87 o 50?

Este es el análisis de un evento ocurrido en una subestación de Guayaquil-Ecuador, esta es una subestación de 12MVA a 69/13.8 KV, una iguana subió al transformador de potencia e hizo contacto con uno de los bushing del transformador.

Como es de esperarse, la iguana se carbonizo, cayo al cubeto del transformador y se arrastro hasta morir. La corriente de falla causo el disparo de los interruptores de alta y baja respectivamente.

Al encontrar los interruptores de alta y baja disparados, se espera encontrar una falla diferencial (87) pero al revisar el rele de protección los led's encendidos son la fase C, y los led 50 y 87

FIGURA1 RELE DE PROTECCIÓN 

De aquí la pregunta, por que estan encendidos los 2 led's 50 y 87? QUIEN CAUSO EL DISPARO ? EL 87 O EL 50?

Lo primero que se concluye es que la falla se dio en la fase C, para analizar en mas detalle se debe acceder a la información del rele.

FIGURA3 

En la figura 3 vemos la corriente de la fase en falla (fase C) en el lado de 69 (ICW1MAG) junto con los estados de los bit digitales de disparo.

La corriente en el lado de 13,8 es despreciable, por medio de esto concluimos que la falla se dio en el lado de 69KV.

Al analizar esta gráfica hay que tener en cuenta que, pese a que el software nos muestra una curva continua el rele solamente ve los puntos marcados, NO ve los valores entre los puntos.

Los puntos de interés son aquellos en que se activan los bits de disparo del rele.

• PUNTO1: 47.53A, enganche del bit 51P

• notar la diferencia entre enganche y disparo. (OUT4, alarma). 

• PUNTO2: 114.25A, disparo del bit 50P

• Este bit comanda el disparo del 52 de 69KV (OUT1)

• PUNTO3: 120.78A, disparo del bit 87U

• Este bit comanda el disapro de los 52 de alta y baja. (OUT3)

De manera paralela se debe tener en cuenta los ajustes de la curva de sobrecorriente, donde la Ip es 4.2 A y la Iins es 60 A.

FIGURA4

1. PUNTO 1

• Se acciona el 51P1, el enganche de tiempo inverso, nominalmente el tiempo de disparo es 422ms ( 253 ciclos ), la falla es despejada mucho antes de este tiempo. 

1. PUNTO 2

• Se acciona el 50P1, el enganche de instantáneo, dado que para este rele particular la instantánea no tiene temporizador el disparo es inmediato. 

• Este disparo digital acciona el contacto OUT1 del rele de protección. 

• Este contacto acciona el disparo del interruptor de alta. 

• El contacto opera a los 3 ciclos de iniciado el evento. 

1. PUNTO 3

• Se acciona el 87U, el disparo no restringido de diferencial, la corriente diferencial calculada supera el umbral de operacion. 

• Este disparo digital acciona el contacto OUT3 del rele de protección.

• Este contacto energiza el rele de bloqueo 86, que a su vez acciona el disparo de los interruptores de alta y baja. 

• este disparo ocurre a los 3.25 ciclos

Es decir a los 3 ciclos de iniciado el evento dispara el interruptor de alta, a los 3.25 ciclos dispara el rele de bloqueo 86 provocando el disparo de alta y baja.

El primero en disparar es el 50 y 0.25 ciclos después el 87, es decir el 50 es mas rápido que el 87.

CONCLUSIÓN: Para esta falla hubo 2 disparos seguidos, uno de sobrecorriente y un diferencial, esto constituye un error de coordinación, para una falla en los bushing del transformador solo debe haber disparo 87, no 50/51.

RECOMENDACIÓN: El bit de disparo 50P debe ser temporizado, se sugiere un valor de 0.6 ciclos (10 ms), esto garantiza que primero dispare el diferencial conservando la sensibilidad de la protección. 

PROTECCIONES 101 87

Para mayor referencia véase :

IEEE C37.91 (PROTECCION DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA)
IEEE C57.91 (VIDA UTIL DEL TRANSFORMADOR DE POTENCIA)
IEEE C37.110 (SELECCION DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE)
MANUAL SEL 587

PROTECCIÓN DIFERENCIAL 87 (Baja impedancia)

El principio de operación de la protección diferencial (87) se basa en la ley de corriente de Kirchoff, en donde la corriente que entra a un nodo es igual a la corriente que sale del nodo.

De haber una falla en el nodo protegido la corriente entrante sera diferente de la corriente saliente, de ahí el termino diferencial.

FIGURA1 

En el sistema mostrado en la figura 1 se muestra un elemento de red cualquiera (un transformador, una barra, un alimentador, etc),  a los extremos de dicho elemento hay transformadores de corriente conectados como se muestra.

La señal de corriente de estos CT's se envía a un rele de protección, que calcula la diferencia entre la corriente entrante y la saliente, si dicho valor es mayor a una cierta tolerancia se declara condición de falla y se ordena el disparo del sistema.

Para que el rele pueda hacer una comparación correcta de las corriente entrantes y salientes, I1 e I2, estas deben tener la misma magnitud y el mismo angulo de fase. 

La condición de magnitud se logra ajustando una RTC igual para ambos CT's, mientras que la condición de fase se logra con la conexión de los CT's.

La zona entre los transformadores de corriente se denomina "zona de protección". La suma de las corrientes I1+I2 es la corriente diferencial, Idiff

Esta es la condición de carga normal, el diagrama fasorial se muestra en la figura 2

FIGURA2

Bajo este estado del sistema, la suma de las corrientes I1+I2 da 0 (suma fasorial). La condición I1+I2=0 se sostiene incluso para fallas fuera de la zona de protección. 

A continuacion se muestra el sistema en condicion de falla junto con su diagrama fasorial.

FIGURA3

FIGURA4

Al calcular la Idiff esta sera un valor distinto a 0, provocando la señal de disparo. 

PROTECCIÓN DIFERENCIAL PARA TRANSFORMADOR DE POTENCIA

Como se indico previamente para que el rele pueda calcular la corriente diferencial correctamente las señales I1 e I2 deben cumplir 2 condicines:

1.- Ser de igual magnitud

• Al variar el nivel de tension cambia la escala de corriente, en un transformador 69/13.8 KV 1A en el lado 69KV son 5A en el lado de 13.8

• Antiguamente se calculaba manualmente el TAP al que se debia ajustar el rele para compensar la magnitud de corriente.

2.- Tener el mismo angulo de fase. 

• En un transformador de potencia hay un defase entre la señal primaria y secundaria, expresado como el grupo vectorial.

• Antes de la era digital, se jugaba con las conexiones de los CTs y bobinas del rele para lograr la compensación de fase.

Hoy en día es practica común conectar en Y tanto las bobinas del rele como los CTs de donde se toma la señal de corriente, esto se hace asi para no introducir un defase adicional entre la señal del primario y secundario.