Protección con relés de baja frecuencia (RBF)

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En muchas ocasiones las variaciones de frecuencia son oscilatorias, de tal forma que la operación de las unidades de frecuencia en base a dicho valor instantáneo puede provocar disparos indebidos o la no actuación del relé. Para evitar problemas y proveer una perfecta cobertura frente a variaciones de frecuencia oscilatorias, se pueden utilizar unidades de derivada media de frecuencia que monitorizan los cambios de frecuencia a largo plazo.

El esquema de alivio de carga actúa como protección primaria contra baja frecuencia, retirando carga del sistema, en pasos de acuerdo a como va decreciendo la frecuencia. Típicamente, se puede tener un rechazo de carga del 20 al 50% de la carga total en cuatro, cinco o seis pasos. El esquema opera sobre los alimentadores de las subestaciones de distribución. Normalmente un alimentador está asignado a un paso de reducción de carga. Las frecuencias típicas para la operación de cada paso se muestran a continuación:

- Primer paso: 59.4 Hz durante 15 ciclos

- Segundo paso: 58.8 Hz durante 15 ciclos

- Tercer paso: 58.2 Hz durante 20 ciclos

- Cuarto paso: 57.8 Hz durante 20 ciclos

Si la disminución de frecuencia no se soluciona con el esquema de alivio de carga, el relé de baja frecuencia deberá operar como respaldo . La sobre frecuencia no resulta ser un problema crítico ya que puede ser corregida localmente por el regulador de velocidad reduciendo la potencia mecánica de la turbina.

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El relé de baja frecuencia deberá a su vez estar coordinado con el esquema de alivio de carga para evitar su operación antes de que el esquema pueda retornar la frecuencia a su valor nominal, sin que ésta alcance en algún momento la zona prohibida de operación. Para probar que la coordinación entre el relé y el esquema de alivio de carga es adecuada, se grafica la trayectoria de la frecuencia en el tiempo, en la peor contingencia que el esquema sea capaz de controlar, en el mismo plano que la curva de frecuencia anormal de la turbina, conjuntamente con los límites de operación del relé de baja frecuencia, para constatar que no exista un cruce entre la protección primaria (Esquema de alivio de carga) y la de respaldo. Para

obtener la forma de onda de la frecuencia en el disturbio antes mencionado, se requiere modelar a detalle el sistema, no solo desde el punto de vista eléctrico, sino también mecánico, además deberán ser considerados los reguladores de velocidad de cada máquina con sus respectivas constantes de tiempo. Todos los datos requeridos para la modelación del sistema hace que se vuelva muy complejo realizar este tipo de análisis para la calibración del relé, por lo que la información del comportamiento de la frecuencia deberá ser solicitada al estamento a nivel nacional que se encargue de realizar este tipo de estudios, en el caso del Ecuador, la corporación CENACE.

También se utilizan protecciones de frecuencia en subestaciones de distribución donde se requiere un sistema de deslastre de cargas con una escala de prioridad en la desconexión. Cuando se va recuperando la frecuencia, en la reposición de las cargas también se tiene en cuenta la prioridad. (Figura a) Si se produce una falla en la línea de transmisión, los generadores propios estarán sobrecargados y la frecuencia descenderá rápidamente, necesitando esta planta un rápido sistema de deslastre de cargas controlado por relés de frecuencia.

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Si la línea de transmisión suministra a más de una planta y es desconectada por un extremo remoto (figura b), la planta con su propia generación se encuentra proporcionando potencia a la línea, mientras que su propia frecuencia irá decreciendo. Esta salida de flujo de potencia puede ser evitada utilizando relés de protección contra inversión de potencia, pero si no se elimina toda la sobrecarga, el relé de frecuencia deberá desconectar las cargas locales de menor prioridad.

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