Tipos de puesta a tierra neutra en la distribución de energía (parte 1)

Introducción

En los primeros sistemas de energía eran principalmente neutros.sin conexión a tierra debido al hecho de que la primera falla a tierra no requirió el disparo del sistema. Un cierre no programado en la primera falla a tierra fue particularmente indeseable para las industrias de proceso continuo.

Aparamenta de baja tensión - Distribución de energía (por MEC Electrical Engineering)

Estos sistemas de potencia requirieron detección de tierra.sistemas, pero la localización de la falla a menudo resultó difícil. Aunque logró el objetivo inicial, el sistema sin conexión a tierra no proporcionó control de sobretensiones transitorias.

Existe un acoplamiento capacitivo entre el sistema.Conductores y tierra en un sistema de distribución típico. Como resultado, este circuito L-C resonante en serie puede generar sobretensiones muy por encima de la tensión de línea a línea cuando se somete a repetidos golpes de una fase a tierra.

Esto, a su vez, reduce la vida útil del aislamiento, lo que ocasiona la posible falla del equipo.

Los sistemas de puesta a tierra neutros son similares a los fusibles enque no hagan nada hasta que algo en el sistema salga mal. Luego, como los fusibles, protegen al personal y al equipo contra daños. El daño proviene de dos factores, cuánto tiempo dura la falla y cuán grande es la corriente de falla. Los relés de tierra disparan los disyuntores y limitan la duración de una falla y las resistencias de conexión a tierra neutras limitan el tamaño de la corriente de falla.

Importancia de la puesta a tierra neutra

Hay muchas opciones de conexión a tierra neutra disponibles tanto para baja como para baja. Voltaje medio sistemas de poder. Los puntos neutros de transformadores, generadores y maquinaria giratoria a la red de tierra proporciona un punto de referencia de cero voltios.

Esta medida de protección ofrece muchas ventajas sobre un sistema sin conexión a tierra, como:

1. Magnitud reducida de sobretensiones transitorias
2. Localización de fallas a tierra simplificada
3. Mejora de la protección contra fallas de equipos y equipos.
4. Reducción del tiempo de mantenimiento y gastos.
5. Mayor seguridad para el personal.
6. Protección contra rayos mejorada
7. Reducción en la frecuencia de las fallas.

Métodos de puesta a tierra neutra

Hay cinco métodos para la puesta a tierra Neutral:

1. Sistema Neutral Desenterrado
2. Sistema de tierra neutro sólido
3. Sistema de puesta a tierra de resistencia neutra
   • Toma de tierra de baja resistencia
   • Toma de tierra de alta resistencia
4. Sistema de puesta a tierra neutro resonante
5. Transformador de puesta a tierra puesta a tierra

1. Sistemas neutros sin conexión a tierra

En el sistema no conectado a tierra no hay internoConexión entre los conductores y tierra. Sin embargo, como sistema, existe un acoplamiento capacitivo entre los conductores del sistema y las superficies conectadas a tierra adyacentes. En consecuencia, el "sistema sin conexión a tierra" es, en realidad, un "sistema con conexión a tierra capacitiva" en virtud de la capacitancia distribuida.

En condiciones normales de funcionamiento, esteLa capacitancia distribuida no causa problemas. De hecho, es beneficioso porque establece, en efecto, un punto neutral para el sistema; Como resultado, los conductores de fase se someten a tensión solo en el voltaje de línea a neutro sobre la tierra.

Pero los problemas pueden aumentar en condiciones de falla de tierra. Una falla a tierra en una línea da como resultado que aparezca un voltaje de línea a línea completa en todo el sistema. Por lo tanto, un voltaje 1.73 veces el voltaje normal está presente en todo el aislamiento en el sistema.

Esta situación a menudo puede causar fallas en motores y transformadores más antiguos, debido a la falla del aislamiento.

Sistema neutro sin conexión a tierra

Ventajas

Después de la primera falla de tierra, asumiendo que permanececomo un solo fallo, el circuito puede continuar en operación, permitiendo la producción continua hasta que se pueda programar un apagado conveniente para el mantenimiento.

