Tractament de faltes a terra en una fase a la línia de distribució de 35kV

Línies d'Alimentació: Un Component Clau dels Sistemes Elèctrics

Les línies d'Alimentació són un component principal dels sistemes elèctrics. En la mateixa barra de tensió, es connecten múltiples línies d'Alimentació (per a entrada o sortida), cada una amb nombroses branques disposades radialment i enllaçades a transformadors de distribució. Després que aquests transformadors redueixen la tensió a baixa, l'electricitat es proporciona a una ampla gamma d'usuaris finals. En aquestes xarxes de distribució, es produeixen freqüentment defectes com circuits curts entre fases, sobrecorrent (sobrecàrrega) i defectes de fase única a terra. Entre aquests, els defectes de fase única a terra són els més comuns, representant més del 70% dels defectes totals del sistema. A més, molts defectes de circuit curt evolucionen des de defectes de fase única a terra que es converteixen en defectes de múltiples fases a terra.

Els defectes de fase única a terra es referencien a situacions on qualsevol de les tres fases (A, B o C) en una línia d'Alimentació es treu i cau a terra, contactant arbres, edificis, postes o torres, formant un camí conductiu amb la terra. També poden resultar de sobretensions causades per llamps o altres condicions atmosfèriques, que danysin l'aïllament dels equips de distribució, causant una reducció significativa de la resistència a la terra.

Quan es produeix un defecte de fase única a terra en un sistema de terra de corrent baixa, no es forma immediatament un circuit de defecte complet. La corrent de terra capacitiva és molt més petita que la corrent de càrrega, i les tensions de línia del sistema romanen simètriques, per tant, no es veu interrompuda immediatament la subministrament a usuaris. Per tant, les normatives permeten continuar operant amb un defecte a terra durant fins a 2 hores. No obstant això, la tensió en les fases sanes augmenta relatiu a la terra, posant en risc l'aïllament. Per tant, cal identificar i abordar ràpidament les línies amb un defecte a terra existent.

I. Identificació de Defectes de Fase Única a Terra en Barras Auxiliars de 35kV

Quan es produeixen defectes de fase única a terra, ferroressonància, pèrdua de fase o fundides de fusibles de tensió elevada en transformadors de tensió (VTs), els fenòmens observats poden ser similars, però un anàlisi atent revela diferències distintives.

• Defecte de Fase Única a Terra:
  La subestació i el sistema SCADA emitiran senyals com "terra a la barra de 35kV" o "Bobina de Supressió d'Arc No. X activada." La protecció de relè no dispara, però genera senyals d'alarma. La tensió de la fase defectuosa disminueix, mentre que les altres dues tensions de fase augmenten. La llum indicadora del VT de la fase defectuosa s'apaga, mentre que les altres dues s'il·luminen. En un defecte de terra sòlid (metàl·lic), la tensió de la fase defectuosa disminueix a zero, i les altres dues tensions de fase a terra augmenten √3 vegades, mentre que les tensions de línia romanen inalterades. La sortida 3V₀ del VT indica al voltant de 100V, i la llum de supressió d'armònics s'il·lumina. La bobina de supressió d'arc porta corrent, igual a la corrent de compensació corresponent a la seva configuració. Si s'ha instal·lat un selector de línies de defecte de corrent baixa, s'activarà i identificarà la línia defectuosa. Si el defecte està dins la subestació, signes físics com arcs visibles, fum i sorolls elèctrics forts faciliten la identificació del punt de defecte.

• Ferroressonància:
  Es genera una tensió de desplaçament del punt neutre, alterant les tensions de fase de les tres fases. Normalment, la tensió d'una fase augmenta mentre que les altres dues disminueixen, o viceversa, i les tensions de línia també canvien en conseqüència. Com que la tensió neutra no és zero, passa corrent a través de la bobina de supressió d'arc, i poden aparèixer senyals de "terra a la barra" depenent de la magnitud de la tensió de desplaçament.

