Instalación típica de un reconectador automático en redes de distribución

Hoy existen soluciones que incorporan funciones avanzadas para el control de un reconectador automático, gracias a la implementación de una protección estándar ANSI que otorga capacidades adicionales en la detección de conductores cortados. Dada la simplicidad del esquema de protección ANSI 46BC, las técnicas de protección de secuencia de fase negativa ahora pueden ser aplicadas por cualquier usuario para lograr la protección de conductores cortados. Esta implementación de avanzada tiene numerosas posibilidades y variantes aplicables para distribuidoras, cooperativas, concesionarias de energía eléctrica y clientes que buscan reducir su riesgo de incendio forestal.

La protección de secuencia de fase negativa (NPS, del inglés “Negative Phase Sequence”) ha sido un pilar en las librerías de protección ofrecidas durante muchos años, pero la última evolución de esta funcionalidad es la implementación de la protección ANSI 46BC.

La aplicación de la protección NPS es un excelente detector de desequilibrio de fase, sin embargo los valores de corriente de secuencia negativa, pueden ser sensibles a los ajustes de la carga real debido a los límites prácticos para lograr redes equilibradas. La protección ANSI 46BC para conductores cortados compara la relación entre la corriente de secuencia de fase positiva (I1 ) y la corriente de secuencia de fase negativa (I2), en lugar de cada elemento de protección aislado. Esto ayuda a mitigar la variación de los valores de la protección NPS a través del alcance de la entrega de energía a los clientes, mientras que adicionalmente determina si existe una discontinuidad de fase genuina presente.

Cuando las líneas eléctricas trifásicas experimentan una discontinuidad, el equilibrio efectivo de corriente y voltaje a través de las tres fases está comprometido. Esta discontinuidad podría ser un conductor roto, ya sea aterrizando en el suelo, o un fusible monofásico quemado en una o dos de las fases. Estas discontinuidades no necesariamente pueden dar lugar a mayores sobrecorrientes, ya que la fuga a la tierra puede ser alta o aproximarse a infinito (conductor flotante cortado aún conectado a un aislador). Al aplicar la protección NPS a cualquier alimentador en particular, el ingeniero de protección debe entender el principio de impedancia de secuencia de fase negativa y aplicar los ajustes correctos basados en múltiples casos de falla.

La corriente de secuencia positiva está típicamente asociada con la carga en un alimentador, y es usualmente una “buena” medida de lo que se suministra a un cliente. Demasiada corriente de secuencia positiva que fluye a través de un cable, implica que hay una sobrecarga del cliente (o normalmente un fallo trifásico simétrico) y que la corriente debe interrumpirse para proteger el activo.

La corriente de secuencia negativa es esencialmente un desbalance en las corrientes a través de las tres fases, que pueden surgir de múltiples problemas que van desde las conexiones monofásicas mal distribuidas, el uso recargado de una línea dedicada o tipos de conexión a dos fases, por ejemplo fases ubicadas en extremos R y T, por estar fácilmente accesibles.

Normalmente, la protección NPS se fija típicamente alrededor del 30% de la configuración de sobrecorriente. Si esto fuese aplicado a los alimentadores de acuerdo a la Tabla 1, podría razonablemente suponerse que el conductor cortado no será detectado. Esto es especialmente frecuente en condiciones de baja carga. Esta tabla también demuestra un caso en el que un conductor cortado puede ser detectado con un alto grado de certeza, a pesar de una corriente de carga tan baja como 10A.

La ventaja de implementar ANSI 46BC es que el valor NPS no se examina aisladamente, sino que se compara con el valor de la corriente de secuencia positiva. Las variaciones normales de la carga pueden causar cambios en la cantidad práctica de corriente de NPS vista por cualquier relé en particular, como se demuestra en la Tabla 1. Las variaciones en la carga durante un día de suministro normal podrían implicar una corriente de secuencia de fase negativa más alta, lo cual no implica necesariamente una discontinuidad del conductor. El desafío surge cuando hay una ruptura en uno o dos conductores, ya que esto no incrementa necesariamente la corriente de secuencia positiva, lo que significa que los relés de sobrecorriente/fase a tierra convencionales pueden no detectar la falla. El cociente I2/I1 es relativamente constante para cualquier variación en la demanda de carga en las tres fases, pero tan pronto como se produce una discontinuidad, la relación crece rápidamente. La Tabla 2 describe algunas de las situaciones típicas experimentadas en un sistema de tres fases de distribución trifásica.

Mientras que la presencia de secuencia de fase negativa en cualquier línea implica desbalance, la verdad, en la práctica, es que la mayoría de los alimentadores de distribución exhibirá algún nivel de corriente de secuencia negativa. La configuración de un elemento de protección que solo actúa aisladamente en esta corriente puede ser un desafío, ya que la protección debe ser lo suficientemente sensible para detectar desequilibrios de falla genuinos, pero también suficientemente grande para que no se produzca un disparo falso. Sin embargo, a partir de la Tabla 2 es evidente que una línea sana tiene cociente I2 /I1 aproximadamente cero, pero cuando aparece una discontinuidad en una o dos líneas, la relación de I2/I1 se eleva por encima del 20%. Teniendo en cuenta que para la mayoría de las cargas residenciales la impedancia de secuencia positiva y negativa sería similar, se puede inferir que la relación entre I2 e I1 elimina la necesidad de cálculos de impedancia a medida que las impedancias se anulan.

La implementación de ANSI 46BC en los reconectadores automáticos para redes de distribución permite a los ingenieros de protección configurar el valor de relación en el que se registra un pickup, con un cronómetro definido apropiado para eliminar disparos falsos. Mejor aún, la configuración global del cociente 20% es una zona segura para indicar la presencia de un conductor roto o cortado. En los escenarios en los que la impedancia de secuencia de fase negativa difiere de la impedancia de secuencia positiva, este valor de 20% puede ajustarse en consecuencia. Esta aplicación reduce en gran medida la complejidad asociada con la implementación de un esquema de protección NPS, proporcionando acceso a los beneficios de esta protección a un grupo mucho mayor de usuarios.