Este frenado es únicamente aplicable a transformadores y autotransformadores y no al resto de máquinas.
La energización de un transformador produce intensidades de magnetización con un alto contenido de armónicos pares (sobre todo, segundo y cuarto armónicos). Este fenómeno es agravado por la posible magnetización remanente presente en el transformador. Durante tal proceso, la intensidad por el lado de energización es mucho mayor, ya que tiene que aportar la energía necesaria para la magnetización del núcleo. Este hecho hace que aparezca una fuerte intensidad diferencial durante un tiempo que puede llegar a ser de varias decenas de ciclos. Si no se toman las precauciones oportunas, la unidad diferencial puede llegar a operar. Para evitarlo, se extraen el segundo y cuarto armónicos presentes en la intensidad diferencial y se utilizan para desensibilizar la unidad de medida, de forma que, a mayor contenido de dichos armónicos, mayor es la intensidad diferencial necesaria para la operación de la unidad.
Asimismo, la explotación del transformador en situaciones de sobreexcitación (sobretensión y subfrecuencia) da lugar a un fenómeno similar con la aparición de una intensidad diferencial y, simultáneamente, de un alto contenido de armónicos impares (sobre todo, tercero y quinto armónicos). Esta última circunstancia es aprovechada para la detección del fenómeno y provocar la insensibilización de la unidad con objeto de evitar un disparo bajo tales circunstancias.
Existen cuatro ajustes que permiten activar o desactivar el frenado por 2º, 3º, 4º y 5º armónico, siendo también ajustables las pendientes para frenar la operación de la unidad. Por lo tanto, la gráfica del frenado por armónicos es una línea recta.
figura 3.1.2: característica del frenado por armónicos
La intensidad diferencial calculada a partir de la intensidad con contenido armónico (2º, 3º, 4º ó 5º) se añade a la intensidad diferencial obtenida a partir de la característica de frenado porcentual, es decir:
k
I
I
I
I
I
diff harm porcentual frenado diff armóni frenado diff porcentual frenado diff diff . cos.
La unidad diferencial instantánea no está sometida al frenado por el contenido de armónicos para evitar que una falta real sea frenada durante un tiempo innecesario y dañe al transformador.
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3.1.10.a Bloqueo por armónicos y “Cross Blocking”
Existe la posibilidad de bloquear totalmente la operación de la unidad diferencial con frenado cuando los niveles de 2º, 3º, 4º y/o 5º armónicos superen unos porcentajes ajustables sobre el valor de la intensidad de frecuencia nominal.
Para esto, existen cuatro ajustes independientes que habilitan o deshabilitan el bloqueo por 2º, 3º, 4º y por 5º armónicos, así como otros cuatro ajustes porcentuales de 2º, 3º, 4º y 5º armónicos que han de superarse para que se produzca el bloqueo. Estos ajustes porcentuales representan el valor eficaz de armónicos en la intensidad diferencial respecto al valor eficaz de la componente fundamental de la intensidad diferencial. La activación del bloqueo se produce a 1 vez el ajuste y la reposición al 0,95 veces el ajuste.
Existe otro ajuste (Tipo de bloqueo por armónicos) que permite bloquear sólo las fases con armónicos (ajuste en AND) o extender el bloqueo al resto de las fases cuando:
- Alguna de las fases supera el valor del armónico ajustado (ajuste en OR).
- Dos de las fases superan el valor del armónico ajustado (ajuste en 2 de 3; sólo modelos
IDV**D/F/G).
- Permite bloquear sólo las fases con armónicos, pero teniendo en cuenta los armónicos del resto de fases (ajuste en SUMA; sólo modelos IDV-***-****A***).
La lógica que permite extender el bloqueo por armónicos a todas las fases se conoce como bloqueo cruzado (“Cross Blocking” en la literatura anglosajona). Dicha lógica permite aumentar la seguridad a la hora de energizar nuevos transformadores, para los cuales el contenido armónico de la intensidad en alguna fase puede ser muy reducido. Asimismo, permite mantener la estabilidad de la unidad diferencial ante faltas externas que se produzcan durante la energización de la máquina y que hagan saturar alguno de los Tis. En este último caso, el contenido armónico de alguna fase puede reducirse también notablemente. La opción 2 de 3 proporciona una mayor obediencia que la opción OR. La lógica 2 de 3 no se cumplirá en faltas internas a la máquina.
