Pruebas integrales a reconectador o recloser, y esquemas de protección 50/51.
Esta propuesta contempla comprobar el buen funcionamiento de todos los componentes de un esquema de protecciones, incluidos el reconectador o recloser abarcando la protección de sobrecorriente, el relevador de re-cierre, el interruptor de potencia, los transformadores de corriente y los cableados.
Esto se logra aplicando corriente primaria a las boquillas del interruptor para provocar la operación del relevador, el disparo del interruptor y la operación del relevador del re-cierre para cerrar el interruptor. Todo el proceso y sus parámetros son registradas en una oscilografía mediante un software que permite obtener una tabla con los resultados de la prueba y finalmente se obtiene un reporte que registra y documenta dichos resultados.
I. INTRODUCCIÓN
El esquema de protección para un alimentador de media tensión está compuesto por los siguientes elementos:
- Interruptor de Potencia.
- Transformador de Corriente.
- Relevador de Protección (50/51).
- Relevador de Re-cierre (79).
- Cables de Corriente.
- Cables de apertura y cierre.
- Fuente de Alimentación de C. D.
La figura D1 muestra estos elementos.
Para comprobar, medir, registrar y documentar el desempeño de cada uno de los elementos nos auxiliamos de un software que nos permite registrar una Oscilografía a partir del cual:
La forma más sencilla y rápida de comprobar el correcto desempeño de todos los componentes del esquema, y del reconectador o recloser, es mediante la aplicación de una corriente primaria directamente a las boquillas del interruptor para simular una falla real.
- Se puede hacer un análisis del comportamiento del esquema de protección.
- Se obtienen los parámetros medibles de la falla y representarlos en una gráfica de Tiempo-Corriente.
- Se obtiene un reporte de los resultados de la prueba en forma automática.
II. DESARROLLO.
Para realizar las pruebas se requiere de tres elementos:
Una fuente de Alta Corriente con la capacidad de suministrar corrientes que alcancen 1000 o 2000 Amperes o según se requiera.
Un elemento para capturar el valor de la corriente aplicada en tiempo real y transformarla a datos digitales CAD.
Un software para registrar una Oscilografía mediante el cual se pueden obtener todos los parámetros de la prueba.
- La Fuente de Corriente. Esta puede ser cualquier fuente de corriente que tenga la capacidad de proporcionar la corriente requerida para la prueba no requiere cronómetro ni medios externos para arranque y paro.
- Elemento de captura. Este consiste de un transformador de corriente que convierte la corriente primaria a valores adecuados para la entrada de un elemento electrónico para convertir la señal analógica a una señal digital de manera que pueda ser interpretada por un microprocesador que se encuentra en una computadora digital.
- El Software. Este representa la parte más importante de esta propuesta y realiza en primera instancia el registro de una oscilografía del evento a partir del cual se obtienen los diferentes parámetros de la prueba.
La prueba se lleva a cabo realizando las conexiones mostradas en la fig. D2, mientras el software instalado en una PC permite iniciar la aplicación de la corriente suministrada por la fuente y simultaneamente iniciar el registro oscilografico. Al concluir el periodo de registro despliega la oscilografia de la prueba en una ventana (fig. D3) mientras que en otra ventana se muestran los parametros obtenidos de la prueba (fig. D8).
Fig.D2 Conexión para la aplicación de corriente primaria
Fig. D3 Registro Oscilográfico de una prueba de Restaurador. En el costado derecho se observan los valores de tiempos y corrientes de la secuencia de eventos.
Fig. D4 Valores obtenidos del registro Oscilográfico.
PRUEBAS A RECONECTADOR O RECLOSER
Para obtener varios puntos de operación del relevador 51 de un esquema de sobre-corriente de tiempo inverso, en un solo registro, se aplica un valor diferente de corriente en cada falla de una secuencia de varios intentos de cierre. Esto nos permite obtener un registro oscilográfico como el de la figura D3, donde se pueden apreciar cuatro fallas completas, cada una con diferentes magnitudes de corriente y diferentes tiempos de operación después de cada intento de cierre.
Con esta prueba se confirman los siguientes eventos:
- Con la operación del relevador 51 se comprueba el buen estado del cable de corriente.
- Con la apertura del interruptor se comprueba el buen estado del cable de disparo y del propio interruptor de potencia.
- Con el cierre del interruptor por acción del 79 se comprueba el buen estado del cable de cierre y también del propio interruptor.
En la figura D4 se presenta una amplificación de la figura D3 para mostrar los parámetros que se obtienen del registro oscilográfico
1.- Magnitud de la corriente de la primera falla.
