Interruptor de AT dotado con resistencias de
amortiguación
del defecto kilométrico
Se denomina falta o defecto kilométrico al cortocircuito
que se produce en una línea aérea o en un cable a una distancia del orden del
kilómetro a los cinco kilómetros del interruptor automático que protege la
línea (figura 1).
Figura 1
Se deduce que la sobretensión inducida en el lado de
entrada del interruptor alcanzaría el valor:
y la correspondiente al lado de salida, en bornes del
transformador:
de
sentido contrario a U1.
Según los valores de i0, L1, L2,
C1 y C2, estas tensiones alcanzan teóricamente valores
muy elevados.
A título de ejemplo, si un interruptor, en una línea de
220 kV, debe cortar una corriente de vacío de un transformador de 11 A eficaces
y el arco se extingue cuando ésta corriente tiene el valor de 7 A, si la
inductancia y la capacidad de la línea valen 35,2 H y 0,0023 μF,
respectivamente, la sobretensión que tendría en el lado de entrada sería:
El valor de la sobretensión depende de las características del
transformador, siendo tanto mayor cuanto más elevada es la relación L2/C2,
y de las características del interruptor, al incidir estas en el valor de i0.
La frecuencia de oscilación es:
Si el arco se extingue al paso natural de la corriente por cero
no se produce sobretensión alguna, pues la energía almacenada en el
condensador, que en ese instante será máxima, en tanto que la electromagnética
será nula, se descarga sobre la autoinducción L2 en forma oscilante,
amortiguándose paulatinamente a causa de la resistencia óhmica del circuito. La
expresión de la tensión transitoria, en bornes del transformador, sería en este
caso:
En realidad los valores máximos de las tensiones U1 y U2 no se
alcanzan nunca por cuanto al exceder la tensión entre contactos U1(t)
– U2(t) el valor de la rigidez dieléctrica del plasma se produce un
reencendido del arco que reduce prácticamente a cero la tensión de
restablecimiento y se tiene de nuevo en el circuito una corriente cuya
supresión antes de su anulación natural determina una repetición del proceso
descrito, si bien con una menor corriente (figura 2).
Figura 2
Si bien en este caso la impedancia del trozo de línea entre el
interruptor y la falta o defecto hace que la corriente de cortocircuito sea
ligeramente inferior a la que se obtendría si el cortocircuito se hubiera
producido en los bornes de salida del interruptor, las condiciones de ruptura
se ven afectadas por la muy alta frecuencia propia de este trozo de línea de
corta longitud, que determina una elevada VATTR (Velocidad de Aumento de la
Tensión Transitoria de Restablecimiento) y una mayor exigencia al interruptor.
Esta circunstancia justifica que, en los ensayos de homologación
de las características de ruptura de un interruptor automático de tensión
nominal igual o superior a 52 kV y poder de corte nominal en cortocircuito
superior a 12,5 kA, se incluya el ensayo de defecto kilométrico con corrientes
de corte del 60, 75 y 90% de la componente alterna del poder de ruptura nominal
del aparato en cortocircuito.
Las consideraciones teóricas que justifican este proceso son las
siguientes:
Cuando se produce el cortocircuito, si este es franco, la
tensión en el punto de la falta es nula pero no lo es entre los bornes del lado
de entrada del interruptor, que tiene un valor UL intermedio entre
la tensión nominal y el cero.
Al producirse la extinción del arco, la tensión en el lado de
entrada A se restablece tendiendo a tomar rápidamente el valor de la tensión
nominal, según oscilaciones amortiguadas, a la frecuencia propia del circuito
anterior al interruptor.
Figura 3
En tanto que por otro lado, la línea afectada por la
falta tiende a tomar el valor cero, haciéndolo también a través de un régimen
transitorio a base de una serie de oscilaciones de la tensión a la frecuencia,
Entre el interruptor y el punto de la falta, lo que da
lugar a que la tensión en el punto B tome una forma muy característica en
diente de sierra, cuya frecuencia depende de la impedancia característica de la
línea y de la distancia de la falta al interruptor.
Estas dos oscilaciones determinan que la tensión
transitoria de restablecimiento entre los contactos fijo y móvil del
interruptor de cada fase corresponda a una oscilación de alta frecuencia, en
diente de sierra, superpuesta a una oscilación senoidal amortiguada de
frecuencia más baja, con una pendiente inicial muy elevada que es la causa de
una solicitud muy fuerte en el interruptor automático capaz de dar lugar a un
reencendido del arco, en particular en los interruptores muy sensibles a esta
velocidad de aumento de la TTR, como son los de soplado de aire (figura 4).
Figura 4
Sin entrar en el estudio analítico del proceso y de la
onda de la TTR, señalaremos que la pendiente inicial de la TTR en el defecto
kilométrico es proporcional a la corriente que corta y a la impedancia de onda
de la línea, impedancia mucho mayor en el caso de una falta monofásica a tierra
a causa del retorno por la tierra de esta corriente, por lo que el defecto
kilométrico monofásico origina, en general, mayores solicitaciones que el
trifásico.
La pendiente inicial de la VATTR viene dada por
la expresión:
Siendo I la corriente de cortocircuito en valor eficaz en
kA, ZC la impedancia
característica de la línea kv una constante igual a 0,2 para 50 Hz.
la amplitud máxima de la tensión de restablecimiento es:
Siendo L1 el coeficiente de autoinducción de la línea por
kilómetro (H/km) y l la distancia
entre el interruptor y la falta en km.
Hay que señalar, a título de ejemplo, que si en la ruptura de un
cortocircuito a la salida del interruptor da lugar a una VATTR del orden de 1,5
kV/μs, la interrupción de una falta kilométrica puede ocasionar una VATTR del
orden de los 6 a 8 kV/μs, según la impedancia característica de la línea.
En los circuitos de AT, tanto la frecuencia como la amplitud de
la TTR en el defecto kilométrico pueden reducirse mediante resistencias de
pequeño valor, del orden de los 40 a 100 Ω, conectadas en paralelo con el
interruptor.
Con estas características, la corriente que realmente tendrá que
cortar el interruptor será además mucho más reducida.
FUENTE:
Curso de Aparamenta Eléctrica: Manuel Cortes Cherta
POSTS RELACIONADOS:
Sobretensiones
de maniobra
Problemática
de la conexión y desconexión de largas líneas con su extremo abierto
http://imseingenieria.blogspot.com/2018/02/problematica-de-la-conexion-y.html
No hay comentarios:
Publicar un comentario