Si la falta es bifásica o trifásica existirán dos o tres fases sin contenido armónico elevado. Si la falta es monofásica, siempre que el filtro homopolar se aplique a partir de los canales de fase (ajuste tipo de filtro hompolar en intensidades de fase), se reducirá el contenido armónico de las fases sanas. Cabe destacar que, si el filtro homopolar se aplica a partir de los canales de tierra, la lógica 2 de 3 actuará en un cierre sobre falta monofásica al mantener un alto contenido armónico en las fases sanas.
Los modelos IDV-*******A**** incluyen una cuarta opción para la lógica de bloqueo cruzado, denominada Suma. Dicha opción sustituye el nivel de armónico de cada fase por la suma de los niveles de armónico de las tres fases. La relación entre la intensidad diferencial de armónico y la intensidad diferencial fundamental será:
En la fase A: (IDIFAarmónico n+ IDIFBarmónico n+ IDIFCarmónico n)/IDIFAfundamental En la fase B: (IDIFAarmónico n+ IDIFBarmónico n+ IDIFCarmónico n)/IDIFBfundamental En la fase C: (IDIFAarmónico n+ IDIFBarmónico n+ IDIFCarmónico n)/IDIFCfundamental Donde n=2, 3, 4 o 5
3.1 Unidad Diferencial
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IDV: Protección Diferencial, Control y Medida
ZIV GRID AUTOMATION, S. L. Zamudio, 2011
La opción Suma mantiene una buena seguridad en situaciones de inrush y, por otra parte, permite disparar en condiciones de cierre sobre falta. En este último caso, la/s fase/s en falta presentarán una elevada componente fundamental que reducirá la relación (IDIFAarmónico n+ IDIFBarmónico n+ IDIFCarmónico n)/IDIFXfundamental, donde n=2, 3, 4 o 5 y X es la/s fase/s en falta (A, B ó C). La lógica Suma permite aumentar la obediencia de la lógica 2 de 3 en situaciones en las que el filtro homopolar no se habilite (por no requerirlo la configuración del transformador) o se aplique a partir de las intensidades de tierra.
En cualquier caso, la duración del bloqueo cruzado que se produce cuando está seleccionada la lógica OR o Dos de Tres puede limitarse en el tiempo mediante un temporizador ajustable. Transcurrido el tiempo programado, permanece únicamente el bloqueo de la fase en la que se esté superando el nivel de armónicos ajustado.
El bloqueo por armónicos impide al arranque de la unidad diferencial con frenado antes de que éste se produzca, pero no repone la unidad si ya ha actuado.
3.1.10.b Inhibición del frenado y bloqueo por armónicos (Modelos IDV-**D/F/G)
El frenado o bloqueo por armónicos puede retrasar el disparo de la unidad diferencial ante faltas internas con saturación de algún TI, dada la contaminación armónica que presenta la onda de intensidad diferencial en ese caso. Con el fin de no añadir retrasos innecesarios, existe la posibilidad de no aplicar continuamente el frenado o bloqueo. Para ello es necesario poner los ajustes de Frenado y Bloqueo por armónicos en modo Dinámico.
Los modelos IDV-**D-****0**** e IDV-**F-****0**** emplean, para la inhibición del frenado y bloqueo por armónicos, únicamente las intensidades medidas, actuando exclusivamente sobre el frenado y bloqueo por 2º y 4º armónicos (el bloqueo o frenado por 3º y 5º armónico siempre está operativo si se encuentra habilitado) que aplicarán solamente durante la energización del transformador y durante situaciones de “inrush” que se generen como consecuencia del despeje de una falta externa. El frenado o bloqueo por armónicos pares se empleará en las siguientes condiciones:
- El transformador está desenergizado; dicha situación se detecta cuando no circula intensidad por ninguno de los devanados (la intensidad en todos los canales está por debajo del ajuste de Intensidad interruptor abierto). Desde que se detecta el comienzo de la energización del transformador (intensidad en algún devanado por encima del umbral) se contará el Tiempo de inhibición por armónicos para inhabilitar el frenado / bloqueo por 2º y 4º armónicos. Dicho ajuste debe ser superior al máximo tiempo que puede durar la energización del transformador.
- Una vez energizado el transformador, se detecta una condición de falta externa, ya sea
por la unidad diferencial con valores instantáneos o por las unidades de comparación direccional de fases o secuencia directa. Desde la desactivación de la condición de falta externa, el frenado / bloqueo por armónicos seguirá habilitado durante 5 segundos. - 2,5 ciclos después de la activación del inicio de falta durante 5 segundos.
