Los relés en los DER
Hay considerables diferencias en el rendimiento bajo fallo
entre los tres tipos básicos de DER: máquinas síncronas, máquinas de inducción
y fuentes basadas en inversor. Las aplicaciones DER tales como células de
combustible, turbinas eólicas, fotovoltaica y microturbinas a menudo requieren
inversores para interactuar con la red.
Actualmente, el DER basado en inversor proporciona una
contribución mínima al equilibrio de potencia en los sistemas de distribución.
Sin embargo, se espera que en los próximos años entren en línea muchas más
instalaciones DER. Cuando el nivel de penetración del DER se incrementa, el
efecto del DER no se considerará mínimo.
La contribución de una unidad DER pequeña no es
significativa; sin embargo, las contribuciones de muchas pequeñas unidades
pueden alterar el nivel de corriente bastante para causar descoordinación de la
protección de sobrecorriente, operación inapropiada del fusible o fallos en la
detección. Un sistema DER puede tener impacto en la coordinación del fallo de
un sistema al punto que se requieren cambios en el ajusta del relé y
dimensionado del fusible. Añadiendo una fuente de fallo al sistema, la
corriente de fallo total vista por el relé se reduce, perdiéndose sensibilidad.
La cantidad de DER en un circuito de distribución es
referido como el nivel de penetración. Típicamente se define como la potencia
nominal del DER dividido por la carga pico del circuito. Algunos informes han mostrado que incluso con
relativamente bajos niveles de penetración (10 %), puede ser importante
analizar el impacto que tendría en la operación del sistema. DER puede tener
impacto mayor en la protección del mecanismo de alimentación, pero el nivel al
que ocurre depende de cómo el DER se distribuye a través del mecanismo de
alimentación. Para niveles de penetración DER por encima del 10 % (DER es
profundamente dependiente de las cargas de alimentación), la regulación del
voltaje puede ser un problema serio que debe ser evaluado.
Las corrientes de fallo altas pueden también afectar a la
operación de reconexión (RC). Los dispositivos RCs actúan como interruptores de
circuitos. Sin embargo, RCs pueden ser programados para intentar restablecer la
conexión del circuito unos pocos ciclos después de que el fallo haya ocurrido.
Esta acción es garantizada en el nivel de distribución debido a que la mayoría
de los fallos son del tipo simple línea a tierra y típicamente son temporales
en naturaleza. Es posible que la corriente de fallo extra desde el DER pueda
exponer a RCs a tensiones mecánicas y térmicas más allá de sus límites. Las
corrientes de fallo extra pueden también impactar en la operación del fusible, y
puede causar que el fusible entre más pronto o más tarde de lo que la
protección requiere. Esto puede causar que el fusible – RC se descoordine y
tenga impacto considerable en la fiabilidad del mecanismo de alimentación.
Una propiedad única de un DER basado en inversor es la
interface de electrónica de potencia. La electrónica de potencia tiene la
capacidad de controla la contribución de la corriente de fallo. Típicamente, el
DER basado en inversor está diseñado para actuar como fuentes de corriente
ideales. Por lo tanto, proporcionan contribuciones de corriente de fallo
mínimas y tienen poco efecto en la protección de sobrecorriente y estrategias
de coordinación para fusibles e interruptores de circuitos. Sin embargo, esto
puede no ser siembre verdad con penetración incrementada (10 % o más).
Análisis de cortocircuito
Los estudios de cortocircuito aseguran que el amplio rango
de equipos eléctricos para generar, transmitir, y distribuir energía eléctrica
está suficientemente dimensioando para interrumpir o resistir corrientes de
cortocircuito. El equipo eléctrico y los dispositivos de protección deben estar
diseñados apropiadamente para tales eventos. Sin embargo, los cortocircuitos en
los EDS no pueden eliminarse completamente. En vez de eso, el propósito total
es mitigar y, en cierta extensión, contener sus efectos perjudiciales. El
primer propósito de la protección de cortocircuito es resolver fallos
rápidamente y prevenir explosiones y otros daños en los equipos tales como
transformadores y cables. El segundo paso es establecer prácticas que reducen
el impacto de los fallos y mejoran lo siguiente:
- Fiabilidad para coordinación apropiada de los dispositivos de protección para aislar la porción más pequeña posible del sistema y afectar a algunos clientes.
- Calidad de potencia reduciendo la duración de los hundimientos de voltaje. Prácticas de coordinación afectan el número y severidad de las interrupciones momentáneas.
Hay varios tipos de fallos que pueden ocurrir en los EDS.
Ocurre un fallo trifásico cuando las tres fases entran en contacto cada uno con
la otra y es el tipo de fallo menos común. Un fallo a tierra de la línea a
tierra es el tipo más común de cortocircuito y ocurre cuando una fase de
potencia transmitida entra en contacto con la trayectoria de corriente alterna
o tierra. Por ejemplo, una rama de árbol cae inadvertidamente en una línea de
potencia. Ocurre un fallo línea a línea cuando dos fases eléctricas entran en
contacto una con otra.
La corriente de fallo trifásica típicamente proporciona la
corriente de fallo disponible más alta. Sin embargo, hay situaciones donde éste
no es el caso. Por ejemplo, si ocurre un fallo simple de línea a tierra y hay
una trayectoria a tierra efectiva para la corriente, entonces varias fuentes de
corriente pueden contribuir a este fallo y exceden la corriente trifásica. Esto
dependerá de cómo la fuente de corriente de fallo o fuentes son conectados al
sistema (ej. conexión de transformador estrella o triángulo).
En operación bajo estado estacionario, la potencia generada
por la fuente es igual a la potencia que se está consumiendo por la carga. La
impedancia de la carga es el principal determinante de la magnitud de la
corriente. Cuando una carga adicional (ej. aire acondicionado) se enciende, la
impedancia de la carga total se reduce, dando como resultado un incremento en
el flujo en el devanado de la armadura de la máquina rotatoria. Este incremento
en corriente causará en el rotor de la
máquina una reducción de velocidad debido a la reactancia de la armadura.
Debido a este incremento en la demanda de carga, la frecuencia del sistema de
potencia se desviará ligeramente hacia abajo. En orden de mantener la
frecuencia constante la turbina del generador debe responder con par adicional
para acoplar esta nueva demanda de potencia.
Un fallo en un EDS típico se comporta como un circuito
inductivo resistido con el conmutador en posición cerrado.
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