Protección de Líneas o Alimentadores

Dado que la longitud de la línea de transmisión de energía eléctrica suele ser lo suficientemente larga y atraviesa el aire libre, la probabilidad de que ocurra un fallo en la línea de transmisión de energía eléctrica es mucho mayor que en los transformadores de potencia eléctrica y alternadores. Por eso, una línea de transmisión requiere muchos más esquemas de protección que un transformador y un alternador.
La protección de la línea debe tener algunas características especiales, como-

1. Durante un fallo, solo el interruptor de circuito más cercano al punto del fallo debe ser desconectado.

2. Si el interruptor de circuito más cercano al punto de fallo no se desconecta, el siguiente interruptor de circuito en la línea se desconectará como respaldo.

3. El tiempo de operación del relé asociado con la protección de la línea debe ser lo más corto posible para evitar desconexiones innecesarias de los interruptores de circuito asociados con otras partes sanas del sistema de potencia.

Estos requisitos mencionados anteriormente hacen que la protección de la línea de transmisión sea muy diferente de la protección del transformador y otros equipos de los sistemas de potencia. Los tres métodos principales de protección de la línea de transmisión son –

1. Protección por sobrecorriente con gradiente de tiempo.

2. Protección diferencial.

3. Protección por distancia.

Protección por Sobrecorriente con Gradiente de Tiempo

También puede referirse simplemente como protección por sobrecorriente de la línea de transmisión de energía eléctrica. Vamos a discutir diferentes esquemas de protección por sobrecorriente con gradiente de tiempo.

Protección de Alimentador Radial

En el alimentador radial, la energía fluye en una dirección, desde la fuente hasta la carga. Este tipo de alimentadores pueden protegerse fácilmente utilizando relés de tiempo definido o relés de tiempo inverso.

Protección de Línea por Relé de Tiempo Definido

Este esquema de protección es muy sencillo. Aquí, la línea total se divide en diferentes secciones y cada sección se proporciona con un relé de tiempo definido. El relé más cercano al final de la línea tiene el ajuste de tiempo mínimo, mientras que el ajuste de tiempo de otros relés aumenta sucesivamente hacia la fuente.
Por ejemplo, supongamos que hay una fuente en el punto A, en la figura siguiente

En el punto D, el interruptor de circuito CB-3 está instalado con un tiempo de operación del relé de 0.5 seg. Sucesivamente, en el punto C se instala otro interruptor de circuito CB-2 con un tiempo de operación del relé de 1 seg. El siguiente interruptor de circuito CB-1 se instala en el punto B, que es el más cercano al punto A. En el punto B, el relé está configurado para un tiempo de operación de 1.5 seg.
Ahora, suponga que ocurre un fallo en el punto F. Debido a este fallo, la corriente de fallo fluye a través de todos los transformadores de corriente o TCs conectados en la línea. Pero como el tiempo de operación del relé en el punto D es el mínimo, el CB-3, asociado a este relé, se desconectará primero para aislar la zona de fallo del resto de la línea. En caso de que, por alguna razón, el CB-3 no se desconecte, entonces el siguiente relé con mayor tiempo de operación se activará para iniciar la desconexión del interruptor de circuito asociado. En este caso, el CB-2 se desconectará. Si el CB-2 tampoco se desconecta, entonces el siguiente interruptor de circuito, es decir, el CB-1, se desconectará para aislar la mayor parte de la línea.

Ventajas de la Protección de Línea por Tiempo Definido

La principal ventaja de este esquema es su simplicidad. La segunda ventaja importante es que, durante un fallo, solo el interruptor de circuito más cercano a la fuente desde el punto de fallo operará para aislar la posición específica de la línea.

Desventaja de la Protección de Línea por Tiempo Definido

Si el número de secciones en la línea es bastante grande, el ajuste de tiempo del relé más cercano a la fuente sería muy largo. Por lo tanto, durante cualquier fallo cerca de la fuente, tomará mucho tiempo aislarlo. Esto puede causar un efecto destructivo severo en el sistema.

Protección de Línea por Sobrecorriente con Relé Inverso

La desventaja que discutimos en la protección por sobrecorriente con tiempo definido de la línea de transmisión, puede superarse fácilmente utilizando relés de tiempo inverso. En el relé inverso, el tiempo de operación es inversamente proporcional a la corriente de fallo.

