Pruebas de relés de protección
Los relés de protección desempeñan un papel fundamental en los sistemas eléctricos modernos. Por ello, deben funcionar de forma fiable en todo momento. Sólo unos relés de protección que funcionen correctamente protegen sus equipos primarios de posibles daños y contribuyen a que la red eléctrica sea fiable. Por eso, los relés de protección deben someterse a pruebas exhaustivas durante todo su ciclo de vida: desde el desarrollo y la fabricación hasta la puesta en servicio y el mantenimiento periódico durante el funcionamiento.
Desafíos de las pruebas de relés de protección
En la actualidad, tres avances están provocando un aumento significativo de la cantidad de activos que requieren pruebas, lo que supone un serio reto para muchas compañías eléctricas:
Rápido crecimiento de la demanda de energía
Las previsiones actuales indican que la demanda de energía eléctrica seguirá aumentando significativamente en las próximas décadas. Las causas principales son las bombas de calor, la electromovilidad y la mayor demanda de los usuarios industriales. Las líneas eléctricas y subestaciones existentes ya no pueden hacer frente a esta demanda, por lo que es necesario ampliar la red. Para las compañías eléctricas esto significa muchos proyectos nuevos, grandes inversiones y una pesada carga en general.
Aumento de la complejidad de la red eléctrica
La integración de instalaciones descentralizadas de generación de energía aumenta la complejidad de la red y plantea nuevos retos a las compañías eléctricas. Las subestaciones deben modernizarse y cada vez se utilizan más tecnologías como la IEC 61850 para dominar esta complejidad y lograr la flexibilidad necesaria.
Transformación digital
Los ingenieros de protección se enfrentan a nuevos tipos y funciones de dispositivos de protección, que son posibles gracias a la transformación digital. Ahora no sólo deben dominar las pruebas en subestaciones convencionales, sino también en entornos IEC 61850. Además, las actualizaciones de firmware son más frecuentes para garantizar la ciberseguridad, lo que significa que los intervalos entre pruebas de protección pueden ser más cortos.
Como resultado de esta demanda adicional, los especialistas están muy solicitados, tanto en compañías eléctricas como en proveedores de servicios, y actualmente son difíciles de encontrar. Por tanto, la eficiencia de las pruebas es más importante que nunca. Nuestras soluciones de pruebas de protección le ayudarán a superar los retos que suponen las pruebas de relés de protección y otros activos, así como la elaboración de los correspondientes informes de prueba, de la mejor manera posible.
Utilice nuestras soluciones de pruebas de protección para realizar pruebas:
Tendencias actuales en pruebas de protección
Flexibilidad para todas las generaciones de relés
Muchos ingenieros de protección tienen que probar relés de protección de todas las generaciones como parte de su trabajo diario. Mientras que los relés de protección electromecánicos y estáticos siguen utilizándose, el diseño de subestaciones totalmente digitales se está acelerando poco a poco. Cada tipo de relé requiere diferentes capacidades del equipo de pruebas de protección.
Por lo tanto, un equipo de pruebas flexible con varias salidas de corriente y tensión, así como la potencia necesaria, es un requisito previo para la eficacia de las pruebas de protección. Las múltiples funciones de los relés de protección suponen un reto adicional. En muchos casos, nuestras sofisticadas soluciones de pruebas evitan la necesidad de desactivar funciones en el relé para llevar a cabo la prueba. Para verificar que el concepto de protección funciona como un todo, ofrecemos opciones para probar todo el sistema de protección.
IEC 61850: Preparados para el futuro digital
La norma IEC 61850 se ha establecido con éxito como norma para las comunicaciones en sistemas eléctricos. Utilizando protocolos normalizados como GOOSE, Sampled Values y MMS, los dispositivos y sistemas pueden intercambiar sin errores datos, comandos y valores medidos. De este modo, cuando se conectan a una red común, equipos de distintos fabricantes pueden comunicarse directamente entre sí. No se requiere ningún esfuerzo adicional para las señales binarias cableadas y el sistema puede reconfigurarse fácilmente en caso necesario. La estandarización en IEC 61850 también facilita la realización de pruebas de mantenimiento programadas. A la hora de implantar subestaciones totalmente digitales, es casi imposible evitar esta norma.
Como pionero en el terreno de IEC 61850, OMICRON lleva más de 20 años ofreciendo soluciones para pruebas de subestaciones híbridas y totalmente digitales. Nuestra solución permite una integración sencilla y perfecta de IEC 61850 en las plantillas de pruebas existentes para relés convencionales. Las pruebas resultan aún más eficientes gracias a la reducción de las necesidades de cableado.
