Operación de Los Relevadores Estáticos Abril 4

7/24/2019 Operacin de Los Relevadores Estticos Abril 4

1/73

Relevadores y Sistemas de Proteccin de Estado Slido


2/73


Los primeros dispositivos de proteccin que siguieron a los fusibles

para detectar fallas en las fases fueron los relevadores E/M. A

medida que los relevadores se desarrollaban su aplicacin se

e!tendi a otras clases de fallas. La introduccin de los elementos

de bobina mvil y los puentes rectificadores alrededor de "#$%

aceleraron los tiempos de operacin y redu&eron el burden de los

relevadores.Los relevadores de estado slido tambi'n conocidos como

relevadores electrnicos aparecieron en los (%s y presentaron a los

ingenieros de proteccin las siguientes venta&as)

*iempos de operacin m+s cortos

Me&or precisin Me&or adaptacin de la caracter,stica de operacin para

adecuarse a las condiciones del sistema -urden muco m+s reducido Menos mantenimiento na vida mas larga debido a la ausencia de partes mviles


3/73

0ise1o b+sico de los dispositivos de proteccin de

estado slido

Los dispositivos de proteccin de estado slido se ensamblan

generalmente a partir unidades funcionales construidas ellas mismas

de mdulos estandari2ados. Esto ace posible)

La simplificacin de su verificacin usando equipo de prueba

del usuario 3acilita el encontrar fallas y acer correcciones usando

mdulos de reempla2o previamente probados 4nterfaces est+ndar consistentes Adaptacin sencilla a los nuevos requerimientos agregando

mdulos


4/73

5on respecto a la 3ig. $." 60iagrama de bloques de un dispositivo de

estado slido7 las variables de entrada 4 8corriente9 y 8volta&e9

entran al mdulo " que a&usta los niveles de se1ales para el

procesado por los circuitos electrnicos y proporciona el aislamientode la 50 entre ellos y el sistema primario 8*5s y *Ps9.

Los niveles de las se1ales de salida del mdulo "se comparan con

los valores de referencia en el mdulo : que arranca 8pic;s up9 si

ellos e!ceden los valores de referencia y e!cita al timer


5/73

12 3

7

8 6

45

I

U

Ubat

Prueba

Lgica de

DisparoDisparo

3ig. $." 0iagrama de bloques de un dispositivo de estado slido

Alarma

emota


6/73

Los transformadores de entrada reducen las corrientes y los volta&es

secundarios que vienen de los *5s y *Ps del sistema primario

principal a un nivel adecuado para su procesamiento por los

circuitos electrnicos. Al mismo tiempo ellos proporcionan

aislamiento a la 50 entre los *5s y *Ps del sistema primario y loscircuitos electrnicos para evitar que la interferencia los alcance. En

el a9 de la 3igura siguiente se muestra el diagrama simplificado de

un transformador de entrada para convertir la corriente enviada por

el *5 principal en un volta&e de 50 proporcional. En el b9 se muestra

el arreglo trif+sico correspondiente y en el c9 el caso de

transformacin a una se1al de 5A sin rectificacin.

$.< Mdulos -+sicos

$.


7/73

Del !"

Pri#cipal

!I

D

U"A

U"D

a9 5ircuito monof+sico b+sico

!I

U U"A

c9 @ersin sin rectificacin

3ig $.:. *ransformadores de entrada con rectificacin de la se1al de entrada y

una versin sin rectificacin

!I$*ransformador de entrada con pantalla est+tica entre primario y secundario

!I

D

b9 @ersin *rif+sica

D

D

IL1

IL2

IL3


8/73

Los *5s sumadores derivan una se1al monof+sica a partir de las

entradas de varias fases para economi2ar circuitos de medicin y

simplificar los dispositivos de proteccin.

Se usan principalmente en la proteccin diferencial longitudinal 8ilo

piloto9 de l,neas de transmisin y proteccin en la 2ona de barras

colectoras.

Mdulos -+sicos 85ontinua9

*5s sumadores


9/73

3ig $.< 5ircuito de un *5 sumador 8*5S9

Al circuito

de medicin

4L"

4L:

4L


22/73

3iltro de componentes sim'tricas 85ontinua9


Seleccionando apropiadamente los valores de R" R: 5" y 5: la

se1al de salida mn del filtro de componentes sim'tricas se puede

acer igual a cero durante condiciones de carga sim'trica normal

mientras que para un sistema trif+sico asim'trico mnC < H.

