Consideraciones para la selección de TCs en un relé diferencial de porcentaje para protección de un transformador de poder

Exprese y explique cuáles son las consideraciones que se deben tener en cuenta para la correcta selección de los TCs correspondientes a un relé diferencial de porcentaje para protección de un transformador de poder.

I) La corriente nominal del trafo en cada lado para especificar la razón de transformación de los TCs

II) La máxima corriente de cortocircuito en cada lado, con el objeto de especificar la corriente térmica del relé, y con ella, la corriente dinámica y luego el Nº de veces de la Icc máxima respecto de Ip de c/ TC con el objeto de especificar el índice de saturación "n" según VDE o el factor de sobrecorriente o factor límite de precisión nominal según norma IEC que corresponde a 5, 10, 15, 20 o 30, esto para evitar saturación producto de fallas alternas, y en el caso de la norma ANSI/IEEE se debe especificar la tensión en bornes secundarios máxima para la clase de precisión

Explique cuál es la finalidad de disponer de doble pendiente (slope 1 y slope2) en un relé diferencial de porcentaje numérico para protección de un trafo de poder. Confeccione un gráfico adecuado.

I) Slope1: Permite la operación del relé para la condición de falla interna de la zona protegida, donde el valor de sensibilidad está determinada por el error de medida de los TCs, el cambio de tap del trafo, si lo hay, y la corriente de excitación del trafo.

II) Slope 2: Permite la condición de operación, aumentando la pendiente, para la condición de falla externa de modo que el relé no opere.

Expresión y explicación de las ventajas y desventajas de un relé de distancia tipo reactancia para la protección de un sistema de transmisión.

VENTAJAS:

- El relé de reactancia es insensible a la medición de resistencia, por lo tanto, frente a la condición de cortocircuito con resistencia de arco, esta condición no saca al relé de la zona de operación.

DESVENTAJA:

- El relé de reactancia es no direccional por lo que requiere de control direccional mediante un relé direccional, que para protección de distancia se usa el relé de admitancia.

- El relé de reactancia puede operar erróneamente cuando el flujo de potencia por la línea protegida mejore su factor de potencia, ya que en tal circunstancia el valor equivalente de X medida disminuye y puede caer dentro de la zona de operación. Para evitar esta condición se requiere un relé detector de falla, que puede ser un relé de admitancia.

Definición de un esquema de protección de distancia de tres zonas para un sistema interconectado de modo que opere selectivamente y con respaldo, aplicado a una línea, en el que se utiliza relés de impedancia y admitancia. Dibuje el diagrama unilineal del esquema y sus zonas correspondientes

1º zona: Alcance de 80 a 90% de línea AB T1= 1a3 ciclos

2º zona: Alcance de 100% línea AB + 50% de la línea B-C t2=400a800 ms

3º zona: Alcance del 100% línea AB más 100% línea BC más 20 a 25% de línea CD t3= 800 a 1200ms

La tercera zona con el relé de admitancia controla direccionalmente a la 1º y 2º zona con relés de impedancia

Explicación de cómo se considera la condición de energización y de sobreexcitación de un trafo de poder para evitar la operación de la protección diferencial de tecnología digital numérica

I) Para la corriente de excitación se utiliza bloqueo de operación o retención por presencia de contenido de armónico de 2º orden que solamente está presente en la corriente Inrush, lo que la diferencia de una corriente de cortocircuito.

II) Para la coordinación de sobreexcitación, que se produce cuando la razón de voltaje-frecuencia en el trafo, expresado en 0/1 es mayor a 1.05 para transformadores o plena carga, o es mayor a 1.1 para trafos sin carga, lo que da como resultado la aparición de componente de 5º armónico en la corriente (que no está presente en condición de falla) permite bloquear la operación del relé utilizando justamente la característica de bloqueo por 5º armónico.

Explicación de cómo se puede obtener corriente residual en una subestación de transferencia en un sistema eléctrico interconectado que permita polarizar relés direccionales residuales para la protección de líneas de transmisión que se derivan de dicha S/E. Confeccione un diagrama unilineal o elemental adecuado,

La corriente residual para polarización de un relé de sobrecorriente direccional residual, debe ser de característica semidireccional, independiente de donde ocurra la falla residual.

En el caso de una S/E, la corriente residual para polarización se obtiene del neutro de la conexión Y del trafo D/Yt cuando la línea de transmisión se deriva del lado Yt del trafo, lo que se observa en la fig.

