La Clave para detectar discontinuidad en conductores

NOJA Power presenta el más reciente desarrollo de funciones avanzadas para el controlador de su reconectador, el RC-10. Esta nueva implementación de una protección estándar ANSI entrega características adicionales en la detección de conductores rotos. Dada la simplicidad del esquema de protección ANSI 46BC, las técnicas de protección con secuencia de fase negativa ahora pueden ser usadas por cualquier usuario de los controladores RC-10 NOJA Power para conseguir protección contra conductores rotos. Esta funcionalidad forma parte de la nueva actualización de firmware del controlador RC-10, y está disponible para todos los usuarios del controlador de NOJA Power.

La protección de Secuencia de Fase Negativa ha sido por varios años uno de los pilares de las funciones de protección ofrecidas por NOJA Power en su controlador RC-10, no obstante, la reciente evolución de esta funcionalidad en los reconectadores se manifiesta en la implementación de la protección ANSI 46BC. La protección de Secuencia de Fase Negativa es un excelente mecanismo para detectar desbalances en la red, sin embargo, los valores de I2 pueden ser sensibles a los ajustes de la carga debido a limites prácticos en redes balanceadas. La protección ANSI 46BC Conductor Roto compara la razón de la corriente de fase de Secuencia Negativa (I2) y la corriente de fase de Secuencia Positiva (I1) en lugar de supervisar cada elemento por separado. Esto no solo contribuye a la mitigación de la variación de valores NPS, sino que, determina si realmente existe una discontinuidad en alguna de las fases.

When three phase powerlines experience a discontinuity, the effective balance of current Cuando sistemas trifásicos experimentan una discontinuidad, el balance efectivo de voltajes y corrientes a lo largo de las tres fases es comprometido. Esta discontinuidad puede ser un conductor roto haciendo contacto con el suelo, o un fusible quemado en una o dos de las fases. Estas discontinuidades no necesariamente se traducen en sobrecorrientes debido que la impedancia a tierra puede ser alta o aproximarse a infinito (cable roto flotando). Cuando se aplica la protección de Secuencia de Fase Negativa a cualquier alimentador, el ingeniero de protecciones debe entender el principio de impedancia de secuencia de fase negativa, y luego aplicar los ajustes correctos basándose en múltiples casos de falla.

La corriente de secuencia positiva está típicamente asociada a la carga de un alimentador y es normalmente una medida de la “energía buena” que se entrega a los clientes. Cuando hay un valor considerable de corriente de secuencia positiva fluyendo en un conductor significa que hay sobrecarga en el consumo (o usualmente una falla trifásica) y que la corriente debe ser interrumpida para preservar los bienes.

La corriente de secuencia negativa es básicamente un desbalance en las corrientes en un sistema trifásico y puede surgir por múltiples razones, desde conexiones desbalanceadas de una fase, uso excesivo de una línea particular, o la ocasional conexión al estilo “brazo corto” donde las conexiones de los clientes son realizadas solo en los cables fácilmente accesibles, es decir, fases A y C (Rojo y Azul).

La protección de Secuencia de Fase Negativa típicamente es configurada cerca del 30% del valor de ajuste de sobrecorriente, si este principio fuese aplicado a los alimentadores de la Tabla 1 sería razonable asumir que el conductor roto no sería detectado. Esto es particularmente notorio en las condiciones de carga baja. La tabla muestra el caso en el que un conductor roto si habría sido detectado con un alto grado de confianza, a pesar de una corriente de carga tan baja como 10 A (destacado).

