Debido a que la fiabilidad del funcionamiento de los relés de protección es muy importante, se deben realizar ensayos periódicamente.
La necesidad
de una desconexión rápida y fiable en caso de fallo va en constante aumento
debido a que las redes de distribución eléctrica cada vez transmiten mayor
potencia. Por ello, es necesario incrementar la selectividad para reducir los
tiempos de desconexión y localizar rápidamente y con precisión los fallos.
Al poner en
funcionamiento una Subestación o un Centro de Transformación, se debe comprobar
que todos los dispositivos de protección funcionan correctamente para que el
sistema de protección cumpla su finalidad.
Los relés de protección se pueden dividir en 3 grupos principales:
- Electromecánicos
- Estáticos (electrónicos con microprocesador)
- Combinados (electromecánicos y estáticos simultáneamente)
La mayoría de los relés y sistemas de control instalados actualmente no
están provistos de autocomprobación (o lo están parcialmente) y por lo tanto es
necesario ensayarlos periódicamente.
Los nuevos sistemas de protección incluyen la autocomprobación hasta un
cierto límite. Sin embargo, no se elimina la necesidad de ensayar ya que
existen circuitos de protección que no pueden ser autocomprobados.
La evolución de los relés estáticos ha hecho desaparecer los rutinarios
controles mecánicos y ajustes que se realizan en los relés electromecánicos. En
los relés estáticos el control visual se limita a la inspección de las tarjetas
de circuitos impresos, componentes, zonas con sobrecalentamientos y daños. El
ensayo de estos relés no difiere notablemente del ensayo de relés
electromecánicos ya que ambos ensayos son eléctricos.
El tipo de relé y las condiciones ambientales determinan los intervalos
entre ensayos.
Generalmente se puede determinar cómo normal ensayar los relés estáticos
cada 2 ó 3 años y los electromecánicos cada 1 ó 2 años.
Los ensayos de relés se pueden clasificar de forma general en:
· Ensayos de puesta en servicio.
· Ensayos de rutina (ensayos a través del secundario)
· Ensayos completos o fundamentales (ensayos a través del primario)
Los ensayos rutinarios suelen realizarse a través de los secundarios de
los transformadores que alimenta los relés o bien directamente sobre el mismo
para controlar:
-
la puesta en servicio
-
la puesta a cero
-
el tiempo de actuación
-
los valores nominales
-
el ajuste y tarado del relé
-
las funciones de maniobra y bloqueo
-
la alarma el disparo y los indicadores
Los ensayos rutinarios se
efectúan utilizando comprobadores monofásicos o trifásicos con adaptadores
complementarios, comprobando los valores de tensión, intensidad, tiempo, valor
de conexión, valor de desconexión, etc., en tres puntos de la escala (usualmente
los valores máximo, mínimo y el punto de ajuste), Simultáneamente se comprueban
las señales e indicadores internos y los instrumentos que no se utilicen, se
bloquean.
Los ensayos fundamentales sirven para comprobar el circuito completo de protección,
desde el primario de los transformadores de intensidad y tensión pasando por
las protecciones hasta el disyuntor, para controlar la interacción entre los
relés de protección y los equipos fundamentales, en concreto:
-
circuitos de protección y control
-
circuitos de señalización y disparo
-
direccionalidad en relés polarizados
- cadena cinemática completa (protección + disyuntor)
-
selectividad entre protecciones
Estos ensayos se realizan después de efectuar las pruebas de rutina.
En principio debe comprobarse que se han realizado correctamente todas
las conexiones, que los interruptores automáticos están conectados (incluso
fusibles) y que están conectados todos los dispositivos a ensayar.
· Pruebas funcionales
-
Generalidades
Cuando se prueba un relé de intensidad de c.a., su impedancia aumenta,
por lo que al alimentarlo con un autotransformador de poca resistencia, la
intensidad durante la prueba disminuye pudiendo dar lugar a errores y
sobrecalentamientos indeseables.
Para evitarlo, se deben alimentar los relés de intensidad a través de
una elevada resistencia conectada en serie (de impedancia 10 veces mínimo la
impedancia del relé). Esta particularidad es también aplicable a relés de
intensidad de c.c.
Al ajustar la intensidad, se debe verificar el amperímetro
continuamente.
La intensidad debe ser correcta; en caso contrario la resistencia
conectada en serie tiene un valor demasiado bajo.
Valores de resistencia en función del relé:
Los relés de tensión se ensayan con un autotransformador o con un
potenciómetro de poca resistencia. Si el relé no dispara correctamente, puede
suceder que la tensión no esté suficientemente estabilizada.
Cuando los valores nominales sean pequeños, debe utilizarse un divisor
de tensión para poder obtener una resolución aceptable.
Se propone el siguiente
divisor disponible en la maleta de ensayos:
Se pueden utilizar
comprobadores monofásicos para ensayar relés trifásicos de tensión. Para ello
se conecta el relé de protección a una tensión monofásica variable mientras que
las dos fases que no se comprueban se conectaran a su tensión nominal.
Fig. 1 : Equipo monofásico de prueba de
relés
Sverker 650 de Programma Electric.
