Factores y Polaridad 59 (Polaridad a no polaridad) a través del transformador inferior. A partir de esto, al comparar los voltajes de línea a neutro en los dos lados, se observa que el voltaje de fase a-a- n conduce al voltaje de fase A –a- neutro. En consecuencia, el lado sería el lado de alto voltaje si este es un transformador estándar ANSI / IEEE. Esta misma técnica de aplicar caídas de voltaje a la figura 3.6b muestra que para esta conexión de banco trifásico, la polaridad de caída de voltaje a la no polaridad o la fase a n está en fase con la caída de voltaje, polaridad a no polaridad o fase A a fase C. De manera similar, la fase de caída de voltaje de b a n está en fase con fase de caída de tensión B a A, y la fase de caída de tensión c a n está en fase con caída de voltaje de la fase C a la fase B. Al comparar voltajes similares en los dos lados del transformador, la caída de voltaje de fase A a neutro lleva la caída de voltaje de fase ato en 30 ", por lo que el devanado delta sería el alto voltaje lado si este es un banco de transformadores estándar ANSI / IEEE. Esta técnica es muy útil para hacer las conexiones apropiadas del transformador trifásico desde un diagrama de voltaje deseado o conocido o requisito de cambio de fase. Es una muy herramienta poderosa, simple y fácil de usar. Porque los estándares ANSI / IEEE han existido por varios años, la mayoría de los bancos de transformadores en servicio hoy siguen este estándar, excepto donde no es posible debido a condiciones preexistentes del sistema. Hace muchos hace años, en ausencia de un estándar, muchas conexiones diferentes fueron usadas. Algunas de las referencias y libros de texto anteriores reflejan esto. 3.5.2 Polaridad del relé Relés que implican la interacción entre dos cantidades de entrada de la potencia el sistema puede tener la marca de polaridad necesaria para su correcta operación. No hay estándares en esta área, así que si la polaridad de las conexiones de relé es importantes, el fabricante del relé debe especificar las marcas de polaridad y documentar claramente su significado. Transmite ese sentido dirección de la corriente (o potencia) fluye en una ubicación específica y, por lo tanto, indicar la dirección de la falla, proporcionar un buen ejemplo práctico de la polaridad del relé. Las unidades direccionales generalmente no se aplican solas, sino en combinación con otras unidades, como sensores o detectores de fallas. Una común la práctica es usar la salida de la unidad de detección direccional para controlar funcionamiento de los sensores de fallas, que a menudo es una unidad instantánea o una unidad de sobre corriente inversa, o ambas unidades juntas. Por lo tanto, si el flujo de corriente está en la dirección de funcionamiento deseada (dirección de disparo) y su magnitud es mayor que la corriente mínima de funcionamiento (captación) del sensor de fallas, el relé puede funcionar. Si la corriente está en la dirección opuesta (no activa o no funciona) dirección o zona), ninguna operación puede ocurrir a pesar de la magnitud de la corriente es más alta que el umbral de arranque actual. Una unidad de detección direccional requiere una cantidad de referencia que sea razonablemente constante contra la cual la corriente en el circuito protegido puede ser comparada. 60 Capítulo3 Para los relés destinados a proporcionar funcionamiento para fallas de tipo fase, uno de los voltajes del sistema de la figura 3.3b pueden usarse como referencia. Para todas las prácticas y propósitos, la mayoría de los voltajes del sistema no cambian sus posiciones de fase significativamente durante una falla. En contraste, las corrientes de línea pueden cambiar alrededor de 180 "(esencialmente invertir su dirección o flujo) para fallas en un lado del circuito CT relacionados con una falla en el otro lado de los CT. Las indicaciones de polaridad típicas para tres unidades de detección direccional comúnmente utilizadas se muestran en la figura 3.7. Esto usa la costumbre de mostrar varios bucles para bobinas de voltaje y un solo bucle para bobinas de corriente, de colocar el circuito de referencia o circuito de voltaje por encima del circuito de corriente, y de colocar las marcas