Recierre Automático de Línea (ANSI 79)

¿Cuándo utilizar la función de Recierre Automático de Línea? Muchas veces pensamos que la función de recierre debe estar asignada a todos los esquemas de protección de las líneas de transmisión. Sin embargo, no todos los casos son iguales.

Como Ingenieros de Diseño debemos entender el uso correcto de la función de recierre para asegurarnos de que nuestro esquema de protección es seguro y eficiente acorde a la aplicación de cada proyecto.

¿Por qué se usa la función de Recierre Automático de Línea?

La función de recierre automático de línea, identificada con el número ANSI “79”, se usa porque alrededor del 80% y 90% de las fallas en las líneas aéreas son transitorias.

Esas fallas transitorias son causadas principalmente por altos voltajes transitorios inducidos por rayos que ocasionan una descarga disruptiva en los aisladores. También son causadas por el viento que hace que los conductores se muevan juntos para provocar una descarga disruptiva. O, por el contacto temporal con árboles movidos por el viento.

Por lo tanto, si desenergizamos la línea el tiempo suficiente para que desaparezca la fuente de la falla y se desionice el arco de falla, y luego volvemos a cerrar automáticamente el interruptor de potencia, podremos restaurar rápidamente la continuidad de servicio eléctrico en la línea. De este modo, con el recierre automático de línea se logra reducir significativamente el tiempo de interrupción del servicio eléctrico a los clientes.

Sin embargo, el recierre automático debe estar acompañado de la función de verificación de sincronismo (definida por el número ANSI 25). Con el objetivo de garantizar que el módulo y ángulo de los voltajes en ambos terminales del interruptor estén sincronizados y no genere una falla en el momento del recierre. Sólo hay dos escenarios en las que no es necesario utilizar la verificación de sincronismo:

  1. Si hay otras conexiones en el sistema eléctrico que mantienen los dos lados del interruptor en sincronismo.
  2. Si hay una fuente sincrónica en uno de los terminales del interruptor, mientras que en el otro terminal no hay ninguna fuente sincrónica.

Secuencia de Recierre Automático de Línea

El recierre puede ser de un sólo intento o puede operar con una secuencia de varios intentos en varios intervalos de tiempo. El primer intento puede ser instantáneo o con retraso.

Recierre Trifásico

En un disparo de recierre trifásico instantáneo, el tiempo que transcurre desde que se energiza la bobina de disparo hasta que se vuelven a cerrar los contactos del interruptor es de alrededor de 20 a 30 ciclos. Generalmente, esto es suficiente para permitir que el arco de falla se desionice durante el período en que el circuito está abierto y no se vuelva a encender el arco de falla con el recierre.

Sin embargo, lo anterior aplica cuando las tres fases están abiertas y no hay energía atrapada, como la de los reactores de derivación o la inducción de líneas paralelas.

Recierre Monofásico

En el caso de que el disparo de recierre sea en un solo polo, la energía acoplada de las fases sin abrir puede mantener el arco de falla activo. Por lo tanto, en recierres monofásicos se requieren tiempos de desionización más prolongados, por encima del 50%.

Después de la secuencia de operación, si los recierres son exitosos y se desioniza el arco de falla, el relé de recierre reinicia su secuencia de operación después de un intervalo de tiempo preestablecido. Para prepararse ante una nueva falla.

¿Qué pasa si permanece la falla?

Si después de la secuencia de operación el arco de falla prevalece, el relé de recierre se mueve a una posición de bloqueo para que no sea posible una operación automática adicional. De este modo, el circuito quedará abierto y bloqueado a la espera de que los operadores despejen la falla manualmente.

Una vez que los operadores hayan despejado la falla y corregido cualquier inconveniente físico en el sistema eléctrico, podrán cerrar manualmente el interruptor de potencia y quitar la condición de bloqueo. Aunque hoy en día las prácticas de reconexión son bastante variables. Dependerán del tipo de circuito, la tecnología de los relés y las filosofías de operación de cada empresa eléctrica. Por lo que, para aquellas subestaciones que están desatendidas y son operadas por sistemas de control remoto, los requisitos de reconexión pueden programarse en la automatización y controlarse desde una oficina de despacho central.

