Como la longitud de línea de transmisión de energía eléctrica es generalmente lo suficientemente larga y corre a través de la atmósfera abierta, la probabilidad de que ocurra una falla en la línea de transmisión de energía eléctrica es mucho mayor que la de transformadores de energía eléctrica y alternadores. Es por eso que un línea de transmisión requiere muchos más esquemas de protección que una transformador y un alternador.
Protección de la línea debería tener algunas características especiales, tales como…
- Durante la falla, el único interruptor de circuito… …más cercano al punto de la falla debe ser disparado.
- Si el disyuntor más cercano al punto defectuoso, no se dispara, el disyuntor justo al lado de este disyuntor se disparará como respaldo.
- El tiempo de funcionamiento del relé asociado a la protección de la línea debe ser el mínimo posible para evitar disparos innecesarios de los interruptores asociados a otras partes sanas del sistema de energía.
Estos requisitos arriba mencionados causan protección de la línea de transmisión muy diferente de protección del transformador y otros equipos de los sistemas de energía. Los tres métodos principales de protección de la línea de transmisión son
- El tiempo graduado sobre actual protección.
- Protección diferencial.
- Protección de distancia.
Tiempo graduado sobre la protección actual
Esto también puede ser referido simplemente como protección de sobrecorriente de la línea de transmisión de energía eléctrica. Discutamos los diferentes esquemas de protección de sobrecorriente escalonados en el tiempo.
Protección del alimentador radial
En el alimentador radial, la energía fluye en una sola dirección, que es de la fuente a la carga. Este tipo de alimentadores puede protegerse fácilmente utilizando relés de tiempo definido o relés de tiempo inverso.
Protección de la línea por medio de un relé de tiempo definido
Este esquema de protección es muy simple. Aquí la línea total se divide en diferentes secciones y cada sección está provista de un relé de tiempo definido. El relé más cercano al final de la línea tiene un ajuste de tiempo mínimo, mientras que el ajuste de tiempo de otros relés se incrementa sucesivamente, hacia la fuente.
Por ejemplo, supongamos que hay una fuente en el punto A, en la siguiente figura
En el punto D el interruptor de circuito… El CB-3 se instala con un tiempo definido de funcionamiento del relé de 0,5 seg. Sucesivamente, en el punto C se instala otro interruptor CB-2 con tiempo definido de funcionamiento del relé 1 seg. El siguiente interruptor CB-1 se instala en el punto B, que es el más cercano al punto A. En el punto B, el relé se ajusta con un tiempo de funcionamiento de 1,5 seg.
Ahora, supongamos que se produce un fallo en el punto F. Debido a este fallo, la corriente defectuosa fluye a través de todos los transformadores de corriente o TC conectado en la línea. Pero como el tiempo de funcionamiento del relé en el punto D es mínimo el CB-3, asociado a este relé se disparará primero para aislar la zona defectuosa del resto de la línea. En caso de que por alguna razón, el CB-3 no se dispare, entonces el siguiente relé de mayor tiempo operará para iniciar el disparo del CB asociado. En este caso, el CB-2 se disparará. Si la CB-2 tampoco se dispara, entonces el siguiente disyuntor, es decir, la CB-1, se disparará para aislar la mayor parte de la línea.
Ventajas de la protección de la línea de tiempo definida
La principal ventaja de este esquema es la simplicidad. La segunda gran ventaja es que, durante la falla, sólo el CB más cercano a la fuente desde el punto de la falla funcionará para aislar la posición específica de la línea.
Desventaja de la protección de la línea de tiempo definida
Si el número de secciones en la línea es bastante grande, el ajuste de tiempo del relé más cercano a la fuente sería muy largo. Así que durante cualquier falla más cercana a la fuente tomará mucho tiempo para ser aislada. Esto puede causar un severo efecto destructivo en el sistema.
Protección de la línea de sobrecorriente por medio de un relé inverso
El inconveniente, como hemos discutido justo en tiempo definido sobre la protección de la corriente de la línea de transmisión, puede superarse fácilmente utilizando relés de tiempo inverso. En los relés de tiempo inverso el tiempo de funcionamiento es inversamente proporcional a la corriente de falla.
En la figura anterior, el ajuste de tiempo global del relé en el punto D es mínimo y sucesivamente este ajuste de tiempo se incrementa para los relés asociados a los puntos hacia el punto A.