• Pèrdua de Fase:
  La tensió a l'amont de la fase perduda augmenta a 1,5 vegades la tensió normal, mentre que la tensió a l'avall disminueix a zero. La corrent de la fase defectuosa es converteix en zero, i les altres dues tensions de fase disminueixen lleugerament. Les tensions de línia romanen inalterades. 3V₀ indica al voltant de 50V, la bobina de supressió d'arc porta corrent, i s'emiteix un senyal de terra. És probable que els usuaris informin de tallades de corrent.

• Fundició de Fusible de Tensió Elevada del VT:
  La tensió de la fase fundida disminueix significativament (normalment inferior a la meitat de la tensió de fase normal), mentre que les altres tensions de fase no augmenten. Les tensions de línia es desequilibren. Totes les línies de sortida de la barra triguen un senyal d'alarma de "circuit de tensió obert". 3V₀ indica al voltant de 33V, i s'emiteix un senyal de terra.

Encara que aquests quatre casos—defecte de fase única a terra, ferroressonància, pèrdua de fase i fundició de fusible de tensió elevada del VT—presentin símptomes similars, un anàlisi exhaustiu de les tensions de fase, tensions de línia, 3V₀, corrent de la bobina de supressió d'arc, senyals d'automatització SCADA i informes dels operadors de la sala de control, pot distingir amb precisió un defecte de fase única a terra.

II. Procés de Gestió de Defectes de Fase Única a Terra en Barras Auxiliars de 35kV

Quan es produeix un defecte de terra en una línia de 35kV, la barra de 35kV de la subestació Wan’an emet un senyal d'alarma de terra. Es ha de notificar immediatament al personal de la central de control per inspeccionar l'equipament i l'estat de protecció dins la subestació (incloent la tensió 3V₀, l'estat del selector de línies de defecte de corrent baixa, temperatura/corrent de la bobina de supressió d'arc, etc.), i s'ha de enviar l'equip de patrullatge de línies. Després de rebre la retroalimentació de la central confirmant un defecte a terra, s'han de realitzar proves de commutació (proves de desconnectar) de línies. Abans de les proves de commutació, s'han de notificar els usuaris crítics. 

Per als sistemes sense dispositius de prova de commutació, és possible realitzar la commutació remota mitjançant SCADA, però primer s'han de transferir les càrregues de les subestacions avall. En els sistemes amb connexions de pont intern, s'han de desactivar els interruptors automàtics de transferència (ATS) per evitar que transferisquin el defecte a seccions sanes.Un cop s'identifica una línia específica com defectuosa, s'ha de donar prioritat a la transferència de la seva càrrega abans de treure la línia defectuosa de servei. S'ha de notificar a l'equip de patrullatge de línies i al personal de la central per patrullar la línia de 35kV i inspeccionar l'equipament de 35kV dins la subestació associada de 35kV. 

Per prevenir que el defecte es converteixi en un circuit curt entre fases—que podria causar talls de corrent sencers—cal localitzar i aïllar ràpidament l'equip defectuós. A més, per prevenir el sobrecalentament i el dañament de la bobina de supressió d'arc, generalment s'ha d'aïllar l'equip defectuós dins de les 2 hores. Es ha de monitorar l'augment de temperatura de la bobina i mantenir-lo per sota de 55°C. Si s'excedeix, s'ha de parar immediatament l'operació de fase única a terra i desconectar l'equip defectuós. Si la condició de terra persisteix més de 2 hores, s'ha de notificar a la gerència superior.

III. Conclusió

Quan es produeix un defecte de fase única a terra en una línia d'Alimentació, la magnitud i fase de la tensió de línia romanen inalterades, permetent la continuïtat de l'operació a curt termini sense desconectar l'equip defectuós. Tot i que això millora la fiabilitat de la subministrament, la tensió en les dues fases sanes augmenta a nivells de línia a línia, incrementant el risc de ruptura de l'aïllament i subsequents circuits curts de dues fases a terra. Això representa riscos significatius per a la seguretat i l'economia de l'operació de l'equipament de la subestació i la xarxa de distribució. Per tant, es haurien de prevenir aquests defectes sempre que sigui possible, i un cop es produeixin, s'ha de localitzar i eliminar ràpidament el punt de defecte per millorar la fiabilitat general de la subministrament.