trabajo de potecciones de sistemas electricos

PROTECCIONES DE SISTEMAS ELECTRICOS

TRABAJO DE POTECCIONES DE SISTEMAS ELECTRICOS

1. OSCILACION DE POTENCIA

Definiciones de Oscilación de potencia:

Oscilación de potencia (power swing): Es la variación en la potencia trifásica, debida al avance o retroceso de los ángulos relativos entre generadores, como respuesta a cambios en la magnitud de la carga, faltas y otras perturbaciones en el sistema.

Oscilación de potencia estable: Es estable si los generadores no pierden el paso polar y el sistema alcanza un nuevo estado de equilibrio.

Oscilación de potencia inestable: Es inestable si un generador o grupo de generadores pierde el paso polar.

Condición de pérdida de paso polar (out-of-step condition): Oscilación de potencia inestable.

Centro eléctrico del sistema o tensión cero (electrical system center or voltage zero): Es el punto o puntos del sistema eléctrico donde la tensión se hace cero durante una oscilación de potencia inestable.

Fenómeno:

El sistema de potencia, en régimen estacionario, opera muy cerca de su frecuencia nominal y las magnitudes de las tensiones en las diferentes barras no varían más de un 5%.

Existe un balance entre la potencia activa y reactiva generada y la consumida.

Cualquier cambio en la potencia generada, potencia demanda o en el sistema de potencia causa cambios en la potencia del sistema, oscilando hasta alcanzar otro punto de equilibrio entre la generación y la carga.

Estos cambios ocurren permanentemente y son compensados por los sistemas de control.

Faltas en el sistema de potencia.

Conexiones de líneas de trasmisión.

Desconexiones de generadores.

Pérdida o aplicación de grandes bloques de carga


Causan:

Oscilaciones de potencia

Dependiendo de la perturbación y de la acción de los controladores las oscilaciones pueden ser:

Estables

Inestables

La oscilación de potencia puede hacer que la impedancia vista por un relé entre en su característica de operación.

La operación de estos relés puede hacer que salgan de servicio líneas de trasmisión u otros componentes, haciendo más débil el sistema, aumentando la gravedad de la perturbación.

Los relés de distancia propensos a operar durante una oscilación de potencia deben ser bloqueados temporalmente.

En los relés de distancia modernos se tienen disponibles las funciones:

PSB: Bloqueo por oscilación de potencia (power swing blocking).

OST: Disparo por oscilación de potencia (out-of-step tripping).

PSB: Bloqueo por oscilación de potencia:

Esta función diferencia entre una falta y una oscilación de potencia.

Bloquea el relé de distancia, previene el disparo durante una oscilación de potencia.

Debe detectar y despejar las faltas que ocurren durante una oscilación de potencia.

OST: Disparo por oscilación de potencia:

Esta función diferencia entre una oscilación estable de una inestable.

Permite disparar algunos elementos del sistema para evitar el daño de los equipos y que la perturbación se extienda por el sistema.

Con la separación del sistema en áreas no siempre se alcanza el balance generación-carga, en cada una de ellas.


En estos casos, se implementa un sistema de rechazo de carga o disparo de generación, para evitar el apagón en esas áreas.

EFECTO SOBRE LOS RELÉS DE PROTECCIÓN DE LAS LÍNEAS DE TRASMISIÓN

MÉTODOS PARA LA DETECCIÓN: CONVENCIONALES

Se basan en el cálculo de la impedancia de secuencia positiva.

Régimen estacionario: la impedancia medida es la impedancia de carga.

Durante una falta: la impedancia se mueve rápido desde la impedancia de carga hasta la de falta.

Oscilación de potencia: la impedancia se mueve lento.

Características concéntricas:

Para medir la velocidad de la variación de la impedancia, mide el tiempo que requiere la impedancia para atravesar dos características concéntricas de impedancia.

La detección de la oscilación de potencia se realiza antes que la impedancia entre en la característica de operación.


Características blinder (2 rectas):

Para medir la velocidad de la variación de la impedancia, mide el tiempo que requiere la impedancia para atravesar dos rectas.

Se optimiza el esquema si las rectas son paralelas a la impedancia de la línea.


2. FUNCION CIERRE EN FALLA (SOTF)

La función SOTF es una función lógica edificada a partir de elementos lógicos. Es una función complementaria a la función de protección de distancia.

