Los bancos de capacitores en estrella a tierra de 345 kV o más necesitan detectar la pérdida de una sola unidad, o de pocos elementos, con un diferencial de tensión entre la derivación del banco y la barra, apoyado en capacitores de baja tensión. IEEE C37.99-2000 (cl. 8.2.7 y figura 6) agrega un respaldo redundante de tensión de neutro, relés 59B y 27B de barra que disparan sin bloqueo, sobrecorriente 50/51 y 51N y falla de interruptor.
Respuesta corta
En un banco de capacitores en estrella a tierra de 345 kV o más, la protección de desbalance debe detectar la pérdida de una sola unidad si los fusibles son externos, o de unos pocos elementos si son internos o no hay fusibles. IEEE C37.99-2000 (cláusula 8.2.7) lo resuelve con un diferencial de tensión entre la derivación del banco y la barra, con capacitores de baja tensión de protección, y un respaldo redundante por tensión de neutro. La figura 6 de la norma lo completa con relés de barra 59B y 27B, sobrecorriente y falla de interruptor.
Por qué se necesita un esquema propio
Cuanto mayor es la tensión del banco, más unidades hay en serie y en paralelo, y más pequeña es la señal que produce la pérdida de una unidad. Un esquema simple de neutro, que sirve en bancos pequeños, queda poco sensible, y con transformadores de tensión de mayor relación para soportar la tensión del sistema la señal baja todavía más (cláusula 10.4). Para estos bancos, la norma deja el criterio: detectar la unidad perdida o los pocos elementos antes de que las unidades sanas queden sobreexpuestas.
Esquema principal: diferencial de tensión
El esquema principal de la figura 6 compara la tensión de la derivación del banco con la de la barra, mediante los secundarios de transformadores de tensión conectados a esos dos puntos. Cómo se hace la derivación depende del tipo de banco:
| Tipo de banco | Derivación |
|---|---|
| Con fusibles externos | En muchos casos, un TP por fase conectado sobre uno o más grupos en serie, según la sensibilidad requerida; también se usan capacitores de baja tensión |
| Con fusibles internos | Capacitores de baja tensión de protección |
| Sin fusibles | Capacitores de baja tensión de protección |
La norma menciona que se pueden usar resistencias en serie con los TP para evitar problemas de ferrorresonancia. El principio del diferencial, su compensación y sus tomas están en la guía de diferencial de tensión en estrella a tierra.
El principio de medida y su compensación están en desbalance por diferencial de tensión en estrella a tierra, y el desbalance inherente que compensa, en el desbalance inherente y error de medida.
Respaldo redundante por tensión de neutro
Para estos bancos, la norma indica que normalmente se agrega una protección de respaldo redundante de desbalance por tensión de neutro. El relé de desbalance se conecta a un transformador de tensión que mide la tensión sobre un capacitor de baja tensión en el neutro del banco. Se ajusta para detectar la pérdida de un número especificado de unidades o de elementos, según el tipo de banco, y dispara con retardo si en las unidades restantes aparece una sobretensión superior a la permitida.
Detalles que señala la norma:
- Debe haber un retardo corto para no disparar un banco que ya está en estado de alarma por un transitorio de sobretensión del sistema.
- El relé de sobretensión debe tener un filtro pasabanda de la frecuencia fundamental. Un bloqueo de tercer armónico puede no evitar todas las operaciones falsas.
- Algunos relés compensan el efecto del desequilibrio del sistema: comparan la tensión de neutro con la tensión de delta abierta del TP de la barra en bancos en estrella a tierra, o con la de otro capacitor de baja tensión en bancos de doble estrella.
El criterio de ajuste se desarrolla en las cláusulas 8.2 a 8.6 y depende de cada filosofía de ajuste; no se reproduce aquí.
El esquema de respaldo se explica en desbalance por tensión de neutro en estrella sin tierra; los tiempos de alarma y disparo, en tiempos de alarma y disparo de la protección de desbalance.
