CORTOCIRCUITOS Y FALLOS EN INSTALACIONES HVDC

2.13.1 FALLOS EN EL LADO DE AC.

Los tipos de fallos que se pueden producir en el lado de AC pueden ser:  Cortocircuitos de tres fases con o sin contacto a tierra

 Cortocircuitos de dos fases con o sin contacto a tierra.  Cortocircuito Fase-Tierra.

Mientras dure una falta debemos considerar como afectará al sistema HVDC y cuál será su capacidad de transferencia mientras dure el fallo.

Ante la aparición de una caída de tensión en el lado de corriente alterna el conversor puede verse afectado de forma que también se produzca una caída de tensión en el lado de corriente continua lo que provocará una reducción de la potencia transferida.

En el caso de que se produzca una caída en la tensión la salida del inversor y debido al problema de conmutación que puede producirse se debe interrumpir inmediatamente la transferencia de potencia. En el caso de que se produzca un cortocircuito entre dos fases se produce un desequilibrio en las tensiones del bus de corriente alterna lo que puede afectar a la conmutación del conversor, en caso de que esta sea natural, por lo que debe ser controlada y extinguida dicha falta lo antes posible. El tiempo de recuperación lo podemos definir como el tiempo necesario desde que ocurre un disparo de las protecciones hasta que se recupera el 90% de la actividad normal.

Este depende principalmente de un parámetro y es que característica tenía la onda y de cuan amortiguada está.

Fig.2.100. Tipos de cortocircuitos en el lado de alterna.

Fig.2.101. Tiempo de recuperación para el caso de una señal fuertemente amortiguada (a) y una señal débilmente amortiguada.

En una señal amortiguada el tiempo de recuperación es menor ya que alcanza antes el 90% del valor nominal de la potencia en comparación con el sistema menos amortiguado, el cual tiene mayor tiempo de recuperación ya que hay que esperar a que se produzca la segunda oscilación por lo que si reactiváramos en el primer momento en el que se alcanzara el 90% de la potencia después volveríamos a sufrir un caída de potencia.

En caso de que no se pudiera producir el proceso de reconexión, el sistema dejaría de transferir energía e imponiéndose un situación conocida como “rechazo de carga” (load rejection en Inglés) debido a las siguientes situaciones que se pueden dar;

 El bus de AC permanece separado del conversor sin que se produzca el rearme de los interruptores

 El conversor pasa a situación de fallo de conmutación y no permite volver a su forma de trabajo normal.

 En caso de producirse una avalancha de fallos el conversor se bloquea de forma indefinida para protegerse.

Si nos fijamos el rechazo de carga sucede cuando la red de AC queda desconectada del conversor impidiendo así la transferencia de potencia. Como se verá más adelante el principio es intentar mantener el servicio casi constantemente y este suceso puede imposibilitar esto último.

2.13.2 CORTOCIRCUITOS Y FALLOS EN LOS CONVERSORES.

Aquí por conversor es preciso decir que se trata de la zona del conversor. Con esto se quiere dar idea de que se pueden producir cortocircuitos tanto en el lado de AC previo al conversor incluyendo al transformador de potencia así como fallos en la salida del rectificador o inversor o en los mismos dispositivos.

2.13.2.1 Cortocircuitos en la zona del conversor.

Existen 7 posibilidades de distintos cortocircuitos que se pueden producir en esta zona según se pueden ver en la siguiente imagen.

Fig.2.102. Tipos de cortocircuitos que pueden producirse en el conversor.

A continuación vamos a explicar algunas de las fallas que se muestran en la imagen.

En el caso del cortocircuito #1 se produce un cortocircuito entre una de las fases y el punto de unión con el siguiente grupo de válvulas. Este es especialmente peligroso ya que se puede someter a los tiristores a altas corrientes y tensiones provocando perforaciones o la fusión del mismo lo que haría que todos los tiristores del conversor no sirvieran para poder bloquear corrientes.

#2, 4, 5 y 6 pertenecen al mismo tipo de cortocircuito, el más reseñable sería el caso dos donde es un fallo del aislamiento del transformador lo que produciría el cortocircuito.

La protección frente a cortocircuitos en esta zona se basa en la desconexión de los interruptores del lado de AC así como bloquear las válvulas del conversor. Estos sistemas se explicaran posteriormente de forma más específica.

2.13.2.2 Malfuncionamiento del conversor.

Si recordamos, la principal función del conversor es la de conmutar cíclicamente los pulsos de corriente alterna o continua para obtener la señal de alterna o continua necesaria, véase la función como inversor o como rectificador.

Ahora bien, en caso de que se produzcan fallas en el circuito de corriente alterna, y por lo tanto disparos de las protecciones, pueden generarse pérdidas en la señal de corriente alterna o caídas de tensión.

Esta situación puede influir sobre los conversores de la siguiente manera. En el caso del rectificador la influencia no es demasiado grande ya que el generarse una caída de tensión lo que ocurrirá es que o no se produzca conmutación, o se transfiera una potencia inferior a la nominal, es decir se produzca un pérdida de potencia. Por otro lado, estas conmutaciones indeseadas pueden provocar apariciones de corriente armónicas indeseadas no previstas, que puedan saturar el transformador, por lo que se debe evitar el problema.

En el caso del inversor estas caídas momentáneas en la red pueden provocar un fallo en la conmutación, el cual, significaría que se conmutaran válvulas que no debieran conmutarse en ese momento produciendo así un cortocircuito. Este problema también puede darse en caso de que los pulsos que controlan el tiristor (PWM) no se sincronizan correctamente debido a fallos en el sistema de conmutación.

En ambos casos y especialmente en el caso del inversor, la protección del conversor es prioritaria y este debe pasarse a estado de by-pass para evitar la circulación de corrientes de cortocircuito. Además la anterior medida se ve asegurada por el disparo de los interruptores de corriente alterna lo que permite dejar al conversor desconectado de la red de alterna ante la aparición de más fallas. Se debe tener en cuenta que la reconexión se debe hacer lo más rápido posible para asegurar el suministro y que por lo tanto las protecciones deben ser diseñadas con este principio.

2.13.3 CORTOCIRCUITOS EN LA PARTE DE CORRIENTE CONTINUA DE LA ESTACIÓN.

Esta parte comprendería las instalaciones de salida del conversor pero que aún pertenecen a la estación conversora como pueden ser los bus de DC o AC así como el Smoothing reactor demás de la aparamenta propia como filtros o interruptores.

Las situaciones que pueden producir fallo en esta zona de la instalación se pueden clasificar como;  Cortocircuito entre el polo y tierra 4 en la figura anterior

 Cortocircuito entre el bus neutral y el polo. 3 En la figura anterior.  Cortocircuito entre el bus neutro y tierra. 5 En la figura anterior.

También hay que tener en cuenta que los dispositivos como el smoothing reactor o los filtros de DC deben estar protegidos frente a posibles fallos propios de los dispositivos.