ie protecciones ing ranfieri sirebonian
DESCRIPTION
Las instalaciones se proyectan y ejecutan para distintas condiciones de diseño que deben soportar, podemos decir que son condiciones normales y condiciones de falla.TRANSCRIPT
-
PROTECCIONES.
Norberto I. Sirabonian
Alfredo Rifaldi
Las instalaciones se proyectan y ejecutan para distintas condiciones de diseo que deben soportar, podemos decir que son condiciones normales y condiciones de falla.
1. Condiciones Normales
Las condiciones normales (de rgimen permanente) de las instalaciones son frecuentemente confundidas con las condiciones nominales: corriente nominal (In), la tensin nominal (Un), la frecuencia de la red (f), la impedancia nominal (zn), etc.
Para stas condiciones las instalaciones elctricas y sus equipos deben funcionar (tericamente), por un tiempo (t) infinito. Este tiempo queda limitado slo per el envejecimiento u obsolescencia.
Adems hay condiciones normales que duran un tiempo definido (limitado - de rgimen transitorio) por ejemplo el arranque de un motor, la corriente de insercin de un transformador, etc.
2. Condiciones de falla (anormales)
En stas condiciones las instalaciones y los equipos deben soportar las fallas que se pueden presentar, pero slo por un tiempo limitado.
Dicho tiempo generalmente breve puede variar desde alguno milisegundos (mseg), hasta algunas horas, dependiendo del tipo de falla.
Las fallas que se pueden presentar son:
2.1 Sobrecargas
Las sobrecargas (no necesariamente son fallas solo si superan los tiempos limites) en las instalaciones elctricas corresponden a la circulacin de corriente por arriba de los valores de rgimen permanente.
En estas condiciones el tiempo admisible de duracin de esta condicin es limitado y puede variar desde algunos segundos minutos, hasta algunas horas. Superado este tiempo la situacin es de falla.
2.2 Cortocircuitos
En esta condicin de falla el tiempo admisible que puede soportar la instalacin vara entre algunos mseg hasta algunos segundos minutos.
-
2.3 Sobretensiones
Las sobretensiones, pueden ser de origen atmosfrico (en instalaciones expuestas a estos efectos) de maniobra (por la apertura y/o cierre de interruptores).
Las instalaciones y equipos deben soportar esta condicin por su tiempo de duracin (un perodo de algunos microsegundos o milisegundos).
Los descargadores de sobretensin limitan el valor de las sobretensiones, impidiendo se alcancen valores excesivos que podran causar inconvenientes. , y/o sistema de proteccin contra descargas atmosfricas (jabalinas).
2.4 Fallas de aislamiento que causan sobretensiones
Cuando se presenta una falla de aislamiento, en un sistema aislado o con impedancia de tierra relativamente elevada, las tensiones en las fases sanas aumentan superando los valores normales.
En este caso el tiempo debe ser limitado, en funcin del factor de puesta a tierra (fpt), pudiendo variar desde algunos pocos segundos, para sistemas rgidamente puestos a tierra, hasta horas, para sistemas no rgidamente puestos a tierra aislados.
3. Los rels de proteccin
Con el objeto de limitar el tiempo de falla y preservar las personas y equipos elctricos involucrados en cada tipo de falla, son requeridos distintos tipos de rels.
La funcin de los mismos es limitar el tiempo de falla minimizando el dao a los equipos.
En funcin de la variable que controlan surgen los siguientes rels bsicos:
Por sobrecarga (I)
Por cortocircuitos (I)
Por sobretensiones (U)
Por falla de aislacin (I; U)
Por temperatura (t; I)
Por falta exceso de tensin (U)
Por exceso defecto de frecuencia (f)
Por sentido inverso de circulacin de corriente (I) potencia (W)
Por corriente de desequilibrio (i) o perdida (diferencia) de corriente
Imagen trmica (i y temperatura)
La funcin normal de los rels es proteger las instalaciones elctricas, aguas abajo del punto de su instalacin medicin.
-
4. Partes de un rel
Los rels de proteccin son aparatos que miden en forma permanente la variable seleccionada, tomando accin cuando la variable medida supera un valor preestablecido.
4.1 Las partes constitutivas de un rel
Las partes constitutivas de un rel son:
Medicin:
Mide la variable seleccionada, o la calcula en base a otras variables medidas.
Comparacin
Compara la variable con su valor de ajuste
Temporizacion / Accionamiento
El accionamiento es normalmente, el cierre de un contacto libre de potencial, que es utilizado para el disparo del interruptor que alimenta la falla, esto puede ocurrir en el momento en que se detecta falla, o despus de cierto retardo a la espera de que, por ejemplo, acte .otro rele
4.2 Las caractersticas operativas de los rels
Las caractersticas operativas de los rels son:
Sensibilidad
La sensibilidad es la caracterstica de operacin para las condiciones mnimas de servicio.
Como ejemplo se cita la condicin de operacin del rel ante fallas para valores mnimos de cortocircuito.
Selectividad
La selectividad es la discriminacin de fallas entre el equipo instalacin protegida, respecto de los equipos instalaciones adyacentes.
Velocidad
Es la caracterstica de rapidez en aislar el equipo fallado, minimizando el dao en el mismo.
-
Confiabilidad
Es la certeza que el rel opera correctamente, con repetibilidad.
Seguridad
Es la habilidad de no operar por una falsa informacin.
5. Tipos de Rels
Los rels de proteccin se pueden clasificar en dos tipos los Primarios y los Secundarios
Rels Primarios
En los rels Primarios la corriente de falla circula en forma directa por el rel, actuando de igual forma sobre el interruptor.
Este criterio se aplica, en baja tensin, para valores de corrientes nominales que no superan el orden de los 100 A, para los que corresponden corrientes de cortocircuito de 1000 A a 2000 A
Como ejemplo se menciona los interruptores termomagnticos.
Rels Secundarios
Para valores de corrientes nominales mayores, y/o tensiones que superan los 1000V, la medicin se realiza a travs de transformadores de corriente
En consecuencia, en los rels Secundarios la medicin de la corriente de falla se realiza en forma indirecta, a travs de transformadores de corriente.
El rel mide una corriente proporcional a la nominal. Dicha corriente nominal est establecida en 5 A 1 A.
En consecuencia la corriente de falla (cortocircuito), que mide los rels estar en el orden de los 50 A 10 A (o mas) respectivamente.
Tecnologa y progreso
El dispositivo de proteccin natural, es el fusible, inventado en los inicios de la electrotecnia, aprovechando el fenmeno fsico de la fusin por calor.
Aparecieron luego aplicaciones de otros fenmenos, por ejemplo la deformacin del bimetal, que utilizaba el cambio de curvatura de una placa bimetalica que desenganchaba el mecanismo de apertura de un interruptor.
-
Una bobina (solenoide) con corriente encima de cierto valor atraa el vstago, desenganchando el mecanismo de disparo.
El disco de Ferraris, retenido por un resorte antagnico, avanza tardando mas o menos tiempo, hasta cerrar el contacto de disparo.
La edad de oro de los rels electromecnicos perduro hasta pasados los aos 1950, despus tmidamente apareci la electrnica analgica con rectificadores, transistores, circuitos integrados, con formas de medicin mas perfeccionadas.
Conversores que median la corriente transformando corriente alterna en continua, con un rectificador de puente, mostrando importantes errores en presencia de armnicas, y conversores de verdadero valor eficaz, que no tenan ese error, pero costaban mucho mas... esta tecnologa en 1980 comenz a ser superada por la electrnica digital.
La seal que interesa se muestrea y se digitaliza, la serie de valores digitalizados es sometida a clculos que presentan el valor de inters de la variable.
La tcnica paso de apoyarse en fenmenos fsicos, a utilizar algoritmos numricos.
Las explicaciones que siguen se desarrollan alrededor de dispositivos tradicionales analgicos, y en algunos casos se agregan comentarios validos para los dispositivos mas modernos.
-
6. Ejemplo
En el esquema unifilar (Figura 10.1), tenemos algunos ejemplos de los diferentes tipos de rels de proteccin.
Del lado de media tensin, en este caso particular, no tenemos interruptor sino un seccionador bajo carga con fusibles.
-
Los fusibles son una proteccin del tipo primario, protegiendo al transformador ante cortocircuitos.
Del lado de baja tensin, a la salida del transformador tenemos un interruptor, que para el caso indicado tendr una corriente nominal de 1500 A. En consecuencia las protecciones del interruptor sern del tipo secundario, a travs de transformadores de corriente
Continuando con el unifilar, las salidas del tablero, contemplan tres casos.
La salida a una pequea carga, que es alimentada y protegida a travs de un interruptor termomagntico, que constituye una proteccin del tipo primario.
La alimentacin a un motor, constituida por seccionador bajo carga, fusible, y contactor con proteccin trmica.
El fusible es una proteccin primaria. Protege la instalacin (cable y contactor) y el motor ante cortocircuitos.
El contactor con su trmico, protege el equipo ante sobrecargas. Constituye en este ejemplo tambin una proteccin del tipo primaria (para bajos valores de corriente). Para grandes valores de corriente nominal, los contactores tambin trabajan con transformadores de corriente incorporados, constituyendo una proteccin por sobrecargas del tipo secundario.
La alimentacin a una carga importante, que puede ser otro tablero, a travs de un interruptor con transformadores de corriente, conformando una proteccin del tipo secundario.
7. Proteccion por sobrecorrientes y cortocircuitos
Antes de iniciar el anlisis de las protecciones por sobrecorrientes y cortocircuitos, debemos plantear los siguientes criterios:
Las instalaciones elctricas y los equipamientos se disean y eligen para las mximas corrientes de cortocircuito que se pueden presentar
En cambio, los rels de proteccin por sobrecargas y cortocircuitos se ajustan para los mnimos valores de corriente de falla que pueden presentarse en la instalacin, debiendo funcionar corectamnte en todo el rango de valores que se puede presentar.
