El retardo del disparo por desbalance de un banco de capacitores es un compromiso: lo más corto posible para limitar el daño por arco y la sobretensión en las unidades sanas, y lo bastante largo para no disparar con la energización, fallas a tierra del sistema, maniobras vecinas o polos no simultáneos. IEEE C37.99-2000 considera adecuado 0,1 s para la mayoría de las aplicaciones y pide bloqueo del cierre tras un disparo.
Respuesta corta
El tiempo de la protección de desbalance de un banco de capacitores es un compromiso entre dos riesgos. Si el retardo es largo, un arco o una falla en cascada puede dañar el banco y poner en peligro a las personas. Si es demasiado corto, la protección dispara con la energización, con una falla a tierra del sistema o con una maniobra cercana. IEEE C37.99-2000 considera adecuado 0,1 s para la mayoría de las aplicaciones, con ajustes distintos para esquemas que responden a la tensión de secuencia cero del sistema. La alarma, en cambio, lleva un retardo suficiente para ignorar perturbaciones externas.
Qué funciones cumple el desbalance
La cláusula 8.1 enumera tres funciones, y cada una pide un tiempo diferente:
| Función | Qué detecta | Tiempo que pide |
|---|---|---|
| Disparo rápido | Un desbalance que indica posible arco externo o una falla en cascada | Lo más corto posible |
| Alarma temprana | Operación de fusibles (unidades con fusible) o falla de elementos (sin fusible) | Con retardo suficiente para no alarmar por disturbios externos |
| Disparo por unidades sanas en riesgo | Un desbalance grande que indica que seguir operando dañaría unidades sanas, fusibles o un filtro | Breve, pero con margen respecto de las maniobras |
Las funciones de disparo rápido y de disparo por unidades en riesgo se combinan con frecuencia: el nivel de disparo se fija según la segunda y el tiempo según la primera. La norma señala que este arreglo funciona bien en la mayoría de las aplicaciones.
La función es la protección de desbalance (ANSI 60); los esquemas con corriente de neutro, como el de estrella a tierra, imponen su propio retardo.
Lo más corto posible: por qué
La cláusula 8.2.4 pide minimizar el retardo por tres razones:
- Reducir el daño de un arco dentro de la estructura del banco.
- Evitar que las unidades restantes queden expuestas a sobretensiones por encima de lo permitido.
- En una condición de fase única o de fase abierta, evitar daños al transformador de corriente o de tensión y al sistema de relés.
La guía de arco externo y fallas de bastidor explica por qué los retardos más cortos que se han usado, de hasta 0,05 s, no deben bajar del tiempo máximo de despeje de los fusibles (cláusula 7.1.5).
Lo necesario: contra qué hay que esperar
El mismo apartado fija el otro límite. El relé de disparo debe tener tiempo suficiente para no operar por:
- Energización (inrush). La corriente transitoria al cerrar el banco y el tiempo de asentamiento del sistema de protección. Algunos transformadores de tensión capacitivos que formen parte del esquema tienen respuesta transitoria propia que obliga a retardar.
- Fallas a tierra del sistema. En esquemas que responden a la tensión del sistema, el retardo debe ser algo mayor que el despeje de la protección aguas arriba, para no disparar por una falla ajena al banco. La norma advierte que retardos más largos aumentan la probabilidad de una falla catastrófica en el banco.
- Maniobras de equipos cercanos.
- Polos del interruptor que no operan a la vez. Con un banco a tierra, la falla de un polo del equipo de maniobra o una fase abierta por un fusible quemado hacen circular corriente homopolar por los relés de tierra del sistema. La protección del banco, incluido el tiempo de operación del interruptor, debe coordinarse con ellos para no disparar carga.
Para la mayoría de las aplicaciones, la norma considera adecuado 0,1 s. Para esquemas que responden a la tensión del sistema, o sea a una falla a tierra, el retardo debe ser ligeramente mayor que el tiempo de despeje aguas arriba. Un esquema que compensa o no responde al desequilibrio del sistema evita ese alargamiento.
