Mejorando las Condiciones de los  Alimentadores de Distribución en Anillo

Por Christopher A. McCarthy, I.P. y Douglas M. Staszesky

Este documento presenta una tecnología nueva — la cual se denomina pulseclosing — y que mejora el concepto convencional de los sistemas en  anillo verificando la presencia de fallas en la línea sin llegar a cerrarse contra la falla. La tecnología Pulseclosing se puede utilizar para expandir un circuito de distribución hasta un número casi ilimitado de dispositivos de protección contra sobrecorrientes puestos en serie sobreponiéndose a las limitaciones de coordinación.

La técnica de pulseclosing (reconexión por pulsos) localiza la falla de una manera eficiente sin afectar a los usuarios de aguas arriba y reduce la posibilidad de que los dispositivos adyacentes se disparen por inercia. El restablecimiento máximo del sistema se alcanzará a sólo unos segundos de la detección inicial de la falla.  Estos avances se logran sin necesidad de tener comunicación entre los dispositivos.

I. PULSECLOSING

En términos llanos, la tecnología pulseclosing consiste en cierres y aperturas muy rápidas de los contactos del tablero de distribución. Pulseclosing determina si el alimentador tiene una falla sin permitir que fluya toda la corriente de la falla.

Una parte esencial de esta tecnología es el cerrarse en el punto preciso del perfil de onda de la tensión para alcanzar solamente un pequeño bucle de la corriente de falla. Cerrar contra un circuito que tiene falla a tensión cero ocasiona una corriente totalmente asimétrica con una corriente de pico de aproximadamente 2.6 veces la corriente de falla RMS simétrica en una relación X/R de 17. El cerrar justo antes del pico de tensión causa una corriente pico de aproximadamente 1.4 veces la corriente de falla RMS simétrica.

El ángulo de cierre en punto de onda en una operación de restablecimiento por pulsos debe generar suficiente corriente para medir y analizar manteniendo al mismo tiempo la energía de arqueo de la falla lo más baja posible. La duración del ángulo de cierre en punto de onda seleccionado para el cierre por pulsos es tal que la corriente más grande ocurre en el segundo bucle de la corriente.
Sin embargo, los interruptores de abren antes de que comience el bucle más grande, así que el sistema sólo experimenta un bucle pequeño de la corriente de falla. El área sombreada de la Figura 1 representa el pequeño bucle de corriente en el cierre por pulsos (pulseclosing).

Figura 2. Ejemplo de corrientes de falla usando una curva TCC para Restauradores

Tabla 1. Energía de arqueo de las fallas en la Figura 2

En condiciones de falla, la magnitud del pulso de la corriente es mucho mayor que la corriente de carga, pero menor de lo que sería la corriente de falla “normal” en una operación de reconexión convencional. El perfil de onda del pulso de corriente revela las condiciones del sistema y se puede analizar para detectar si la línea tiene fallas o no.

Cada intento de reconexión convencional reenciende el arco en el sitio de la falla, causando potencialmente más daños a los equipos del sistema eléctrico y a los lugares cercanos. La tensión de la barra disminuye, afectando a los usuarios que abastece el alimentador que tiene la falla y, posiblemente, también a los usuarios de los alimentadores cercanos. Cada vez que un restaurador se cierra contra una falla, las corrientes de falla directa les ocasionan daños térmicos y mecánicos a los transformadores y demás equipos de la subestación.

II. SISTEMAS CONVENCIONALES DE DISTRIBUCIÓN EN ANILLO

Los sistemas de distribución en anillo están diseñados para restablecer el servicio automáticamente utilizando un enlace que normalmente está abierto hacia un alimentador cercano.  El seccionamiento inicial sucede en base a las respuestas de varios dispositivos de protección contra sobrecorrientes en relación a las fallas en el sistema. Se realiza una reconfiguración adicional para restablecerles la energía a las secciones de alimentador que no tengan falla utilizando una combinación de cronómetros e interruptores de fallas – pero no dispositivos de comunicación. Para regresar a la configuración normal se necesita una intervención manual para abrir el dispositivo de enlace y cerrar los dispositivos de media línea. 

Las Figuras 3 y 4 muestran la topología de circuito de un bucle con 3 restauradores y de un bucle con 5 restauradores, cada uno de ellos con un restaurador de enlace que normalmente está abierto.

Figura 3. Bucle con 3 restauradores, Índice SAIDI Relativo =0.500 por unidad

Figura 4. Bucle con 5 restauradores, Índice SAIDI relativo=0.333 por unidad

En un sistema de anillo con 3 restauradores hay posibilidades de 1 a 2 de que el restaurador de enlace haya detectado la pérdida de tensión por una falla en la sección de línea adyacente. Cuando se cierra el restaurador de enlace, la corriente de falla fluye a través de todo el alimentador que previamente no tenía falla hasta que el restaurador mide el tiempo en su curva TCC y se bloquea en apertura.

La misma metodología se puede extender a un circuito con 5 restauradores. La sección que tiene la falla es localizada cuando el restaurador se cierra contra la falla, o cuando el siguiente restaurador de media línea se cierra posteriormente contra la falla.

III. CIERRE POR PULSOS EN EL PUNTO DE ENLACE

FIGURE 5. Utilización de Pulseclosing en un enlace que normalmente esta abierto.

El resto de las características operativas y de instalación del sistema en anillo son las mismas que en un circuito convencional.