Protección de barras | Esquema de protección diferencial de barras
En los primeros días, solo se utilizaban relés de sobrecorriente convencionales para la protección de la barra. Sin embargo, se desea que una falla en cualquier alimentador o transformador conectado a la barra no perturbe el sistema de la barra. En vista de esto, se establecen tiempos de operación largos para los relés de protección de la barra. Por lo tanto, cuando ocurre una falla en la propia barra, toma mucho tiempo aislar la barra de la fuente, lo que puede causar daños significativos en el sistema de la barra.
En los últimos días, se han aplicado relés de protección de distancia de segunda zona en los alimentadores entrantes, con un tiempo de operación de 0.3 a 0.5 segundos, para la protección de la barra.
Pero este esquema también tiene una desventaja principal. Este esquema de protección no puede discriminar la sección defectuosa de la barra.
En la actualidad, los sistemas eléctricos de potencia manejan una gran cantidad de energía. Por lo tanto, cualquier interrupción en el sistema de la barra total causa grandes pérdidas para la empresa. Así, se vuelve esencial aislar solo la sección defectuosa de la barra durante una falla en la barra.
Otra desventaja del esquema de protección de distancia de segunda zona es que, a veces, el tiempo de limpieza no es lo suficientemente corto para garantizar la estabilidad del sistema.
Para superar las dificultades mencionadas anteriormente, se aplica comúnmente un esquema de protección diferencial de la barra con un tiempo de operación inferior a 0.1 seg., a muchos sistemas de barras SHT.
Protección Diferencial de la Barra
Protección Diferencial de Corriente
El esquema de protección de la barra, implica la ley de corrientes de Kirchoff, que establece que la corriente total que entra en un nodo eléctrico es exactamente igual a la corriente total que sale del nodo.
Por lo tanto, la corriente total que entra en una sección de la barra es igual a la corriente total que sale de la sección de la barra.
El principio de la protección diferencial de la barra es muy simple. Aquí, las segundarias de los CTs se conectan en paralelo. Eso significa que, los terminales S1 de todos los CTs se conectan juntos y forman un cable de bus. De manera similar, los terminales S2 de todos los CTs se conectan juntos para formar otro cable de bus.
Un relé de disparo se conecta a través de estos dos cables de bus.
Aquí, en la figura anterior asumimos que, en condiciones normales, las alimentaciones A, B, C, D, E y F llevan corrientes IA, IB, IC, ID, IE e IF.
Ahora, según la ley de corrientes de Kirchoff,
Esencialmente, todos los CTs utilizados para la protección diferencial de la barra tienen la misma relación de corriente. Por lo tanto, la suma de todas las corrientes secundarias también debe ser igual a cero.
Ahora, digamos que la corriente a través del relé conectado en paralelo con todas las segundarias de los CTs, es iR, e iA, iB, iC, iD, iE e iF son las corrientes secundarias.
Ahora, apliquemos KCL en el nodo X. Según KCL en el nodo X,
Así, está claro que, en condiciones normales, no fluye corriente a través del relé de disparo de la protección de la barra. Este relé generalmente se conoce como Relé 87. Ahora, supongamos que ocurre una falla en cualquiera de los alimentadores, fuera de la zona protegida. En ese caso, la corriente de falla pasará a través de la primaria del CT de ese alimentador. Esta corriente de falla es aportada por todos los demás alimentadores conectados a la barra. Así, la parte aportada de la corriente de falla fluye a través del CT correspondiente del respectivo alimentador. Por lo tanto, en esa condición de falla, si aplicamos KCL en el nodo K, obtendremos, iR = 0.
Eso significa que, en condiciones de falla externa, no fluye corriente a través del relé 87. Ahora, consideremos una situación en la que la falla ocurre en la propia barra.
En esta condición, la corriente de falla también es aportada por todos los alimentadores conectados a la barra. Por lo tanto, en esta condición, la suma de todas las corrientes de falla aportadas es igual a la corriente de falla total.
Ahora, en la ruta de la falla no hay CT. (en la falla externa, tanto la corriente de falla como la corriente aportada a la falla por diferentes alimentadores tienen CT en su ruta de flujo).
La suma de todas las corrientes secundarias ya no es cero. Es igual al equivalente secundario de la corriente de falla.
Ahora, si aplicamos KCL en los nodos, obtendremos un valor no nulo de iR.
Así, en esta condición, comienza a fluir corriente a través del relé 87 y hace que se dispare el interruptor de circuito correspondiente a todos los alimentadores conectados a esta sección de la barra.
Como todos los alimentadores de entrada y salida, conectados a esta sección de la barra, se disparan, la barra queda inactiva.
Este esquema de protección diferencial de la barra también se conoce como protección diferencial de corriente de la barra.
Protección Diferencial de la Barra Seccionada
Durante la explicación del principio de funcionamiento de la protección diferencial de corriente de la barra, hemos mostrado una barra simple no seccionada. Pero en sistemas de voltage moderadamente alto, la barra eléctrica se secciona en más de una sección para aumentar la estabilidad del sistema. Esto se hace porque una falla en una sección de la barra no debe perturbar la otra sección del sistema. Por lo tanto, durante una falla en la barra, toda la barra se interrumpe.
Vamos a dibujar y discutir sobre la protección de una barra con dos secciones.
Aquí, la sección de la barra A o la zona A está delimitada por CT1, CT2 y CT3, donde CT1 y CT2 son CTs de alimentadores y CT3 es CT de la barra.
De manera similar, la sección de la barra B o la zona B está delimitada por CT4, CT5 y CT6, donde CT4 es CT de la barra, CT5 y CT6 son CTs de alimentadores.
Por lo tanto, la zona A y B se superponen para asegurar que no haya zonas sin cubrir en este esquema de protección de la barra.
Los terminales ASI de CT1, 2 y 3 se conectan juntos para formar el bus secundario ASI;
Los terminales BSI de CT4, 5 y 6 se conectan juntos para formar el bus secundario BSI.
Los terminales S2 de todos los CTs se conectan juntos para formar un bus común S2.
Ahora, el relé de protección de la barra 87A para la zona A se conecta entre el bus ASI y S2.
El relé 87B para la zona B se conecta entre el bus BSI y S2.
Este esquema de protección diferencial de la barra opera de manera similar a la protección diferencial de corriente de la barra.
Es decir, cualquier falla en la zona A, con trip solo CB1, CB2 y bus CB.
Cualquier falla en la zona B, trip solo CB5, CB6 y bus CB.
Por lo tanto, una falla en cualquier sección de la barra aislará solo esa porción del sistema vivo.
En la protección diferencial de corriente de la barra, si los circuitos secundarios de los CTs, o los buses están abiertos, el relé puede activarse para aislar la barra del sistema vivo. Pero esto no es deseable.
