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 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 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 de funcionamiento 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. [3] 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. [4] 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. [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 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).
Los reconectadores automáticos se fabrican en versiones monofásica [6] y trifásica , utilizando interruptores de aceite, de vacío o de hexafluoruro de azufre (SF 6 ). 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. [7] [8]
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. [9]
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. [10] Los reconectadores eran originalmente dispositivos hidráulicos llenos de aceite con capacidades rudimentarias de protección mecánica y relés. 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. [11] [12]
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 al restablecer 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.
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.
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 pueden configurarse para que se disparen a velocidades mucho más bajas. niveles de potencia. En consecuencia, un solo evento en la red cortará sólo la sección manejada por un único reconectador, mucho antes de que la estación alimentadora 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 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 .
La clase principal de tipo de falla en una red aérea de distribución 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.
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.
La protección sensible de falla a tierra en reconectadores generalmente está configurada para 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, [13] sin embargo, nunca deben usarse como reconectadores en esta aplicación, solo como disyuntores distribuidos de un solo disparo que permiten una sensibilidad para verificar la existencia de estas fallas. [14]
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.
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 circuito de distribución del propio cliente, es posible que vea uno o varios cortes breves y completos seguidos de una operación normal (cuando el reconectador automático logra restaurar la energía después de que se haya solucionado una falla transitoria) o un corte completo del servicio (cuando el reconectador automático logra restablecer la energía después de que se haya solucionado una falla transitoria). agota su máximo de 4 reintentos).
Si la falla está en un circuito adyacente al del cliente, el cliente puede ver varias "caídas" breves (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.
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 grande, 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. [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 clasificación de protección son demasiado pequeños para proporcionar una coordinación de protección eficaz entre activos eléctricos.
El riesgo de incendio es un riesgo innato de una red aérea de distribución. Independientemente de la elección del cuadro de protección de distribución, el riesgo de incendio siempre es mayor en los conductores aéreos que en los subterráneos. [13]
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 debe aplicarse para garantizar la confiabilidad del suministro. [14]
Los reconectadores mal configurados o de modelos antiguos han estado implicados en el inicio o 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 un solo disparo 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. [13]
Las empresas de servicios públicos de Victoria 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 reconectadores antiguos con ACR modernos con comunicaciones remotas para garantizar que la configuración se pueda ajustar en caso de incendios forestales intensos. días de riesgo. [19]
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