Un transformador de puesta a tierra de tipo seco proporciona un punto neutro artificial para sistemas trifásicos que no disponen de un neutro accesible de forma natural. Una vez establecido el punto neutro, puede conectarse a una bobina de supresión de arco, una resistencia de puesta a tierra, un reactor de punto neutro u otros dispositivos auxiliares, formando un esquema completo de puesta a tierra del neutro junto con seccionadores, transformadores de corriente, descargadores de sobretensión o descargadores de chispa.
¿Qué equipos se pueden conectar al punto neutro?
| Equipo |
Función principal |
Nota relacionada con la IEC |
| Bobina de supresión de arco / Bobina Petersen |
Compensa la corriente capacitiva de falta a tierra monofásica y ayuda a extinguir el arco |
Los valores nominales, la capacidad de corta duración y los niveles de aislamiento pueden referenciarse a la IEC 60076-6 |
| Resistencia de puesta a tierra |
Limita la corriente de falta a tierra, suprime las sobretensiones y proporciona una corriente de secuencia cero detectable |
La resistencia se selecciona en función de la tensión fase-neutro y la corriente de falta objetivo; se debe verificar la soportabilidad térmica de corta duración |
| Reactor de punto neutro |
Limita la corriente de secuencia cero o suprime la resonancia en serie con la bobina de supresión de arco |
Puede tratarse como un reactor de puesta a tierra de punto neutro según la IEC 60076-6 |
| Pararrayos / intervalo de chispa |
Limita las sobretensiones del punto neutro y protege el transformador de puesta a tierra |
La coordinación de aislamiento puede referenciarse a la IEC 60071-1 y la IEC 60071-2 |
| Transformador de corriente |
Mide la corriente de secuencia cero para protección, selección de línea con falta a tierra y monitoreo |
Instalado en el circuito del punto neutro |
| Seccionador |
Proporciona un punto de aislamiento visible para mantenimiento y maniobra |
Debe proporcionarse en el circuito del punto neutro |
| Carga secundaria |
Suministra energía auxiliar cuando el transformador de puesta a tierra también sirve como transformador de servicios auxiliares de la subestación |
La capacidad secundaria debe calcularse por separado |
Los transformadores de puesta a tierra de tipo seco suelen utilizar una conexión en zigzag, como ZNyn11 o ZNvn11. En condiciones normales de operación, presentan una alta impedancia a las corrientes de secuencia positiva y negativa, y solo transportan una pequeña corriente de magnetización. Durante una falla a tierra monofásica, presentan una baja impedancia a la corriente de secuencia cero, permitiendo que fluya a través del punto neutro hacia la bobina de supresión de arco o la resistencia de puesta a tierra.
¿Cuándo es adecuada una bobina de supresión de arco?
Las bobinas de supresión de arco son adecuadas para sistemas con puesta a tierra no efectivamente conectada, también conocidos como sistemas con puesta a tierra resonante o sistemas con baja corriente de falla a tierra.
Las condiciones típicas de aplicación incluyen:
- Sistemas de media tensión como 3 kV, 6 kV, 10 kV, 20 kV, 35 kV y 66 kV.
- Sistemas donde la corriente capacitiva de falla a tierra monofásica supera el límite permisible para un neutro aislado, pero se requiere la operación continuada de corta duración durante una falla a tierra.
- Redes con altos requisitos de continuidad de suministro, como redes de distribución rural, minas, campos petroleros, plantas químicas, plantas metalúrgicas, hospitales e instalaciones industriales de proceso continuo.
- Redes de líneas aéreas o redes mixtas aéreas/cables con fallas a tierra transitorias frecuentes.
- Operación bajo sobrecompensación para evitar la resonancia en serie causada por una compensación casi total.
La puesta a tierra resonante puede limitar las sobretensiones transitorias durante las fallas a tierra monofásicas. Sin embargo, aún se debe evitar la resonancia, y pueden producirse sobretensiones más altas si el equipo de compensación es anormal o está ajustado incorrectamente.
