Protecció de falla terrestre restringida

Avaries a terra: causes, conseqüències i mesures de protecció

Una avaria a terra es produeix quan hi ha una connexió elèctrica no intencionada entre un conductor en tensió i la terra. Això sol succeir degut al deteriorament de l'aislament, que pot ser causat per factors com l'envelleciment dels components elèctrics, danys mecànics o exposició a condicions ambientals severes. Quan es produeix una avaria a terra, els corrents de curto-circuit sorgeixen pel sistema elèctric. Aquests corrents de fal·la retornen a la font, ja sigui a través de la mateixa terra o mitjançant l'equipament elèctric connectat.

La presència de corrents de fal·la a terra pot tenir conseqüències greus. Poden causar dany significatiu a l'equipament del sistema d'energia, inclosos transformadors, motors i commutadors, sobrecalfent components, fusant l'aislament i fins i tot provocant la destrucció física. A més, les avaries a terra interrompen la continuitat del subministrament elèctric, resultant en tallades d'electricitat que poden afectar als consumidors residencials, comercials i industrials.

Per mitigar els riscos associats amb les avaries a terra, es fa servir l'esquema de protecció restringida contra avaries a terra. Al nucli d'aquest esquema de protecció està el relé d'avaria a terra, un component crític que joca un paper clau en la protecció del sistema d'energia. Quan es detecta una avaria a terra, el relé d'avaria a terra emet una ordre de desconnectar el circuit interruptor. Aquesta acció aïlla ràpidament la secció defectuosa del circuit, limitant així el flux de corrent de fal·la i minimitzant el possible dany.

El relé d'avaria a terra està col·locat estratègicament en la part residual dels transformadors de corrent, com es mostra a la figura següent. Aquesta posició permet al relé monitoritzar i detectar eficaçment els fluxos de corrent anormals indicatius d'avaries a terra. Específicament, proporciona una protecció essencial per a les bobines en delta o en estrella sense aterrament dels transformadors d'energia, protegint aquests components crítics dels efectes destructius dels corrents de fal·la. La figura següent també il·lustra les connexions detallades del relé d'avaria a terra amb les bobines en estrella o en delta del transformador, ressaltant la configuració precisa que assegura una detecció fiable de fal·les i protecció.

Configuració i funcionament del sistema de protecció contra avaries a terra

Els transformadors de corrent (TC) juguen un paper crucial en el sistema de protecció contra avaries a terra, col·locats estratègicament a ambdós costats de la zona de protecció designada. Les terminales secundàries d'aquests TC estan connectades en paral·lel amb el relé de protecció, formant una ruta elèctrica vital per a la detecció de fal·les. La sortida dels TC està dissenyada específicament per representar la corrent de seqüència zero que flueix a través de la línia elèctrica. Notablement, durant una avaria externa, la corrent de seqüència zero roman absent, mentre que en cas d'una avaria interna, augmenta a un valor que és el doble de la magnitud real de la corrent de fal·lia.

Funcionament del sistema de protecció contra avaries a terra

El costat connectat en estrella del sistema elèctric està protegit per un mecanisme de protecció restringida contra avaries a terra, com es mostra a la figura següent. Aquest esquema de protecció està dissenyat per detectar i respondre amb precisió a les avaries a terra dins de la zona protegida, utilitzant les característiques úniques de la corrent de seqüència zero per assegurar una isolació ràpida i fiable de les fal·les.

Sistema de protecció contra avaries a terra: mecanismes operatius i característiques de disseny

Suposem que es produeix una avaria externa, denotada com F1, dins de la xarxa elèctrica. Aquest esdeveniment de fal·lia induix corrents I1 i I2 que flueixen pels secondaris dels transformadors de corrent (TC). Degut a la configuració elèctrica i la naturalesa de les avaries externes, la suma resultant de I1 i I2 és zero. En contrast, quan es produeix una avaria dins de la zona de protecció, diguem F2, només està present la corrent I2; la corrent I1 s'anul·la o és negligible. Aquest I2 passa llavors pel relé d'avaria a terra, activant la seva operació. Essencialment, el relé d'avaria a terra està dissenyat per activar-se exclusivament en resposta a avaries internes dins de la zona de protecció, assegurant que aïlle selectivament les seccions defectuoses del sistema elèctric.

El relé d'avaria a terra ha de possuir un grau elevat de sensibilitat per detectar amb precisió les avaries. Està enginyat per detectar corrents de fal·lia que superin la corrent nominal de la bobina en almenys un 15%. Aquesta configuració específica permet al relé protegir una porció definida i restringida de la bobina elèctrica, pel qual aquest esquema de protecció rep el nom de protecció restringida contra avaries a terra.

Per millorar encara més la fiabilitat del sistema de protecció, es connecta una corrent estabilitzadora en sèrie amb el relé. Aquesta adició serveix una funció vital: mitiga eficaçment l'impacte de les corrents d'inrush de magnetització. Les corrents d'inrush de magnetització, que poden ocórrer durant l'energització del sistema o altres esdeveniments transitoris, tenen el potencial de causar un dispar incorrecte del relé. Neutralitzant aquestes corrents indesitjades, la corrent estabilitzadora assegura que el relé d'avaria a terra responga només a condicions de fal·lia genuïnes, millorant així la integritat i dependabilitat global del sistema de protecció elèctrica.