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Fenómenos transitorios en maniobras
de conmutación en interruptores de poder en redes de AT
Por Christian Leiva, Service LAM Technical Competency and Resource Manager de Alstom Grid Chile.

Durante este tipo de trabajos es posible que ocurran fenómenos transitorios importantes y, por supuesto, nocivos e indeseados. Si bien estos fenómenos transitorios se focalizan en los circuitos de Alta Tensión (AT), muchas veces hemos visto como estos se reflejan incluso hasta las barras de servicios auxiliares, en sistemas de Baja Tensión o en equipos de control y telecomunicaciones.

Al momento de ejecutar este tipo de tareas habituales en las Subestaciones Eléctricas, normalmente se presentan fenómenos transitorios asociados a la operación de los interruptores de poder como, por ejemplo, durante la energización de bancos de condensadores en derivación, reactores en derivación y transformadores de poder, pudiendo ocurrir sobretensiones y/o corrientes de inrush elevadas. Este fenómeno también se presenta durante la des-energización de cargas capacitivas, filtros de armónicas o reactores en derivación, donde se podrán presentar reencendidos y fuertes sobretensiones en la red.

La magnitud de estas perturbaciones dependerá del punto sobre la onda donde se produce la conmutación, es decir, entre el mínimo o máximo valor de la onda sinusoidal durante el cierre o apertura de los contactos principales del interruptor de poder, lo cual ocurre de manera aleatoria e impredecible (en sistemas sin relés de sincronización PoW). Una manera de reducir el impacto de las sobretensiones causadas por los transitorios de conmutación o maniobra, es incorporando dispositivos convencionales, tales como resistencias de pre-inserción, reactores de amortiguación, o descargadores de sobretensiones. Todas estas prácticas dan lugar a un efecto calculado de amortiguación sobre los transitorios, sin embargo, no tratan la esencia del problema, es decir, la conmutación aleatoria con respecto al punto objetivo (conmutación optima, con una mínima perturbación transitoria) sobre la onda de tensión de referencia.


Optimizando el trabajo

Una forma alternativa para hacer frente a los fenómenos transitorios de conmutación es actuar de manera eficiente en la causa raíz de la perturbación, es decir, eliminando la conmutación aleatoria y sustituirla por la estrategia de “Conmutación Controlada” o también llamada “Punto Sobre la Onda (PoW: Point On Wave)”.

La conmutación controlada sobre un punto objetivo de la onda, consiste en la emisión de Órdenes de Maniobra al interruptor de poder (comandos de cierre o apertura) en el punto óptimo de la onda de tensión de referencia. Esta conmutación controlada se puede lograr a través de un Relé de Sincronización de Fases, que gracias a sofisticados algoritmos y una adecuada electrónica y software, es capaz de realizar el rápido procesamiento de señales digitales para conmutar los contactos cuando la tensión a través del interruptor se aproxima al punto objetivo.

La característica principal de un controlador de Sincronización (PoW) consiste en la introducción de un tiempo de espera con un “retardo” adecuado entre el instante en que se recibe una orden de entrada para el funcionamiento del Interruptor de Poder (cualquier sea el comando Cierre o Apertura) y el instante en que comienza realmente la energización de las bobinas de conmutación, de tal manera que la corriente de AT es establecida o interrumpida (dependiendo del caso) en cada fase del circuito de AT, según los puntos de destino u objetivos previamente determinados y seleccionados por el usuario.

Energización de Bancos de Condensadores.

Es importante tener en consideración que la función objetivo o punto para el inicio o la interrupción de la corriente de AT en cada polo dependerá del tipo de carga que se está conmutando (Transformador, Reactor, Banco de Capacitores, Líneas) y, además, del modo de conexión del neutro (con conexión a tierra, aislado).

Por ejemplo, para el caso de la energización de un transformador de poder, intuitivamente reconocemos la dificultad que se presenta durante la maniobra de cierre, debido a las corrientes de inrush, por lo tanto, una maniobra de cierre será exitosa si ocurre en el cruce por cero de corriente de cada fase. Por otra parte, sabemos que en una carga plenamente inductiva, la corriente estará atrasada 90° respecto al voltaje, lo cual significa que cuando la tensión de referencia se encuentre en su máximo de tensión, la corriente se encontrará en el paso del cruce por cero, momento ideal para realizar la conmutación con las mínimas perturbaciones en la red y esfuerzos para el interruptor de poder. Cabe señalar que los relés de sincronización de fases actúan solo durante las maniobras normales de explotación, no interviniendo en caso de fallas. Es decir, los relés de protección siempre actuarán directamente sobre los equipos de conmutación.

El éxito de las operaciones de maniobra controladas está condicionada a la capacidad del relé de Sincronización de Fases para evaluar de antemano, la tensión de referencia; lado de la fuente (para la apertura simple y operaciones de cierre) o del voltaje a través de los polos del interruptor (para las operaciones de re-cierre), así como de las características y la consistencia del circuito operación del interruptor en todas las condiciones de funcionamiento y ambientales.
 

Resumen

Maniobra de Cierre en un máximo de tensión.

1. Los relés de Sincronización de Fases, son actualmente la mejor alternativa frente a los sistemas convencionales utilizados para la reducción de los fenómenos transitorios de maniobras en redes de Alta Tensión, debido al menor costo y mayor flexibilidad.

2. Los relés de Sincronización de Fases, son soluciones efectivas para las siguientes aplicaciones:

Energización y desenergizaciónde los Reactores de Poder, Bancos de Condensadores y Transformadores de Poder.

Energización y re-energización de las líneas de transmisión no compensadas.

Energización y de re-energización de líneas de transmisión con compensación de reactores en derivación.
 
Conmutación dual. Por ejemplo (cierre) de las líneas y transformadores en anillo y de Interruptor y Medio.

3. Los beneficios directos para los usuarios, es aumentar la vida útil de los equipos primarios de maniobra, además de brindar mayor protección y estabilidad a las redes de AT.

Abril 2014
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