Localización de faltas en líneas de doble circuito

Abstract

En numerosas ocasiones, las irregularidades y dificultades que presenta el terreno pueden suponer un gran reto en cuanto a accesibilidad al lugar para el equipo técnico encargado del mantenimiento y reparación de una línea aérea situada en un terreno con dichas características en la que se ha podido producir una falta.
Estas complejidades ante las que se debe enfrentar el equipo responsable de la reparación de la línea fundamentalmente son:
• De tipo físico: Bien por una importante pendiente del terreno, o por las propias características de los materiales que lo componen.
• De tipo ecológico: La fauna y, sobretodo, vegetación del entorno en el que se encuentra una línea aérea puede llegar a impedir el acceso a ésta mediante vehículo terrestre.
Las dificultades que se pueden presentar para alcanzar el lugar de trabajo, o incluso la inaccesibilidad a éste, han sido la motivación principal para el desarrollo de este trabajo de fin de grado, cuyo objetivo principal como proyecto de ingeniería es dar solución a este problema planteado.
Para ello, se ha hecho uso de un algoritmo de programación en Matlab, que tiene como finalidad devolver la distancia exacta a la que se ha producido una falta con respecto a un punto de referencia y a partir de unos datos de entrada determinados, que van a ser especificados con posterioridad. Situación que ha sido estudiada para tres tipos de falta de distinta naturaleza:
• Falta trifásica entre las tres fases a, b y c.
• Falta bifásica entre las fases b y c.
• Falta monofásica entre la fase a y tierra.
Así, una vez conocido el punto exacto en el que se encuentra la falta, se estará en disposición de desplazar al equipo de operarios responsables de la reparación al lugar exacto en el que se ha producido el fallo, evitando tiempos innecesarios y dificultades que pueda presentar el terreno en la fase de búsqueda del punto en el que se encuentra la anomalía.
Además, como complejidad añadida, se ha realizado el estudio para el caso complejo de una línea aérea de doble circuito, en la que existe la particularidad de un acoplamiento mutuo a la secuencia homopolar entre ambas líneas, y que va a suponer una contribución extra a la hora de localizar la falta.
Cabe destacar que se han desarrollado dos algoritmos de localización de faltas equivalentes, distinguiendo para línea larga y para línea corta, según las características propias de cada caso.
La aplicación de los algoritmos planteados se realiza para un tramo de línea protegido por relés diferenciales, cuyo principio de funcionamiento se basa en una continua medición de vectores de corrientes y tensiones en sus dos extremos, así como su comparación para la detección de posibles anomalías en el comportamiento de la línea, y en su caso, actuar desconectando la línea.
Para el desarrollo de dichos algoritmos se procede a partir del software de los relés de protección a distancia. Estos equipos de relés constan a su vez de tres relés de fase y otros tres de tierra, cuyo principio de funcionamiento gira en torno a un constante cálculo de impedancias de secuencia directa. Los primeros, lo hacen como el cociente de la diferencia de tensiones y de intensidades dos a dos entre dos fases; los segundos, a partir del cociente entre tensión y corriente para cada una de las fases, con un término adicional, proporcional a la corriente de la otra línea, como corrección debido al efecto de acoplamiento que se indicó con anterioridad.
A partir de estos valores medidos por los relés, es posible la determinación del punto en el que se ha producido la falta, pues la impedancia medida es directamente proporcional a la distancia a la que se produce la falta.
En resumidas cuentas, en este trabajo de fin de grado, se ha desarrollado e implementado en un algoritmo de programación un sistema de ecuaciones deducido a partir del funcionamiento básico de la protección de distancia. Para su aplicación, el algoritmo toma como datos de entrada los correspondientes valores del tramo de línea a controlar que ofrecen los relés diferenciales de sus extremos.
El alto nivel de precisión en los resultados obtenidos permite justificar la validez y gran utilidad de los algoritmos desarrollados en este trabajo de fin de grado, principalmente en aquellas situaciones en las que la tarea de búsqueda no sea sencilla, bien por dificultades del terreno, o por características del entorno de la línea en la que se ha producido el fallo a reparar.
Dicha utilidad gira en torno a dos ventajas fundamentales que presenta la solución aportada al problema en cuestión:
-Por un lado, permite una localización de la falta con bastante exactitud, evitando desplazamientos innecesarios del equipo de reparación responsable de la reparación.
- Por otro lado, asegura una rápida localización del punto en el que se encuentra la anomalía en el comportamiento de la línea, reduciendo los tiempos de parada y maximizando su explotación.
Gracias a ello, la puesta en práctica de los conocimientos estudiados y desarrollados en este trabajo de fin de grado se traduce en un impacto económico y ambiental con aspectos mayoritariamente positivos, entre los que se encuentran:
- Desde el punto de vista económico, el ahorro en tiempos innecesarios de búsqueda del fallo permite una reducción del número de horas de mano de obra necesarias, lo cual repercute en un ahorro económico que puede llegar a ser bastante considerable. De igual forma, el ahorro en combustible necesario para el vehículo empleado en esta etapa de localización también va suponer un beneficio económico para la empresa responsable.
-Desde el punto de vista ambiental, el ahorro en el uso del vehículo para la etapa de búsqueda de la falta en la línea es fundamental para aquellos tramos de líneas aéreas a reparar situados en entornos naturales con su correspondiente fauna y flora, minimizando las alteraciones sobre el medio que supone, así como reduciendo el nivel de ruido provocado.