Falla de aislamiento ocasionada por la ubicación de protección contra sobrevoltajes transitorios Armando Llamas, Adrián González P.

Transcripción

1 Falla de aislamiento ocasionada po la ubicación de potección conta sobevoltajes tansitoios Amando Llamas, Adián González P. SUB 9 P147 Cento de Estudios de Enegía, Instituto Tecnológico y de Estudios Supeioes de Monteey, Campus Monteey Ave. E. Gaza Sada 2501 Su, Monteey, NL. Tel: (81) allamas@itesm.mx Resumen. El pesente atículo enfatiza la impotancia de la coecta ubicación de potecciones conta sobe voltajes. Aboda el caso de una empesa papelea en la cual la ubicación de las potecciones en los geneadoes ocasionó la falla del aislamiento. I Intoducción El pesente atículo se basa en un estudio solicitado po una compañía papelea que cuenta con cogeneación debido a que falló el aislamiento de dos de sus geneadoes en distintas ocasiones. Los geneadoes opean nomalmente sinconizados a CFE y el elato de una de las fallas es el siguiente: "Vimos esplando y oímos el tueno, se fueon CFE y las dos unidades de geneación. La potección difeencial de un geneado opeó y al abi las tapas encontamos daño en el extemo donde da vuelta el devanado del estato. Las potecciones conta sobevoltajes tansitoios deben esta lo más ceca posible a la caga a potege, además es impotante coloca pimeo las potecciones y después llega al equipo a potege [1]. La poción supeio de la Figua 1 ilusta la situación ecomendada mientas que la poción infeio de la Figua 1 muesta los siguientes dos eoes: a. El equipo a potege (el moto), está antes que las potecciones (apataayos y capacito) b. La unión a la cacaza y a tiea foma un lazo más gande lo que ocasionaá una mayo impedancia. El equipo de potección va pimeo Conexión diecta de tiea de equipo de potección a amazón de la máquina El distubio llega pimeo a la máquina Se foma un lazo mayo en la conexión de tiea RVP-AI/2005 SUB-09 PONENCIA RECOMENDADA POR EL COMITÉ DE SUBESTACIONES DEL CÍTULO DE POTENCIA DEL IEEE SECCIÓN MÉXICO Y PRESENTADA EN LA REUNIÓN DE VERANO, RVP-AI 2005, ACULCO, GRO., DEL 10 AL 16 DE JULIO DE Figua 1 Ubicación del equipo de potección

2 II Modelo Con la finalidad de compende mejo el fenómeno y analiza el cicuito sin emplea un pogama de simulación, se analiza el siguiente caso: Un distubio tipo escalón de voltaje de 320 kv, en el nodo hay una esistencia que modela al moto, en el nodo sólo hay un capacito de 0.5 µf. Los cables tienen una impedancia caacteística de 50 Ω, el tiempo de ecoido en el pime cable es de 0.1 µs y 0.01 µs en el segundo. Considee muy gande la esistencia que modela al moto. De manea que el cicuito se ve como el mostado en la Figua 2. Se ha puesto una esistencia de 50 Ω, un paámeto concentado, con el objetivo de evita eflexiones, de manea que el cicuito ve una línea infinita. 50 Ω CFE 50 Ω, 150m 1.5m 1µs 0.01µs epesenta el voltaje eflejado después que la onda va y viene po el tamo más coto de la línea, es deci después de 0.02 µs ó a los 1.02 µs desde que incide la onda. v ( t') = 160X10 3 ( 1 2* 40000* t' e ) u( t' ) con t = t µs Ec. 6 La foma de voltaje esultante es la supeposición de la onda incidente (Ec.1) y la eflejada (Ec.6). El voltaje esultante en el nodo es un escalón que toma un valo de 160 kv desde t = 1 µs a t = 1.02 µs, vuelve a ceo y empieza a cece exponencialmente con una constante de tiempo τ = 25 µs tal como se muesta en la Figua kV Figua 2. Modelo caso analítico 3 320X10 50 v i = s V Ec. 1 Z A = 50 Ω Ec. 2 1 = Ω Ec X10 s Z B 6 Z B Z A v = vi * Ec. 4 Z B + Z A Sustituyendo valoes tenemos el voltaje eflejado expesado como una función en el espacio de Laplace: 1 3 s + 160X10 6 v = 25X10 Ec. 5 s 1 s X10 Al aplica la tansfomación invesa a la Ec. 5, se obtiene la Ec. 6 que III Figua 3. Voltaje esultante Simulación La Figua 4 coesponde al cicuito que modelado empleando MicoTan Poject [2]. El sobevoltaje tansitoio modelado pesenta un aqueo en la cesta (cest flashove). Se ha seleccionado una foma de distubio del tipo ampa tiangula poque es el alto valo de pendiente (en el segundo segmento del distubio la pendiente es 160 kv / 0.05 µs) lo que evela la mala ubicación de las potecciones. La esistencia del mismo valo que la impedancia caacteística de la línea sive paa que la onda eflejada vea una línea infinita y no se ocasionen eflexiones en ese extemo. Las eflexiones se pesentaan sólo en la

