Protección de falla a tierra restringida
Fallas a Tierra: Causas, Impactos y Medidas Protectoras
Una falla a tierra ocurre cuando hay una conexión eléctrica no intencional entre un conductor vivo y la tierra. Esto generalmente sucede debido al desgaste del aislamiento, que puede ser causado por factores como el envejecimiento de los componentes eléctricos, daños mecánicos o exposición a condiciones ambientales adversas. Cuando se produce una falla a tierra, las corrientes de cortocircuito surgen a través del sistema eléctrico. Estas corrientes de falla regresan a la fuente ya sea a través de la tierra misma o a través del equipo eléctrico conectado.
La presencia de corrientes de falla a tierra puede tener consecuencias graves. Pueden causar daños significativos en el equipo dentro del sistema de potencia, incluyendo transformadores, motores y equipos de conmutación, al sobrecalentar componentes, derretir el aislamiento e incluso llevar a la destrucción física. Además, las fallas a tierra interrumpen la continuidad del suministro eléctrico, resultando en cortes de energía que pueden afectar a consumidores residenciales, comerciales e industriales.
Para mitigar los riesgos asociados con las fallas a tierra, se emplea el esquema de protección contra fallas a tierra restringido. En el núcleo de este esquema de protección está el relé de falla a tierra, un componente crítico que juega un papel crucial en la protección del sistema de potencia. Cuando se detecta una falla a tierra, el relé de falla a tierra emite una orden de apertura al interruptor. Esta acción aísla rápidamente la sección defectuosa del circuito, limitando así el flujo de corriente de falla y minimizando el daño potencial.
El relé de falla a tierra se coloca estratégicamente en la parte residual de los transformadores de corriente, como se ilustra en la figura a continuación. Esta posición le permite al relé monitorear y detectar eficazmente flujos de corriente anormales indicativos de fallas a tierra. Específicamente, proporciona protección esencial para los devanados en delta o estrella no aterrada de los transformadores de potencia, protegiendo estos componentes críticos de los efectos destructivos de las corrientes de falla. La figura a continuación también muestra las conexiones detalladas del relé de falla a tierra con los devanados en estrella o delta del transformador, destacando la configuración precisa que asegura la detección y protección fiables de las fallas.
Configuración y Operación del Sistema de Protección contra Fallas a Tierra
Los transformadores de corriente (TC) desempeñan un papel crucial en el sistema de protección contra fallas a tierra, colocados estratégicamente en ambos lados de la zona de protección designada. Los terminales secundarios de estos TC se conectan en paralelo con el relé de protección, formando una vía eléctrica vital para la detección de fallas. La salida de los TC está diseñada específicamente para representar la corriente de secuencia cero que fluye a través de la línea eléctrica. Notablemente, durante una falla externa, la corriente de secuencia cero permanece ausente, mientras que en el caso de una falla interna, se eleva a un valor que es el doble de la magnitud de la corriente de falla real.
Operación del Sistema de Protección contra Fallas a Tierra
El lado conectado en estrella del sistema eléctrico está protegido por un mecanismo de protección contra fallas a tierra restringido, como se ilustra en la figura a continuación. Este esquema de protección está diseñado para detectar y responder con precisión a las fallas a tierra dentro de la zona protegida, aprovechando las características únicas de la corriente de secuencia cero para garantizar una aislación rápida y confiable de las fallas.
Sistema de Protección contra Fallas a Tierra: Mecanismos Operativos y Características de Diseño
Supongamos que ocurre una falla externa, denotada como F1, dentro de la red eléctrica. Este evento de falla induce corrientes I1 e I2 que fluyen a través de los secundarios de los transformadores de corriente (TC). Debido a la configuración eléctrica y la naturaleza de las fallas externas, la suma resultante de I1 e I2 es cero. En contraste, cuando una falla ocurre dentro de la zona de protección, digamos F2, solo está presente la corriente I2; la corriente I1 se cancela o es negligente. Esta I2 luego pasa a través del relé de falla a tierra, activándolo. Es crucial que el relé de falla a tierra esté diseñado para activarse exclusivamente en respuesta a fallas internas dentro de la zona de protección, asegurando que seleccione y aísle las secciones defectuosas del sistema eléctrico.
El relé de falla a tierra debe poseer un alto grado de sensibilidad para detectar con precisión las fallas. Está diseñado para detectar corrientes de falla que excedan la corriente nominal del devanado en al menos 15%. Esta configuración específica permite al relé proteger una parte definida y restringida del devanado eléctrico, por lo que este esquema de protección se llama adecuadamente protección contra fallas a tierra restringida.
Para mejorar aún más la confiabilidad del sistema de protección, se conecta en serie con el relé una corriente estabilizadora. Esta adición cumple una función vital: mitiga eficazmente el impacto de las corrientes de inrush de magnetización. Las corrientes de inrush de magnetización, que pueden ocurrir durante la energización del sistema u otros eventos transitorios, tienen el potencial de causar disparos falsos del relé. Al contrarrestar estas corrientes no deseadas, la corriente estabilizadora asegura que el relé de falla a tierra responda solo a condiciones de falla genuinas, mejorando así la integridad y confiabilidad general del sistema de protección eléctrica.
