¿Qué es un arco a tierra? ¿Cuáles son las causas consecuencias y soluciones?

Definición de conexión a tierra por arco

La conexión a tierra por arco es un tipo de fenómeno de falla de conexión a tierra en el sistema de energía. Se refiere principalmente a la existencia de corriente de conexión a tierra en forma de arco cuando ocurre una falla de conexión a tierra monofásica en un sistema donde el punto neutro no está conectado a tierra o el sistema está conectado a tierra a través de un bobinado de supresión de arcos.

Causas de la conexión a tierra por arco

Daño en la aislación

• Envejecimiento del equipo: Durante la operación a largo plazo del equipo de energía, debido al efecto de las tensiones eléctricas, térmicas, mecánicas y otras, el material aislante se deteriorará gradualmente y reducirá su rendimiento aislante. Por ejemplo, la capa aislante del cable puede agrietarse o dañarse, lo que resulta en una falla de conexión a tierra. Cuando la corriente de conexión a tierra es grande, puede formarse una conexión a tierra por arco.

• Sobretensión por choque: En el sistema de energía pueden ocurrir diversas sobretensiones, como la sobretensión por rayo y la sobretensión de operación. Estas sobretensiones pueden dañar la aislación del dispositivo y causar fallas de conexión a tierra. Por ejemplo, durante una tormenta, una línea aérea puede ser golpeada por un rayo, provocando un flashover en el aislador, creando una falla de conexión a tierra monofásica.

Daño externo

• Daño por construcción: Al realizar actividades como la construcción de carreteras y edificios, los cables subterráneos o las líneas aéreas pueden dañarse accidentalmente, lo que resulta en fallas de conexión a tierra. Por ejemplo, al excavar, una excavadora puede dañar accidentalmente los cables subterráneos, lo que resulta en daños en la aislación del cable y una conexión a tierra por arco.

• Contacto con árboles: En algunas áreas por donde pasan las líneas aéreas, si los árboles crecen demasiado altos, pueden tocar la línea, lo que resulta en una falla de conexión a tierra. Especialmente en condiciones climáticas severas como vientos fuertes, el movimiento de los árboles es más probable que cause una falla de conexión a tierra. Por ejemplo, en vientos fuertes, las ramas de los árboles pueden romperse y caer sobre las líneas aéreas, creando una falla de conexión a tierra.

Las consecuencias de la conexión a tierra por arco

Poner en peligro la seguridad del equipo

• Daño en la aislación del dispositivo: La conexión a tierra por arco genera un arco de alta temperatura y alta energía, que puede dañar seriamente la aislación del dispositivo. Por ejemplo, el arco puede dañar la capa aislante del cable, la aislación de los devanados del transformador, etc., reduciendo el rendimiento aislante del equipo e incluso causando que el equipo se queme.

• Desencadenar sobretensión: La conexión a tierra por arco puede desencadenar sobretensiones intermitentes de arco, que generalmente son de gran amplitud y pueden causar daños adicionales en la aislación del equipo. Por ejemplo, en un sistema con punto neutro no conectado a tierra, la conexión a tierra por arco monofásico puede aumentar la tensión de la fase no defectuosa hasta veces la tensión de línea, representando una amenaza seria para la aislación del equipo.

Se afecta la confiabilidad del suministro de energía

• Interrupción de suministro por salto de circuito: Una falla grave de conexión a tierra por arco puede hacer que el dispositivo de protección opere, provocando que el interruptor de circuito salte, interrumpiendo así el suministro de energía. Esto traerá inconvenientes a los usuarios y afectará el progreso normal de la producción y la vida. Por ejemplo, en el proceso de producción de una fábrica, si una falla súbita de conexión a tierra por arco causa un apagón, puede interrumpir la producción y generar pérdidas económicas.

• Ampliar el rango de la falla: Si la falla de conexión a tierra por arco no se elimina a tiempo, puede desarrollarse en una falla de cortocircuito entre fases, ampliando el rango de la falla e incrementando la dificultad y el tiempo de reparación. Por ejemplo, un arco eléctrico puede ablandar los equipos y conductores circundantes, desencadenando un cortocircuito entre fases y extendiendo el rango de la falla.

Solución de la conexión a tierra por arco

Mantenimiento y gestión del equipo

• Inspección regular: Inspección y mantenimiento regular del equipo de energía, descubrimiento y tratamiento oportuno de defectos de aislación del equipo. Por ejemplo, prueba regular de resistencia aislante del cable, detección de descargas parciales, análisis de cromatografía de aceite del transformador, prueba de resistencia DC de los devanados, etc., con el fin de detectar a tiempo el fallo potencial del equipo.

• Fortalecer la inspección: Fortalecer la inspección de las líneas y equipos de energía, y descubrir y tratar oportunamente los peligros ocultos como el daño externo. Por ejemplo, aumentar el número de inspecciones de las líneas aéreas, limpiar oportunamente los árboles y escombros cerca de la línea, y prevenir que los árboles toquen la línea; marcar y proteger los cables subterráneos en la zona de construcción para prevenir el daño por construcción.

Uso de dispositivos de supresión de arcos

• Bobinado de supresión de arcos: En el sistema donde el punto neutro no está conectado a tierra o está conectado a tierra a través de un bobinado de supresión de arcos, los parámetros del bobinado de supresión de arcos se pueden ajustar razonablemente, de modo que pueda compensar eficazmente la corriente de capacitancia de conexión a tierra y reducir la generación de arcos. Cuando ocurre una falla de conexión a tierra monofásica, la corriente inductiva generada por el bobinado de supresión de arcos puede compensar la corriente de capacitancia de conexión a tierra, reduciendo así la corriente de conexión a tierra a un nivel más bajo, reduciendo el daño de la conexión a tierra por arco.

• Dispositivo de selección de línea de falla de conexión a tierra: La instalación de un dispositivo de selección de línea de falla de conexión a tierra puede detectar rápidamente y con precisión la línea de falla de conexión a tierra y eliminar la línea de falla a tiempo para prevenir la expansión de la falla. Por ejemplo, el dispositivo de selección de línea de falla de conexión a tierra basado en el principio de corriente y dirección de potencia de secuencia cero puede determinar rápidamente la línea de falla cuando ocurre una falla de conexión a tierra por arco, y proporcionar una base para el tratamiento de la falla.

Mejorar el nivel de aislamiento del equipo

• Selección de materiales aislantes de alta calidad: En el proceso de fabricación e instalación del equipo de energía, se seleccionan materiales aislantes de alta calidad para mejorar el rendimiento aislante del equipo. Por ejemplo, el uso de materiales aislantes resistentes a altas temperaturas y al envejecimiento puede prolongar la vida útil del equipo y reducir el riesgo de daño aislante.

• Fortalecer el tratamiento aislante: Fortalecer el aislamiento del equipo para mejorar su resistencia aislante. Por ejemplo, el tratamiento impermeable y antihumedad de las uniones de cable y el envoltorio aislante de los devanados del transformador pueden mejorar el rendimiento aislante del equipo y reducir la ocurrencia de fallas de conexión a tierra.