Sistema de transferencia automática explicado en detalle (requisitos operativos)

Sistema de transferencia automática explicado en detalle - Requisitos operativos (crédito de la foto: Jobimet.pl)

Energía y Poder / Protección

Requisitos operacionales ATS
En el artículo anterior, se explico el papel del sistema de transferencia automática y los requisitos operativos: tres modos de operación: modo manual, modo automático y falla del modo automático.

Ahora cubramos los siguientes temas e intentemos explicar el concepto de transferencia de poder en detalles

Iniciación de transferencia
Consideraciones de autobuses muertos
Arranque del generador
Finalización de la transferencia
Volver a transferir a la fuente normal
Retransferencia de transición abierta
Retransferencia de transición cerrada y
Condiciones inusuales

1. Iniciación de la transferencia
En el modo automático, el sistema de transferencia debe poder reaccionar a la falla de la fuente iniciando la transferencia. Para este propósito, es necesario que la lógica de modo conozca la condición de las fuentes de energía normales y alternativas. Esto generalmente se logra mediante relés de bajo voltaje (dispositivo 27) y voltaje de secuencia negativa (dispositivo 47), como se muestra en la Figura 1.

Figura 1 – Detalle del esquema de transferencia automática principal-principal

 

La transmisión de frecuencia generalmente no es necesaria para las fuentes de servicios públicos, ya que la frecuencia es bastante estable y no se ve afectada por las condiciones de carga cambiantes dentro de la instalación.

Sin embargo, para los generadores de reserva, aunque generalmente se controlan mediante gobernadores isócronos, existe un límite en la cantidad de energía (y en los cambios repentinos de energía) que pueden suministrar sin cambios de frecuencia.
Además, al comienzo del ciclo de arranque de un generador, la frecuencia es cero y aumentará a la frecuencia nominal (generalmente 60 Hz) como parte del proceso de arranque. Por estas razones, los relés de frecuencia de baja (y posiblemente sobre) (dispositivo 81) se utilizan para fuentes de generador además de los relés de tensión de secuencia negativa y negativa.

Debido a que el sobrevoltaje puede ser un problema cuando se opera con energía del generador (por ejemplo, si el regulador de voltaje falla o se le pide al generador que absorba una cantidad excesiva de energía reactiva), ocasionalmente también se usan relés de sobrevoltaje (dispositivo 59) (no se muestra en la figura 1).

Los niveles de activación y retraso de tiempo para estos relés son funciones del sistema en sí y la cantidad de tiempo que se pueden tolerar condiciones anormales. Por ejemplo, los relés de bajo voltaje generalmente se configuran para que se activen cuando el nivel de voltaje cae al 80% del valor nominal. Los relés de voltaje de secuencia negativa generalmente están preconfigurados para responder a la pérdida de una sola fase, pero pueden ser ajustables.

Los relés de frecuencia deben configurarse con mucho cuidado para evitar operaciones molestas en cambios de carga normales . Debe tenerse en cuenta que estos relés suelen ser utilizados únicamente por el sistema de transferencia automática y están separados de los relés o las funciones del paquete de control del generador que proporcionan protección para el generador. Se requiere una coordinación cuidadosa para asegurar que los relés de transferencia automática siempre reaccionen antes que los relés de protección del generador.

La indicación de estos relés a la lógica de transferencia automática suele tener la forma de una única entrada binaria, es decir, “fuente normal” o “fuente anormal” . Al recibir una señal de “fuente anormal” cuando se opera con energía de la red pública, la lógica de transferencia automática debe responder.

Típicamente, esta respuesta se retrasa para asegurar que la anormalidad no sea una condición transitoria, para evitar una transferencia innecesaria. Cuando el sistema se suministra a través de la energía de la red pública, esto permitirá que el sistema de la red pública intente eliminar la falla mediante el reenganche.

El retraso de tiempo, conocido como retraso de falla de fuente, puede ser a través de características de tiempo inverso integradas en los relés o, más típicamente, a través de un retraso de tiempo integrado en la lógica de transferencia automática. Este retraso es típicamente de 5 a 10 segundos y es una función de qué tipo de reconexión de servicios públicos se utiliza y cuánto tiempo se puede permitir que persista la condición de voltaje anormal.
Una vez que el tiempo de falla de la fuente ha expirado, el sistema de transferencia automática abre el interruptor automático de la fuente afectada, comenzando el proceso de transferencia automática.

2. Consideraciones de autobuses muertos
Una vez que se ha iniciado una operación de transferencia y se ha desconectado el sistema de su fuente de suministro normal, se debe dar un retraso de tiempo adecuado para permitir que el voltaje residual de los motores giratorios decaiga antes de que el sistema se transfiera a la fuente alternativa.

Este retraso de tiempo se conoce como tiempo muerto del bus , y es vital que esto se tenga en cuenta en el diseño del esquema de transferencia. Si no se hace esto, existe un riesgo significativo de daños en el eje y el devanado de los motores conectados debido a la transferencia de energía que puede ocurrir.
Para el sistema de ejemplo de la Figura 1, esto casi siempre se tendrá en cuenta inherentemente debido al tiempo de arranque del generador, sin embargo, la lógica debe incorporar controles para asegurar esto.

En general, cada vez que un bus del sistema se desenergiza debido a la acción de transferencia automática, un retraso de bus muerto debe codificarse en la lógica de transferencia. Los retrasos típicos del bus muerto son de 2 a 5 segundos.