Desventajas

1. La interacción entre el sistema averiado ysu capacitancia distribuida puede causar sobretensiones transitorias (varias veces lo normal) que aparecen de línea a tierra durante la conmutación normal de un circuito que tiene una falla de línea a tierra (corto). Estos sobrevoltajes pueden causar fallas de aislamiento en puntos distintos a la falla original.
2. Una segunda falla en otra fase puede ocurrir antes de que la primera falla pueda ser eliminada. Esto puede resultar en corrientes de falla de línea a línea muy altas, daños al equipo e interrupción de ambos circuitos.
3. El costo del daño del equipo.
4. Complicado para localizar fallas, que involucran unProceso tedioso de prueba y error: primero aislar el alimentador correcto, luego la rama y, finalmente, el equipo que falla. El resultado es un tiempo de inactividad innecesariamente largo y costoso.

2. Sistemas a tierra sólidamente neutrales

Los sistemas con conexión a tierra sólida se usan generalmente en aplicaciones de bajo voltaje a 600 voltios o menos. En un sistema con conexión a tierra sólida, el punto neutro está conectado a tierra.

La conexión a tierra sólidamente neutra reduce ligeramente el problema de sobretensiones transitorias encontradas en el sistema sin conexión a tierra y la ruta proporcionada para la corriente de falla a tierra está en el rango de 25 a 100% de la corriente de falla trifásica del sistema..

Sin embargo, si la reactancia del generador o transformador es demasiado grande, el problema de sobretensiones transitorias no se resolverá.

Mientras que los sistemas sólidos a tierra son una mejorasobre los sistemas sin conexión a tierra, y aceleran la ubicación de las fallas, carecen de la capacidad limitadora de la conexión a tierra de la resistencia y la protección adicional que esto proporciona.

Para mantener los sistemas saludables y seguros, Transformer.el neutro está conectado a tierra y el conductor de conexión a tierra debe extenderse desde la fuente hasta el punto más alejado del sistema dentro de la misma pista o conducto. Su propósito es mantener una impedancia muy baja a las fallas a tierra para que fluya una corriente de falla relativamente alta, asegurando que los interruptores o fusibles eliminen la falla rápidamente y, por lo tanto, minimicen los daños.

Sistemas a tierra sólidamente neutrales

¡También reduce en gran medida el peligro de choque para el personal!

Si el sistema no está firmemente conectado a tierra,El punto neutro del sistema "flotaría" con respecto a tierra en función de la carga que somete las cargas de línea a neutro a desequilibrios de voltaje e inestabilidad. La corriente de falla a tierra monofásica en un sistema con conexión a tierra sólida puede exceder la corriente de falla de tres fases. La magnitud de la corriente depende de la ubicación de la falla y la resistencia de la falla.

Una forma de reducir la corriente de falla a tierra es dejar algunos de los neutros del transformador desenterrados.

Ventajas

La principal ventaja de los sistemas con conexión a tierra sólida es la baja sobretensión, lo que hace que el diseño de puesta a tierra sea común en los niveles de alta tensión (HV).

Desventajas

1. Este sistema implica todos los inconvenientes y peligros de la alta corriente de falla a tierra: daño máximo y perturbaciones.
2. No hay continuidad de servicio en el alimentador defectuoso.
3. El peligro para el personal es alto durante la falla, ya que los voltajes de contacto creados son altos.

Aplicaciones

1. Conductor neutro distribuido
2. Distribución trifásica + neutra
3. Uso del conductor neutro como conductor de protección con conexión a tierra sistemática en cada polo de transmisión
4. Se utiliza cuando la potencia de cortocircuito de la fuente es baja

Referencias:

• Por Michael D. Seal, P.E., Ingeniero de Especificaciones Senior de GE.
• Estándar IEEE 141-1993, “Prácticas recomendadas para la distribución de energía eléctrica para plantas industriales”
• Don Selkirk, P.Eng, Saskatoon, Saskatchewan Canadá