Protección de alimentadores

Protección de Alimentadores

Definición

La protección de alimentadores se refiere a la salvaguarda de los alimentadores eléctricos contra fallos para garantizar el suministro ininterrumpido de energía en la red. Los alimentadores transmiten la energía eléctrica desde las subestaciones hasta el extremo de la carga. Dado su papel crucial en la red de distribución de energía, proteger los alimentadores de diversos tipos de fallos es de suma importancia. Los requisitos principales para la protección de alimentadores son los siguientes:

• Desconexión Selectiva: Durante un evento de cortocircuito, solo debe abrirse el interruptor automático más cercano al fallo, mientras que todos los demás interruptores automáticos permanecen cerrados. Esto minimiza el impacto en el suministro de energía y reduce el alcance de los apagones.

• Protección de Respaldo: En caso de que el interruptor automático más cercano al fallo no se abra, los interruptores automáticos adyacentes deben actuar como protección de respaldo para aislar la sección defectuosa. Esta redundancia asegura la confiabilidad del sistema en general.

• Respuesta Óptima de Relés: El tiempo de operación de los relés de protección debe minimizarse para mantener la estabilidad del sistema, evitando la desconexión innecesaria de circuitos sanos. Este equilibrio es esencial para el manejo eficiente de los fallos.

Protección Temporal Graduada

La protección temporal graduada es un esquema que implica establecer los tiempos de operación de los relés de manera secuencial. Este enfoque asegura que, cuando ocurre un fallo, solo se aísle la parte más pequeña posible del sistema eléctrico, minimizando así la interrupción del suministro de energía en general. Las aplicaciones prácticas de la protección temporal graduada se describen a continuación.

Protección de Alimentadores Radiales

Un sistema de potencia radial se caracteriza por un flujo de energía unidireccional, moviéndose desde el generador o fuente de suministro hacia el extremo de la carga. Sin embargo, este sistema tiene una desventaja significativa: en caso de un fallo, mantener la continuidad del suministro de energía en el extremo de la carga se vuelve un desafío.

En un sistema radial donde varios alimentadores están conectados en serie, como se ilustra en la figura, el objetivo es aislar la sección más pequeña posible del sistema cuando ocurre un fallo. La protección temporal graduada logra efectivamente este objetivo. El sistema de protección contra sobrecorriente está configurado de tal manera que cuánto más lejos esté un relé de la estación generadora, menor será su tiempo de operación. Este mecanismo jerárquico de ajuste de tiempos asegura que los fallos se limpien lo más cerca posible de la fuente del problema, reduciendo el impacto en el resto del sistema.

Cuando ocurre un fallo en SS4, el relé OC5 debe ser el primero en operar, en lugar de cualquier otro relé. Esto significa que el tiempo de operación del relé OC4 debe ser más corto que el del relé OC3, y así sucesivamente. Esto demuestra claramente la necesidad de una adecuada gradación temporal para estos relés. El intervalo mínimo de tiempo entre dos interruptores automáticos adyacentes se determina por la suma de sus propios tiempos de corte y un pequeño margen de seguridad.

Para los interruptores automáticos comúnmente utilizados, el tiempo mínimo de discriminación entre interruptores durante el ajuste es aproximadamente 0.4 segundos. Los tiempos de ajuste para los relés OC1, OC2, OC3, OC4 y OC5 se establecen como 0.2 segundos, 1.5 segundos, 1.5 segundos, 1.0 segundo, 0.5 segundo e instantáneo, respectivamente. Además del sistema de gradación temporal, es crucial minimizar el tiempo de operación para fallos graves. Esto se puede lograr conectando fusibles limitadores de tiempo en paralelo con las bobinas de disparo.

Protección de Alimentadores Paralelos

Las conexiones de alimentadores paralelos se emplean principalmente para garantizar el suministro continuo de energía y distribuir la carga. Cuando ocurre un fallo en un alimentador protegido, el dispositivo de protección identificará y aíslará el alimentador defectuoso, permitiendo que los alimentadores restantes asuman inmediatamente la carga aumentada.

Uno de los métodos de protección más sencillos y efectivos para relés en sistemas de alimentadores paralelos implica el uso de relés de sobrecarga temporales graduados con características de tiempo inverso en el extremo de envío, combinados con relés instantáneos de potencia inversa o direccionales en el extremo de recepción, como se muestra en la figura a continuación. Esta configuración permite la detección y aislamiento rápidos y precisos de los fallos, mejorando la confiabilidad y estabilidad general del sistema de alimentadores paralelos.

Cuando ocurre un fallo grave F en cualquiera de las líneas, la energía fluirá hacia el fallo tanto desde el extremo de envío como desde el extremo de recepción de la línea. Como resultado, la dirección del flujo de energía a través del relé en el punto D se invertirá, causando que el relé se abra.

La corriente excesiva luego se confinará al punto B hasta que su relé de sobrecarga se active y dispare el interruptor automático. Esta acción aísla completamente el alimentador defectuoso, permitiendo que el suministro de energía continúe a través del alimentador sano. Sin embargo, este método solo es efectivo cuando el fallo es lo suficientemente grave como para invertir el flujo de energía en D. Por lo tanto, se incorpora la protección diferencial además de la protección contra sobrecarga en ambos extremos de la línea para mejorar la confiabilidad del sistema de protección.

Protección de Sistemas de Anillo Principal

El sistema de anillo principal es una red de interconexión que une una serie de centrales eléctricas a través de múltiples rutas. En este sistema, la dirección del flujo de energía se puede ajustar según sea necesario, especialmente cuando se utilizan interconexiones.

El esquema básico de dicho sistema se ilustra en la figura a continuación, donde G representa la central generadora, y A, B, C y D denotan subestaciones. En la central generadora, la energía fluye en una sola dirección, por lo que no se requieren relés de sobrecarga con retardo. Se instalan relés de sobrecarga temporales graduados en los extremos de las subestaciones. Estos relés solo se activarán cuando fluya una corriente de sobrecarga alejándose de las subestaciones que están protegiendo, asegurando la selección de aislamiento de fallos y manteniendo la estabilidad del sistema de anillo principal.

Al recorrer el anillo en la dirección GABCD, los relés en el lado lejano de cada estación se configuran con retrasos temporales progresivamente decrecientes. En la central generadora, el retraso se establece en 2 segundos; en las estaciones A, B y C, las configuraciones son 1.5 segundos, 1.0 segundo y 0.5 segundo, respectivamente, mientras que el relé en el siguiente punto relevante opera instantáneamente. De manera similar, al moverse alrededor del anillo en la dirección opuesta, los relés en los lados de salida se configuran según un patrón de retraso temporal correspondiente.

En caso de que ocurra un fallo en el punto F, la energía fluye hacia el fallo a través de dos rutas distintas: ABF y DCF. Los relés que se activan son aquellos situados entre la subestación B y el punto de fallo F, así como entre la subestación C y el punto de fallo F. Esta configuración asegura que un fallo en cualquier sección dada del sistema de anillo principal provocará que solo los relés relevantes en esa sección específica operen. Consecuentemente, las secciones no afectadas del sistema pueden continuar funcionando sin interrupciones, manteniendo la integridad y confiabilidad de la red de distribución de energía en general.