Estas unidades de protección, selectivas
por naturaleza, comparan la corriente en los dos extremos de la sección
supervisada del sistema eléctrico.
Ver post: “Protección diferencial de Transformadores (ANSI 87 T)” en el
siguiente link:
Modo de
funcionamiento
En principio, cuando no hay un
defecto, las corrientes que entran en cada elemento de una instalación de
distribución de energía eléctrica son iguales, fase a fase, que las que salen.
La protección diferencial tiene como misión controlar estas igualdades, medir
la posible diferencia entre las dos corrientes (debida a un defecto) y, para un
umbral determinado, dar la orden de disparo. El elemento defectuoso queda
entonces aislado de la red (figura 1).
Esta protección permite
supervisar una zona bien delimitada por medio de un par de juegos de reductores
de corriente (o transformadores de corriente): es autoselectiva y puede,
por tanto, ser instantánea. Esta ventaja debe de conservarse durante los
períodos en los que se producen fenómenos transitorios; sin embargo, su
sensibilidad debe de limitarse a los fenómenos debidos a defectos y no a otros
que son normales (Corriente magnetizante de transformador, corriente capacitiva
de línea, corriente de error debida a saturación de los sensores de
intensidad…). Las características de los «transitorios» son peculiares para
cada elemento de la red: las protecciones diferenciales son, por tanto,
tecnológicamente «especiales», según sea:
- diferencial de líneas y cables,
- diferencial de juego de barras,
- diferencial de transformador,
- diferencial de motor,
- diferencial de alternador.
a - protección
diferencial de un cable: ante un defecto, los dos interruptores automáticos
abren,
b - protección
diferencial de una máquina, motor o alternador,
c - protección
diferencial de transformador: si hay fuentes aguas abajo, ante un defecto abren
los dos interruptores automáticos,
d - protección
diferencial de un juego de barras: si hay fuentes aguas abajo, ante un defecto,
abren todos los interruptores automáticos.
Figura 1: Ejemplo de
empleo de la protección diferencial.
El empleo de esta protección
queda limitado porque necesita un cableado (cables piloto o conexiones de los
secundarios de los transformadores de corriente), unos reductores de corriente,
y unos ajustes especialmente delicados para asegurar que no se produzcan
disparos intempestivos. Se usa cada vez que es obligatorio eliminar muy
rápidamente un defecto:
- reducción del tiempo aguas arriba en una cadena de selectividad cronométrica, por supresión de un eslabón de esta misma cadena,
- mejora de la estabilidad dinámica de una instalación que tiene máquinas rotativas,
- protección suplementaria de un elemento de gran importancia por su valor intrínseco o por las consecuencias inaceptables de su desconexión por un fallo…
La instalación de este tipo de
protección impone también ciertas obligaciones:
- un TI -Transformador de Intensidad- en cada fase y en cada extremo de la zona controlada.
- una conexión entre los dos dispositivos para la protección diferencial de cable. Antes de decidirse por esta protección es conveniente asegurarse de su eficacia para todo tipo de defectos imaginables. En efecto, el principio de detección utilizado frecuentemente para una protección diferencial con hilo piloto, hace que la sensibilidad dependa de la fase defectuosa y del tipo de defecto (fase-fase o fase-tierra).
- para la protección diferencial de una máquina: los extremos de los bobinados del lado del neutro deben de ser accesibles, para conectar los TI
- para la protección diferencial de un transformador:
o
según que el relé de protección se instale en la
celda aguas arriba o aguas abajo, el cableado hacia el otro juego de TI será
relativamente largo; es entonces necesario vigilar su sección (consumo) y su
trazado (perturbaciones).
o
si el
régimen de neutro es muy diferente de una parte a otra del transformador, los
defectos «a tierra» no siempre son todos detectables; en estos casos hay que
hacer un tratamiento especial.
- para la protección diferencial de un juego de barras: con ciertos tipos de aparatos todos los TI deben de tener un mismo rendimiento e igual al del mayor TI. Esta protección de alta impedancia, usada sobre todo en los países de influencia anglosajona, presenta graves dificultades:
o
para la derivación de los circuitos secundarios
de los TI, cuando el juego de barras alimenta numerosas salidas con diferentes
configuraciones;
o
para la realización de los cableados, porque su
gran impedancia puede, durante el defecto, inducir sobretensiones en el
cableado de los secundarios de los TI. Estas sobretensiones pueden necesitar la
colocación de dispositivos supresores de sobretensiones.
Principios de
detección diferencial
Existen dos principios básicos según el modo de
estabilización:
- Protección diferencial de alta impedancia: el relé está conectado en serie a una resistencia de estabilización Rs en el circuito diferencial (figuras 2 y 3).
- Protección diferencial basada en porcentaje: el relé está conectado de forma independiente a los circuitos que transmiten las corrientes IA e IB. La diferencia entre las corrientes IA e IB está determinada en la unidad de protección y la estabilidad de protección se obtiene mediante una retención relacionada con la corriente circulante (fi guras 4 y 5)
Ventajas
- Protección sensible a la corriente de defecto menor que la corriente nominal del equipo protegido.
- Protección de zona que puede dispararse de manera instantánea.
Inconvenientes
- El coste de la instalación es elevado.
- Se necesitan conocimientos para instalar el sistema.
- Se debe incluir una función de reserva de máxima intensidad.
Comparación de los dos principios
- Protección diferencial de alta impedancia:
o Los TI aguas arriba y aguas abajo deben tener
las mismas corrientes nominales (primaria y secundaria).
o Se elige la resistencia de estabilización para
evitar que se dispare por fallos externos con un TI saturado y para permitir
que el TI alimente el relé.
o El relé es relativamente sencillo, pero requiere
el uso de resistencias de estabilización.
- Protección diferencial basada en porcentaje:
o
Se puede adaptar para que se ajuste al equipo
que se va a proteger.
o
El relé es relativamente más complejo pero es fácil
de usar.
FUENTES:
Schneider
Electric: Guía de protección
Schneider
Electric: Protección de redes de AT, industriales y terciarias (André Sastre).
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