Solució de protecció de línia amb relés basats en microprocessador per a xarxes de distribució intel·ligents modernes

1. Introducció i reptes principals​
   La integració creixent de recursos d'energia distribuïda (DERs) (com l'energia fotovoltaica i eòlica) en les xarxes de distribució, juntament amb la creixent demanda d'usuaris per a una alimentació elèctrica fiable i segura, planteja seris reptes als esquemes tradicionals de protecció de línia. Aquesta solució està dissenyada per abordar els tres reptes principals següents:

• ​Riscos d'arc flash:​​ Els circuits curts interns en equips com els quadres de commutació poden desencadenar arcs flash molt destructius, amenaçant la seguretat dels equips i del personal, el que requereix una resposta extremadament ràpida del sistema de protecció.
• ​Faltes a terra d'alta impedància:​​ Especialment les faltes a terra unifàsiques que ocorren en zones rurals o regions amb alta resistivitat del sòl, caracteritzades per una corrent de falla baixa, són difícils de detectar de manera fiable mitjançant la protecció tradicional de sobrecorrent zero seqüencial, posant en risc el funcionament de la protecció.
• ​Impacte de la integració de recursos d'energia distribuïda (DERs):​​ La integració de DERs altera la direcció del flux d'energia i les característiques de la corrent de curt circuit en les xarxes de distribució, potencialment causant malfuncionaments de la protecció (salt fals) o falla en operar, i introduint el risc d'insular-se involuntàriament.

Aquesta solució, basada en relés de protecció avançats basats en microprocessadors i integrant múltiples algoritmes innovadors, proporciona una protecció de línia integral, ràpida i fiable per a les xarxes de distribució modernes.

​2. Detalls de la solució​
El nostre relé de protecció de línia adopta un disseny modular, integrant les següents funcions de protecció bàsiques per abordar els reptes mencionats anteriorment.

​2.1 Mòdul de protecció contra arc flash multibanda (AFP)​

• ​Principi tècnic:​​ Utilitza una tecnologia de detecció multibanda propietària, monitorant simultàniament la intensitat lumínica (mitjançant sensors d'arc llum dedicats) i la velocitat de canvi de corrent (di/dt). Una falla es confirma com a arc flash només quan es compleixen ambdós criteris – "señal d'arc llum intensa" I "característica de sobrecorrent d'alta velocitat (>10 kA/ms)" – (operació lògica AND). Aquest doble criteri evita eficàciamen malfuncionaments causats per fonts de llum externes o sobrecorrents de commutació.
• ​Vantatge de rendiment:​​ Presenta velocitats d'operació ultra-ràpides, dissenyat per minimitzar l'energia de l'arc flash.
• ​Cas d'aplicació:​​ Després de la seva implementació en el sistema de distribució de mitjana tensió d'un gran centre de dades, aquest mòdul va assolir un temps total de supressió de falla inferior a 4 mil·lisegons, representant un increment de velocitat superior a tres vegades en comparació amb els esquemes de protecció tradicionals basats únicament en corrent, reduint significativament el risc de daños a l'equipament.

​2.2 Mòdul de protecció contra faltes a terra de baixa corrent d'alta sensibilitat​

• ​Principi tècnic:​​ Utilitza el mètode de la admitància zero seqüencial. Aquest mètode implica la mesura en temps real i precisa de la tensió zero seqüencial del sistema (3U₀) i la corrent zero seqüencial (3I₀), calculant el valor d'admitància corresponent. Aquest algoritme és relativament insensible a les variacions de la corrent de falla a terra capacitiva del sistema, distingint eficàciament entre la corrent capacitiva normal i la corrent resistiva induïda per la falla, identificant amb precisió les faltes a terra d'alta impedància amb valors de resistència fins a 1 kΩ o superiors.
• ​Vantatge de rendiment:​​ Soluciona el problema de la insensibilitat insuficient en els esquemes de protecció tradicionals durant les faltes a través de resistències de transició altes, reduint significativament els riscos d'electrocutació i incendi.
• ​Cas d'aplicació:​​ En un projecte pilota dins d'una xarxa rural (caracteritzada per una corrent de falla a terra capacitiva alta i nivells de aïllament de línia irregulars), l'aplicació d'aquesta tecnologia va augmentar la taxa general de detecció de faltes a terra del 65% amb esquemes tradicionals al 92%, millorant significativament la seguretat de l'alimentació elèctrica.

​2.3 Mòdul de protecció anti-insularització adaptativa​

• ​Principi tècnic:​​ Per abordar el risc d'insularització introduït per la integració de DERs, aquest mòdul combina mètodes de detecció passiva i activa.
• ​Monitorització passiva:​​ Monitoritza continuament paràmetres anòmals al Punt Comú de Connexió (PCC), com la desviació de la freqüència de tensió (Δf > 0,5 Hz) i el salt de l'angle de fase (Δφ > 10°).
• ​Determinació activa:​​ Quan els indicadors de monitorització passiva superen els llindars establerts, incorpora mètodes actius com el Drift de Freqüència Activa per confirmar ràpidament una condició d'insularització.
• ​Vantatge de rendiment:​​ Assegura la desconexió ràpida de DERs en un període de temps molt curt (< 200 ms, conforme a les normes de xarxa) després que s'ha produït l'insularització, prevenint perillos per a l'equipament de la xarxa i el personal de manteniment d'una operació insularitzada no intencionada.
• ​Cas d'aplicació:​​ Validat en un projecte de microxarxa que conté múltiples arregles fotovoltaïques, aquest mòdul anti-insularització va assolir una taxa d'exactitud del 99,7%. Prevé eficàciament l'insularització mentre minimitza els salts innecessaris causats per pertorbacions normals de la xarxa, millorant així la taxa d'utilització dels recursos d'energia distribuïda.

​3. Resum del valor central​
Aquesta solució de protecció basada en microprocessadors, integrant múltiples algoritmes intel·ligents, aconsegueix:

• ​Seguretat millorada:​​ Maximitza la protecció del personal i l'equipament mitjançant la protecció contra arc flash a nivell de mil·lisegons i la protecció contra faltes a terra d'ultra-alta sensibilitat.
• ​Alta fiabilitat:​​ Aborda eficàciament les complexitats introduïdes per la integració de DERs, identificant amb precisió les condicions d'insularització i les faltes d'alta impedància, eliminant els "punts cecs" de protecció.
• ​Restabliment ràpid:​​ Permet una supressió ràpida de falles, facilitant un autorestabliment ràpid de la xarxa, reduint la durada de les interrupcions i millorant la fiabilitat de l'alimentació elèctrica.