Existen en el mercado equipos de prueba de relés monofásicos y
trifásicos que incluyen todos los elementos necesarios (autotransformadores,
amperímetros, cronómetros, décadas de resistencias, decaladores de tensión e
intensidad, juegos de pinzas y cables, etc.) para realizar de una forma más
sencilla y fiable las pruebas de cualquier tipo de relé, para nuestro estudio
utilizaremos la maleta de ensayos Sverker 650 de Programma Electric AB, ver Figura
1.
- Prueba de relés de
sobreintensidad
Para la
comprobación de relés de intensidad utilizaremos un equipo de inyección de
corriente que normalmente incluye un amperímetro y un cronómetro para el
registro de los tiempos de actuación del relé ensayado.
Se tendrá especial cuidado en respetar la polarizad de los circuitos de
c.c. de acuerdo con los esquemas de conexión de los relés.
Las pruebas en relés estáticos de sobreintensidad, son prácticamente
iguales a la de los relés electromagnéticos, con la peculiaridad de que los
relés estáticos precisan de una fuente auxiliar de alimentación para la
alimentación de los circuitos electrónicos.
De acuerdo con el formato de pruebas correspondiente y con el relé
estático conectado como se indica en la Figura 2, actuaremos de la
siguiente forma:
1º.- Cumplimentaremos los datos que figuran en la gama de mantenimiento
correspondiente, véase ejemplo en la Figura 11.
2º.- Antes de conectar la fuente de alimentación auxiliar al relé,
ajustar y comprobar que el valor de la tensión no está fuera del ± 10% de la tensión
nominal.
3º.- Tomar los datos de los valores de ajuste de la intensidad y tiempo
del elemento inverso (I>).
4º.- Conectar los circuitos de medida de intensidad y de tiempo según la
Figura 2.
5º.- Aplicar intensidad incrementando paulatinamente al relé y comprobar
que opera (ARRANQUE) con un margen del ± 5% del valor de ajuste del relé.
Comprobar que se enciende el diodo LED que cierra el contacto de salida
(disparo) del relé.
6º.- Probar la reposición del elemento inverso (I>) aún con los
contactos de salida (disparo) cerrados, disminuir poco a poco la intensidad de
corriente hasta el 100% de la corriente de ajuste y verificar que el relé se
repone y el diodo LED se apaga.
7º.- Comprobar los tiempos de operación, aplicando al relé intensidades
a distintos múltiplos de la toma de ajuste (I>) y verificar los tiempos
obtenidos con los de la curva patrón del relé (Tiempo inverso, muy inverso o
extremadamente inverso).
Fig.
2 : Prueba de relés de intensidad.
8º.- Poner a
cero el contador de tiempos y desconectar el equipo sin modificar el valor de
corriente inyectada.
9º.-
Conectar el equipo (en el modo de medida de tiempos) y anotar los tiempos
obtenidos para cada múltiplo de corriente inyectada en la gama de
mantenimiento.
10º.- Tomar los índices de ajuste del elemento instantáneo (I>>) y
anotar en la gama de mantenimiento.
11º.-
Incrementar la intensidad 1,1 o 1,2 veces el valor de ajuste de la función
(I>>) del elemento instantáneo y comprobar que señaliza el diodo LED
correspondiente (disparo).
12º.-
Repetir los pasos 8º y 9º para la función (I>>).
NOTA: En la realización de cada prueba deberá desconectarse la corriente
aplicada al relé, una vez que este haya operado, para no sobrecalentarlo.
- Prueba de relés direccionales
Una característica importante de un relé polarizado es el ángulo de fase
entre la tensión y la intensidad con la máxima sensibilidad del relé. Este tipo
de relés polarizados (direccionales) funcionan en condiciones diferentes. Cuando
sucede un fallo directo a tierra, se puede esperar que las intensidades en el
relé sean altas y las tensiones bajas en comparación con la intensidad y tensión
nominales del relé.
Cuando sucede un fallo a tierra en una red aislada eléctricamente o
cuando se invierte la polarizad, se puede esperar que las intensidades sean
moderadas con una tensión nominal moderada.
En el primer caso el ensayo se efectúa con la intensidad nominal y se
varía la tensión. En el segundo caso, el ensayo se efectúa con la tensión nominal
y se varía la intensidad.
No se varía el ángulo de fase en los ensayos direccionales ordinarios
aunque el relé es más sensible con un determinado ángulo de fase.
Se puede obtener un desfase de 0º conectando una resistencia en serie al
circuito de intensidad, estando al mismo tiempo alimentada por el circuito de
tensión (Figura 3).
Se puede obtener un desfase de 90º conectando un condensador (10 mF 450 V) al
circuito de intensidad, estando al mismo tiempo alimentado por el circuito de
tensión (Figura 4). Se pueden obtener otros desfases efectuando otros
tipos de conexiones en un sistema trifásico simétrico. Según la Figura 5
se obtendrían los desfases de la siguiente tabla:
La intensidad está aproximadamente en fase con la tensión (desfase 0º entre
la intensidad y tensión) si la
resistencia R es diez veces mayor que la impedancia de la bobina de intensidad.
