Aplicación de dispositivos protectores de corriente residual con recierre automático en la protección contra rayos para suministros de energía de comunicaciones

1. Problemas de Interrupción de Energía Causados por el Falso Disparo del DCD Durante los Rayos

Un circuito típico de suministro de energía para comunicaciones se muestra en la Figura 1. Se instala un dispositivo residual de corriente (DCD) en el terminal de entrada de energía. El DCD proporciona principalmente protección contra corrientes de fuga de equipos eléctricos para garantizar la seguridad personal, mientras que los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) se instalan en las ramas de suministro de energía para proteger contra intrusiones de rayos. Cuando ocurren rayos, los circuitos de sensores pueden inducir corrientes de pulso de rayo desequilibradas e interrupciones de modo diferencial. Cuando la corriente de modo diferencial supera el umbral de disparo del DCD, se produce una operación falsa. Además, si la corriente de fuga del equipo de comunicación está cerca del umbral de disparo, el flujo magnético desequilibrado durante la temporada de lluvias puede causar fácilmente un falso disparo del DCD.

La corriente de rayo es una corriente transitoria que puede generar un solo pulso o múltiples pulsos. Las corrientes que pasan a través de los dispositivos de protección contra sobretensiones F1 y F2 son I1 e I2 respectivamente. I1 a menudo no es igual a I2, lo que resulta en interferencia de modo diferencial. Cuando la interferencia de modo diferencial supera el valor de operación de corriente residual del DCD, el protector se dispara, el circuito se desconecta, el equipo de comunicación deja de funcionar y se requiere una restauración manual de la energía. Las estaciones de comunicación son principalmente sin supervisión; cuando ocurren rayos en una región, algunas estaciones de comunicación pueden perder energía y no pueden restaurar las comunicaciones en un corto tiempo. Por lo tanto, este problema debe resolverse.

2. Principio de Funcionamiento del Dispositivo Protector de Corriente Residual con Recierre Automático

El recierre automático es un método efectivo para resolver problemas de interrupción de energía causados por el falso disparo del DCD. El recierre automático se usa comúnmente en sistemas de energía de alta tensión y ha logrado excelentes resultados. Sin embargo, por razones de seguridad, aún no se ha promovido ampliamente en sistemas de energía civil de baja tensión. Los sistemas de comunicación de China han comenzado a usarlo en los últimos años y han establecido la norma: YD/T 2346-2011 "Condiciones Técnicas para Dispositivos Protectores de Corriente Residual con Recierre Automático para Telecomunicaciones", con efectos de aplicación significativos.

Cuando los rayos causan un falso disparo del DCD y la desconexión del circuito, el dispositivo protector de corriente residual con recierre automático cierra automáticamente el interruptor. Dado que la corriente de rayo es transitoria, después de que pasa el rayo, I1≈I2, el recierre tiene éxito, se restaura el suministro de energía y las comunicaciones se reanudan.

El recierre automático es condicional y debe considerar factores de seguridad. Hay dos métodos de recierre automático: uno detecta las condiciones de corriente de fuga para decidir si recierra; el otro recierra automáticamente sin detección.

El dispositivo de recierre automático con detección automática de fallos de fuga L-PE (en adelante, recloser de detección) consta de un mecanismo de operación eléctrica, un circuito de control, un circuito de detección y una interfaz de salida. El circuito de detección funciona junto con el recloser y, bajo la operación del circuito de control del recloser, completa la detección y decide si recierra según los resultados de la detección. El circuito de detección se conecta a las líneas de fase del DCD, a la línea PE, a las resistencias de tierra Re1 y Re2, y a la línea neutral N del transformador, formando un bucle a través de las líneas de fase, la línea PE, las resistencias de tierra Re1 y Re2, la línea neutral N del transformador y el circuito de detección.

