Tratando con Corrientes Inrush

Técnicas para resolver disparos indeseados al energizar alimentadores de distribución

Las fallas de arco en equipos eléctricos de media tensión pueden ser devastadoras. Son algunas de las más temidas de la industria. Pueden causar liberación de energía en proporciones astronómicas con temperaturas que sobrepasan los 35,000 grados.

Si una falla de arco ocurriera en un equipo sin una despresurización adecuada, el equipo se convierte en una bomba, fragmentándose tras la descarga energética masiva, dispersando esquirlas y metal derretido en las cercanías.

La única manera de prevenir que las fallas de arco causen una explosión de gran magnitud, es diseñar equipos que puedan liberar la presión de manera segura. El diseño debe estar sujeto a pruebas tipo, así como cumplir con estándares que garanticen la seguridad pública.

Para equipos de distribución eléctrica como los reconectadores para montaje en poste, la prioridad es inclusive mayor. No sólo es el riesgo de la explosión en una subestación; sino que, además, puede ocurrir en la ciudad, la periferia o el campo. Si un equipo de montaje en poste no cuenta con ventilación para fallas de arco, las consecuencias de una explosión pueden ser desastrosas.

En la actualidad, la distribución de electricidad sería imposible sin el apoyo de las líneas eléctricas que transportan la energía al usuario final. Pero las líneas eléctricas desenergizadas también requieren energización antes de entregar energía eléctrica. Cuando se considera una distancia corta, la impedancia de la línea eléctrica se considera casi exclusivamente resistiva, pero a medida que la longitud crece, la línea eléctrica comienza a presentar componentes reactivos cada vez mayores. Simplificando, una línea eléctrica larga a menudo puede tener un componente capacitivo intrínseco. Al energizar la línea, el efecto capacitivo absorbe grandes corrientes a medida que las líneas se cargan. Esto también puede tener un efecto similar a la corriente inrush de un transformador, pero usualmente es a menor escala. Es importante tenerlo en cuenta, ya que los efectos combinados de las corrientes de carga del transformador y la línea pueden causar disparos no deseados, para frustración del ingeniero y operador de la compañía eléctrica. Entonces, ¿cómo abordamos este fenómeno en el campo?

El diseño de protecciones eléctricas consiste en comprender qué métricas del sistema tenemos disponibles para tomar una decisión selectiva sobre si una falla es genuina o falsa. También debemos asegurarnos de no tener falsos negativos, sino minimizar nuestros falsos positivos. Por lo tanto, no querrás arriesgarte a no disparar, porque pensaste que era una corriente inrush, pero resultó ser real. Al mismo tiempo, preferirías no disparar con una corriente inrush, ya que es un «falso positivo» y una pérdida de ingresos y fiabilidad para sus clientes. Las corrientes inrush presentan algunas características únicas que permiten a los ingenieros abordar el fenómeno de forma aislada.

En primer lugar, cuando se energiza un transformador, la corriente de entrada es alta y rápida. Por lo general, al final del quinto o sexto ciclo de corriente (alrededor de 100 ms), la mayoría de la irrupción se habrá reducido gradualmente. Por lo tanto, si la corriente disminuye dentro de este tiempo, es razonable suponer que es un efecto de corriente inrush.

En segundo lugar, cuando se energiza un equipo trifásico, la corriente suele estar bien equilibrada. Todas las fases de los transformadores trifásicos requerirán energización, y es razonable suponer que requerirán niveles similares de energía para energizarse. Si hay una corriente residual presente o un desequilibrio, entonces es seguro asumir que la causa no es la corriente inrush.

Finalmente, el aumento debe venir después de un tiempo de «desenergización». Si hay un aumento mientras el transformador ya está energizado, entonces obviamente, es una falla, no una corriente inrush. Las corrientes inrush solo aparecerán después de que el suministro se haya desconectado durante el tiempo suficiente para permitir que los transformadores se desenergicen. Este no es necesariamente un período largo, para el tercer o cuarto ciclo de corriente después de la desconexión, el transformador habrá disipado la mayor parte de la energía en su núcleo.

Examinemos la forma en que el sistema del reconectador automático OSM de NOJA Power trata esto. Siendo un equipo de distribución, este es dispuesto en líneas de media tensión, el cual será testigo de las corrientes inrush de alguna forma. El reconectador NOJA Power es un sistema de control con un relé electrónico, que posee TCs en el interruptor, por lo que la configuración de la protección del relé del OSM (el controlador RC10) debe tener una función para hacer frente a esto. En el sistema de NOJA Power RC10, este se llama «Restricción de Corrientes de Inrush».

La restricción de corrientes inrush es una técnica que aprovecha las características de la irrupción para ganar selectividad. Cuando el reconectador OSM experimenta una pérdida de voltaje primario, el controlador RC10 reconoce que los dispositivos aguas abajo se desenergizaran. Dado que la corriente de re-energización debe estar razonablemente equilibrada, el RC10 aplica un multiplicador de «Restricción de Inrush» a la corriente de arranque de la sobre-corriente en el controlador. Tras la re-energización, el multiplicador permitirá una mayor corriente equilibrada a través del reconectador durante un breve período de tiempo. Por lo general, un multiplicador de 5 veces la corriente es aplicado, que se reduce linealmente a un multiplicador de 1x después de 200ms (efectivamente, no queda restricción de irrupción). Esta técnica aprovecha la naturaleza transitoria de la irrupción, el requisito de desenergización previa y la selectividad para permitir solo una corriente equilibrada.

Para proporcionar una mayor selectividad, la capacidad de restricción de corrientes de inrush del controlador NOJA Power RC10 no es aplicable para los elementos de configuración alta de sobre corrientes de fase. Este valor suele ser la corriente máxima absoluta que debería permitir el Reconectador OSM, por lo que, si su nivel de entrada es peligrosamente alto, el dispositivo seguirá interrumpiendo la corriente.

Una capacidad bastante simple en la práctica, pero es muy efectiva para reducir la probabilidad de disparos molestos debido a la irrupción. También es fácilmente comprobable por los técnicos de protección, ya que la mayoría de los equipos de inyección son capaces de simular el escenario de irrupción. Cabe mencionar que existen otras técnicas que se pueden aplicar para abordar la restricción de la irrupción, como la naturaleza asimétrica de la irrupción que causa armónicos. Este enfoque intenta proporcionar una mayor selectividad, pero en la práctica, es mucho más difícil probar y simular para técnicos de protección y ofrece muy pocos beneficios en comparación con el método de restricción de corrientes de inrush.

Con una gran experiencia en la aplicación de Reconectadores de distribución, El Director Ejecutivo del grupo NOJA Power, Neil O’Sullivan comenta: “La restricción de corrientes Inrush y el arranque de carga en frio son características estándar en todos nuestros productos y aplicadas correctamente a menudo eliminarán todos los disparos molestos al energizar cargas.» La restricción de corrientes inrush es un fenómeno frustrante, pero es un concepto lo suficientemente simple como para abordarlo con dispositivos de distribución y protección modernos. Haciendo uso de las tres características principales de la restricción de corrientes de inrush, los principales efectos de la irrupción pueden mitigarse fácilmente. El sistema de reconectador OSM de NOJA Power es ciertamente competente con esta funcionalidad, y con algunos estudios puede resolver sus desafíos de energización en su red. Para obtener más información, comuníquese con NOJA Power https://www.nojapower.es.
Más información: https://www.nojapower.es/press/2019/tratando-con-corrientes-inrush.html