Protecció de línies d'alimentació

Protecció de la línia d'alimentació

Definició

La protecció de la línia d'alimentació es refereix a la salvaguarda de les línies d'alimentació elèctrica contra els defectes per assegurar un subministrament ininterromput de la xarxa. Les línies d'alimentació transmeten energia elèctrica des de les subestacions fins a la part de càrrega. Atès el seu paper crucial en la xarxa de distribució d'energia, protegir les línies d'alimentació contra diversos tipus de defectes és d'extrema importància. Els requisits principals per a la protecció de la línia d'alimentació són els següents:

• Desconnectament selectiu: En cas d'un curtcircuït, només hauria de obrir el disjuntor més proper al defecte, mentre que tots els altres disjuntores haurien de romandre tancats. Això minimitza l'impacte en el subministrament d'energia i reduïx l'àmbit de les interrupcions.

• Protecció de reserva: En cas que el disjuntor més proper al defecte no s'obre, els disjuntores adjacents han de funcionar com a protecció de reserva per aïllar la secció defectuosa. Aquesta redundància assegura la fiabilitat del sistema general.

• Resposta òptima del relé: El temps d'operació dels relés de protecció hauria de ser mínim per mantenir l'estabilitat del sistema i prevenir el desconnectament innecessari de circuits sanjos. Aquest equilibri és essencial per a una gestió eficient dels defectes.

Protecció graduada en el temps

La protecció graduada en el temps és un esquema que implica establir els temps d'operació dels relés de manera seqüencial. Aquest enfocament assegura que quan ocorre un defecte, només s'aïlli la porció més petita possible del sistema elèctric, minimitzant així la pertorbació del subministrament general d'energia. Les aplicacions pràctiques de la protecció graduada en el temps es descriuen a continuació.

Protecció de les línies d'alimentació radial

Un sistema d'alimentació radial es caracteritza per un flux d'energia unidireccional, des del generador o font d'alimentació cap a la part de càrrega. No obstant això, aquest sistema té un inconvenient significatiu: en cas de defecte, mantenir la continuitat del subministrament d'energia a la part de càrrega es converteix en un repte.

En un sistema radial on diverses línies d'alimentació estan connectades en sèrie, com es mostra en la figura, l'objectiu és aïllar la porció més petita possible del sistema quan ocorre un defecte. La protecció graduada en el temps assolix efectivament aquest objectiu. El sistema de protecció per sobrecorrent està configurat de manera que quant més lluny es trobi un relé de la central generadora, més curt sigui el seu temps d'operació. Aquest mecanisme jeràrquic de temps assegura que els defectes es depuren tan a prop com sigui possible de la font del problema, reduint l'impacte en la resta del sistema.

Quan ocorre un defecte a SS4, el relé OC5 hauria de ser el primer en funcionar, en lloc de qualsevol altre relé. Això significa que el temps d'operació del relé OC4 ha de ser més curt que el del relé OC3, i així successivament. Això demostra clarament la necessitat d'una adequada graduació en el temps per aquests relés. L'interval mínim de temps entre dos disjuntores adjacents es determina pel sumatori dels seus temps de clearance i un petit marge de seguretat.

Per als disjuntores habitualment utilitzats, el temps mínim de discriminació entre disjuntores durant l'ajustament és aproximadament de 0,4 segons. Els temps de configuració per als relés OC1, OC2, OC3, OC4 i OC5 són 0,2 segons, 1,5 segons, 1,5 segons, 1,0 segon, 0,5 segon i instantani respectivament. A més del sistema de graduació en el temps, és crucial que el temps d'operació per defectes greus sigui mínim. Això es pot aconseguir connectant fusibles limitadors de temps en paral·lel amb les bobines de tripulació.

Protecció de les línies d'alimentació paral·leles

Les connexions de línies d'alimentació paral·leles s'utilitzen principalment per assegurar un subministrament d'energia continu i distribuir la càrrega. Quan ocorre un defecte en una línia d'alimentació protegida, el dispositiu de protecció identificarà i aïllarà la línia defectuosa, permetent que les línies restants assumisquen immediatament la càrrega incrementada.

Un dels mètodes de protecció més simples i efectius per als relés en sistemes de línies d'alimentació paral·leles implica l'ús de relés de sobrecorrent graduats en el temps amb caràcter invers al final d'enviament, combinats amb relés instantanis de potència reversa o direccionals al final de recepció, com es mostra en la figura següent. Aquesta configuració permet una detecció i aïllament ràpids i precisos dels defectes, millorant la fiabilitat i estabilitat general del sistema de línies d'alimentació paral·leles.

Quan ocorre un defecte greu F en qualsevol de les línies, la potència fluirà cap al defecte des del final d'enviament i de recepció de la línia. Com a resultat, la direcció del flux de potència a través del relé al punt D es revertirà, fent que el relé s'obre.

La corrent excedentaria es confinarà al punt B fins que el seu relé de sobrecorrent s'activi i activi el disjuntor. Aquesta acció aïlla completament la línia d'alimentació defectuosa, permetent que el subministrament d'energia continue a través de la línia d'alimentació sanja. No obstant això, aquest mètode només és efectiu quan el defecte és prou greu per revertir el flux de potència a D. Per tant, s'incorpora la protecció diferencial a més de la protecció de sobrecorrent als dos extrems de la línia per augmentar la fiabilitat del sistema de protecció.

Protecció del sistema de main circular

El sistema de main circular és una xarxa d'interconnexió que lliga una sèrie de centrals elèctriques a través de diverses rutes. En aquest sistema, la direcció del flux de potència es pot ajustar segons calgui, especialment quan s'utilitzen les interconnexions.

L'esquema bàsic d'aquest sistema es mostra en la figura següent, on G representa la central generadora, i A, B, C i D denoten les subestacions. A la central generadora, la potència flueix en una sola direcció, per tant, no són necessaris els relés de sobrecorrent amb retard. S'instalen relés de sobrecorrent graduats en el temps als extrems de les subestacions. Aquests relés només es dispararan quan una corrent de sobrecorrent flueixi allunyant-se de les subestacions que estan protegint, assegurant així l'aïllament selectiu dels defectes i mantenint l'estabilitat del sistema de main circular.

Quan es recorre el cercle en la direcció GABCD, els relés del costat més lluny de cada estació estan configurats amb retards progressivament decreixents. A la central generadora, el retard es configura a 2 segons; a les estacions A, B i C, les configuracions són 1,5 segons, 1,0 segon i 0,5 segon respectivament, mentre que el relé al punt següent rellevant opera instantàniament. De manera similar, quan es mou al voltant del cercle en la direcció contrària, els relés dels costats sortints estan configurats segons un patró de retard corresponent.

En cas de que ocorri un defecte al punt F, la potència fluirà cap al defecte a través de dues rutes diferents: ABF i DCF. Els relés que es dispararan són els situats entre la subestació B i el punt de defecte F, així com entre la subestació C i el punt de defecte F. Aquesta configuració assegura que un defecte en qualsevol secció del sistema de main circular provocarà només l'operació dels relés rellevants en aquesta secció específica. Conseqüentment, les seccions no afectades del sistema podran continuar funcionant sense interrupció, mantenint la integritat i fiabilitat de la xarxa de distribució d'energia general.