Reconectador
En la distribución de energía eléctrica, los reconectadores de circuitos automáticos (ACR) son una clase de aparamenta diseñada para usarse en redes aéreas de distribución de electricidad para detectar e interrumpir fallas transitorias. También conocidos como reenganchadores o reenganchadores, los ACR son esencialmente disyuntores clasificados con sensores de corriente y voltaje integrados y un relé de protección, optimizados para su uso como activo de protección. Los ACR comerciales se rigen por las normas IEC 62271-111/IEEE Std C37.60 e IEC 62271-200. Las tres clases principales de tensión máxima operativa son 15,5 kV, 27 kV y 38 kV.
Para las redes aéreas de distribución de energía eléctrica, hasta el 80% de las fallas son transitorias, como rayos, sobretensiones u objetos extraños que entran en contacto con las líneas de distribución expuestas. En consecuencia, estas fallas transitorias pueden resolverse mediante una simple operación de recierre. Los reconectadores están diseñados para manejar un breve ciclo de trabajo de apertura y cierre, donde los ingenieros eléctricos pueden configurar opcionalmente el número y el tiempo de las operaciones de cierre intentadas antes de pasar a una etapa de bloqueo. El número de intentos de recierre está limitado a un máximo de cuatro según los estándares de recierre mencionados anteriormente.
A dos múltiplos de la corriente nominal, la curva de disparo rápido del reconectador puede provocar un disparo (desconexión) en tan solo 1,5 ciclos (o 30 milisegundos). Durante esos 1,5 ciclos, otros circuitos separados pueden experimentar caídas de voltaje o parpadeos hasta que el circuito afectado se abre para detener la corriente de falla. Cerrar automáticamente el disyuntor después de que se haya disparado y haya permanecido abierto durante un breve período de tiempo, generalmente después de 1 a 5 segundos, es un procedimiento estándar.
Los reconectadores se utilizan a menudo como un componente clave en una red inteligente, ya que son efectivamente equipos de conmutación controlados por computadora que pueden operarse e interrogarse de forma remota mediante SCADA u otras comunicaciones. Las capacidades de interrogación y operación remota permiten a las empresas de servicios públicos agregar datos sobre el rendimiento de su red y desarrollar esquemas de automatización para el restablecimiento de la energía. Los esquemas de automatización pueden ser distribuidos (ejecutados en el nivel del reconectador remoto) o centralizados (comandos de cierre y apertura emitidos por una sala de control central de servicios públicos para ser ejecutados por ACR controlados remotamente).
Descripción
Los reconectadores automáticos se fabrican en versiones monofásicas y trifásicas, utilizando interruptores de aceite, vacío o SF6. Los controles para los reconectadores van desde los sistemas electromecánicos originales hasta la electrónica digital con funciones de medición y SCADA. Las clasificaciones de los reconectadores van de 2,4 a 38 kV para corrientes de carga de 10 a 1200 A y corrientes de falla de 1 a 16 kA.
En un circuito trifásico, un reconectador es más beneficioso que tres cortacircuitos de fusibles separados. Por ejemplo, en una conversión de estrella a triángulo, cuando se utilizan cortacircuitos en el lado de estrella y solo 1 de cada 3 de los fusibles del cortacircuitos se abre, algunos clientes en el lado delta tienen una condición de bajo voltaje, debido a la transferencia de voltaje a través de los devanados del transformador. . El bajo voltaje puede causar daños graves a los equipos electrónicos. Pero cuando se utiliza un reconectador, las tres fases se abren, eliminando así el problema.
Historia
Los reconectadores se inventaron a mediados del siglo XX en los EE. UU. y Kyle Corporation introdujo los primeros reconectadores a principios de la década de 1940. Los reconectadores eran originalmente dispositivos hidráulicos llenos de aceite con capacidades rudimentarias de protección mecánica. Los reconectadores de circuitos automáticos modernos son significativamente más avanzados que las unidades hidráulicas originales. La llegada de los relés de protección electrónicos basados en semiconductores en la década de 1980 resultó en una mayor sofisticación de los reconectadores, lo que permitió diferentes respuestas a los diversos casos de operación anormal o falla en una red de distribución de energía eléctrica. Los dispositivos de aislamiento e interrupción de alto voltaje en los reconectadores modernos generalmente consisten en aislamiento dieléctrico sólido con interruptores de vacío para interrupción de corriente y extinción de arco.
