Protección de falla a tierra equilibrada

Esquema de Protección contra Fallas a Tierra Equilibradas para Pequeños Generadores

El esquema de protección contra fallas a tierra equilibradas sirve como un salvaguarda crucial, principalmente utilizado para la protección de pequeños generadores en escenarios donde los sistemas de protección diferencial y autocompensados no son opciones viables. En los pequeños generadores, los extremos neutrales de las bobinas trifásicas están conectados internamente a un solo terminal. Como resultado, el extremo neutral no es accesible desde el exterior, lo que hace ineficaces los métodos de protección convencionales. Aquí es donde entra en juego el esquema de protección contra fallas a tierra equilibradas, proporcionando una protección esencial contra fallas a tierra. Es importante destacar que este esquema está específicamente diseñado para detectar fallas a tierra y no ofrece protección contra fallas entre fases, a menos que esas fallas entre fases se desarrollen posteriormente en fallas a tierra.

Conexión del Esquema de Protección contra Fallas a Tierra Equilibradas

La implementación del esquema de protección contra fallas a tierra equilibradas implica una configuración precisa de transformadores de corriente (TC). En esta configuración, se instalan TC en cada una de las fases del generador. Sus devanados secundarios se conectan en paralelo con el devanado secundario de otro TC. Este TC adicional se monta en el conductor que une el punto estrella (neutral) del generador a la tierra. Un relé de protección se conecta estratégicamente a través de los secundarios combinados de todos estos TC. Esta disposición permite al sistema de protección monitorear los desequilibrios de corriente que ocurren durante una condición de falla a tierra, permitiendo que el relé detecte y responda rápidamente a posibles fallas, protegiendo así al pequeño generador de daños causados por fallas a tierra.

Esquema de Protección contra Fallas a Tierra Equilibradas: Funcionalidad, Limitaciones y Significado

Resumen y Alcance

Los esquemas de protección equilibrados están diseñados para proteger contra fallas a tierra dentro de un área definida, específicamente la región confinada entre los transformadores de corriente (TC) del lado neutral y del lado línea. Este mecanismo de protección dirigido se centra principalmente en detectar fallas a tierra dentro de las bobinas del estator de un generador. Notablemente, permanece inactivo durante fallas a tierra externas, por lo que este esquema también se conoce comúnmente como el esquema de protección contra fallas a tierra restringidas. En generadores grandes, este esquema se implementa a menudo como una capa adicional de protección, complementando otros sistemas de protección más completos.

Mecanismo Operativo

Operación Normal

Bajo condiciones normales de operación del generador, la suma de las corrientes que fluyen a través de los secundarios de los transformadores de corriente es precisamente cero. Además, no hay flujo de corriente desde el secundario al neutral. Como resultado, el relé de protección asociado con el esquema permanece desenergizado, indicando que el sistema está operando sin condiciones de falla.

Falla dentro de la Zona Protegida

Cuando ocurre una falla a tierra dentro de la zona protegida (el área a la izquierda del TC del lado línea), se produce un cambio significativo. La corriente de falla comienza a fluir a través de los devanados primarios de los transformadores de corriente. Esto, a su vez, induce corrientes secundarias correspondientes que pasan a través del relé. Una vez que la magnitud de estas corrientes secundarias alcanza un umbral predefinido, el relé se activa, disparando el interruptor para aislar la sección defectuosa del generador. Esta rápida respuesta ayuda a prevenir daños adicionales al generador debido a la falla.

Falla fuera de la Zona Protegida

En caso de que ocurra una falla fuera de la zona de protección (a la derecha del TC del lado línea), el comportamiento eléctrico es diferente. La suma de las corrientes en los terminales del generador es igual a la corriente que fluye en la conexión neutral. Este equilibrio resulta en que no haya corriente neta fluyendo a través de la bobina de operación del relé. Como consecuencia, el relé no opera, y el sistema continúa funcionando, asumiendo que la falla es externa y no amenaza directamente la integridad de las bobinas del estator protegidas del generador.

Desventajas

A pesar de su eficacia en muchos escenarios, el esquema de protección contra fallas a tierra equilibradas tiene limitaciones notables. Cuando una falla ocurre cerca del terminal neutral o cuando la conexión a tierra del neutral se establece a través de una resistencia o un transformador distribuidor, la magnitud de la corriente de falla que fluye a través del secundario del transformador de corriente se reduce significativamente. En tales casos, esta corriente reducida puede caer por debajo de la corriente de captación del relé, que es la corriente mínima requerida para activar el relé. Como resultado, el relé no opera, permitiendo que la corriente de falla persista dentro de las bobinas del generador. Esta exposición prolongada a la corriente de falla puede llevar a sobrecalentamiento, degradación del aislamiento y potencialmente a daños graves al generador, subrayando la importancia de comprender y abordar estas limitaciones en aplicaciones prácticas.