Proteccin de cables
Analizaremos el comportamiento de los cables. Los conceptos vertidos son aplicables a cualquier equipo elctrico.
En la Figura 10.2 tenemos representada la ecuacin = f(t) donde se puede apreciar la curva de
calentamiento de un cable, hasta llegar a la temperatura de servicio ( serv.), cuando circula la corriente nominal mxima admisible, llegando a dicha temperatura al cabo de unas horas.
-
Fig 10.2
Para corrientes superiores a la mxima admisible, se llega a la temperatura de servicio admisible en tiempos menores.
As a medida que se aumenta la corriente se llega a la temperatura de servicio en menor tiempo, como vemos en el grfico donde las curvas representadas tiene como parmetro la corriente de circulacin. c
Tomando este grfico y modificando las variables, haciendo t = f ( I ), y usando como parmetro la temperatura admisible del cable, se obtiene la curva caracterstica del cable, para una determinada seccin en mm2, en donde se puede apreciar que para la corriente mxima admisible el cable soporta dicho valor un tiempo infinito. (Figura 10.3 )
-
Fig 10.3
A medida que aumenta la corriente el cable soporta dichas corrientes un tiempo menor
La proteccin de mxima corriente de un cable, y en consecuencia de cualquier equipo, debe tener una curva de respuesta t = f( I ), por debajo de la curva caracterstica.
-
El interruptor termomagntico
El interruptor termomagntico es un aparto de maniobra con proteccin primaria
En la Figura 10.4 se indica la simbologa de del interruptor termomagntico segn las normas IEC y ANSI.
-
Fig 10.4
En la Figura 10.5 se puede apreciar las curvas de actuacin del interruptor termomagntico.
-
Fig 10.5
-
La proteccin trmica es asinttica para la 1,15 de la corriente nominal, y tiene una respuesta de tiempo inverso a medida que aumenta la corriente.
Por poseer una proteccin del tipo primario, debido a que la corriente pasa por el bimetal, la proteccin trmica presenta dos curvas, para la condicin de trmico fro y trmico caliente
Estas curvas corresponden a la proteccin por sobrecargas.
La proteccin contra cortocircuitos es del tipo instantnea tiempo independiente, para cualquier valor de corriente de falla que supere el ajuste de la proteccin instantnea.
El tiempo de actuacin es de 100 ms.
Estos interruptores tienen estos valores de ajuste preestablecidos en 5 In 10 In, correspondiendo a la Estos interruptores presentan los siguientes ajustes.
denominacin de Curva de respuesta B y C, (ex L y G respectivamente)
La curva de respuesta 5 In corresponde su utilizacin para los circuitos de iluminacin, debido a que la corriente de encendido de los artefactos de iluminacin de descarga toman valores instantneos del orden de 3 In.
La curva de respuesta de 10 In, es utilizada en los circuitos de alimentacin de motores debido a que la corriente de arranque de los motores asincrnicos es del orden de 6 a 7 In.
8. Rele de mxima corriente
Cuando los valores de corriente superan los 63/100 A, la proteccin primaria a travs del uso del bimetal es tcnicamente inadecuado, utilizndose en consecuencia rels de proteccin del tipo secundario, cuya medicin se realiza a travs de transformadores de corriente.
Estos transformadores de corriente y su proteccin, pueden estar incorporados fsicamente en el interruptor ser ambos externos al interruptor.
-
En la figura 10.6 se indica la simbologa de esta proteccin segn las normas IEC y ANSI
-
Fir 10.6
-
Segn la norma IEC:
El smbolo I corresponde a la proteccin por sobrecargas es decir de tiempo inverso
El smbolo I corresponde a la proteccin por cortocircuitos, es decir de tiempo independiente
Segn la norma ANSI:
El nmero 51 corresponde a la proteccin por sobrecargas es decir de tiempo inverso
El nmero 50 corresponde a la proteccin por cortocircuitos, es decir de tiempo independiente
-
Fig 10.7
-
La s curvas de actuacin del rel de mxima corriente se pueden ver en la Figura 10.7, que es similar a la
indicada en la Figura 10.5, con la excepcin que la respuesta de la curva de tiempo inverso no presenta una banda de actuacin entre la curva fro y curva caliente en razn de no ser dependiente de un bimetal sino de que es funcin de un rel electromagntico electrnico.
En la figura 10.8 se indica esquemticamente un rel de mxima corriente del tipo electromagntico,
-
Fig 10.8
-
con el objeto de analizar el comportamiento de este tipo de rel, visualizando los fenmenos electromagnticos.
Est compuesto por dos rels, uno del tipo de induccin, que tiene una curva de respuesta de tiempo inverso, y otro rel electromagntico del tipo instantneo que responde a la curva de tiempo independiente.
Por ambos componentes del rel pasa la corriente del transformador de intensidad que mide la corriente en el circuito.
El rel de induccin, al circular la corriente nominal, genera sobre el disco una cupla motora producida por las corrientes inducidas causadas por los flujos del circuito magntico. Esta cupla motora es frenada por la cupla antagnica de la espiral de freno.
A medida que la corriente aumenta, crece la cupla motora, venciendo la cupla antagnica y comenzando a girar el disco. La velocidad del disco aumenta a medida que crece la corriente, respondiendo a una curva de tiempo inverso. Un contacto mvil sobre el disco cierra un circuito de disparo a travs de los contactos fijos.
El rel de tiempo independiente acta en forma instantnea para todo valor que supere su corriente de ajuste.
9. Fusibles
El fusible puede ser considerado como un rel del tipo primario (que se destruye en cada actuacin), de respuesta de tiempo extremadamente inversa y slo protege al circuito por cortocircuitos, Figura 10.9.
-
Fig 10.9
Por esta razn en el caso de circuitos de arranque de motores complementa al rel trmico de los contactores.
En el caso de los fusibles de media tensin para proteccin de los transformadores, slo acta ante cortocircuitos y no para sobrecargas. En efecto, en el rango de sobrecargas, el fusible no tiene buena respuesta
10. Rel de maxima corriente direccional
Es un rel de mxima corriente que slo acta ante la presencia de una corriente de cortocircuito que circule en un determinado sentido.
Un ejemplo de su utilizacin, es para el caso de dos transformadores que trabajan en paralelo, como se indica en la Figura 10.10
Fig 10.10
-
En el caso de ocurrir un cortocircuito en barras actan simultneamente, y en forma instantnea, los rels
de mxima corriente (I ), en el secundario de los transformadores. Se pierde la barra de BT. Los rels direccionales no actan.
En el caso de ocurrir un cortocircuito en el secundario del transformador T2, los cuatro rels de mxima
corriente ven la falla pero slo acta el direccional que est a la salida del T2 (I ), abriendo los interruptores primario y secundario del T2.
Se pierde el T2, pero la barra de BT queda alimentada por T1. El rel de mxima corriente direccional slo acta en menor tiempo que los dems rels, cuando la corriente que circula responde a la direccionalidad preestablecida.
En la Figura 10.11 se puede apreciar las curvas de actuacin de los rels de mxima corriente y mxima corriente direccional. Se ve que el rel direccional acta en un tiempo t2, menor al t1.
Fig 10.11
-
El objetivo de este rel es despejar la falla en la rama que tiene el cortocircuito, manteniendo en servicio el Tablero de Baja Tensin.
11. Rels diferenciales
Los rels diferenciales son rels de zona y actan en forma instantnea. Se basa en la ley de Kirchoff:
"la sumatoria de las corrientes que llegan a un nodo es igual a la sumatoria de las corrientes que salen"
La actuacin del rel enva el disparo a los interruptores que convergen al nodo
El objetivo de los rels diferenciales es minimizar el dao en los equipos ante una falla propia.
Los rels diferenciales son usados en equipos de importancia ya sea por su valor econmico por su importancia en la red elctrica.
En la Figura 10.12 se simboliza en forma genrica la proteccin diferencial de un equipo instalacin con dos interruptores, uno de entrada y otro de salida.
-
Fig 10.12
Los transformadores respectivos de corriente envan la seal ( 5 A 1 A) al rel que compara los valores de entrada y salida. Si ambos son iguales el rel no acta
Cualquier falla que ocurra en la zona comprendida dentro de los lmites de instalacin de los transformadores de corriente, es detectada por el rel enviando la seal de apertura a ambos interruptores.
Un cortocircuito fuera de la zona, comprendida entre los transformadores de corriente, el rel no acta en virtud que la corriente de falla, a pesar de su muy alto de corriente, entra y sale del nodo, cumpliendo la Ley de Kirchoff.
-
La simbologa del rel diferencial es segn IEC: I
La simbologa del rel diferencial es segn ANSI: 87, con las siguientes ampliaciones de aplicacin:
87 T Proteccin Diferencial de Transformadores
87 G Proteccin Diferencial de Generadores
87 C Proteccin Diferencial de Cables
87 B Proteccin Diferencial de Barras
11.1 Proteccion diferencial de transformadores
En la Figura10.13, se indica la proteccin diferencial de transformadores.
Fig 10.13
El rel diferencial compara en ste caso no slo los mdulos de corriente sino tambin los ngulos de defasaje entre el primario y secundario del transformador.
Para solucionar el defasaje de los mdulos de las corrientes, como en el ejemplo indicado, se instala en el secundario de los transformadores de corriente, transformadores de adaptacin de fase, que tienen en cuenta los correspondientes ngulos horarios, (Dy11, Yd11, etc).
Los transformadores de corriente deben tener el mismo valor de su corriente secundaria, es decir deben ser todos de 5 A 1 A, con el objeto de una adecuada lectura del rel diferencial.
-
En los actuales rels digitales (electrnicos), estos dos requerimientos bsicos de compensacin de ngulo y valor de la corriente secundaria ( 5 A 1 A), son corregidos por el propio rel, a travs de su propio software.
