Protecciones diferenciales de línea: principios, ventajas y frenado porcentual

Resumen

El texto explica las protecciones diferenciales de línea, que comparan las intensidades medidas en los extremos de una línea mediante comunicación entre equipos y se basan en la Ley de Kirchhoff. Describe sus ventajas e inconvenientes, el principio de medida porcentual con característica de doble pendiente y la estabilización mediante frenado porcentual para evitar disparos indebidos en faltas pasantes. Al final, indica cómo se determina la sensibilidad de la protección.

Puntos clave

Las protecciones diferenciales de línea comparan las intensidades de los extremos de la línea, que intercambian datos por vías de comunicación.
Su funcionamiento se basa en la Ley de Kirchhoff: en condiciones normales o en faltas externas, la corriente que entra por un extremo es igual a la que sale por el otro.
Solo necesitan transformadores de intensidad, son rápidas, selectivas y no se ven afectadas por el efecto infeed ni por el weak infeed.
Inconvenientes: requieren comunicación dedicada entre equipos, no ejercen función de respaldo y no admiten aportaciones o consumos intermedios sin equipar.
En una falta interna, la corriente diferencial supera el umbral de operación y la protección ordena el disparo.
La estabilización por frenado porcentual usa una corriente de frenado (BIAS) proporcional a las corrientes medidas, para evitar disparos indeseados en faltas pasantes con errores de los TIs.
La sensibilidad se determina según la mínima falta interna a detectar y la máxima corriente capacitiva, especialmente en líneas largas y cables.

Ponte a prueba

Protecciones Diferenciales de Línea

Las **protecciones diferenciales de línea** se basan en la comparación de las intensidades en cada uno de los extremos que conforman una línea. Los equipos instalados en cada uno de los extremos intercambian datos a través de las vías de comunicación. Cada equipo compara la intensidad que mide con las procedentes de los extremos remotos. Su funcionamiento se basa en la **Ley de Kirchhoff**.

Ventajas

Principio de medida sencillo.
Solo se necesitan **transformadores de intensidad** (TIs).
Rápida, segura, estable y con una gran sensibilidad.
Muy selectiva.
Adecuada para la protección de líneas de más de dos terminales al no verse afectada por el efecto de infeed.
No se ve afectada por inversiones de corriente ni por la existencia de un extremo débil (weak infeed).

Inconvenientes

Comunicación dedicada entre equipos (coste).
No ejerce función de respaldo.
No admite aportaciones o consumos intermedios sin equipar.

Principios de Medida

Protección Diferencial Porcentual

En cada terminal se realiza una evaluación de la suma de la corriente del extremo local y del extremo remoto. En condiciones normales o ante faltas externas, la corriente que entra por un extremo es igual a la que sale por el otro. Durante una **falta interna**, la **corriente diferencial** superará el umbral de operación y la protección ordenará el disparo.

En la figura (no incluida en este documento) se puede observar una característica diferencial de doble pendiente. En ella se observa en el eje de ordenadas la corriente diferencial (Id) y en el eje de abscisas la corriente de frenado (Ir). En la gráfica se observa también el umbral de sensibilidad (Is1) y el punto de cambio dependiente entre las pendientes k1 y k2 (Is2).

Durante una **falta pasante** (falta externa a la zona de protección diferencial) con elevada corriente de cortocircuito, pueden aparecer corrientes diferenciales debido a los posibles errores que pueden darse en un TI (saturaciones, errores en la medida, retrasos en las comunicaciones, etc.). Si esta corriente diferencial errónea estuviese por encima del umbral de operación, el relé podría operar de forma indeseada. Esta operación no deseada del relé se evita por medio de la **estabilización**.

Esta técnica emplea tradicionalmente una **corriente de frenado** o BIAS que es proporcional a la suma de los valores absolutos de las corrientes medidas en cada extremo, con el objetivo de reducir la sensibilidad de la protección cuanto más elevada sea la corriente de cortocircuito a través de los terminales. Esta técnica de estabilización se denomina **frenado porcentual**.

Esta curva, como se puede observar, posee una elevada sensibilidad durante faltas con corrientes bajas y una buena seguridad para faltas externas con elevadas corrientes de cortocircuito, donde los errores en los TIs pueden ser elevados. La **sensibilidad de la protección diferencial** (Is1 en la figura) se determina en base a dos condiciones:

**Mínima falta interna** a detectar por el relé.
**Máxima corriente capacitiva** (especialmente en líneas largas y cables).

Preguntas frecuentes

¿En qué se basa el funcionamiento de las protecciones diferenciales de línea?

Se basan en la comparación de las intensidades medidas en cada extremo de la línea, intercambiando datos mediante vías de comunicación. Su fundamento es la Ley de Kirchhoff.

¿Qué es el frenado porcentual?

Es una técnica de estabilización que usa una corriente de frenado o BIAS, proporcional a la suma de los valores absolutos de las corrientes de cada extremo. Reduce la sensibilidad cuanto mayor es la corriente de cortocircuito, evitando disparos indebidos en faltas externas.

¿Por qué puede operar indebidamente la protección ante una falta pasante?

Durante una falta externa con elevada corriente de cortocircuito pueden aparecer corrientes diferenciales erróneas por saturaciones de los TIs, errores de medida o retrasos en las comunicaciones. Si superan el umbral, el relé podría disparar sin deber.