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Proteccin de barras

Introduccin Una bus o barra colectora es un conjunto de conductores elctricos para interconectar los diferentes circuitos o nodos de una subestacin; por ejemplo a lneas de transmisin, generadores, banco de transformadores, entre otros.

Una barra colectora no tiene caractersticas de falla peculiares y esta se presta fcilmente a la proteccin diferencial de corriente si sus TC fueran adecuados.Arreglos tpicos de buses Los requerimientos de la demanda de energa, las ampliaciones del sistema y la afectacin que esto pueda tener, la flexibilidad y facilidad para el mantenimiento, as como los costos asociados a la cantidad de equipo que intervienen en cada tipo de arreglo de barra. Los arreglos de barras ms comunes son los que se indican a continuacin, en orden de complejidad y costo.

ARREGLO DE BARRA SENCILLA

Son subestaciones que constan solamente de una barra para cada tensin, por lo que no ofrecen mayor grado de flexibilidad, ya que una falla en barra produce la salida total, por lo que se procura que tenga la capacidad de poder ser seleccionada a travs de cuchillas. El mantenimiento en ellas se dificulta al no poder transferir el equipo, su utilizacin es principalmente en subestaciones de pequea capacidad o de tipo industrial pequeas.

ARREGLO DE BARRA RADIALEl esquema de barra radial mostrado en la siguiente figura, representa el arreglo ms econmico en trminos de requerimiento del equipo. Obsrvese que solo se tiene un interruptor por cada terminacin de lnea, sin ninguna previsin para alimentar una lnea de otra barra dentro de la subestacin; por lo tanto, la configuracin radial ofrece la menor flexibilidad operativa. Se usa en subestaciones de distribucin o de subtransmisin.

ARREGLO DE BARRA EN ANILLOLa barra en anillo es un diseo ms econmico que el denominado de interruptor y medio, pero tambin ofrece menor confiabilidad y flexibilidad de operacin. El nombre de barra o bus en anillo, viene del hecho de que los interruptores y bus de trabajo forman un anillo elctricamente.

ARREGLO DE BARRA DE TRANSFERENCIAEn este tipo de arreglos cada lnea de transmisin esta conectada a la barra principal por medio de una cuchilla des conectadora. La barra o bus de transferencia esta conectada a la barra o bus principal por medio de un interruptor de transferencia, entonces el bus de transferencia sirve como una alternativa de suministro para cualquiera de las lnea de transferencia. En condiciones normales de operacin, el bus de transferencia y el bus principal estn energizados.

ARREGLO DE INTERRUPTOR Y MEDIO En este esquema de arreglo de barras para subestaciones, hay dos barras o buses principales con tres interruptores que conectan a dos barras. Las lneas de transferencia terminan en un punto elctricamente entre cualquiera de los dos interruptores. El nombre de interruptor y medio viene probablemente del hecho de que hay tres interruptores por cada dos lneas de transmisin, o bien, 1 interruptor por lnea. El interruptor a medio es, de hecho compartido por dos lneas.

Proteccin diferencial de buses de alta impedanciaEl arreglo de alta impedancia tiende a forzar cualquier corriente diferencial incorrecta para que circule a travs de los TC en lugar de que lo haga a travs de las bobinas de operacin del relevador y asi evitar mala operacin para fallas externas o para condiciones de sobrecarga cuando las corrientes secundarias de todos los TC no son las mismas a causa de las diferencias en las caractersticas de magnetizacin.Este arreglo requiere solo de un relevador de alta impedancia, conectado a travs de los terminales de los secundarias de TC convencionales /tipo bushing o de boquilla con secundarios de baja impedancia) los cuales se conectan en paralelo con los TC

El relevador consiste bsicamente en una unidad de voltaje instantneo tipo solenoide operado mediante un rectificador de onda completa. Dicha unidad se ajusta calculando el voltaje mximo en los terminales del relevador para una falla externa, tomando en cuenta la corriente mxima de falla primaria, la resistencia de los devanados secundarios y de las conexiones secundarias, y las relaciones de transformacin de los TC ms un mrgen de seguridad. Dispone adems de un varistor para evitar daos en los secundarios de los TC causados por el voltaje desarrollado cuando se saturan los TC. Por medio de este varistor este voltaje se puede limitar a un valor seguro por debajo de los 3000 V.PROTECCIN CON RELEVADORES DE SOBRECORRIENTE TEMPORIZADOSLos relevadores interrumpen la alimentacin a la barra si uno o ms fuentes de alimentacin (pero no alimentadores) estn conduciendo una corriente de falla como se muestra en la figura. Los relevadores direccionales de potencia son usados en el lado de alimentacin del transformador para responder a una falla en las barras.

Proteccin diferencial de barrasLa proteccin diferencial de barras est basada en los mismos principios de operacin de la proteccin diferencial del transformador y el generador. Bajo condiciones normales del sistema, la potencia que entra a una barra es idntica a la potencia que sale; una falla dentro del circuito diferencial desbalancea el sistema y fluyen as corrientes en la bobina de operacin del relevador que luego resulta en el disparo de todos los interruptores asociados con esa barra.La mayora de las fallas en un barraje involucran una fase y tierra y son debidas a muchas causas tales como descargas atmosfricas e imperfecciones en el aislamiento de los equipos de interrupcin o de las cadenas de aisladores, pero una gran proporcin de fallas de barras son el resultado de errores humanos. La proteccin diferencial es el mtodo ms confiable de proteccin de barras. Como se involucran muchos circuitos, se encuentran diferentes niveles de corriente.PROTECCIN DIFERENCIAL DE CORRIENTE CON RELEVADORES DE SOBRECORRIENTETodos los TC tienen la misma relacin nominal y estn interconectados de tal forma, que para la corriente de carga o para la corriente que fluye hacia una falla externa ms all de los TC de cualquier circuito, no deber fluir corriente a travs de la bobina del relevador, suponiendo que los TC no tienen errores de relacin o de ngulo de fase.

