Protecció de barra | Esquema de protecció diferencial de barra

En els primers temps, només es feien servir relés convencionals de sobrecorrent per a la protecció de la barra. Però es desitja que un defecte en qualsevol alimentador o transformador connectat a la barra no hagi de pertorbar el sistema de la barra. En vista d'això, s'ha allargat el temps de configuració dels relés de protecció de la barra. Així, quan ocorre un defecte en la pròpia barra, triga molt a aïllar la barra de la font, el que pot causar grans danys al sistema de la barra.
Recentment, s'han aplicat relés de protecció de distància de segona zona en els alimentadors entrants, amb un temps d'operació de 0,3 a 0,5 segons, per a la protecció de la barra.
Aquesta solució també té un principal inconvenient: no pot discriminar la secció defectuosa de la barra.
Avui en dia, el sistema elèctric de potència tracta amb una gran quantitat de potència. Per tant, qualsevol interrupció en el sistema total de la barra causa grans pèrdues a l'empresa. Per tant, és essencial aïllar només la secció defectuosa de la barra durant un defecte.

Un altre inconvenient dels relés de protecció de distància de segona zona és que, sovint, el temps de neteja no és prou curt per assegurar l'estabilitat del sistema.
Per superar les dificultats mencionades, es fa servir habitualment un esquema de protecció diferencial de la barra amb un temps d'operació inferior a 0,1 segons en molts sistemes SHT de barres.

Protecció Diferencial de la Barra

Protecció Diferencial de Corrent

L'esquema de protecció de la barra, implica la llei de corrent de Kirchoff, que estableix que la corrent total que entra en un node elèctric és exactament igual a la corrent total que surt del node.
Així, la corrent total que entra en una secció de la barra és igual a la corrent total que surt de la secció de la barra.

El principi de la protecció diferencial de la barra és molt simple. Aquí, les segones de les CTs estan connectades en paral·lel. Això significa que els terminals S1 de totes les CTs estan connectades juntes i formen un fil de barra. De manera similar, els terminals S2 de totes les CTs estan connectades juntes per formar un altre fil de barra.
Un relé de disparada està connectat entre aquests dos fils de barra.

Aquí, en la figura suposem que, en condicions normals, els alimentadors A, B, C, D, E i F porten les corrents IA, IB, IC, ID, IE i IF.
Ara, segons la llei de corrent de Kirchoff,

Essencialment, totes les CTs utilitzades per a la protecció diferencial de la barra tenen la mateixa raó de corrent. Per tant, la suma de totes les corrents secundàries també ha de ser zero.

Ara, diguem que la corrent a través del relé connectat en paral·lel amb totes les segones de les CTs, és iR, i iA, iB, iC, iD, iE i iF són les corrents secundàries.
Ara, apliquem KCL al node X. Segons KCL al node X,

Així, queda clar que, en condicions normals, no hi ha corrent que passi a través del relé de protecció de la barra de disparada. Aquest relé generalment es coneix com a Relé 87. Ara, diguem que es produeix un defecte en qualsevol dels alimentadors, fora de la zona protegida. En aquest cas, la corrent defectuosa passarà a través de la primària de la CT d'aquest alimentador. Aquesta corrent defectuosa està contribuïda per tots els altres alimentadors connectats a la barra. Per tant, la part contribuïda de la corrent defectuosa passa a través de la corresponent CT de l'alimentador respectiu. Per tant, en aquesta condició defectuosa, si apliquem KCL al node K, encara obtindrem, iR = 0.

Això significa que, en condicions defectuoses externes, no hi ha corrent que passi a través del relé 87. Ara considerem una situació en què el defecte es produeix en la pròpia barra.
En aquesta condició, la corrent defectuosa també està contribuïda per tots els alimentadors connectats a la barra. Per tant, en aquesta condició, la suma de totes les corrents defectuoses contribuïdes és igual a la corrent defectuosa total.
Ara, en el camí defectuós no hi ha cap CT. (en el defecte extern, tant la corrent defectuosa com la corrent contribuïda al defecte per diferents alimentadors tenen CT en el seu camí de flux).

La suma de totes les corrents secundàries ja no és zero. És igual a l'equivalent secundari de la corrent defectuosa.
Ara, si apliquem KCL als nodes, obtindrem un valor no zero de iR.
Així, en aquesta condició, la corrent comença a fluir a través del relé 87 i dispara el circuit tancador corresponent a tots els alimentadors connectats a aquesta secció de la barra.
Com que tots els alimentadors entrants i sortints connectats a aquesta secció de la barra són disparats, la barra es converteix en morta.
Aquest esquema de protecció diferencial de la barra també es coneix com a protecció diferencial de corrent de la barra.

Protecció Diferencial de la Barra Segmentada

Durant l'explicació del principi de funcionament de la protecció diferencial de corrent de la barra, hem mostrat una barra simple no segmentada. Però, en sistemes elèctrics de voltatge moderadament alt, la barra elèctrica es segmenta en més d'una secció per augmentar la stabilitat del sistema. Això es fa perquè, un defecte en una secció de la barra no hagi de pertorbar la resta de la secció del sistema. Per tant, durant un defecte de la barra, s'interrumpiria la barra total.
Anem a dibuixar i discutir sobre la protecció de la barra amb dues seccions.

Aquí, la secció de la barra A o zona A està delimitada per CT1, CT2 i CT3, on CT1 i CT2 són CTs d'alimentadors i CT3 és la CT de la barra.
De manera similar, la secció de la barra B o zona B està delimitada per CT4, CT5 i CT6, on CT4 és la CT de la barra, CT5 i CT6 són CTs d'alimentadors.
Així, la zona A i B estan superposades per assegurar que no hi hagi cap zona deixada enrere en aquest esquema de protecció de la barra.
Els terminals ASI de CT1, 2 i 3 estan connectats junts per formar la barra secundària ASI;
Els terminals BSI de CT4, 5 i 6 estan connectats junts per formar la barra secundària BSI.
Els terminals S2 de totes les CTs estan connectats junts per formar una barra comuna S2.
Ara, el relé de protecció de la barra 87A per a la zona A està connectat a través de la barra ASI i S2.
El relé 87B per a la zona B està connectat a través de la barra BSI i S2.
Aquest esquema de protecció diferencial de la barra funciona de manera similar a la protecció diferencial de corrent simple de la barra.
És a dir, qualsevol defecte en la zona A, dispara només CB1, CB2 i el CB de la barra.
Qualsevol defecte en la zona B, dispara només CB5, CB6 i el CB de la barra.
Així, un defecte en qualsevol secció de la