Manexo de fallos de terra a unha fase en liñas de distribución de 35kV

Líneas de Distribución: Un Componente Clave de los Sistemas Eléctricos

As liñas de distribución son un compoñente principal dos sistemas eléctricos. No mesmo barramento de nivel de tensión, conectanse múltiples liñas de distribución (para entrada ou saída), cada unha con numerosas ramificacións dispostas radialmente e ligadas a transformadores de distribución. Despois de ser reducida a baixa tensión por estes transformadores, a electricidade se suministra a un amplio rango de usuarios finais. Nestas redes de distribución, frecuentemente ocorren fallos como cortocircuitos entre fases, sobrecorrente (sobrecarga) e fallos de unha fase a terra. Entre estes, os fallos de unha fase a terra son os máis comúns, representando máis do 70% dos fallos totais do sistema. Ademais, moitos fallos de cortocircuito evolucionan a partir de fallos de unha fase a terra que escalan a fallos de varias fases a terra.

Os fallos de unha fase a terra refírense a situacións nas que calquera das tres fases (A, B ou C) dunha liña de distribución se rompe e cae ao chan, contacta con árbores, edificios, postes ou torres, formando unha vía conductiva con a terra. Tamén poden resultar de sobretensión causada por relampagos ou outras condicións atmosféricas, que danían o aislamento do equipo de distribución, causando unha diminución significativa da resistencia de aislamento a terra.

Cando ocorre un fallo de unha fase a terra nun sistema de aterramento de corrente baixa, non se forma directamente un bucle de fallo completo. A corrente de aterramento capacitiva é moito menor que a corrente de carga, e as tensións de liña do sistema permanecen simétricas, polo que o suministro de enerxía aos usuarios non se interrompe inmediatamente. Polo tanto, as normativas permiten a continuación da operación con un fallo a terra durante un máximo de 2 horas. No entanto, a tensión nas fases non afectadas aumenta en relación coa terra, supoñendo unha ameaza para o aislamento. Polo tanto, as liñas con un fallo a terra existente deben identificarse e abordarse rapidamente.

I. Identificación de Fallos de Unha Fase a Terra en Barramentos Auxiliares de 35kV

Cando ocorren fallos de unha fase a terra, ferroresonancia, perda de fase ou fusibles de alta tensión en transformadores de tensión (VTs), os fenómenos observados poden ser similares, pero unha análise cuidadosa revela diferenzas distintas.

• Fallo de Unha Fase a Terra:
  A subestación e o sistema SCADA emitirán señales como “aterramento no barramento de 35kV” ou “activado o bobinado de extinción de arco n.º X”. A protección de relevos non salta pero activa señales de alarma. A tensión da fase con fallo diminúe, mentres que as outras dúas tensións de fase aumentan. A luz indicadora do VT da fase con fallo escurece, mentres que as outras dúas sinalizan máis brillantes. En un fallo de aterramento sólido (metálico), a tensión da fase con fallo desciende a cero, e as outras dúas tensións de fase a terra aumentan por √3 veces, mentres que as tensións de liña permanecen inalteradas. A saída 3V₀ do VT lese cerca de 100V, e a luz de supresión de harmónicos ilumínase. O bobinado de extinción de arco transporta corrente, igual á corrente de compensación correspondente ao seu ajuste. Se está instalado un selector de liña de fallo de corrente pequena, activará e identificará a liña con fallo. Se o fallo está dentro da subestación, sinais físicos como arcos visibles, humo e ruidos eléctricos intensos facilitan a identificación do punto de fallo.

• Ferroresonancia:
  Xiña unha tensión de desprazamento do punto neutro, alterando as tres tensións de fase. Tipicamente, a tensión dunha fase aumenta mentres que as outras dúas diminúen, ou viceversa, e as tensións de liña tamén cambian en consecuencia. Dado que a tensión neutra non é cero, fluye corrente a través do bobinado de extinción de arco, e poden aparecer señales de “aterramento no barramento” dependendo da magnitude da tensión de desprazamento.

