gap, lo cual ocurrirá en todos los casos en los cuales se presenta inversión de corriente, bastando con la comparación de las corrientes de falla que producen dicho fenómeno en la subestación Ancoa (Tabla 10) con el ajuste mostrado en la Tabla 2 para la activación del spark gap. 4.2.6 Evaluación de las protecciones del circuito L2 Ancoa Charrúa 500 kv En la Figura 10 se muestra una falla trifásica franca en la línea Ancoa Charrúa L2 a 500 kv al 15% de la subestación Ancoa 500 kv cuya protección de distancia está integrada en el relé de protección SEL 421. Figura 10. Falla trifasica franca en la línea Ancoa Charrúa L2 a 500 kv al 15% de 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 25 de 32

la subestación Ancoa 500 kv Caso 1 Dda Alta HH Se evidencia que los relés SEL421 presentan el mismo comportamiento mencionado en las secciones 9.1.2.6 y 9.2.2.6 de la referencia [9] para los relés ABB REL670 de los circuitos 3 y 4 Ancoa Alto Jahuel 500 kv, donde el ángulo de impedancia que permite definir la dirección de la falla se encuentra por fuera de los límites establecidos por el fabricante, por lo tanto, el relé no identifica la falla hacia adelante, y no opera ante esta condición, al no cumplirse la desigualdad que aplica para las fallas declaradas hacia adelante, como se indicó en la sección 4.1.3. 1 1 505.801 8.374 40.202 36.56 8.374 36.56 28.186 10 28.186 120 A continuación se presenta una tabla que muestra la variación del ángulo de impedancia y la respuesta del relé de protección ubicado en el extremo de la subestación Ancoa 500 kv y Charrúa 500 kv ante fallas trifásicas en diferentes puntos de la línea de transmisión Ancoa Charrúa L2 500 kv. El voltaje prefalla corresponde al que almacenaría el relé en memoria para polarizarse en caso de fallas trifásicas. Distancia (%) Tabla 12. Variación ángulo de impedancia relé Ancoa 500 kv V prefalla Vprefalla Vfalla Vfalla Ifalla [ka] Ifalla ZDir Operación 1 505,801 8,374 22,321 164,248 20 78,59-70,216 No Opera 10 505,801 8,374 355,275 144,877 31,174 59,21-50,836 No Opera 15 505,801 8,374 686,747 122,23 40,202 36,56-28,186 No Opera 19 505,801 8,374 928,09 95,803 42,913 11,13-2,756 OK 20 505,801 8,374 961,769 90,275 42,252 4,61 3,764 OK 30 505,801 8,374 861,718 47,236 25,26-38,44 46,814 OK 40 505,801 8,374 698,036 32,203 15,353-53,47 61,844 OK 50 505,801 8,374 602,149 25,544 10,595-60,13 68,504 OK 60 505,801 8,374 537,157 21,796 7,872-63,88 72,254 OK 70 505,801 8,374 484,755 19,292 6,084-66,38 74,754 OK 80 505,801 8,374 435,105 17,322 4,772-68,34 76,714 OK 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 26 de 32

99 505,801 8,374 318,299 13,203 2,81-72,62 80,994 OK Tabla 13. Variación ángulo de impedancia relé Charrúa 500 kv Distancia (%) V prefalla Vprefalla Vfalla Vfalla Ifalla [ka] Ifalla ZDir Operación 1 515,065 15,44 10,027 21,785 8,855-63,87 79,31 OK 10 515,065 15,44 78,621 21,229 6,97-64,43 79,87 OK 20 515,065 15,44 123,341 20,758 5,475-64,91 80,35 OK 30 515,065 15,44 145,497 20,192 4,309-65,48 80,92 OK 40 515,065 15,44 147,989 18,97 3,289-66,70 82,14 OK 50 515,065 15,44 127,284 14,761 2,263-70,91 86,35 OK 60 515,065 15,44 78,626-11,786 1,164-97,46 112,9 OK 70 515,065 15,44 179,511-89,76 2,276-175,43 190,87 No Opera 75 515,065 15,44 382,423-87,606 4,523-173,27 188,71 No Opera 80 515,065 15,44 669,791-67,018 7,412-152,68 168,12 No Opera 99 515,065 15,44 677,656-1,558 6,044-87,2 102,64 OK Se observa entonces un comportamiento similar al de los circuitos anteriores, con idéntico análisis: el relé de distancia no detectará la falla hasta que la compensación serie haya sido anulada por la activación del spark gap, lo cual ocurrirá en todos los casos en los cuales se presenta inversión de corriente, bastando con la comparación de las corrientes de falla que producen dicho fenómeno en la subestación Ancoa (Tabla 12) con el ajuste mostrado en la Tabla 2 para la activación del spark gap. 4.3 EFECTO DE LAS PROTECCIONES DE LA COMPENSACIÓN SERIE Tal como pudo observarse en la sección anterior, ante fallas al interior de la línea que causen inversiones de corriente, las protecciones de distancia, independiente de su tipo y marca, no podrán operar hasta que la inversión de corriente desaparezca por efecto de la operación de las protecciones de la compensación serie ante corrientes elevadas. Esto obedece a lo que ocurre en la práctica, como bien se indica en la literatura y las normas internacionales (ver referencia [2], página 193, y referencia [3], sección 5.7.1), y no puede ser considerado como un despeje secuencial de la falla en la línea, dado que las protecciones propias de la compensación serie no despejan la falla, sino que protegen la compensación en caso de altas corrientes, producto de la falla. Entonces, en las simulaciones de estado estable presentadas anteriormente en gráficos de DIgSILENT no es posible visualizar el comportamiento transitorio de las variables de tensión y corriente asociadas al varistor y el spark gap que hacen parte del esquema de 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 27 de 32