Explique por qué razón un relé diferencial es inherentemente selectivo

Un relé direccional es inherentemente selectivo, dado que el principio de operación es por diferencia de corriente medida a la entrada y a la salida del elemento protegido, corrientes que idealmente son idénticas en condición normal, pero cuando ocurre una falla en la zona interior, zona entre los TCs de cada lado, una de las corrientes medidas cambia de dirección con lo cual Id = I1 -(-I2) =/ 0, para el caso de I2 < i1, de esta forma su operación es selectiva.

Explique la razón del por qué los TCs que alimentan un relé diferencial de trafo deben ser conectados de forma inversa a la conexión del trafo de poder. ¿Debe ser siempre así?

La conexión inversa de los TCs respecto de la del trafo de poder es producto de tener que compensar el desfase de las corrientes de cada lado del trafo para poder comparar corrientes que están en fase, tanto en condición normal de operación como en condición de falla interna o externa.

Esta condición debe ser siempre así para el caso de relé electromecánico que protegen trafos en conexión D/Y o Z/Y.

Si el relé es de tecnología numérica, digital microprocesado, no es necesario, ya que el relé puede compensar internamente el desfase entre las corrientes medidas mediante información entregada el relé en la etapa de ajuste, indicándole la conexión del trafo de poder y de los TCs de ambos lados.

Explique fundamentadamente de qué forma es posible bloquear la operación de un relé diferencial de porcentaje numérico de un trafo durante la etapa de energización del trafo

Es posible bloquear la operación producto de la corriente de inrush (I de partida) durante la energización utilizando bloqueo por contenido (presencia) de componente armónico de 2º orden que se encuentra presente en la corriente de Inrush y que no está presente en la corriente de cortocircuito.

De esta forma el relé determina que se está en la etapa de energización del trafo y se bloquea la operación.

Explique fundamentadamente si un relé direccional(67) puede o no por sí mismo detectar una condición de falla y dar la orden de operación a un interruptor.

El relé 67 es un complemento direccional del 51, recordemos que el relé de sobrecorriente solo detecta magnitudes independientes de su dirección, por lo que por sí mismo no detecta una falla pero si orienta el funcionamiento del 51 frente a ciertas condiciones en la dirección de la corriente.

Explique a qué se refiere la siguiente indicación que informa el fabricante de un relé diferencial de porcentaje numérico: "las corrientes de retención 1 y 2, con las que se determina la condición de discriminación de la ocurrencia de una falla interna son corrientes compensadas y filtradas"

Lo que hace referencia al enunciado es a las corrientes que entran al relé 87, las cuales son compensadas en desfases dependiendo de la conexión del dispositivo protegido y son prácticamente iguales ya que %S contempla los errores que se generan en TCs, Tps y los ajustes correspondientes del dispositivo.

Explique adecuadamente y complementando gráficamente, cuáles son los elementos fundamentales que permiten determinar el ajuste del porcentaje de sensibilidad de un relé diferencial de porcentaje para la protección de un trafo de poder.

Las características principales que permiten la calibración de %S a la hora de proteger un Tp son:

- Error de saturación de Tcs

- Error en calibración del relé (electromecánico)

- Error en ajuste del TAP

- Error en Tcs

- Error por pérdida de excitación en TCs y TPs

- Error de seguridad que va del 10 a 15%

Explique de qué forma es posible establecer la coordinación de las protecciones de sobrecorriente de fase direccional en un sistema eléctrico de topología en anillo con una única S/E.

En este caso se debe hacer un análisis un poco más profundo del sistema por lo que se definirá:

1y1' = Relés direccionales de sentidos opuestos en conjunto a un S2

2`y2 = Relé 52 como respaldo de (1)

3'y3 = Relé 52 como respaldo del anterior (3)

Lo que nos lleva a hacer un análisis en ambas direcciones de donde pueda ocurrir la falla,

Explique el objetivo y la condición que debe cumplir la variable de polarización correspondiente a un relé direccional de sobrecorriente

Un relé de sobrecorriente se puede polarizar con tensión como con corriente, siempre y cuando el ángulo de dicha magnitud sea opuesto al ángulo de la impedancia del elemento protegido, además de encontrarse en retraso, con el fin de que al ocurrir una falla esta magnitud quede en fase o prácticamente en fase de modo que cumpla la condición de direccionamiento programado.