Comprensión del Aterramiento Neutral de Transformadores

• La seguridad, confiabilidad y economía de la red eléctrica;
• La selección de los niveles de aislamiento para el equipo del sistema;
• Los niveles de sobretensión;
• Los esquemas de protección por relés;
• La interferencia electromagnética con las líneas de comunicación.

• Sistema de Alta Corriente de Falla a Tierra: Cuando ocurre una falla monofásica a tierra, la corriente de falla resultante es muy grande. Ejemplos incluyen sistemas calificados en 110 kV y superiores, así como sistemas trifásicos de cuatro hilos de 380/220 V. También conocidos como sistemas efectivamente conectados a tierra.
• Sistema de Baja Corriente de Falla a Tierra: Durante una falla monofásica a tierra, no se forma un circuito cortocircuitado completo, por lo que la corriente de falla es mucho menor que la corriente de carga normal. También conocidos como sistemas no efectivamente conectados a tierra.

• Punto neutro conectado a tierra sólidamente
• Punto neutro conectado a tierra a través de un resistor

• Punto neutro sin conectar a tierra
• Punto neutro conectado a tierra a través de una bobina de supresión de arco (bobina de Petersen)

• Una falla monofásica a tierra requiere el desencadenamiento inmediato del equipo defectuoso, interrumpiendo el suministro de energía y reduciendo la confiabilidad.
• La gran corriente de cortocircuito genera un estrés electrodinámico y térmico significativo, potencialmente expandiendo el daño.
• Los fuertes campos magnéticos de las altas corrientes de falla causan interferencia electromagnética a los circuitos de comunicación y señalización cercanos.
• Durante una falla monofásica, el voltaje de la fase fallada cae a cero, mientras que los voltajes de las fases no falladas permanecen cerca del voltaje de fase normal. Por lo tanto, el aislamiento del equipo puede diseñarse solo para el voltaje de fase, lo que reduce el costo, especialmente beneficioso en niveles de tensión más altos.

• Conexión a tierra de alta resistencia
• Conexión a tierra de resistencia media
• Conexión a tierra de baja resistencia

• Permite la eliminación automática de fallas y simplifica la operación y mantenimiento.
• Aísla rápidamente las fallas a tierra, resultando en bajos sobretensiones, eliminación de sobretensiones resonantes y permitiendo el uso de cables y equipos de aislamiento inferior.
• Reduce el envejecimiento del aislamiento, extiende la vida útil del equipo y mejora la confiabilidad.
• Las corrientes de falla a tierra (cientos de amperios o más) aseguran una alta sensibilidad y selectividad de la protección por relés, sin necesidad de complejas selecciones de línea de falla.
• Reduce el riesgo de incendio.
• Permite el uso de protectores contra sobretensiones de ZnO sin brecha con alta absorción de energía y bajo voltaje residual para la protección contra sobretensiones.
• Suprime los componentes armónicos de quinta orden en las sobretensiones de conexión a tierra por arco, evitando su escalada a fallas entre fases.

• Conexión a tierra de alta resistencia: Adecuada para redes de distribución con corriente capacitiva a tierra <10 A, generadores grandes donde la corriente monofásica a tierra excede los límites permitidos pero permanece <10 A. Los valores de resistencia típicamente oscilan entre cientos a miles de ohms.
• Conexión a tierra de resistencia media y baja: No hay un límite estricto, pero generalmente:
• Resistencia media: Corriente de falla en el neutro entre 10 A y 100 A
• Resistencia baja: Corriente de falla en el neutro >100 A

Estos se utilizan en redes de distribución urbana dominadas por cables, sistemas auxiliares de plantas de energía, y grandes plantas industriales—donde las corrientes capacitivas son altas y las fallas a tierra transitorias son raras.

• La corriente de falla de un solo fase <10 A; el arco se apaga por sí mismo y el aislamiento puede recuperarse automáticamente.
• Se mantiene la simetría del sistema; el sistema puede operar temporalmente con una falla para permitir tiempo para localizarla.
• Interferencia mínima en las comunicaciones.
• Simple y económico.
• Sin embargo, si la corriente capacitiva >10 A, pueden ocurrir sobretensiones intermitentes de arco a tierra de alta magnitud. Estas sobretensiones son de larga duración, afectan toda la red y representan amenazas graves para equipos con aislamiento débil, especialmente máquinas rotativas. Tales sobretensiones han causado repetidamente fallas a tierra múltiples, quema de equipos y grandes interrupciones de servicio.
  Las sobretensiones resonantes frecuentemente provocan que los fusibles de los transformadores de tensión (VTs) se quemen, dañando los VTs o incluso el equipo principal.

• La corriente inductiva del bobinado de supresión de arcos compensa la corriente capacitiva a tierra del sistema, reduciendo la corriente de falla a <10 A—permitiendo la extinción automática del arco.
• El aislamiento en el punto de falla puede recuperarse automáticamente.
• Reduce la probabilidad de sobretensiones intermitentes de arco a tierra.
• Mantiene la simetría del sistema durante las fallas de un solo fase, permitiendo la operación temporal para localizar la falla.
• Sin embargo, solo reduce la probabilidad—no elimina—la sobretensión de arco a tierra, y no reduce su magnitud. El multiplicador de sobretensión permanece alto, lo que representa un estrés significativo para el aislamiento, especialmente peligroso para equipos compactos de conmutación y sistemas de cable, que pueden sufrir ruptura del aislamiento o cortocircuitos entre fases, llevando a fallos catastróficos del equipo.

• El lado de alta tensión de 110 kV o 220 kV de los parques eólicos generalmente utiliza tierra neutra a través de un interruptor de conexión (separador).
• El lado del sistema colector de 35 kV suele emplear tierra a través de un bobinado de supresión de arcos o resistencia.
  • Si el sistema colector usa líneas de cable completas, la corriente capacitiva es relativamente grande; por lo tanto, se recomienda la tierra a través de resistencia.