En la distribución de energía eléctrica , los reconectadores automáticos de circuitos ( ACR ) son una clase de aparamenta diseñada para su uso en redes aéreas de distribución de electricidad para detectar e interrumpir fallas transitorias . También conocidos como reconectadores o reconectadores automáticos , los ACR son esencialmente disyuntores clasificados con sensores de corriente y voltaje integrados y un relé de protección , optimizados para su uso como un activo de protección. Los ACR comerciales se rigen por las normas IEC 62271-111/IEEE Std C37.60 e IEC 62271-200. [1] [2] Las tres clases principales de voltaje máximo operativo son 15,5 kV, 27 kV y 38 kV.
En las redes de distribución de energía eléctrica aérea, hasta el 80 % de las fallas son transitorias, como rayos , sobretensiones u objetos extraños que entran en contacto con líneas de distribución expuestas. En consecuencia, estas fallas transitorias se pueden resolver con una simple operación de reconexión. [3] Los reconectadores están diseñados para manejar un breve ciclo de trabajo de apertura y cierre, donde los ingenieros eléctricos pueden configurar opcionalmente la cantidad y el tiempo de las operaciones de cierre intentadas antes de pasar a una etapa de bloqueo. [4] La cantidad de intentos de reconexión está limitada a un máximo de cuatro según los estándares de reconexión indicados anteriormente.
En el caso de dos múltiplos de la corriente nominal, la curva de disparo rápido del reconectador puede provocar un disparo (apagado del circuito) en tan solo 1,5 ciclos (o 30 milisegundos). Durante esos 1,5 ciclos, otros circuitos independientes pueden experimentar caídas de tensión o parpadeos hasta que el circuito afectado se abre para detener la corriente de falla. El cierre automático del disyuntor después de que se ha disparado y ha permanecido abierto durante un breve período de tiempo, generalmente después de 1 a 5 segundos, es un procedimiento estándar. [5]
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 control de supervisión y adquisición de datos (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 la restauración de la energía. Los esquemas de automatización pueden ser distribuidos (ejecutados a nivel de reconectador remoto) o centralizados (comandos de cierre y apertura emitidos por una sala de control central de la empresa de servicios públicos para ser ejecutados por ACR controlados de forma remota).
Los reconectadores automáticos se fabrican en versiones monofásicas [6] y trifásicas , utilizando interruptores de aceite, vacío o hexafluoruro de azufre (SF6 ) . Los controles para los reconectadores varían desde los sistemas electromecánicos originales hasta la electrónica digital con funciones de medición y SCADA. Las clasificaciones de los reconectadores van desde 2,4 a 38 kV para corrientes de carga de 10 a 1200 A y corrientes de falla de 1 a 16 kA. [7] [8]
En un circuito trifásico, un reconectador es más beneficioso que tres cortacircuitos fusibles separados . Por ejemplo, en una conversión de estrella a delta , cuando se utilizan cortacircuitos en el lado de estrella y solo 1 de cada 3 fusibles de 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. [9]
Los reconectadores se inventaron a mediados del siglo XX en los EE. UU. y los primeros fueron introducidos por Kyle Corporation a principios de los años 40. [10] Originalmente, los reconectadores eran dispositivos hidráulicos llenos de aceite con capacidades rudimentarias de protección mecánica. Los reconectadores automáticos de circuitos modernos son significativamente más avanzados que las unidades hidráulicas originales. La llegada de los relés de protección electrónicos basados en semiconductores en los años 80 dio como resultado una mayor sofisticación de los reconectadores, lo que permitió diferentes respuestas a los diversos casos de funcionamiento 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 un aislamiento dieléctrico sólido con interruptores de vacío para la interrupción de la corriente y la extinción del arco. [11] [12]
Para evitar daños en la red de distribución de energía eléctrica, cada estación a lo largo de la red está protegida con disyuntores o cortacircuitos fusibles 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 deben restablecer manualmente los disyuntores o reemplazar los cortacircuitos fusibles.
Como alternativa, los reconectadores se programan para automatizar el proceso de restablecimiento de forma remota después de un cortocircuito y permiten un enfoque más granular para la restauración del servicio, lo que resulta en una mayor disponibilidad del suministro. El uso de reconectadores durante una falla transitoria, por ejemplo, una rama de un árbol que se desprende de un árbol durante una tormenta de viento y cae sobre la línea eléctrica y se despeja rápidamente cuando la rama cae al suelo, permite restablecer la energía de forma remota.
Los reconectadores pueden ahorrar gastos operativos significativos cuando se operan de forma remota, ya que pueden reducir la necesidad de que los equipos de campo viajen al sitio para restablecer los dispositivos que han pasado al bloqueo.
Los reconectadores también pueden solucionar los daños en la red de distribución de energía eléctrica dividiendo la red en secciones más pequeñas, posiblemente en cada punto de ramificación de distribución de energía eléctrica aguas abajo, que manejan mucha menos energía que los disyuntores en las estaciones de alimentación y pueden configurarse para dispararse a niveles de energía mucho más bajos. En consecuencia, un solo evento en la red cortará solo la sección manejada por un solo reconectador, mucho antes de que la estación de alimentación note un problema y corte la energía.
Los reconectadores pueden resolver problemas de flujo de carga reconfigurando la red de distribución de energía eléctrica.
La filosofía básica del reenganche es considerar activamente los tipos de fallas y brindar una respuesta eficaz en función de las probabilidades del tipo de falla detectado. Las corrientes de falla se detectan mediante transformadores de detección de corriente .