Finalidades de la Red de Distribución de Energía Eléctrica
Protección durante condiciones de falla
Para evitar daños a la red de distribución de energía eléctrica, cada estación a lo largo de la red está protegida con disyuntores o cortacircuitos que cortan la energía en caso de un cortocircuito. Estas soluciones de protección presentan un problema importante cuando se restablece la energía inmediatamente después de eventos transitorios, porque los equipos de reparación necesitan restablecer manualmente los disyuntores o reemplazar los fusibles.
Alternativamente, los reconectadores están programados para automatizar el proceso de reinicio de forma remota después de un cortocircuito y permitir un enfoque más granular para la restauración del servicio, lo que resulta en una mayor disponibilidad de suministro. El uso de reconectadores durante una falla transitoria, por ejemplo, una rama de árbol arrancada durante una tormenta de viento que aterriza en la línea eléctrica y se limpia rápidamente cuando la rama cae al suelo, permite restaurar la energía de forma remota.
Restauración remota
Los reconectadores pueden ahorrar importantes gastos operativos cuando se operan de forma remota, ya que pueden reducir la necesidad de que el personal de campo viaje al sitio para restablecer los dispositivos que han pasado al bloqueo.
División
Los reconectadores también pueden abordar los daños a la red de distribución de energía eléctrica dividiendo la red en secciones más pequeñas, posiblemente en cada punto de derivación de distribución de energía eléctrica aguas abajo, que manejan mucha menos energía que los interruptores en las estaciones alimentadoras y se pueden configurar para que se disparen. a niveles de potencia mucho más bajos. En consecuencia, un solo evento en la red cortará solo la sección manejada por un único reconectador, mucho antes de que la estación alimentadora note un problema y corte la energía.
Reconfiguración y resolución del flujo de carga
Los reconectadores pueden resolver problemas de flujo de carga reconfigurando la red de distribución de energía eléctrica.
Condiciones de falla típicas y principios de reconexión
La filosofía básica del recierre es considerar activamente los tipos de falla y proporcionar una respuesta efectiva basada en las probabilidades del tipo de falla detectado. Las corrientes de falla son detectadas por transformadores de detección de corriente.
Relámpago
La clase principal de tipo de falla en una red de distribución aérea es la caída de un rayo. Las sobretensiones de los rayos aumentan el voltaje, lo que puede provocar una rotura localizada del aislamiento y permitir la formación de arcos sobre los aisladores. Los reconectadores pueden detectar esto como una sobrecorriente o una falla a tierra (dependiendo de la asimetría de la falla). Las sobretensiones de rayos pasan muy rápidamente (se reducen en 50 ms), por lo que el primer reenganche se puede configurar para que se dispare y se reenganche rápidamente. Este primer reenganche permite la interrupción del arco causado por un rayo, pero restablece la energía rápidamente.
Contacto con la vegetación o fallo del equipo
Si después del primer recierre rápido, el reconectador se cierra debido a una falla, es probable que la falla sea una clase secundaria de falla, contacto con la vegetación o falla del equipo. Una falla por sobrecorriente indicaría una falla de clase línea a línea, que puede confirmarse mediante protección contra sobrecorriente de secuencia de fase negativa, mientras que una falla a tierra puede indicar una falla de línea a tierra o de línea doble a tierra. Luego, los reconectadores pueden aplicar una política de quema de fusibles, donde permanecen cerrados por un período corto para permitir que se quemen los fusibles en las líneas laterales, aislando la falla. Si la falla no se elimina, el reconectador se abre nuevamente. Esta misma política se puede utilizar para entregar energía a los sitios de falla para eliminar la falla de la línea. Podría tratarse de un ramal que cruza varias líneas o de fauna (pájaros, serpientes, etc.) que entra en contacto con los conductores.
