Protección diferencial de barras

Definición da protección diferencial de barras

A protección diferencial de barras é un esquema que isola rapidamente fallos comparando as correntes que entran e saen da barra usando a lei das correntes de Kirchoff.

Protección diferencial de corrente

O esquema de protección de barras, implica, a lei das correntes de Kirchoff, que establece que, a corrente total que entra nun nó eléctrico é exactamente igual á corrente total que sai do nó. Polo tanto, a corrente total que entra nunha sección de barra é igual á corrente total que sai da sección de barra.

O principio da protección diferencial de barras é moi simple. Aquí, as secundarias dos TC están conectadas en paralelo. Isto significa que, os terminais S1 de todos os TC están conectados xuntos e forman un fío de barra. Da mesma forma, os terminais S2 de todos os TC están conectados xuntos para formar outro fío de barra. Un relé de disparo está conectado entre estes dous fíos de barra.

 Aquí, na figura superior supomos que, nas condicións normais, as alimentacións A, B, C, D, E e F transportan as correntes IA, IB, IC, ID, IE e IF. Agora, segundo a lei das correntes de Kirchoff,

 Esencialmente, todos os TC utilizados para a protección diferencial de barras teñen a mesma relación de corrente. Polo tanto, a suma de todas as correntes secundarias tamén debe ser igual a cero.

 Agora, digamos que a corrente a través do relé conectado en paralelo con todas as secundarias dos TC, é iR, e iA, iB, iC, iD, iE e iF son as correntes secundarias. Agora, apliquemos KCL no nodo X. Segundo KCL no nodo X,

 Entón, está claro que, nas condicións normais, non hai corrente que fluye a través do relé de disparo de protección de barras. Este relé xeralmente chámase Relé 87. Agora, supoñamos que ocorre un fallo en calquera das alimentacións, fóra da zona protexida.

Nese caso, a corrente defectuosa pasará a través da primaria do TC desa alimentación. Esta corrente defectuosa é contribuída por todas as outras alimentacións conectadas á barra. Polo tanto, a parte contribuída da corrente defectuosa fluye a través do TC correspondente da respectiva alimentación. Así, nesa condición defectuosa, se aplicamos KCL no nodo K, obtendremos, i R = 0

Isto significa que, na condición defectuosa externa, non hai corrente que fluye a través do relé 87. Agora, consideremos unha situación cando o fallo ocorre na propia barra. Nesta condición, a corrente defectuosa tamén é contribuída por todas as alimentacións conectadas á barra. Polo tanto, nesta condición, a suma de todas as correntes defectuosas contribuídas é igual á corrente defectuosa total.

Neste percorrido defectuoso non hai TC. (no fallo externo, tanto a corrente defectuosa como a corrente contribuída ao fallo por diferentes alimentacións teñen TC no seu percorrido de fluído). A suma de todas as correntes secundarias xa non é cero. É igual ao equivalente secundario da corrente defectuosa. Agora, se aplicamos KCL nos nodos, obteremos un valor non nulo de i R.

 Así, nesta condición, a corrente comeza a fluir a través do relé 87 e dispara o interruptor correspondente a todas as alimentacións conectadas a esta sección da barra.

Como todas as alimentacións entrantes e salientes, conectadas a esta sección da barra, son disparadas, a barra queda morta. Este esquema de protección diferencial de barras tamén se denomina protección diferencial de corrente de barras.

Protección de barras seccionadas

Ao explicar o principio de funcionamento da protección diferencial de corrente de barras, mostramos unha barra simple non seccionada. Pero, nos sistemas de alta tensión moderada, a barra eléctrica está seccionada en máis dunha sección para aumentar a estabilidade do sistema.

Isto fáise porque, un fallo nunha sección da barra non debe perturbar outra sección do sistema. Polo tanto, durante un fallo na barra, a barra completa será interrompida. Vamos a debuxar e discutir a protección de una barra con dúas seccións.

Aquí, a sección A da barra ou zona A está delimitada polos TC 1, TC2 e TC3, onde TC1 e TC2 son TCs de alimentación e TC3 é o TC de barra.

Protección diferencial de voltaxe

O esquema diferencial de corrente só é sensible cando os TC non están saturados e mantén a mesma relación de corrente, erro de ángulo de fase baixo a condición de fallo máxima. Isto xeralmente non é así, especialmente, no caso dun fallo externo nunha das alimentacións. O TC na alimentación defectuosa pode estar saturado polo corrente total e, consecuentemente, terá erros moi grandes. Debido a este gran erro, a suma das correntes secundarias de todos os TC nunha zona específica pode non ser cero.

 Por tanto, hai unha alta probabilidade de que todos os interruptores asociados a esta zona de protección se disparen incluso no caso dun gran fallo externo. Para evitar esta mala operación da protección diferencial de corrente de barras, os relés 87 están dotados de corrente de recolleción alta e suficiente retardo temporal. A maior causa problemática da saturación do transformador de corrente é o componente dc transitório da corrente de cortocircuito.

Estas dificultades poden superarse utilizando TCs de núcleo de aire. Este transformador de corrente tamén se chama acoplador linear. Como o núcleo do TC non utiliza ferro, a característica secundária destes TCs é unha liña recta. Na protección diferencial de voltaxe de barras, os TCs de todas as alimentacións entrantes e salientes están conectados en serie en lugar de conectarlos en paralelo.

As secundarias de todos os TCs e o relé diferencial forman un circuito cerrado. Se a polaridade de todos os TCs está correctamente emparellada, a suma do voltaxe a través de todas as secundarias dos TCs é cero. Polo tanto, non aparecería ningún voltaxe resultante a través do relé diferencial. Cando ocorre un fallo na barra, a suma de todo o voltaxe secundário dos TCs xa non é cero. Polo tanto, havería corrente circulante no circuito debido ao voltaxe resultante. 

Como esta corrente de circuito tamén fluye a través do relé diferencial, o relé actúa para disparar todos os interruptores asociados coa zona de bus protexida. Excepto cando a corrente de fallo a terra está severamente limitada pola impedancia neutral, xeralmente non hai problema de selectividade. Cando existe tal problema, resólvese mediante o uso de equipos de relés protectores adicionais máis sensibles, incluíndo un relé protector supervisante.

Importancia da isolación selectiva

Os sistemas modernos requiren isolar só as seccións defectuosas para minimizar as interrupcións de enerxía e asegurar unha rápida eliminación de fallos.