Mitigación de Incendios Forestales mediante Reconectadores Automáticos

En comparación con las redes de distribución de electricidad de todo el mundo, los proveedores de servicios de la red de distribución en Australia (Distribution Network Service Providers - DNSPs) operan en algunos de los entornos más desafiantes conocidos. La combinación de tener una red de gran tamaño, una baja densidad de población y el riesgo de incendios estacionales plantea un conjunto único de retos para los ingenieros. Este panorama de condiciones extremas proporciona oportunidades excepcionales para el desarrollo de tecnologías que asuman soluciones prácticas. Las redes de distribución aéreas, de manera inherente, presentan más riesgo de incendio que las redes subterráneas. Existen publicaciones académicas que presentan estrategias para mitigar dicho riesgo.

De acuerdo con los resultados de la investigación adelantada con motivo de los incendios forestales ocurridos en el estado de Victoria en 2009, los reconectadores han sido instalados como medida para ayudar a mitigar este riesgo. Los estudios indican que reconectadores capaces de detectar una falla sensible a Tierra de 500mA reducirían el riesgo de incendio en un 80% [1].

Lograr una mitigación de incendios forestales confiable y práctica es el resultado de una política integral. La mayoría de las empresas eléctricas en Australia desarrollan una política estratégica que identifica los riesgos claves y las contramedidas que se deben implementar para su mitigación. Esta política cubre aspectos claves, incluyendo conceptos tales como:

• Manejo de las políticas de recierre
• Control de la configuración de los dispositivos en campo por medio de comunicaciones
• Implementación de esquemas de protección para detectar fallas de alta impedancia
• Administración de la Automatización de la Red durante cambios en su configuración

Para hacer frente al perfil de riesgo presentado por el fuerte verano australiano, las compañías eléctricas tienen a su disposición el conjunto de tecnologías que ofrece el equipo de maniobra, protección y control instalado en sus redes. Cuando esta tecnología se implementa como parte de una política bien diseñada de mitigación de incendios forestales, las empresas eléctricas pueden disfrutar de los beneficios de una disminución del riesgo, para encarar un verano más seguro, no solo para sus operarios sino para el público en general.

Manejo de las políticas de recierre

En toda Australia, el caballo de batalla de las compañías eléctricas para la protección de la línea aérea es el Reconectador automático o ACR, por su sigla en inglés. El reconectador es esencialmente un interruptor con sensores/transformadores de medida integrados, control y funciones típicas de los relés de subestaciones actuales.

Los Reconectadores proporcionan fiabilidad en las redes de distribución a medida que combaten las fallas transitorias, al realizar el recierre de manera automática en condiciones configuradas. Los reconectadores eliminan eficazmente las limitaciones de confiabilidad que representan las fallas transitorias.

Entre las recomendaciones de la Comisión Real de Victoria de 2009 para investigar las causas de los incendios forestales del denominado Sábado Negro, se incluye que el recierre se deshabilite en los días de alto riesgo. Esto podría considerarse como una política estándar en toda Australia.

El mayor de los incendios ocurridos en Kilmore South en Victoria comenzó con un cable de la línea aérea en configuración SWER (un solo conductor con retorno por tierra) que había sido desplazado de su herraje de fijación. Cuando el cable finalmente se segmentó y terminó sobre en el viento aterrizado del poste, el prehistórico reconectador hidráulico de dieléctrico líquido (aceite), el cual no gozaba con un controlador moderno ni con funcionalidad de comunicación remota, operó re-energizando la línea. Es muy importante que todas las formas de recierre se detengan en los días de alto riesgo de incendio.

Además, surge como lección, con motivo de las investigaciones posteriores, que la eliminación del recierre no cubre las fallas de alta impedancia, tales como las asociadas a un aislador flotante averiado. Si falla un aislador y el arco comienza entre el poste y el cable, podría iniciarse un incendio sin que los dispositivos más antiguos midieran suficiente corriente para activar las protecciones tradicionales. El requerimiento de Victoria es el ajuste de 500mA para fallas sensibles a tierra, algo que el fabricante australiano de equipos de Maniobra NOJA Power ha desarrollado en colaboración con las compañías prestadoras de servicio eléctrico.

Recientes divulgaciones de avances en la tecnología del recierre, interceden por el recierre parcial/micro, donde se libera solamente una pequeña proporción de energía. Las limitaciones de estos dispositivos es la restringida sensibilidad para detectar fallas de alta impedancia y su incapacidad para proporcionar suficiente energía para eliminar fallas en condiciones de bajo riesgo de incendio.