de polaridad en diagonal, todo como se muestra en los esquemas del relé en la Fig. 3.7. La cantidad de referencia se llama comúnmente la cantidad "polarizador", especialmente para la retransmisión de falla a tierra, donde una o ambas corrientes y tensiones se utiliza polarización. Las marcas de polaridad (Fig. 3.7) son pequeños símbolos más (+) colocado, como se ilustra, sobre un extremo de cada bobina, diagonalmente como se muestra, o FIGURA 3.7 Características típicas del relé direccional Fasores y polaridad 61 en la diagonal opuesta. Como se muestra en la Fig. 3.5, el funcionamiento del relé no se ve afectado si las marcas de polaridad están en una diagonal u otra. El significado de la polaridad para un relé específico debe establecerse claramente en palabras o mediante un diagrama, como el que se muestra en la figura 3.7. Estos muestran Las características básicas de diseño de un relé individual, independientemente de cualquier conexión o asociación con el sistema de energía. Los términos par máximo línea y línea de par cero provienen de los diseños electromecánicos utilizados durante mucho tiempo y sigue siendo común en la industria. Con diseños de estado sólido, estos serían las líneas o umbrales operativos, pero la terminología bien establecida no La duda continuará durante muchos años para todo tipo de diseños. La interpretación de la polaridad del relé se ilustra en la figura 3.7 para tres Unidades electromecánicas típicas. Las unidades de estado sólido pueden tener ajustes para (1) el ángulo de par máximo y (2) los límites de ángulo de la zona de operación, pero la aplicación y la operación son las mismas para ambos tipos. En la figura 3.7ª el par o energía máxima de operación ocurre cuando el flujo de corriente desde polaridad a no polaridad (I,) conduce en 30 "la caída de voltaje de polaridad a no polaridad (V,.). Se especifica la captación mínima de la unidad direccional. a este par máximo o condición de funcionamiento. Como se ve, la unidad funcionará para corrientes de casi 60 "con retraso del voltaje de referencia V ,, a casi 120" líder. La zona o área de operación (disparo, cierre de contacto) está representada por el medio plano, bordeado en un lado por la línea de par cero (no operativo) y extendiéndose en la dirección que contiene la referencia (polarización) y cantidades operativas Se requerirán valores de corriente más altos cuando I(pq) se desvía desde la línea de par máximo. Los relés de estado sólido pueden ajustar este par la línea aumentó mucho la sensibilidad ajustándola a la línea de falla. La operación par en cualquier ángulo es una función del coseno del ángulo entre el corriente (I ,,,,) y la línea de par máximo, así como las magnitudes de cantidades operativas Para la protección de falla a tierra. La unidad de 60 "de la Fig. 3.7B se usa con un 3 V ,, referencia (ver Fig. 3.9) y la unidad cero (vatios) de la Fig. 3.7C con un 3 I ,! referencia actual (ver Fig. 3.10). La unidad Fig. 3.7C también se usa para aplicaciones de energía o var. Un típico La aplicación es la protección de potencia inversa para un generador. Un tipo similar de unidad direccional electromecánica de la figura 3.7A tiene su ángulo de par máximo a 45 "de avance, en lugar de 30" de avance. Ambas unidades son en uso amplio para protección de falla de fase. Unidades de estado sólido con un ajuste La función de ángulo puede proporcionar una variedad de ángulos. 3.6 APLICACIÓN DE POLARIDAD POR FALLO DE FALLA SENSIBILIDAD DIRECCIONAL Existen varios voltajes de fase (ver Fig. 3.3b) dentro del sistema de alimentación y están disponibles para su consideración como la cantidad de referencia para el direccional 62 Capitulo3 Fasores y polaridad 63 tendido Cinco conexiones diferentes para detección direccional de falla de fase tienen. Se ha utilizado a lo largo de los años. Estos se resumen en la Tabla 3.1. Por un número de años, las conexiones 4 y 5 se han utilizado casi exclusivamente, por lo que ser discutido Los otros tres, en aplicaciones muy limitadas, se describen en Tabla 3.1 solo como referencia. Las conexiones 4 y 5 son básicamente las mismas, y se conocen como la conexión "90". "La única diferencia entre ellos es el ángulo que la corriente del sistema retrasa el voltaje del sistema para un funcionamiento máximo par o energía. 