La intensidad está adelantada 90º respecto de la tensión si la
reactancia Xc = 106 / 2pfC ohmios es diez veces mayor que la impedancia de la bobina de
intensidad (C = capacidad en microfaradios).
Fig. 5 : Formas de conseguir diferentes desfases en un
sistema trifásico simétrico.
- Prueba de relés direccionales utilizando un medidor de ángulo de fases
Se ensaya el relé direccional de protección utilizando una unidad de
ensayo similar a la de los reles de sobreintensidad y un medidor de ángulo de
fase (Figura 6). El relé se disparará con un determinado ángulo de fase
nominal o de tarado, el medidor nos indicará en una pantalla el ángulo de fase
con el que se ha disparado el relé. El esquema de la Figura 7 muestra
las conexiones.
Fig.
6 : Medidor de ángulos de fase PAM 360 de
Programma Electric
Para la realización del ensayo se seguirían los siguientes pasos:
1º.- Conectar las entradas U1 e I2 del medidor al equipo de ensayos y al
relé de protección a ensayar.
2º.- Elegir U1 e I2 utilizando los conmutadores del medidor.
3º.- Utilizar el equipo de ensayos para hacer disparar el relé
direccional.
4º.-
Comprobar que el relé direccional se dispara con su ángulo específico
comparándolo con la lectura del ángulo mostrado en la pantalla del medidor.
Fig.
7 : Esquema de conexiones para la medida de
ángulos de disparo en relés direccionales.
- Ensayo del sistema de protección de intensidad a través de los primarios
de T.I.
Para la prueba de relés de protección a través de los primarios de los
T.I. deberán disponerse de equipos de ensayo con unidades de alimentación de
altas intensidades (3.000 A.) y potencias (17 kVA). Figura 8.
Conforme a lo indicado anteriormente estos ensayos sirven para comprobar
el circuito completo de protección, controlando la interacción entre los relés
de protección, los T.I y T.T, sus conexiones, los circuitos de disparo y
señalización hasta la apertura del disyuntor de protección, véanse esquemas de
la Figura 9 y 10 que representan el equipo completo de protección
incluyendo señalizaciones, transformadores de intensidad y tensión, disyuntor
de media tensión con sus bobinas de apertura y cierre y el conjunto de todos
los conexionados.
Fig.
8 : Equipo de pruebas de gran intensidad Oden de
Programma Electric
El procedimiento a seguir es el siguiente:
ENSAYO DE PROTECCIÓN DE FASES
1º.- Puentear con un cable X – Y
dos fases (R – S) en la salida del disyuntor
2º.- Conectar los cables de intensidad del equipo de ensayos a los T.I.
correspondientes a las fases (R – S) cortocircuitadas por el cable X – Y, ver Figura
9.
3º.- Conectar los cables del cronómetro en la fase no puenteada aguas
arriba y abajo del disyuntor.
4º.- Cerrar el disyuntor
5º.- Ajustar la intensidad mediante el control giratorio del equipo de
ensayo hasta que se ilumine el LED de ARRANQUE del relé (I>) o bien
(I>>) (esta operación debe realizarse en el menor tiempo posible para no
sobrecalentar los circuitos).
6º.- En el instante que observemos que se encienden los LED de ARRAQUE,
desconectar el equipo de ensayo sin tocar el control giratorio de intensidad
que permanecerá en la posición correspondiente a la intensidad de ARRANQUE del
relé.
7º.- Poner el cronómetro a cero.
8º.- Conectar el equipo de ensayo.
Después de transcurrido el tiempo de disparo del relé deberá abrir el
disyuntor, está acción parará el cronómetro y este a su vez desconectará el
equipo de ensayo.
Deberá verificarse que el tiempo total de actuación corresponde al
especificado.
Para la prueba de las demás fases se procederá de igual forma pero
cambiando el puente X – Y y los cables
de prueba del equipo de ensayo, a las fases R – T y S – T,
Con ello habremos concluido la prueba de fases y anotaremos los
resultados en la gama de mantenimiento.
ENSAYO DE PROTECCIÓN HOMOPOLAR
Para
comprobar la protección homopolar del réle debemos eliminar el puente X – Y e
inyectar intensidad a través del primario de un solo T.I. (bornas P1 y P2 del TI), con ello
desequilibramos el sistema y nos funcionará sólo la protección homopolar del
relé, ver Figura 10, seguiremos
todos los pasos expuestos anteriormente
excepto el 1º y 2º.
Fig. 9 :
Esquema de conexiones para la prueba por primario de la protección de fases.
Fig. 10: Esquema de conexiones
para la prueba por primario de la protección homopolar.
Fig.
11: Ejemplo de gama de mantenimiento de relés de
retardo dependiente
FUENTE
BIBLIOGRÁFICA: Programma Electric AB
ARTICULO EN PDF EN LA SIGUIENTE URL:
http://www.mediafire.com/view/9h00faysauk8wny/Ensayos_generales_de_rel%C3%A9s_de_protecci%C3%B3n.pdf
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