Protección de Corriente de Portadora de Líneas de Transmisión

Esquema de Protección por Corriente Portadora para Líneas de Transmisión

El esquema de protección por corriente portadora se utiliza principalmente para proteger líneas de transmisión a larga distancia. A diferencia de los métodos de protección convencionales que se centran en comparar los valores reales de la corriente, este esquema opera comparando los ángulos de fase de las corrientes en ambos extremos de la línea. Basándose en la relación de los ángulos de fase, puede determinar con precisión si una falla está ocurriendo dentro del tramo protegido (falla interna) o fuera de él (falla externa). El canal de comunicación por corriente portadora, un componente crucial de este sistema de protección, consta de cuatro elementos principales: un transmisor, un receptor, equipos de acoplamiento y una trampa de línea.

El receptor de corriente portadora tiene la tarea de capturar la corriente portadora transmitida desde el transmisor ubicado en el extremo lejano de la línea. Una vez recibida, convierte esta corriente portadora en un voltaje de corriente directa (CD). Este voltaje CD sirve como señal de control, que puede ser aprovechada por relés u otros circuitos eléctricos para ejecutar funciones de protección específicas. Notablemente, cuando no se recibe corriente portadora, el voltaje de salida del receptor cae a cero, indicando una interrupción en el enlace de comunicación o un posible cambio en el estado operativo del sistema.

La trampa de línea, posicionada entre la barra de conexión y la unión del condensador de acoplamiento a la línea de transmisión, es una red paralela LC (inductor-capacitor) cuidadosamente sintonizada para resonar a altas frecuencias. Su función principal es confinar la corriente portadora dentro del tramo protegido. Al hacerlo, previene eficazmente la interferencia de otros canales de corriente portadora adyacentes, asegurando la integridad y precisión de la operación del sistema de protección. Además, la trampa de línea juega un papel vital en minimizar la pérdida de la señal de corriente portadora a los circuitos de potencia vecinos, mejorando así la confiabilidad general del enlace de comunicación por corriente portadora y las funciones de protección asociadas.

Protección por Corriente Portadora: Componentes y Métodos

El condensador de acoplamiento cumple una función dual en el sistema de protección por corriente portadora. Conecta el equipo de alta frecuencia a uno de los conductores de la línea, permitiendo la transmisión de señales de corriente portadora. Al mismo tiempo, aísla el equipo de potencia del alto voltaje de la línea de potencia. Bajo condiciones normales de operación, la corriente eléctrica fluye solo a través del conductor de la línea. Sin embargo, en cuanto a la corriente portadora de alta frecuencia, circula a lo largo del conductor de la línea equipado con trampas de alta frecuencia, pasando a través del condensador de la trampa y luego a tierra.

Métodos de Protección por Corriente Portadora

Existen varios métodos de protección por corriente portadora, siendo las dos formas fundamentales la Protección por Comparación de Direcciones y la Protección por Comparación de Fase. Estos métodos se describen detalladamente a continuación:

1. Protección por Comparación de Direcciones

En el esquema de protección por comparación de direcciones, el mecanismo de protección se basa en comparar la dirección del flujo de potencia durante una falla en ambos extremos de la línea de transmisión. Los relés protectores funcionan solo cuando la potencia en ambos extremos de la línea fluye desde la barra hacia la línea. Después de comparar las direcciones, el relé piloto de corriente portadora transmite información sobre cómo responden los relés direccionales en el extremo opuesto a un evento de cortocircuito.

Los relés ubicados en ambos extremos de la línea trabajan juntos para aislar la falla de la barra. En el caso de una falla interna dentro del tramo protegido, el flujo de potencia está en la dirección protectora. Por el contrario, para una falla externa, el flujo de potencia está en la dirección opuesta. Durante una falla, se transmite una señal simple a través del relé piloto de corriente portadora de un extremo de la línea al otro. Los esquemas de relevación piloto utilizados para la protección de líneas de transmisión pueden clasificarse principalmente en dos tipos:

• Esquema de Protección por Bloqueo de Corriente Portadora: Este esquema restringe la operación del relé. Funciona bloqueando la falla antes de que pueda entrar en el tramo protegido del sistema eléctrico. El esquema de protección por bloqueo de corriente portadora es muy apreciado por su confiabilidad, ya que protege eficazmente el equipo del sistema de posibles daños.

• Esquema de Protección Permitiendo el Bloqueo: A diferencia del esquema de bloqueo, este esquema de protección permite que la corriente de falla entre en el tramo protegido del sistema.

2. Protección por Comparación de Fase de Corriente Portadora

El sistema de protección por comparación de fase de corriente portadora se enfoca en comparar la relación de fase entre la corriente que entra en la zona piloto y la corriente que sale del tramo protegido. Notablemente, no implica la comparación de las magnitudes de estas corrientes. Este método de protección proporciona principalmente la protección principal o primaria, y, por lo tanto, es esencial complementarlo con protección de respaldo. El diagrama de circuito del esquema de protección por comparación de fase de corriente portadora se ilustra en la figura proporcionada a continuación.

Operación y Ventajas de la Protección por Corriente Portadora

Los transformadores de corriente (TC) instalados en la línea de transmisión suministran energía a una red. Esta red convierte la corriente de salida de los TC en un voltaje sinusoidal monofásico. Este voltaje se alimenta tanto al transmisor de corriente portadora como al comparador. De manera similar, la salida del receptor de corriente portadora también se dirige al comparador. El comparador desempeña un papel crucial en el control de la operación de un relé auxiliar, que a su vez activa el disparo del interruptor de la línea de transmisión cuando es necesario.

Ventajas de la Protección por Corriente Portadora

Los esquemas de protección por corriente portadora ofrecen varios beneficios significativos, que se detallan a continuación:

• Operación Simultánea y Rápida de Interruptores: Una de las principales ventajas es la capacidad de lograr un disparo rápido y simultáneo de los interruptores en ambos extremos de la línea de transmisión. Esta acción coordinada asegura que las fallas se aíslen rápidamente, minimizando la duración de las condiciones anormales en el sistema eléctrico.

• Limpieza Eficiente de Fallas: El sistema cuenta con un proceso de limpieza de fallas rápido. Al interrumpir rápidamente el flujo de corriente de falla, evita impactos severos en el sistema eléctrico, reduciendo el riesgo de daño al equipo y manteniendo la estabilidad del sistema.

• Señalización Integrada: La protección por corriente portadora elimina la necesidad de cables de señalización separados. En su lugar, se utilizan las propias líneas de potencia para transmitir tanto la energía eléctrica como las señales de comunicación. Esto simplifica el diseño general del sistema, reduce los costos de instalación y minimiza el potencial de interferencia de señales de fuentes externas.

• Disparo Ultra Rápido: Permite que los interruptores en ambos extremos de la línea se activen en tan solo uno a tres ciclos. Este tiempo de respuesta extremadamente rápido es crucial para proteger sistemas eléctricos modernos de alta capacidad y garantizar el suministro confiable de electricidad.

• Compatibilidad con Equipos Modernos: El sistema de protección por corriente portadora es altamente compatible con interruptores de circuito modernos de acción rápida. Esta sinergia permite una relevación aún más eficiente y confiable, mejorando el rendimiento y las capacidades de protección generales de la red eléctrica.

• Aplicaciones Versátiles: Históricamente, la tecnología de corriente portadora por línea de potencia ha sido ampliamente utilizada para diversos fines, incluyendo control supervisario, comunicación telefónica, telemetría y relevación. Esta versatilidad la convierte en un activo valioso en sistemas de potencia eléctrica, permitiendo la integración fluida de múltiples funciones dentro de una sola infraestructura.