Guía de selección:
- Cuando la corriente capacitiva de falla a tierra supera el límite permitido para un sistema de neutro aislado y se requiere una operación con falla de corta duración, se puede considerar una bobina de supresión de arco. El límite exacto debe determinarse de acuerdo con las normas nacionales aplicables, los requisitos de las empresas de servicios públicos locales y las especificaciones del equipo.
- Cuando la corriente capacitiva es alta, especialmente en redes de solo cables, se puede preferir la puesta a tierra de baja resistencia o un esquema de puesta a tierra combinado.
- Cuando la corriente capacitiva está cerca del límite de selección, se puede adoptar un esquema combinado: la bobina de supresión de arco opera en condiciones normales, y se conecta una resistencia en paralelo después de un retardo de tiempo para eliminar las fallas a tierra permanentes.
¿Cuándo es adecuada una resistencia de puesta a tierra?
Las resistencias de puesta a tierra se dividen en puesta a tierra de baja resistencia y puesta a tierra de alta resistencia.
Puesta a tierra de baja resistencia
Las aplicaciones típicas incluyen redes de cables de 6 kV a 35 kV, sistemas de distribución urbana, sistemas de potencia industrial y sistemas auxiliares de centrales eléctricas.
Características clave:
- La corriente de falla a tierra es relativamente alta, limitándose típicamente a varios cientos de amperios.
- La protección de secuencia cero puede detectar la falla de manera confiable.
- Los alimentadores con falla pueden desconectarse rápidamente.
- Las sobretensiones transitorias se limitan eficazmente.
- La continuidad del suministro es menor que en los sistemas con puesta a tierra resonante porque el circuito con falla se dispara.
Consideraciones de selección:
- Adecuado para redes de solo cables y sistemas de distribución subterráneos urbanos.
- Se prefiere cuando se requiere protección rápida, localización precisa de fallas y disparo selectivo.
- El transformador de puesta a tierra, la resistencia de puesta a tierra y los equipos de maniobra deben verificarse para la soportabilidad térmica de corta duración en función de la corriente de falla a tierra esperada y el tiempo de eliminación de la falla.
El valor de la resistencia se puede estimar preliminarmente como:
R = V_ln / I_f
donde V_ln es el voltaje fase-neutro del sistema y I_f es la corriente objetivo de falla a tierra monofásica. Esta expresión es una base de selección simplificada. El valor final también debe considerar la variación del voltaje del sistema, el esquema de puesta a tierra, los ajustes de protección, la corriente capacitiva y los límites térmicos del equipo.
Puesta a tierra de alta resistencia
La puesta a tierra de alta resistencia se utiliza donde la corriente de falla a tierra debe limitarse, las sobretensiones de resonancia deben suprimirse y se acepta una operación continuada de corta duración.
Características clave:
- La corriente de falla a tierra generalmente se limita a unos pocos amperios hasta varias decenas de amperios.
- El sistema puede continuar operando temporalmente, pero la falla debe localizarse y eliminarse rápidamente.
- Se aplica comúnmente en terminales de generadores, sistemas de potencia auxiliar y sistemas de distribución pequeños.
Bobina de supresión de arco frente a puesta a tierra de baja resistencia
| Comparación |
Puesta a tierra con bobina de extinción de arco |
Puesta a tierra de baja resistencia |
| Corriente de defecto a tierra |
Baja corriente residual |
Típicamente varios cientos de amperios |
| Gestión de defectos |
Extinción del arco; posible la operación continuada por corto tiempo |
Disparo rápido del alimentador con defecto |
| Continuidad del suministro |
Mayor |
Menor |
| Control de sobretensiones |
Limita las sobretensiones transitorias; se debe evitar la resonancia |
Limitación efectiva de sobretensiones |
| Protección |
Depende de la selección de la línea con defecto a tierra; el disparo no siempre es inmediato |
La protección de secuencia cero dispara el circuito con defecto |
| Red típica |
Redes aéreas o mixtas con altos requisitos de fiabilidad |
Redes de cables, sistemas de distribución urbanos e industriales |
transformador de puesta a tierra de tipo seco
Protección del punto neutro y requisitos de operación
Además del equipo principal del punto neutro, se deben considerar las siguientes medidas de protección y operación:
- Se debe instalar un seccionador para proporcionar un punto de aislamiento visible.