Protecciones de barra y de sistema
La figura 6 incluye funciones que no dependen de una falla dentro del banco:
Sobretensión de barra (59B). Para bancos EHV muy grandes, la norma aconseja instalar relés trifásicos de sobretensión que vigilen la tensión de barra y disparen rápido ante una sobretensión extrema. Para evitar disparos por transitorios, en algunos casos se usa un temporizador. Como el disparo no se debe a una falla dentro del banco, el banco no se bloquea (cláusula 7.2.2). Retirar el banco también baja la tensión de la zona. Si los capacitores están expuestos a tensiones combinadas de fundamental y armónicos, la norma recomienda relés que midan el valor de cresta, porque los capacitores modernos de película son sensibles a ese valor. La función general se explica en sobretensión 59.
Pérdida de tensión de barra (27B). En algunos casos hay que disparar el banco si se pierde la tensión de la barra: por una reenergización con carga atrapada, o por energizar el banco sin carga en paralelo a través de un transformador. Un relé 27B dispara con retardo, para no actuar ante fallas del sistema ajenas al banco, y tampoco bloquea el banco (cláusula 7.2.4). La función se describe en subtensión 27.
Sobrecorriente (50/51 y 51N). Para una falla mayor, como una falla entre fases o a tierra, se requiere protección externa. En algunos bancos grandes hay dos juegos redundantes de relés trifásicos 50/51. El neutro 51N lleva una carga baja para limitar las tensiones en el secundario del TC por las corrientes de alta frecuencia que el banco entrega a una falla externa (cláusula 7.2.3).
Falla de interruptor. Si el equipo de maniobra del banco es un interruptor o un interruptor de maniobra (circuit switcher), puede incorporarse una protección de falla de interruptor como respaldo local: si el equipo falla, se dispara a los interruptores adyacentes tras un tiempo. En algunos casos puede requerirse un disparo transferido remoto. La norma pide verificar la capacidad de maniobra capacitiva de esos interruptores adyacentes (cláusula 7.2.6). La función se explica en falla de interruptor 50BF.
Un detalle de los transformadores de tensión
Muchos esquemas de bancos grandes dependen de la tensión. Por ello la norma indica que no se deben instalar fusibles primarios en los TP de estas protecciones, y que el circuito de potencial debe ir directo del TP al panel del relé, sin otras cargas, para que la caída de tensión del cable no afecte al desbalance. Si otra norma exige fusibles primarios, su operación no debe causar la pérdida de la protección: un TP con el primario abierto puede presentar alta impedancia en el secundario e impedir que el relé opere (cláusula 7.2.5).
Qué no hacer
- No dar por suficiente el esquema de un banco pequeño en un banco EHV.
- No omitir el respaldo redundante de desbalance.
- No bloquear el banco por 59B ni por 27B: no son fallas internas.
- No colocar fusibles primarios en los TP de protección sin garantizar que su operación no deje al esquema ciego.
- No olvidar la capacidad capacitiva de los interruptores adyacentes en el esquema de falla de interruptor.
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Referencias
- IEEE C37.99-2000, IEEE Guide for the Protection of Shunt Capacitor Banks, cláusulas 7.2.2, 7.2.3, 7.2.4, 7.2.5, 7.2.6, 8.2.7 y 10.4, figura 6.
Preguntas frecuentes
¿Por qué un banco de muy alta tensión no usa solo una protección de neutro simple?
Porque necesita detectar la pérdida de una unidad (con fusible externo) o de pocos elementos (con fusible interno o sin fusibles). Con tensiones de sistema tan altas, la señal de un neutro simple resulta pequeña. IEEE C37.99-2000 (cl. 8.2.7) plantea un diferencial de tensión entre la derivación del banco y la barra, con respaldo de tensión de neutro.
¿El relé 59B de barra dispara con bloqueo del banco?
No. La norma indica que el disparo por sobretensión de barra no se debe a una falla dentro del banco, por lo que el banco no se bloquea. Puede llevar un temporizador para evitar disparos por sobretensiones transitorias. Lo mismo vale para el disparo por pérdida de tensión (27B).
¿Para qué sirven las resistencias en serie con los TP de la derivación?
Para evitar problemas de ferrorresonancia en los transformadores de tensión que miden la derivación. La norma las menciona como una opción en estos esquemas (cl. 8.2.7).