Esencialmente, una operación de recierre parcial no podría detectar una falla de tierra sensible en sentido aguas abajo que cumpla con las normas de mitigación de incendios forestales de Victoria, lo que no ofrece ningún beneficio de mitigación de incendios forestales.

La mejor práctica de las empresas eléctricas para los Reconectadores sigue siendo deshabilitar el recierre en los días de riesgo de incendio, y en su lugar, centrarse en mejores métodos de protección y sensibilidad para tratar estas fallas de alta impedancia. Además, considerar una mejora en la confiabilidad en las comunicaciones para garantizar que el recierre se pueda activar/ desactivar de manera confiable en el campo. En días de bajo riesgo, el recierre proporciona la mayor confiabilidad al permitir aplicar suficiente energía para eliminar fallas transitorias.

Gestión de la fiabilidad de las comunicaciones

Controlar la configuración de protección en dispositivos remotos en una red de distribución es de suma importancia para la mitigación de incendios. Si bien en los últimos años se han realizado grandes mejoras en la fiabilidad de las comunicaciones, todavía hay características disponibles en los sistemas ACR actuales, como el Reconectador de NOJA Power, que permiten verificar las comunicaciones.

Los reconectadores comisionados para la mitigación de incendios forestales deben estar conectados con un sistema de comunicación remoto, para lo cual en Australia generalmente se implementa el protocolo DNP3 a través de una red IP o de radio. Los reconectadores pueden razonablemente esperar recibir interrogación periódica desde la sala de control según se requiera.

Una técnica simple que se ha implementado para reconectadores controlados digitalmente es un "Watchdog de comunicaciones", este es un contador interno del ACR que realiza un seguimiento del tiempo transcurrido desde que se recibió la última comunicación de la sala de control. Si esto excede un período de tiempo configurado, el controlador reinicia el dispositivo periférico de comunicaciones de manera local. Esta técnica de vigilancia mejora considerablemente la confiabilidad de las comunicaciones en campo y proporciona una técnica para reafirmar las conexiones de las torres celulares locales que generalmente atienden a clientes no fijos con base en IP. Esto se muestra en los Reconectadores OSM de NOJA Power que se instalaron en el estado de Victoria después de los incendios forestales del 2009.

Para los usuarios con aversión al riesgo, los Reconectadores OSM de NOJA Power pueden ser configurados para que se establezca de manera predeterminada en un estado "Recierre Deshabilitado” cuando se comunica con una estación base, lo que garantiza que se implementen las prácticas óptimas de recierre durante los días de alto riesgo de incendio.

Esquemas de protección actualmente implementados

El desarrollo de la sensibilidad a la protección frente a fallas de alta impedancia ha surgido como una de las técnicas clave para mejorar la mitigación de incendios forestales. Se ha sugerido que las fallas de alta impedancia son una causa importante de los incendios en los postes (como a través de aisladores caídos). Optimizar la detección de estos casos mejora la capacidad de respuesta a los casos de riesgo de incendios forestales.

A continuación, se enumeran algunos de los sistemas de protección más comunes:

• Niveles bajos de Falla Sensible a Tierra – Los reconectadores tradicionales ofrecían la protección de Falla Sensible a Tierra, la cual, en general, permite operar a partir de 4A. Este nivel de sensibilidad no proporciona una detección suficiente para las fallas de alta impedancia si se considera las exigencias del estado de Victoria en donde se requiere una detección para este tipo de fallas desde 500 mA. El Recolector OSM de NOJA Power se despliega en Australia para este fin, ya que su conjunto de sensores de precisión permite que el dispositivo ofrezca una captura de protección SEF mínima de 200 mA con una precisión de sensor de 100 mA.
• Protección de caída de voltaje “Sag” – Técnica aplicada en Australia tanto en dispositivos monofásicos como trifásicos. Esta técnica utiliza el cambio en la referencia del voltaje para detectar conductores caídos y fusibles quemados. Esta técnica puede utilizarse aún más para proporcionar información valiosa sobre los esquemas de automatización, lo que permite el aislamiento de las secciones de la red sin el riesgo del recierre.
• Protección de Admitancia de neutro. El resultado del cálculo de admitancia permite una mayor certeza al diferenciar entre corrientes resistivas y corrientes reactivas. Cuando los dispositivos de protección funcionan con niveles bajos de SEF, La Admitancia Neutra proporciona selectividad entre la corriente capacitiva simpática y la corriente de falla resistiva aguas abajo.