Los retos de las energías renovables
Con el aumento de la proporción de energías renovables en la tarta energética, las compañías eléctricas se enfrentan a nuevos retos. La generación distribuida, los flujos de carga bidireccionales y el mayor número de contribuyentes en el mercado energético constituyen las condiciones marco actuales. Este aumento de la complejidad exige conceptos de protección más avanzados y, por tanto, capacidades de pruebas mucho más sofisticadas de un equipo de pruebas.
Los métodos de pruebas automatizadas y normalizadas facilitan la realización de las pruebas de parámetros necesarias para los distintos elementos de protección. Esto hace que el mayor número de pruebas sea más manejable. Sin embargo, para garantizar la estabilidad y confiabilidad de todo el sistema de protección, se han vuelto esenciales las pruebas adicionales del sistema. Éstas permiten tener en cuenta incluso las complejas interacciones de los sistemas de protección y, por tanto, aumentan significativamente la calidad de las pruebas.
Pruebas de los relés de protección mediante ondas viajeras
Los recursos de energía renovable plantean otro reto, ya que su conexión a las redes existentes reduce la inercia y la capacidad de cortocircuito de todo el sistema. Esto aumenta la presión sobre el sistema de protección para que despeje las fallas lo antes posible. Los relés de protección mediante ondas viajeras son una solución idónea, ya que actualmente ofrecen los tiempos de disparo más rápidos y, por tanto, aumentan la estabilidad del sistema. Además, su alta precisión en la localización de fallas minimiza los tiempos fuera de servicio, ya que el personal de mantenimiento puede localizar y resolver las fallas con mayor rapidez.
El principal inconveniente de este tipo de relés era que probar sus funciones resultaba complicado y requería mucho tiempo. Hemos abordado este problema y desarrollado una solución de pruebas adecuada: el accesorio TWX1. Se trata de una primicia mundial: una forma eficiente de poner en servicio relés de protección mediante ondas viajeras y probarlos como parte de las actividades de mantenimiento.
Pruebas de relés de protección con entradas de sensor
Dado que el relé de protección y el equipo primario de las subestaciones de media tensión están próximos entre sí, los relés de protección digitales pueden utilizarse junto con transformadores de potencia de baja potencia (LPIT).
OMICRON también ofrece el accesorio LLX1 para que pueda probar relés con entradas de sensor con facilidad. El LLX1 simula sensores de corriente y tensión, como divisores de tensión, bobinas Rogowski o transformadores de corriente de baja potencia, y pone a disposición la señal de prueba a través de las salidas de bajo nivel.
Preguntas sobre las pruebas de relés de protección
¿Por qué hay que probar los relés de protección?
La función principal de un relé de protección es detectar fallas o sobrecargas en el lado primario lo más rápidamente posible y aislar selectivamente los activos o partes de la red afectados del resto de la red o subestación mediante interruptores de potencia. Esto protege a los equipos y personas afectados o adyacentes, reduce al mínimo las interrupciones del servicio y desempeña un papel clave a la hora de proporcionar un suministro altamente fiable y garantizar una alta disponibilidad. También permite un funcionamiento rentable, ya que la pérdida de equipos y las interrupciones de servicio prolongadas conllevan costes enormes. Para garantizar que los relés de protección funcionen correctamente en caso de emergencia, deben someterse a pruebas periódicas.
Los plazos e intervalos de las pruebas dependen de los reglamentos específicos de cada país, así como de las estrategias individuales definidas por el operador del sistema.
¿Cuándo hay que probar los relés de protección?
En general, hay cuatro fases en el ciclo de vida de un relé de protección, en las que son apropiados diferentes tipos de pruebas.
- Pruebas de tipo y pruebas de aceptación en fábrica durante las fases de producción y desarrollo en el fabricante del relé de protección
- Pruebas de laboratorio cuando se planifican nuevas subestaciones
- Pruebas de aceptación en campo y pruebas de puesta en servicio en la subestación
- Pruebas recurrentes de funcionamiento y mantenimiento en campo durante el servicio
Las condiciones marco para las pruebas durante la puesta en servicio y el mantenimiento periódico que deben cumplir las compañías eléctricas se especifican en las directrices específicas de cada país, por ejemplo, las del Forum Netztechnik/Netzbetrieb (FNN) en Alemania, o las de la North American Electric Reliability Corporation (NERC) en EE UU.
A su vez, los fabricantes de relés de protección los someten a pruebas de conformidad, por ejemplo, con la norma IEC 60255, que define las reglas y requisitos de comportamiento de los relés de medida y equipos de protección.
¿Con qué frecuencia hay que probar los relés de protección?
Se trata de una pregunta que sólo puede responder en cada caso el operador de cada sistema, pero que en cierta medida viene estipulada por las directrices o reglamentos específicos de cada país. En principio, es aconsejable realizar pruebas después de la puesta en servicio inicial siempre que se haya producido un cambio en el sistema de protección, como por ejemplo tras una actualización del firmware. Sin embargo, los relés de protección están en funcionamiento durante mucho tiempo y pueden producirse cambios no detectados. Para detectar estos cambios, se definen los intervalos de mantenimiento y el alcance de las pruebas correspondientes.
