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ALFEX SA

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Aplicación relés tensión homopolar

Aplicación relés tensión homopolar Fallas en Bancos de Reguladores de 30 kV

APLICACIÓN DE RELES DE TENSION HOMOPOLAR EN INSTALACIONES INDUSTRIALES

Marcos Andrade ALFEX S.A. USUARIO

INTRODUCCION El objetivo del presente informe responde a la necesidad de actualizar los importantes usos del relé de tensión homopolar, en este caso enfatizando su utilización en redes industriales. Se efectúa incluye un repaso del cálculo de tensiones homopolares, de los respectivos circuitos de secuencia para faltas fase tierra y doble fase tierra. Se indican también las formas típicas de conexión y ensayo de estos relés, en este último caso se hace referencia particular al relé RVH110 fabricado por ALFEX SA. La descripción del uso se efectúa como es usual según el tipo de aterramiento del neutro.

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CLAVE

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INSTALACIONES INDUSTRIALES CON RED DE DISTRIBUCION PROPIA EN MEDIA TENSION En la realización de estas consideraciones adoptaremos la terminología del Comité Electrotécnico Internacional que define media tensión para instalaciones entre cuya clase de tensión sea mayor que un kV y menor que 72 kV, y alta tensión para el rango de clases de tensión entre 72 kV y 240 kV. Existen varias industrias, alimentadas en media o alta tensión desde la red de la empresa distribuidora, que por diversas razones utilizan una red interior de media tensión de uso exclusivo de la planta industrial o comercial. Cuando la empresa toma la alimentación directamente desde la red de alta tensión, el motivo de tener una red interior propia en media tensión es obvio por razones de costo de las subestaciones internas. En el caso de alimentación desde la red de media tensión, la causa más frecuente que hace necesaria una red interior es el uso de máquinas, fundamentalmente motores eléctricos de menor tensión que la de la red de alimentación, por ejemplo motores de 2.2 kV, 3 kV o de 6 kV. También se presentan algunos casos donde existen razones históricas, donde el crecimiento de las instalaciones hace que la industria se alimente desde una tensión mayor y en esas situaciones pueden quedar zonas alimentadas desde la tensión anterior. Instalaciones con neutro aislado Se trata en general de instalaciones donde la red de media tensión interior es de muy pequeña extensión, que consiste en un pequeño número de subestaciones conectadas a través de cables subterráneos, aunque se encuentran también instalaciones de este tipo semirurales donde la distribución se realiza mediante el uso de líneas aéreas. En cualquier caso la vinculación capacitiva a tierra de la red es muy pequeña, respondiendo de este modo a un sistema aislado prácticamente teórico.

Una falla a tierra puede permanecer en forma permanente sin ser detectada y el sistema se transforma en ese caso en un sistema que opera con una fase aterrada. El punto donde ocurre la falta prácticamente no drena corriente a tierra (corrientes de algunos miliamperes). La sobretensión que afecta a las fases sanas es del 73% y provoca un esfuerzo adicional sobre el aislamiento de transformadores, motores y http://www.google.com.pe/search?q=cache:WZ5pFjVdeIsJ...nformacion/index.php?Id=2+protección+homopolar&hl=es (2 of 5)26/10/2004 10:55:33 a.m.

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cables. Los cables de potencia, generalmente han sido seleccionados para este tipo de red de forma que puedan operar de forma continua en esta situación. Sin embargo los motores y transformadores sometidos durante largos periodos a esta situación pueden envejecer prematuramente, especialmente los motores. El uso de relés de protección contra sobretensiones homopolares es obligatorio en este caso, su función puede limitarse a la emisión de una alarma que advierta de la presencia de la falla. La búsqueda del punto de falla se hace bastante complicado en este tipo de red debido a que se deben ir realizando desconexiones parciales de diferentes zonas hasta encontrar la zona en falta y luego el punto específico en falta. Las formas de conexión se detallan en el Anexo I y responden a las siguientes posibilidades: ●

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Transformador de potencia con secundario en estrella, alcanza con instalar un relé de sobretensión conectado a través de un transformador de aislamiento entre el neutro de la estrella y tierra. Transformador de potencia con secundario en triángulo ❍ Deben utilizarse en este caso tres transformadores de tensión con conexión estrella con neutro aterrado, estrella con neutro aterrado ❍ Tres transformadores de tensión conexión estrella con neutro aterrado en el primario y triángulo abierto en el secundario.

