Método para el Aislamiento Automático de Fallos en Equipos de Clientes mediante Interruptores de Carga en Redes de Distribución

1 Visión general

La seguridad de la red de distribución ha sido durante mucho tiempo un tema subatendido, con su automatización retrasada en comparación con la de las subestaciones. Utilizar los intervalos de 10 kV de las subestaciones existentes para establecer puntos de sección de línea cumple con las necesidades futuras de la red. La configuración de los interruptores de distribución, los interruptores de sección y la protección deben coincidir con la protección de las líneas de salida de la subestación para garantizar la confiabilidad. La aislación de fallas, la autocuración y la restauración son claves para la automatización de la distribución.

Los académicos han estudiado la optimización de la restauración de fallas en redes de distribución inteligente (múltiples fuentes de energía, fuentes intermitentes, almacenamiento de energía), pero no la aislación de fallas basada en interruptores de carga para equipos de usuarios. Tomemos como ejemplo la línea del Figura 1: el interruptor de sección S3 sirve a A, B, C. Una falla en A desencadena el salto de S3. Las fallas transitorias permiten un recierre exitoso; las permanentes causan apagones en B/C, perjudicando la producción, cortando el suministro y aumentando la resolución de problemas (ya que S3 no puede identificar la falla, requiriendo comprobaciones una por una). Por lo tanto, se necesita urgentemente un método/dispositivo de interruptor de carga para aislar fallas e identificar a los usuarios con fallas. Asegurar que S3 se recierre exitosamente para los usuarios sin fallas, independientemente del tipo de usuario/falla (transitoria/permanente).

2 Método para aislar eficazmente las fallas de los equipos de usuarios de electricidad con interruptores de carga

Un interruptor de carga, un dispositivo de conmutación entre un interruptor automático y un interruptor de seccionamiento, tiene un sencillo dispositivo de extinción de arco. Puede interrumpir la corriente nominal de carga y algunas corrientes de sobrecarga, pero no la corriente de falla de cortocircuito. Entonces, cuando falla cualquier equipo de usuario, solo salta el interruptor de sección S3 para proteger. Si un dispositivo detecta al usuario con falla y hace saltar su interruptor de carga antes de que S3 se recierre, el usuario con falla queda aislado, y S3 se recierra exitosamente. Enviar la información del usuario con falla al personal de operación y mantenimiento (O&M) de la red de distribución mediante mensaje de texto les permite manejar las fallas rápidamente, reduciendo la carga de trabajo de O&M, mejorando la confiabilidad del suministro eléctrico y asegurando el suministro de electricidad a los usuarios sin fallas.

3 Ruta técnica para aislar eficazmente las fallas de los equipos de usuarios de electricidad con interruptores de carga
3.1 Proceso del módulo lógico técnico

Tomemos como ejemplo la falla del equipo del Usuario A. Instale un dispositivo de detección de fallas en su interruptor de carga (como en la Figura 2). Colocado entre el interruptor de carga y la línea de entrada, tiene un módulo de detección de voltaje, un módulo de detección de corriente, un módulo de juicio lógico y procesamiento, un contacto de salto, un contacto de señalización y un módulo de envío de señal inalámbrica (proceso lógico en la Figura 3). Las salidas de los módulos de detección de voltaje y corriente se conectan a la entrada del módulo lógico. Su salida se conecta a un extremo del contacto de salto y del contacto de señalización. El otro extremo del contacto de salto se conecta al equipo primario del usuario a través de la bobina de salto del interruptor de carga; el otro extremo del contacto de señalización se conecta al módulo inalámbrico. Esto permite un aislamiento efectivo de fallas, un manejo rápido de fallas por parte del personal de mantenimiento, una reducción de la carga de trabajo de búsqueda de fallas y una mejora de la eficiencia del trabajo.

3.2 Implementación de cableado físico

Tomando como ejemplo la falla del equipo del Usuario A (ver Figura 4), el módulo de detección de voltaje se conecta al transformador de tensión de la barra de la sala de distribución pública, y el módulo de detección de corriente se conecta a CT1 (transformador de corriente de la línea de entrada del Usuario A). El módulo de juicio lógico del Usuario A procesa la corriente y el voltaje de entrada.

Cuando el Usuario A tiene una falla de cortocircuito, la corriente a través de su módulo de juicio lógico se dispara (y supera) la corriente de falla preestablecida, marcada como "1". Luego, el interruptor de sección S3 salta, causando que la barra de la sala de distribución pública pierda voltaje. Todos los módulos lógicos de los usuarios detectan esta pérdida de voltaje (marcada "1"), pero solo el módulo del Usuario A detecta tanto la corriente de falla como la pérdida de voltaje (ambas "1"). Estas "1" forman una puerta AND, identificando al Usuario A como el fallado.

El módulo lógico del Usuario A emite el contacto de salto TJ1 y el contacto de señalización TJ2. TJ1 se cierra, conectándose a la fuente de alimentación positiva y a la bobina de salto del interruptor de carga para hacer saltar el interruptor de carga del Usuario A. TJ2 se cierra, enviando la información de la falla al personal de O&M de la red de distribución vía inalámbrica. Esto asegura que el interruptor de carga del usuario con falla no interrumpa la corriente de falla, pero aísle la falla. Los usuarios sin fallas, a pesar de la pérdida de voltaje (no se detecta corriente de falla), no hacen saltar sus interruptores de carga (puerta AND no activada).

De manera similar, las corrientes secundarias de los transformadores de corriente de las líneas de entrada CT2 (Usuario B) y CT3 (Usuario C) se conectan al dispositivo de detección. La lógica de falla sigue el principio del Usuario A, aislando las fallas de B/C para garantizar el suministro normal de los demás.

4 Coordinación con la protección del interruptor de sección y medidas anti-malfuncionamiento

• Para líneas aéreas: El detector de fallas se coordina con el tiempo de recierre de S3 (típicamente 1.2s de retardo post-salto). Dentro de 1.2s, debe hacer saltar el interruptor de carga del usuario con falla (evitando que S3 se recierre sobre fallas). La información de la falla se envía por mensaje de texto al personal de O&M para reparaciones rápidas.

• Para líneas de cable: Dado que S3 no tiene recierre, el detector hace saltar el interruptor de carga fallado y envía la información de la falla. El personal de O&M luego cierra S3, asegurando el suministro de los usuarios sin fallas y reduciendo el tiempo de apagón.

• Para evitar el mal salto de interruptores de carga sin fallas después del recierre de S3: La lógica del detector requiere primero detectar el pico de corriente de falla, luego la pérdida de voltaje (formando una puerta AND). Se agrega un retardo al juicio de la pérdida de voltaje (para evitar mal saltos debido a la corriente de arranque que llega antes del voltaje).

5 Conclusión

Instalar detectores de fallas en los interruptores de carga de las líneas de entrada de los usuarios (coordinados con la protección del interruptor de sección) permite que los interruptores de carga aíslen automáticamente las fallas y alerten al personal de O&M. Esto aumenta la confiabilidad de las líneas de distribución pública, reduce la carga de trabajo de resolución de problemas y limita la propagación de apagones. El dispositivo también puede usarse en los interruptores de carga de la línea principal de distribución (coordinados con la protección del interruptor de sección superior), aislando las fallas posteriores al interruptor de carga y asegurando el suministro de electricidad para los usuarios entre interruptores. Esto reduce los rangos de apagón y mejora la confiabilidad de las líneas de distribución.