Tipus de faltes en el sistema elèctric

Sistemes Elèctrics en Falta: Definició i Classificació

Una falta en un sistema elèctric es defineix com una anomalia o defecte que provoca que la corrent elèctrica es desviï del seu camí d'flux previst. Quan ocorre una falta, crea condicions d'operació anòmals, principalment reduint la resistència a l'aislament entre els conductors. Aquesta degradació de l'aislament pot conduir a danys greus als components del sistema elèctric, interrompre l'abastament normal d'energia i posar en risc la seguretat.

Les faltes dels sistemes elèctrics es classifiquen principalment en dos tipus principals:

• Falta de Circuit Obert: Aquest tipus de falta ocorre quan hi ha una ruptura o discontinuïtat en el circuit elèctric, impedint el flux normal de la corrent. Pot resultar de conductors endegats, connexions llaxes o fallada de components elèctrics.

• Falta de Circuí Short-Circuit: En una falta de circuí short-circuit, hi ha un camí de baixa resistència no intencionat entre dos o més conductors, causant un gran flux de corrent. Això pot ser degut a la fallida de l'aislament, contacte físic entre conductors o malfuncionaments d'equips.

Les diverses subcategories i manifestacions d'aquestes faltes dels sistemes elèctrics es il·lustren en la imatge proporcionada a continuació.

Causa i Classificació de les Faltes dels Sistemes Elèctrics

Les faltes dels sistemes elèctrics poden sorgir per raó de diverses pertorbacions naturals. Esdeveniments com impactes de llamp, vents de alta velocitat i terratrèmols tots poden desencadenar faltes. El llamp, amb les seves descàrregues elèctriques intensives, pot endegar l'aislament i interrompre el flux normal de la corrent. Els vents de alta velocitat poden fer caure línees elèctriques o fer que els conductors oscil·lin i entren en contacte amb altres objectes, mentre que els terratrèmols poden desplaçar infraestructures, conduint a conductors trencats i components elèctrics endegats.

Les faltes també poden ser el resultat de diversos accidents. Per exemple, un arbre que caigui sobre línees elèctriques, un vehicle que col·lisi amb una estructura de suport, o un avió que s'enfonsi en infraestructures elèctriques tots poden portar a interrupcions en el sistema elèctric. Aquests esdeveniments accidentals poden endegar directament els conductors, aisladors o altres parts vitals de la xarxa elèctrica, causant faltes.

1. Falta de Circuit Obert

Una falta de circuit obert ocorre predominantment quan falla un o dos conductors. Com que aquest tipus de falta ocorre en sèrie amb la línia elèctrica, també se l'anomena falta en sèrie. Les faltes de circuit obert tenen un impacte significatiu en la fiabilitat del sistema elèctric, sovint portant a interrupcions en l'abastament d'energia i possibles danys a l'equipament connectat.

Les faltes de circuit obert es poden categoritzar més enllà en els següents tipus:

• Falta de Conductor Obert: Això ocorre quan un sol conductor en el circuit elèctric es trenc o es desconecta, interrompent el flux de corrent a través d'aquest camí específic.

• Falta de Dos Conductors Oberts: En aquest escenari, fallen dos dels conductors en el sistema, creant una disrupció més severa al flux elèctric. Aquest tipus de falta pot portar a condicions desequilibrades i pot causar estrès addicional als components restants del sistema.

• Falta de Tres Conductors Oberts: La forma més rara i més severa de falta de circuit obert implica la fallida de tots tres conductors en un sistema tri-fàsic. Això resulta en una pèrdua total de la transmissió d'energia i pot tenir conseqüències extenses per a la xarxa elèctrica i les càrregues connectades.

Les diferents configuracions de faltes de circuit obert es il·lustren en la figura següent, proporcionant una representació visual de com aquestes faltes es manifesten dins del sistema elèctric.

2. Falta de Circuí Short-Circuit

Una falta de circuí short-circuit ocorre quan els conductors de diferents fases fan contacte entre si dins d'una línia elèctrica, un transformador d'energia o altres elements de circuit. Aquesta connexió no intencionada causa un gran flux de corrent a través d'una o dues fases del sistema elèctric. Les faltes de circuí short-circuit es poden classificar més enllà en dues categories principals: simètriques i asimètriques.

