Protección diferencial de barras

Definición de Protección Diferencial de Barra

La protección diferencial de barra es un esquema que aísla rápidamente los fallos comparando las corrientes que entran y salen de la barra utilizando la ley de corrientes de Kirchhoff.

Protección Diferencial de Corriente

El esquema de protección de barra, involucra la ley de corrientes de Kirchhoff, que establece que la corriente total que entra en un nodo eléctrico es exactamente igual a la corriente total que sale del nodo. Por lo tanto, la corriente total que entra en una sección de la barra es igual a la corriente total que sale de la sección de la barra.

El principio de la protección diferencial de barra es muy sencillo. Aquí, las segundarias de los CTs están conectadas en paralelo. Eso significa que los terminales S1 de todos los CTs están conectados juntos y forman un cable de bus. De manera similar, los terminales S2 de todos los CTs están conectados juntos para formar otro cable de bus. Un relé de disparo está conectado entre estos dos cables de bus.

 Aquí, en la figura anterior asumimos que en condiciones normales, las alimentaciones A, B, C, D, E y F llevan las corrientes IA, IB, IC, ID, IE y IF. Ahora, según la ley de corrientes de Kirchhoff,

 Esencialmente, todos los CTs utilizados para la protección diferencial de barra tienen la misma relación de corriente. Por lo tanto, la suma de todas las corrientes secundarias también debe ser igual a cero.

 Ahora, digamos que la corriente a través del relé conectado en paralelo con todas las segundarias de los CTs, es iR, e iA, iB, iC, iD, iE e iF son las corrientes secundarias. Ahora, apliquemos KCL en el nodo X. Según KCL en el nodo X,

 Así que, está claro que, en condiciones normales, no hay corriente que fluya a través del relé de disparo de la protección de la barra. Este relé se conoce generalmente como Relé 87. Ahora, supongamos que ocurre un fallo en alguna de las alimentaciones, fuera de la zona protegida.

En ese caso, la corriente de fallo pasará a través de la primaria del CT de esa alimentación. Esta corriente de fallo es aportada por todas las demás alimentaciones conectadas a la barra. Por lo tanto, la parte contribuida de la corriente de fallo fluye a través del CT correspondiente de la respectiva alimentación. Así, en esa condición de fallo, si aplicamos KCL en el nodo K, obtendremos, i R = 0

Eso significa que, en condiciones de fallo externo, no hay corriente que fluya a través del relé 87. Ahora, consideremos una situación en la que el fallo ocurre en la propia barra. En esta condición, la corriente de fallo también es aportada por todas las alimentaciones conectadas a la barra. Por lo tanto, en esta condición, la suma de todas las corrientes de fallo contribuidas es igual a la corriente de fallo total.

Ahora, en la ruta de fallo no hay CT. (en un fallo externo, tanto la corriente de fallo como la corriente contribuida al fallo por diferentes alimentaciones tienen CT en su ruta de flujo). La suma de todas las corrientes secundarias ya no es cero. Es igual al equivalente secundario de la corriente de fallo. Ahora, si aplicamos KCL en los nodos, obtendremos un valor no nulo de i R.

 Así que, en esta condición, comienza a fluir corriente a través del relé 87 y hace que se dispare el interruptor de circuito correspondiente a todas las alimentaciones conectadas a esta sección de la barra.

Como todas las alimentaciones entrantes y salientes, conectadas a esta sección de la barra, se interrumpen, la barra queda sin energía. Este esquema de protección diferencial de barra también se conoce como protección diferencial de corriente de barra.

Protección de Barra Segmentada

Durante la explicación del principio de funcionamiento de la protección diferencial de corriente de barra, hemos mostrado una barra simple no segmentada. Pero, en sistemas de media tensión, la barra eléctrica se segmenta en más de una sección para aumentar la estabilidad del sistema.

Se hace esto porque, un fallo en una sección de la barra no debe perturbar otras secciones del sistema. Por lo tanto, durante un fallo en la barra, toda la barra se interrumpe. Dibujemos y discutamos sobre la protección de una barra con dos secciones.

Aquí, la sección A de la barra o la zona A está delimitada por los CT 1, CT2 y CT3, donde CT1 y CT2 son CTs de alimentación y CT3 es el CT de la barra.

Protección Diferencial de Voltaje

El esquema de corriente diferencial es sensible solo cuando los CTs no se saturan y mantienen la misma relación de corriente, error de ángulo de fase bajo la condición de fallo máximo. Esto no suele ser así, especialmente, en el caso de un fallo externo en una de las alimentaciones. El CT en la alimentación defectuosa puede saturarse por la corriente total y, en consecuencia, tendrá errores muy grandes. Debido a este gran error, la suma de las corrientes secundarias de todos los CTs en una zona particular puede no ser cero.

 Por lo tanto, puede haber una alta probabilidad de que se activen todos los interruptores de circuito asociados con esta zona de protección, incluso en el caso de un fallo externo grande. Para prevenir esta mala operación de la protección diferencial de corriente de barra, los relés 87 se proporcionan con una corriente de captación alta y suficiente retardo. La causa más problemática de la saturación del transformador de corriente es la componente transitoria de corriente continua del cortocircuito.

Estas dificultades se pueden superar utilizando CTs de núcleo de aire. Este transformador de corriente también se llama acoplador lineal. Como el núcleo del CT no utiliza hierro, la característica secundaria de estos CTs es una línea recta. En la protección diferencial de voltaje de la barra, los CTs de todas las alimentaciones entrantes y salientes están conectados en serie en lugar de conectarlos en paralelo.

Las segundarias de todos los CTs y el relé diferencial forman un bucle cerrado. Si la polaridad de todos los CTs está correctamente emparejada, la suma del voltaje a través de todas las segundarias de los CTs es cero. Por lo tanto, no habrá un voltaje resultante que aparezca a través del relé diferencial. Cuando ocurre un fallo en la barra, la suma de todos los voltajes secundarios de los CTs ya no es cero. Por lo tanto, habrá una corriente que circula en el bucle debido al voltaje resultante. 

Como esta corriente de bucle también fluye a través del relé diferencial, el relé se activa para disparar todos los interruptores de circuito asociados con la zona de la barra protegida. Excepto cuando la corriente de fallo a tierra está severamente limitada por la impedancia neutral, generalmente no hay problemas de selectividad. Cuando existe tal problema, se resuelve mediante el uso de equipos de relevado adicionales más sensibles, incluyendo un relé de protección supervisora.

Importancia del Aislamiento Selectivo

Los sistemas modernos necesitan aislar solo las secciones defectuosas para minimizar las interrupciones de energía y asegurar una rápida eliminación de fallos.