Relé transitorio para faltas a tierra de alta resistencia, intermitentes y recurrentes (Parte 1)

Info Letter No. 17

Las estadísticas muestran que los fallos a tierra constituyen una gran proporción de los fallos de la red. Los relés convencionales sólo están diseñados para faltas de baja resistencia en condiciones estacionarias. No son adecuados para las faltas de alta resistencia que se producen especialmente en las redes rurales con líneas de transmisión, ni para las faltas recurrentes que se producen principalmente en las redes de cables compensados. Como consecuencia, muy a menudo no se reconoce la falta a tierra como causa de la falta o se identifica una causa incorrecta. Esto aumenta el tiempo necesario para localizar la falta a tierra. Por otra parte, la protección eficaz de la red en un mercado desregulado es cada vez más importante.

Esta Info Letter presenta un nuevo algoritmo para detectar las faltas a tierra de alta resistencia en el rango de varios kilohmios y describe sus ventajas.

Fundamentos de las faltas a tierra

El comportamiento de una falta a tierra unipolar puede describirse superponiendo tres operaciones diferentes. Aunque las tres operaciones comienzan al mismo tiempo, cada una de ellas tiene una duración diferente.

Las tres operaciones son:

  • Descarga del conductor defectuoso a través de tierra
  • Carga de los dos conductores sanos a través de tierra
  • Estado estacionario de la falta a tierra

La explicación de las tres operaciones se realiza utilizando la red mostrada en la Figura 1, con tres salidas (A, B y C) y un defecto a tierra en el conductor 1 de la salida A.

Descarga del conductor defectuoso

Descarga del conductor defectuoso a través de tierra

Las líneas pueden considerarse como una red distribuida con una impedancia en serie compleja ZLXX y una capacitancia fase-tierra CXX . La mayor probabilidad para la primera ignición del arco se encuentra cerca del máximo de la tensión fase-tierra U1E. En este momento la carga sobre el conductor es también la mayor. La descarga del conductor 1 comienza en el punto de fallo y se propaga como una onda en ambas direcciones hacia los extremos del conductor 1. En consecuencia, se bloquea la propagación de la onda hacia los dos conductores sanos. El efecto también se suprime con una bobina de Petersen. Más a menudo se produce una reflexión de la onda en los extremos del conductor o en cualquier punto con un cambio de la impedancia característica, como en una subestación o en un punto de distribución con una transición de una línea a dos o más. Esta reflexión puede verse como una oscilación de alta frecuencia tanto en el cero-tensión como en el cero-corriente.

Los parámetros importantes para el comportamiento de la descarga son:

  • Capacitancia fase-tierra del conductor 1
  • Estado de carga de la capacitancia fase-tierra antes del primer encendido del arco
  • Impedancia en serie ZL del conductor 1 en la salida defectuosa y en las salidas sanas
  • Impedancia ZF en el punto de fallo, que incluye también la impedancia de tierra.

La frecuencia de descarga depende sustancialmente de la impedancia en serie y de la capacitancia fase-tierra, que en una primera aproximación es proporcional a la longitud del conductor. La frecuencia de descarga es mayor en las redes pequeñas y menor en las grandes. Normalmente, la frecuencia de descarga se sitúa por encima de los 10 kHz.

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