Localización de faltas a tierra mediante el procedimiento de armónicos (Parte 1)

Carta informativa nº 14

Para las consideraciones siguientes se supone una red con tres salidas y un fallo a tierra en la línea 1 de la salida A. Debido al defecto a tierra, la línea 1 se pone a potencial de tierra y la tensión fase-tierra de las dos líneas sanas aumenta Ö3 veces. Este aumento de tensión conduce ahora a tierra una corriente Ö3 mayor a través de la capacitancia del conductor sano. El conductor defectuoso no entrega ninguna parte de la corriente en las salidas sanas. La suma de todas las corrientes a tierra fluye a través del punto de fallo y en la salida defectuosa en el conductor defectuoso de vuelta al transformador. Si se miden las intensidades totales de los tres conductores al principio de las salidas y la tensión homopolar UNE en la subestación, se pueden hacer las siguientes afirmaciones:

  • La suma de las corrientes en las tomas sanas es capacitiva y adelanta en 90° a la tensión homopolar UNE.
  • La suma de las intensidades en las salidas defectuosas es inductiva y adelanta en 90° a la tensión homopolar UNE.
  • La corriente total en la salida defectuosa corresponde a la suma de las corrientes totales de las salidas sanas:|ISA| = |ISB| + |ISC|

La dirección de la corriente puede utilizarse ahora para la detección de fallos a tierra, por un lado, en relación con la tensión homopolar o, por otro, para la búsqueda de la corriente máxima.

Localización de fallos a tierra en redes compensadas

Si la red aumenta de tamaño, el flujo total de corriente a través del punto de fallo alcanza órdenes de magnitud en los que, por un lado, ya no se puede extinguir un arco existente y, por otro, se superan los límites de las tensiones de contacto y de paso. Una reducción de la corriente sobre el punto de fallo puede realizarse conmutando a una bobina Petersen en el punto neutro del transformador.

De la figura 2 se desprende que la tensión U1N conduce una corriente a través de la bobina Petersen y el punto de fallo a la que es contraria la corriente sobre el punto de fallo considerada anteriormente. Mediante un ajuste adecuado del tamaño de la bobina de Petersen, la corriente a través del punto de fallo puede reducirse a una pequeña componente activa. Si se examina más detenidamente, con una compensación ideal las corrientes procedentes de la capacitancia de fase-tierra fluyen directamente a la bobina de Petersen.

Aunque las relaciones se mejoran en el punto de fallo por la bobina de Petersen, pero eso dificulta la localización de la falta a tierra, ya que con una compensación perfecta se mide ahora en la salida defectuosa la misma corriente capacitiva que si esta salida estuviera sana.

Circuito equivalente de una red compensada con una carga no lineal

La simple diferenciación entre corriente inductiva y capacitiva, tal como se utiliza en las redes aisladas, ya no es posible. En la salida defectuosa sólo se ha añadido un pequeño componente activo, para cuya determinación, sin embargo, se plantean exigencias muy grandes a la precisión del transformador, especialmente en lo que se refiere al error angular.

Aparición de tensiones armónicas

Debido a las cargas no lineales de la red, se generan corrientes armónicas en los tres conductores.

Como no hay conexión en la carga a tierra, en cualquier momento la suma de las corrientes de carga es cero. Por otro lado, estas corrientes armónicas producen caídas de tensión a lo largo de la impedancia en serie de la red y especialmente en la impedancia del transformador de impedancia relativamente alta. Estas caídas de tensión provocan una distorsión en las tensiones de fase U12, U23 y U31. Debido a la simetría de las capacitancias fase-tierra, la distorsión en la tensión homopolar UNE no puede medirse. Pero esto significa que en una red sana con capacitancias simétricas no fluye ninguna corriente armónica a través de tierra o a través de la bobina de Petersen, aunque las tensiones de red incluyan grandes tensiones armónicas y las corrientes de fase contengan grandes corrientes armónicas.

Conviene subrayar una vez más que la distorsión de la tensión de red se debe esencialmente a la caída de tensión en el transformador. Por lo tanto, la tensión de línea distorsionada está presente en toda la sección de la red, independientemente de si las cargas no lineales están en la salida A o B o C.

Circuito equivalente para una red compensada con un defecto a tierra en el conductor 1 de la salida A

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