Lo que distingue a la implementación ANSI 46BC es que el valor de NPS no es evaluado separadamente, sino que es comparado con el valor de corriente de secuencia positiva. Variaciones normales en la carga pueden causar cambios en los valores de corriente NPS vistos por el relé, como se aprecia en la Tabla 1. Variaciones en la carga durante un día típico de suministro de energía pueden resultar en valores altos de corriente de fase de secuencia negativa, pero no necesariamente implican una discontinuidad en algún conductor. El reto se presenta cuando se rompen uno o dos conductores, ya que esto no necesariamente aumenta la corriente de fase de secuencia positiva, causando que los relés convencionales de sobrecorriente o de falla a tierra no sean capaces de detectar la falla. I2/I1 es relativamente constante a variaciones de carga en sistemas trifásicos, sin embargo, una vez exista una discontinuidad, la relación aumenta rápidamente. En la Tabla 2 se detallan algunos de los valores típicos de un sistema de distribución trifásico.

Aunque la presencia de corriente de fase de Secuencia Negativa en cualquier línea implica desbalance, lo cierto es que la mayoría de los sistemas de distribución tienen algún nivel de corriente NPS. Configurar un elemento de protección que solo opera con base en la corriente NPS puede representar un desafío, ya que la protección deberá ser lo suficientemente sensible para detectar fallas desbalanceadas, así como también permitir ajustes lo suficientemente altos para que no se presenten disparos innecesarios.

De la Tabla 2 se aprecia que en una línea en condiciones normales, la razón I2/I1 es aproximadamente cero, pero cuando existe una discontinuidad en uno o dos cables de la línea, la razón de I2/I1 aumenta a valores superiores al 20%. Considerando que para cargas residenciales la impedancia de secuencia positiva y negativa son similares, puede ser inferido que la razón entre I2 e I1 elimina la necesidad de calcular impedancias, ya que estas se cancelan. La implementación de ANSI 46BC en el controlador RC-10 de NOJA Power permite a los ingenieros de protección configurar el valor de la razón al cual se registra el arranque, con una curva de tiempo definido apropiada para evitar disparos innecesarios. Mejor aún, el ajuste global de 20% es una estimación apropiada para indicar la presencia de un conductor roto. En escenarios donde la impedancia de secuencia negativa difiere de la impedancia de secuencia positiva esta cifra de 20% puede ser ajustada como corresponda. La implementación de esta protección reduce considerablemente la complejidad asociada con poner en funcionamiento un esquema de protección NPS, ofreciendo acceso a los beneficios de la protección a un grupo más grande de usuarios.

Esta implementación tiene implicaciones importantes para las compañías eléctricas y entidades privadas que buscan mitigar el riesgo de incendios forestales. Con un gran respaldo internacional, las estrategias para reducir los riesgos de incendios forestales han aumentado significantemente; los usuarios ahora tienen acceso a una solución simple para determinar discontinuidad en las fases y conductores caídos. Históricamente, la detección de pequeños desbalances ha representado un reto considerable, sin embargo, con el uso de relés modernos junto con dispositivos de protección como el sistema reconectador OSM NOJA Power, ahora es posible detectar condiciones desbalanceadas con mayor seguridad.

“La protección de conductor roto es una herramienta importante a tener en la ´caja de herramientas´ de nuestros clientes que permite ofrecer protección avanzada usando el reconectador OSM de NOJA Power” tal como lo cita el Director Ejecutivo del Grupo Neil O’Sullivan. “En particular, los programas de mitigación de incendios forestales se beneficiarán al implementar esta protección en sus reconectadores, así, básicamente todas las compañías eléctricas tendrán redes más seguras con la protección de conductor roto habilitada.”

Con la implementación de la protección ANSI 46BC en los controladores RC-10 de NOJA Power, los usuarios finales ahora tienen la capacidad de detectar conductores rotos en sus redes. Esta última aplicación de funciones de protección demuestra porque NOJA Power está al frente en la carrera de ser el reconectador más avanzado hoy en día. Al simplificar un complejo esquema de protección, NOJA Power permite a los usuarios finales de compañías eléctricas y privados capitalizar en las funcionalidades de protección más recientes disponibles, sin la excesiva complejidad asociada, típicamente, con protecciones avanzadas.