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Protección de Filtros de Armónicas
Introducción
La protección de los filtros de armónicas es diferente que la de un banco de condensadores paralelos. Normalmente los bancos de condensadores paralelos están protegidas de la ruptura de la caja por la expulsión o por los fusibles de corriente limitada. Para los bancos de condensadores con gabinete metálico, se usan fusibles de corriente limitada de amplio rango, ya que estos no expulsan gas durante la interrupción y limitan el daño de falla. Además de la protección de la ruptura de la caja, los bancos de condensadores aisladas están protegidas por un sistema de protección desequilibrado que protege los condensadores restantes en buen estado de las sobretensiones (debido al cambio de tensión neutral) que ocurre cuando se quema un fusible del condensador. Las preocupaciones de la protección anterior del condensador también se aplica a los filtros de armónicas, pero los filtros tienen una preocupación de protección de sobretensión adicional para el o los reactores de sintonización. La siguiente discusión proporciona una información de fondo en la protección de serie de filtro armónico.
La figura a continuación muestra un sistema comprensivo de la protección del filtro de armónicas. La figura muestra un rompedor alimentador de serie de filtro conectado a un filtro armónico de conexión aislada en Y. Varios relés diferentes se muestran con su designación de número ANSI. Los transformadores de corriente proporcionan la señal de corriente requerida para estos relés. Un conmutador principal de desconexión y los fusibles principales se muestran a continuación de un conjunto de conmutadores de vacío que se usan para encender y apagar automáticamente el banco. En algunos casos el rompedor alimentador puede formar una parte integral de la serie de filtro armónico con gabinete metálico. En ese caso, los fusibles principales y el conmutador de desconexión pueden ser innecesarios.
Figura 1 - Típico sistema de protección de filtro armónico
Se pueden realizar los siguientes puntos en relación con la figura 1.
• Los sistemas aislados resistivos pueden tener un nivel bajo de corriente de falla a tierra y puede que no sean detectados por los relés de sobretensión de fase estándar o los fusibles principales de desconexión. Por lo tanto, los relés de 50/51N o 50GS pueden ser necesarios.
• Un rompedor alimentador de corriente arriba o un rompedor de circuito de vacío de presentación en tierra integral dentro de las serie de filtro con gabinete metálico proporcionará una interrupción de corriente por las fallas en el lado de la línea de los condensadores y puede eliminar el requerimiento para los fusibles y conmutadores de desconexión principal.
La protección de una serie de filtro se puede dividir en dos partes, protección del condensador y protección del reactor.
Protección Del Reactor
El reactor de sintonización debería estar protegido de fallas y sobretensiones. Las sobretensiones pueden ocurrir por cualquiera de las siguientes razones:
- La adición de mecanismos productores de armónicos en el sistema industrial o cerca del sistema de distribución de utilidad.
- Un aumento en la distorsión de tensión armónica del ambiente.
- El mal funcionamiento de una carga no lineal.
- Un cambio en el punto de sintonización debido a un fusible de condensador quemado.
- Una condición de sobretensión.
Se logra una mejor protección de la sobretensión por un relé de sobretensión térmica (Mecanismo 49) ensamblada en cada fase de la serie de filtro. Este relé es sensible a la corriente RMS y a la temperatura ambiente y se puede fijar para activar en los valores de corriente RMS que causará daños al reactor. Esta sensible protección no se puede lograr con los fusibles y es más sensible que un relé 51 regular. El relé térmico debería estar conectado para activar las series de filtro ya sea por la conmutación de vacío de la serie de filtro interno (para los bancos de múltiples etapas con la protección de etapa independiente) o el rompedor de circuito corriente arriba.
Además de la protección de sobretensión, los reactores también deberían estar protegidos por fase y fallas de puesta a tierra. La protección contra los defectos de fase se puede lograr con los fusibles de corriente limitada en los conmutadores de desconexión principales o por los relés 50/51 en el suministro de serie de filtro. Si no se van a utilizar los relés, deberían conectarse para activar el rompedor alimentador o el próximo mecanismo corriente arriba ya que la mayoría de los conmutadores de bancos de condensadores (conmutadores de aceite, igualador de presión, y contactores de vacío) no son clasificados para interrumpir los defectos de corrientes.
