Aplicación de Reclosers y Sectionalizers de 10kV en Redes de Distribución Rural

1 Estado actual de la red

Con la continua profundización de la transformación de las redes eléctricas rurales, el nivel de salud del equipo de la red rural está en constante mejora, y la confiabilidad del suministro eléctrico básicamente satisface las necesidades de los usuarios. Sin embargo, en cuanto al estado actual de la red, debido a las restricciones de financiamiento, no se han implementado redes en anillo, no hay suministros duales, y las líneas adoptan un método de suministro de energía radial único con forma de árbol. Esto se asemeja a un tronco con muchas ramas, es decir, las líneas tienen numerosas ramificaciones. Por lo tanto, cuando ocurre un fallo en cualquier punto de la línea, toda la línea se detiene por completo, y la localización del fallo es difícil de determinar. Esto no solo afecta el suministro de energía, sino que también consume una gran cantidad de recursos humanos y materiales para los departamentos de gestión que lidiar con accidentes. Por lo tanto, la instalación de reclosers y sectionalizers en las líneas de 10kV puede controlar eficazmente la ocurrencia de accidentes.

2 Características de los reclosers y sectionalizers

2.1 Reclosers

① Los reclosers tienen funciones automáticas y pueden realizar operaciones de apertura y cierre sin energía externa. La sección de control electrónico obtiene energía a través del CT de la carcasa dentro del recloser. Una corriente mayor a 5A en el lado de alimentación asegura el funcionamiento normal de la sección de control electrónico. Tienen un volumen pequeño, son ligeros y se instalan fácilmente en postes. El ajuste de la curva amperio-segundo de disparo se puede lograr reemplazando resistencias de disparo o tableros de curvas amperio-segundo, lo cual es muy conveniente.

② Los reclosers pueden detectar automáticamente la corriente de línea y la corriente a tierra. Cuando la corriente supera la corriente mínima de disparo preestablecida, siguen una secuencia preestablecida de apertura, interrupción y recierre con intervalos específicos de recierre para interrumpir la corriente de fallo. Si el fallo es permanente, después de 2, 3 o 4 operaciones de disparo preestablecidas, el recloser se bloquea, aislando el área de fallo del circuito principal.

2.2 Sectionalizers

① El sectionalizer de caída es un dispositivo eléctrico de alta tensión monofásico. El producto consiste en aisladores, contactos, mecanismos conductores y otros componentes que forman líneas de control secundario y sistemas de conducción primaria. El sistema de control consta de contactos electromagnéticos de interbloqueo, componentes de controlador electrónico y otros elementos. El sistema de acción de disparo consta de un mecanismo de imán permanente de almacenamiento de energía, paletas, palancas y bloques de bloqueo.

② Los sectionalizers están equipados con transformadores de corriente que detectan los valores de corriente del circuito. Cuando ocurre un fallo en la línea, el controlador electrónico se activa cuando la corriente supera el valor de corriente de arranque nominal y realiza procesamiento digital. La corriente de fallo se interrumpe mediante un recloser (o interruptor) aguas arriba. El controlador electrónico puede memorizar el número de veces que el interruptor aguas arriba ha interrumpido la corriente de fallo y, al alcanzar el umbral de conteo preestablecido (1, 2 o 3 veces), cuando el interruptor aguas arriba interrumpe la corriente de fallo y la línea pierde voltaje con una corriente inferior a 300mA, el sectionalizer segmenta automáticamente en 180ms. Esto limita el área de fallo al rango mínimo o aísla la sección de fallo, permitiendo que el recloser (o interruptor) opere con éxito.

③ Los sectionalizers utilizan un mecanismo de imán permanente para completar la operación de apertura. Cuando la corriente en el sectionalizer supera el valor establecido, el interruptor (o recloser) en la subestación interrumpe la corriente de fallo. Después de que la línea pierde voltaje, la placa de control electrónico dentro del tubo del sectionalizer envía un comando, y la unidad de disparo del mecanismo de imán permanente empuja el sectionalizer para que se abra. Después de cada segmentación, la unidad de disparo no requiere el reemplazo de ningún componente. Después de que el sectionalizer caiga, se puede restaurar a su condición de trabajo a través del almacenamiento manual de energía mediante el tope.