En la Figura 10.14 se indica la curva de actuacin de un rel diferencial.
Fig 10.14
Como puede apreciarse la zona de actuacin es todo el cuadrante, y la zona de no actuacin corresponde a la recta terica de Ip = Is .
La zona real de no actuacin es una banda zona que envuelve a la recta, y que tiene en cuenta los errores de medicin del rel, errores de los transformadores de corriente (que crecen con el valor de la corriente), corrinte de excitacin (aunque pequea, con sus armnicas), la variacin de relacion que corresponde con el cambio de topes de rgulacion (taps).
-
11.2 Proteccion diferencial de generadores
En la Figura 10.15, se indica el esquema unifilar y trifilar de la proteccin diferencial de un generador. En este caso particular el rel acta sobre un solo interruptor que es el de salida del propio generador.
Fig 10.15
-
Fig 10.15
-
El rel diferencial compara las corrientes en los tres bobinados de la armadura del generador
11.3 Proteccion diferencial de cables
La proteccin diferencial de cables es utilizada especialmente en los cables de alta tensin, (132 kV, 240 kV) ya sea del tipo OF (Olio Fludo) XLPE (Polietileno reticulado).
En la Figura 10.16 se indica el esquema de la proteccin diferencial de un cable.
Fig 10.16
-
Frecuentemente estos cables de alta tensin interconectan dos estaciones transformadoras, dentro del gido de una ciudad. Su tendido es por las calles de la misma.
Como se indic ms arriba, el objetivo de ste rel es minimizar el dao ante la falla de aislacin del cable.
En razn que la distancia entre los transformadores de corriente es de algunos kilmetros, la proteccin diferencial en este caso, no mide directamente la corriente del secundario de los transformadores de corriente, sino un valor proporcional dado por transductores conectados en el secundario de los mismos.
Se tiende un cable piloto junto al cable de Alta Tensin, separado un distancia tal que no se produzcan interferencias por ruidos elctricos.
La corriente que manejan estos reles est en el rango de 0-20 mA.
11.4 Proteccion diferencial de barras
La proteccin diferencial de barras es utilizada en estaciones transformadoras de alta tensin.
Excepcionalmente es utilizada en barras de media tensin.
No se usa en barras de baja tensin.
En el caso de las estaciones transformadoras de alta tensin, su utilizacin debe ser analizada cuidadosamente, ya que su actuacin indebida puede hacer perder toda la estacin.
En la Figura 10.17 se indica el esquema unifilar simplificado de la proteccin diferencial de barras de una estacin transformadora de simple juego de barras.
-
Fig 10.17
A ella convergen tres lneas areas y salen la alimentacin a dos transformadores. En la interconexin de cada una de ellas est instalado los transformadores de corriente de la proteccin diferencial de barras. La proteccin diferencial mide en todo momento las corrientes de entrada y salida a la barra. Si la sumatoria de las corrientes da cero, el rel no acta. Ante una falla en barras el rel enva el disparo a todos los interruptores despejando la falla.
En este caso particular de un solo juego de barras la actuacin deconecta la estacin transformadora completa.
La operacin normal de la estacin, es decir conectar desconectar lneas o transformadores, como as tambin el cambio de "tap" de los transformadores, no afecta al rel diferencial (ste no acta) en razn que se sigue cumpliendo la ley de Kirchoff : la sumatoria de las corrientes que convergen al nodo es igual a cero.
12. Rel de frecuencia
El rel de frecuencia es instalado en las redes de media y alta tensin.
El objetivo de ste rel es desconectar cargas en forma instantnea (escalonada), ante la prdida de un generador de la red, en forma intempestiva.
-
Cuando se produce la prdida de un generador de la red, en forma intempestiva, el resto de los generadores interconectados, deben absorber en forma instantnea toda la carga adicional que era alimentada por el generador fallado.
Esta condicin hace que el ngulo de potencia de los generadores que quedan en servicio aumente y pasen
del valor 1 al 2. (Figura 10.19)
-
Fig 10.19
Los generadores requerirn mas potencia de la maquina impulsora, para absorber esta nueva carga y de acuerdo al tipo de generacin, mas agua para turbinar en el caso de las centrales hidrulicas, mas vapor de la caldera para el caso de turbinas de vapor, que a su vez requerirn mas gas fuel-oil, en el caso de las trmicas, regulacin del posicionamiento de las barras de uranio, para el caso de las centrales atmicas.
Estas necesidades de las diferentes centrales, requieren un determinado tiempo de actuacin, que no son compatibles con el aumeto instantneo de las cargas, llevando el ngulo de potencia de las mismas al valor
lmite de que corresponde al de sincronismo ( sin)
Si una segunda mquina se pierde, porque su ngulo de potencia super el sin en ese momento, el resto de los generadores deber absorber la mayor carga del primer generador y del segundo. Normalmente los otros generadores no tuvieron tiempo de reaccin a sta mayor demanda instantnea, producindose el efecto domin, de la prdida escalonada del resto de los generadores, y en consecuencia la prdida total de la red Sistema Interconectado Nacional.
Para evitar prdida total de la red por falla de un generador, se instalan rels de frecuencia, que miden el valor de la misma en forma permanente.
Ante la falla salida de un generador, la variable que ms rpidamente es detectada en la red es la frecuencia, causada por el giro ms lento de las turbinas debido a la absorcin instantnea de esa mayor carga.
La funcin del rel es desconectar cargas preestablecidas en forma escalonada, para diferentes valores de frecuencia.
La desconexin de cargas reduce el ngulo de potencia de los generadores, y le otorga a cada generador tiempo para reaccionar y absorber dicha mayor carga. Al lmite, si la mayor carga no es posible tomarla totalmente, quedan desconectadas las cargas menos importantes hasta reincorporar el generador fallado u otra central.
De esta manera se conserva la red, se pierden algunas cargas por un tiempo mnimo, correspondiente al ajuste de carga de cada generador.
El tiempo de reaccin y perdidas de cargas parciales puede durar algunos minutos. No se pierde la red.
La prdida de la red implica el "arranque en negro" de la misma que puede durar varias horas un par de das, dependiendo de la complejidad de la red.
En la Figura 10.18 se indica el esquema unifilar simplificado de una red y anillo de 132 kV, con transformadores de 132/13,2 kV, que alimentan la red de media tensin de una ciudad (el ejemplo corresponde a la ciudad de Buenos Aires).
-
Fig 10.18
Las estaciones transformadoras tienen asignadas diferentes valores de ajuste (actuacin) de sus rels de frecuencia, tales como 49,55 Hz, 49,50 Hz, 49,45 Hz, etc.
Cuando la frecuencia llega a dicho valor, la primera estacin que se pierde es la de 49,55 Hz (desconecta 40 MVA), la segunda es la de 49,50 Hz (40 MVA), y as sucesivamente.
En la Figura 10.19, se indica otro caso de desconexin de cargas en la cual se desconectan cargas salidas preseleccionadas y no toda una estacin transformadora transformador.
-
Fig 10.19
La simbologa del rel de frecuencia es f segn IEC 81U segn ANSI.
13. Proteccin de motores
La alimentacin y proteccin de motores, puede realizarse de diferentes maneras, en funcin de la potencia, requerimientos particulares de arranque, requerimientos particulares de la carga accionamiento.
Analizaremos el arranque directo de motores, aplicable a todas las potencias.
En la Figura 10.20 podemos ver el esquema unifilar simplificado de arranque directo de un motor, a travs de un seccionador bajo carga, fusible y contactor con proteccin trmica.
-
Fig 10.20
Tambin se indica en la figura los diagramas vectoriales (diagrama circular) del motor, como as tambin las curvas de cupla resistente y de arranque de un motor para los distintos estados de carga.
Para la proteccin de un motor, y de cualquier equipo elctrico, es deseable tener la curva de calentamiento con el objeto de una adecuada eleccin de la proteccin.
El dato de la curva normalmente no se tiene, en cambio si se tienen datos correspondientes a puntos caracteristicos establecidos por las normas para los motores.
Estos puntos caractersticos son:
A : Tiempo que debe soportar un motor, en condicin de fro, con el rotor bloqueado. La corriente corresponde a la de arranque y el tiempo establecido es de 20" (a veces menos)
B : Tiempo que debe soportar un motor, en condicin de caliente, con el rotor bloqueado. La corriente corresponde a la de arranque y el tiempo establecido es de 12"
C : Tiempo que debe soportar un motor, en condiciones de sobrecarga del 20%. El tiempo establecido es de 2 horas.
En la Figura10.21 se indican estos puntos, como as tambin la evolucin de la corriente desde el arranque hasta su valor nominal.
-
Fig 10.21
La proteccin por sobrecargas del motor est dada por las curvas de la proteccin trmica del contactor, las que deben pasar por debajo de los puntos A y B, como as tambin a la izquierda del punto C y asintticamente a la corriente nominal del motor.
La proteccin por cortocircuitos est dada por el fusible, cuya curva de actuacin debe pasar por la interseccin de las curvas de la proteccin trmica y el valor de 10 veces la corriente nominal del motor, 1,5 veces la corriente de arranque. En rigor esta proteccin impide que la falla afecte finalmente la red
En la Figura 10.22 podemos ver la proteccin de un motor pero en lugar de un fusible, la proteccin por cortocircuitos est establecida por la actuacin instantnea de un interruptor termomagntico (o solo magnetico).
-
Fig 10.22
El contactor siempre debe instalarse por ser el componente aparato de operacin, maniobra y proteccin que se hace mediante un rele termico, una mejor proteccin del motor se consigue con un rele que ademas compare las tres corrintes de fase detectando diferencias en sus magnitudes (lo que puede ser causado por mala alimentacin o mal estado de una bobina), tambien puede tenerse un rele de imagen termica, .