Estas funcionalidades de protección están equipadas en la variante de sensor de alta resolución del Reconectador OSM de NOJA Power. Junto con desarrollos adicionales a medida que NOJA Power se asocia con las Compañías Australianas del sector eléctrico para continuar el desarrollo en esta área de investigación.

"El riesgo de incendios forestales es uno de los mayores desafíos que enfrentan los prestadores de servicios de redes de distribución Eléctrica en Australia. La implementación de reconectadores en alimentadores rurales con control remoto combinado con SEF con capacidad de detectar corrientes bajas de falla y protección de admitancia permite que los DNSP mitiguen este riesgo", afirma el director ejecutivo del grupo NOJA Power, Neil O’Sullivan.

Gestión de la Automatización

La automatización de la distribución proporciona una ventaja significativa de confiabilidad en las redes de distribución, ofreciendo localización de fallas, aislamiento y restauración. Los beneficios económicos en un sistema de este tipo son claros. Tal como se ha mencionado, durante los días de riesgo de incendios, la automatización de la red debe ser cuidadosamente monitoreada para asegurarse de no realizar una Re-energización en posibles sitios de fallas.

Las comunicaciones y la visibilidad completa de la red de distribución son de suma importancia cuando se estudia la posibilidad de mitigar los incendios forestales, y un sistema de control confiable proporcionará esta capacidad. Una vez que se logran comunicaciones fiables, es posible centralizar las operaciones de automatización y permitir que la sala de control ejecute la automatización, en lugar de las técnicas de automatización distribuidas que utilizan la presencia de voltaje como una señal para el recierre.

Cuando se combinan técnicas de detección tales como como Voltaje Sag, el Reconectador OSM de NOJA Power proporciona información adicional de campo al sistema de control y permite a las compañías eléctricas tomar mejores decisiones de operación en los días de alto riesgo de incendio. El propósito adicional de la detección y reporte es proporcionar la capacidad de identificar los lugares problemáticos con anterioridad, lo que ayuda a dar una respuesta rápida a cualquier locación en riesgo.

Conclusión

La estrategia de mitigación del riesgo de incendios forestales es el resultado de un enfoque coordinado para abordar diversos factores. Para las redes de Distribución Aéreas, se requiere protección y control. NOJA Power ha colaborado con las empresas eléctricas australianas para desarrollar un conjunto de técnicas de mitigación de incendios forestales para abordar los requisitos del entorno DNSP australiano.

En lo que se refiere a mitigación del riesgo, mientras que todas las formas de recierre deben ser desactivadas en días de alto riesgo, la clave es la sensibilidad de protección a fallas de alta impedancia. En los días de bajo riesgo de incendio, se debe aplicar el ciclo de recierre tradicional para proporcionar energía suficiente para eliminar las fallas transitorias.

La fiabilidad de las comunicaciones es esencial para proporcionar el control del ciclo de recierre y de los ajustes de protección aplicados durante los días de riesgo de incendios forestales. El Reconectador OSM de NOJA Power tiene sistemas integrados para soportar la confiabilidad de las comunicaciones y una capacidad adicional para realizar una operación en modo seguro cuando se pierden las comunicaciones.

La fiabilidad de las comunicaciones en el sistema del Reconectador OSM de NOJA Power se puede utilizar para la supervisión, el control y la automatización centralizada de la red permitiendo que señales como Voltaje Sag y otras indicaciones especializadas del Reconectador OSM se utilicen para mejorar la sensibilidad y la reactividad ante situaciones de fallas en condiciones de riesgo de incendios forestales.

NOJA Power se ha comprometido a trabajar con las compañías australianas del sector eléctrico para proporcionar una alta calidad de los equipos de maniobra para instalación en poste. Esta asociación garantiza el desarrollo de funcionalidades de protección líderes a nivel mundial que contribuyen a mantener seguros a los australianos durante la temporada de incendios forestales.

Referencias

1. Marxsen, Dr Tony (3/07/2018). "Vegetation Conduction Ignition Tests" (PDF). https://www.energy.vic.gov.au. Retrieved 3/07/2018
2. Thompson, Stan. "Auto-Recloser - Safety and Minimising Downtime". Transmission & Distribution Issue 1 2018. Retrieved 2018-07-02.
3. "Victorian Royal Commission into the Black Saturday Bushfires Australia" (PDF). http://royalcommission.vic.gov.au.
4. "AusNet Services Bushfire Mitigation Plan for the Electricity Distribution Network". www.ausnetservices.com.au.