Tipos de fallos no sistema eléctrico

Fallos no sistema eléctrico: Definición e clasificación

Un fallo nun sistema eléctrico defínese como unha anomalia ou defecto que fai que a corrente eléctrica se desvie do seu camiño de flujo intencionado. Cando ocorre un fallo, crea condicións de funcionamento anómalas, principalmente reducindo a resistencia ao paso da corrente entre conductores. Esta degradación da aislación pode levar a danos graves nos compoñentes do sistema eléctrico, interromper o suministro normal de enerxía e supor riscos de seguridade.

Os fallos nos sistemas eléctricos clasifícanse principalmente en dous tipos principais:

• Fallo de circuito aberto: Este tipo de fallo ocorre cando hai unha rotura ou discontinuidade no circuito eléctrico, impedindo o fluxo normal da corrente. Pode resultar de conductores danados, conexións sueltas ou falla de compoñentes eléctricos.

• Fallo de curto-circuíto: No caso dun fallo de curto-circuíto, hai unha ruta de baixa resistencia non intencionada entre dous ou máis conductores, provocando un gran fluxo de corrente. Isto pode deberse a unha ruptura da aislación, contacto físico entre conductores ou fallos de equipos.

As diferentes subtipos e manifestacións destes fallos no sistema eléctrico ilústranse na imaxe proporcionada a continuación.

Causas e clasificación dos fallos no sistema eléctrico

Os fallos nos sistemas eléctricos poden xurdir debido a múltiples perturbacións naturais. Eventos como descargas eléctricas, ventos de alta velocidade e terremotos poden todos eles provocar fallos. As descargas eléctricas, con as súas descargas intensas, poden danar a aislación e interromper o fluxo normal de corrente. Os ventos de alta velocidade poden derribar liñas eléctricas ou facer que os conductores oscilen e entran en contacto con outros obxectos, mentres que os terremotos poden desprazar a infraestrutura, levando a conductores rotos e compoñentes eléctricos danados.

Os fallos tamén poden ser o resultado de varios accidentes. Por exemplo, un árbore caído sobre liñas eléctricas, un vehículo que choca cunha estrutura de soporte, ou un avión que se estrella contra a infraestrutura eléctrica, todos poden levar a interrupcións no sistema eléctrico. Estes eventos accidentais poden danar directamente conductores, aisladores ou outras partes vitais da rede eléctrica, causando fallos.

1. Fallo de circuito aberto

Un fallo de circuito aberto ocorre predominantemente cando un ou dous conductores fallan. Dado que este tipo de fallo ocorre en serie coa liña eléctrica, tamén coñécese como fallo en serie. Os fallos de circuito aberto teñen un impacto significativo na fiabilidade do sistema eléctrico, a miúdo levando a interrupcións no suministro de enerxía e potencialmente danos no equipo conectado.

Os fallos de circuito aberto poden clasificarse ademais nos seguintes tipos:

• Fallo de conductor aberto: Esto ocorre cando un único conductor no circuito eléctrico se rompe ou desconecta, interrumpindo o fluxo de corrente por ese camiño específico.

• Fallo de dous conductores abertos: Neste escenario, dous dos conductores do sistema fallan, creando unha perturbación máis grave no flujo eléctrico. Este tipo de fallo pode levar a condicións desequilibradas e pode causar un estrés adicional nos compoñentes restantes do sistema.

• Fallo de tres conductores abertos: A forma máis rara e grave de fallo de circuito aberto, implica a falla de todos os tres conductores nun sistema trifásico. Isto resulta nunha perda completa da transmisión de enerxía e pode ter consecuencias amplias para a rede eléctrica e as cargas conectadas.

As diferentes configuracións de fallos de circuito aberto ilústranse na figura a seguir, proporcionando unha representación visual de como estes fallos maniféstase dentro do sistema eléctrico.

2. Fallo de curto-circuíto

Un fallo de curto-circuíto ocorre cando os conductores de diferentes fases entran en contacto uns cos outros dentro dunha liña eléctrica, transformador de potencia ou outros elementos do circuito. Esta conexión non intencionada causa un fluxo substancial de corrente a través dunha ou dúas fases do sistema eléctrico. Os fallos de curto-circuíto poden clasificarse ademais en dúas categorías principais: simétricos e asimétricos.