protección del banco capacitivo. Esto debido a que se espera que para los puntos en los cuales el relé deja de detectar la falla por la inversión de corriente, se active el spark gap, anulando así la capacitancia de la compensación serie, y al mismo tiempo, la inversión de corriente que hace que la protección sea incapaz de ver la falla. Ahora, dado que el gap opera en tiempos inferiores a un cuarto de ciclo, se espera que el relé de protección detecte la falla de forma oportuna y correcta una vez anulado el efecto de la compensación serie. Se tomará a modo de ejemplo, la verificación de desempeño transitorio de las protecciones de la compensación del circuito C4 Ancoa Alto Jahuel 500 kv, y su efecto en el desempeño de las protecciones de línea, encargadas de despejar la falla. La información correspondiente a las protecciones propias de la compensación serie fue suministrada por ELECNOR en los documentos 6-1 MOV Study (3) y Spanish Desc of Oper v3 final, desarrollados por General Electric para la compensación del cuarto circuito Ancoa Alto Jahuel 500 kv. A continuación se presenta la información más relevante utilizada para la verificación detallada del comportamiento de los relés de protección ante inversiones de corriente como las expuestas en la sección anterior, esta vez considerando el MOV y el spark gap, de acuerdo con los ajustes del control de activación del mismo. Tabla 14. Datos de las protecciones propias de la compensación serie del circuito 4 Ancoa Alto Jahuel 500 kv Descripción Voltaje nominal del banco de capacitores Reactancia nominal del banco de capacitores Corriente nominal del banco de capacitores Nivel de protección en voltaje del MOV Corriente de coordinación del MOV Umbral de energía en el MOV para la activación del spark gap Umbral de corriente por el MOV para la activación del spark gap Valor 47.3 kv rms 27.8 Ohms 1700 A rms 147 kv pico 13.5 ka pico 5.8 MJ/fase 7.0 ka Así, teniendo en cuenta lo anterior, se realizó una simulación transitoria EMT en el software Power Factory DigSILENT 15.2, la cual permite visualizar el comportamiento de las variables de impedancia aparente vista por el relé de protección, tensión y corriente a través de los elementos de la compensación serie, todo en una ventana de tiempo definida por el usuario para el análisis del comportamiento transitorio de los equipos 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 28 de 32

involucrados y así determinar con mayor precisión la operación del esquema de protección ante la falla que produce la inversión de corriente. Figura 11. Comportamiento dinamico de la compensación serie de la línea Alto Jahuel Ancoa C4 500 kv ante falla trifásica franca al 1% desde la subestación Ancoa 500 kv En la Figura 11 se puede observar el comportamiento en el tiempo de las variables asociadas a la compensación serie de la línea de transmisión Alto Jahuel Ancoa C4 500 kv para una falla trifásica franca al 1% del extremo de la subestación Ancoa 500 kv. El tiempo de ocurrencia de la falla es de 50 ms. En la figura se puede apreciar que ante este tipo de evento, el Spark Gap de la compensación serie opera de forma instantánea, y por tanto, se cortocircuita el banco capacitivo del sistema y se elimina la inversión de corriente vista por los relés de protección en cada uno de los extremos. 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 29 de 32

Figura 12. Operación 21/21N Falla trifásica franca al 1% de la línea Ancoa Alto Jahuel C4 desde Ancoa En la Figura 12 se visualiza cómo la protección distancia de cada uno de los extremos correspondientes a la línea Alto Jahuel Ancoa C4 500 kv despejan la falla en el tiempo de operación ajustado para la zona 2 en cada uno de los relés, iniciando así la operación del esquema de teleprotección POTT, y garantizando la correcta operación del esquema de protecciones. El tiempo de operación está con respecto al inicio de la simulación, por lo que es importante resaltar que la inserción de la falla se presenta a los 50 ms de iniciada la simulación transitoria, como bien puede observarse en la Figura 11. De esta forma, el tiempo de operación del extremo de Ancoa es de 343 ms, ligeramente superior a la temporización de 300 ms ajustada, debido a los tiempos de enganche y procesamiento de la lógica en la simulación transitoria. El tiempo de operación del extremo de Alto Jahuel es de alrededor de 450 ms, ligeramente superior a la temporización de 400 ms recomendada, por la misma razón expuesta anteriormente. Los tiempos de operación corresponden a los ajustes propuestos en la última versión del estudio de análisis de protecciones del circuito 4 Ancoa Alto Jahuel 500 kv (ver referencia [9]). 20160203_Informe_IEB_Sistema_protección_distancia_rev_Celeo_limpio Pág 30 de 32