60 "o 45" es el ángulo típico de la corriente de falla para máxima energía o par. La diferencia no tiene importancia porque el cos (60 "- 45") = 0.97, y la recolección típica de este tipo de unidades direccionales es de aproximadamente 2-4 VA o menos. Con los 120 V normales disponibles para el relé, esto representa una sensibilidad actual de aproximadamente 0.02-0.04 A. Como un resultado, la carga de energía normal en la zona de operación operará la fase unidades direccionales, pero el relé no funcionará a menos que haya ocurrido una falla para aumentar la corriente por encima de la recolección de la unidad de detección de fallas. De nuevo, las unidades de estado sólido pueden tener una línea de par máximo ajustable. 3.6.1 La conexión de 90 "-60" para falla de fase Protección La conexión de 90 "(ver 4 y 5 de la Tabla 3.1) aplica un voltaje del sistema de alimentación que retrasa la corriente del sistema de potencia del factor de potencia de la unidad en 90 ". Estos voltajes y las corrientes se obtienen del sistema de energía a través del voltaje y la corriente transformadores Las conexiones trifásicas típicas se muestran en la Fig. 3.8. Tres Se utilizan unidades separadas, una para cada una de las tres fases del sistema de alimentación. Solo se ilustran las unidades de detección direccional, con los sensores de falla o detectores omitidos para esta discusión. Se muestran empaquetados por fase, pero otras combinaciones de envases son posibles. La unidad direccional de fase A recibe I., y del sistema fasores de la Fig. 3.3b, el voltaje rezagado de 90 "es V,. La unidad direccional de fase B recibe I ,, donde el voltaje de retraso de 90 "es V ,, y la fase C direccional la unidad recibe I, donde el 90 "voltaje rezagado es V" ,,. Estos también se muestran en la Tabla 3.1 para las conexiones 4 y 5 y en la Fig. 3.8. En la figura 3.8a, las corrientes están conectadas de modo que cuando I., Ib y 1, estén fluyendo en la dirección indicada por la flecha de "dirección de disparo", las corrientes secundarias fluyen a través de las unidades direccionales desde la polaridad hasta la no polaridad. La polaridad de los '3 no tiene que ir a la polaridad del relé, aunque a menudo eso es conveniente, como en este ejemplo. Con la dirección de disparo de las corrientes establecidas en la unidad direccional bobinas de corriente, los voltajes V ,, en la unidad A, V ,, en la unidad B y V., en la unidad C debe estar conectado de polaridad a no polaridad en la unidad direccional volt- 64 Capítulo3 FIGURA 3.8 (a) Conexiones típicas de tres líneas para direccional de falla de fase detección utilizando la unidad de 30 "de la figura 3.7A. (b) Las conexiones también muestran el suelo detección direccional de fallas usando la unidad de 60 'de la figura 3.76. Más detalles y el diagrama de fase se muestra en la Fig. 3.9 Fasores y polaridad 65 bobinas de edad, como se muestra. El diagrama fasorial derecho de la figura 3.8b aplica el unidad direccional característica de la figura 3.7A a los fasores del sistema de potencia. Los la línea de par máximo conduce el voltaje en 30°, por lo que con V (bc) polaridad a no polaridad en el devanado de voltaje del relé, se dibuja la línea de par máximo 30 ", como se ilustra en el diagrama fasorial inferior derecho. Esto es 60° rezagada la posición del factor de potencia de la unidad del fasor I actual. Por lo tanto, cada vez que la fase una corriente en el sistema de energía se retrasa 60°, el la unidad direccional funcionará al par máximo con el valor de captación más bajo y la más alta sensibilidad. Porque la mayoría de las fallas del sistema proporcionan relativamente corrientes grandes, el rango de operación posible es para corrientes del sistema de potencia de casi 30° que conducen a 150° rezagados en la "dirección del viaje". Este es el zona de funcionamiento mostrada en la Fig. 3.8. Existen relaciones similares para las otras dos unidades de fase usando I (b) e I (h), corrientes de fase. Por lo tanto, la discusión anterior describe la conexión 90°-60°, donde se usa un voltaje de retraso 9°, y la operación máxima ocurre cuando la