Falta Simètrica

Les faltes simètriques són aquelles que involucren totes tres fases d'un sistema elèctric. Notablement, aquestes faltes mantenen un estat d'equilibri fins i tot després de l'esdeveniment de la falta. Les faltes simètriques ocorren predominantment als terminals dels generadors. L'inici d'aquestes faltes es pot atribuir a diversos factors, com la resistència de l'arc elèctric format entre conductors durant la falta o la presència de baixa resistència de peu en el sistema de terra.

Les faltes simètriques es sub-classifiquen en dos tipus distinctes: falta de línia a línia a línia i falta de línia a terra trífàsica.

a. Falta de Línia a Línia a Línia

Les faltes de línia a línia a línia (L - L - L) es caracteritzen per la seva naturalesa equilibrada. Fins i tot després de la falta, el sistema elèctric manté la seva simetria. Tot i que relativament rares, les faltes L - L - L són entre les més severes de les faltes de circuí short-circuit. Generen les corrents de falta més grans dins del sistema, que juguen un paper crucial en determinar els requisits de classificació dels interruptors de circuit. La capacitat dels interruptors de circuit de tallar aquestes corrents d'extremada magnitud de manera segura i efectiva es veu directament informada pel caràcter de les faltes L - L - L, fent-les una consideració clau en el disseny i protecció dels sistemes elèctrics.

b. L–L–L–G (Falta Trífàsica de Línia a Terra)

Una falta trífàsica de línia a terra (L–L–L–G) abasta totes tres fases del sistema elèctric. En aquest escenari de falta, es estableix una connexió entre totes tres fases i la terra del sistema. Tot i que menys comuna en comparació amb alguns altres tipus de falta, la falta L–L–L–G té una importància significativa en l'anàlisi dels sistemes elèctrics. Estadísticament, la probabilitat que aquesta falta ocorra és aproximadament del 2 al 3 per cent. Malgrat aquesta probabilitat relativament baixa, quan una falta L–L–L–G ocorre, pot generar corrents de falta substancials i causar interrupcions extenses al sistema elèctric, necessitant mesures protectoras robustes i una consideració cuidadosa en el disseny i operació del sistema.

Falta Asimètrica

Una falta asimètrica es defineix com una condició en el sistema elèctric que genera corrents asimètriques, on les magnituds i les fases de les corrents en les tres fases difereixen significativament entre elles. Aquest tipus de falta típicament involucra una o dues fases, com faltes de línia a terra (L - G), línia a línia (L - L) o doble línia a terra (L - L - G). Com a resultat d'aquestes faltes, el sistema elèctric es desequilibra, el que pot portar a una varietat de problemes operatius i potencial danys a l'equipament.

Les faltes asimètriques es poden classificar principalment en tres tipus distinctes:

• Falta Única de Línia a Terra (L – G)

• Falta de Línia a Línia (L – L)

• Falta Doble de Línia a Terra (L – L – G)

Entre tots els tipus de faltes dels sistemes elèctrics, les faltes asimètriques són les que més sovint ocorren.

1. Falta Única de Línia a Terra (L – G)

Una falta única de línia a terra ocorre quan un dels conductors entra en contacte amb la terra o toca el conductor neutre. Aquest tipus de falta és extremadament prevalent, representant un 70-80 per cent de totes les faltes que ocorren dins dels sistemes elèctrics. La seva alta freqüència de ocorrència la converteix en una preocupació crítica per als operadors i enginyers dels sistemes elèctrics, que han de implementar mesures protectores eficients per mitigar els seus potencials impactes en l'estabilitat i fiabilitat del sistema.

3. Falta Doble de Línia a Terra (L - L - G)

En una falta doble de línia a terra, dos conductors fan contacte simultàniament entre ells i amb la terra. Aquest escenari de falta crea un camí elèctric complex que interromp l'operació normal del sistema elèctric. Tot i que menys comuna que les faltes úniques de línia a terra, les faltes dobles de línia a terra encara posen riscos significatius a la estabilitat del sistema i a la integritat de l'equipament. Estadísticament, la probabilitat que ocorri una falta doble de línia a terra és aproximadament del 10% de totes les faltes dels sistemes elèctrics. Aquesta probabilitat relativament baixa però no negligible subratlla la importància d'incorporar estratègies de protecció i mitigació comprehensives dins dels sistemes elèctrics per protegir-se contra els potencials danys i interrupcions operatives causades per aquestes faltes.