14. Proteccin de transformadores
14.1 Proteccin con seccionador fusible en el primario
Los transformadores tambin tienen, establecidos por las normas (IEC, IRAM), puntos caractersticos de diseo, que son utilizados para definir las protecciones.
En la Figura 10.23 se indican los puntos caractersticos de los transformadores.
-
Fig 10.23
Dichos puntos son:
A: Corriente de Insercin Corriente de Inrush.
Su valor vara en funcin de la potencia y caractersticas del transformador (en aceite, seco). Los valores orientativos de esta corriente son de 8 a 12 veces la corriente nominal, para potencias de hasta 2 MVA, y de 12 a 14 veces la corriente nominal para potencias superiores a 2 MVA. El tiempo de duracin es del orden de 100 ms, y circula solamente por el primario del transformador.
Este alto valor de corriente es debido a la falta de f.c.e.m. (fuerza contra electromotriz) en los bobinados, en el instante del establecimiento del flujo magntico en el transformador.
B: Corriente de cortocircuito trifsica que debe soportar el transformador. Su valor queda limitado por la impedancia propia del transformador, considerando el mismo conectado a una red de potencia infinita.
El tiempo que debe soportar esta corriente de cortocircuito vara en funcin de la impedancia del transformador, y aumenta a medida que aumenta el valor de la impedancia.
Los tiempos en funcin de la impedancia, son los siguientes:
t X
seg. %
2 4
3 5
4 6
5 7
C: Corriente de cortocircuito monofsica, que debe soportar el transformador. Su valor es 0,58 (relacion entre corriente en una rama del triangulo, asociada a la rama de la estrella con falla) del valor de la corriente de cortocircuito trifsica.
La falla monofasica del arrollamiento estrella es vista como corriente en una sola fase del triangulo.
Este punto C, es slo aplicable a los transformadores del grupo Dyn con neutro rgidamente puesto a tierra.
( ver Figura 10.25 )
-
Fig 10.25
Otro punto caracterstico es de sobrecarga durante 30 min, para 2 In
-
En la Figura 10.23, vemos el caso de la proteccin de un transformador en aceite, con seccionador bajo carga con fusible en el primario, e interruptor en el secundario
El interruptor del secundario tiene ajustada la proteccin trmica a la izquierda del punto de 2 In / 30, y la proteccin del instantneo, para cortocircuitos est ajustado para un valor que quedar ajustado en funcin de la proteccin primaria, para poder tener una adecuada coordinacin.
La curva de la proteccin instantnea pude pasar por arriba debajo de la corriente de insercin ( punto A ), no afectando la conexin del transformador a lnea, ya que la corriente de inrush, slo circula por el primario del bobinado del transformador.
El fusible, cuya curva debe pasar a la izquierda del punto C, y a la derecha del punto A y de la curva del interruptor, slo protege al transformador por cortocircuitos, y no lo protege por sobrecargas. La proteccin por sobrecargas est a cargo del interruptor del secundario.
Es por dicha razn que la curva del fusible pasa a la derecha del punto 2 In / 30.
La aplicacin de esta solucin tcnico econmica es aceptable para potencia de transformadores en aceite que no superen los 1000 kVA.
La explicacin se indica en el punto 14.4
14.2 Proteccin con interruptor en el primario
En la Figura10.24 se indican las curvas de proteccin de un transformador con interruptores en el primario y secundario.
-
Fig 10.24
En este caso la curva de actuacin del instantneo del interruptor del primario, tiene que tener su ajuste de tiempo superior al valor de la corriente de insercin, con el objeto de no producir la actuacin del rel al conectar el transformador a la red. El ajuste del valor de la corriente del instantneo tiene que pasar a la izquierda del punto C.
El ajuste por sobrecargas debe pasar por arriba del trmico del secundario y a la izquierda del punto 2In / 30. La actuacin por sobrecargas es de respaldo de la proteccin del secundario del transformador.
Esta solucin es aplicable para toda potencia de transformadores, en especial a partir de los 1000 kVA.
14.3 Proteccin - Desplazamiento del punto B al C.
El punto B caracterstico de los transformadores es comn para todos los grupos de conexionado.
Para el caso de los transformadores Dyn, con neutro rgidamente puesto a tierra, el punto B se debe
desplazar a 0,58.I"k3 .
La explicacin es la siguiente, ver Figura 10.25 y Figura 10.26
-
Fig 10.26
Dado un cortocircuito monofsico en el secundario del transformador, en la Figura 10.26 se indica el circuito equivalente.
La corriente de falla est dada por la expresin
If = I"k1 = 3E / (zd+zi+zo)
Dado que en las redes de baja tensin normalmente es:
zd = zi = zo
tenemos:
I"k1 = I"k3
Por otra parte la corriente monofsica es homopolar, de secuencia cero, y es alimentada por los bobinados del primario del transformador. Cada bobinado aporta con un tercio del valor de falla, es decir:
I"k1 / 3
Esta corriente es de fase.
La corriente de lnea en el primario del transformador es:
I lnea = 3 * I"k1 /3
I lnea = 0,58 I"k1
I lnea = 0,58 I"k3
Es decir que ante una falla monofsica en el secundario del transformador, en el primario es reflejado el 58% del valor de falla.
Si no se tuviese en cuenta este valor y se ajustara la proteccin del primario, sea fusible interruptor, para
el valor nominal de I"k3 , cuando se tiene una falla monofsica la proteccin primaria no lo vera y se quemara el transformador.
-
14.4 Protecciones propias de transformadores en aceite
En las Figura 10.27, Figura 10.28 y Figura 10.29, se indican las protecciones propias de los transformadores en aceite.
-
Fig 10.27
Fig 10.28
-
Fig 10.29
Las protecciones propias de los transformadores son:
Rel Bucholtz
Nivel de Aceite
Temperatura
El rel Bucholtz, detecta las burbujas de gas (vapor de aceite) causadas por cortocircuitos entre espiras, pequeas fallas a tierra. Acta por accin de una clapeta activada por la burbujas de aceite producida por el cortocircuito entre espiras.
La aislacin entre espiras de los bobinados es del orden 1,5 V, en consecuencia la corriente de falla es muy pequea, pero suficiente para producir las burbujas de aceite.
Cuando estas burbujas son pocas la clapeta del rel acta dando la alarma. Cuando las burbujas aumentan la clapeta acta en un segundo escaln enviando el disparo al interruptor de entrada al transformador.
-
Para transformadores de poca potencia, hasta 1000 kVA, el costo de la celda de entrada con interruptor, supera la costo del transformador. Por esta razn surgi como solucin tecnicoecmica la instalacin de celdas con seccionador bajo carga con fusible.
La corriente primaria del transformador de 1000 kVA en 13,2 kV, es de 44 A. El tamao ms chico de fabricacin de seccionadores bajo carga es de 400 A..
En consecuencia es posible enviar el disparo de la proteccin del Bucholtz al seccionador bajo carga en razn que la corriente nominal del transformador es 44 A ms una corriente de falla entre espiras que no superara la corriente nominal del seccionador (si la supera debera actuar el fusible).
Se enva el disparo a ambos interruptores en el caso de transformadores conectados a redes mallas para evitar la realimentacin del transformador, desde el secundario.
Esta solucin es aplicable hasta transformadores en aceite de 1000 kVA, en redes de distribucin y/o alimentacin de plantas industriales de servicio no comprometido por la continuidad.
Superando el valor de 1000 kVA no es recomendable esta solucin en 13,2 kV ni en 33 kV por lo riesgosa de la operacin.
Para estos valores de potencia el costo de la celda con interruptor se iguala al del transformador
El rel nivel de aceite, tiene dos valores de ajuste, el primero da alarma y el segundo enva disparo al interruptor primario. Saca de servicio al transformador, al igual que el rel Bucholtz.
El transformador no puede quedar con bajo nivel de aceite en virtud que el mismo cumple la funcin de aislante y refrigerante del transformador.
Enva el disparo a ambos interruptores en el caso de transformadores conectados a redes mallas para evitar la realimentacin desde el secundario.
El rel de medicin de temperatura, mide la temperatura del aceite del transformador. Es un termmetro a cuadrante. Tiene dos niveles de ajuste, da alarma al llegar el aceite a los 80C, y da disparo, al llegar el aceite a los 90C, al interruptor del secundario del transformador, eliminando la carga del mismo.
Acta como respaldo del rel de sobrecarga del interruptor.
Eventualmente se pude mandar el disparo al interruptor seccionador bajo carga del primario.
El termmetro a cuadrante del transformador consta de cuatro agujas, dos regulables a las temperaturas de alarma y desenganche, una tercera que mide la temperatura y una cuarta de arrastre, que indica la mxima temperatura alguna vez alcanzada por el transformador.
15.Coordinacin de protecciones
Esta tarea se realiza para que las protecciones acten correctamnte, el objetivo es alcanzar la selectividad
En las Figura 10.30, figura 10.31, figura 10.32 y figura 10.33 se desarrollan ejemplos de coordinacin de protecciones para el caso del conjunto un motor y transformador.
-
Fig 10.30
-
ig
-
10.31
-
Fig 10.32
-
Fig 10.33
f
El primer caso contempla un interruptor del lado de MT del transformador.
El segundo caso es con un seccionador bajo carga con fusibles.
15.1 Caso motor-transformador con interruptor en MT
En la Figura 10.30 se desarroll el esquema unifilar, con un ejemplo para un motor de 100 kW
En la figura 10.31 se desarroll las curvas de coordinacin de protecciones
Los puntos caractersticos del motor y transformador se indican en los grficos.
Todos los puntos deben referirse a una tensin de referencia, que en nuestro caso es 380V (lado de baja tensin).