Fallo simétrico

Os fallos simétricos son aqueles que implican as tres fases dun sistema eléctrico. Notablemente, estes fallos mantén un estado de equilibrio mesmo despois de que ocorra o evento de fallo. Os fallos simétricos ocorren predominantemente nos terminais dos xeradores. O inicio destes fallos pode atribuirse a diversos factores, como a resistencia do arco eléctrico formado entre conductores durante o fallo ou a presenza de baixa resistencia de aterramento no sistema de aterramento.

Os fallos simétricos subdividense en dous tipos distintos: fallo de liña a liña a liña e fallo de tres fases liña a terra.

a. Fallo de liña a liña a liña

Os fallos de liña a liña a liña (L - L - L) caracterízanse polo seu carácter balanceado. Incluso despois de que ocorre o fallo, o sistema eléctrico retén a súa simetría. Aínda que relativamente raros, os fallos L - L - L son entre os tipos de fallos de curto-circuíto máis graves. Xeran as maiores correntes de fallo no sistema, que xogan un papel crucial na determinación dos requisitos de calificación dos interruptores de circuito. A capacidade dos interruptores de circuito de interromper estas correntes de extremadamente alta magnitude de xeito seguro e eficaz está directamente informada polas características dos fallos L - L - L, facendo deles unha consideración clave no deseño e protección do sistema eléctrico.

b. L–L–L–G (Fallo de tres fases liña a terra)

Un fallo de tres fases liña a terra (L–L–L–G) abarca as tres fases do sistema eléctrico. Neste escenario de fallo, establecése unha conexión entre as tres fases e a terra do sistema. Aínda que menos común en comparación con outros tipos de fallos, o fallo L–L–L–G ten unha importancia significativa no análise do sistema eléctrico. Estatisticamente, a probabilidade de que ocorra tal fallo é aproximadamente do 2 ao 3 por cento. A pesar desta probabilidade relativamente baixa, cando ocorre un fallo L–L–L–G, pode xerar correntes de fallo substanciais e causar interrupcións xerais no sistema eléctrico, necesitando medidas protectoras robustas e unha consideración cuidadosa no deseño e operación do sistema.

Fallo asimétrico

Un fallo asimétrico define como unha condición no sistema eléctrico que xera correntes asimétricas, onde as magnitudes e as fases das correntes nas tres fases difiren significativamente unhas das outras. Este tipo de fallo xeralmente implica unha ou dúas fases, como liña a terra (L - G), liña a liña (L - L), ou dobre liña a terra (L - L - G). Como resultado destes fallos, o sistema eléctrico desequilibrase, o que pode levar a varias cuestións operativas e potenciais danos no equipo.

Os fallos asimétricos poden clasificarse principalmente en tres tipos distintos:

• Fallo de liña simple a terra (L – G)

• Fallo de liña a liña (L – L)

• Fallo de dobre liña a terra (L – L – G)

Entre todos os tipos de fallos no sistema eléctrico, os fallos asimétricos son os que máis frecuentemente ocorren.

1. Fallo de liña simple a terra (L – G)

Un fallo de liña simple a terra ocorre cando un dos conductores entra en contacto coa terra ou toca o conductor neutro. Este tipo de fallo é extremadamente prevalente, representando un 70-80 por cento de todos os fallos que ocorren nos sistemas eléctricos. A súa alta frecuencia de ocurrencia fai que sexa unha preocupación crítica para os operadores e enxeñeiros de sistemas eléctricos, que deben implementar medidas protectoras efectivas para mitigar os seus potenciais impactos na estabilidade e fiabilidade do sistema.

3. Fallo de dobre liña a terra (L - L - G)

Nun fallo de dobre liña a terra, dous conductores entran simultaneamente en contacto entre si e coa terra. Este escenario de fallo crea unha ruta eléctrica complexa que perturba a operación normal do sistema eléctrico. Aínda que menos común que os fallos de liña simple a terra, os fallos de dobre liña a terra aínda supón riscos significativos para a estabilidade do sistema e a integridade do equipo. Estatisticamente, a probabilidade de que ocorra un fallo de dobre liña a terra é aproximadamente o 10% de todos os fallos no sistema eléctrico. Esta probabilidade relativamente baixa pero non negligible subliña a importancia de incorporar estratexias comprehensivas de protección e mitigación dentro dos sistemas eléctricos para protexer contra o posible danio e as interrupcións operativas causadas por tales fallos.