La clave del éxito en la protección de relé: Cooperación
El objetivo de los relés y esquemas de protección, como todos sabemos, es proteger equipamiento eléctrico como transformadores, líneas, cables, barras de buses, etc. durante condiciones anormales del sistema. Por ello, los relés de protección exigen la máxima atención y diligencia. Sin embargo, cuando se trata de protección de relé, los ingenieros de protección, inadvertidamente, se centran solo en los relés. Hablamos de la selección de relés adecuados, la aplicación de configuraciones correctas, la comprobación del cableado, y de que las interconexiones sean correctas y que se realicen pruebas eficaces.
Sin embargo, debemos ser conscientes de que la protección de relé no existe de forma aislada. Además de relés de protección, las subestaciones contienen otro equipamiento crítico como interruptores, transformadores de corriente (TC), transformadores de potencial (TP), sistema de baterías, transformadores, etc. En la mayoría de las grandes empresas de servicios públicos, suele haber una barrera entre el departamento de relés y el departamento de equipamiento de subestación. Cada departamento comprueba periódicamente el equipamiento de subestación, los relés y los esquemas de protección de relé.
Hay poca comprensión de la dependencia crítica de la protección de relé de los TC, los interruptores, etc. Por lo tanto, debemos evitar aislar la protección de relé de los TC, TP, interruptores y baterías. Están entrelazados. La figura 1, que se muestra a continuación, ilustra los componentes del sistema de protección de relé: relés, transformadores de corriente y voltaje, interruptores, baterías y enlaces de comunicación. Una falla en cualquiera de estos componentes interrumpirá el esquema de protección de relé.
Como se ha mencionado anteriormente, las empresas de servicios públicos realizan pruebas en los TC, los TP, el sistema de baterías y los interruptores. Sin embargo, los resultados de las pruebas periódicas de mantenimiento no suelen compartirse con los ingenieros de protección de relé. Por ejemplo, el personal de protección puede no ser consciente de la nueva lentitud en el tiempo de apertura de los interruptores o de que la antigüedad de un TC puede haber provocado el deterioro del nivel de características de saturación. El equipo responsable del mantenimiento de la configuración de los relés debe estar al tanto de estos resultados de prueba, ya que el acceso a este conocimiento puede influir en las hipótesis utilizadas para desarrollar la configuración de los relés. De hecho, la única vez que observamos un intercambio de datos de prueba de los TC, TP e interruptores es en el caso de un mal funcionamiento del relé que conduce a un análisis forense.
Un enfoque holístico de la protección de relé
El esquema de protección de relé es el núcleo que incorpora toda la lógica necesaria, y los demás elementos sirven de respaldo a los esquemas de protección de relé. Los TC y TP proporcionan entradas de corriente y voltaje a los relés. Los relés, a su vez, proporcionan la entrada para energizar el circuito de disparo, lo que resulta en la apertura del interruptor para aislar la sección de falla del sistema de potencia. Las baterías de estación, otro componente de la protección de relé, energizan el circuito de disparo con una alimentación de CC.
Figura 1: Componentes del sistema de protección de relé
Entender cómo cada uno de estos componentes contribuye al buen funcionamiento del esquema de protección de relé es esencial para el buen funcionamiento del sistema de protección.
Relés
Los ingenieros deben seleccionar los relés adecuados y proporcionar las configuraciones apropiadas. Los esquemas de relés/protección se deben probar en el momento de la puesta en servicio y el mantenimiento posterior se debe realizar en intervalos predefinidos.
En las pruebas de relés, resulta ideal utilizar software como Protection Suite de Doble y RTS™ de Doble. Protection Suite ofrece un completo entorno de pruebas lo suficientemente flexible como para adaptarse a sus requisitos técnicos y de operación, incluso para redes basadas en las normas IEC 61850. RTS es una aplicación independiente del proveedor que ayuda a estandarizar los elementos de su programa de pruebas de relés.
Cualquier deficiencia en la selección, configuración, cableado o pruebas puede conducir a un mal funcionamiento del esquema de protección de relé durante condiciones anormales del sistema. En algunos esquemas, existen enlaces de comunicación entre los relés situados en ambos extremos de una línea de transmisión. Se deben realizar pruebas de extremo a extremo para garantizar el correcto funcionamiento del esquema de relés de protección, incluidos los receptores y los transmisores.
Además, las subestaciones digitales construidas en torno a la norma IEC 61850 requieren pruebas diferentes a las de las subestaciones convencionales. Las pruebas en estaciones digitales implican una amplia verificación de la comunicación entre los relés. Es necesario probar todo el sistema como una entidad. Doble ofrece el versátil simulador de sistemas de potencia F6150sv, una solución para probar los dispositivos y esquemas de protección basados en IEC 61850.
