Adaptando la Confiabilidad del Alimentador de Distribución para Optimizar el Costo Por Minuto Ahorrado al Cliente (2ª de 3 partes)
Por Charlie Williams, Christopher McCarthy and Carey J. Cook
Coordinación y Protección contra Sobrecorrientes
La correcta coordinación de los dispositivos de protección contra sobrecorrientes es un componente crítico para sacarle el mayor provecho a un sistema de automatización para distribución. La coordinación de interruptor automático a restaurador y de restaurador a restaurador en un circuito por lo general se justifica bien en los esquemas nuevos de automatización para distribución ya que estos dispositivos van en los alimentadores troncales y son los responsables de la segmentación durante los eventos de falla en la línea troncal. Es un requisito fundamental que el dispositivo correcto se dispare en cualquier falla que se presente en la línea principal. Sin embargo, la coordinación con los fusibles de derivación es igualmente importante debido a que la exposición combinada de la línea más allá de todos los fusibles de derivación por lo general es mucho mayor que en las líneas troncales. Si se aplican con efectividad, los esquemas de protección contra sobrecorrientes con salvación de fusibles pueden reducir la frecuencia de los cortes de servicio a los usuarios que se encuentran aguas abajo respecto a los fusibles de derivación.
Históricamente, parte del problema es que ha sido difícil lograr una salvación efectiva de los fusibles utilizando dispositivos con curvas características de tiempo corriente convencionales. Las técnicas de salvar fusibles tienen limitaciones de coordinación a niveles de corriente más altos―es común que el dispositivo de aguas arriba se dispare y que el fusible opere al mismo tiempo. Esto se traduce en cortes momentáneos del servicio para muchos usuarios, incluso en fallas de alta corriente que no tenían posibilidad de ser despejadas antes de que el fusible operara.
La técnica convencional de salvar fusibles tiene una desventaja intrínseca: el mejoramiento sostenido de los cortes se logra a costa de una mayor actividad momentánea. Los índices de confiabilidad SAIFI y SAIDI se mejoran, pero los beneficios se contrarrestan con el incremento en los eventos momentáneos, que se reportan como MAIFIe. Estas dificultades han llevado a algunas empresas suministradoras a abandonar la práctica de salvar fusibles y, en su lugar, cambiar a la filosofía de quemar fusibles, lo que significa que los disparos rápidos de los dispositivos de reconexión se desactivan.
Cuando se emplea la técnica de quemar los fusibles, la desventaja se revierte: una reducción en la actividad momentánea se logra a costa de tener cortes sostenidos más frecuentes. Los usuarios que se encuentran aguas debajo de un fusible de derivación experimentan una interrupción sostenida en cada falla, incluso en las fallas que hubieran sido momentáneas si hubieran tenido la oportunidad de ser despejadas por el restaurador de aguas arriba.Y la empresa suministradora tiene que hacer frente a los altos costos de las llamadas de servicio para cambiar los fusibles quemados.
Una reciente innovación en la coordinación para salvar fusibles es hacer que el control de sobrecorrientes determine si la falla puede ser despejada, o no, antes de que el fusible comience a fundirse y usar esa información para decidir, instantáneamente, si se debe intentar, o no, una maniobra de salvar fusibles.
Un restaurador sólo puede operar con más rapidez que la mayoría de los fusibles de derivación en fallas de magnitud relativamente baja. Por ejemplo, un restaurador típico que opere con una curva Característica de Tiempo Corriente (TCC) con un tiempo de despeje adicional de 2.5 ciclos sólo se puede coordinar con un fusible de derivación de 65T aproximadamente hasta 1,700 A. Si el alcance de la corriente de falla disponible en la ubicación del fusible es de 200 A hasta 5,200 A, por ejemplo, entonces el margen efectivo para salvar fusibles es de sólo el 30% del margen total de protección disponible.
Este hecho con frecuencia se pasa por alto debido a la naturaleza visual del diagrama doblemente logarítmico. Ya que la mayoría de las corrientes de falla tienden a estar más cerca del nivel disponible máximo en lugar que del mínimo, se puede deducir que la técnica de salvar fusibles tiene oportunidad de funcionar en menos del 30% de todas las fallas que se presentan más allá del fusible de aguas abajo.
