Métodos de mitigación de sobretensión de conmutación en EHV

Inserción Rápida de Reactores Derivados

Objetivo:

Los reactores derivados se utilizan principalmente para compensar la capacitancia de las líneas de transmisión largas, lo que puede causar sobretensiones y problemas de potencia reactiva. Proporcionan un beneficio secundario al reducir las sobretensiones de conmutación cuando están conectados, pero esto no es típicamente la razón principal por la que las empresas de servicios públicos los instalan. Los objetivos principales de los reactores derivados incluyen:

• Compensación de Capacitancia: Las líneas de transmisión largas tienen una capacitancia significativa, especialmente a niveles de Tensión Extra Alta (THE). Esta capacitancia puede causar sobretensiones, particularmente durante condiciones de carga ligera o cuando la línea está abierta. Los reactores derivados ayudan a mitigar estas sobretensiones proporcionando una carga reactiva que contrarresta los efectos capacitivos.

• Reducción de Sobretensiones de Conmutación: Aunque no es el propósito principal, los reactores derivados también pueden reducir las sobretensiones de conmutación. Cuando un interruptor abre o cierra, pueden ocurrir sobretensiones transitorias. Los reactores derivados pueden absorber parte de estos transitorios, reduciendo así la magnitud de las sobretensiones.

Aplicación:

• Los reactores derivados se instalan típicamente en subestaciones a lo largo de líneas de transmisión largas, especialmente en sistemas THE donde el efecto de la capacitancia es más pronunciado.

• No se suelen agregar solo para reducir las sobretensiones de conmutación porque otras medidas (como resistencias de cierre o cierre controlado) son más efectivas para este propósito específico.

Resistencias de Cierre

Objetivo:

Las resistencias de cierre se utilizan para limitar el aumento de tensión en el extremo receptor de una línea de transmisión cuando se energiza. El objetivo principal es mantener la tensión dentro de límites aceptables, generalmente alrededor de 2 unidades per unit (p.u.), para prevenir daños en el equipo y asegurar la estabilidad del sistema.

Operación:

• Cuando una línea de transmisión se energiza, un súbito aumento de corriente puede causar un aumento significativo de tensión en el extremo receptor, llevando a condiciones de sobretensión.

• Las resistencias de cierre se conectan temporalmente en serie con el interruptor durante la operación de cierre. Limitan el aumento inicial de corriente y amortiguan cualquier transitorio resultante, evitando que la tensión supere los 2 p.u.

• Una vez que los transitorios han disminuido, las resistencias se bypassan, y la línea opera normalmente.

Beneficios:

• Limitación de Tensión: Mantiene la tensión en el extremo receptor dentro de límites seguros, protegiendo el equipo y asegurando una operación estable.

• Supresión de Transitorios: Reduce la magnitud de las sobretensiones de conmutación, lo cual es particularmente importante en sistemas THE.

Cierre Secuencial de Polos

Principio:

El cierre secuencial de polos implica cerrar los polos individuales de un interruptor trifásico separados por medio ciclo. La idea es permitir que los transitorios en la primera fase se atenúen antes de que se cierre la siguiente fase, reduciendo así la probabilidad de sobretensiones severas.

Operación:

• En un sistema trifásico, cada fase se cierra secuencialmente, con un retraso de medio ciclo (10 ms a 50 Hz o 8.33 ms a 60 Hz) entre cada fase.

• Al secuenciar el cierre, los transitorios generados por la primera fase tienen tiempo para disiparse antes de que se energice la siguiente fase. Esto reduce el efecto acumulativo de los transitorios y minimiza el riesgo de eventos de sobretensión.

Beneficios:

• Atenuación de Transitorios: Permite que los transitorios de la primera fase se disipen antes de que se cierre la siguiente fase, reduciendo la gravedad general de las sobretensiones.

• Implementación Simplificada: No requiere sistemas de control complejos, lo que lo convierte en un método relativamente simple y económico para mitigar sobretensiones.