Un disparo muy rápido puede confundir una maniobra con una falla; el desbalance inherente y error de medida y las indicaciones ambiguas explican qué señal se espera de un banco sano.
Bloqueo de cierre
La norma pide (cláusula 8.2.4 e) que el esquema tenga una función de bloqueo que impida cerrar el equipo de maniobra por descuido si ya hubo un disparo por desbalance. También señala que si la falla de un polo o la fase abierta por un fusible principal pudiera mantener una tensión mayor a la que soporta el relé, el relé de bloqueo debe desenergizar el relé de tensión del desbalance (cláusula 8.2.4 g).
La alarma
Según la cláusula 8.2.5, la alarma de desbalance se ajusta para tener en cuenta el desbalance inherente del banco: el nivel de operación se pone en alrededor de la mitad de la señal que resultaría del cálculo con un banco ideal. Y necesita retardo suficiente para superar perturbaciones externas, para no alarmar por eventos que no son fallas del banco. Su relación con la compensación se explica en la guía de desbalance inherente.
El nivel de disparo se ubica, para tener en cuenta el desbalance inherente, a medio camino entre el escalón crítico y el escalón anterior. El escalón crítico es el número de fusibles operados o elementos en corto que lleva las unidades sanas por encima de 110 % de su tensión nominal, o al máximo continuo que recomiende el fabricante (cláusula 8.2.4 f).
Para el arco entre bastidores, que puede no dar alarma previa, vea el arco externo y fallas de bastidor. El respaldo con sobrecorriente y falla de interruptor está en sobrecorriente y falla de interruptor en un banco.
Protección de los propios relés y TC
Las cláusulas 8.2.8 y 8.2.9 recuerdan que el sistema de desbalance también debe protegerse:
- El relé debe estar protegido contra transitorios dañinos en el cableado de control.
- Si un equipo de maniobra falla, el relé de bloqueo debe poner en corto el secundario del TC de neutro tras operar. La resistencia de carga del TC, si existe, debe soportar el calentamiento rápido de una fase abierta mientras opera la protección.
- Los TC de neutro pueden recibir transitorios de alta tensión por la maniobra o la descarga del banco hacia fallas cercanas. Si se usan varistores (MOV) para protegerlos, deben tener energía suficiente, porque un MOV en corto puede dejar sin efecto el desbalance.
Qué no hacer
- No fijar el retardo por debajo del despeje del fusible.
- No dar a la alarma el mismo tiempo que al disparo: no tienen el mismo propósito.
- No omitir el bloqueo de cierre.
- No usar el valor de la norma como ajuste sin estudio del banco.
Cuándo llamarnos
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Referencias
- IEEE C37.99-2000, IEEE Guide for the Protection of Shunt Capacitor Banks, cláusulas 7.1.5, 8.1, 8.2.4, 8.2.5, 8.2.8 y 8.2.9.
Preguntas frecuentes
¿Cuánto retardo suele tener el disparo por desbalance de un banco?
IEEE C37.99-2000 (cl. 8.2.4) indica que para la mayoría de las aplicaciones 0,1 s es adecuado. Con esquemas sensibles a fallas a tierra del sistema, el retardo debe ser algo mayor que el tiempo de despeje de la protección aguas arriba. Cada banco requiere su propio estudio; el valor de la norma es un orden de magnitud, no un ajuste.
¿Por qué no se dispara de inmediato, sin retardo alguno?
Porque la energización, las fallas a tierra del sistema, la maniobra de equipos cercanos y los polos del interruptor que no cierran al mismo tiempo producen señales que el relé podría leer como desbalance. Un retardo mínimo evita disparos en falso sin dejar el banco expuesto de forma significativa.
¿Después de un disparo por desbalance se puede volver a cerrar el banco?
No de inmediato. La norma pide que el esquema tenga un bloqueo que impida cerrar el equipo de maniobra tras un disparo por desbalance. Se cierra de nuevo solo después de revisar el banco y localizar las unidades dañadas.