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Consideraciones Especiales del Recierre Automático

Se deben tomar en cuenta varias consideraciones especiales en el uso de la función de recierre automático de línea. Dependiendo de la topología del sistema eléctrico y de la ubicación de nuestro esquema de recierre, las consideraciones de diseño cambian drásticamente.

A continuación explicamos los casos especiales que debemos tomar en cuenta.

1. Alimentador Radial Aéreo

En el caso de un alimentador radial aéreo sin máquinas síncronas o con una carga mínima de motores de inducción, el uso de la función de recierre automático es efectivo para la restauración rápida del servicio.

Usualmente se usan tres o cuatro intentos de recierre para restaurar el servicio antes de bloquearse. En general, la secuencia de recierre suele ser la siguiente, aunque los tiempos específicos varían ampliamente:

  1. El primer recierre es instantáneo. Si la falla perdura, se realiza un nuevo disparo.
  2. El segundo recierre ocurre entre 10 y 20 segundos después del nuevo disparo. Si continua la falla, se realiza un nuevo disparo.
  3. El tercer recierre ocurre entre 20 y 145 segundos después del nuevo disparo.

Sin embargo, la tendencia más actual ha sido mantener el tercer tiempo de reconexión en el rango de 10 a 20 segundos en vista de las preocupaciones de seguridad pública.

Por otro lado, si se aplican 4 intentos de recierre, los intervalos de tiempo entre ellos suelen ser menores.

2. Alimentadores Subterráneos

Para alimentadores subterráneos generalmente no se usa el recierre automático. Porque las fallas en los cables tienden a ser permanentes, no transitorias. Por lo que requiere obligatoriamente la asistencia de los operadores para reparar el cable, o para sustituirlo, y posteriormente restablecer el servicio manualmente.

En el caso de que exista una combinación entre tramos aéreos y subterráneos en el mismo circuito, se utiliza el reenganche si la mayor longitud de la línea es aérea, con poca longitud subterránea.

3. Enlaces Industriales con Máquinas Síncronas y Motores de Inducción

En enlaces industriales con grandes cargas de motores o máquinas síncronas, y en enlaces que conectan fuentes de “cogeneración”, el recierre en la subestación de servicios públicos podría causar daños al equipo rotativo.

Esto es porque si hay una falla en el circuito de enlace, y se dispara el interruptor, durante el período abierto del interruptor las dos industrias o fuentes de generación estarán operando independientemente una de la otra. Si posteriormente se vuelve a cerrar el interruptor, se conectarán las dos partes fuera de fase, lo que generará picos de tensión y grandes pares mecánicos en el eje de las máquinas que pueden causar daños graves.

Por este motivo, en instalaciones con máquinas síncronas, el recierre debe retrasarse hasta que se retiren las máquinas del circuito. Luego, el recierre puede restaurar el voltaje y recoger las cargas estáticas y asincrónicas en la estación. Esto se puede lograr mediante las funciones de alta frecuencia, baja frecuencia, alto voltaje y bajo voltaje.

En cuanto a las instalaciones con motores de inducción, no se puede realizar el recierre hasta que el voltaje residual del motor haya disminuido al 33% del valor nominal. En general, el voltaje del motor de inducción disminuye muy rápidamente, ya que no hay campo que suministre la excitación.

4. Alimentador de Distribución con Múltiples Derivaciones con Fusibles

En el caso de alimentadores de distribución con múltiples derivaciones con fusibles, se suele utilizar una unidad de disparo instantáneo configurada para sobrepasar estos fusibles hasta el primer punto de seccionamiento del alimentador principal. Luego, se realiza el recierre automático, y si no se tiene éxito se bloquea la secuencia de recierre.