Los datos del motor son:
P = 100 kW
In = 150 A
Ia = 900 A
Rotor bloqueado fro = 900 A / 20"
Rotor bloqueado caliente = 900 A / 12"
Punto de interseccin del trmico del contactor y el fusible = 10 * In = 1500 A
Datos del transformador
Corriente nominal del secundario del transformador
Is = 1500 A
Corriente nominal del primario del transformador
Ip = 44 A
Ip (referida al secundario) = 1500 A
2* In / 30 = 3000 A
-
Punto A: I inrush = 8*In = 8* 1500 A = 12 kA
Punto B: I"k3 = 30 kA (para x = 5%)
Punto C: 0,58* I"k3 = 17,4 kA
15. 2 Caso motor-transformador con seccionador bajo carga y fusibles.
En la figura 10.32 se desarroll el esquema unifilar, con un ejemplo para un motor de 100 kW
En la figura 10.33 se desarroll las curvas de coordinacin de protecciones
Los puntos caractersticos del motor y transformador se indican en los grficos.
Todos los puntos deben referirse a una tensin de referencia, que en nuestro caso es 380V (lado de baja tensin)
Los datos del motor son:
P = 100 kW
In = 150 A
Ia = 900 A
Rotor bloqueado fro = 900 A / 20"
Rotor bloqueado caliente = 900 A / 12"
Punto de interseccin del trmico del contactor y el fusible = 10 * In = 1500 A
Datos del transformador
Corriente nominal del secundario del transformador
Is = 1500 A
Corriente nominal del primario del transformador
Ip = 44 A
Ip (referida al secundario) = 1500 A
2* In / 30 = 3000 A
Punto A: I inrush = 8*In = 8* 1500 A = 12 kA
Punto B: I"k3 = 30 kA (para x = 5%)
Punto C: 0,58* I"k3 = 17,4 kA
-
16. Bibliografa
D. Beeman : Electrical Industrial Handbook
BBC: Rel de frecuencia FX 103
Norma IRAM Transformadores de Distribucin
Norma IEC Transformadores
Rev A: 25/12/04
Apendices:
Coordinacion de protecciones de maxima corriente
Presencia de armonicas en instalaciones electricas y comportamientos particulares de los rels de proteccion
IE-10pro - PROTECCIONES
Alfredo Rifaldi
Norberto I. Sirabonian
COORDINACION DE PROTECCIONES DE MAXIMA CORRIENTE
Se pueden presentar dos tipos de trabajos, como en general en todo trabajo de ingeniera: verificacin de un escalonamiento preelejido, o seleccin de protecciones.
Verificacin, se deben conocer los distintos dispositivos que se presentan en el escalonamiento de las protecciones, sus caractersticas I, t se grafican en un diagrama con ambos ejes en escala logartmica, teniendo en cuenta el ajuste elegido para los rels ajustables. Se controla que exista coordinacin entre las curvas en el campo comprendido hasta la mxima corriente de cortocircuito. La distancia entre las curvas debe asegurar que con las tolerancias extremas de regulacin el aparato mas prximo a la falla haya logrado completar la interrupcin, y el siguiente hacia la fuente no haya iniciado su actuacin, en general, entre curvas medias se trata de asegurar una distancia del orden de 0.5 seg.
Seleccin, se deben conocer para cada elemento a proteger sus capacidades en distintas condiciones de sobrecarga hasta el nivel de cortocircuito mximo. Una modalidad de trabajo que facilita la tarea es comenzar a realizar todas las caractersticas de todos los tipos de protecciones involucradas en papel transparente y en valor relativo. Sobre una hoja con indicacin de las escalas se trazan las caractersticas de los elementos a proteger y se superponen las caractersticas e las protecciones con los ajustes elegidos de manera de lograr la coordinacin deseada. Vale la pena notar que en general el cambio de regulacin equivale a multiplicar las caractersticas por una
-
constante y en el diagrama en s cala logartmica a un desplazamiento paralelo a la caracterstica, lo mismo ocurre si se modifica la relacin de un transformador de corriente.
COORDINACION DE PROTECCIONES
Se comentan algunas posibilidades de trabajo aplicables cuando se desean realizar grficos que muestren caractersticas de protecciones.
Las distintas protecciones de mxima corriente se encuentran en serie en ramales de tipo radial, pueden encontrarse sobre conductores unidos metlicamente o tambin puede haber en el ramal uno o mas transformadores de potencia.
Los transformadores de potencia se comportan en el ramal como "adaptadores de corriente", las caractersticas de los rels deben observarse con una misma base de corriente.
Cada sistema se caracteriza con una tensin nominal y una corriente de referencia.
En cada punta se encuentra un rel, con cierto estado de regulacin (como si tuviera un propio transformador adaptador), este rel se alimenta con un transformador de corriente que se encuentra en la tensin de alimentacin.
Se observa en consecuencia:
- Tensin nominal del Sistema.
- Corriente primaria del transformador de corriente.
- Corriente secundaria.
- Corriente de regulacin del rel.
- Tensin de referencia.
- Corriente de referencia.
Cada rel a su vez tiene una curva corriente - tiempo que lo caracteriza.
El trabajo consiste en realizar sobre un retculo dado, cada una de las curvas de los rels que se tienen.
Como los datos se pueden presentar en distinta forma se debe analizar el objeto del grfico a fin de hacer representaciones comparables correctas.
Lean los siguientes datos:
tl tiempo.
il corriente correspondiente.
CN corriente de regulacin.
-
C2 corriente secundaria.
Cl corriente primaria.
UN tensin del sistema.
UR tensin de referencia.
CR corriente de referencia.
El punto que se representa en el grfico es :
i = i l (CN/C2) (Cl/CR) (UN/UR).
Si se seleccionan los valores de referencia:
UR = UN.
CR = Cl.
CN = C2.
Es evidente la ubicacin del punto.
El variar el valor de CN desplaza el punto, la accin equivale a la regulacin del rel.
Si la corriente il esta dada en valor relativo la representacin ser tal, el valor de CN debe darse en amper.
Si en cambio il esta dada en amper entonces el valor de CN deber darse en valor relativo (por unidad) la representacin se har en valor relativo.
Un rel que esta puesto en un sistema de otra tensin deber entonces ser declarado con: UN tensin nominal del sistema donde este.
UR y CR debern ser los valores que se han tomado como referencia para el primer punto.
Si se preparan los datos de un conjunto de rels, al adoptar los valores de UR y CR comunes a todos los rels se desarrolla el grfico referido a dicha tensin nominal.
Si se varia el valor de CR (referencia) se desplaza el grfico lo que permite centrar la figura cuando se la desea.
Si se fija CR en l A se hace el grfico en A directamente, si se fijan otros valores, el grfico ser en valor relativo (respecto de CR).
A veces en las instalaciones se tienen fusibles, y en tal caso se puede tener.
La corriente il en amper, en tal caso el valor de CN se hace igual a l, anlogamente las corrientes C2 y Cl.
-
Si el fusible esta con transformador de potencia intermedia se debe asignar el valor de UN que corresponde al sistema en el cual el fusible se encuentre, y UR que corresponde a la referencia (desde lo cual se observa el fusible).
Tambin puede conocerse la corriente en valor relativo il y entonces el valor de CN se debe hacer igual a la corriente manual del fusible con lo cual se logra desplazar la curva.
Otra forma de desplazar la curva cuando il esta dado en amper, asignando a C2 el valor de corriente nominal de fusible y asignando a CN la corriente "de regulacin" que representara un fusible de mayor corriente nominal.
Esto puede hacerse cuando se tiene la curva de un fusible il, C2 y se quiere un fusible CN del que no se dispone de la curva.
El modo de actuar es entonces, preparar una tabla con los valores de cada elemento que incluye:
CN corriente de regulacin.
C2 corriente secundaria.
Cl corriente primaria.
UN tensin del sistema.
Luego de seleccionan los valores de tensin de referencia (nico para todos los rels) y corriente de referencia (tambin nico).
UR tensin de referencia.
CR corriente.
Para este rel se debe tener los pares de valores:
t.
i.
Los valores de i y CN deben ser correspondientes de manera de lograr un grfico correcto.
el lote de datos para PROTCOO se debe preparar en un archivo cuyos renglones (registros) se detallan a continuacion:
titulo del trabajo
titulo de la figura
texto
dos valores numericos (separados por blanco):
UR tension de referencia, CR corriente de referencia
varios lotes de datos que corresponden a un dispositivo de proteccion o a una caracteristica de proteccion, cada lote integrado segun se indica:
-
> un texto, si inicia con asterisco es un comentario, y puede ser seguido por otro comentario, hasta que solo se indique: numero del elemento (rele), descripcion texto libre
> siete valores numericos (separados por blancos):
UN tension del area (parte del sistema)
CP corriente nominal primaria del transformador de corriente
CS corriente secundaria
CN ajuste de la corriente nominal del rele
CX corriente nominal del rele
XT multiplicador del tiempo, desplaza verticalmente la curva
YLABEL ubicacion en tiempo de la etiqueta del rele
> texto descriptivo de los datos que siguen, el primer caracter del renglon define el significado de los datos que siguen, si el caracter es:
@ FORMULA (mas adelante se detallan las formulas) entonces el programa espera recibir cuatro valores en el siguiente renglon, tipo de formula, kappa, alfa, beta (parametros de la formula), con la formula determina los pares corriente tiempo.
% FORMULA DE RELES WESTINGHOUSE - IQ (ver mas adelante el detalle)
DATOS: C1, C2, T2, C3, C4, T4, ALFA
. PUNTO DE CORTOCIRCUITO
dos valores en el siguiente renglon tiempo, corriente y se representa un circulo con tiempo T1 * XT y corriente C1 * RC si desea ponerse el valor de C1 absoluto, debe ser CP = CN = 1
/ CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO
dos valores en el siguiente renglon tiempo, corriente, el tiempo no se utiliza, y corriente C1 * RC, se dibuja una quebrada en la escala de corrientes
+ TIEMPO DEFINIDO
entonces el programa espera recibir dos valores en el siguiente renglon, tiempo y corriente con los que representa la caracteristica de tiempo definido, tiempo T1 * XT y corriente C1 * RC luego queda listo para otro disposiivo
$ seguido del nombre de un archivo *.PRO, las instrucciones de como debe ser el archivo se detallan mas adelante.