La línea PE del circuito de detección no necesita conectarse a las cajas de los equipos, como se muestra específicamente en la Figura 2; alternativamente, se puede formar un bucle a través de las líneas de fase, la caja del equipo y la línea PE, requiriendo que la línea PE del circuito de detección del recloser se conecte a la caja del equipo, como se muestra específicamente en la Figura 3. Cuando el DCD se dispara, los circuitos de detección de fuga del recloser son a-PE, b-PE, c-PE respectivamente. La señal del circuito de detección puede ser DC o AC, con un voltaje que no excede los 24V.

3. Principales Requisitos de Rendimiento

La función de protección de corriente residual aborda los problemas de seguridad, mientras que el recierre automático resuelve los problemas de interrupción de energía causados por los rayos. YD/T 2346-2011 "Condiciones Técnicas para Dispositivos Protectores de Corriente Residual con Recierre Automático para Telecomunicaciones" considera algunos parámetros como sigue.

La función de recierre automático debe equilibrar la continuidad del suministro de energía y los factores de seguridad.

(1) Número de Intentos de Recierre Desde la perspectiva del usuario, más intentos de recierre son mejores; desde la perspectiva de la seguridad, menos intentos son mejores. Para productos de recierre automático que recierran automáticamente sin detectar la corriente de fuga, la norma permite hasta tres intentos de recierre automático.

(2) Intervalo de Tiempo de Recierre Desde la perspectiva del uso de energía, un intervalo de tiempo cero sería ideal; desde la perspectiva de la seguridad, debe ser suficientemente largo. La norma especifica: Si el protector carece de capacidad de detección de fuga de línea después de la desconexión, el dispositivo de protección de corriente residual debe recerrar automáticamente una vez 20~60 segundos después del disparo; si no tiene éxito, se espera 15 minutos para el segundo intento de recierre; si el segundo intento falla, se espera otros 15 minutos para el tercer intento de recierre; si el tercer intento falla, no se permite ningún recierre adicional.

(3) Voltaje de Detección El voltaje de detección también es un parámetro de seguridad importante que no puede ser demasiado alto. La norma especifica: Si el protector tiene capacidad de detección de fuga de línea después de la desconexión, se aplican los siguientes requisitos: 

• Si tres intentos de recierre fallan en 1 minuto, no se permite ningún recierre adicional. 

• Voltaje de detección ≤24V.

(4) Capacidad de resistencia a los rayos El protector puede contener ciertos circuitos electrónicos y debe tener una capacidad de resistencia a los rayos adecuada; de lo contrario, no se puede utilizar. La norma especifica: El dispositivo de protección contra corriente residual debe tener suficiente capacidad de resistencia para las corrientes de sobretensión al suelo que fluyen a través de cargas capacitivas pasando por el equipo y las corrientes de sobretensión al suelo que fluyen debido a un flashover del equipo. Los dispositivos de protección contra corriente residual con retardo temporal deben tener suficiente inmunidad contra la operación falsa causada por las corrientes de sobretensión al suelo que fluyen debido a un flashover del equipo.

Una onda combinada de 1.2/50μs (8/20μs), 2kV de tensión de impulso aplicada entre las líneas de alimentación (L-N) no debe causar una operación falsa. Una tensión de impulso de 1.2/50μs, 4kV aplicada entre las líneas de alimentación (L-N) no debe dañar la muestra, la cual debe continuar funcionando normalmente.

Cuando una corriente de rayo de 8/20μs, 20kA fluye entre la línea de alimentación L y N, con dispositivos de protección contra sobretensiones adicionales instalados, la muestra debe funcionar normalmente sin daños.

4. Conclusiones y recomendaciones

Los dispositivos de protección contra corriente residual con recierre automático pueden resolver eficazmente los problemas de interrupción de energía causados por los rayos, mejorar la capacidad de resistencia a los rayos de los sistemas de comunicación y son seguros y confiables. Representan un medio efectivo para mejorar la capacidad de protección contra rayos de los sistemas de comunicación.