Falta a tierra sensible / Falla a tierra sensible
La protección de falla a tierra sensible en reconectadores generalmente está configurada en bloqueo inmediato. Esta detección de pequeñas corrientes de fuga (menos de 1 amperio) en una línea de media tensión puede indicar fallas en el aislador, cables rotos o líneas que entran en contacto con árboles. No tiene sentido aplicar el recierre en este escenario, y la mejor práctica de la industria es no reenganchar en caso de falla a tierra sensible. Los reconectadores con protección sensible de falla a tierra capaz de detectar 500 mA y menos se utilizan como técnica de mitigación de incendios, ya que proporcionan una reducción del 80 % del riesgo de inicio de incendio; sin embargo, nunca deben usarse como reconectadores en esta aplicación, solo como de un solo disparo. disyuntores distribuidos que permiten una sensibilidad para verificar la existencia de estas fallas.
Intervalos de tiempo muerto
| Intervalos de tiempo muerto para sistemas de distribución | Rango de configuración típico (segundos) |
|---|---|
| Viaje inicial al primer lugar | 0 a 5 segundos |
| Segundo viaje al segundo lugar | 10 a 20 segundos |
| 3er Viaje a 3er Reclose | 10 a 30 segundos |
Aplicaciones
Los reconectadores tradicionales fueron diseñados simplemente para automatizar la acción de un personal de línea que visita un sitio de distribución remoto para cerrar un disyuntor disparado e intentar restablecer la energía. Con la funcionalidad de protección avanzada de los reconectadores modernos, estos dispositivos se utilizan en una multitud de aplicaciones adicionales.
| Aplicación | Metodología | Necesidades |
|---|---|---|
| Mid-Feeder Protection | Despliegue de los recicladores convencionales | Recloser convencional |
| Mitigación del riesgo de incendios | No Reclosing en absoluto. Sensitive Ground Fault (North America) o Sensitive Earth Fault protection pickup a 500 mA elimina 80% riesgo de inicio de incendios | Recloser con capacidad SGF/SEF a 500 mA |
| Automatización de la red de distribución inteligente | Centralizado o Distribuido | Automatización centralizada requiere comunicación remota a través de SCADA o de otro modo. Automatización distribuida se puede configurar en el Controlador de Recloser |
| Conexión renovable | Controladores modernos de Recloser usan ANSI 25 Synchrocheck, 59N Neutral Voltage Displacement, Synchrophasors, ANSI 25A Auto-Synchronisor y otra protección de tensión | Tensión Sensing en ambos lados de Recloser |
| Interruptores de subestación | Utilizando Reclosers instalados en una Subestación donde las corrientes de fallas máximas no superan la capacidad de interrupción máxima nominal, por lo general sólo subestaciones rurales | Corrientes máximas de falla de autobús por debajo de 16 kA |
| Protección de red de retorno de tierra de alambre único | La topología de diseño de red SWER se desalienta en la ingeniería eléctrica moderna debido a razones de seguridad, pero debido a los ahorros de costos que a veces se despliega. Los reclosores de fase única se pueden utilizar para mejorar la seguridad en estas líneas durante eventos de falla. | Reclosador de fase única |
| Single Phase Laterals Overcurrent Protection | Como elemento de protección sobrecorriente clave en los laterales de una sola fase, un diseño de estilo de red norteamericano. 3 unidades de fase única se pueden combinar en un arreglo "Single Triple", donde el recloso de fases individuales puede mejorar la fiabilidad a fases no predeterminadas durante eventos de falla transitoria. A pesar de la capacidad de bloquear fases individuales con un arreglo "Single Triple" durante una falla permanente en una fase, el riesgo de corrientes circulantes es alto y normalmente se implementa un bloqueo de 3 fases. | Reclosador triple único o sistema de reclosor de fase única |
| Protección del equipo de minería móvil | Los recicladores pueden utilizarse para proteger tres equipos de minería de fase. Estos dispositivos se montan ocasionalmente en quioscos móviles que se pueden mover a medida que el equipo se mueve alrededor de la mina. La complejidad del diseño del equipo de protección se reduce en estas aplicaciones, ya que los reclosores incluyen toda la protección y el control necesarios para satisfacer la aplicación, lo que reduce los costos de prueba y puesta en marcha del equipo. | Recloser en formato de instalación de Kiosk. |
Autoreclosers in action
Los clientes residenciales en áreas alimentadas por líneas eléctricas aéreas afectadas ocasionalmente pueden ver los efectos de un reconectador automático en acción. Si la falla afecta el propio circuito de distribución del cliente, es posible que experimente uno o varios cortes breves y completos seguidos de una operación normal (a medida que el reconectador automático logra restaurar la energía después de que se haya solucionado una falla transitoria) o un corte completo del servicio. (a medida que el reconectador automático agota sus 4 reintentos máximos).