Si el núcleo del reactor es de hierro (series de filtro cerradas normalmente lo son), se debería tener consideración al instalar los fusibles de corriente limitada en la desconexión principal, incluso si existe un rompedor alimentador o un rompedor integral. La preocupación principal es la abrazadera del reactor de núcleo de hierro. Durante el defecto del reactor de carga de costado, alta tensión se aplica a través del reactor de núcleo de hierro, y satura su baja resistencia de núcleo de aire.
Si esta saturación no está justificada en el diseño original (normalmente no es debido al costo), se deberían los fusibles de corriente limitada. No se necesita una protección de defecto de puesta a tierra en sistemas de puesta a tierra ya que pueden ser detectados por los mecanismos protectores de defecto de fase. Los sistemas de puesta a tierra resistivos, sin embargo, normalmente se necesita un mecanismo de 50GS o 50/51N. Estos mecanismos pueden detectar bajos niveles de defectos de puesta a tierra y pueden ser conectados para activar el disyuntor corriente arriba o los conmutadores de la serie de filtro si la clasificación de la resistencia es lo suficientemente baja.
PROTECCIÓN DEL CONDENSADOR
Las series de condensadores deberían estar protegidas contra la ruptura de caja (debido a defectos de condensador interno) y sobretensiones de los fusibles quemados de los condensadores. Esta función de protección debería ser desconectada si uno de los fusibles principales de desconexión se quema. Esta función de protección se logra con bancos de condensadores de conexión simple en Y de puesta a tierra con sistemas de protección neutral desequilibrados. La figura a continuación muestra los detalles de un típico sistema de protección neutral desequilibrado. La figura muestra la “fusión individual del condensador” (contra el “grupo de fusión”) y un sistema de detección desequilibrado. La “fusión individual del condensador” es casi siempre necesario en bancos de condensadores en puesta a tierra ya que un condensador defectuoso sólo traza tres veces la clasificación de las bancos. Además, los fusibles de corriente limitada de amplio rango de alta clasificación son caros. Los fusibles deberían tener una clasificación de tensión igual a la tensión bifásica, a menos que sean probados por tensiones que excedan su clasificación habitual. Estos fusibles de condensadores se deberían coordinar con los fusibles de desconexión de corriente arriba, relés térmicos y relés de sobretensión.
Figura 2 - Sistema de Protección desequilibrada por la detección de tensión neutral
El sistema de protección desequilibrado consiste de un mecanismo de detección de tensión neutral tal como se muestra en la figura 2. Este mecanismo está clasificado para un potencial de línea total ya que puede estar sujeto a una tensión total de línea durante condiciones anormales de sistema o cuando el fusible del condensador se abre. El censor de tensión neutral tiene una lata impedancia ya que se debería dejar la serie de filtro en puesta a tierra. El relé (mecanismo 59) normalmente se activa para activar el banco desconectada para tensiones neutrales (resultando de un fusibles de condensador quemado) que pueden causar daños a los condensadores restantes no defectuosos debido a la desintonización o cambio de tensión neutral. El sistema estándar de protección de NEPSI tiene dos puntos de activación.
La activación del “nivel 1” alarmará al personal de la planta de un fusible quemado, mientras que el “nivel 2” activará ya sea los conmutadores de serie de filtro o el disyuntor corriente arriba. Es importante que este relé esté coordinado con los relés de defecto de puesta a tierra corriente arriba para que no se active durante los defectos de puesta a tierra corriente arriba. Además del sistema de protección anterior, es deseable tener una protección de sobretensión en la serie de filtro si el sistema eléctrico no está equipado con uno. La preocupación principal son las sobretensiones que pueden ocurrir durante una carga reducida y en condiciones de defecto de puesta a tierra.
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