Siendo Hel volta&e entre fases en el secundario. n m'todo aGnm+s simple se muestra en la 3ig. $.( para un generador s,ncrono no

aterri2ado. Solamente las corrientes de fase 4L"e 4L


23/73

3iltro de componentes sim'tricas 85ontinua9


Los valores de las resistencias y de las impedancias se escogen detal manera que para una corriente de carga sim'trica R" C NR y

por lo tanto mnC % 83ig. $.(b9. Por otro lado el volta&e de salida para

el sistema de secuencia negativa es grande 83ig. $.(c9


24/73

R"

N

R:

NR

4L"

4L:4L) 3iltro pasa banda para la segunda y quinta armnica)

a9 5urva de respuesta a la frecuencia y

b9 5ircuito de un filtro pasa banda para la :a y $a armnicas

S4/PC se1al de entrada S/PC se1al de salida

%.=

%.?

".:

S/P

S4/P

S/PS4/P

% " : < = $ ( >f / fH

a9 b9

S/PS4/P

4*


28/73

3iltro de armnicas


n filtro pasa ba&as sencillo se muestra en la 3ig. $.?a. En este caso

el circuito sintoni2ado esta formado otra ve2 por la inductancia del

devanado secundario del transformador de entrada y el capacitor

pero la frecuencia resonante es en este caso la frecuencia del

sistema de potencia

3ig. $.?) 5ircuitos del filtro para suprimir) todas las armnicas a9

o una armnica en particular b9

5 S/PS4/P

a9

5"S4/P

b9

S/P5"

Lc


29/73

3iltro de armnicas


El filtro pasa banda pasivo mostrado en la 3ig. $.?b e!trae una

armnica en particular de la se1al de entrada.

Los circuitos de otros filtros analgicos y la derivacin de sus

caracter,sticas se puede encontrar en la literatura por e&emplo enJ$."=K. Los filtros digitales se describen m+s adelante en el 5apitulo

"".


30/73

Medicin de una sola variable

$.


31/73

3ig. $.#) Monitor del l,mite para una sola variablea9 5ircuito b+sico

b9 operacin cuando la se1al de entrada e!cede el a&uste

S/P

S4/P

Pic; up

ResetSPSr

t" t:

b9

S/PS4/P

a9

t" t:

O

O

O

O

OO


32/73


Principios de Medicin

La se1al de salida S/Pes igual a cero con respecto al nivel de se1al

definido como 6% lgico7 durante todo el tiempo en que la se1al de

entrada S4/Ppermanece por aba&o del a&uste de pic;up SP83ig. $.#a

y b9.

Siempre que S4/Pe!ceda el a&uste SP el volta&e en la salida de los

sTitces de trigger est+ con potencial definido como 6" lgico7 y

permanece con ese potencial asta que S4/Pcaiga por deba&o del

valor de reposicin Sr en ese momento la se1al de salida S/Pse

invierte a 6 % lgico 7. La se1al de salida es entonces una onda

cuadrada cuya duracin queda determinada por el tiempo en que la

se1al de entrada es mayor que el a&uste de pic;up y del valor derestablecimiento. Si como en el caso de los relevadores

electromec+nicos la relacin de restablecimiento se define como)

RR C Sr/ SP 8$.>9


33/73



RR C Sr/ SP 8$.>9

0onde Sr es el valor de restablecimiento y SPes el a&uste del pic;

up entonces la relacin RR en los relevadores de sobrecorriente y

sobrevolta&e debe ser menor de ". En contraste con los relevadores

electromec+nicos la relacin RR de los relevadores de estado slido

se puede seleccionar a un valor muy cercano a " pero debe tenerse

en mente que la se1al de salida oscila para relaciones de

restablecimiento mayores de " y el trigger ya no puede llevar a cabo

su funcin.


34/73



0e esta e!plicacin de la operacin que el trigger monitorea el valor

instant+neo de la variable de entrada mientras que los relevadores

electromec+nicos siempre integran la se1al de entrada de alguna

forma u otra y responden al valor integrado.