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LIDV1112A
Los modelos IDV-**D-****A****, IDV-**F-****A**** e IDV-**G-****A**** emplean, para la inhibición del frenado y bloqueo por armónicos, tanto las intensidades (para 2º y 4º armónico) como una de las tensiones (VPH para los modelos IDV-A/B y VA para los modelos IDV-J/K). Las intensidades se utilizarán para inhibir el bloqueo / frenado por 2º y 4º armónico de igual forma que en los modelos IDV-**D-****0**** e IDV-**F-****0****, con la diferencia de que el tiempo para habilitación del frenado / bloqueo por 2º y 4º armónico, una vez desactivado el Detector de falta externa o a los dos ciclos y medio de la activación del inicio de falta, será igual al Tiempo de inhibición de armónicos en lugar de 5 segundos. Las tensiones se utilizarán para inhibir el bloqueo / frenado por 3º y 5º armónico siempre que la relación tensión / frecuencia esté por debajo de 1,05 veces la relación nominal (Vnominal / Fnominal), lo que indicará que el transformador no está en condición de sobreexcitación. Cuando no hay información de tensión, estos modelos operarán como los modelos IDV-**D-****0**** e IDV-**F-
****0****.
Los modelos que incorporan tres canales de tensión (VA, VB y VC), equipos IDV-F/G/H/J/K, incluirán la función de inhibición de bloqueo / frenado por cualquier armónico (2º, 3º, 4º y 5º) basada en la variación entre la tensión y la intensidad de frenado. Esta función opera teniendo en cuenta que, desde que se produce una variación de la tensión, existe un tiempo hasta que el transformador de potencia se satura (situación de inrush o de sobrexcitación) y, por ello, hasta que la intensidad diferencial aumenta. En una falta interna, sin embargo, la variación de la tensión vendrá acompañada, de forma inmediata, de un crecimiento de la intensidad diferencial. Por ello, desde que se produce una variación de la tensión (detectada en base a valores instantáneos) y si durante un número de muestras consecutivas la intensidad diferencial es muy pequeña, se descarta la condición de falta interna, aplicando el frenado y bloqueo por todos los armónicos durante el Tiempo de inhibición de armónicos. Con el fin de detectar situaciones de sobrexcitación que se produzcan muy lentamente, el equipo comprobará continuamente la relación entre la tensión y la frecuencia. Cuando ésta se encuentre por encima de 1,05 veces la relación nominal (Vnominal / Fnominal), el frenado por 3º y 5º armónico dejará de estar inhibido. Cuando no hay información de tensión, estos modelos operarán como los modelos IDV-**D-****0**** e IDV-**F-****0****.
Si el ajuste de Frenado y Bloqueo por armónicos se pone en modo Continuo el frenado y bloqueo por dichos armónicos, respectivamente, estará siempre habilitado.
La entrada Cambio a frenado y bloqueo continuos permite activar el modo continuo de bloqueo y frenado por armónicos, independientemente de los valores que tomen los respectivos ajustes.
El método de inhibición de bloqueo / frenado por 2º armónico basado en intensidades no permite distinguir energizaciones de cierres sobre falta. Durante la energización del transformador el bloqueo / frenado por armónicos siempre estará presente. El método de inhibición de bloqueo / frenado por 2º armónico basado en la variación entre la tensión y la intensidad diferencial sí permitiría distinguir una energización de un cierre sobre falta. Para ello, la tensión medida se debe tomar del lado del transformador y no del lado de barras, con el fin de detectar la variación de la tensión en el momento del cierre del interruptor. Si se requiere cablear las tensiones VA, VB y VC sin que éstas procedan del punto adecuado (lado del transformador del devanado por el que se efectúa la energización), el algoritmo de inhibición de frenado / bloqueo por armónicos no operará correctamente durante la energización del transformador. Por ello es necesario poner el ajuste de Frenado y Bloqueo por armónicos en modo Continuo o ponerlo en modo Dinámico y efectuar una lógica programable, a través del programa ZIVerlog®, para que el modo Continuo permanezca activo durante la energización (mediante la entrada Cambio a frenado y bloqueo continuos).