Pararrayos Terminales de Línea

Objetivo:

Los pararrayos terminales de línea se instalan en los extremos de las líneas de transmisión para proteger contra sobretensiones causadas por rayos o operaciones de conmutación. Limitan las sobretensiones en los puntos donde se instalan al nivel de protección del pararrayos.

Operación:

• Los pararrayos están diseñados para conducir la energía excesiva fuera del sistema cuando las sobretensiones superan cierto umbral. Clavan la tensión a un nivel seguro, previniendo daños en el equipo y asegurando la integridad del sistema de transmisión.

• Típicamente, los pararrayos se colocan en ambos extremos de la línea de transmisión (terminales de envío y recepción). Sin embargo, solo limitan las sobretensiones en esas ubicaciones específicas y no proporcionan protección a lo largo de toda la longitud de la línea.

Beneficios:

• Protección contra Sobretensiones: Protege eficazmente el equipo en los terminales de la línea de sobretensiones causadas por rayos o conmutación.

• Protección Focalizada: Proporciona protección enfocada en puntos críticos del sistema sin la necesidad de equipos adicionales a lo largo de toda la línea.

Cierre Controlado

Principio:

El cierre controlado es una medida de mitigación avanzada que utiliza un controlador dinámico para analizar la diferencia de tensión a través del interruptor, predecir futuros mínimos de tensión y cerrar el interruptor en el momento óptimo para minimizar las sobretensiones. Todo el proceso debe completarse en menos de 0.5 segundos para ser efectivo.

Operación:

• Un controlador dinámico monitorea continuamente la diferencia de tensión a través del interruptor.

• Identifica los puntos de tensión mínima y predice cuándo ocurrirán futuros mínimos.

• El controlador luego cierra el interruptor en el punto de tensión mínima predicho, asegurando que el cierre ocurra durante un período de baja tensión y minimizando el riesgo de sobretensión.

• Este método requiere algoritmos de control rápidos y precisos, así como un temporizado preciso para asegurar que el interruptor se cierre en el momento óptimo.

Beneficios:

• Sobretensiones Minimizadas: Al cerrar el interruptor en el punto de tensión óptimo, el cierre controlado reduce significativamente la magnitud de las sobretensiones.

• Estabilidad Mejorada del Sistema: Ayuda a mantener la estabilidad del sistema al prevenir aumentos excesivos de tensión durante la energización de la línea.

• Tecnología Avanzada: Ofrece una solución más sofisticada y efectiva en comparación con métodos tradicionales como el cierre secuencial de polos o las resistencias de cierre.

Perfil de Sobretensiones en Líneas Largas de THE

La figura que muestra el perfil de sobretensiones en una línea larga de THE demuestra la efectividad de varias opciones de limitación de sobretensiones. Cada método tiene su propio impacto en los niveles de sobretensión, y la elección del método depende de los requisitos específicos del sistema.

• Inserción Rápida de Reactores Derivados: Reduce las sobretensiones debido a la capacitancia de la línea y proporciona alguna reducción en las sobretensiones de conmutación.

• Resistencias de Cierre: Limita la tensión en el extremo receptor a 2 p.u., controlando eficazmente las sobretensiones durante la energización de la línea.

• Cierre Secuencial de Polos: Reduce el efecto acumulativo de los transitorios permitiendo que se atenúen entre los cierres de fases.

• Pararrayos Terminales de Línea: Protege los terminales de la línea de sobretensiones, pero no proporciona protección a lo largo de toda la línea.

• Cierre Controlado: Minimiza las sobretensiones cerrando el interruptor en el punto de tensión óptimo, ofreciendo el control más efectivo sobre las sobretensiones transitorias.

Cada uno de estos métodos puede usarse individualmente o en combinación para lograr la mitigación deseada de sobretensiones en líneas largas de THE, dependiendo de las necesidades y restricciones específicas del sistema.