Si el control de sobrecorrientes determina que el fusible se puede salvar, entonces se realiza el disparo en la curva rápida. Si el fusible de cualquier manera empezaría a fundirse, incluso con la curva rápida, entonces esta curva se brinca y los dispositivos de protección cambian a una curva más lenta. Esto permite que el fusible opere sin causarles interrupciones momentáneas a todos los usuarios que se encuentren aguas abajo del dispositivo de línea troncal.
La coordinación con los fusibles de aguas abajo se puede maximizar incrementando el número y la forma de las curvas TCC que tenga disponibles el ingeniero de protección. Además de las curvas estándar para propósitos generales del relevador y el restaurador, se pueden generar nuevas formas TCC para aplicaciones específicas como la salvación de fusibles. Se puede generar curva TCC exclusiva e “inteligente” para salvar fusibles específicamente para coordinarse con los fusibles de aguas a bajo de los tipos y tamaños que comúnmente se usan en los sistemas de distribución (por ejemplo, las tipo T, K y otras).
Esta curva TCC especial se posiciona en el diagrama de coordinación doblemente logarítmico justo por debajo de la curva de fusión mínima del fusible de aguas abajo, con los márgenes apropiados para cuestiones tales como la respuesta del control y el tiempo de interrupción incluyendo tolerancias, precarga de los fusibles, temperatura ambiente y la asimetría de la corriente de falla. Como se ve en la Figura 1 (a), la forma de la curva “inteligente” para salvar fusibles está diseñada para adaptarse lo más posible a la forma de la curva especificada para el fusible de aguas abajo para minimizar la interferencia con fusibles aún más pequeños de transformadores aguas abajo y para maximizar el margen de corriente en el que se logra la salvación del fusible. La Figura 1 (b) muestra la protección efectiva de primer disparo que combina la curva para salvar fusibles en el margen en el que está activa con la curva lenta que esté activa para corrientes de falla mayores.
Este concepto se puede llevar más lejos implementando disparos monopolares sólo en los disparos para salvar fusibles. Ahora bien, incluso en las ubicaciones en las que los disparos monopolares no son aceptables con una duración amplia, puede ser permisible hacer que el primer disparo abra sólo la fase que tenga falla en un intento por despejar una falla temporal en situaciones de salvación de fusibles. Si el control de sobrecorrientes determina que la corriente de falla es demasiado alta para salvar el fusible con éxito, el primer disparo ocurriría en la curva lenta, y éste se podría especificar para que fuera un disparo trifásico. Después del disparo monofásico inicial para salvar el fusible, todas las operaciones siguientes pueden ser monofásicas o trifásicas según se desee.
Esta implementación de la técnica de salvar fusibles en un margen parcial de corrientes de falla disponibles combinada con el disparo de sólo las fases que tengan falla puede reducir las contribuciones del índice MAIFI E ocasionadas por los dispositivos de recierre en un factor de diez, obteniendo al mismo tiempo todos los beneficios de la salvación de fusibles en corrientes de falla de baja magnitud.
Otra opción es aplicar tecnología de recierre en todas las ubicaciones típicas de fusibles de derivación. Los restauradores electrónicos monofásicos que les queden a las bases de montaje para cortacircuitos fusibles que ya se tengan son una manera rápida de aplicarles la capacidad de recierre a las derivaciones y de proteger al alimentador troncal contra las fallas aguas abajo del restaurador de derivación monofásico. Los restauradores de reposición directa que les queden a los cortacircuitos ya existentes ofrecen importantes ahorros de costos cuando se considera la instalación.
El uso de tecnologías de detección más avanzadas, tales como los sensores de corriente con Bobina de Rogowski, que no se saturan en corrientes altas, proporciona una representación más exacta de las corrientes de falla en el sistema. Esto permite generar mapas con tolerancias más estrechas de las TCCs, lo cual hace posible que más dispositivos se usen en serie. Esto resulta especialmente importante para los sistemas de distribución en anillo o para los proyectos de automatización que incluyan un gran número de dispositivos de protección contra sobrecorrientes.
La mayoría de las iniciativas de mejoramiento de la confiabilidad se pueden clasificar como prevención de fallas o como mitigación de fallas.
Interruptor Radial
Interruptor SCADA en Anillo
Restaurador Radial
Interruptor en Anillo
Restaurador SCADA en Anillo
Automatización de Distribución en Anillo
Restaurador en Anillo
figura 3. Comparación del índice SAIDI en varios diseños de alimentador y por número de segmentos.
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