En la figura anterior, el ajuste de tiempo total del relé en el punto D es mínimo y este ajuste de tiempo se incrementa sucesivamente para los relés asociados con los puntos hacia el punto A.
En caso de cualquier fallo en el punto F, obviamente se desconectará el CB-3 en el punto D. En caso de falla en la apertura del CB-3, se operará el CB-2 ya que el ajuste de tiempo total es mayor en ese relé en el punto C.
Aunque el ajuste de tiempo del relé más cercano a la fuente es el máximo, aún así se desconectará en un período más corto si ocurre un fallo mayor cerca de la fuente, ya que el tiempo de operación del relé es inversamente proporcional a la corriente de fallo.

Protección por Sobrecorriente de Alimentadores Paralelos

Para mantener la estabilidad del sistema, es necesario alimentar una carga desde la fuente mediante dos o más alimentadores en paralelo. Si ocurre un fallo en cualquiera de los alimentadores, solo ese alimentador defectuoso debe ser aislado del sistema para mantener la continuidad del suministro desde la fuente hasta la carga. Este requisito hace que la protección de los alimentadores paralelos sea un poco más compleja que la simple protección por sobrecorriente no direccional de la línea, como en el caso de los alimentadores radiales. La protección de los alimentadores paralelos requiere el uso de relés direccionales y el gradiente del ajuste de tiempo del relé para el disparo selectivo.

Hay dos alimentadores conectados en paralelo desde la fuente hasta la carga. Ambos alimentadores tienen un relé de sobrecorriente no direccional en el extremo de la fuente. Estos relés deben ser de tiempo inverso. Además, ambos alimentadores tienen un relé direccional o relé de potencia reversa en su extremo de carga. Los relés de potencia reversa utilizados aquí deben ser del tipo instantáneo. Eso significa que estos relés deben operar tan pronto como se invierte el flujo de potencia en el alimentador. La dirección normal de la potencia es de la fuente a la carga.
Ahora, suponga que ocurre un fallo en el punto F, digamos que la corriente de fallo es If. Este fallo tendrá dos caminos paralelos desde la fuente, uno a través del interruptor de circuito A solamente y otro vía CB-B, alimentador-2, CB-Q, bus de carga y CB-P. Esto se muestra claramente en la figura siguiente, donde IA e IB son las corrientes de fallo compartidas por el alimentador-1 y el alimentador-2 respectivamente.

De acuerdo con la ley de corrientes de Kirchoff, IA + IB = If.

Ahora, IA fluye a través de CB-A, IB fluye a través de CB-P. Como la dirección del flujo de CB-P se invierte, se desconectará instantáneamente. Pero CB-Q no se desconectará porque el flujo de corriente (potencia) en este interruptor de circuito no se ha invertido. Tan pronto como CB-P se desconecta, la corriente de fallo IB deja de fluir a través del alimentador y, por lo tanto, no hay cuestión de operar el relé de sobrecorriente de tiempo inverso. IA sigue fluyendo incluso después de que CB-P se desconecta. Entonces, debido a la sobrecorriente IA, CB-A se desconectará. De esta manera, el alimentador defectuoso se aísla del sistema.

Protección Diferencial por Cable Piloto

Este es simplemente un esquema de protección diferencial aplicado a los alimentadores. Se aplican varios esquemas diferenciales para la protección de la línea, pero el sistema de equilibrio de voltaje Mess Price y el esquema Translay son los más ampliamente utilizados.

Sistema de Equilibrio de Voltaje Merz-Price

El principio de funcionamiento del sistema de equilibrio de voltaje Merz-Price es bastante simple. En este esquema de protección de línea, se conecta un CT idéntico a cada uno de los extremos de la línea. La polaridad de los CTs es la misma. El secundario de estos transformadores de corriente y la bobina de operación de dos relés instantáneos forman un bucle cerrado como se muestra en la figura siguiente. En el bucle se utiliza un cable piloto para conectar ambos secundarios de CT y ambas bobinas de relé como se muestra.

Ahora, de la figura es bastante claro que cuando el sistema está en condiciones normales, no habrá ninguna corriente fluy