Bases de la protecció per relés: Tipus de fallades en línies d'enviament i esquemes bàsics de protecció

1. Tipus de falles a les línies elèctriques

Falles entre fases:

• Curtcircuit de tres fases

• Curtcircuit de dues fases

Falles a terra:

• Falla d'una fase a terra

• Falla de dues fases a terra

• Falla de tres fases a terra

2. Definició dels dispositius de protecció per relés
Quan es produeix una anomalia o falla en un component del sistema elèctric, els dispositius de protecció per relés són aquells que poden aïllar ràpidament i selectivament el component defectuós o anòmal del sistema, assegurant la continuïtat de l'operació normal dels equips sanes restants.

Exemples inclouen: protecció per sobrecorrent, protecció de distància, protecció de seqüència zero i protecció de freqüència alta.

• Protecció principal: Protecció que compleix els requisits bàsics de stabilitat del sistema i seguretat de l'equipament durant una falla de curtcircuït. Activa primer per trencar el circuit i aïllar selectivament les falles en l'equipament o la línia protegida.

• Protecció de reserva: Protecció que elimina la falla si la protecció principal o el trencacircuit no opera.

• Protecció auxiliar: Protecció simple afegida per compensar les limitacions de la protecció principal i de reserva.

3. Rol de la protecció per relés en les línies de transmissió
Durant l'operació, les línies de transmissió poden experimentar falles degudes a vents forts, gel i neu, impacts de llamp, daños externs, falla d'aislament o flashover de contaminació. En aquests casos, el dispositiu de protecció per relés pot actuar ràpidament i selectivament, trencant el trencacircuit de la línia (interruptor).

Si la falla és transitoria, l'interruptor es recolza correctament després que la falla desaparegui, restablint el subministrament d'energia segur. Si la falla és permanent, el recolzament falla, i la línia defectuosa s'aïlla ràpidament, assegurant un subministrament ininterromput a les línies sanes.

4. Dispositius de protecció per sobrecorrent
Els dispositius de protecció per sobrecorrent estan dissenyats basant-se en l'increment significatiu de corrent durant una falla de línia. Quan la corrent de falla arriba al valor de configuració de protecció (corrent de pickup), el dispositiu inicia la seva operació. Un cop es supera el temps de retard configurat, el trencacircuit de la línia es trencarà.

Tipus comuns inclouen:

• Protecció instantània per sobrecorrent: Simple, fiable i ràpida, però només protegeix una part (normalment el 80–85%) de la mateixa línia.

• Protecció per sobrecorrent amb retard: Opera amb un curt retard, protegeix la longitud total de la línia i s'ajusta amb la protecció instantània de la línia seguint a aval.

• Protecció per sobrecorrent: Configurada per evitar la corrent màxima de càrrega. Protegeix la longitud total de la línia i la longitud total de la línia seguint, servint com a protecció de reserva.

• Protecció per sobrecorrent direccional: Afegeix un element de direcció de potència a la protecció per sobrecorrent. Opera només quan la potència de la falla flueix de la barra a la línia, evitant la malfuncionament en falles en sentit invers.

5. Dispositius de protecció de distància
La protecció de distància respon a la impedància (o distància) entre el punt de falla i el punt d'instal·lació de la protecció. Té excel·lents característiques direccionals i s'utilitza ampliament en xarxes anellades de alta tensió. Normalment s'empra una protecció de distància en tres etapes:

• Zona I: Operació instantània, protegeix el 80%–85% de la longitud de la línia.

• Zona II: Protegeix la longitud total de la línia i s'estén a part de la línia seguint (normalment Zona I de la línia adjacent).

• Zona III: Protegeix la longitud total d'aquesta línia i la línia seguint, servint com a protecció de reserva per les Zones I i II.

6. Dispositius de protecció de corrent de seqüència zero
A sistemes de neutre directament a terra (també coneguts com a sistemes de corrent de falla a terra elevada), una falla d'una fase a terra produeix una corrent de seqüència zero significativa. Els dispositius de protecció que utilitzen aquesta corrent s'anomenen dispositius de protecció de corrent de seqüència zero. Normalment s'empra una configuració en tres etapes:

• Etapa I: Protecció de corrent de seqüència zero instantània, cobrint el 70%–80% de la longitud de la línia.

• Etapa II: Protecció de corrent de seqüència zero amb retard, cobrint la longitud total de la línia i part de la línia seguint.

• Etapa III: Protecció de sobrecorrent de seqüència zero, cobrint la línia completa i servint com a protecció de reserva per la línia seguint.

7. Dispositius de protecció de freqüència alta
La protecció de freqüència alta converteix l'angle de fase (o direcció de potència) de les corrents als dos extrems d'una línia en senyals de freqüència alta, que es transmeten a través d'un canal de freqüència alta a l'extrem oposat. El sistema compara l'angle de fase o la direcció de potència als dos extrems.

Aquesta protecció només respon a falles dins de la secció de línia protegida i no requereix coordinació amb les línies a aval. Opera sense retard, permetent la neteja ràpida de qualsevol falla a la línia protegida.

Segons els principis d'operació, la protecció de freqüència alta es classifica en:

• Tipus de bloqueig (Comparació de direcció): Compara la direcció de potència als dos extrems.

• Tipus de comparació de fase: Compara els angles de fase de corrent als dos extrems.

8. Dispositius de recolzament automàtic
Un dispositiu de recolzament automàtic és el que re-colza automàticament el trencacircuit després que aquest ha trencat.

Funció:

• Per falles transitories, després que la falla desaparegui, el dispositiu re-colza ràpidament el trencacircuit, restablint el subministrament d'energia normal.

• Per falles permanents, el recolzament falla, el trencacircuit torna a trencar, i la línia defectuosa s'aïlla, assegurant la continuïtat del subministrament a les línies sanes.

9. Registre de falles de línia
Un dispositiu que registra automàticament les formes d'ona de corrent i tensió abans i durant una falla de línia, juntament amb el temps i l'estat d'operació del trencacircuit.

Analitzant les formes d'ona registrades, es pot determinar amb precisió el tipus de falla i calcular la localització aproximada de la falla. Això proporciona dades crítiques per a l'anàlisi de falles, la solució de problemes i la restauració del subministrament d'energia normal.