En caso de cualquier fallo en el punto F, obviamente se disparará el CB-3 en el punto D. En caso de fallo en la apertura del CB-3, el CB-2 funcionará ya que el ajuste de tiempo total es mayor en ese relé en el punto C.
Aunque el ajuste de tiempo del relé más cercano a la fuente es máximo, pero aún así se disparará en un período más corto, si se produce un fallo importante cerca de la fuente, ya que el tiempo de funcionamiento del relé es inversamente proporcional a la corriente defectuosa.
Protección contra la sobrecorriente de los alimentadores paralelos
Para mantener la estabilidad del sistema es necesario alimentar una carga de la fuente por dos o más de dos alimentadores en paralelo. Si se produce un fallo en cualquiera de los alimentadores, sólo ese alimentador defectuoso debe ser aislado del sistema para mantener la continuidad del suministro desde la fuente hasta la carga. Este requisito hace que la protección de los alimentadores paralelos sea un poco más compleja que la simple protección de la línea contra la corriente en sentido contrario, como en el caso de los alimentadores radiales. La protección de los alimentadores paralelos requiere el uso de relés direccionales y la graduación del ajuste de tiempo del relé para el disparo selectivo.
Hay dos alimentadores conectados en paralelo de la fuente a la carga. Ambos alimentadores tienen una alimentación no direccional el relé de sobrecorriente en el extremo de la fuente. Estos relés deberían ser de tiempo inverso. También ambos alimentadores tienen un relé direccional o un relé de potencia inversa en su extremo de carga. Los relés de potencia inversa usados aquí deberían ser de tipo instantáneo. Eso significa que estos relés deberían funcionar tan pronto como se invierta el flujo de energía en el alimentador. La dirección normal de la energía es de la fuente a la carga.
Ahora, supongamos que una falla ocurre en el punto F, digamos que la corriente de falla es If. Esta falla tendrá dos caminos paralelos desde la fuente, uno a través de interruptor de circuito… A sólo y otros a través de CB-B, feeder-2, CB-Q, bus de carga y CB-P. Esto se muestra claramente en la figura de abajo, donde IA y yoB son corrientes de falla compartidas por el alimentador-1 y el alimentador-2 respectivamente.
Según La ley actual de Kirchoffs, IA + IB = If.
Ahora, yoA está fluyendo a través de CB-A, IB está fluyendo a través del CB-P. Cuando la dirección del flujo de CB-P se invierte, se dispara instantáneamente. Pero el CB-Q no se disparará ya que el flujo de corriente (energía) en este interruptor no se invierte. Tan pronto como el CB-P se dispara, la corriente de falla IB deja de fluir a través del alimentador y por lo tanto no hay cuestión de seguir operando de tiempo inverso sobre el relé de corriente. IA sigue fluyendo incluso si se dispara el CB-P. Entonces, debido a la sobrecorriente IA…CB-A tropezará. De esta manera el alimentador defectuoso se aísla del sistema.
Protección diferencial del cable piloto
Se trata simplemente de un esquema de protección diferencial aplicado a los alimentadores. Se aplican varios esquemas diferenciales para la protección de la línea, pero el sistema de balance de voltaje de precio de la línea y el esquema de traducción son los más utilizados.
Sistema de equilibrio de precios de Merz
El principio de funcionamiento del sistema de equilibrio de precios de Merz es bastante simple. En este esquema de protección de la línea, se conecta un TAC idéntico a cada uno de los dos extremos de la línea. La polaridad de los CT es la misma. El secundario de estos transformadores de corriente y la bobina de funcionamiento de dos relés instantáneos se forman en un bucle cerrado como se muestra en la figura siguiente. En el bucle, el cable piloto se utiliza para conectar ambos CT secundarios y la bobina de ambos relés como se muestra.
Ahora bien, de la figura se desprende claramente que cuando el sistema está en condiciones normales, no habría ninguna corriente que fluya a través del bucle ya que la corriente secundaria de un TAC anulará la corriente secundaria de otro TAC.
Ahora bien, si se produce alguna falla en la porción de la línea entre estos dos TC, la corriente secundaria de un TC ya no será igual y opuesta a la corriente secundaria del otro TC. Por lo tanto, habría una corriente circulante resultante en el bucle.
Debido a esta corriente circulante, la bobina de ambos relés cerrará el circuito de disparo del asociado interruptor de circuito…. Por lo tanto, la línea defectuosa estará aislada de ambos extremos.