corriente de fase se retrasa en el sistema en 60”. La conexión 90° -45°es idéntico, excepto que el diseño del relé proporciona el par máximo, lo que lleva a voltaje de referencia de 45°, en lugar de 30°, usado para ilustración. Los relés de estado sólido brindan la posibilidad de restringir el funcionamiento zona. Para la mayoría de las fallas del sistema de alimentación, la corriente retrasará el voltaje de falla desde cerca de decir 5 "a 15" (resistencia de arco grande a bajos voltajes) a 80°-85° a los altos voltajes; por lo tanto, restringir la zona de operación ajustando el cero, las líneas de torque son practicables. Los transformadores de voltaje (VT) conectados en estrella se muestran en las conexiones típicas de la figura 3.8a. Conexiones de triángulo abierto utilizando solo dos VT para proporcionar voltaje trifásico se puede utilizar como alternativa. Esto es aplicable solo para protección de falla de fase, no para protección de tierra. 3.7 DETECCIÓN DIRECCIONAL DE FALLAS DE TIERRA: POLARIZACIÓN DE VOLTAJE Las conexiones de una unidad de detección direccional para protección de falla a tierra utilizando una referencia de voltaje (polarización de voltaje) se muestra en la Fig. 3.8a y con mayor detalle en la figura 3.9. Aunque los relés de fase de la Sección 3.6 fueron conectado y analizado utilizando tensiones y corrientes trifásicas balanceadas, Es necesario asumir una falla que involucra la tierra para un relé de tierra. Así, se supone una falla de fase a tierra en la dirección de disparo, como se muestra en la Fig. 3.9. Las características de este tipo de falla generalmente son un colapso del voltaje de fase con falla V (ag) con un aumento y retraso de la fase con falla) actual I(o), como se ilustra típicamente en el diagrama fasorial izquierdo. En muchos casos, las corrientes de fase sin falla (b y c) son pequeñas y prácticamente insignificantes, por lo que sus voltajes de fase a tierra están esencialmente sin colapsar. 66 Capítulo3 FIGURA 3.9 Conexiones típicas de tres líneas para detección direccional de falla a tierra con polarización de voltaje usando la unidad de 60 "de la figura 3.78. Fasores y polaridad 67 La suposición aquí es que I(b) = I(c) = O, de modo que I(a) = 3(Io) Esto, junto con V(o), o 3V0, es una cantidad de secuencia cero, revisada en el Capítulo 4. En la figura 3.9, se muestra una polarización de voltaje (referencia de voltaje) que utiliza el voltaje de secuencia cero de 3V(o) derivado de una conexión "delta rota" del VIS (en este ejemplo, los VT auxiliares). Este voltaje es la suma de tensiones trifásicas a tierra, como se muestra en las conexiones y en el medio diagrama fasorial Para condiciones equilibradas, este voltaje de 3V (0) es cero. Para la protección de falla a tierra, una unidad direccional de 60°(ver Fig. 3.7B) es usado. Las conexiones muestran que con I(a) la corriente de falla fluye en el disparo dirección y hasta la falla, la corriente secundaria fluye en el relé a tierra de su dirección de polaridad a no polaridad. Para proporcionar un funcionamiento adecuado, es necesario aplicar -3V, a la bobina de voltaje del relé de tierra, de polaridad a no polaridad, como se muestra en las conexiones y en el diagrama de fasor derecho, donde la operación es como se indica. Con -3V0 conectado a la relé de tierra de polaridad a no polaridad, la característica de relé de la Fig. 3.7B indica que se producirá un par máximo cuando la polaridad-a-no polaridad actual se retrase en el sistema de potencia por 60°. Por lo tanto, el par máximo la línea se dibuja como se muestra en el diagrama fasorial inferior derecho de la figura 3.9. Como siempre que las magnitudes de -3V0 y 310 estén por encima de la toma de la unidad direccional, funcionará para corrientes de casi 30° que conducen a 150° rezagado. Las fallas a tierra en los sistemas de energía, al igual que las fallas de fase, retrasan el voltaje de falla hasta aproximadamente 80° -85°; por lo tanto, relés de estado sólido en los que el cero las líneas de torque pueden cambiarse son útiles para limitar la zona de operación de thai mostrado en la figura 3.9. Se puede realizar una verificación alternativa de estas conexiones asumiendo que los VT son una "fuente de tierra" con corriente que fluye desde la tierra a través del primario del VT a la falla. Si uno rastrea esto a través del Bobinados VT, esta corriente asumida junto con la corriente de falla del sistema, fluirá de polaridad a no polaridad en ambos relés de tierra bobinados. 