Solución de protección de alimentación con relés basados en microprocesador para redes de distribución inteligentes modernas

1. Introdución e principais retos​
   A crecente integración de recursos enerxéticos distribuídos (DERs) (como a enerxía fotovoltaica e eólica) nas redes de distribución, xunto co aumento da demanda dos usuarios por fiabilidade e seguridade no suministro eléctrico, supón serios retos para os esquemas de protección de alimentadores tradicionais. Esta solución está deseñada para abordar os seguintes tres retos principais:

• ​Peligros de arco eléctrico:​​ Os cortocircuitos internos en equipos como interruptores poden provocar arcos eléctricos moi destructivos, que ameazan a seguridade do equipo e do persoal, o que require unha resposta extremadamente rápida do sistema de protección.
• ​Fallos de terra de alta impedancia:​​ Especialmente os fallos de terra monofásicos que ocorren en zonas rurais ou rexións con alta resistividade do solo, caracterizados por correntes de fallo baixas, son difíciles de detectar de maneira fiable coa protección de sobrecorriente de secuencia cero tradicional, o que supón un risco de que a protección non funcione correctamente.
• ​Impacto da integración de recursos enerxéticos distribuídos (DERs):​​ A integración de DERs altera a dirección do fluxo de potencia e as características de corrente de cortocircuito das redes de distribución, podendo causar malfuncionamento da protección (falsos disparos) ou falla de funcionamento, e introducir o risco de isla inintencionada.

Esta solución, baseada en relevadores protectores de microprocesador avanzados e integrando múltiples algoritmos innovadores, proporciona unha protección de alimentadores comprehensiva, rápida e fiable para as redes de distribución modernas.

​2. Detalles da solución​
O noso relevador protector de alimentadores adopta un deseño modular, integrando as seguintes funcións de protección central para abordar os retos mencionados.

​2.1 Módulo de protección contra arcos eléctricos multi-banda (AFP)​

• ​Principio técnico:​​ Emprega unha tecnoloxía de detección multi-banda propia, monitorizando simultaneamente a intensidade luminosa (mediante sensores de luz de arco específicos) e a taxa de cambio de corrente (di/dt). Un fallo só se confirma como un arco eléctrico cando se cumpran ambas condicións – "señal de luz de arco intensa" E "característica de sobrecorriente de alta velocidade (>10 kA/ms)" – (operación lóxica AND). Este criterio dual prevén eficazmente o malfuncionamento causado por fontes de luz externas ou sobrecorrentes de conmutación.
• ​Vantaxe de rendemento:​​ Dispón de velocidades de operación ultra-rápidas, deseñadas para minimizar a enerxía do arco eléctrico.
• ​Caso de aplicación:​​ Despois de súa implementación no sistema de distribución de media tensión dun gran centro de datos, este módulo logrou un tempo total de eliminación de fallos inferior a 4 milisegundos, representando un aumento de velocidade de máis de tres veces comparado cos esquemas de protección tradicionais baseados só en corrente, reducindo significativamente o risco de danos no equipo.

​2.2 Módulo de protección contra fallos de terra de baixa corrente de alta sensibilidade​

• ​Principio técnico:​​ Utiliza o método de admitancia de secuencia cero. Este método implica a medida en tempo real e precisa da tensión de secuencia cero do sistema (3U₀) e a corrente de secuencia cero (3I₀), calculando o valor correspondente de admitancia. Este algoritmo é relativamente insensible ás variacións na corrente de fallo de terra capacitiva do sistema, distinguido eficazmente entre a corrente capacitiva normal e a corrente resistiva inducida por fallos, identificando así de xeito preciso fallos de terra de alta impedancia con valores de resistencia de ata 1 kΩ ou superiores.
• ​Vantaxe de rendemento:​​ Soluciona o problema de insuficiente sensibilidade nos esquemas de protección tradicionais durante fallos a través de resistencias de transición elevadas, reducindo significativamente os riscos de electrocución e incendio.
• ​Caso de aplicación:​​ Nun proxecto piloto nunha rede rural (caracterizada por unha corrente de fallo de terra capacitiva alta e niveis de aislamento de liña desiguais), a aplicación desta tecnoloxía aumentou a taxa global de detección de fallos de terra do 65% con esquemas tradicionais ao 92%, mellorando significativamente a seguridade do suministro eléctrico.

​2.3 Módulo de protección antiaislamento adaptativa​

• ​Principio técnico:​​ Para abordar o risco de isolamento introducido pola integración de DER, este módulo combina métodos de detección pasiva e activa.
• ​Monitorización pasiva:​​ Monitoriza continuamente parámetros anómalos no Punto de Conexión Común (PCC), como a desviación de frecuencia de tensión (Δf > 0,5 Hz) e o salto de ángulo de fase (Δφ > 10°).
• ​Determinación activa:​​ Cando os indicadores de monitorización pasiva superan os límites establecidos, incorpora métodos activos como o Deriva de Frecuencia Activa para confirmar rapidamente unha condición de isolamento.
• ​Vantaxe de rendemento:​​ Assegura a desconexión rápida de DERs nun período de tempo moi curto (< 200 ms, conforme aos requisitos do código de rede) despois de que ocorre o isolamento, evitando perigos para o equipo da rede e o persoal de manutención debido á operación inintencionada en modo de isla.
• ​Caso de aplicación:​​ Validado nun proxecto de microrede que contén múltiples arrays fotovoltaicos, este módulo antiaislamento logrou unha taxa de precisión do 99,7%. Evita eficazmente o isolamento mentres minimiza os disparos innecesarios causados por perturbacións normais da rede, mellorando así a tasa de utilización dos recursos enerxéticos distribuídos.

​3. Resumo do valor central​
Esta solución de protección baseada en microprocesador, mediante a integración de múltiples algoritmos inteligentes, logra:

• ​Seguridade mellorada:​​ Maximiza a protección do persoal e do equipo mediante a protección contra arcos eléctricos a nivel de milisegundos e a protección contra fallos de terra de ultra-alta sensibilidade.
• ​Alta fiabilidade:​​ Aborda eficazmente as complexidades introducidas pola integración de DER, identificando de xeito preciso as condicións de isolamento e os fallos de alta impedancia, eliminando os "puntos cegos" da protección.
• ​Restauración rápida:​​ Permite a limpeza rápida de fallos, facilitando a autoreparación rápida da rede, reducindo a duración das interrupcións e mellorando a fiabilidade do suministro eléctrico.