¿Qué es la Protección de Líneas o Alimentadores?

¿Qué es la protección de líneas o alimentadores?

Definición de protección de línea de transmisión

La protección de línea de transmisión es un conjunto de estrategias utilizadas para detectar e aislar fallas en las líneas de energía, asegurando la estabilidad del sistema y reduciendo el daño.

Protección por sobrecorriente con gradiente de tiempo

Esto también puede referirse simplemente como protección por sobrecorriente de la línea de transmisión de energía eléctrica. Vamos a discutir diferentes esquemas de protección por sobrecorriente con gradiente de tiempo.

Protección de alimentador radial

En el alimentador radial, la energía fluye en una sola dirección, que es desde la fuente hasta la carga. Este tipo de alimentadores se pueden proteger fácilmente utilizando relés de tiempo definido o relés de tiempo inverso.

Protección de línea mediante relé de tiempo definido

Este esquema de protección es muy simple. Aquí, la línea total se divide en diferentes secciones y cada sección se proporciona con un relé de tiempo definido. El relé más cercano al final de la línea tiene la configuración de tiempo mínima, mientras que la configuración de tiempo de los otros relés aumenta sucesivamente hacia la fuente.

Por ejemplo, supongamos que hay una fuente en el punto A, en la figura a continuación

En el punto D se instala el interruptor CB-3 con un tiempo de operación del relé definido de 0.5 seg. Sucesivamente, en el punto C se instala otro interruptor CB-2 con un tiempo de operación del relé definido de 1 seg. El siguiente interruptor CB-1 se instala en el punto B, que es el más cercano al punto A. En el punto B, el relé está configurado con un tiempo de operación de 1.5 seg.

Ahora, supongamos que ocurre una falla en el punto F. Debido a esta falla, la corriente defectuosa fluye a través de todos los transformadores de corriente (CT) conectados en la línea. Pero como el tiempo de operación del relé en el punto D es el mínimo, el CB-3 asociado a este relé será el primero en saltar para aislar la zona defectuosa del resto de la línea.

En caso de que, por alguna razón, el CB-3 no salte, entonces el próximo relé con mayor tiempo de operación actuará para iniciar el salto del interruptor asociado. En este caso, el CB-2 saltará. Si el CB-2 tampoco salta, entonces el siguiente interruptor, es decir, el CB-1, saltará para aislar la mayor parte de la línea.

Ventajas de la protección de línea con tiempo definido

La principal ventaja de este esquema es la simplicidad. La segunda ventaja importante es que, durante una falla, solo el interruptor más cercano a la fuente desde el punto de falla operará para aislar la posición específica de la línea.

Desventaja de la protección de línea con tiempo definido

Con muchas secciones en una línea, el relé cercano a la fuente tiene un retraso más largo, lo que significa que las fallas cerca de la fuente tardan más en aislarse, potencialmente causando daños graves.

Protección de línea por sobrecorriente mediante relé inverso

La desventaja que discutimos anteriormente en la protección por sobrecorriente con tiempo definido de la línea de transmisión, se puede superar fácilmente utilizando relés de tiempo inverso. En el relé inverso, el tiempo de operación es inversamente proporcional a la corriente de falla.

En la figura anterior, la configuración de tiempo total del relé en el punto D es mínima y sucesivamente esta configuración de tiempo se incrementa para los relés asociados a los puntos hacia el punto A.

En caso de cualquier falla en el punto F, obviamente se activará el CB-3 en el punto D. En caso de fallo en la apertura del CB-3, se operará el CB-2 ya que la configuración de tiempo total es mayor en ese relé en el punto C.

Aunque el relé más cercano a la fuente tenga la configuración más larga, saltará más rápido si ocurre una falla importante cerca de la fuente, porque su tiempo de operación es inversamente proporcional a la corriente de falla.

Protección por sobrecorriente de alimentadores paralelos

Para mantener la estabilidad del sistema, es necesario alimentar una carga desde la fuente mediante dos o más alimentadores en paralelo. Si ocurre una falla en cualquiera de los alimentadores, solo ese alimentador defectuoso debe ser aislado del sistema para mantener la continuidad del suministro desde la fuente hasta la carga. Este requisito hace que la protección de los alimentadores paralelos sea un poco más compleja que la simple protección no direccional por sobrecorriente de la línea, como en el caso de los alimentadores radiales. La protección de los alimentadores paralelos requiere el uso de relés direccionales y la graduación de la configuración de tiempo del relé para el salto selectivo.

Hay dos alimentadores conectados en paralelo desde la fuente hasta la carga. Ambos alimentadores tienen un relé de sobrecorriente no direccional en el extremo de la fuente. Estos relés deben ser de tiempo inverso. Además, ambos alimentadores tienen un relé direccional o relé de potencia inversa en su extremo de carga. Los relés de potencia inversa utilizados aquí deben ser del tipo instantáneo. Esto significa que estos relés deben operar tan pronto como el flujo de potencia en el alimentador se invierta. La dirección normal de la potencia es desde la fuente hasta la carga.

Ahora, supongamos que ocurre una falla en el punto F, digamos que la corriente de falla es I f.

Esta falla tendrá dos rutas paralelas desde la fuente, una solo a través del interruptor A y otra vía CB-B, alimentador-2, CB-Q, bus de carga y CB-P. Esto se muestra claramente en la figura a continuación, donde IA e IB son las corrientes de falla compartidas por el alimentador-1 y el alimentador-2, respectivamente.

De acuerdo con la ley de corrientes de Kirchoff, I A + IB = If.

Ahora, IA fluye a través del CB-A, IB fluye a través del CB-P. Como la dirección del flujo de CB-P se invierte, saltará inmediatamente. Pero el CB-Q no saltará ya que el flujo de corriente (potencia) en este interruptor no se invierte. Tan pronto como se salta el CB-P, la corriente de falla IB deja de fluir a través del alimentador y, por lo tanto, no hay cuestión de que se opere el relé de sobrecorriente de tiempo inverso. IA sigue fluyendo incluso después de que se ha saltado el CB-P. Entonces, debido a la sobrecorriente IA, el CB-A saltará. De esta manera, el alimentador defectuoso se aísla del sistema.

Protección diferencial por cable piloto

Este es simplemente un esquema de protección diferencial aplicado a los alimentadores. Se aplican varios esquemas diferenciales para la protección de la línea, pero los sistemas de equilibrio de tensión Mess Price y el esquema Translay son los más comúnmente utilizados.

Sistema de equilibrio de Mess Price

El principio de funcionamiento del sistema de equilibrio de Mess Price es bastante simple. En este esquema de protección de línea, se conecta un CT idéntico a cada uno de los dos extremos de la línea. La polaridad de los CT es la misma. El secundario de estos transformadores de corriente y la bobina de operación de dos relés instantáneos forman un circuito cerrado, como se muestra en la figura a continuación. En el circuito, se utiliza un cable piloto para conectar ambos secundarios de CT y ambas bobinas de relé, como se muestra.

Ahora, según la figura, queda claro que cuando el sistema está en condiciones normales, no habrá ninguna corriente fluyendo a través del circuito, ya que la corriente secundaria de un CT anulará la corriente secundaria del otro CT.

Ahora, si ocurre cualquier falla en la porción de la línea entre estos dos CT, la corriente secundaria de un CT ya no será igual y opuesta a la corriente secundaria del otro CT. Por lo tanto, habrá una corriente circulante resultante en el circuito.

Debido a esta corriente circulante, la bobina de ambos relés cerrará el circuito de salto del interruptor asociado. Por lo tanto, la línea defectuosa se aislará desde ambos extremos.