Un breve análisis del recierre automático de circuitos en la automatización de alimentadores de distribución

Un Recloser Automático de Circuito es un dispositivo de conmutación de alta tensión con control integrado (posee inherentemente la detección de corriente de falla, el control de secuencia de operaciones y las funciones de ejecución sin necesidad de protecciones relé adicionales o dispositivos de operación) y capacidades protectoras. Puede detectar automáticamente la corriente y el voltaje en su circuito, interrumpir automáticamente las corrientes de falla según las características de protección de tiempo inverso durante las fallas, y realizar múltiples recierres según los retrasos y secuencias predeterminados.

1.Principio y Características de la Automatización de Alimentadores Implementada por el Esquema del Recloser Automático

La automatización de líneas aéreas de distribución utilizando el esquema del Recloser Automático aprovecha la capacidad del recloser para interrumpir corrientes de cortocircuito y sus funciones integradas de protección, monitoreo y comunicación. Sin depender de las acciones de protección de los equipos de conmutación de subestación, este esquema localiza e isola automáticamente fallas a través de la coordinación de ajustes de protección y temporizadores entre reclosers, extendiendo efectivamente el bus de subestación a la línea de distribución. En el alimentador principal, los Reclosers Automáticos actúan como dispositivos de protección, permitiendo una segmentación rápida de fallas y el aislamiento automático de fallas en ramas laterales.

La función principal del esquema del Recloser Automático es lograr la automatización de alimentadores. Puede aislar automáticamente fallas incluso sin un sistema de automatización basado en comunicaciones, permitiendo que el proyecto de automatización general se implemente en etapas. Cuando las condiciones lo permitan, los sistemas de comunicación y automatización pueden mejorarse posteriormente para lograr toda la funcionalidad de automatización.

La automatización de alimentadores basada en Reclosers Automáticos es adecuada para estructuras de red relativamente simples, como redes en anillo de doble fuente "mano a mano". En esta configuración, dos alimentadores están conectados a través de un interruptor de enlace intermedio. Bajo operación normal, el interruptor de enlace permanece abierto, y el sistema opera en modo de anillo abierto. Cuando ocurre una falla en una sección, la reconfiguración de la red permite la transferencia de carga para mantener el suministro de energía a las secciones no afectadas, mejorando significativamente la confiabilidad del suministro. Cuando la distancia entre las dos fuentes de energía no excede 10 km, considerando tanto el número de segmentos como la coordinación de la automatización, se recomienda una configuración de tres reclosers (Reclosers Automáticos), cuatro segmentos, con cada segmento teniendo aproximadamente 2.5 km de longitud.

Tomando como ejemplo el diagrama de conexión en la Figura 1: B1 y B2 son interruptores salientes de subestación; R0 a R2 son interruptores de seccionamiento de línea (Reclosers Automáticos). Bajo condiciones normales, B1, B2, R1 y R2 están cerrados, mientras que R0 está abierto.

• Falla en la Sección ①: Para fallas transitorias, el suministro de energía se restaura mediante la primera o segunda operación de recierre de B1. Para fallas permanentes, después de que B1 realiza un recierre y luego bloquea (se abre y bloquea cualquier recierre adicional), R1 detecta una pérdida sostenida de voltaje en la Sección ①. Después de un tiempo muerto preajustado t₁, R1 se abre. Posteriormente, R0 detecta una pérdida sostenida de voltaje en la Sección ② por un tiempo más largo t₂ (t₂ > t₁) y cierra automáticamente con éxito, aislándola dentro de la Sección ①.

• Falla en la Sección ②: Las fallas transitorias se eliminan mediante la acción de recierre de R1 (la coordinación de protección evita que B1 se dispare). Para fallas permanentes, después de que R1 recierre y luego bloquee, R0 detecta la pérdida sostenida de voltaje en la Sección ② por un tiempo t₂ y cierra automáticamente. Al cerrar sobre la línea con falla, se dispara inmediatamente y bloquea, aislando la falla dentro de la Sección ②. El proceso de aislamiento y restauración de fallas para las dos secciones al otro lado del interruptor de enlace sigue la misma lógica.

Consideraciones adicionales en la aplicación incluyen:

• Para implementar el aislamiento de fallas usando el esquema del Recloser Automático, la función de protección de sobrecorriente instantánea (cero-tiempo) del interruptor saliente de la subestación debe desactivarse y reemplazarse con protección instantánea con retardo.

• Cuando ocurren fallas transitorias o permanentes en las líneas laterales, estas se eliminan mediante los Reclosers Automáticos montados en las ramas. Los ajustes de protección y tiempos de operación de los reclosers de rama deben ser, respectivamente, menores y más cortos que los de los reclosers de línea principal aguas arriba.

Un sistema de automatización de distribución que utiliza control local puede mejorar la confiabilidad del suministro con una inversión relativamente baja. Además, dado que los Reclosers Automáticos modernos son basados en microprocesadores e inteligentes, proporcionan interfaces para futuras expansiones de monitoreo remoto. Cuando la infraestructura de comunicación y los sistemas de estación maestra estén disponibles, el sistema puede pasar sin problemas a un esquema de automatización de alimentadores controlado por estación maestra.

2.Cómo Mejorar la Confiabilidad del Suministro de Energía y Reducir la Duración de las Interrupciones de Línea

• Utilizar un PLC (Controlador Lógico Programable) de alto rendimiento como centro de control del Recloser Automático.

• Eliminar rápidamente las fallas transitorias para minimizar el tiempo de interrupción. En los sistemas de potencia, más del 70% de las fallas de línea son transitorias. Si las fallas transitorias se tratan igual que las permanentes, resultan interrupciones prolongadas. Por lo tanto, se ha añadido una función de recierre rápido inicial a los Reclosers Automáticos, que puede eliminar las fallas transitorias en 0.3–1.0 segundos (los ajustes varían según las condiciones de la línea), reduciendo enormemente la duración de las interrupciones para eventos transitorios.

• Bloqueo simultáneo en ambos extremos de la sección con falla. Los interruptores tradicionales solo pueden bloquear un extremo de una línea con falla al ocurrir la falla. En contraste, los Reclosers Automáticos pueden aislar simultáneamente ambos extremos de una sección con falla permanente, evitando interrupciones en áreas no afectadas, acortando el tiempo de restauración, reduciendo el número de intentos de recierre y minimizando la tensión en la red.

3.Principios de Aplicación de los Reclosers Automáticos en Redes de Distribución

• Condiciones de operación: Se debe dar la oportunidad de tratar todas las fallas como fallas transitorias, evitando la malfunción debido a la corriente de inrush. El bloqueo después del viaje debe ocurrir solo en el caso de fallas permanentes.

• Seleccione y despliegue los Recierre Automático de Circuitos de manera económica y razonable basándose en la magnitud de la carga y la longitud de la línea.

• Elija la corriente nominal, la capacidad de interrupción, la calificación de corriente de cortocircuito y la corriente de resistencia dinámica/térmica del Recierre Automático de Circuitos según su ubicación de instalación. La calificación máxima de corriente de cortocircuito generalmente debe ser superior a 16 kA para adaptarse a la capacidad de red en constante aumento.

• Coordine adecuadamente las configuraciones de protección, incluyendo la corriente de viaje, el número de intentos de recierre y las características de retardo en el tiempo.

• Coordine entre los Recierre Automático de Circuitos aguas arriba y aguas abajo: el número de operaciones de corriente de falla permitidas debe disminuir nivel por nivel, y el retraso para el recierre debe aumentar nivel por nivel (generalmente se establece a 8 segundos por etapa).