Protección con relés de baja frecuencia (RBF)

Universidad Politécnica Salesiana

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Esteban Valencia Sinza

Daniel Ramos

Abel Andres Román

Docente:

Protección con relés de baja frecuencia (RBF)

Introducción

Debido  a  que  la  mayoría  de  equipos  de  protección  en muchos  centros  de generación    del    sistema    eléctrico   han    alcanzado    e    incluso sobrepasado  su  vida  útil,  es  imprescindible  una  renovación  total  de  los  mismos, para  pasar  de  dispositivos  electromecánicos  a  relés y  dispositivos  de  protección  de   última   tecnología,   basados   en   microprocesadores  que   además   agrupan muchas  funciones  de  protección,  medición,  control  y  supervisión  en  un  mismo  equipo.    El  presente  trabajo  intenta  estudiar una de las principales  protecciones   de  los centros de generación que puede ser  tomado como referencia en  la implementación de esquemas de protección en cualquier generador del sistema  de potencia ,estos son los RELES DE BAJA FRECUENCIA.

Las variaciones de frecuencia son originadas por un balance incorrecto entre generación y carga que, generalmente, es originado por una división del sistema en partes, un desequilibrio entre carga y generación por falta de previsión o programación deficiente, o por la pérdida de generación, disparo de barras o líneas de interconexión importantes. Cuando la variación de frecuencia es pequeña, el desequilibrio puede ser corregido actuando sobre la regulación de los generadores. Sin embargo, en caso de grandes variaciones, el generador no puede corregirla, por lo que la frecuencia comienza a disminuir corriéndose el riesgo de que colapsen los grupos de generación. Si esta disminución de frecuencia no se corrige, se entra en un proceso irreversible que produce un apagón general.

El generador es el equipo más caro e importante en  un sistema de potencia, por esta razón, es necesario realizar un estudio detallado de la implementación de un esquema de protección  de relés de baja frecuencia que sea capaz de realizar un deslastre de cargas y equilibrar la generación con el consumo, evitando de esta manera un mayor colapso del sistema.

Relés de baja frecuencia

La baja frecuencia es un indicador fiable de una situación de sobrecarga. Cualquier descenso de frecuencia es causado por un exceso de cargas y, ante esta situación, es necesaria la utilización de relés de mínima frecuencia con el objeto de realizar un deslastre de cargas y equilibrar la generación con el consumo, evitando de esta manera un mayor colapso del sistema. Cuando la frecuencia recupera su valor nominal, se realiza una reposición de la carga que ha sido deslastrada. Esta operación de reposición se lleva a cabo por medio de relés de máxima frecuencia y para cumplir con la Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio.

La baja Frecuencia se debe principalmente a sobrecarga  del  generador  debido  a  la  pérdida  de  un generador  grande  en  el sistema  de  potencia o por un exceso de cargas .En  estos casos,  el  generador  operará  a  una  frecuencia menor  a  la  nominal  debido  a  que  el  torque  eléctrico  de  la  carga  es  mayor  al torque  mecánico  de  la  turbina  lo  que  resulta  en  un torque  de desaceleración.  La  baja  frecuencia  es  considerada  un  problema  mayor a  la  sobre frecuencia, debido a que al ser ésta producida por un exceso de  carga en el sistema, es muy difícil de controlar.  El regulador de velocidad podrá actuar para conseguir el  equilibrio  entre  torque  mecánico  y  eléctrico,  sólo  hasta  cuando  la  potencia eléctrica  (potencia  de  la  carga)  sea  menor  a  la  máxima  potencia  mecánica disponible  en  la  turbina.  En  general  la  baja  frecuencia  resulta  ser  más  crítica que  la  sobre frecuencia  porque  el  operador  no  tiene la  opción  directa  de control. La  reducción  de frecuencia,  originada  por  la disminución  en  la  velocidad  de  giro  del  rotor,  reduce  la  ventilación  sobre  los devanados,  y  tomando  en  cuenta  que  la  baja  frecuencia  es  producto  de  la operación  del  generador  cuando  este  trabaja  sobrecargado,  puede  generar calentamiento suficiente para sobrepasar la curva de capacidad térmica de corta duración.    La   baja   frecuencia,   podría   ocasionar   incluso   problemas   de sobreexcitación   aunque   no   es   muy   común   que   los   límites   de   V/Hz   sean superados    porque    aquello    requeriría    la    operación    a una    frecuencia considerablemente reducida por un tiempo relativamente alto.

En situaciones de fuerte déficit de generación, la única forma de recuperar el equilibrio es la desconexión selectiva de cargas. La desconexión de cargas se puede realizar cuando la frecuencia ha disminuido por debajo de uno de los valores fijos de frecuencia con el fin de dar tiempo a la reacción de los grupos de generación ante la bajada de frecuencia mediante la acción de los reguladores de velocidad. Hay que destacar que cuando la disminución de frecuencia es muy rápida, esta acción no es lo suficientemente eficaz, siendo necesario desconectar cargas en función de la variación de frecuencia respecto al tiempo, es decir, mediante el cálculo y operación en base a la derivada de la frecuencia respecto del tiempo (df/dt).

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