Irms ó I fasorial para protecciones

[Eduardo Mauricio Samaniego Rojas]

Estimados Colegas, acudo a Ustedes con la finalidad de realizar una consulta respecto al uso de corrientes RMS o fasoriales para protecciones:

En la Empresa Distribuidora donde laboro tenemos una duda respecto del uso de corrientes fasoriales o RMS para las protecciones tanto de fase como de neutro, en vista de que, durante la puesta en marcha de equipos de protección para transformadores y alimentadores de media tensión, hemos visualizado una diferencia notoria respecto de las corrientes de neutro fasorial y RMS medidas por los IED's de protección.

Como un ejemplo, en el lado de baja tensión de un transformador de potencia de 10 MVA, 69/13.8kV registramos las siguientes corrientes:

In RMS=103 A

In Fasor (magnitud)=30A

Cabe indicar que los TCs están conectados en estrella y se usa la suma de las corrientes de fase para ingrear a los terminales de neutro del relé (es decir la corriente residual).

Al tener una diferencia tan importante en los valores registrados, presumo que deberíamos utilizar la corriente fasorial, que es la resultante de la suma vectorial de las corrientes de fase, sin embargo al realizar la medición de la corriente que circula por el terminal neutro del relé, el valor concuerda con lo registrado por el IED como corriente RMS, por lo tanto, esta es una corriente real que no sabemos de donde proviene.

Si de pronto alguien ha tenido experiencias o alguna explicación sobre este tema le pido la comparta con nosotros, a fin de esclarecer las dudas que tenemos al respecto.

Adicionalmente sería importante saber en que circunstancias o condiciones del sistema debería escoger para protecciones Irms o I fasorial.

Muy agradecido de antemano

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Eduardo Samaniego Rojas
Ingeniero Eléctrico
Loja - Ecuador

[Angel Quiñones]

Saludos
El problema es de concepto, que es RMS y que es un fasor
RMS es la potencia efectiva y un fasor es un vector con magnitud y angulo
Las protecciones de los equipos siempre se utilizan magnitudes RMS el cual es el valor real equivalente en potencia al fasor (que oscila a 60 Hz o 50)
En realidad cualquier conductor transporta corriente el problema es que resista la temperatura y para eso debe estar en equilibrio termico sin exceder sus especificaciones, por eso se utiliza RMS ya que el vector oscila y no siempre produce energia.

Para mayor claridad necesitamos algun profe para que de un repaso ya que mi explicacion no es muy buena creo yo.


Angel Quiñones
Ing Electricista
Maturin- Monagas

[omar graterol]

Eduardo, saludos.

Bueno sobre el tema, con la explicación de Ángel, debe estar clara la duda presentada sobre el uso de las corrientes (Valores RMS o valores fasoriales); en realidad esa es la base.

Los valores RMS representan los valores efectivos de potencia con los cuales una onda AC, cuyos valores instantáneos dependen del tiempo o punto de la onda, en el cual la onda sinusoidal tiene un ángulo en el movimiento de la oscilación de la misma, que oscila a 60 o 50 Hertz, como lo indica Ángel; estos valores permiten manejar los cálculos AC, como si se tratara de una corriente DC, con un valor RMS fijo en el tiempo, las ondas sinusoidales, se representan como si fueran ondas cuadradas con el valor RMS fijo igual a (Vmax. x 0.707), lo que es igual a Vmax entre raiz cuadrada de 2. En conclusión la corriente RMS, representa la potencia disipada en el tiempo por efecto Joule (I²_rms*t), en cualquier equipo que necesitemos proteger por este efecto, como es el caso de la protección de las corrientes en el neutro que indica Eduardo que necesitan integrar al relé para la protección por corriente residual; por lo cual el valor del setting, debe ser basada en el cálculo que se hace con valores RMS. Ojo es imporatnte estar claros que los valores RMS de estas mediciones (IEDs), son valores True RMS, que consideran los vaolres instantaneos medidos donde se incluye el efecto de los armonicos.

No obstante un fasor es un vector, que representa la onda en movimiento, que tiene un valor igual a Vmax., que puede rotar de 0 a 360 grados, cuya proyección en el eje “Y”, corresponde al valor instantáneo del voltaje o corriente, según lo que se esté manejando. Este valor instantáneo depende del ángulo o de (Wt) en radianes (Wt = 2π f t); por lo cual V_(i) = V_Max.*Sen (_Wt). Como se puede ver, el valor instantáneo, depende del tiempo de la medición o del angulo de rotación del vector, cuyos valores a lo largo de un ciclo, varían desde 0 a max., y cuando Eduardo nos indica un valor de la I fasoriales de 30 Amp. cuando el valor RMS son 103 amp., es porque en el instante de la medición, la _Imax. Era de 145 Amp. o sea (103/0.707), y el Sen _(Wt)  era 0.2059 en radianes.  