Esto evita que el fusible funcione ante una falla transitoria, y que sólo opere ante fallas permanentes. De este modo, podremos ahorrar el fusible y evitar las largas demoras que conlleva su reemplazo.

5. Recierre Automático de Líneas de Transmisión y de Subtransmisión

Las líneas que se utilizan para transferir energía entre subestaciones requieren que se vuelvan a cerrar ambas terminales para restaurar el servicio. El recierre se puede hacer a alta velocidad solo si hay suficientes enlaces paralelos en el sistema eléctrico para proporcionar un intercambio de energía entre los terminales de la línea aún cuando la línea esté desenergizada. Esto es necesario para mantener los voltajes en sicronismo y en fase en ambos extremos de la línea mientras está abierta.

En este sentido, la operación de recierre requiere el disparo simultáneo de los interruptores de ambos extremos de la línea a alta velocidad y trabaja en conjunto con los esquemas de Teleprotección (función ANSI 85). Si la función de Teleprotección no está habilitada, entonces no se debe usar el recierre automático, o debe bloquearse para evitar errores de disparo con las demás protecciones complementarias del sistema.

En el caso de que no haya enlaces paralelos que mantengan los voltajes en sincronismo en los terminales de la línea cuando está abierta, se utiliza el esquema de reconexión con relés de verificación de sincronismo (ANSI 25).

Los relés de verificación de sincronismo comprueban que los voltajes en ambos terminales del interruptor de potencia abierto estén dentro de los límites prescritos en valores de magnitud y ángulo. Y sólo permite el recierre si la magnitud y ángulo de voltaje están dentro de los valores preestablecidos. De lo contrario, bloquearía el recierre para evitar daños en el interruptor y en la estabilidad del sistema eléctrico.

6. Recierre en Líneas Cercanas a Grandes Plantas de Generación

Se recomienda no utilizar la función de recierre instantáneo en líneas que están cerca de grandes plantas de generación eléctrica. Debido a que el recierre instantáneo puede ocasionar daños en los ejes de las turbinas de las grandes unidades de generación.

Si ocurre una falla sólida a tierra cerca del generador, se reduce el voltaje de las tres fases a cero, de modo que no se puede transferir energía hasta que se elimine la falla. Luego de que los relés de protección disparen y el interruptor despeje la falla, por más rápido que estos operen, los voltajes en los dos lados del interruptor ya tendrán un ángulo diferente. Por lo que volver a cerrar da como resultado un choque repentino y un movimiento del rotor y oscilaciones y tensiones transitorias.

Estos efectos son acumulativos, por lo tanto, el daño real en la turbina puede ocurrir en algún momento en el futuro y puede disminuir la vida útil del equipo.

7. Recierre Automático de Línea con Transformadores o Reactores

Las líneas que terminan en un banco de transformadores sin un interruptor entre ellas, o las líneas con reactores en derivación, no deben volver a cerrarse automáticamente a menos que se pueda asegurar que la falla está en la sección de la línea.

Las fallas en los transformadores no son transitorias. Si el relé de protección del transformador detecta una falla, quiere decir que se trata de una falla permanente, y que requiere la asistencia de un operador para despejar la falla. Por lo tanto, no es prudente que haya un recierre por que va a volver a alimentar la falla en el transformador. Lo mismo ocurre en el caso del reactor en derivación.

En este sentido, el relé de protección del transformador puede tener funciones de bloqueo de recierre en el interruptor del lado de baja. Y puede enviar un disparo de transferencia para bloquear el recierre del interruptor del otro extremo de la línea.

8. Sincronización Automática para el Recierre

El relé de sincronización automática (ANSI 25) se puede aplicar tanto en subestaciones atendidas o desatendidas, o para sincronización manual. Este relé no ajusta los dos sistemas separados, sino que permite el recierre a medida que los voltajes se acerquen en fase cuando la diferencia de frecuencia sea pequeña.

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Referencias Bibliográficas

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

Protección de líneas | Schweitzer Engineering Laboratories (selinc.com)

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