A la hora de definir los intervalos de pruebas hay que tener en cuenta numerosos factores, como por ejemplo:
- La importancia de la parte protegida de la red eléctrica para la seguridad general del suministro
- La antigüedad y el tipo de relé de protección
- Las leyes, reglamentos o directrices específicos de cada país
- El número de ingenieros de protección disponibles y su nivel de capacitación
- La experiencia con determinados tipos de dispositivos
Como estos factores son variables, los intervalos de pruebas también pueden cambiar dinámicamente. Por lo tanto, debe establecerse una estrategia de pruebas uniforme con documentación integrada en un sistema general de gestión de la calidad.
¿Qué hay que tener en cuenta en las pruebas de relés de protección?
Cuando se prueban relés de protección, la prioridad número uno es su propia seguridad. Al preparar las pruebas de relés de protección, deben respetarse todas las medidas de seguridad y protección pertinentes antes de iniciar las pruebas.
Aspectos de las pruebas de protección de relés
1. Evaluación visual del estado del relé
2. Verificación del cableado tras la puesta en servicio o el recableado
3. Pruebas y adecuación de los parámetros del relé de protección a los requisitos predefinidos
4. Verificación de la funcionalidad del relé mediante pruebas de cada función de protección
5. Comprobación de que los valores de arranque y tiempos de disparo se encuentran dentro de los límites definidos
6. Verificación del comportamiento del relé desde la perspectiva del sistema
¿Cuáles son las ventajas de la norma IEC 61850?
Para comprender las ventajas de la IEC 61850, es útil familiarizarse con los dos inconvenientes significativos de las subestaciones convencionales en comparación con las subestaciones IEC 61850. En primer lugar, en una subestación convencional, todos los equipos deben estar cableados individualmente con otros componentes mediante cables de cobre. En segundo lugar, los equipos de distintos fabricantes no están diseñados para comunicarse directamente entre sí.
En cambio, con la IEC 61850, las comunicaciones entre equipos se realizan mediante una red Ethernet compartida. La norma IEC 61850, independiente del fabricante, constituye la base de las comunicaciones digitales en la red de la subestación. Los equipos y sistemas de distintos fabricantes pueden intercambiar datos, comandos y valores medidos sin problemas utilizando un conjunto de protocolos normalizados. Los IED (dispositivos electrónicos inteligentes) se utilizan como dispositivos de protección, automatización y control en entornos IEC 61850.
Los Sampled Values se utilizan para transmitir valores analógicos del sistema eléctrico, por ejemplo, de transformadores de corriente y tensión, mediante una red digital. La información de estado se intercambia entre los dispositivos mediante mensajes GOOSE, mientras que las señales se transmiten al sistema SCADA mediante comunicaciones cliente/servidor (MMS).
El uso de IEC 61850 para las comunicaciones entre activos en subestaciones y hacia el centro de control reduce la cantidad de trabajo de cableado necesario. Además, se facilita una base flexible, independiente del fabricante y preparada para el futuro que ayuda a aumentar la confiabilidad, seguridad y eficiencia de la red eléctrica.
¿Qué son las pruebas de protección de extremo a extremo?
Con las pruebas de extremo a extremo, una sección de una línea protegida, o un área protegida de una instalación eléctrica, se prueba desde todos los extremos simultáneamente. Es fundamental que las rutinas de prueba de todos los extremos estén sincronizadas en el tiempo. La prueba puede centrarse en la verificación de cada una de las funciones de protección, así como en el comportamiento correcto del sistema de protección en su conjunto cuando se realiza una prueba de extremo a extremo basada en el sistema. Siga leyendo para descubrir en qué se diferencian estas dos metodologías de pruebas.
Caso práctico de pruebas de extremo a extremo
¿Qué debe ofrecer una solución de pruebas de extremo a extremo?
El mayor reto de las pruebas de extremo a extremo es la coordinación de las pruebas. Las soluciones de pruebas de protección que facilitan la ejecución de la prueba y la documentación de los resultados desde un solo lado reducen considerablemente la complejidad de las pruebas y los costes de personal. Con las pruebas de extremo a extremo basadas en el sistema que utilizan RelaySimTest, puede ejecutarse la prueba desde un solo extremo y realizarse ajustes en cualquier momento si fuera necesario durante la prueba.
¿Cómo puedo probar un relé de protección por ondas viajeras?