En todo caso como Ángel, menciona la necesidad de un profesor para la explicación, les copio un LINK de YouTube, que tiene una explicación de este tema, y aunque esta en inglés, es muy fácil de entender, porque la explicación está basada en gráficos y formulas.

https://www.youtube.com/watch?v=FrRmihdF52o

 

Al final de todo esto, lo importante es tener claro que actualmente los relé o IEDs, basados en microprocesadores, tienen la capacidad de medir > 64 veces durante el ciclo de la onda de tensión, y mediante algoritmos de cálculo toman estos valores, especialmente para protecciones diferenciales, y de distancia, dependiendo del fabricante y tipo de relé puede o no tener esta capacidad; por lo cual para estar bien seguros y claros sobre este tema, es siempre importante acudir a los boletines técnicos del relé que se este aplicando.

 

Bueno, para mí fue una oportunidad de repaso.

 

Saludos, Omar Graterol

Ingeniero electricista

Maracaibo – Zulia – Venezuela

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[Eduardo Mauricio Samaniego Rojas]

Estimados colegas

Muchas gracias por sus respuestas, es clara la diferencia entre los dos conceptos, sin embargo me quedan dudas del porqué tenemos tanta diferencia entre I rms e Ifasorial, pienso que la única razón para que se de este fenómeno es que la influencia de los armónicos sea tan alta como para lograr este efecto, sin embargo consulto si alguien de los colegas ha tenido experiencias similares y sus posibles soluciones, ya que al ser real la corriente de neutro rms provoca disparo por desbalance, cuando en realidad no es desbalance real....

Saludos cordiales

 

EERSSA
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[omar graterol]

Eduardo, saludos.

En primer lugar si se entiende lo de los valores fasoriales, que en realidad son isntantaneos, el valor de 30 Amp. se explica porque en ese instante el angulo de avance de la onda era muy pequeño, razon por la cual esa medicion.

En relacion con la medicion RMS, que como lo destaque en la nota anterior, es TRUE RMS, la misma contiene el efecto de los armonicos; lo que no sabemos es la corriente sin el efecto de los armonicos, la cual puedes medir con un amperimetro de gancho del tipo No TRUE RMS, con el cual puedes ver la diferencia con y sin armonicos.

Al ser real la corriente TRUE RMS que estas midiendo, y estar infuenciada por el contenido de armonicos, debe estar calro que los armonicos impares, no se cancelan en el neutro y aparacen como desbalance. Es decir los armonicos son la principal causa del desbalance que obeservas en el neutro como corriente residual.

En cuanto a la proteccion por corriente residual, segun las mediciones que indicas, esos 103 Amp. representan como el 25% de la corriente de fase; valor alto para un sistema normal, en el cual normalmente la proteccion residual se ajusta por encima del 15% de desbalance que podrias permitir, y por debajo de nivel minimo de falla monofásica, considerando una falla monofasica con arco (20% de la falla monofasica maxima); no obstante si tu mismo estas consiente de que tu sistema maneja un alto % de cargas no-lineales y tienes armonicos, debes estimar su influencia, y en especil estar seguro que con el mayor desabalance que representa la perdida de una fase, tu proteccion actua.

El desbalance operacional (No perdida de una fase), lo puedes manejar operacionalmente, o balanceando cargas.

Por otra parte, si tu principal problema son los armonicos, debes buscar la forma de controlarlos, para lo cual hay muchas formas...Mejor tecnologia en tus cargas no-lineales, como IGTB vs SCR, o mayor numero de pulsos en tus equipos de rectificacion o inversion de potencia, o el uso del filtros aguas abajo de tu transformador de potencia mayor, o transformadores apareados DELTA-ESTRELLA); en todo caso esto ultimo es otro tema. Recuerda que los armonicos son un problema, ocupan espacio en los transformadores, y en muchos caso se requieren transformadores con factor K (mayor capacidad de manejo de armonicos, y neutros sobrediseñados); por lo cual ademas del filtrado tus protecciones electricas deben estar bien ajustadas.