Se habilita para la operación, ya sea por el estrecho comando para el interruptor de circuito, por un contacto auxiliar normalmente cerrado del circuito interruptor, o automáticamente por la línea muerta detección. Una vez activada, esta sigue siendo activa hasta que un segundo después de la señal de habilitación tiene restablecer. La función de protección publicado para disparo durante el tiempo puede ser activado libremente seleccionados de las funciones incluidas dentro de la terminal. Recogida de uno cualquiera de los funciones de protección seleccionados durante el condición habilitada resultará en una inmediata salida de disparo de la función SOTF.

El propósito principal de la función SOTF es proporcionar disparo de alta velocidad cuando energizar una línea de energía a un fallo de cortocircuito en la línea.

La iniciación automática de la función SOTF mediante la detección de línea muerta sólo se puede utilizar cuando el transformador de potencia se encuentra en la línea del lado del interruptor de circuito. Inicio mediante la detección de línea muerta es muy recomendable para las configuraciones de barras que más de un interruptor en un extremo de línea puede energizar la línea protegida.

Generalmente, direccional o no direccional zonas de protección de distancia son exageradas utilizado como las funciones de protección que se publicará de disparo directo durante el tiempo activo.

Cuando los transformadores potenciales del lado de red son utilizado, el uso de la distancia no direccional zonas asegura el encendido a provocar ningún fallo de situaciones de fallo hay información direccional no se puede establecer, por ejemplo, debido a falta de tensión de polarización. El uso de las zonas de distancia no direccionales también da fallos de forma rápida liquidación durante la puesta de un autobús de la línea con un fallo de cortocircuito en el bus

3. DISCREPANCIA DE POLOS


Discrepancia entre contactos

Los interruptores de alta tensión son aparatos trifásicos. Tienen por lo menos un contacto por fase, y en algunos casos, contactos múltiples en serie por fase, hasta 12 por fase para algunos interruptores de hasta 765 kV.

Es crucial para la operación apropiada del interruptor y para la red limitar las discrepancias de tiempo entre los contactos.

Las discrepancias pueden dividirse en dos grupos.

1. Discrepancias de contactos entre polos 2. Discrepancias de contactos en el mismo polo.

DISCREPANCIA ENTRE POLOS

En la Apertura:

De acuerdo a la norma IEC 56 una fase se considera abierta cuando el primer contacto del polo está abierto.

La mayor discrepancia medida no deberá exceder el valor máximo establecido por el diseñador, el usuario o según el acuerdo entre ellos.

Si existe una discrepancia:

La separación de los contactos de los polos tiene que ser simultánea para evitar los transitorios de la alta tensión, de otra manera se obtendrá el doble del valor nominal de la primera separación del polo. La máxima discrepancia permitida es de 1/6 de un ciclo.

En el Cierre:

De acuerdo a la norma IEC 56 una fase es considerada cerrada cuando el último contacto del polo está cerrado.

La mayor discrepancia medida no deberá exceder el valor máximo fijado por el diseñador, el usuario o por el acuerdo entre ellos.

Si existe una discrepancia:

La energización abrupta de los circuitos siempre es seguida por un incremento moderado de voltaje, con la excepción de líneas de transmisión largas, sin carga, donde un aumento del voltaje puede ser críticamente peligroso.


Cuando una línea se conecta a una red energizada, una ola de voltaje entra dentro de la línea.

En este caso, el voltaje puede ser tres veces el voltaje de la red, después de la reflexión de la ola. Esta situación puede producirse con una rápido recierre de la línea.

Se pueden encontrar altos voltajes en las líneas trifásicas, cuando los tres polos del interruptor no se cierran simultáneamente.

Una ola en una fase producirá olas inducidas en las otras fases, y bajo condiciones poco favorables, el voltaje se incrementará en otra fase.

Puede encontrarse mayores aumentos en el voltaje de transición si la discrepancia en el momento del cierre es demasiada alta.

Notar que en las redes con voltajes nominales de 500 kV o mayores, el aislamiento de las líneas se determina por los picos de voltaje de la operación.

DISCREPANCIA ENTRE CONTACTOS DEL MISMO POLO

Si los interruptores tienen múltiples contactos por polo, se instalan capacitores en paralelo con cada contacto para igualar el voltaje cuando se separan los contactos. En general, los contactos más rápidos tienen arcos de mayor duración y un mayor desgaste por contacto. En el caso de discrepancias excesivas, los contactos más rápidos en el cierre y los más lentos en la apertura, podrían ocasionar choques de mayores voltajes a los capacitores, y por lo tanto reducen su expectativa de vida y también la de los contactos.

