Localización de faltas a tierra mediante el procedimiento de armónicos (2ª parte)

Carta informativa nº 15

Utilización de la tensión armónica para la detección de faltas a tierra

Para el estudio del comportamiento de las corrientes y tensiones armónicas en la red compensada, en una primera aproximación se puede considerar la red compensada como una red aislada.

Circuito equivalente de una red compensada para los armónicos

Justificación

La reactancia de la bobina de Petersen XP = ωLP aumenta proporcionalmente con la frecuencia armónica considerada, por ejemplo, la reactancia de la bobina de Petersen para el 5º armónico (250 Hz) es cinco veces mayor que para el fundamental (50 Hz). En cambio, la reactancia

X_{CE} = \frac{1}{ωC_{xE}}

del conductor con respecto a tierra es inversamente proporcional a la frecuencia de los armónicos, es decir, la reactancia del 5º armónico es sólo 1/5 de la reactancia del fundamental. Esto significa que la corriente capacitiva a tierra con la misma amplitud de tensión del armónico en la entrada aumenta proporcionalmente a la frecuencia del armónico, es decir, la corriente del 5º armónico es cinco veces mayor que la corriente del fundamental.

Evaluación del sentido de la potencia reactiva del armónico

En el primer procedimiento para detectar la salida defectuosa, sólo se utiliza una decisión de dirección, es decir, sólo se distingue entre un flujo de corriente capacitivo y uno inductivo. Por tanto, el requisito de precisión angular del transformador de corriente es mucho menor. Un error de amplitud en el transformador sólo afectará al umbral de disparo.

La figura siguiente ilustra las características de disparo del procedimiento armónico (a) de la característica de disparo del procedimiento vatimétrico (b) comparadas.

Comparación de las curvas características del viaje

En el procedimiento vatimétrico, la corriente activa de la proyección de la corriente homopolar se detecta sobre la tensión homopolar UNE. En el caso de salidas capacitivas grandes, el error angular entre la medición de la corriente y la de la tensión da lugar a grandes «corrientes activas aparentes». Estas «corrientes activas aparentes» se suman a la corriente activa real en la salida respectiva y pueden aumentarla o reducirla. El resultado puede ser una sobreexcitación o una subexcitación del relé.

En cambio, la evaluación de las corrientes armónicas es mucho menos crítica y puede reducirse a una simple decisión direccional de las corrientes armónicas

Evaluación comparativa

En el segundo procedimiento, se evalúa la amplitud de la corriente armónica. Es importante que se realice una comparación de las corrientes armónicas de las salidas individuales y que se busque la salida con el mayor contenido armónico relativo. Esta salida se reconoce como defectuosa.

En cambio, la evaluación de las corrientes armónicas es mucho menos crítica y puede reducirse a una simple decisión direccional de las corrientes armónicas.

Evaluación comparativa de las corrientes de 250 Hz

Por el contrario, si sólo se evaluara la magnitud de la corriente armónica, el relé funcionaría diariamente por defecto o por exceso. Como se muestra en el boletín 14 (parte 1), la tensión armónica depende en gran medida de la corriente armónica en la carga. Las principales causas de las corrientes armónicas son los circuitos rectificadores utilizados en los convertidores de frecuencia para accionamientos eléctricos o en televisores, ordenadores, etc. También se incluyen, por supuesto, los circuitos no lineales. También se incluyen, por supuesto, las corrientes de magnetización no lineales de los transformadores, que fluyen incluso cuando los transformadores están en reposo. De la estructura del consumidor se deduce que el contenido armónico está sujeto tanto a un curso diurno como semanal. Los convertidores de frecuencia se utilizan principalmente durante el día para accionamientos, mientras que los televisores se encienden más por la noche. Por tanto, los valores más bajos de la tensión armónica pueden esperarse durante el fin de semana y en la segunda mitad de la noche. Pero también sobre la base de las corrientes de magnetización mencionadas, las corrientes armónicas nunca llegan a cero.

Debido a esta dependencia temporal de las tensiones armónicas, no puede establecerse un umbral absoluto de la corriente armónica para la detección de una salida defectuosa. Sin embargo, un análisis comparativo de las corrientes armónicas de las salidas individuales elimina la dependencia temporal, ya que sólo se mostrará la corriente armónica relativamente mayor.

Una ventaja de este procedimiento es, sin embargo, que no es necesario observar la dirección del transformador de corriente conectado. Sin embargo, se necesitan al menos tres salidas, en cuyo caso la salida más corta debería ser como mínimo el 5% de la red total para poder distinguirla claramente.

Para ambos procesos de evaluación, es importante que se disponga de una red sana lo más amplia posible (salida B y C en la figura 4). De la figura 4 se desprende que en realidad se mide la corriente que circula por la capacitancia fase-tierra de la salida sana. La corriente capacitiva de la salida defectuosa no aporta nada a la evaluación.

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