La tensión primaria de los transformadores de tensión debe responder a la tensión compuesta de la red en consideración. En ambos casos debe considerarse que pueden ocurrir sobretensiones por ferroresonancia, aunque son sencillas de solucionar estableciendo una resistencia de carga adecuada en el circuito ferroresonante. Instalación con neutro aterrado rígidamente En este tipo de sistemas, que presentan corrientes de falta a tierra importantes, y en forma consiguiente un diseño muy exigente sobre las instalaciones de puestas a tierra, aparecen tensiones homopolares muy bajas durante la falta. La confiabilidad de la conexión a tierra del neutro del transformador hace que falle difícilmente y en consecuencia el uso del relé de tensión homopolar no es requerido. Se utilizan señales de tensión homopolar únicamente para relés direccionales de sobrecorriente homopolar previstos para faltas en líneas próximas a la barra de medida. Instalación con neutro aterrado a través de impedancia Son de uso excepcional en este tipo de instalaciones industriales, se utilizan frecuentemente en generadores de media tensión. Son de uso obligatorio si el aterramiento se produce por una impedancia de alto valor, como protección principal o de respaldo Si la puesta a tierra se realiza a través de una impedancia de bajo valor, las sobretensiones homopolares producidas durante la falta son bajas, sin embargo debido a que ocasionalmente aparecen fallas en las impedancias de aterramiento y estas fallas dejan al sistema aislado, el uso de relé de protección por tensión homopolar aparece también

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como obligatorio en estos casos. Instalación con neutro aterrado a través de condensadores No nos referimos en este caso a redes de neutro aislado que debido a su extensión se comportan como aterradas a través de la capacidad de los cables de la red (redes relativamente extensas), sino que nos referimos a instalaciones, no aterradas en el transformador y que utilizan condensadores para corrección del factor de potencia en media tensión con conexión estrella con neutro aterrado. En muchos casos por requerimiento del equipo de maniobra del condensador que no es capaz de operar la maniobrar sobre la carga capacitiva aislada de tierra a tensión nominal, se requiere que la conexión del banco de condensadores sea estrella con neutro aterrado. Estos casos deben ser cuidadosamente estudiados para evitar fenómenos de resonancia. La capacidad de aterramiento es variable según el número de condensadores conectados a tierra. Es preferible de disponerse de una conexión estrella del secundario del transformador de potencia aterrar el neutro rígidamente. Deben tenerse en cuenta las importantes corrientes de circulación por tierra aún en el caso de maniobras de conexión de los bancos de condensadores. El desbalance en las capacidades de cada fase puede también hacer que circulen corrientes permanentes por tierra aunque de magnitudes menores. La utilización de relés de protección homopolar puede ser recomendada en estos casos como respaldo, para la detección adicional de desbalances en la tensión homopolar ante falla de alguno de los elementos. La protección principal será siempre en estos casos por corriente homopolar.

INSTALACIONES INDUSTRIALES CON RED DE MEDIA TENSION ALIMENTADA DIRECTAMENTE DESDE LA RED DE LA EMPRESA DISTRIBUIDORA La red de media tensión interna de la industria se protege de fallas a tierra por relés de sobrecorriente homopolar, sin embargo hay varios casos donde podría existir una falta a tierra en la red de distribución de la empresa distribuidora, que permanezca no detectada y que produzca sobretensiones importantes en la red interna de la planta industrial. Estas situaciones pueden ocurrir cuando la red es alimentada desde una red con neutro aislado con protecciones poco sensibles o inexistentes. El uso de relé de tensión homopolar es recomendado en estos casos.

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También puede ocurrir cuando la red de la empresa distribuidora está aterrada a través de impedancias, generalmente resistencias, o a través de elementos creadores de neutro (reactancias zig-zag o transformadores auxiliares YNd utilizados a estos efectos). En estos casos la falla del elemento de aterramiento hace que el sistema se transforme en aislado y aparezcan sobretensiones importantes y de larga duración. Esta situación es extremadamente peligrosa cuando el creador de neutro de la red distribuidora actúa como un elemento de baja impedancia, de modo que todos los elementos de la red no se seleccionaron de forma de poder soportar sobretensiones en forma permanente. El uso de relé de tensión homopolar es obligatorio en estos casos.

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