* seguido por un texto cualquiera es considerado como comentario.
-
cualquier otro caracter es interpretado para CURVA POR PUNTOS el programa espera recibir por puntos la curva del rele
> siguen varios pares de valores tiempo (T1), corriente (C1)
> tapon con dos valores nulos (0,0 ojo no blancos)
el cierre se hace por falta de datos
-------------------------------------------------------------------
si la descripcion de datos corresponde a un rele, la tension de la parte de sistema en estudio (UN) esta relacionada con la tension de referencia (UR), la corriente de referencia (CR) corresponde al punto origen del grafico que se ha fijado en 1 segundo, si efectivamente se trata de un rele la corriente nominal primaria(CP) y secundaria (CS) del transformador de corriente que alimenta el rele deben indicarse por sus valores absolutos (en A), el valor de ajuste (CN), y el valor de corriente nominal (CX) deben dar un resultado en A, y el valor de cada uno de los puntos de corriente (C1) deben darse de manera que el resultado sea en valor de corriente (en A), por lo que uno de ellos se dara en valor relati vo (p.u.). La formula que relaciona estos valores y que determina la coordenada del punto que se representa es:
C1 * CP * CN * CX * UN / (CS * CR * UR)
si C1 se da en valor relativo y CN tambien entonces CS debera ser 1, si se trata de un rele directo se pueden hacer CP y CS iguales a 1, CN ajuste en A, y C1 en p.u., analogamente si se trata de un fusible pudiendo en este caso ser tambien C1 en A y CN igual a 1, en general adoptando valores adecuados. Con C1 y CN se puede relacionar una curva con cualquier otra, tambien esta CX.
puede haber varios lotes de distintos reles, y tambien en la misma forma pueden representarse caracteristicas de un elemento protegido. por ejemplo la caracteristica termica de un transformador o de un cable I^2 * t, o la corriente de arranque de un motor
-------------------------------------------------------------------
los archivos *.PRO, deben estar formados por: un renglon de texto
la curva del rele por puntos
> siguen varios pares de valores tiempo (T1), corriente (C1)
> tapon con dos valores nulos (0,0 ojo no blancos)
-------------------------------------------------------------------
@ FORMULAS
el programa conoce formulas, con lo que no es necesario detallar los puntos de la curva, estas son determinados por corr
t = kappa * beta / ((corr / corrmay) ^ alfa - 1)
curva tipo 1 - IDMT
-
ABB - RELES SPAJ MG - Merlin Gerin
NI VI EXI LT SIT VIT EIT UIT
ALFA .02 1.0 2.0 1.0 .02 1.0 2.0 2.5
BETA .14 13.5 80. 120. .047 9.0 99. 315
curva tipo 2 - RELES RD
t = kappa / (.339 - .236 * corrmay / corr)
curva tipo 3 - RELES RXIDG
t = 5.8 - 1.35 * LOG(corr / (kappa * corrmay))
curva tipo 4 - RI
t = 315 * TMAY / (.339 - .236 * corrs / corr)
DATOS: TIPO, KAPPA, ALFA, BETA
-------------------------------------------------------------------
% FORMULA DE RELES WESTINGHOUSE - IQ
se trata de caracteristica de proteccion definida por segmentos
| LONG DELAY SETTING 0.2-2.2 0.1-2.0 IN
|
| FLAT SLOPE 0.2-2 SEC
\ I T, MODERATELY INVERSE
\ I^2 T, VERY INVERSE 0.2-40 SEC A 3 O 1 PU
\ I^4 T, EXTREMELY INVERSE
ALFA|
C1 C2 C3 C4 SHORT DELAY SETTING 1-11 0.1-11 IN
T2 | T4
+-----+ SHORT DELAY TIME 0.05-1.5 SEC
| INSTANTANEOUS 1-25 0.5-11 IN
|
-
DATOS: C1, C2, T2, C3, C4, T4, ALFA
-------------------------------------------------------------------
PRESENCIA DE ARMONICAS EN INSTALACIONES ELECTRICAS Y COMPORTAMIENTOS PARTICULARES DE LOS RELS DE PROTECCION.
Ing. Miguel Pellegrino - Ing. Alfredo RifaldiTECHINT S.A. - agosto 1989
Introduccin
El funcionamiento de la instalacin elctrica de un gran consumidor representa generalmente una carga activa y reactiva (inductiva) variable en el tiempo, para la facturacin en particular se computan la energa activa y la energa reactiva, en base a ellas (y otros datos que en este momento no nos interesan) y los criterios fijados en la tarifa, se calcula el monto que corresponde pagar. Las cargas industriales, esencialmente formadas por motores asincrnicos, iluminaciones con lmparas de arco, tienen un factor de potencia que puede estar en el orden de 0.7 o 0.8, cuando se requiere regulacin de velocidad son muy utilizados los motores de corriente continua que se alimentan a travs de equipos rectificadores controlados, el factor de potencia puede llegar a 0.6 o 0.7, tambin presentan valores similares los hornos de induccin o de arco. Esta situacin de cargas y los criterios incluidos en la tarifa hacen conveniente la mejora del factor de potencia de la instalacin, para evitar recargos conviene llevarlo a 0.8 o 0.85, pero en muchos casos es conveniente llevarlo a mas de 0.85, llegando quizs a 1.0 para gozar de bonificaciones que corresponden. El otro elemento que se considera es el rpido tiempo de amortizacin de eventuales dispositivos de mejora del factor de potencia, se puede demostrar que la inversin, que debe hacerse para realizar la instalacin con este objetivo se logra amortizar en un par de anos. Actualmente las instalaciones de compensacin se hacen con capacitores, los sistemas elctricos son preponderantemente inductivos y al agregar capacitores se modifica su respuesta en frecuencia, y aparecen problemas que deben estudiarse.
Estudios que se desarrollan
La evolucin de la red elctrica del usuario requiere distintos estudios, que adquieren particular importancia cuando se presume la conveniencia de instalar bancos de capacitores. Estudios de flujos de carga en rgimen permanente, ponen en evidencia las ventajas de la compensacin, tanto desde el punto de vista de reduccin de corrientes involucradas y perdidas, como por las mejores tensiones presentes en los nodos de la red, estos estudios permiten en particular evaluar la mejora de la calidad de servicio elctrico.Estudios de simulaciones de carga, con distintos grados de compensacin, permiten construir lecturas de medidores de energa en las condiciones que pueden presentarse y ponen en evidencia desde el punto de vista de la facturacin el tamao conveniente del banco de capacitores y sus mdulos.En las redes hay presencia de armnicas que pueden exaltarse por resonancia de los circuitos que se forman al agregar capacitores.Las cargas a compensar frecuentemente deben ser consideradas como generadores de armnicas que inyectan en la red distintos valores en magnitud y frecuencia (en rigor siempre son generadores de armnicas, aunque en contados casos con magnitud despreciable).Se trata de armnicas caractersticas (que dependen, por ejemplo del numero de pulsos del rectificador), no caractersticas (relacionadas con asimetras de los equipos), interarmnicas (no enteras ... atribuibles a sistemas de regulacin y circuitos resonantes origen de exaltaciones de fenmenos generalmente de magnitud despreciable).Estudios de respuesta en frecuencia de la red, que se hacen inyectando
-
una corriente armnica, y observando la tensin en el mismo punto, obtenindose el diagrama de impedancia (propia), o en otro punto impedancia de transferencia (mutua), esto permite observar cualitativamente el comportamiento de la red y prever sus posibles reacciones.Agregando capacitores en la red se observa la influencia de los cambios de impedancia, en general se presentan desplazamientos de las singularidades existentes, estos diagramas son representativos de la red pasiva, y permiten juzgarla independientemente de la existencia de generadores de armnicas y de cuanto se conoce de ellos.Para conocer la importancia real de las variaciones de impedancia es necesario determinar la magnitud de las armnicas presentes.Cuando el sistema es existente, la mejor evaluacin se logra por medicin, cuando en cambio el sistema todava no existe es muy difcil realizar una buena evaluacin, influye el buen conocimiento de los equipos generadores de armnicas, quizs hay que recurrir a la experiencia de otras instalaciones.Estudios de evaluacin de la distorsin en distintos puntos y con distintas armnicas presentes, indispensable al modificar la red, se prev la propagacin de armnicas, y se estudian efectos en los distintos puntos.Se trata de simular distintos estados de rgimen armnico permanente, y la dificultad es lograr un estado representativo de superposicin armnica.Las magnitudes que se determinan segn se estudie y calcule previendo, o se mida una realidad (los clculos prospectivos pueden alejarse mucho de la realidad) dependen de la bondad del modelo de red, y del conocimiento de la carga.Estudios de comportamientos transitorios para la determinacin de distorsiones debidas a inserciones de los bancos, y condiciones particulares de funcionamiento de la red, por ejemplo, cortocircuito prximo con descarga de capacitores, oscilaciones a la interrupcin, establecimiento de corrientes de determinadas cargas (transformadores en vaco), etc.Los estudios que se deben hacer son muy difciles de definir a priori, no es posible indicar cuales son los mas importantes, en rigor a medida que se avanza en estos anlisis surge la necesidad y justificacin de mayor desarrollo y profundizacin.