En general, las pruebas de las funciones de protección por ondas viajeras no se realizaban durante la puesta en servicio de los relés, ya que resultaba muy difícil. Por ello, OMICRON ha desarrollado el accesorio TWX1, la primera solución del mundo que permite realizar pruebas de las funciones de protección por ondas viajeras de forma sencilla incluso con equipos de prueba de protección convencionales.
La configuración de prueba coincide con la de una prueba de extremo a extremo con la adición de dos TWX1. Con RelaySimTest, la prueba puede realizarse desde un lado y los resultados se documentan de forma totalmente automática. Para ello, se introducen en RelaySimTest los datos del sistema y de la línea. Los casos de prueba deseados se definen colocando diferentes tipos de falla en las posiciones deseadas del modelo del sistema eléctrico. A continuación, la simulación calcula automáticamente la señal transitoria y los pulsos de onda viajera. En la ejecución, el equipo de prueba CMC suministra la señal transitoria y el accesorio TWX1 superpone la tensión trifásica y los pulsos de onda viajera de corriente con una exactitud de nanosegundos. La señal generada puede utilizarse para probar eficazmente tanto la protección por ondas viajeras como la función de localización de los relés de protección por ondas viajeras.
Fáciles pruebas de relés de protección por ondas viajeras (PDF, en inglés)
¿Qué son las pruebas de tipo según la norma IEC 60255?
Durante el desarrollo y la certificación de los relés de protección se realizan pruebas exhaustivas de tipo. Con ellas se demuestra que el relé en cuestión cumple las especificaciones y normas, y puede utilizarse en instalaciones eléctricas. Para simplificar estas pruebas, ofrecemos paquetes especiales de pruebas de tipo para IEC 60255 que abarcan la mayoría de los aspectos del comportamiento de los relés. También puede integrarse fácilmente nuestro sistema de pruebas en su entorno de pruebas existente mediante una interfaz de programación de aplicaciones abierta.
Prueba de tipo según IEC 60255 (PDF, en inglés)
¿Qué metodologías de pruebas de protección existen?
Se puede distinguir entre la metodología basada en los parámetros para las pruebas de relés de protección (actualmente la metodología dominante) y la metodología innovadora basada en el sistema. Además, se puede diferenciar entre la ejecución manual y la automatización.
Las pruebas de protección basadas en el sistema permiten verificar, con un esfuerzo mínimo, si los componentes individuales de un sistema de protección se comportan correctamente como grupo en caso de falla. Esta metodología permite detectar errores ocultos en los ajustes, la lógica y el diseño de los sistemas de protección, independientemente del tipo de relé o del fabricante. RelaySimTest facilita las herramientas necesarias para preparar y realizar de forma óptima las pruebas del sistema.
Las pruebas de protección basadas en ajustes se centran en las funciones de protección y los valores de ajuste asociados del relé de protección individual. Los relés de protección modernos ofrecen miles de ajustes, por lo que las pruebas automatizadas son muy superiores a una metodología manual. Test Universe ofrece una amplia gama de opciones en términos de estandarización y automatización, incluida la elaboración totalmente automática de informes de pruebas. Con la ayuda de los planes de prueba, podrán llevarse a cabo las pruebas con la máxima eficiencia. Además de su amplia gama de funciones, nuestro software de pruebas también ofrece la flexibilidad necesaria para realizar pruebas detalladas de relés de protección y otros activos secundarios.
Metodologías de pruebas
- Pruebas de protección basadas en el sistema: RelaySimTest
- Pruebas de protección basadas en los parámetros: Test Universe
¿Cómo puedo automatizar las pruebas de protección?
Automatización es un término que suele utilizarse un poco prematuramente, sobre todo cuando se trata de pruebas de protección. En realidad, los ingenieros de protección se enfrentan a activos de muchos fabricantes diferentes, lo que hace mucho más difícil automatizar completamente los procedimientos de prueba. En algunos casos, los proveedores hablan de automatización cuando su solución sólo automatiza partes individuales de las pruebas de protección. De ahí que se aconseje prudencia.
Para lograr un alto grado de automatización en las pruebas de protección, se necesitan tanto plantillas de prueba adaptables para relés de protección de distintos fabricantes como la posibilidad de combinar de forma flexible módulos de prueba individuales en los planes de prueba. Se puede aumentar aún más la eficiencia definiendo normas uniformes para las pruebas de relés de protección. La documentación totalmente automatizada de los resultados de las pruebas también es un requisito básico, ya que supone un esfuerzo considerable cuando se realiza manualmente. Nuestra Protection Testing Library (PTL) y el OMICRON Control Center (OCC) permiten utilizar procedimientos de prueba personalizados según sus necesidades, que pueden realizarse de forma casi totalmente automática. En comparación con las pruebas de protección manuales, el esfuerzo de las pruebas puede reducirse hasta en un 80 por ciento.
Plantillas de pruebas disponibles