La principal clase de falla en una red de distribución aérea es la descarga de rayos. Las sobretensiones de rayos aumentan la tensión, lo que puede provocar una ruptura localizada del aislamiento y permitir la formación de arcos eléctricos sobre los aisladores. Los reconectadores pueden detectar esto como una sobrecorriente o una falla a tierra (según la asimetría de la falla). Las sobretensiones de rayos pasan muy rápido (se reducen en 50 ms), por lo que el primer reconectador puede configurarse para que se dispare y se vuelva a cerrar rápidamente. Este primer reconectador permite interrumpir el arco eléctrico causado por el rayo, pero restablece la energía rápidamente.
Si después del primer recierre rápido, el reconectador se cierra sobre una falla, es probable que la falla sea de una clase secundaria de falla, contacto con vegetación o falla del equipo. Una falla por sobrecorriente indicaría una falla de clase línea a línea, que puede confirmarse mediante una protección de sobrecorriente de secuencia de fase negativa, mientras que una falla a tierra puede indicar una falla de línea a tierra o de doble línea a tierra. Los reconectadores pueden entonces aplicar una política de quema de fusibles, donde permanecen cerrados por un período corto para permitir que los fusibles en las líneas laterales se quemen, 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 quemar la falla fuera de la línea. Esto podría ser un cruce de rama entre múltiples líneas o fauna (pájaros, serpientes, etc.) que entra en contacto con los conductores.
La protección sensible a fallas a tierra en los reconectadores normalmente se configura para bloqueo inmediato. Esta detección de pequeñas corrientes de fuga (menos de 1 amperio) en una línea de media tensión puede indicar una falla del aislador, cables rotos o líneas que entran en contacto con árboles. No tiene sentido aplicar el reenganche a este escenario, y la mejor práctica de la industria es no reenganchar en caso de fallas a tierra sensibles. Los reconectadores con protección sensible a fallas a tierra capaces de detectar 500 mA y menos se utilizan como una técnica de mitigación de incendios, ya que proporcionan una reducción del riesgo de incendios del 80% [13] , sin embargo, nunca se deben utilizar como reconectadores en esta aplicación, solo como disyuntores distribuidos de disparo único que permiten la sensibilidad para verificar la existencia de estas fallas. [14]
Los reconectadores tradicionales fueron diseñados simplemente para automatizar la acción de un equipo 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.
Los clientes residenciales en áreas alimentadas por líneas eléctricas aéreas afectadas pueden ocasionalmente ver los efectos de un reconectador automático en acción. Si la falla afecta el propio circuito de distribución del cliente, pueden ver uno o varios cortes breves y completos seguidos de un funcionamiento normal (cuando el reconectador automático logra restablecer la energía luego de que se haya solucionado una falla transitoria) o un corte completo del servicio (cuando el reconectador automático agota su máximo de 4 reintentos).
Si la falla se encuentra en un circuito adyacente al del cliente, este puede observar varias breves "caídas" de 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 apagón intermitente de la iluminación doméstica durante una tormenta eléctrica. La acción del reconectador automático puede provocar que los dispositivos electrónicos pierdan la configuración horaria, pierdan datos en la memoria volátil, se detengan, se reinicien o sufran daños debido a la interrupción del suministro eléctrico. Los propietarios de dichos equipos pueden necesitar proteger los dispositivos electrónicos contra las consecuencias de las interrupciones del suministro eléctrico y también de las subidas de tensión.
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. [17] Un seccionalizador generalmente no está clasificado para interrumpir la corriente de falla, sin embargo, a menudo tiene un nivel de aislamiento básico más alto, lo que permite que algunos seccionalizadores se utilicen como un punto de aislamiento. Cada seccionalizador detecta y cuenta las interrupciones de la 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, lo que permite que el reconectador restablezca el suministro a las otras secciones sin falla. [18] 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 gradación de protección son demasiado pequeños para proporcionar una coordinación de protección efectiva entre los activos eléctricos.
El riesgo de incendio es un riesgo inherente a las redes de distribución aéreas. Independientemente de la elección de los cuadros de distribución, el riesgo de incendio siempre es mayor en los conductores aéreos que en los de transmisión subterránea. [13]
La Comisión Real Victoriana sobre los incendios forestales de 2009 indicó que el recierre debe desactivarse en días de alto riesgo de incendios forestales, sin embargo, en días de bajo riesgo debe aplicarse para la confiabilidad del suministro. [14]
Los reconectadores configurados incorrectamente o de modelos antiguos han estado implicados en el inicio o propagación de incendios forestales. La investigación sobre los incendios forestales del Sábado Negro de Australia en 2009 indicó que los reconectadores que funcionan como interruptores de circuito de disparo único con protección de falla a tierra sensible configurada a 500 mA reducirían el riesgo de inicio de incendios en un 80%. Cualquier forma de reconexión debe eliminarse en días de alto riesgo de incendio y la reconexión en general no debe aplicarse a fallas de falla a tierra sensible detectadas. [13]
Las empresas de servicios públicos victorianas respondieron a la Comisión Real convirtiendo parte de su red aérea en áreas de alto riesgo en cables subterráneos, reemplazando los conductores aéreos expuestos con cables aislados y reemplazando los viejos reconectadores con modernos ACR con comunicaciones remotas para garantizar que las configuraciones se puedan ajustar en días de alto riesgo de incendios forestales. [19]
{{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda ){{cite web}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )