Protección de barras

En los sistemas de baja tensión las barras se protegen con un totalizador, que sirve de respaldo a los interruptores termonagnético que se encuentran conectados a la barra. (ver figura 1)

Figura 1. Protección de barras con totalizador

Si la barra es de alta tensión y de poca importancia, el sistema se puede operar sin protección especial de barras, pero asegurando de todas maneras su protección por medio de los relés de las líneas asociadas con la barra, pero en una barra adyacente como muestra la Fig. 2, como la protección usada es de respaldo, ésta será lenta y menos selectiva, y desconecta por tanto, innecesariamente las cargas derivadas de la línea.

Figura 2. Protección de barras con relés de respaldo

Si la importancia de la barra justifica una protección independiente para ella se pueden colocar relés direccionales de sobrecorriente como se muestra en la Fig. 3a.

Figura 3a. Protección direccional de sobrecorriente.

Para realizar la protección de tierra se puede asilar la estructura que soporta la barra y sus aparatos interconectando todos los tableros, tanques de interruptores, etc; por medio de una sola conexión a tierra a través de un CT que alimenta un relé de sobrecorriente como se muestra en la Fig. 3b.

Figura 3b. Protección para fallas usando un relé de sobrecorriente

Protección diferencial

Una de las aplicaciones de la protección diferencial es la de proteger las barras de una subestación, donde las fallas normalmente suelen ser bastante severas. Dada su selectividad inherente, pueden ajustarse de modo que despeje la falla rápidamente a fin de evitar mayores daños y un compromiso mayor de las instalaciones. El principio de funcionamiento de todas las protecciones diferenciales se basa en la comparación entre la intensidad de entrada y la de salida, en una zona comprendida entre dos transformadores de medida de intensidad, de tal forma que, si la intensidad que entra en la zona protegida no es la misma que la que sale significará que existe una fuga de corriente y por tanto algún defecto, por consiguiente circulará una determinada intensidad por el relé provocando el disparo del mismo. Por el contrario cuando la corriente que entra es igual a la que sale, la corriente diferencial Id = 0, no circulará corriente por el relé diferencial R y por tanto este no actuará (ver figura 4).

Figura 4. Diagrama esquemático de un relé diferencial

Las protecciones diferenciales se utilizan en subestaciones eléctricas de alta tensión para la protección de los siguientes equipos eléctricos:

Protección de líneas y cables. Protecciones de barras. Protecciones de transformadores o autotransformadores. Protecciones de reactores.

Protección diferencial de corriente con CT´s

La Figura 5 muestra su aplicación a una barra con cuatro circuitos. Todos los CT tienen la misma relación de transformación nominal y están interconectados de tal forma que para corrientes de carga ó para corrientes que fluyan hacia una falla externa más allá de los CTs de cualquier circuito, no deberá fluir corriente por la bobina del relé.

Figura 5. Protección de barras con relés de baja impedancia

Con relés de alta impedancia

Para la aplicación de la protección diferencial con CTs y relés de alta impedancia (Figura 6), a la protección de barras se deben tener en cuenta dos cosas. Una, que el relé no opere cuando ocurre una falla externa y se sature un transformador de corriente, y la otra que opere cuando exista un corto en al barra. Para que no opere cuando la falla es externa se debe asegurar que la tensión de operación del relé sea mayor que la tensión existente en el transformador de corriente saturado, esto es:

Para ello, si es necesario, se le coloca una resistencia en serie con el relé, reduciendo de esta forma el voltaje correspondiente. Esto seria, entonces:

Para que el relé opere en caso de falla en la barra, la corriente por el rele debe ser mayor que la corriente de operación, esto es:

Vale la pena aclarar que la corriente por el relé será:

Siendo: R p = Resistencia paralela al relé.R = R rele + R est = Resistencia de la rama del relé.I = Suma de las corrientes secundarias de los CTs.

Esto se debe que para limitar el voltaje por el relé a un valor no destructivo en caso de falla en la barra, se coloca una resistencia en paralelo (R p).

Siendo V max.rele la máxima tensión que soportaría el relé sin dañarse en el tiempo que dura el cortocircuito.

El circuito está en forma unificar, esto es, en la práctica se tendrán tres aparatos por cada elemento mostrado.

Figura 6. Conexión de CT protección diferencial con relés de alta impedancia.

Cuando se presenta una falla en una de las salidas, se puede producir saturación del CT, debido a la componente transitoria de C.D. de la corriente de cortocircuito, o sea que ese transformador se comporta como un cortocircuito como se muestra en al Fig. 7

Figura 7. Circuito equivalente de la conexión diferencial con un CT saturado.