lunes, 23 de septiembre de 2019

Protección por sistema de onda portadora o carrier (Parte 2ª)



Bobina de bloqueo instalada en un transformador de tensión

Protección Carrier por comparación direccional

Uno de los esquemas de protección por carrier que más se utilizan es el denominado protección por comparación direccional.

La figura 5 representa una protección de carrier por comparación direccional.


Figura 5

Cada terminal tiene relés de protección y relés de arranque de carrier.

Las flechas indican la dirección en que operan los relés.

En la figura 5:

  • Los relés de protección “miran” hacia la línea.
  • Los relés de arranque de carrier lo hacen hacia atrás.

Para las funciones de protección se utilizan unidades de distancia de tipo mho o de reactancia.

Para el arranque del carrier se emplea una unidad mho, con la dirección invertida.

La figura 6 representa la característica de un relé de distancia con tres unidades mho, que puede cumplir estas exigencias.

Figura 6

Las funciones de cada unidad o zona son:

1ª Zona (Z1): Su actuación es independiente del carrier. Alcance: 90 % de la longitud de línea. Es una protección instantánea de reserva local.

2ª Zona (Z2): Detecta cualquier defecto que se produzca dentro de su alcance, en la dirección de la zona protegida. Ajuste: toda la línea más un 20 %. Sin señal de carrier da disparo instantáneo. También actúa como protección de reserva remota dando disparo a través de una unidad de tiempo en 0,5 segundos.

3ª Zona (Z3): Detecta faltas en la dirección contraria. Alcance: toda la línea adyacente. Pone en marcha la válvula osciladora del equipo de alta frecuencia transmitiendo carrier a los dos receptores. Opera también como protección de reserva remota dando disparo a través de una unidad de tiempo en 2 segundos.

Puesto que estas unidades no operan con faltas a tierra, es necesaria una protección adicional a base de relés direccionales de sobreintensidad de tierra, de alta velocidad, que efectúen idénticas funciones.

Si hacemos un análisis de la actuación de este tipo de protección ante un defecto que pudiera darse en diferentes puntos de una red de transporte. El estudio se hará sobre el esquema de la figura 7.


Figura 7

La siguiente tabla sintetiza el funcionamiento de las protecciones tanto del terminal A como del terminal B para todo tipo de faltas que se produzcan en X, Y, Z y W.


De este análisis extraemos las siguientes conclusiones:

  • Para faltas exteriores, la señal de carrier frena la actuación de las protecciones y sólo les permite actuar por la vía del disparo temporizado como protección de apoyo.
  • Para faltas interiores, el disparo es instantáneo. Este se produce bien por carrier, bien por la primera zona del relé de distancia (Z1) si la falta se encuentra dentro de su ajuste.






















Protección por sistema de onda portadora o carrier (Parte 1ª)




Los relés de impedancia y de reactancia para la protección de distancia de largas líneas de alta tensión no aseguran la apertura instantánea de los interruptores situados a ambos extremos de la misma, sobre todo cuando en dicha línea existe una derivación de gran longitud y elevada impedancia.

Esta situación también se da en la línea de la figura 1, protegida por un relé de distancia.


Figura 1

Un defecto localizado en X provoca el disparo instantáneo de los interruptores A y B, en la primera zona.

Un defecto localizado en Y provoca el disparo instantáneo de A, mientras que la apertura de B se produce 0,5 segundos después por actuar en la segunda zona.

Ante defectos o fallos transitorios, la combinación de disparo y reengancha de alta velocidad es de un valor inestimable para la estabilidad del sistema y la continuidad de servicio.

Asimismo, un mayor tiempo de permanencia del fallo da origen a graves daños.

Por lo tanto, existe la necesidad de un sistema de alta velocidad en la localización del defecto, que permita el disparo de todos los terminales que alimentan el defecto, en un tiempo tan corto como sea posible.

Esto se consigue por medio de la protección carrier o por onda portadora.

El fundamento de la protección carrier es colaborar con los equipos de protección de ambos extremos de la línea.

A través de este canal de comunicación se transmite una onda de alta frecuencia (50 – 500 kHz) denominada “carrier”.

El soporte físico del carrier es la propia línea de transmisión de energía, evitando así la utilización de canales telefónicos o de radio más costosos.

La figura 2 representa esquemáticamente el sistema de transmisión y recepción de la señal de carrier en una línea.
Figura 2

La señal de carrier se introduce en una fase de la línea mediante condensadores de acoplamiento.

Estos condensadores forman parte de los transformadores de tensión capacitivos situados en las salidas de línea y proporcionan aislamiento seguro en alta tensión.