3.1 Unidad Diferencial
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IDV: Protección Diferencial, Control y Medida
ZIV GRID AUTOMATION, S. L. Zamudio, 2011
Los modelos IDV-J/K no requieren ninguna lógica programable. Incluyen un ajuste llamado
Inhibición de bloqueo / frenado por armónicos con tensión que indica si la tensión se va a
utilizar para efectuar la inhibición del frenado / bloqueo por armónicos. Cuando la tensión cableada no proceda del lado adecuado, dicho ajuste debe estar en NO. En ese caso, la inhibición del bloqueo / frenado por armónicos operará de igual forma que en los modelos IDV-
**D-****A****, IDV-**F-****A**** e IDV-**G-****A****: inhibición del bloqueo / frenado por 2º y 4º
armónico basado en las intensidades medidas e inhibición del bloqueo / frenado por 3º y 5º armónico basado en la tensión VPH ó VA medida (dependiendo del modelo). Si la tensión se cablea del lado adecuado (tensión del lado del transformador) para que funcione el algoritmo de inhibición del frenado / bloqueo por armónicos basado en la medida de tensión, el ajuste
Inhibición de bloqueo / frenado por armónicos con tensión se podrá poner en SÍ. En ese
caso el equipo funcionará exactamente igual que los modelos IDV-F/G/H.
Dado que la inhibición del frenado y bloqueo por armónicos que emplea intensidades está basada en la activación del Detector de falta externa, cuando éste se encuentre inhabilitado el frenado y bloqueo por armónicos se aplicará continuamente.
3.1.11 Operación
3.1.11.a Salida de la unidad diferencial sin frenado (instantánea)
Se utiliza para faltas internas severas en las que interesa despejar la falta lo más rápido posible.
Esta salida se obtiene por comparación de la intensidad diferencial con un nivel ajustable (ajuste de arranque de intensidad diferencial instantánea, que se debe configurar en veces la toma de referencia), sin cálculo de la característica de frenado porcentual. Esta salida es la denominada Salida instantánea; su nivel de operación se ajusta varias veces por encima de la intensidad nominal del transformador para asegurar una operación sin frenado para niveles altos de intensidad diferencial. El arranque de esta unidad se realiza al 100% y la reposición se ha de producir al 95% del valor de arranque calculado.
La activación de la salida requiere que el arranque permanezca actuando durante todo el tiempo que haya sido ajustado como temporización voluntaria. Cualquier reposición conduce al integrador a sus condiciones iniciales, de forma que una nueva actuación inicia la cuenta de tiempo desde cero.
Esta unidad tiene la posibilidad de programar una entrada de Bloqueo de disparo, lo que impide la actuación de la unidad si esta entrada se activa antes de que se genere el disparo. Si se activa después del disparo, éste se repone. Para poder usar esta lógica de bloqueos se debe programar la entrada definida como Bloqueo de disparo unidad diferencial sin
frenado. En los modelos IDV-**D/F/G, la activación del detector de falta externa puede bloquear la unidad diferencial sin frenado si se pone a SÍ el ajuste de Permiso de bloqueo por
detector de falta externa en unidad diferencial instantánea. Por otra parte, el disparo de la
unidad diferencial instantánea en una fase requiere la activación del detector de falta correspondiente a dicha fase.
3.1-18
LIDV1112A
3.1.11.b Salida de la unidad diferencial con frenado
La salida de esta unidad se obtiene computando la característica de frenado porcentual y de frenado por armónicos una vez obtenidas las intensidades diferencial, de frenado y de armónicos. A esta salida se la denomina Salida diferencial con frenado.
El arranque de esta unidad se realiza al 100% y la reposición se ha de producir al 0,8I0 si no existe frenado por armónicos. Si existe frenado por armónicos la reposición se produce al mayor de entre los dos valores siguientes:
- 0,8*Io
- 0,5*Iarmónico/Karmónico
donde esta última división puede ser I2ºarmonico/k2, I3erarmonico/k3, I4ºarmonico/k4 o I5ºarmonico/k5, siendo k el ajuste de la pendiente de frenado por armónicos.
Dispone de temporización ajustable de operación para obtener disparos temporizados si así se requiere.
Tiene la posibilidad de programar una entrada de Bloqueo de disparo, lo que impide la actuación de la unidad si esta entrada se activa antes de que se genere el disparo. Si se activa después del disparo, éste se repone. Para poder usar esta lógica de bloqueos se debe programar la entrada definida como Bloqueo de disparo unidad diferencial con frenado. En los modelos IDV-**D/F/G, la activación del detector de falta externa puede bloquear la unidad diferencial con frenado si se pone a SÍ el ajuste de Permiso de bloqueo por detector de falta
externa en unidad diferencial con frenado. Por otra parte, el disparo de la unidad diferencial
con frenado en una fase requiere la activación del detector de falta correspondiente a dicha fase.