Deslastre de Carga por Baja Frecuencia

¿Por qué se realiza deslastre de carga por baja frecuencia? ¿Por qué se interrumpe el suministro eléctrico en algunos sectores de la ciudad si no hay una falla evidente en la red eléctrica de ese sector?

Existen muchas razones por las que se desconecta intencionalmente un sector de la ciudad por un tiempo determinado. Una de esas razones es que la demanada de consumo energético aumente significativamente y sobrepase las capacidades de generación del sistema eléctrico. Esto ocasiona que la frecuencia del sistema decaiga por debajo de un límite aceptable y, si no se corrige, puede resultar en el cierre total del sistema eléctrico.

Por lo tanto, con el objetivo de evitar un apagón en la red eléctrica, se procede a desconectar intencionalmente algunos sectores de la red hasta que la carga demandada coincida con la generación disponible en ese momento. A esto es a lo que llamamos “Deslastre de Carga“.

De aquí viene la necesidad de utilizar relés de baja frecuencia en los sistemas eléctricos, ya que su función principal es detectar sobrecargas.

¿Qué ocurre cuando hay sobrecargas moderadas en el sistema eléctrico?

Usualmente, los sistemas de energía se operan de manera que los generadores no funcionen a plena capacidad, para que tengan una reserva de energía. De este modo, cuando hay cambios de carga normales y sobrecargas moderadas pueden ser absorbidos por la reserva giratoria en el sistema de generación eléctrica.

Por lo general, a los propietarios de las plantas de generación se les suele pagar por la generación mantenida en reserva. Por lo tanto, las sobrecargas moderadas dan como resultado pequeños incrementos de velocidad y reducción de frecuencia que activan a los gobernadores para aumentar la entrada del motor primario (como la entrada de mayor caudal de agua en las turbinas hidráulicas). Es decir, ocurre un intercambio de energía cinética de las masas giratorias del sistema hasta que el sistema pueda ajustarse a un nuevo equilibrio de carga-generación.

¿Qué ocurre cuando hay sobrecargas excesivas en el sistema eléctrico?

Usualmente, las sobrecargas excesivas aparecen en el sistema eléctrico cuando hay condiciones climáticas extremadamente cálidas. También ocurren cuando hay tormentas provocando múltiples interruptciones de las instalaciones claves del sistema, ocasionando patrones de flujo de carga inusuales.

En este escenario, el sistema eléctrico se torna vulnerable y las protecciones de línea podrían disparar asumiendo las fallas en su zona. Esto causaría una reacción en cadena dando como resultado que partes del sistema eléctrico se separen en islas.

Cuerpo Articulo Deslastre de Carga por Baja Frecuencia

Cuando se forman islas dentro de un sistema de potencia, existe una alta probabilidad de que exista un desajuste de generación y carga dentro de la isla. Si existe un exceso de generación, la frecuencia aumentará y la generación retrocederá en un intento de crear un equilibrio adecuado. Por otro lado, si la carga excede la generación, la frecuencia caerá y la carga debe limitarse para crear un equilibro aceptable antes de que las protecciones del generador operen y se caiga toda la red eléctrica.

En general, la tasa de caída de frecuencia en tales situaciones es relativamente rápida. La velocidad a la que cae la frecuencia es una función variable con el tiempo, dependiendo de la cantidad de sobrecarga, la constante de inercia del sistema, y las variaciones de carga y generación a medida que cambia la frecuencia.

Por lo tanto, como la caída significativa en la frecuencia suele ocurrir en unos pocos segundos, no hay suficiente tiempo para que un operador tome la acción para el deslastre de carga oportuno. Por esta razón, es necesario proporcionar instalaciones automáticas de deslastre de carga de baja frecuencia para que la operación sea rápida.

Sistema Automático de Deslastre de Carga por Baja Frecuencia

La clave para detectar sobrecargas en partes del sistema eléctrico está en la monitorización de la caída de frecuencia, o de la tasa de disminución de la frecuencia.

En los grandes sistemas eléctricos, son innumerables las causas que pueden ocasionar un desequilibrio entre la carga y la generación de energía. Por lo que resulta difícil determinar con rapidez y precisión dónde y qué acción se debe tomar. Sin embargo, lo recomendable es instalar relés de baja frecuencia en varios puntos de carga y configurarlos para eliminar progresivamente los bloques de carga hasta que se detenga la caida de frecuencia y vuelva a la normalidad. Para esto también es útil el relé de tasa de cambio de frecuencia.

Cualquier medida en un punto del sistema, como con los relés de frecuencia o de tasa de cambio, es una aproximación al problema. Como resultado, en general, probablemente se elimine más carga de la que realmente sería necesaria, pero es mucho más importante evitar un apagado masivo.

Lo recomendable es ubicar los relés de forma distribuida en todo el sistema, configurados con diferentes niveles de frecuencia para disparar cantidades variables de carga. Tomando en cuenta que, en la medida de lo posible, primero se eliminan las cargas no esenciales.

¿Cómo se restaura la carga nuevamente?

Después del deslastre de carga, hay que esperar que el sistema se estabilice y que la capacidad de generación esté disponible para satisfacer la carga caída. Luego, comienza la restauración automática de la carga usando relés de frecuencia. Las cargas deben agregarse en pequeños incrementos, con intervalos de tiempo suficientes para que el sistema se ajuste y evitar volver a caer en un escenario de baja frecuencia.

Los relés de frecuencia se identifican con el número ANSI 81. Son extremadamente precisos y funcionan contando los cruces por cero del voltaje filtrado del sistema de corriente alterna.

Conclusión

En términos generales, la práctica del deslastre de carga por baja frecuencia ha evitado grandes apagones y ha limitado algunos apagones a sectores pequeños con tiempos de interrupción mínimos. Sin embargo, no se pueden anticipar todas las posibilidades de que sigan ocurriendo apagones.

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Referencias Bibliográficas

Taylor and Francis Group, LLC. (2006). Protective Relaying, Principles and Applications. Third Edition.

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