Presentan baja impedancia para la señal de carrier y una impedancia muy elevada para la frecuencia industrial de 50 o 60 Hz, ya que:


Para evitar la dispersión de la señal por el resto del sistema se recurre al empleo de una bobina de bloqueo o trampa.

Estas bobinas en serie con la línea, son en realidad circuitos resonantes LC que presentan impedancia despreciable para la frecuencia industrial y muy elevada para la señal carrier, ya que su reactancia depende directamente de la frecuencia:


En la figura 3 se representa una de estas bobinas de bloqueo o trampa de onda.  Estas bobinas deben ser dimensionadas para soportar la corriente nominal de la línea en la frecuencia industrial y las corrientes de cortocircuito a las cuales están sujetas las líneas de transmisión.




Figura 3

La señal de carrier queda confinada al tramo de línea entre ambas bobinas.

Puesto que el canal de transmisión es la propia línea, no existe la completa seguridad que, en condiciones de fallo, la señal llegue al otro extremo.

Por esta razón es mejor utilizar el carrier como bloqueo que como disparo.

Veamos un ejemplo:

La figura 4 representa un sistema de protección por carrier.



Figura 4

De la tabla extraemos las siguientes conclusiones:
  • Cualquiera que sea el transmisor que emita, lo hace a su propio receptor y al del otro terminal.
  • La presencia de la señal de carrier bloquea el disparo.
  • El disparo se produce cuando se detecta un fallo en la línea y no se recibe señal de carrier.




Continúa en: Protección por sistema de onda portadora o carrier (Parte 2ª)
https://imseingenieria.blogspot.com/2019/09/proteccion-por-sistema-de-onda_23.html






















miércoles, 18 de septiembre de 2019

Protección contra sobretensiones en instalaciones de BT



  Generalidades

La protección de instalaciones de BT contra sobretensiones se realiza con la disposición de materiales en paralelo; Se utilizan 3 tipos de elementos:
  • Los limitadores de sobretensión situados en el secundario de transformadores MT/BT (únicamente en el esquema IT); protegen sólo contra sobretensiones a frecuencia industrial.
  • Las autoválvulas para baja tensión instaladas en los cuadros eléctricos de BT o integradas en el interior de los receptores
  • Los limitadores destinados a la protección de redes telefónicas, cofres de BT y receptores.
Las tecnologías utilizadas son esencialmente:
  • Diodos Zener
  • Explosores a gas
  • Varistancias de óxido de zinc
Los diodos zener presentan el inconveniente de no garantizar más que un punto preciso de la red. El explosor a gas necesita la asociación de una varistancia para evitar la corriente de fuga. Las autovávulas de varistancias presentan actualmente la mejor relación calidad/precio gracias a su simplicidad y fiabilidad.

  Reglas de instalación de las autoválvulas de BT

La protección de los materiales no puede ser eficaz sin respetar ciertas reglas de instalación:

-       Regla 1

La longitud de las conexiones de la autoválvula y su interruptor de desconexión debe ser inferior a 0,5 m.


Figura 1: Representación esquemática de las conexiones

-       Regla 2

Las salidas de los conductores protegidos deben estar dispuestos en los bornes mismos de la autoválvula y de su interruptor de desconexión.

-       Regla 3

Es necesario reducir las superficies de los bucles reagrupando conjuntamente, estrechamente, los hilos de llegada de fase, neutro y PE.

-       Regla 4

Es necesario alejar los hilos de llegada a la autoválvula (polucionados) de los hilos de salida protegidos (sanos), con el fin de evitar un eventual acoplamiento electromagnético.

-       Regla 5

Es necesario sujetar los cables contra las estructuras metálicas de los cofres, con el fin de minimizar los bucles de masa y beneficiar de los efectos reductores de perturbaciones.

   Esquema de conexionado según el esquema de unión a tierra.

En las figuras 2-a y 2-b están representados los esquemas de conexiones de las autoválvulas de BT para los diferentes esquemas de conexión a tierra.


Figura 2-a: Esquema de conexión de autoválvula de BT 
para los esquemas de conexión a tierra TT y IT


Figura 2-b: Esquema de conexión de autoválvulas para los esquemas
de conexión a tierra TNC y TNS







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viernes, 13 de septiembre de 2019

Ventajas e inconvenientes de los explosores de varillas frente a las autoválvulas




Los explosores

Utilizados en MT y AT se colocan en los puntos de la red particularmente expuestos y a la entrada de los Centros de Transformación MT/BT.

