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lunes, 27 de marzo de 2017

Selectividad Diferencial (Parte 6ª)



Estas unidades de protección, selectivas por naturaleza, comparan la corriente en los dos extremos de la sección supervisada del sistema eléctrico.

Ver post: “Protección diferencial de Transformadores (ANSI 87 T)” en el siguiente link:

Modo de funcionamiento

En principio, cuando no hay un defecto, las corrientes que entran en cada elemento de una instalación de distribución de energía eléctrica son iguales, fase a fase, que las que salen. La protección diferencial tiene como misión controlar estas igualdades, medir la posible diferencia entre las dos corrientes (debida a un defecto) y, para un umbral determinado, dar la orden de disparo. El elemento defectuoso queda entonces aislado de la red (figura 1).

Esta protección permite supervisar una zona bien delimitada por medio de un par de juegos de reductores de corriente (o transformadores de corriente): es autoselectiva y puede, por tanto, ser instantánea. Esta ventaja debe de conservarse durante los períodos en los que se producen fenómenos transitorios; sin embargo, su sensibilidad debe de limitarse a los fenómenos debidos a defectos y no a otros que son normales (Corriente magnetizante de transformador, corriente capacitiva de línea, corriente de error debida a saturación de los sensores de intensidad…). Las características de los «transitorios» son peculiares para cada elemento de la red: las protecciones diferenciales son, por tanto, tecnológicamente «especiales», según sea:
  • diferencial de líneas y cables,
  • diferencial de juego de barras, 
  • diferencial de transformador, 
  • diferencial de motor, 
  • diferencial de alternador.

a - protección diferencial de un cable: ante un defecto, los dos interruptores automáticos abren,
b - protección diferencial de una máquina, motor o alternador,
c - protección diferencial de transformador: si hay fuentes aguas abajo, ante un defecto abren los dos interruptores automáticos,
d - protección diferencial de un juego de barras: si hay fuentes aguas abajo, ante un defecto, abren todos los interruptores automáticos.

Figura 1: Ejemplo de empleo de la protección diferencial.

El empleo de esta protección queda limitado porque necesita un cableado (cables piloto o conexiones de los secundarios de los transformadores de corriente), unos reductores de corriente, y unos ajustes especialmente delicados para asegurar que no se produzcan disparos intempestivos. Se usa cada vez que es obligatorio eliminar muy rápidamente un defecto:
  • reducción del tiempo aguas arriba en una cadena de selectividad cronométrica, por supresión de un eslabón de esta misma cadena,
  • mejora de la estabilidad dinámica de una instalación que tiene máquinas rotativas, 
  • protección suplementaria de un elemento de gran importancia por su valor intrínseco o por las consecuencias inaceptables de su desconexión por un fallo…
La instalación de este tipo de protección impone también ciertas obligaciones:
  • un TI -Transformador de Intensidad- en cada fase y en cada extremo de la zona controlada. 
  • una conexión entre los dos dispositivos para la protección diferencial de cable. Antes de decidirse por esta protección es conveniente asegurarse de su eficacia para todo tipo de defectos imaginables. En efecto, el principio de detección utilizado frecuentemente para una protección diferencial con hilo piloto, hace que la sensibilidad dependa de la fase defectuosa y del tipo de defecto (fase-fase o fase-tierra). 
  • para la protección diferencial de una máquina: los extremos de los bobinados del lado del neutro deben de ser accesibles, para conectar los TI
  • para la protección diferencial de un transformador:
o   según que el relé de protección se instale en la celda aguas arriba o aguas abajo, el cableado hacia el otro juego de TI será relativamente largo; es entonces necesario vigilar su sección (consumo) y su trazado (perturbaciones).
o   si el régimen de neutro es muy diferente de una parte a otra del transformador, los defectos «a tierra» no siempre son todos detectables; en estos casos hay que hacer un tratamiento especial.
  • para la protección diferencial de un juego de barras: con ciertos tipos de aparatos todos los TI deben de tener un mismo rendimiento e igual al del mayor TI. Esta protección de alta impedancia, usada sobre todo en los países de influencia anglosajona, presenta graves dificultades:
o   para la derivación de los circuitos secundarios de los TI, cuando el juego de barras alimenta numerosas salidas con diferentes configuraciones;
o   para la realización de los cableados, porque su gran impedancia puede, durante el defecto, inducir sobretensiones en el cableado de los secundarios de los TI. Estas sobretensiones pueden necesitar la colocación de dispositivos supresores de sobretensiones.

Principios de detección diferencial

Existen dos principios básicos según el modo de estabilización:
  • Protección diferencial de alta impedancia: el relé está conectado en serie a una resistencia de estabilización Rs en el circuito diferencial (figuras 2 y 3).
  • Protección diferencial basada en porcentaje: el relé está conectado de forma independiente a los circuitos que transmiten las corrientes IA e IB. La diferencia entre las corrientes IA e IB está determinada en la unidad de protección y la estabilidad de protección se obtiene mediante una retención relacionada con la corriente circulante (fi guras 4 y 5)

Ventajas
  • Protección sensible a la corriente de defecto menor que la corriente nominal del equipo protegido.
  • Protección de zona que puede dispararse de manera instantánea.
Inconvenientes
  • El coste de la instalación es elevado. 
  • Se necesitan conocimientos para instalar el sistema.
  • Se debe incluir una función de reserva de máxima intensidad.
Comparación de los dos principios
  • Protección diferencial de alta impedancia:
o  Los TI aguas arriba y aguas abajo deben tener las mismas corrientes nominales (primaria y secundaria).
o Se elige la resistencia de estabilización para evitar que se dispare por fallos externos con un TI saturado y para permitir que el TI alimente el relé.
o El relé es relativamente sencillo, pero requiere el uso de resistencias de estabilización. 
  • Protección diferencial basada en porcentaje:
o   Se puede adaptar para que se ajuste al equipo que se va a proteger.
o   El relé es relativamente más complejo pero es fácil de usar.



FUENTES:

Schneider Electric: Guía de protección
Schneider Electric: Protección de redes de AT, industriales y terciarias (André Sastre).


 POST EN PDF EN LA SIGUIENTE URL:


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