Si la falla está en un circuito adyacente al del cliente, el cliente puede ver varias "caídas" breves en el circuito. (caídas) en el voltaje a medida que la fuerte corriente de falla fluye hacia el circuito adyacente y se interrumpe una o más veces. Una manifestación típica sería la caída o el apagón intermitente de la iluminación doméstica durante una tormenta eléctrica. La acción del reconectador automático puede provocar que los dispositivos electrónicos pierdan la configuración de tiempo, pierdan datos en la memoria volátil, se detengan, se reinicien o sufran daños debido a una interrupción del suministro eléctrico. Es posible que los propietarios de dichos equipos deban proteger los dispositivos electrónicos contra las consecuencias de las interrupciones del suministro eléctrico y también de las sobretensiones.
Integración del seccionalizador
Los reconectadores pueden cooperar con dispositivos de protección aguas abajo llamados seccionalizadores, generalmente un seccionador o cortacircuitos equipados con un mecanismo de disparo activado por un contador o un temporizador. Un seccionalizador generalmente no está clasificado para interrumpir la corriente de falla; sin embargo, a menudo tiene un nivel de aislamiento básico mayor, lo que permite que algunos seccionalizadores se utilicen como punto de aislamiento. Cada seccionalizador detecta y cuenta las interrupciones de corriente de falla por parte del reconectador (o disyuntor). Después de un número predeterminado de interrupciones, el seccionalizador se abrirá, aislando así la sección defectuosa del circuito, permitiendo que el reconectador restablezca el suministro a las otras secciones sin falla. Algunos controladores de reconectadores modernos se pueden configurar para que los reconectadores funcionen en modo seccionalizador. Esto se utiliza en aplicaciones donde los márgenes de clasificación de protección son demasiado pequeños para proporcionar una coordinación de protección eficaz entre activos eléctricos.
Seguridad contra incendios e incendios forestales
El riesgo de incendio es un riesgo innato de una red de distribución aérea. Independientemente de la elección del cuadro de protección de la distribución, el riesgo de incendio siempre es mayor en los conductores aéreos que en los subterráneos.
La Comisión Real de Victoria sobre los incendios forestales de 2009 indicó que el nuevo cierre debe desactivarse en los días de alto riesgo de incendio forestal; sin embargo, en los días de bajo riesgo se debe aplicar para garantizar la confiabilidad del suministro.
Los reconectadores de modelo antiguo o configurados incorrectamente han estado implicados en el inicio o la propagación de incendios forestales. La investigación sobre los incendios forestales del Sábado Negro en Australia en 2009 indicó que los reconectadores que funcionan como disyuntores de disparo único con protección de falla a tierra sensible configurada a 500 mA reducirían el riesgo de inicio de incendio en un 80%. Cualquier forma de reconexión debe eliminarse en los días de alto riesgo de incendio y, en general, no debe aplicarse reconexión a fallas de falla a tierra sensible detectadas.
Las empresas de servicios públicos victorianas respondieron a la Comisión Real convirtiendo parte de su red aérea en áreas de alto riesgo a cable subterráneo, reemplazando los conductores aéreos expuestos con cables aislados y reemplazando reconectadores antiguos con ACR modernos con comunicaciones remotas para garantizar que se puedan ajustar las configuraciones. en días de alto riesgo de incendios forestales.