Su papel es el de constituir un punto débil en el aislamiento de la red, con el fin de que un eventual cebado de arco se produzca sistemáticamente en él.

El primero y más antiguo de los aparatos de protección es el explosor de varillas. Estaba constituido por dos varillas enfrentadas frente a frente, llamadas electrodos, una unida al conductor a proteger y la otra a tierra.

Los modelos actuales más corrientes, están basados en el mismo principio pero dispuestos en forma de «cuernos» para prolongar la longitud del arco y facilitar el restablecimiento de las cualidades dieléctricas por desionización del intervalo de cebado inicial del arco y en ciertos casos llegar a la extinción del mismo.

La distancia entre los dos electrodos permite ajustar el nivel de protección.

Algunos tienen, además, entre los dos electrodos una varilla vertical, destinada a evitar el cortocircuito intempestivo por pájaros y su electrocución (figura 1).


Figura 1: Explosor en aislador de cadena de MT con varilla antipájaros.


    Funcionamiento

El explosor es un dispositivo simple constituido por dos electrodos, el primero unido al conductor a proteger y el segundo unido a tierra.

En las proximidades de la red donde está instalado, el explosor representa un punto débil para la descarga de sobretensiones a tierra, protegiendo así el material.

La tensión de cebado del explosor esta regulada por la distancia en el aire entre electrodos de manera que se obtenga un margen entre la resistencia al choque del material a proteger y la tensión de cebado al choque del explosor (ver fig. 1). Por ejemplo, B = 40 mm en redes de 20 kV.

   Ventajas

Las principales ventajas del explosor son:
  •  Su bajo precio
  • Su simplicidad
  • La posibilidad de regular la tensión de cebado.

   Inconvenientes

  •  Las características de cebado del explosor son muy variables (hasta el 40 %) en función de las condiciones atmosféricas (temperatura, humedad, presión) que modifican la ionización del medio dieléctrico (aire) entre los electrodos.
  • El nivel de cebado depende del valor de la sobretensión (ver figura 2).



Figura 2: Comportamiento de un explosor de varillas al choque de la onda de rayo 
normalizada, en función del valor de cresta.

  •  El cebado del explosor provoca un cortocircuito fase-tierra a frecuencia industrial debido al mantenimiento del arco, este permanece hasta su eliminación por los aparatos de corte (cortocircuito denominado corriente de fuga), por lo que es necesario instalar disyuntores o dispositivos de reenganche rápido en los disyuntores situados aguas arriba. Por este motivo, los explosores son inapropiados para la protección de instalaciones contra sobretensiones de maniobra.
  • El cebado provocado por una sobretensión de frente escarpado no es instantáneo. Por motivos de este retardo en el cebado, la tensión realmente alcanzada en las redes es superior al nivel de protección elegido. Para tener en cuenta este fenómeno es necesario estudiar las curvas de tensión-tiempo del explosor (Figura 3 y 4).

Figura 3: Curvas que muestran el retardo al cebado,
de un explosor (1) y de una autoválvula (2)



Figura 4: Variaciones del tiempo de cebado de un explosor (1) y de una autoválvula (2),
en función del escarpado p (kV/μs) del frente de onda

  •  El cebado provoca la aparición de una onda cortada de frente escarpado susceptible de destruir los arrollamientos de los transformadores o motores situados en las proximidades.

Aunque los explosores aún existen en ciertas redes públicas de distribución, actualmente se están remplazando por autoválvulas.

Para paliar los inconvenientes de los explosores, se han fabricado diferentes modelos de autoválvulas con el fin de garantizar una mejor protección de las instalaciones y la continuidad de servicio.

Las autoválvulas de resistencia variable con explosor son las más difundidas en las instalaciones de AT y MT en explotación después de varios años. La tendencia actual es hacia las autoválvulas de óxido de zinc (ZnO) que presentan características mejoradas, por lo tanto, es preferible el empleo de autoválvulas, cuyas ventajas frente a los explosores se resumen a continuación:

  •  La tensión de cebado y la tensión residual son menores que la tensión de choque mínima por encima de la cual se producen cebados de arcos en el material eléctrico.
  • El cebado del arco se produce independientemente del escarpado de las ondas de choque, y con un retardo extraordinariamente pequeño.
  • Las sobretensiones se reducen a un valor inofensivo, cualquiera que sea su valor.

Por lo anteriormente expuesto, no se aconseja disponer ambas protecciones en un mismo material, tal y como se aprecia en la foto de cabecera para un transformador.



Para saber más, ver post:

Elección de autoválvulas de Óxido de Zinc (ZnO) en líneas de Alta Tensión