La teleprotección en subestaciones eléctricas es un elemento muy importante y necesario para garantizar la confiabilidad y la seguridad de las redes de transmisión y distribución de energía eléctrica.
Los mecanismos de teleprotección permiten tanto la detección rápida y precisa de fallas en las líneas de transmisión como la toma de medidas inmediatas para aislarlas. De esta forma, se minimizan las interrupciones del suministro eléctrico, se evitan daños costosos en equipos y se mejora la calidad del servicio.
Por otro lado, la teleprotección en subestaciones es algo que facilita precisamente la coordinación entre subestaciones y la comunicación de datos críticos para la operación y el mantenimiento eficiente de la red de distribución eléctrica.
Antes de entrar en detalle, comencemos por los aspectos más básicos:
¿Qué son las subestaciones eléctricas?
Las subestaciones eléctricas son instalaciones clave en la infraestructura de transmisión y distribución de energía. Su función principal es transformar, regular y distribuir la electricidad de manera eficiente y segura, garantizando su suministro a diferentes sitios de las ciudades, poblados, zonas rurales o áreas industriales.
¿Qué es un sistema de teleprotección en subestaciones?
Un sistema de teleprotección en subestaciones es un conjunto de dispositivos y tecnologías utilizados para proteger y controlar de manera remota las instalaciones y los equipos en una subestación eléctrica.
En este sentido, las soluciones de teleprotección en subestaciones sirven para detectar y aislar rápidamente fallas o problemas en la red eléctrica, minimizando así el tiempo de interrupción del suministro de energía y manteniendo la seguridad del sistema.
¿Cómo funcionan las teleprotecciones eléctricas?
Como hemos mencionado, la función de los mecanismos de teleprotección en subestaciones es asegurar que, en caso de una anomalía o falla en el sistema eléctrico, se aísle y desconecte la parte afectada de la red eléctrica mientras se mantiene el suministro de energía en el resto del sistema.
Para lograrlo, la teleprotección en subestaciones eléctricas funciona de la siguiente manera:
- Detección de la falla: cuando ocurre una falla, como un cortocircuito o una sobrecarga, los relés de protección ubicados en la subestación detectan la anomalía.
- Localización de la falla: los relés de protección determinan la ubicación aproximada de la falla mediante la medición de la corriente, el voltaje y otros parámetros eléctricos en la línea. De esta manera se logra identificar qué parte de la red eléctrica está afectada por la falla.
- Comunicación de la información: una vez que se detecta la falla y se localiza, la información se envía de forma inmediata y remota a través de un sistema de comunicación (que forme parte del mecanismo de teleprotección de subestaciones), que puede ser fibra óptica, microondas, radio u otras tecnologías de transmisión de datos. Esta información se envía al centro de control o sala de operaciones, donde se toman decisiones sobre cómo responder a la falla.
- Coordinación de la protección: en el centro de control se utilizan algoritmos y sistemas de coordinación para determinar la mejor acción a tomar, lo cual podría implicar la apertura de interruptores o disyuntores en la subestación para aislar la parte afectada de la red eléctrica. La coordinación es fundamental para evitar que toda la red se desconecte innecesariamente.
- Envío de órdenes de operación: luego que se ha tomado la decisión de aislar la falla, se envían comandos a los interruptores o dispositivos de desconexión en la subestación para abrir las secciones apropiadas de la red eléctrica. Con ello se logra aislar la falla sin afectar el suministro de energía en otras áreas.
- Restauración del servicio: después que se ha completado la reparación o se han tomado las medidas adecuadas para abordar la falla, se emiten comandos para restaurar el suministro de energía en las áreas afectadas de la red eléctrica.
- Monitoreo continuo: los sistemas de teleprotección en subestaciones continúan monitoreando la red eléctrica después de que se haya resuelto la falla para garantizar que no haya problemas adicionales.
¿Qué función cumplen los relés de protección?
Como has visto en el segmento anterior, los relés de protección cumplen una función clave en la teleprotección de subestaciones. Estos relés son dispositivos electrónicos sensibles que monitorean constantemente el estado de la red eléctrica y los equipos en la subestación. Su principal función es detectar anomalías y fallas en el sistema eléctrico y tomar medidas para proteger equipos, líneas y personas.
Para ello, los relés de teleprotección en subestaciones se encargan de detectar condiciones como las siguientes:
- Corrientes eléctricas que superan los niveles normales o seguros en una línea o equipo.
- Aumentos inusuales de tensión que pueden dañar equipos sensibles.
- Situaciones de bajo voltaje que podrían ser perjudiciales para equipos o procesos sensibles.
- Cortocircuitos, condiciones en las que la corriente eléctrica fluye de manera anormalmente alta debido a una conexión directa entre conductores.
- Corrientes de fuga a tierra, lo que indica un posible peligro de choque eléctrico o daños en el sistema.
También, los relés de teleprotección en subestaciones se encargan de:
- Coordinarse entre sí en una red eléctrica para garantizar que, en caso de una falla, solo se desconecte la parte del sistema eléctrico que está afectada.
- Regular la tensión y la frecuencia dentro de límites aceptables en una red eléctrica.
- Enviar datos sobre eventos y condiciones al centro de control.
¿Cuáles son las protecciones de un transformador?
