Què és la protecció de línies o alimentacions?

Què són les proteccions de línies o alimentacions?

Definició de la protecció de línies d'interconnexió

La protecció de línies d'interconnexió és un conjunt d'estrategies utilitzades per detectar i aïllar faults en les línies d'energia, assegurant la estabilitat del sistema i reduint els danys.

Protecció de sobrecorrent temporal graduada

Això també pot anomenar-se simplement protecció de sobrecorrent de línies d'interconnexió elèctrica. Discutim diferents esquemes de protecció de sobrecorrent temporal graduada.

Protecció d'alimentacions radials

En les alimentacions radials, l'energia flueix en una sola direcció, des de la font al càrrec. Aquest tipus d'alimentacions es poden protegir fàcilment utilitzant relés de temps definit o relés de temps invers.

Protecció de línies amb relés de temps definit

Aquest esquema de protecció és molt simple. Aquí, la línia total es divideix en diferents seccions i cada secció es proporciona amb un relé de temps definit. El relé més proper al final de la línia té un ajust de temps mínim, mentre que l'ajust de temps dels altres relés augmenta successivament cap a la font.

Per exemple, suposem que hi ha una font al punt A, en la figura següent

Al punt D s'instal·la el circuit breaker CB-3 amb un temps definit de funcionament del relé de 0,5 segons. Successivament, al punt C s'instal·la un altre circuit breaker CB-2 amb un temps definit de funcionament del relé de 1 segon. El següent circuit breaker CB-1 s'instal·la al punt B, que és el més proper al punt A. Al punt B, el relé s'ajusta a un temps de funcionament de 1,5 segons.

Ara, suposem que ocorre un fault al punt F. Degut a aquest fault, la corrent defectuosa flueix a través de tots els transformadors de corrent (CT) connectats a la línia. Però com que el temps de funcionament del relé al punt D és el més baix, el CB-3 associat a aquest relé actuarà primer per aïllar la zona defectuosa del resta de la línia.

En cas que, per qualsevol raó, el CB-3 no actui, llavors el següent relé amb temps superior actuarà per iniciar el circuit breaker associat. En aquest cas, el CB-2 actuarà. Si el CB-2 també falla, llavors el següent circuit breaker, és a dir, el CB-1, actuarà per aïllar la major part de la línia.

Aventatges de la protecció de línies amb temps definit

El principal avantatge d'aquest esquema és la simplicitat. El segon avantatge important és que, durant un fault, només el circuit breaker més proper a la font des del punt de fault actua per aïllar la posició específica de la línia.

Desavantatges de la protecció de línies amb temps definit

Amb moltes seccions en una línia, el relé proper a la font té un retard més llarg, el que significa que els faults propers a la font prenen més temps per aïllar-se, potencialment causant danys greus.

Protecció de línies de sobrecorrent amb relés inversos

El inconvenient que hem discutit en la protecció de sobrecorrent amb temps definit de línies d'interconnexió, es pot superar fàcilment utilitzant relés de temps invers. En el relé invers, el temps de funcionament és inversament proporcional a la corrent de fault.

En la figura anterior, el temps total d'ajust del relé al punt D és mínim i aquest temps d'ajust s'incrementa successivament per als relés associats als punts cap al punt A.

En cas de qualsevol fault al punt F, evidentment es triparà el CB-3 al punt D. En cas de fallida de l'obertura del CB-3, el CB-2 s'activarà ja que el temps total d'ajust és més alt en aquest relé al punt C.

Encara que el relé més proper a la font tingui l'ajust més llarg, actuaria més ràpidament si ocorre un fault major proper a la font perquè el seu temps de funcionament és inversament proporcional a la corrent de fault.

Protecció de sobrecorrent d'alimentacions paral·leles

Per mantenir la estabilitat del sistema, és necessari alimentar un càrrec des de la font mitjançant dues o més alimentacions en paral·lel. Si ocorre un fault en qualsevol de les alimentacions, només aquesta alimentació defectuosa hauria de ser aïllada del sistema per mantenir la continuïtat de l'abastigament des de la font al càrrec. Aquest requisit fa que la protecció d'alimentacions paral·leles sigui una mica més complexa que la protecció de sobrecorrent no direccional simple de línies, com en el cas d'alimentacions radials. La protecció d'alimentacions paral·leles requereix l'ús de relés direccionals i graduar el temps d'ajust del relé per a tripatge selectiu.

Hi ha dues alimentacions connectades en paral·lel des de la font al càrrec. Totes dues alimentacions tenen un relé de sobrecorrent no direccional al final de la font. Aquests relés haurien de ser relés de temps invers. També totes dues alimentacions tenen un relé direccional o relé de potència reversa al final del càrrec. Els relés de potència reversa utilitzats aquí haurien de ser de tipus instantani. Això significa que aquests relés haurien de funcionar tan aviat com la corrent (potència) en l'alimentació es reverteixi. La direcció normal de la potència és de la font al càrrec.

Ara, suposem que ocorre un fault al punt F, diguem que la corrent de fault és I f.

Aquest fault tindrà dos camins paral·lels des de la font, un a través només del circuit breaker A i l'altre a través del CB-B, alimentació-2, CB-Q, bus de càrrec i CB-P. Això es mostra clarament en la figura següent, on IA i IB són la corrent de fault compartida per l'alimentació-1 i l'alimentació-2 respectivament.

Segons la llei de corrent de Kirchoff, I A + IB = If.

Ara, IA flueix a través del CB-A, IB flueix a través del CB-P. Com que la direcció de flux del CB-P s'ha revertit, es tripularà instantàniament. Però el CB-Q no es tripularà ja que el flux de corrent (potència) en aquest circuit breaker no s'ha revertit. Tan aviat com el CB-P es tripa, la corrent de fault IB deixa de fluir a través de l'alimentació i, per tant, no hi ha qüestió de fer funcionar el relé de sobrecorrent de temps invers. IA encara continua fluix fins i tot quan el CB-P s'ha tripat. Llavors, degut a la sobrecorrent IA, el CB-A es tripa. D'aquesta manera, l'alimentació defectuosa es aïlla del sistema.

Protecció diferencial amb cable pilot

Això és simplement un esquema de protecció diferencial aplicat a les alimentacions. Es fan servir diversos esquemes diferencials per a la protecció de línies, però el sistema de balança de tensió Mess Price i l'esquema Translay són els més populars.

Sistema de balança Merz Price

El principi de funcionament del sistema de balança Merz Price és bastant simple. En aquest esquema de protecció de línies, es connecta un CT idèntic a cada un dels dos extrems de la línia. La polaritat dels CTs és la mateixa. El secundari d'aquests transformadors de corrent i la bobina d'operació de dos relés instantanis formen un bucle tancat, com es mostra en la figura següent. En el bucle, s'utilitza un cable pilot per connectar els secundaris dels CTs i les bobines dels relés, com es mostra.

Ara, de la figura és clar que quan el sistema està en condicions normals, no hi hauria cap corrent circulant pel bucle ja que la corrent secundària d'un CT cancel·larà la corrent secundària de l'altre CT.

Ara, si ocorre algun fault en la porció de la línia entre aquests dos CTs, la corrent secundària d'un CT ja no serà igual i oposada a la corrent secundària de l'altre CT. Per tant, hi haurà una corrent resultant circulant pel bucle.

Degut a aquesta corrent circulant, la bobina de tots dos relés tancarà el circuit de tripatge del circuit breaker associat. Per tant, la línia defectuosa estarà aïllada des de tots dos extrems.