Los TC en el circuito defectuoso pueden estar tan saturados por la corriente total de falla que tendrn errores muy grandes, los otros no y sern precisos. Como consecuencia, el relevador diferencial puede tomar una corriente muy grande, y a menos que tenga una puesta en marcha bastante elevada o una accin retardada lo suficientemente larga, funcionar en forma indeseada y causar disparo de todos los interruptores de la barra colectora.

La causa principal y ms molesta de la saturacin de un TC es la componente transitoria de DC de la corriente de cortocircuito. Es fcil determinar si los TC en un circuito defectuoso estarn tan saturados por una onda de corriente de falla que tiene una componente DC.

Conociendo la magnitud de la corriente que fluir por el relevador diferencial y la magnitud de puesta en marcha para fallas en la barra colectora, se pueden seleccionar los ajustes de puesta en marcha y de tiempo que darn la mejor proteccin a la barra colectora y que proporcionar selectividad en las fallas externas.

Circuito equivalente del TC en el alimentador falladoPROTECCIN DIFERENCIAL PARCIALEs una modificacin de la proteccin diferencial de corriente, en la cual solo los circuitos de los TC en la fuente de generacin (ya sea local o distante) estn en paralelo.

El tipo de sobrecorriente debe tener accin retardada suficiente para ser selectivo con los relevadores de los circuitos de carga para fallas externas en estos.

Deben tener tambin, una puesta en marcha ms elevada que la corriente total de carga mxima de todos los circuitos de la fuente.

Un segundo tipo de proteccin diferencial parcial usa relevadores de distancia. Este tipo se aplica donde todos los circuitos de carga tienen reactores limitadores de corriente.PROTECCIN DIFERENCIAL DE CORRIENTE CON RELEVADORES DE PORCENTAJE (Con restriccin mltiple).El principio de la proteccin diferencial de porcentaje es una gran mejora sobre los relevadores de sobrecorriente en un circuito diferencial de TC.

Se dispone de este tipo de proteccin con tiempos de operacin de 3 a 6 ciclos. No es adecuado donde se precisa de funcionamiento de alta velocidad.

La utilizacin de las caractersticas de restriccin de porcentaje y de porcentaje variable hacen insensible al relevador a los efectos del error del TC. La desventaja de este tipo de proteccin es que todos los terminales secundarios del TC deben ir al tablero de relevadores.

Los relevadores diferenciales con caracterstica de porcentaje variable deben ser usados en un esquema que involucre la restriccin mltiple.

Proteccin diferencial de restriccin mltiple de barras (conexin trifsica).Operacin.En condiciones normales de operacin pueden aparecer algunas corrientes diferenciales debido a las diferentes relaciones de transformacin, sin embargo, estas corrientes no son lo suficientemente grandes como para hacer que el voltaje de operacin sea mayor que el voltaje de restriccin.

PROTECCIN DIFERENCIAL DE CORRIENTE CON RELEVADORES DE PORCENTAJE VARIABLE (con restriccin mltiple y autotransformador desaturacin).En este sistema las inexactitudes resultantes de la saturacin de los TC durante fallas grandes son compensadas usando un relevador diferencial de porcentaje variable. Este relevador consiste de tres unidades de restriccin del tipo induccin y de una unidad de operacin del tipo induccin.

Dos de las unidades operan con un disco comn. Los dos discos tienen un eje comn con los contactos mviles.

La corriente fluye a travs de los devanados de las cuatro unidades causando el torque de operacin del contacto por la unidad de restriccin o el torque de cierre del contacto por la unidad de operacin.

Esquema unifilar (para una sola fase) de conexiones de un relevador diferencialmultirestringido con autotransformador de saturacin para proteger una barra con cuatro circuitos.PROTECCIN DIFERENCIAL POR COMPARACIN DIRECCIONALEste mecanismo de proteccin evita la necesidad de igualdad en la relacin de transformacin, los tiempos de respuesta son cortos entre 6 y 20 ms , con una tolerancia de 10 ms. Una falla en los barrajes puede ser eliminada entre 60 y 100 ms incluyendo el tiempo de disparo del interruptor.

Circuito bsicoLos TC principales alimentan los circuitos de medida a travs de transformadores de acople TX, los cuales permiten relaciones diferentes de transformacin de los TC principales y adems brindan un aislamiento entre los circuitos principales y los de medida.

Operacin.Este relevador funciona segn el principio de comparacin direccional de todas las corrientes entrantes y salientes del barraje.

Bajo condiciones normales, las corrientes fluyen en diferentes direcciones.

En condiciones de falla externa, las lneas no falladas y desde la barra hacia el punto de falla de la lnea fallada. Pero en condiciones de falla interna, las corrientes de todos los circuitos conectados al barraje fluirn hacia el punto de la falla en el barraje, es decir, tendrn la misma direccin ya que la energa ser conducida hacia el barraje.