- Se debe proporcionar un transformador de corriente para la medición de corriente de secuencia cero, protección y selección de línea con falla a tierra.
- Los descargadores de sobretensión o intervalos de chispa deben considerarse para limitar la sobretensión del punto neutro.
- El transformador de puesta a tierra debe estar equipado con protección contra sobrecorriente de secuencia cero, coordinada con el esquema de puesta a tierra del sistema.
- Normalmente, solo se debe conectar el punto neutro de un transformador de puesta a tierra en la misma sección de barras, aplicando un enclavamiento de posición.
- Los sistemas con puesta a tierra resonante deben estar equipados con selección de línea con falla a tierra monofásica.
- Los sistemas con puesta a tierra de baja resistencia deben garantizar una operación confiable de la protección de secuencia cero y verificar la capacidad térmica de la resistencia de puesta a tierra.
- Los niveles de aislamiento deben verificarse mediante la coordinación de aislamiento de acuerdo con IEC 60071-1 e IEC 60071-2.
Recomendaciones de selección
- Cuando el lado de baja tensión del transformador principal está conectado en triángulo y no tiene un punto neutro accesible, se debe proporcionar un transformador de puesta a tierra.
- Cuando la corriente de falla a tierra capacitiva es relativamente baja y se acepta la operación continuada por corto tiempo, a menudo se prefiere una bobina de extinción.
- Cuando la red tiene muchos circuitos de cables, alta corriente capacitiva y se requiere una eliminación rápida de fallas, la puesta a tierra de baja resistencia suele ser más adecuada.
- Cuando la corriente capacitiva está cerca del límite de selección, se puede adoptar un esquema combinado: la bobina de extinción opera en condiciones normales y se conecta una resistencia en paralelo para fallas a tierra permanentes.
- La potencia nominal del transformador de puesta a tierra debe coincidir con el equipo del punto neutro. Para la puesta a tierra con bobina de extinción, el transformador debe satisfacer la potencia nominal de la bobina, los requisitos de servicio de corta duración y térmicos. Para la puesta a tierra con resistencia, debe verificarse frente a la corriente de falla a tierra de corta duración y la duración de la falla. Si el transformador de puesta a tierra también suministra energía auxiliar, la capacidad de carga secundaria debe calcularse por separado.
- Las potencias nominales de corta duración típicas incluyen 10 s, 30 s y 60 s, pero el valor final debe determinarse según el tiempo de eliminación de la protección, las condiciones de operación del sistema y las especificaciones del fabricante.
- El circuito del punto neutro debe diseñarse como una disposición completa, que incluya seccionadores, transformadores de corriente, descargadores de sobretensión o intervalos de chispa, y los dispositivos de protección necesarios.
En resumen, el punto neutro de un transformador de puesta a tierra de tipo seco se utiliza principalmente para conectar una bobina de extinción, una resistencia de puesta a tierra y equipos de protección y medición asociados. La puesta a tierra con bobina de extinción es más adecuada para redes que requieren alta continuidad de suministro y corrientes de falla a tierra controladas.
La puesta a tierra de baja resistencia es más adecuada para redes urbanas e industriales con abundancia de cables donde se requiere una eliminación rápida de fallas. Los parámetros finales y la selección de equipos deben cumplir con las normas IEC aplicables, las regulaciones locales de servicios públicos y las condiciones técnicas del fabricante del equipo.
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