Transformadores de corriente (TC)
La función de los TC es mucho más sencilla que la de los relés. Los TC se limitan a suministrar corriente a los relés. El bobinado primario de los TC capta la corriente real del circuito, mientras que su bobinado secundario proporciona niveles de corriente reducidos en función de la relación del TC. Con una corriente de carga normal, los TC reproducen correctamente las corrientes.
Sin embargo, en condiciones de cortocircuito, cuando la corriente de falla es alta, es posible que los TC no reproduzcan la corriente con precisión. En estas condiciones, la corriente suministrada al relé suele ser inferior a la esperada. El grado de inexactitud dependerá de la magnitud de la corriente de cortocircuito, la relación X/R, etc. Este comportamiento del TC se debe a la saturación de su núcleo. La saturación del TC afecta el rendimiento de los relés de sobrecorriente simple, de distancia y diferenciales.
Es muy importante realizar en los TC la prueba siguiente. Cada empresa de servicios públicos determina el intervalo de mantenimiento de las pruebas en función de sus procedimientos internos.
- Excitación del TC
- Relación de corrientes
- Polaridad
- Error de relación y de ángulo de fase
- Resistencia de aislamiento
- Resistencia de bobinado
- Comprobación de carga
Un instrumento que puede ayudar a los equipos de trabajo a aumentar la productividad y ahorrar tiempo durante la puesta en servicio es el EZCT-2000C, diseñado específicamente para las pruebas de TC.
En las subestaciones digitales que implementan el bus de proceso, los valores analógicos de las salidas del TC se introducen en una unidad de combinación. Las unidades de combinación proporcionan muestras digitalizadas equivalentes que se introducen en dispositivos electrónicos inteligentes (IED) preparados para la norma IEC 61850. Los IED son esencialmente relés de microprocesador con una significativa lógica de protección y comunicación incorporada. Los IED preparados para la norma IEC 61850 no pueden aceptar señales analógicas de los TC y TP, por lo que hay que proporcionar muestras digitalizadas. En este caso, además de probar los TC, hay que probar también las unidades de combinación.
Hay algunas unidades de combinación que disponen de un TC óptico incorporado y no requieren la entrada de un TC inductivo convencional. Estas unidades de combinación requieren herramientas y técnicas de prueba especiales.
Las figuras 2 y 3 muestran una boquilla y un TC autónomo.
Interruptores
Los interruptores se deben disparar (abrir) cuando los relés de protección lo soliciten. Si el interruptor dedicado no se abre, la protección de respaldo hará que se abran otros interruptores relacionados para aislar el equipamiento defectuoso. Sin embargo, el despeje de la falla por medio del relé de respaldo causará un tiempo de parada de una parte importante del sistema; aunque no es lo deseable, es necesario. Por esta razón, es esencial que los interruptores se mantengan y se prueben adecuadamente para que cumplan esta función.
Figura 4: Interruptor
Además de que un interruptor no se abra, también puede haber problemas si tarda más de lo necesario en abrir los contactos. En los esquemas de protección, el tiempo de apertura del interruptor se tiene en cuenta a la hora de establecer un esquema de relés. Si el tiempo real de apertura de los contactos supera el tiempo que se utilizó en la configuración de los relés, podemos provocar un tiempo de parada innecesario de una parte importante del sistema.
Por ejemplo, cuando establecemos un esquema de falla de interruptor, utilizamos en los cálculos el tiempo de apertura del interruptor. Si el tiempo real resulta ser mayor, dispararemos varios interruptores como parte de un esquema de respaldo. Esta es una situación indeseable que provoca el disparo de todo el bus. Del mismo modo, al coordinar dos relés de sobrecorriente, nos encontraremos con una falta de coordinación en caso de que un interruptor tarde mucho más en abrirse. Por lo tanto, las pruebas de interruptores son muy importantes para garantizar su funcionamiento dentro de los parámetros publicados, incluidos los tiempos de apertura de los contactos.
Para garantizar la integridad de los interruptores, debemos realizar las siguientes pruebas:
- Temporización del interruptor
- Resistencia de contacto estático
- Resistencia de contacto dinámico
- Corrientes de bobina de disparo y de cierre
- Voltaje de arranque mínimo
- Tiempo de desplazamiento
- Prueba de factor de potencia
Además, existen algunas pruebas específicas que se realizan en los interruptores SF6, de vacío y de soplo de aire. El analizador de interruptores TDR9100 de Doble y el analizador digital de interruptores CT-800 S3 proporcionan soluciones de prueba confiables para los interruptores.
La figura 4 muestra un interruptor.
Consulte pronto nuestra próxima entrega de este blog para conocer los detalles sobre el impacto de las baterías, los transformadores de potencial/transformadores de voltaje de acoplamiento capacitivo (CCVT) y los enlaces de comunicación en los esquemas de protección de relé.
INFORMACIÓN ADICIONAL
- Blog – Cambio de objetivos en las pruebas de protección de relé
- Información sobre el producto