Caso de ejemplo
Se trata de una planta industrial (siderrgica) con un ciclo de carga de rectificadores importante (laminador), en la que se incorpora una compensacin del factor de potencia.La figura 1 muestra el esquema unifilar, y los valores de pico que alcanzan las cargas, se observa en particular la importancia relativa de las cargas perturbadoras (rectificadores) respecto del total. Los estudios realizados fueron varios, concretamente se comenz con la simulacin de compensacin que mostr una reduccin de tarifa del 10% en las condiciones estudiadas.Flujos de carga, para verificar variaciones de carga y estados de tensin, en este caso particular habiendo regulacin con variadores bajo carga que mantienen la tensin constante en barras que no son aquellas donde estn conectados los capacitores variando la compensacin podra lograrse la regulacin de tensin en estas ultimas.Los estudios permitieron prever el cambio del ajuste de los variadores de relacin de los transformadores 33/6.9 kV de relacin fija, teniendo en cuenta el incremento de tensin por la compensacin.En efecto la figura 2 muestra con el ajuste del variador en 6.9 kV cual era la faja de valores de tensin que se presentaba al variar la carga, y con el ajuste llevado a 6.6 kV la faja de posibles valores estando los capacitores en servicio, y fuera. Se midieron armnicas presentes en la red, los valores de las cargas y su variacin temporal.Se estudio la propagacin de armnicas en la red y la influencia en la distorsin de la tensin y en la corriente armnica absorbida por las cargas y los capacitores.Se desarrollo el diseo y especificacin de los bancos de capacitores previendo su posible utilizacin en la hiptesis de que se modificara el proyecto convirtindolos a filtros (previendo inclusive un incremento de las armnicas inyectadas).Al momento de puesta en servicio de los bancos se realizo una campaa de medicin de sus distintos efectos, estas mediciones se realizaron con dos tcnicas, una analgica, con analizador de espectro, otra numrica con anlisis de onda.La medicin analgica (analizador de espectro Hewlett Packard 3870 del IITREE - UNLP) se realizo con un barrido en frecuencia, el equipo se sintoniza sobre cada armnica y detecta su valor.El equipo barre repetidas veces el espectro de frecuencia y puede memorizar los mximos captados (modalidad maxhold), al observar como se genera el grfico en pantalla se nota como van creciendo los distintos valores de cada armnica.La figura 3 muestra el espectro de corrientes que circulan en el transformador que alimenta la barra donde se tienen conectados los capacitores. El diagrama esta representado en decibeles (20 log10 In/I1), tambin se observa la escala que indica
-
valores porcentuales, los picos muestran el valor alcanzado por las armnicas captadas.Acumulando por tiempos breves se logra un juicio de simultaneidad, en cambio acumulando por tiempos largos se logra encontrar valores mximos no simultneos, de todos modos los valores que el equipo registra no son simultneos ya que por su mtodo de medida capta una armnica por vez. El equipo numrico (RAIP proyectado y construido por el IITREE - UNLP) capta una onda de corriente (o de tensin), exactamente un periodo y lo analiza por mtodos numricos (Fourier) entregando el anlisis de espectro de dicho periodo, generalmente solo se registran los valores de las armnicas que interesan, aunque el anlisis es con todas las armnicas, adems el equipo calcula (entre otros) el valor eficaz total.La enorme cantidad de resultados del RAIP (la figura 4 muestra un ejemplo de protocolo de salida) generalmente se trata en forma estadstica, el equipo produce despus de cierto tiempo de registro un informe estadstico con valores medios, dispersin, mximo y mnimo para cada armnica de inters, y para el valor eficaz total (al menos as se lo utilizo en este caso).La corriente armnica preponderante registrada en los bancos fue de orden 11 con un solo banco en servicio, y de orden 5 con dos y tres, y el equivalente armnico no supero el 30% de la fundamental.El valor eficaz total en los bancos resulta entonces de 104% de la fundamental, debiendo observarse como se suaviza la importancia de las armnicas en el valor eficaz total. Tambin se registro la corriente global por el transformador que alimenta las barras donde estn conectados los capacitores, observando que la quinta armnica mxima con tres bancos no superaba el 20% (referida a la componente fundamental en el transformador), y cuando presentaba este valor no era simultaneo con las otras armnicas. La distorsin de tensin en barras de 6.6 kV con los bancos aun no conectados, presentaba su mximo casi del 2% en las armnicas 11 y 13, y con bancos en servicio el mximo apareca en la armnica 5 no superando el 5%. La tabla de la figura 5 muestra los valores estadsticos globales de la campaa de mediciones de distorsin en barras de 6.6 kV, en la parte A se observan los valores de cada armnica obtenidos con dos bancos conectados y la planta trabajando en forma juzgada representativa, la tabla B muestra los factores de modificacin respecto de la medicin realizada sin bancos en servicio, se observan incrementos en las armnicas bajas y atenuaciones en las altas.Sigue la tabla C, que muestra la relacin entre los valores medidos y los limites fijados como admisibles por el CIGRE en la bibliografa publicada y que se muestra en la tabla D.Para juzgar visualmente el significado de la distorsin de tensin se muestra en la figura 6 una distorsin de 5% de armnica 5, y en la figura 7 una distorsin del 2% de armnica 11.Los registros captados en distintas formas mostraron en los valores adquiridos cierto orden, por ejemplo el valor maxhold del analizador quedo comprendido entre el valor medio y mximo del analizador numrico.Los mximos absolutos captados por el RAIP no tienen demasiado significado, ya que corresponden a un solo ciclo (pudiendo haberse captado un transitorio, que no es representativo del rgimen), el promedio de mximos ha coincidido bastante con el mximo valor maxhold del analizador de espectro. En la etapa de estudio se desarrollaron estudios de propagacin de armnicas y para el momento de la puesta en servicio se realizaron diagramas de impedancia de la red sin bancos y con ellos, el estudio fue realizado incluyendo en la representacin los cables alimentadores.Para los diagramas de impedancia la representacin de los transformadores se hizo con el modelo sugerido por la bibliografa CIGRE, tambin se represento la capacitancia de los cables de 33 kV como concentrada, y las cargas amortiguadoras, estas ultimas tambin con el modelo CIGRE.Estos diagramas permiten prever la tensin armnica que se presenta al inyectar una dada corriente armnica, y se los utilizo en ese sentido durante la puesta en servicio de los bancos, es decir, se median corrientes armnicas y distorsiones de tensin en una condicin, y se extrapolaba lo esperable en otra condicin .El espectro de distorsiones se represento en los mismos diagramas y de la observacin de estos se nota como a medida que el numero de bancos aumenta se desplaza el pico de impedancia hacia la cuarta armnica, las figuras 8 y 9 corresponden a los diagramas de impedancia sin y con dos bancos.Tambin se observa la influencia amortiguante que la carga no generadora de armnicas tiene para con la distorsin, el diagrama de impedancias sin la carga amortiguante incrementa el pico.La figura 10 muestra la distorsin de tensin medida con tres bancos en servicio, anlogamente a la medicin de corrientes se observan valores en decibeles, y el porcentaje de distorsin.Tambin se observan las frecuencias correspondientes a cada armnica, el pico relativo de distorsin en la armnica, y los valles a ambos lados, en algunos casos pequeas exaltaciones en el valle sugieren la presencia de las llamadas interarmnicas. Durante las maniobras de insercin del primer banco se produjeron algunos eventos que no pudieron explicarse, pero que
-
atribuidos al fenmeno de sobretensin de insercin obligaron a repetir estos estudios de maniobras prestando atencin a las deformaciones de tensin que aparecen.Para estos estudios se utilizo el EMTP representndose la red en forma simplificada, los transformadores con su impedancia serie (sin tener en cuenta fenmenos de saturacin), las cargas con admitancia (representacin paralelo) equivalente.Se observo que la distorsin transitoria de los sucesivas inserciones se reduce sensiblemente, y tambin que la carga en barras es favorable para disminuir el fenmeno de insercin.La figura 11 muestra la variacin de tensin que se presenta por insercin del primer banco, se observa la distorsin que evaluada sobre el primer ciclo inmediato llega al 45% entre armnicas 6, 7 y 8, y se reduce a medida que entran bancos, otro elemento que debe considerarse al hacer este anlisis es la breve duracin de la perturbacin.Con oscilgrafo se capto la distorsin de tensin debida al primer banco, que se muestra en la figura 12 y que puede compararse con los clculos desarrollados con el EMTP, confirmando que el modelo es adecuado. Efectivamente en los estudios sobre modelos se trata de hacer hiptesis que nos acerquen lo mas posible a la realidad pero mantenindonos del lado pesimista desde el punto de vista de la evaluacin a hacer, los valores registrados se extinguen en tiempos menores a los calculados, y los picos alcanzados tambin son menores, el modelo es satisfactorio.Adems durante la maniobra de insercin de un transformador se mantuvo el analizador de espectro ajustado sobre la cuarta armnica y se capto una distorsin atribuida a insercin que no supera el 3%, para interpretar esta medicin debe considerarse que el analizador de espectro realiza su medicin como si se tratara de una muestra equivalente de algunos ciclos.Otros estudios transitorios realizados fueron cortocircuitos prximos a las salidas del tablero que alimenta a los capacitores para evaluar el tiempo de descarga de los mismos y su importancia para el comportamiento de los interruptores a agregar y los existentes, el oscilograma tpico se presenta en la figura 13.