3. Inicio del generador
Para el sistema de ejemplo de la Figura 1, se proporciona una señal para iniciar el arranque del generador. En general, esto será un requisito cada vez que una de las fuentes de energía sea un generador o generadores, a menos que el (los) generador (es) se utilicen para la cogeneración y la energía de reserva.

Típicamente, esta señal es un cierre de contacto ; Una vez que se cierra el contacto, los generadores se iniciarán y funcionarán hasta que se abra el contacto, momento en el cual el generador comenzará un ciclo de enfriamiento.

Existen otras variaciones, sin embargo, en general, la gestión del ciclo de enfriamiento del generador debe permanecer bajo el control del sistema de control del generador (es) en lugar del sistema de transferencia automática.
4. Finalización de la transferencia
Después de que la fuente alternativa esté disponible y la demora requerida del bus muerto haya expirado, el sistema de transferencia debe cerrar el disyuntor de fuente alternativa para suministrar el sistema desde la fuente alternativa. En el sistema de ejemplo de la Figura 1, el interruptor automático de fuente alternativa es CB-GM .

Para un sistema main-tie-main como se muestra en la Figura 2, el interruptor de circuito secundario del bus sería el interruptor de circuito que está cerrado.

Figura 2 – Disposición secundaria-selectiva “Main-Tie-Main”

Para la disposición de topología principal-principal , uno de los interruptores de circuito de enlace de bus normalmente permanecería cerrado todo el tiempo, y el segundo interruptor de circuito de enlace sería el interruptor de circuito que está cerrado para completar la transferencia.

5. Volver a transferir a la fuente normal
La fuente normal, cuando regresa, generalmente inicia un temporizador en el sistema de transferencia automática. Este temporizador está presente para que no se vuelva a realizar la transferencia hasta que se haya demostrado que la fuente normal es estable. El retraso de tiempo se conoce como un retraso del retorno del tiempo de origen y generalmente se establece entre 5 y 15 minutos.

Una vez que la demora ha expirado, el retorno a la condición de funcionamiento normal puede ser de transición abierta o cerrada, y puede iniciarse manual o automáticamente.
6. Retransferencia de transición abierta
Como su nombre lo indica, la retransferencia de transición abierta implica desenergizar el sistema antes de energizarlo con la fuente normal. Esto requiere un retraso de bus muerto como se discutió anteriormente. En el sistema de ejemplo de la Figura 1, el interruptor automático CB-GM se abriría, se produciría un retraso de bus muerto y el interruptor automático CB-UM se cerraría para completar la transferencia.

La desventaja de este método de re-transferencia es que requiere que el sistema tome una segunda interrupción para ser restaurado a la fuente normal. Sin embargo, no requiere equipo adicional para lograrlo.

7. Retransferencia de transición cerrada
La retransferencia de transición cerrada requiere el paralelismo de las fuentes de energía normales y alternativas durante un breve período de tiempo antes de la separación de la fuente de energía alternativa. Cuando está involucrado un generador (es), esto requiere sincronizar el generador (es) con la fuente de energía normal.

Esta sincronización se puede lograr de forma pasiva, simplemente esperando que el (los) generador (es) caigan en sincronismo con la fuente normal, o activamente, activando el (los) generador (es) en sincronismo con la fuente normal.

En general, la sincronización pasiva es menos costosa y se puede lograr con un simple relé de verificación de sincronismo (dispositivo 25), sin embargo, no se garantiza que el generador esté sincronizado con la fuente de servicios públicos y la transferencia de energía resultante durante la transición puede dañar el generador y Otros componentes del sistema.

La sincronización activa evita estos problemas, pero es más costosa ya que se requiere un sincronizador de generador y señales de control adicionales entre el sistema de transferencia automática y el sistema de control del generador.

El período de tiempo durante el cual las fuentes están en paralelo suele ser muy breve, no más de 2 a 3 ciclos, a fin de mantener la mayor exposición del sistema que ocurre en el menor tiempo posible. Esta mayor exposición resulta de los niveles elevados de corriente de falla que existen con las fuentes en paralelo, y también debido a la exposición del sistema para suministrar una falla en la fuente normal a través de la fuente alternativa. Si tanto las fuentes normales como las alternativas son servicios de servicios públicos separados, el servicio público puede tener restricciones sobre la capacidad de realizar una nueva transferencia de transición cerrada.

La ventaja de la retransferencia de transición cerrada es que el sistema no tiene que experimentar otra interrupción durante la nueva transferencia. Para el sistema de ejemplo de la Figura 1, el interruptor automático CB-UM se cerraría una vez que se logre la sincronización (pasiva o activa), entonces el interruptor automático CB-GM se abriría para completar la nueva transferencia.

8. Condiciones inusuales
Pueden ocurrir condiciones inusuales durante el proceso de transferencia automática. Por ejemplo, la fuente de alimentación normal podría fallar, solo para restablecerse durante el tiempo de retraso del bus muerto antes de que la fuente alternativa se conecte al sistema. La forma en que el sistema de transferencia automática responde durante tales condiciones ha sido tradicionalmente una función de la habilidad del diseñador del sistema de transferencia y los requisitos de la instalación.

La filosofía básica para las transferencias automáticas en entornos de misión crítica es transferir el sistema si la condición de la fuente normal está en duda , siempre que se sepa que la fuente de energía alternativa está disponible y es segura, y la mayoría de las Los sistemas de transferencia para estos entornos están diseñados con este objetivo en mente.

Referencia // Sistemas de transferencia automática de potencia crítica: diseño y aplicación de Bill Brown, PE, Jay Guditis, Centro de competencia de potencia crítica Square D