Simplemente invirtiendo la se1al de salida 8invirtiendo la se1al R de" lgico y %9 se puede acer que la salida permane2ca en " lgico

mientras que la se1al de entrada este por deba&o de la se1al de

restablecimiento y no alcance el valor de pic;up. Entonces la

distincin que tuvo que acerse entre los relevadores E/M de ba&o y

alto volta&e con respecto al valor nominal continuo del relevador de

ba&o volta&e no se aplica a los relevadores de estado slido porquela Gnica diferencia entre las funciones de alto y ba&o volta&e es la

definicin de cual se1al lgica se a de procesar. La funcin del

trigger tambi'n puede ser reali2ada por un amplificador operacional

de acuerdo a la 3ig. $."%.


35/73

3ig. $."%) 3uncin monitor de l,mite reali2ada por un amplificador

operacional traba&ando como una rasuradora con salida

de onda cuadrada

UU

R

R

VD

D

S/P

S4/P


36/73

3ig. $."") Medicin individual a9 y medicin comGn b9 de las tres

corrientes de fase


37/73



5on la ayuda de redes de entrada apropiadas los monitores de

l,mite tambi'n pueden monitorear varias variables. 5omo los *5s

sumadores los rectificadores tambi'n acen posible por e&emplo

que la m+s grande de las tres corrientes sea detectada usando

solamente un monitor de l,mite 8detector de valor m+!imo9.

Entonces la deteccin del valor m+!imo es b+sicamente unrelevador de sobrecorriente monof+sico de acuerdo a la

3ig. $.""b y puede servir para el mismo propsito que los tres

relevadores de sobrecorriente de acuerdo a la 3ig. $.""a.


38/73

3ig. $.":) Principio de un comparador de amplitud para

dos variables de entrada

S4/P"

S4/P:

4*"

4*:

Rect"

Rect:

R"

R:

*rigS/P"

n comparador de amplitudse muestra en la 3ig. $.":. Las dos

variables de entrada S4/P"y S4/P:pueden ser dos corrientes dosvolta&es o una corriente y un volta&e. La cosa esencial es que una de

las dos tenga una influencia operativa en el sistema de medicin

8monitor de l,mite9 y la otra tenga un influencia restrictiva 8es decir

evita el disparo9. Por lo tanto el monitor de l,mite solo produce una

se1al de salida S/P cuando)

Medicin de varias variables) comparador de amplitud


39/73

S4/P" Q S4/P: 8$.?9

donde

S4/P" C variable de entrada de operacin y

S4/P: C variable de entrada de restriccin

Los comparadores de amplitud para dos variables de entrada se

usan en relevadores de diferenciales y de impedancia.

0ado que para satisfacer la ecuacin 8$.?9 se an de comparar dos

valores absolutos las variables de entrada deben ser rectificadas yalisadas. La misma tarea puede ser reali2ada por otro lado con

comparadores de fase siempre y cuando la relacin de fase entre la

suma y la diferencia de las dos variables sea evaluada.


40/73

Medicin de varias variables) comparadores de fase


Los comparadores de fase monitorean el +ngulo de fase entre las

variables de entrada y generan una salida cuando este +ngulo

e!cede o cae por deba&o de un +ngulo previamente establecido.

n diagrama simplificado se muestra en la 3ig. $."


41/73

3ig. $."


42/73

Medicin de varias variables) comparadores de fase


La 3ig. $."


43/73

3ig. $."=) 0iagrama de bloques b+sico a9 y comparacin de las

se1ales b9 en el caso de una medicin combinada de

coincidencia y de nocoincidencia

% &'1( &'2

% &'1( &'2


44/73

S/P

ZY

"

Z "

Y

R

S" SV"

S: SV:

SV"[ SV: C

C SV"DSV:

SV:

SV"

SV"[ SV: C SV"D SV:

D

D

R" R:

R" R:

"

3ig. $."=) 5omparacin de las se1ales en el caso de una medicin

combinada de coincidencia y de nocoincidencia

a9 0iagrama de bloques b+sico


45/73

$.


46/73

3ig. $."$) *imer simple de estado slido) a9 s,mbolos usados para un

timer con a&uste fi&o y uno con a&uste variable\ b9 diagrama

de tiempo de las variables\ c9 5ircuito R/5\ d9 E!cursin

del volta&e 5

S/P0elay

S/P

S4/P

S4/P

a9

%

"

%

"S4/P

S/P

t"td

t:t

t

b9

t" td

5

4/P

t

d9

S4/PC4/P5

R

5

c9


47/73

$.