3.8 DETECCIÓN DIRECCIONAL DE FALLAS DE TIERRA: POLARIZACIÓN ACTUAL La corriente que fluye en el neutro a tierra de una potencia en estrella-triángulo o El banco de transformadores de distribución se puede utilizar como referencia o cantidad de polarización para la protección de falla a tierra. Las conexiones típicas se muestran en la figura 3.10. Nuevamente, no puede fluir corriente al relé de tierra, ya sea desde la falla o desde el banco de transformadores neutral si el sistema de alimentación está equilibrado. Por lo tanto, se muestra una falla de fase a tierra en la fase a en la dirección de disparo. Para simplificar, I e I, se supone que las corrientes de fase son cero. Para todos los fines prácticos 68 Capítulo3 FIGURA 3.10 Conexiones típicas de tres líneas para detección direccional de falla a tierra con polarización de corriente usando la unidad de 0 "de la Fig. 3.7C. plantea que la corriente que fluye hacia la falla estará esencialmente en fase con el corriente que fluye por el banco del transformador neutral, por lo que el relé de tierra de tipo 0 " con características, como se muestra en la figura 3.7C, es aplicable y es el utilizado en la Fig. 3.10 conexiones. Ilustrar y enfatizar que las marcas de polaridad en la corriente los transformadores no tienen que estar conectados al terminal marcado con polaridad de el relé, la falla I. corriente de los (JT en la línea se han conectado arbitrariamente para que I fluya de la no polaridad a la polaridad en la bobina del relé. Por lo tanto, la corriente secundaria de polarización I, debe conectarse desde la no polaridad a la polaridad cuando la falla primaria I, fluye por el neutro del transformador. Con las corrientes I e I, en fase, el par de operación máximo ocurrir como en la figura 3.7C. La operación aún es posible, ya que una corriente conduce o se retrasa en casi 90 "del otro, siempre que las magnitudes sean más altas que las valores de recogida requeridos para la unidad direccional. Debería ser obvio que el las conexiones de la figura 3.10 también son correctas (también para la figura 3.9) si el funcionamiento. Fasores y polaridad 69 la cantidad I(a) 3(Io) y la cantidad de polarización se invierten en el relé direccional. 3.9 OTRAS CONEXIONES DIRECCIONALES Se pueden derivar varias otras conexiones de detección direccional para medir diferentes áreas de factor de potencia conectando las diferentes (u otras) unidades de la Fig. 3.7 a varias combinaciones de corrientes o corriente y voltaje. Un tipo de la conexión se utiliza para operar con energía, ya sea vatios o vars, que fluye en el Sistema de poder. Estos relés (dispositivo designado 32) están disponibles con varios niveles de potencia de funcionamiento. Para la medición de vatios, la unidad de 0 "de la figura 3.7C se puede usar con estrella (o delta) corriente o voltaje. Por ejemplo, esta unidad, utilizada con la fase I(a) corriente y voltaje V (an) dará un par máximo cuando estas dos cantidades están en fase. Además, I (a)- I (b) con V(ab) podría usarse. Para la medición de var, I(a), con V(bc)proporciona un par máximo cuando I, se retrasa 90 "y cero par cuando I(n) está en el factor de potencia de la unidad y fluye en cualquier dirección. También se puede obtener un relé de potencia en vatios (32) utilizando la unidad de 30° de Fig. 3.7A con I(a) y V(ac). Esto coloca la línea de torque máximo en fase con la posición del factor de potencia de la unidad de I(a). De manera similar, un relé de tipo var puede ser obtenido usando esta unidad de 30 "con I(a) y V(n) .Esto proporciona el par máximo cuando I(a), se retrasa 90 ". 3.10 RESUMEN La metodología fundamental de fasores y polaridad revisada en este capítulo se utilizará en el resto del libro. Como se destacó anteriormente, Estos conceptos son esenciales como ayudas útiles en la selección, conexión, operación, desempeño y prueba de la protección para todos los sistemas de energía.