TIEMPO DE CIERRE

Durante el cierre, especialmente en los cortocircuitos, las fuerzas opuestas son considerables. En el caso de los contactos de movimiento lento, los pre-arcos tienen una mayor duración lo que ocasiona un mayor deterioro de los contactos.

Si no se respeta el tiempo de cierre, esto comprometerá la garantía relativa de su capacidad de cierre.

Este tiempo es suministrado usualmente por el diseñador de los interruptores.


4. ECO Y FUENTE DEBIL

Cuando las corrientes de aporte caen por debajo de los umbrales mínimos de habilitación de las protecciones, se producen los denominados casos de fuente débil (weak infeed). También pueden producirse estas situaciones por falta de arranque de las protecciones, aunque las mismas hayan sido habilitadas.

Las consideraciones acerca del ajuste de esta función son muy importantes, porque la utilización de la misma implica la posibilidad de generar actuaciones no selectivas de la protección.Por ello, la utilización de la función fuente débil siempre debe contrastarse contra las consecuencias de no contar con esta función (situación de compromiso).

Retardo de la función “eco”

En ciertas protecciones es posible ajustar un tiempo de retardo para el reenvío de la señal por eco. Este retardo se introduce generalmente para prevenir la emisión del eco ante inestabilidades del arranque de la protección. Un valor normal para este retardo es 100 ms.

5. FALLLA DE INTERRUPTORES

Fallas comunes en los diferentes tipos de interruptores.Fallas del mecanismo de operación

La mayoría de las fallas de interruptores, se deben a fallas del mecanismo de operación y generalmente son de los siguientes tipos:

a) Falla estando cerradob) No cierrac) No cierra correctamented) No se mantiene cerrado; por ejemplo: por un comando de disparo no

intencional.


e) En posición abierto.f) No abre.g) No abre correctamente.h) No se mantiene abierto, por ejemplo. Por un comando de cierre no

intencional.

La falla del mecanismo en la posición cerrada, podría repercutir en la no preparación para abrir en caso de requerirse. La carga inadecuada de los resortes podría ser indicada por la bandera al no cambiar de “descargado” a “cargado”, pero podría no haber sido notada.Las fallas al permanecer cerrado o de no cerrar pueden deberse a problemas o defectos en los bloqueos mecánicos, las bobinas de cierre, el relevador antibombeo, los interruptores de la alimentación auxiliar u otros componentes del sistema de control.

Una fuga en el tanque de almacenamiento de aire del sistema neumático, o en el acumulador del sistema hidráulico, puede ocasionar la operación repetitiva del motor y dar como consecuencia el bloqueo del interruptor.La falla al cerrar correctamente a la velocidad adecuada o la falla de permanecer cerrado, puede ser debida a baja presión en el sistema aislante y de extinción de arco o en el sistema hidráulico o neumático de control, por resortes débiles, alta fricción en las juntas móviles, operación inadecuada de los bloqueos mecánicos o a una corriente de corto circuito mayor de la que nominalmente puede interrumpir el equipo.La falla cuando no abre o en la que permanece abierta, puede deberse a defectos en los bloqueos mecánicos, los amortiguadores, la bobina de disparo, los interruptores de la alimentación auxiliar o a otros componentes del sistema de control.La falla de no abrir es causada frecuentemente por una velocidad más baja que la requerida para abrir, causada regularmente por una baja presión de operación, resortes débiles o rotos o por un exceso de fricción en las juntas móviles.El analista, al estilo forense, debe estudiar cuidadosamente los dibujos y diagramas del fabricante, relativos a la operación de cada mecanismo. Teniendo en cuenta siempre, el papel que juega cada parte involucrada. Después de ciertos análisis deberá concluir dando el panorama que mejor soporte el razonamiento de las causas de la falla.No todas las fallas mecánicas pueden ser atribuidas a falla del mecanismo; hay algunas que pueden ser causadas por atascamiento de los contactos principales o las barras de los contactos.Los bloqueos son utilizados generalmente para el regreso del resorte, para lo cual también usan amortiguadores para controlar los rebotes. Estos sistemas mecánicos son cuidadosamente balanceados con límites de desgaste muy estrechos.