• Perda de Fase:
  A tensión no lado aguas arriba da fase perdida aumenta a 1,5 veces a tensión normal, mentres que a tensión no lado aguas abaixo desciende a cero. A corrente na fase con fallo torna-se cero, e as outras dúas tensións de fase diminúen lixeiamente. As tensións de liña permanecen inalteradas. 3V₀ lese cerca de 50V, o bobinado de extinción de arco transporta corrente, e emítese unha señal de aterramento. Os usuarios probablemente informarán de cortes de enerxía.

• Salto de Fusible de Alta Tensión no VT:
  A tensión da fase con fusible fundido diminúe significativamente (típicamente abaixo da metade da tensión de fase normal), mentres que as outras tensións de fase non aumentan. As tensións de liña tornanse desequilibradas. Todas as liñas de salida no barramento activan unha alarma de “circuito de tensión aberto”. 3V₀ lese aproximadamente 33V, e emítese unha señal de aterramento.

Aínda que estas catro condicións—fallo de unha fase a terra, ferroresonancia, perda de fase e salto de fusible de VT—exhiben síntomas similares, unha análise exhaustiva das tensións de fase, tensións de liña, 3V₀, corrente do bobinado de extinción de arco, señales de automatización SCADA e informes dos operadores da sala de control pode distinguir precisamente un fallo de unha fase a terra.

II. Proceso de Manejo de Fallos de Unha Fase a Terra en Barramentos Auxiliares de 35kV

Cando ocorre un fallo de aterramento nunha liña de 35kV, o barramento de 35kV da subestación Wan’an emite unha alarma de aterramento. O persoal da estación de control central debe ser notificado inmediatamente para inspeccionar o equipo e o estado de protección na subestación (incluíndo a tensión 3V₀, o estado do selector de liña de fallo de corrente pequena, a temperatura/corrente do bobinado de extinción de arco, etc.), e debe enviarse un equipo de patrulla de liñas. Despois de recibir feedback da estación central confirmando un fallo a terra, deben realizarse ensaios de conmutación (conmutación de proba) de liñas. Antes dos ensaios de conmutación, os usuarios críticos deben ser notificados.

Para sistemas sen dispositivos de conmutación de proba, é posible realizar o salto remoto a través de SCADA, pero primeiro deben transferirse as cargas nas subestacións a montante. En sistemas con conexión interna de ponte, os interruptores automáticos de transferencia (ATS) deben desactivarse para evitar que transfiran o fallo a seccións sanas.Unha vez identificada unha liña específica como falhada, debe dar prioridade a transferir a súa carga antes de sacar de servizo a liña con fallo. O equipo de patrulla de liñas e o persoal da estación central deben ser notificados para patrullar a liña de 35kV e inspeccionar o equipo de 35kV na subestación asociada de 35kV.

Para prevenir que o fallo escale a un cortocircuito entre fases—que podería causar cortes de enerxía súbitos—debe localizarse e aislar rapidamente o equipo falhado. Ademais, para prevenir o sobreaquecemento e o dano do bobinado de extinción de arco, o equipo falhado xeralmente debe ser aislado dentro de 2 horas. A elevación de temperatura do bobinado debe monitorizarse e manterse por debaixo de 55°C. Se se excede, a operación de unha fase a terra debe detenerse inmediatamente, e o equipo falhado debe desconectarse. Se a condición de aterramento persiste máis de 2 horas, a situación debe ser informada á dirección superior.

III. Conclusión

Cando ocorre un fallo de unha fase a terra nunha liña de distribución, a magnitude e a fase da tensión da liña permanecen inalteradas, permitindo a continuidad da operación a curto prazo sen desconectar o equipo falhado. Mentres isto mellora a fiabilidade do suministro, a tensión nas dúas fases sanas aumenta a niveis de liña, aumentando o risco de rotura de aislamento e posteriores cortocircuitos de dúas fases a terra. Isto supón riscos significativos para a operación segura e económica do equipo de subestación e da rede de distribución. Polo tanto, tales fallos deben prevenirse sempre que sexa posible, e unha vez que ocorran, o punto de fallo debe localizarse e eliminarse rapidamente para mellorar a fiabilidade global do suministro de enerxía.