48/73

$.


49/73

La 3ig. $."( muestra un diagrama simplificado de una fuente de

poder tal como se usa en proteccin formada por un contenedor deenerg,a en 50 8Res9 y un convertidor 50/50.

El contenedor Res incluye el filtro 3 para bloquear la interferencia

sobrepuesta en el volta&e de la bater,a -. El capacitor 5 puentea las

interrupciones cortas de la bater,a de suministro y debe ser lo

suficientemente grande para mantener el suministro a la proteccin

durante el tiempo que le toma a los fusibles etc. despe&ar los cortos

circuitos en la otra carga conectada a la bater,a. 5 se carga v,a la

resistencia R y descarga v,a el diodo 0.


50/73

3ig. $."() nidad de suministro au!iliar de potencia para dispositivos

de estado slido\ a9 diagrama de bloques

b9 circuito simplificado

El volta&e de entrada 4/Pse corta en el convertidor 50/50 y seconvierte en una onda de volta&e cuadrada con una frecuencia de

unos cuantos ;2 y luego se transforma a un valor mas ba&o

mediante el transformador *. ]ue tambi'n proporciona el aislamiento

de 50 entre la entrada y la salida. El volta&e secundario es entonces

rectificado y alisado


51/73

$.) 0iagrama de bloques de una unidad de suministro de

potencia au!iliar

3iltro 5ontenedor 50/5A Etapas de salida 5ircuito Alisador

nidad de

5ontrol y

Supervisin

Regulador de anco

0e pulso*ransformador

de pulsos


52/73

El suministro de la bater,a pasa primero por el filtro R3 y la

proteccin contra sobrevolta&es 8"9 antes de cargar el contenedor de

energ,a 8:9. El volta&e de entrada se convierte entonces en 5A

mediante los transistores y el transformador del regulador de

sTitceo 8


53/73

El contenedor de energ,a es un capacitor electrol,tico robusto que

tambi'n reduce cualquier ri2o en el suministro de la bater,a. Las

salidas de la etapa de puspull 8=9 son los volta&es necesarios para

los circuitos electrnicos. El regulador del anco del pulso 8(9

monitorea los volta&es del rectificador y del circuito alisador 8$9 y

transmite impulsos de control v,a el transformador de impulsos 8>9 ala unidad de supervisin y control 8?9 formando as, un loop de

regulacin r+pido preciso y casi insensible a la carga para los

volta&es de salida. El transformador puspull en 8=9 y el

transformador de impulsos en 8>9 proporcionan aislamiento de 50

entre la bater,a y el suministro a la electrnica. La disponibilidad de

los volta&es de salida es monitoreada en forma continua.


54/73

$.


55/73

$.


56/73

3ig. $."?) 0iagrama simplificado de una lgica de disparo programable


57/73

$.


58/73

3ig. $."#) 0iagrama simplificado de un canal de disparo en una unidad de

disparo para incrementar la potencia y el nGmero de se1ales de

disparo

*R C relevador de disparo au!iliar LE0 C diodo emisor de lu2


59/73

$. nidades de Alarma

Las unidades de alarma son en principio iguales a las unidades de

disparo con e!cepcin de que la capacidad de los contactos de

alarma es normalmente menor que la de las unidades de disparo

ellas tambi'n proporcionan sin embargo aislamiento de 50 entre

los circuitos de medicin y los de salida. Ellas comprenden como

regla posiblemente con pre amplificadores relevadores au!iliaresque pueden ser de atraccin de armadura 83ig.$.:%a9 o reed relays

83ig$.:%b9. Los tiempos de operacin son del orden de

solamente unos cuantos milisegundos..


60/73

3ig. $.:%) E&emplos de unidades de se1ali2acin formadas por

relevadores au!iliares de armadura a9 y relevadores

au!iliares tipo reed relays


61/73

$.


62/73

3ig. $.:") Principio de un opto acoplador

5 C opto acoplador P* C foto transmisor

L)D

&

&

4/P"

4/P

L)D

&

&

4/P:

P!