Las protecciones de un transformador incluyen varias características y dispositivos diseñados para identificar y responder a condiciones anormales que puedan afectar su funcionamiento. Estas protecciones son críticas en los mecanismos de teleprotección de subestaciones, e incluyen las siguientes:
- Protección de sobrecorriente: detecta corrientes que superen los niveles nominales y protege contra sobrecargas y cortocircuitos.
- Protección de sobretensión: protege contra sobretensiones que pueden dañar el aislamiento del transformador.
- Protección de baja tensión: evita la operación del transformador a tensiones inferiores a las nominales para prevenir daños en el equipo.
- Protección de alta tensión: protege el transformador de condiciones de alta tensión en la red eléctrica.
- Protección de pérdida de fase: detecta la pérdida de una fase en la alimentación y evita que el transformador funcione en condiciones anormales.
- Protección de temperatura: monitorea la temperatura del transformador y activa alarmas o desconexiones si se excede un umbral seguro.
- Relé de desequilibrio de corriente: detecta desequilibrios significativos en las corrientes de las fases.
- Protección contra falla a tierra: detecta fallas a tierra en el transformador y toma medidas para evitar daños.
- Protección de saturación del núcleo: monitorea las condiciones del núcleo del transformador y evita la saturación del mismo.
- Protección de sobretemperatura: utiliza sensores de temperatura para detectar un aumento significativo de la temperatura en el transformador.
- Protección de frecuencia: protege el transformador contra cambios en la frecuencia de la red eléctrica que podrían afectar su funcionamiento.
- Protección de pérdida de aceite: vigila el nivel de aceite en el transformador y detecta fugas para evitar daños graves.
¿Qué es la protección de distancia?
La protección de distancia es un tipo de sistema de protección eléctrica utilizado en sistemas de transmisión y distribución de energía eléctrica para detectar y aislar fallas en líneas de transmisión o circuitos de distribución. De aquí que su uso sea tan necesario como parte de la teleprotección en subestaciones.
La mayor característica de la protección de distancia es que utiliza la medición de la impedancia eléctrica entre el punto de protección y el punto de falla para determinar si una falla ha ocurrido y en qué lugar de la línea se encuentra.
Para ello, cada tramo de la línea se divide en zonas de protección con curvas de distancia específicas. Cuando ocurre una falla, el sistema compara la impedancia medida con estas curvas. Si coincide con una zona, se activa la protección en ese punto, generalmente abriendo interruptores para aislar la falla.
Esquemas de teleprotección en subestaciones eléctricas
Los esquemas de teleprotección en subestaciones eléctricas son configuraciones y estrategias para la implementación de sistemas de teleprotección con el objetivo de detectar y aislar fallas en una red eléctrica.
Debes saber que la elección de un esquema de teleprotección en subestaciones depende de la topología de la red eléctrica, los equipos disponibles y los requisitos de seguridad y confiabilidad. En este sentido, puede ser necesaria la combinación de múltiples esquemas y tecnologías para así proporcionar una protección efectiva y redundante en una subestación eléctrica.
A continuación, te presentamos algunos esquemas de teleprotección en subestaciones:
- Esquema POTT para la teleprotección en subestaciones
El esquema POTT (Permissive Overreaching Transfer Trip o Transferencia de disparo permisivo por sobrealcance) funciona mediante la medición de la impedancia eléctrica de la línea y la comunicación entre relés de protección en ambos extremos.
Cada relé tiene curvas de características de distancia configuradas, representando cómo cambia la impedancia con la distancia. Cuando ocurre una falla, el relé en el extremo donde se detecta la falla envía una señal de teleprotección al extremo opuesto. El relé receptor verifica la señal y compara la impedancia medida con las curvas de distancia. Si coincide, se toman medidas de protección, como la apertura de interruptores.
- Esquema PUTT para la teleprotección en subestaciones
El esquema PUTT (Permissive Underreaching Transfer Trip o Transferencia de disparo permisivo por bajo alcance) funciona de la siguiente manera: cuando ocurre una falla en una línea, el relé de protección en el extremo donde se detecta la falla envía una señal de «disparo» al extremo opuesto.
En lugar de desencadenar la protección en función del alcance de distancia, como en el esquema POTT, PUTT utiliza un «alcance subyacente» más corto. El relé receptor verifica la señal y si la impedancia medida está dentro del alcance subyacente, se activa la protección, lo que permite una respuesta más rápida en situaciones de falla.
- Esquema DT para la teleprotección en subestaciones
En el esquema DT (Direct Trip o Transferencia de disparo directo), si un relé de protección en un extremo de una línea de transmisión detecta una falla, envía una señal de disparo directamente a los interruptores o disyuntores en el extremo opuesto de la línea. Esta señal causa la apertura instantánea de los dispositivos de protección en ambos extremos, aislando la falla de manera rápida y efectiva.
El esquema DT para la teleprotección en subestaciones es altamente selectivo y se utiliza en aplicaciones donde la velocidad de respuesta es crítica para evitar daños en la red eléctrica.
Uno de los procesos más importantes en la teleprotección de subestaciones es la monitorización. Para aumentar la efectividad y reducir los márgenes de error es necesario utilizar sistemas de última generación como CMC III (Computer Multi Control) de Rittal. Se trata de un sistema de monitorización compuesto por unidades de proceso, unidades de mando, sensores, fuentes de alimentación y más.
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