3 Uso coordinado de reclosers y sectionalizers

Basándose en las funciones y características de los reclosers y sectionalizers, su uso conjunto instalado en redes de distribución de 10kV jugará un papel significativo. Pueden determinar el rango de fallo de las líneas, aislar las secciones con fallos de las sanas, garantizando así la operación normal de los segmentos de línea no fallidos. La aplicación específica se muestra en la figura a continuación:

Los reclosers se instalan en la salida de la línea principal o en las subestaciones, mientras que se seleccionan seis grupos de sectionalizers automáticos de caída F1, F2, F3, F4, F5 y F6 para las líneas de rama, dividiéndolas en segmentos L1, L2, L3, L4, L5, L6 y L7. El valor de corriente de arranque nominal de los sectionalizers coincide con el valor de corriente de arranque del recloser.

3.1 Si ocurre un fallo E1 en el segmento L5

El recloser y los sectionalizers F1, F3 y F4 experimentan corriente de fallo. El recloser se dispara automáticamente, causando que la línea pierda voltaje. F4 alcanza su umbral de conteo preestablecido de 1 operación y se dispara/cae automáticamente, aislando el segmento de fallo L5. Después de que el recloser se recierre automáticamente, se restablece el suministro de energía a los segmentos L1, L2, L3, L4, L6 y L7.

3.2 Si ocurre un fallo E2 en el segmento L6

El recloser y los sectionalizers F1 y F5 experimentan corriente de fallo. El recloser se dispara automáticamente. Si es un fallo temporal, el recloser se recierra con éxito y se restablece el suministro de energía. F1 y F5 permanecen cerrados ya que no han alcanzado su umbral de conteo preestablecido. Si es un fallo permanente, el recloser no logra recerrarse con éxito, vuelve a dispararse, causando que la línea pierda voltaje. F5 alcanza su umbral de conteo preestablecido de 2 operaciones y se dispara/cae automáticamente, aislando el segmento de fallo L6, mientras que F1 permanece cerrado ya que no ha alcanzado su umbral de conteo. Después de recerrarse, el recloser restablece el suministro de energía a los segmentos L1, L2, L3, L4 y L5.

3.3 Si ocurre un fallo E3 en el segmento L2

El recloser y el sectionalizer F1 experimentan una corriente de falla. El recloser se desconecta automáticamente. Si es una falla temporal, el recloser se cierra con éxito y restablece el suministro de energía. F1 permanece cerrado ya que no ha alcanzado su umbral de conteo preestablecido. Si es una falla permanente, el recloser no logra cerrarse, se desconecta, intenta cerrarse nuevamente pero falla, y se desconecta otra vez. La línea pierde tensión, y F1 alcanza su umbral de conteo preestablecido de 3 operaciones, desconectándose/abriendo automáticamente e aislando el segmento de falla L2. Después de cerrarse, el recloser restablece el suministro de energía solo al segmento L1.

4 Beneficios de la Aplicación Coordinada de Reclosers y Sectionalizers

A partir de la discusión anterior, queda claro que el uso coordinado de reclosers y sectionalizers juega un papel significativo en la operación de la red eléctrica. No solo aíslan rápidamente los segmentos de línea con fallas mientras aseguran la operación normal de los segmentos sanos, sino que también reducen el área de búsqueda de fallas, permitiendo a las unidades operativas localizar los puntos de falla en el menor tiempo posible. Para los usuarios, esto aumenta las tasas de utilización del equipo y garantiza confiablemente la producción y la vida diaria.

Como se ilustra arriba, si la red desconecta directamente el segmento de línea con fallas, el personal de mantenimiento solo necesitaría verificar un segmento de línea, reduciendo significativamente el área de búsqueda de fallas. El personal de mantenimiento puede localizar rápidamente el punto de falla y restaurar la energía al segmento de línea con fallas. Actualmente, cuando ocurre una falla en un punto, el personal de mantenimiento debe verificar cinco secciones diferentes. Esta relación 1:5 demuestra claramente cuál enfoque beneficia más a las empresas de suministro de energía. ¿Qué estructura de red aumenta tanto la cantidad de suministro de energía como la confiabilidad del suministro de energía? Por lo tanto, la aplicación de reclosers y sectionalizers jugará un papel enorme en las redes eléctricas.