P!

*"1

/P /P"

/P:

*"2

*"3

1

nidad pto acopladora


63/73

$.


64/73

3ig. $.::) Monitoreo continuo del suministro de au!iliares a los

dispositivos de proteccin de estado slido

L)D

U1

U1

U2

(

(

+

, 1

*-P

Alarma

*-P


65/73

$.


66/73

$.


67/73

$.= 5ombinacin de los mdulos y de las unidades en los

dispositivos de proteccin

Los dispositivos de proteccin de estado slido o sus mdulos

pueden ser combinados en forma relativamente simple para formar

dispositivos de proteccin m+s grandes para reali2ar las diversas

tareas de proteccin. Estos se describen en el siguiente capitulo. Los

e&emplos que se dan mas aba&o se acen con la intencin de e!plicar

los principios generales.

La 3ig.$.:< muestra posibles configuraciones de mdulos est+ndar y

unidades funcionales para lograr un relevador de proteccin de

sobrecorriente a9 y un relevador de proteccin de distancia b9. asta

donde los mdulos y las unidades funcionales e!isten actualmente

como ardTare o son circuitos est+ndar en una biblioteca desoftTare var,a de una aplicacin a otra de un fabricante a otro que

tan frecuente se necesita la funcin etc.

U o 2U#idad u#cio#al o 1a


68/73

U

1b2 3 4 5 6 7

Pic.up

Aco#dicio#amie#to de se/al

0edici# dista#cia-direccio#al

U#idad de tiempo

U#idad de &e/aliaci#

U#idad de Disparo

Lgica de Disparo

8 1I

1a&umi#istro auiliar

U#idad de 0o#itoreo

U#idad de opto acoplamie#to

U#idad u#cio#al o 1 U o 2 U o 3 U o 4 U o 5b

3 4 5 6 7

&umi#istro auiliar

&e/aliaci# Disparo

Aco#dicio#amie#to de se/al

Pic.up 9!rigger

etraso de tiempo

3ig. $.:


69/73

$.$ 5ombinacin de los dispositivos de proteccin para formar

sistemas de proteccin

La continuacin lgica de combinar funciones para formar

dispositivos de proteccin es combinar dispositivos de proteccin

para un elemento particular de la planta primaria para formar un

sistema de proteccin. 0epende nuevamente de los factores antes

mencionados y tambi'n de los requerimientos con respecto al grado

de proteccin redundante y proteccin de respaldo cuando lasolucin final ser+ un sistema con varias unidades de medicin o una

sola unidad de medicin con varios circuitos de entrada.


70/73

^ 3allas entre fases

^ Sobrecarga t'rmica 8durante el periodo de arranque

y operando con carga9

^ 3allas a tierra en el estator

^ peracin en una sola fase 8conductor abierto9

Por e&emplo suponiendo que se tiene un motor de induccin de alto

volta&e de acuerdo con que tiene que ser protegido contra las

siguientes clases de fallas)

5uando menos se necesitan los dispositivos de proteccin siguientes)

^ Sobrecorriente

^ Sobrecarga t'rmica

^ 3alla a tierra

^ Sobrevolta&e

5ada uno de los dispositivos de proteccin anteriores puede ser


71/73

5ada uno de los dispositivos de proteccin anteriores puede ser

ensamblado de acuerdo a la Seccin $.= 83ig.$.:


72/73

Ho siempre se recomienda pero algunas veces se &ustifica por

ra2ones de costo la combinacin de dispositivos de proteccin para

diferentes elementos de la planta primaria tal como se muestra en la

3ig. $.:$ para un grupo de drives au!iliares de Alto @olta&e en una

planta de potencia. La desventa&a obvia operacional de tal arreglo es

que cuando un elemento de la planta salga fuera de servicio 8por

e&emplo a mantenimiento9 su proteccin aun est+ en operacin y

puede generar se1ales de disparo.

3ig. $.:$. 5ombinacin de los dispositivos de proteccin para varios

drives de A@

&istema de Protecci# o=1




Dri>e o=1

Dri>e o=2

Dri>e o=3

Dri>e o=4


73/73

3in de la Presentacin


Operación de Los Relevadores Estáticos Abril 4

Documents

Transcript of Operación de Los Relevadores Estáticos Abril 4