Protecció diferencial de barra de distribució

Definició de la protecció diferencial de barra

La protecció diferencial de barra és un esquema que aïlla ràpidament els defectes comparant les corrents que entren i surten de la barra utilitzant la llei de corrent de Kirchoff.

Protecció diferencial de corrent

L'esquema de protecció de barra implica la llei de corrent de Kirchoff, que estableix que la corrent total que entra en un node elèctric és exactament igual a la corrent total que surt del node. Per tant, la corrent total que entra en una secció de la barra és igual a la corrent total que surt d'aquesta secció de la barra.

El principi de la protecció diferencial de barra és molt simple. Aquí, les segones de les CT són connectades en paral·lel. Això significa que els terminals S1 de totes les CT estan connectats junts i formen un fil de barra. De manera similar, els terminals S2 de totes les CT estan connectats junts per formar un altre fil de barra. Un relé de tripulació està connectat entre aquests dos fils de barra.

 En la figura superior, assumim que, en condicions normals, les alimentacions A, B, C, D, E i F porten les corrents IA, IB, IC, ID, IE i IF. Ara, segons la llei de corrent de Kirchoff,

 Essencialment, totes les CT utilitzades per a la protecció diferencial de barra tenen la mateixa relació de corrent. Per tant, la suma de totes les corrents secundàries també ha de ser igual a zero.

 Ara, diguem que la corrent a través del relé connectat en paral·lel amb totes les segones de les CT és iR, i iA, iB, iC, iD, iE i iF són les corrents secundàries. Ara, apliquem la KCL al node X. Segons la KCL al node X,

 Així, queda clar que, en condicions normals, no hi ha cap corrent que passi a través del relé de tripulació de la protecció de la barra. Aquest relé generalment es coneix com a Relé 87. Ara, diguem que es produeix un defecte en qualsevol de les alimentacions, fora de la zona protegida.

En aquest cas, la corrent defectuosa passarà a través de la primària de la CT d'aquella alimentació. Aquesta corrent defectuosa és contribuïda per totes les altres alimentacions connectades a la barra. Per tant, la part contribuïda de la corrent defectuosa passa a través de la CT corresponent de l'alimentació respectiva. Per tant, en aquesta condició defectuosa, si aplicam la KCL al node K, encara obtindrem, iR = 0

Això significa que, en condicions defectuoses externes, no hi ha cap corrent que passi a través del relé 87. Ara considerem una situació en què el defecte es produeix en la pròpia barra. En aquesta condició, la corrent defectuosa també és contribuïda per totes les alimentacions connectades a la barra. Per tant, en aquesta condició, la suma de totes les corrents defectuoses contribuïdes és igual a la corrent defectuosa total.

Ara, en el camí defectuós no hi ha cap CT. (en el defecte extern, tant la corrent defectuosa com la corrent contribuïda al defecte per diferents alimentacions tenen CT en el seu camí de flux). La suma de totes les corrents secundàries ja no és zero. És igual a l'equivalent secundari de la corrent defectuosa. Ara, si aplicam la KCL als nodes, obtindrem un valor no zero de iR.

 Per tant, en aquesta condició, la corrent comença a fluir a través del relé 87 i provoca la tripulació dels interrumptors de circuit corresponents a totes les alimentacions connectades a aquesta secció de la barra.

Com que totes les alimentacions entrants i sortints, connectades a aquesta secció de la barra, són tripulades, la barra queda sense vida. Aquest esquema de protecció diferencial de barra també es coneix com a protecció diferencial de corrent de barra.

Protecció de barra segmentada

Durant l'explicació del principi de funcionament de la protecció diferencial de corrent de barra, hem mostrat una barra no segmentada simple. Però, en sistemes de mitja-alta tensió, la barra elèctrica s'hi segmenta en més d'una secció per augmentar la stabilitat del sistema.

Es fa així perquè, un defecte en una secció de la barra no hagi de pertorbar la resta de seccions del sistema. Per tant, durant un defecte de la barra, tota la barra seria interrompuda. Dibuixem i discutim la protecció de la barra amb dues seccions.

Aquí, la secció de la barra A o zona A està limitada per les CT 1, CT2 i CT3, on CT1 i CT2 són CT d'alimentació i CT3 és CT de la barra.

Protecció diferencial de tensió

L'esquema de protecció diferencial de corrent només és sensible quan les CT no saturen i mantenen la mateixa relació de corrent, error d'angle de fase, en condicions de màxim defecte. Això no sol ser així, especialment en el cas d'un defecte extern en una de les alimentacions. La CT de l'alimentació defectuosa pot saturar-se per la corrent total i, en conseqüència, tindrà errors molt grans. A causa d'aquest gran error, la suma de les corrents secundàries de totes les CT en una zona específica podria no ser zero.

 Així, hi ha una alta probabilitat de que tots els interrumptors de circuit associats a aquesta zona de protecció tripiquen, fins i tot en el cas d'un defecte extern gran. Per prevenir aquest malfuncionament de la protecció diferencial de corrent de barra, els relés 87 són dotats d'una corrent d'activació elevada i un retard suficient. La causa més problemàtica de la saturació de la transformadora de corrent és el component de corrent contínua transitori de la corrent de curtcircuit.

Aquestes dificultats es poden superar utilitzant CT de nucli d'aire. Aquesta transformadora de corrent també s'anomena coupler lineal. Com que el nucli de la CT no utilitza ferro, la característica secundària d'aquestes CT és una línia recta. En la protecció diferencial de tensió de barra, les CT de totes les alimentacions entrants i sortints són connectades en sèrie en lloc de connectar-les en paral·lel.

Les segones de totes les CT i el relé diferencial formen un bucle tancat. Si la polaritat de totes les CT està ben ajustada, la suma de la tensió a través de totes les segones de les CT és zero. Per tant, no hi hauria cap tensió resultant a través del relé diferencial. Quan es produeix un defecte de barra, la suma de totes les tensions secundàries de les CT ja no és zero. Per tant, hi hauria corrent circulant en el bucle degut a la tensió resultant. 

Com que aquesta corrent de bucle també flueix a través del relé diferencial, el relé es dispara per tripular tots els interrumptors de circuit associats a la zona de la barra protegida. Excepte quan la corrent de defecte a terra està severament limitada per la impedància neutra, normalment no hi ha cap problema de selectivitat. Quan aquest problema existeix, es resol utilitzant equips de relé addicionals més sensibles, inclosos relés protectors supervisadors.

Importància de l'aïllament selectiu

Els sistemes moderns necessiten aïllar només les seccions defectuoses per minimitzar les interrupcions de potència i assegurar una neteja ràpida del defecte.