Proteccin del banco de capacitores
La norma IEC 871 se aplica a los capacitores de media tensin y en distintas tablas fija las condiciones que deben soportar y que se repiten a continuacin:Tensin 100% permanente, con continuidad.Sobretensin 110% de la tensin nominal 12 horas sobre 24.Sobretensin de 115% 30 minutos cada 24 horas.Sobretensin 120% por 5 minutos.Sobretensin 130% por un minuto.Sobretensin de 282% (2 * raz de 2) por medio ciclo, transitorio. Corriente permanente 130% de la corriente nominal.Sobrecorriente 100 veces la corriente nominal por medio ciclo, transitorio Mientras el banco se alimenta con tensin sinusoidal la corriente es sinusoidal.Habiendo generadores de armnicas en la red, la corriente tiene fundamental y armnicas, 130% se entiende como valor eficaz correspondiente incluyendo armnicas.Por breve duracin los bancos soportan corrientes de 100 veces In por medio ciclo (10 ms lo que equivale trmicamente a 10 por 1 segundo), se puede entonces trazar una caracterstica que muestra la zona de trabajo admisible y la que debe evitarse.Se fijan as las caractersticas que deben tener las protecciones de tipo trmico del banco que adems deben quedar coordinadas con las protecciones lado fuente de la instalacin.A su vez debe notarse que las protecciones del banco en determinados momentos observan valores de armnicas que no encuentran correspondencia en otros rels, ya que los generadores de armnicas, y los de potencia estn ubicados en puntos distintos de la red.Por otra parte el peso de las armnicas que pueden distorsionar las mediciones de los rels es distinto en los distintos niveles de proteccin.Efectivamente la proporcin de armnicas a fundamental varia en los distintos niveles de proteccin y esto se observa en las mediciones realizadas.El sistema de protecciones previsto para cada banco de capacitores quedo configurado como indica la figura 14 incluyendo:Rel de caracterstica trmica y magntica en las tres fases (50/51), que observa la corriente absorbida por los capacitores, fundamental y armnicas.Rel de mxima corriente (50N) en conexin residual que observa la corriente homopolar absorbida por los capacitores, y que solo se puede presentar ante fallas, o por errores, transitorios o grandes de los transformadores de medida.Rel de desequilibrio de los semibancos (61) que protege de los desequilibrios que aparecen cuando se modifica la reactancia de una rama del banco (por fallas de sus capacitores elementales).Rel de mxima tensin de barras (59) que protege de la aplicacin de sobretensiones nocivas.Rel de mximo aporte de cortocircuito (50/86) instalado en la entrada a barras, produce el disparo de los bancos en caso de cortocircuito de cualquier salida , prximo a las barras , este Rel
-
fue sugerido para evitar los riesgos de mal funcionamiento de los interruptores de las salidas cuando se produce una falla prxima a las barras (con corriente elevada), y estos deben interrumpir el aporte de la red y la corriente de descarga de los capacitores.
Regulacin de los Rels
Presuponiendo que los Rels reaccionan en forma habitual la regulacin de los mismos es casi inmediata, el Rel de mxima corriente debe detectar con cierto retardo cuando se supera la corriente nominal para evitar la sobrecarga trmica del capacitor, esta situacin se produce cuando persiste mas del 50% del tiempo el 130% de la corriente nominal.Por otra parte debe tenerse presente que la corriente de insercin del banco, o la de intercambio entre bancos cuando se produce una segunda insercin, no debe producir la actuacin del Rel, por lo que, con corrientes del orden de las de insercin, debe haber cierto retardo, para retardos breves el ajuste de corriente debe ser elevado para garantizar que no se presenten desconexiones intempestivas.El Rel de mxima tensin debe limitar el tiempo en que se aplica una tensin superior al 110%.En la seleccin del ajuste se aplicaron los criterios habituales de fijacin de valores de actuacin.Debe aclararse que el fabricante del Rel informado de que estos se utilizaran en una red con elevado contenido armnico no haba dado ningn tipo de contraindicacin ni haba fijado ningn criterio particular de ajuste, por lo que se siguieron los criterios ya indicados.Durante la puesta en servicio de los bancos comenzaron a producirse reiterados disparos con corrientes cuyo valor eficaz (valor que se media y controlaba permanentemente) era sensiblemente menor que el valor de ajuste.Efectivamente adems de las mediciones antes indicadas con trasductores de valor eficaz verdadero (que se pueden utilizar como Rels de proteccin, proyectados y construidos por el IITREE) se controlaba la corriente de todos los bancos, y el valor de salida era graficado en un registrador de puntos (Y.E.W.) que mostraba la evolucin de este valor imprimiendo un punto cada 5 segundos.Despus de varios controles se comenz a observar atentamente la documentacin que se posea del Rel, y a inspeccionar el aparato concluyndose que el dispositivo tenia a la entrada un rectificador cuya funcin es convertir la corriente sinusoidal que desea medirse en una magnitud fcilmente controlable por dispositivos electrnicos.Un dispositivo as diseado es sensible al valor de pico de la corriente, y en consecuencia mide mal el valor eficaz, esto explicaba los disparos intempestivos.Mientras la onda de corriente es sinusoidal pura, la relacin entre valor de pico y eficaz (factor de forma) esta claramente determinada, a medida que aparecen armnicas con un dado ajuste el Rel reaccionara en distintas formas segn cual sea la magnitud y fase de la armnica.Es decir, habiendo distintos valores de pico con un mismo valor eficaz el Rel reaccionara de modo distinto actuando o no en forma en forma imposible de prever en las condiciones reales de funcionamiento.Se decidi analizar el comportamiento del Rel con distintas armnicas, las armnicas impares pueden tener sus picos en fase o en oposicin a la fundamental, como muestra la figura 15 en sus grficos superior e inferior para la armnica 13.La figura 16 muestra el mismo efecto para la armnica 5, observndose que la dispersin en el comportamiento es mas notable, y con armnicas de orden 3 la dispersin ser todava mayor. Resumiendo el Rel tendr una gran dispersin en su comportamiento con armnicas de orden 3 (poco probables con valor elevado), y esta se reducir a medida que la armnica aumente.En cambio las armnicas pares, cuando en un semiciclo de la fundamental estn en fase, en el siguiente estn en oposicin, por lo tanto la dispersin de valores ser menor que con armnicas impares.Es imposible prever los distintos fenmenos que deberan ser correctamente interpretados por los dispositivos de proteccin, se decidi suponer que las condiciones de funcionamiento con una nica armnica eran suficientemente representativas tambin de eventos con varias armnicas superpuestas.Adems se observo siempre que cuando los bancos se encontraban en servicio se tenia una sola armnica fuertemente preponderante.Luego para un ajuste seleccionado del Rel, se determino para cada armnica el valor o campo de valores de armnicas en los que se esperaba posible disparo, en la figura 17 esta situacin se manifiesta representando con una cierta faja la curva de actuacin de tiempos largos. Se selecciono un ajuste aparentemente elevado, pero que en presencia de armnicas (elevadas) no representaba sobrecargas de los bancos, se opto por sobreproteger la instalacin, y aceptar la dispersin de valores de actuacin consecuencia del sistema de medida de los Rels.Se trato de garantizar que los Rels no actuaran en presencia de la mxima armnica
-
registrada aunque se presentara persistentemente, teniendo en cuenta que el valor eficaz en este caso estaba sensiblemente debajo del limite de 130%.La cuestin natural que surge inmediatamente es que sin presencia de armnicas los Rels no protegen correctamente esto se observa con elevada corriente eficaz fundamental, pero esta situacin tambin se presentara con Rels que midieran con absoluta precisin el valor eficaz verdadero, por lo que se trato de observar el conjunto de protecciones. El anlisis final del comportamiento de las protecciones se encaro tratando de ver el funcionamiento en un grfico (figura 18) donde quedaran representados al menos las combinaciones de valores de fundamental y una armnica, en este plano se pueden trazar curvas que muestran los pares de valores que corresponden a un dado valor eficaz, por ejemplo 130% o 110%.En este grfico la actuacin del Rel electrnico (del tipo con rectificador) esta representada por una recta (en rigor una faja por la dispersin), que con una dada regulacin 1.10 * 130% supera cuando hay baja presencia de armnicas la curva de valor eficaz 130%, y por lo tanto no protege adecuadamente.De todos modos debe observarse que aunque el Rel actuar por valor eficaz verdadero, la tensin sobre los capacitores, combinacin de la fundamental y la armnica podra ser inadmisible, debiendo actuar la proteccin de mxima tensin. Este campo de valores es protegido por el Rel de mxima tensin, que regulado al 105% cubre el campo de bajos valores armnicos, a medida que la presencia armnica crece este Rel acta con menores valores fundamentales, la actuacin del Rel de mxima tensin esta representada por una lnea cuya pendiente depende de la frecuencia de la armnica.Contrariamente a lo que se presento con los Rels de corriente, los Rels de tensin al ser electrnicos y detectando valores proporcionales a los picos actan correctamente frente a situaciones que afectan la aislacin de los capacitores.
Conclusin
Durante el desarrollo del trabajo, al dudarse de la buena actuacin de los dispositivos electrnicos se analizo su eventual cambio por Rels del tipo electromagnticos, de induccin, pero se concluyo que no poda esperarse un mejor comportamiento global de las protecciones electromagnticas.Existen fabricantes que poseen Rels electrnicos de valor eficaz verdadero, el costo de estos es sensiblemente superior a los Rels con rectificador, ya que incluyen componentes electrnicos de mucho mayor costo.Entendemos que aun con corrientes armnicas del orden del 30 40% es posible utilizar Rels electrnicos con rectificador pero debe ser adecuadamente calibrados al menos en forma terica (mejor seria hacer esta tarea experimentalmente combinando una fuente de fundamental con una fuente de corriente armnica).
Trabajo presentado al seminario de corriente continuaorganizado por el comit N 14 - CIGRE Argentino.
BIBLIOGRAFIA / REFERENCIAS
-TECHINT-545-E-CA-051 - Impedancia armnica, red con banco de capacitores.-TECHINT-545-E-CA-052 - Simulaciones de insercin, esquema simplificado-TECHINT-545-E-CA-053 - Comportamiento de Rels electrnicos-TECHINT-545-E-CA-056 - Distorsin en 6.6 kV, conclusiones-TECHINT-545-E-CA-059 - Medicin de transitorios por insercin de bancos de capacitores-TECHINT-545-E-CA-061 - Aporte de bancos de capacitores a la corriente de cortocircuito-TECHINT-545-E-CA-065 - Proteccin de bancos de capacitores de 6.6 kV, regulaciones.