Localización de Fallas y Protección por Traveling Waves
¿Qué son las Ondas Viajeras (Traveling Waves – TW) y cómo pueden emplearse en la localización de fallas y en la protección?
Las ondas viajeras son transitorios electromagnéticos generados cuando ocurre un cambio repentino de tensión en la red, como por ejemplo, durante una falla. Estas ondas viajan a lo largo de la línea de transmisión a una velocidad muy cercana a la velocidad de la luz, y al medir con precisión la diferencia entre los tiempos de llegada de los frentes de onda en los terminales de la línea, se puede determinar la distancia de la falla. Los localizadores de fallas basados en ondas viajeras surgieron como una alternativa a los algoritmos de localización basados en valores de impedancia debido a su alta precisión.
Con el dominio de esta tecnología, los fabricantes de IED comenzaron a utilizarla no solo para identificar el punto de la falla, sino también para la actuación (TRIP) en los sistemas de protección, con el objetivo de reducir el tiempo de operación mediante funciones de ultra alta velocidad (UHS). Utilizando las ondas viajeras y cantidades incrementales en la protección de líneas en el dominio del tiempo, la función de protección basada en TW muestrea las corrientes y tensiones a una frecuencia de 1 MHz y actúa con tiempos extremadamente bajos. En la protección de sistemas eléctricos, cada milisegundo es importante. La eliminación más rápida de las fallas mejora la seguridad de los usuarios y del personal, amplía los márgenes de estabilidad del sistema, minimiza el desgaste del equipo, mejora la calidad de la energía, limita los daños a la propiedad y salva vidas.
Con toda esta tecnología, es necesario utilizar sistemas de prueba capaces de verificar dichas funcionalidades mediante formas de onda de tensión y corriente que representen de manera más realista el comportamiento del sistema eléctrico de potencia, incluyendo las ondas viajeras. En este contexto, el uso de software que realice simulaciones de condiciones transitorias junto con hardware capaz de reproducir fielmente las señales simuladas es fundamental para ensayar los dispositivos con esta tecnología.
Metodologías tradicionales de pruebas de TW
En una situación de falla real, las señales medidas por los dispositivos TW son complejas (señales no periódicas con un amplio espectro de frecuencia y múltiples reflexiones). Sin embargo, existen soluciones de prueba para funciones basadas en ondas viajeras que no reproducen el comportamiento completo de las formas de onda ni los valores reales de amplitud. Algunos probadores solo inyectan un pulso artificial de tensión o corriente para reproducir el tiempo de llegada de la onda viajera con una cantidad limitada de pulsos; otros aplican pulsos artificiales añadidos a las formas de onda de baja frecuencia, y también existen simuladores en tiempo real que reproducen fielmente la forma de onda, pero solo a bajo nivel, lo cual no es adecuado para la conexión con los dispositivos.
Los pulsos artificiales son el escenario ideal para que un algoritmo basado en ondas viajeras identifique frentes de onda, pero no son ideales para la verificación de la función, ya que no representan la forma de onda correcta (reflexiones, forma y amplitud) y, por lo tanto, no garantizan una evaluación profunda del algoritmo del IED.
Solución CONPROVE para innovar las pruebas de localización de fallas y protección con TW
Se desarrolló un sistema compuesto por software y hardware, capaz de modelar con precisión todos los componentes del sistema eléctrico, incluidas las líneas de transmisión, y posteriormente reproducir las formas de onda de alta frecuencia junto con la frecuencia fundamental en niveles secundarios, cumpliendo así con todos los requisitos necesarios para la evaluación de dispositivos con algoritmos basados en ondas viajeras.
Usando el principio de superposición, como se muestra en la figura a continuación, es posible separar la señal en dos bandas de frecuencia: kilohertz y megahertz. La primera es reproducida por una maleta de pruebas universal capaz de generar señales de hasta kHz, y la señal complementaria es reproducida por un hardware específico (CE-TW1) capaz de reproducir señales de hasta MHz.
El CE-TW1 es un equipo ligero y portátil que, junto con las maletas de prueba CE-7012, CE-6710 o CE-6707, permite realizar ensayos de ondas viajeras en relés de protección y registradores de perturbaciones. Es una herramienta versátil capaz de aplicar métodos de uno o varios terminales sin necesidad de ajustes o controles especiales, ya que reproduce en su totalidad las formas de onda de tensión y corriente simuladas para la falla en análisis.
El equipo CE-TW1 cuenta con 6 canales de generación, 3 de tensión y 3 de corriente, compatibles para la inyección directa en las entradas de los dispositivos bajo prueba (sin necesidad de bypass ni montajes especiales), lo que hace que las pruebas sean más rápidas, prácticas y confiables. Cada canal es capaz de reproducir fielmente las formas de onda deseadas en un amplio espectro de frecuencias, satisfaciendo las exigencias del ensayo.
Las pruebas se realizan mediante el software PS Simul, que permite modelar los sistemas eléctricos de manera realista y garantizar respuestas coherentes de todas las señales. También permite reproducir archivos COMTRADE y ATP con alta fidelidad, además de contar con total integración con la maleta de pruebas, con el CE-TW1 y con el CE-GNSS, necesarios para la realización de los ensayos.
En los ensayos de ondas viajeras, el sistema reproduce tanto el primer frente de onda como sus reflexiones, simulando un evento real. Esto permite una localización de fallas más precisa y además posibilita que los algoritmos de cálculo de un terminal y de múltiples terminales operen de manera conjunta y simultánea.