2.- Tiempo de duración de la primera falla.
3.- Tiempo del primer re-cierre.
4.- Tiempo de duración de la segunda falla.
5.- Magnitud de la corriente de la segunda falla.
El software también permite amplificar cada evento para un análisis más detallado como en la figura D5 donde se pueden observar los picos de la corriente y su valor RMS, también se observa el instante de inicio y final de la falla.
Una vez obtenidos los valores de Tiempos de operación y Magnitudes de Corriente de cada evento, estos se trazan en una gráfica logarítmica donde además se puede trazar la curva Tiempo-Corriente determinada por los parámetros ajustados en el dispositivo de protección. Esta grafica se muestra en la figura D6. Los valores resultantes de la prueba se resumen en la Figura D7.
Fig D5
Descripción de los parámetros de la tabla Fig, D7.
XIMF: Múltiplo de la corriente mínima de operación aplicada en la prueba (pick up).
IPRUEBA: Corriente aplicada en la prueba en Amperes.
TDURF: Tiempo de Duración de la Falla en Segundos.
Tn-79: Tiempos de operación de los (79) Re-cierres.
TESP51: Tiempo esperado de operación del 51.
TTESP: Tiempo total esperado (TESP51+ TOP52)
TDIF: Tiempo diferencial (TDURF-TESP51)
TOP52: Tiempo de operación del Interruptor.
En la gráfica de la figura D6 se pueden observar la diferencia entre la curva de operación esperada y los puntos reales de operación obtenidos mediante la prueba, las diferencias entre los tiempos se muestran en la columna TDIF de la figura D7.
Fig D6
Fig D7
III. APLICACIÓN
Es muy común que para realizar mantenimiento a los esquemas de protección se lleven a cabo pruebas de cada uno de los elementos que integran el esquema en forma independiente, lo cual es correcto y necesario para asegurar la integridad y confiabilidad del esquema.
En este documento se presenta una propuesta para realizar pruebas a todo el conjunto de elementos que conforman el esquema de protección por sobre-corriente mediante la aplicación de corriente primaria, esta propuesta no es una novedad, pero no ha sido práctica generalizada debido a que no se cuenta con un equipo que facilite la realización de las pruebas de esta manera.
La inyección de corriente primaria al esquema de protección nos permite comprobar el estado de los elementos tales como: Los ajustes de las Protecciones 50/51, la fase correcta, la RTC, la correcta conexión de los cables de corrientes, la apertura del interruptor que implica la correcta conexión de los cables de disparo, el tiempo de libramiento de la falla y el tiempo de restauración después de una falla.
La propuesta se puede considerar como una prueba rápida del esquema para comprobar el buen estado y la confiabilidad del mismo.
La fuente de Alta Corriente conjuntamente con el Software conforman el Equipo necesario para realizar las pruebas de los esquemas de Sobre-corriente mediante inyección de Corriente Primaria para:
- Esquema Interruptor- Relevador 50/51- 79
- Restauradores de distribución.
En la Figura D9 se muestra un reporte de pruebas a un restaurador de distribución, el cual presenta mayor cantidad de datos que un esquema Interruptor-Relevador.
En este reporte se incluyen:
Los datos de identificación del Interruptor bajo prueba.
Ajustes de la protección 50/51 para Fallas entre Fases.
Ajustes de la protección 50/51 para Fallas a Tierra.
Resultados para las fallas: AN, BN, CN, AB, BC y CA.
Fig D8
Fig D9
VIDEO DEMOSTRATIVO
IV. CONCLUSIONES
- Es factible realizar pruebas a los esquemas de protecciones mediante inyección de corriente primaria usando una Fuente de Alta Corriente controlado por un Software que permite registrar, analizar y documentar las pruebas de conjunto a los esquemas de protecciones por sobre-corriente.
- Esta es una prueba rápida que nos permite comprobar el correcto funcionamiento de los esquemas de protección por corriente.
- Se reducen en gran medida los tiempos para la realización de las pruebas a los esquemas de protección incluyendo los restauradores montados en la red ya que no hay necesidad de desconectarlos ni llevarlos a un laboratorio de pruebas.
- Al reducir el tiempo de realización de las pruebas se reducen también los costos para la realización de las mismas.
REFERENCIAS.
[1] Applied Protective Relaying.Westinghouse Electric Corporation, 1982
[2] USER GUIDE NI USB-6008/6009, Bus-Powered Multifunction DAQ, National Instruments. [3] LabVIEW Graphical Programming, Fifth Edition,McGraw-Hill Companies.
Richard Jennings,2019.
[4] Instruction Manual SEL-351-0.Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. 2002.