Algunas veces la vibración extra producida por los recierres a alta velocidad, producen un mayor rebote de los seguros, lo que da como resultado una falla de bloqueo.Es importante registrar los tiempos de operación, desde la energización de la bobina hasta que se unen o separan los contactos, durante la operación mecánica sin carga, para verificar el estado del mecanismo.El compresor, incluyendo desgaste o problemas de válvulas, puede contaminar el aire del sistema y puede suceder que esto no permita la realización completa de los ciclos de trabajo. Una recirculación excesiva del aire, lo puede calentar a tal temperatura que se corra el riesgo de que incendie los vapores del aceite.Los interruptores de presión, los medidores de presión o las válvulas de seguridad, pueden tener fugas o pueden perder sus ajustes pre-establecidos y dar lugar a la operación del mecanismo en un momento en que no se tenga la velocidad adecuada.Las fugas de aire pueden afectar el sistema (cuando es de este tipo) de tal manera que en un momento dado, el interruptor no opere. Así también cuando el sistema es hidráulico y se tiene fugas.La falta de lubricación o la incorrecta aplicación de lubricante, puede causar una excesiva fricción de los componentes mecánicos incluyendo los bloqueos. El excesivo esfuerzo mecánico causado por la fricción, puede llevar a la ruptura de partes y la falla del interruptor.Las partes de los mecanismos se aflojan debido a vibración excesiva o golpes durante la operación. Algunas partes o componentes se dañan debido a ajustes incorrectos o cambios en los ajustes.

Fallas por la degradación de aislamiento sólido externo.

La porcelana es el aislamiento externo más usado en interruptores. La “degradación” de la porcelana se produce cuando su superficie se llena de contaminantes, tales como: cenizas, emisiones de automóviles, niebla salina, polvos industriales. Estos tipos de fallas se pueden evitar limpiando periódicamente la superficie de la porcelana o cubriéndola con alguna capa protectora que reduzca la acumulación de contaminantes.El análisis de este tipo de fallas y su definición es soportado por las marcas de arqueo o perforaciones de la porcelana.

Fallas ocasionadas por tensiones transitorias.

En ocasiones se producen sobretensiones transitorias en los sistemas, cuyas causas son las siguientes:

a) Descargas atmosféricas.b) Operación de interruptoresc) Contacto físico con un sistema de mayor tensión.


d) Cortos circuitos repetitivos.e) Interrupción de una corriente forzada a su valor cerof) Resonancia en circuitos serie inductivos capacitivos.

Una tensión transitoria excesiva, puede iniciar la falla. El diagnóstico requiere de un conocimiento detallado de las condiciones del sistema y del estado del interruptor (cerrado, abierto, cerrando o abriendo) en el momento de la falla. Los oscilogramas tomados en el momento de la falla son una fuente importante de información. Si el interruptor estaba abriendo en el momento de la falla, se pudo haber producido una descarga atmosférica o una sobretensión transitoria debido a la operación de otro interruptor, que provocaron la falla.El análisis de fallas para este tipo de situaciones, es a menudo posible debido a la disponibilidad de registros automáticos durante las fallas.

Fallas debidas a mala aplicación de equipos.

La utilización de interruptores en sistemas que exceden su capacidad, puede derivarse en las fallas de estos. Algunas condiciones que dan lugar a estos errores pueden ser debidas al crecimiento normal del sistema o a la inclusión no prevista de capacitores, inductores, etc., y se enumeran a continuación:

a) La corriente de cortocircuito del sistema, excede la nominal del interruptor.

b) La TTR del sistema, excede la nominal del interruptor.c) La tensión de operación es mayor que la nominal del interruptor.d) La corriente de carga es mayor que la nominal del interruptor.e) Operación frecuente.f) Cambio del ciclo de operacióng) Instalación de capacitores en serie o en paralelo, o reactores en

paralelo.h) Utilización de un interruptor para propósitos generales, en un ciclo de

trabajo específico.i) Temperatura ambiente fuera del límite aceptable para el interruptor.

En el análisis de falla para estas condiciones se debe calcular la corriente de cortocircuito del sistema, la TTR prospectiva, su relación de crecimiento, conocer las condiciones de operación del sistema, conocer la configuración del sistema, así como recurrir al análisis de los registros del registrador de fallas o monitoreo.

Fallas de Resistores, capacitores y transformadores de corriente.

Algunas fallas de interruptores se originan por fallas de los accesorios, tales como las resistencias de apertura y cierre, capacitores de graduación de tensión y de control de la TTR y los TC’S. Estos accesorios generalmente fallan


en forma violenta, causando daños a las cámaras de interrupción o a otras partes.Las fallas de las resistencias de post-inserción para la apertura, así como de las de preinserción para el cierre, pueden ser causadas por la operación incorrecta de sus propios contactores; por sobrecalentamiento de las resistencias, causado por un exceso de aperturas y cierres rápidos, por la infiltración de humedad o por defectos de los propios resistores.

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