3 impedancia de 160 Ω que modela al moto y en el nodo donde se ubican las potecciones. ya que queemos aisla el efecto del apataayos. Tal como se muesta en la Figua Ω 0.05µs CFE Ω, 150m 1.5m 1µs 0.01µs 2µs 160kV Zs=160 Ω Figua 4. Cicuito con apataayos y capacito después del moto. Con el popósito de examina con mayo detalle la función de cada uno de los elementos de potección se ealizaon tes coidas con Mico Tan Poject [2] de la manea siguiente: a. Sólo el capacito b. Sólo el apataayos c. Con capacito y apataayos. El voltaje mostado coesponde al de las teminales de la máquina, nodo otulado. a. Modelo sólo con capacito El modelo que se simula coesponde al cicuito de la Figua 4 sin el apataayos. El esultado de la simulación se apecia en la Figua 5. Figua 6. Apataayos solamente. c. Modelo con apataayos y capacito Una vez que se ha visto po sepaado el efecto de los dos componentes de la potección se simula el efecto conjunto de ambos dispositivos. El esultado de la simulación con capacito y apataayos en la ubicación no deseada se pesenta en la Figua 7. Donde se alcanza apecia el pico de cota duación y de valo negativo que se pesenta en las teminales del moto. Este es el sobevoltaje que queemos elimina al eubica las potecciones en la ubicación pefeida, de manea tal que las potecciones sean más efectivas. Eo! Figua 5. Solo el capacito b. Modelo sólo con apataayos El modelo con apataayos coesponde al cicuito de la Figua 4, del cual, hemos eliminado el capacito, Figua 7. Apataayos y capacito colocados después del moto. Se obseva que la espuesta del capacito y del apataayos es muy simila a la que se pesenta sólo con el capacito po lo que concluimos que la potección paa este distubio de cota duación la ealiza exclusivamente el

4 capacito. Tal como lo muestan la Figua 5, Figua 6 y Figua 7 en los tes casos apaece un sobevoltaje tansitoio de muy cota duación (0.1 µs) y de valo negativo. Este sobevoltaje tansitoio es inaceptable y es la causa de las fallas que se pesentaon en los geneadoes de la compañía papelea. IV Modelo Con Ubicación Pefeida Paa demosta el desempeño supeio con la ubicación pefeida de las potecciones se modeló el cicuito de la Figua 8. El fente de onda del sobevoltaje tansitoio poveniente del nodo CFE, viaja a tasvés de la línea, ve las potecciones y continua hasta llega al moto 0.01 µs después de habe pasado po la potección. 0.05µs 2µs Ω 160kV CFE Ω, 150m 1.5m 1µs 0.1µs Zs=160 Ω Figua 8 Cicuito con apataayos y con capacito antes del moto En este caso la potección opea con un desempeño supeio a los casos analizados anteiomente. La Figua 9 muesta que en las teminales del moto apaece un voltaje máximo de 6000 V y este de ninguna manea debe daña el aislamiento de la máquina. De esta manea las potecciones tienen el desempeño espeado. Figua 9 Sobevoltaje tansitoio con las potecciones antes de la máquina V Conclusiones El sistema de potección conta sobevoltajes tansitoios integado po un capacito y un apataayos debe se colocado lo más ceca posible de las teminales del dispositivo a potege. Además se debe tene en cuenta la diección posible de llegada del fente de onda ya que dichas potecciones deben se colocadas antes que el dispositivo a potege, tal como se muesta en la ubicación pefeida. Este detalle en la instalación de la potección conta sobe voltajes tansitoios hace gan difeencia, tal como se mostó con las simulaciones ealizadas. VI Bibliogafía [1] D. Beeman, Industial Powe Systems Handbook, McGaw-Hill Book Company, New Yok, 1955, pp [2] Micotan Powe Systems Analysis Copoation, Micotan Poject V3.11, [3] Geenwood, Alan. Electical Tansients in Powe Systems. Wiley Intescience. Segunda Edición. E.U. 1923, pp.554.

5 VII Biogafías Amando R. Llamas Teés es Ingenieo Electicista (1983) y Maesto en Ingenieía (1985) del Instituto Tecnológico y de Estudios Supeioes de Monteey, Campus Monteey. En 1992 ecibió el gado de Doctoado (Ph. D.) de Viginia Polytechnic Institute and State Univesity. Actualmente es Diecto del Cento de Estudios de Enegía del ITESM y titula de la Cáteda: Modenización del Secto Enegético en México: Un enfoque sostenible. Es miembo senio del IEEE, y miembo vitalicio y CEM de la AEE.. Adián González Pealta es Ingenieo Físico Industial del Instituto Tecnológico y de Estudios Supeioes de Monteey, Campus Monteey (2003). Actualmente es estudiante de la Maestía en Ciencias en Ingenieía Enegética del ITESM y asistente de investigación en el Cento de Estudios de Enegía del mismo instituto.