Protección de fallo a terra restringida

Fallas a terra: causas, impactos e medidas protectoras

Unha falla a terra ocorre cando hai unha conexión eléctrica non intencionada entre un condutor en activo e a terra. Isto xeralmente sucede debido ao desgaste da aislación, que pode ser causado por factores como o envellecemento dos compoñentes eléctricos, danos mecánicos ou a exposición a condicións ambientais adversas. Cando se produce unha falla a terra, as correntes de cortocircuito aumentan polo sistema eléctrico. Estas correntes de falla retornan á fonte, xa sexa a través da propia terra ou mediante equipos eléctricos conectados.

A presenza de correntes de falla a terra pode ter consecuencias graves. Poden causar danos significativos no equipo do sistema de enerxía, incluíndo transformadores, motores e conmutadores, ao sobrecalentar os compoñentes, fundir a aislación e incluso levar á súa destrución física. Ademais, as fallas a terra interrompen a continuidade do suministro eléctrico, resultando en cortes de enerxía que poden afectar a consumidores residenciais, comerciais e industriais.

Para mitigar os riscos asociados coas fallas a terra, emprega-se o esquema de protección contra fallas a terra restritas. No corazón deste esquema de protección está o rele de falla a terra, un compoñente crítico que desempeña un papel fundamental na salvagarda do sistema de enerxía. Cando se detecta unha falla a terra, o rele de falla a terra emite unha orde de corte ao interruptor de circuito. Esta acción isola rapidamente a sección defectuosa do circuito, limitando así o fluxo de corrente de falla e minimizando o dano potencial.

O rele de falla a terra está estratexicamente situado na parte residual dos transformadores de corrente, como se ilustra na figura a continuación. Esta posición permite ao rele monitorizar e detectar eficazmente fluxos de corrente anómalos indicativos de fallas a terra. Especificamente, proporciona protección esencial para as bobinas en delta ou estrela non aterradas dos transformadores de enerxía, salvagardando estes compoñentes críticos dos efectos destructivos das correntes de falla. A figura a continuación tamén representa as conexións detalladas do rele de falla a terra cos enrolamentos en estrela ou delta do transformador, destacando a configuración precisa que asegura a detección fiable da falla e a protección.

Configuración e funcionamento do sistema de protección contra fallas a terra

Os transformadores de corrente (TC) desempeñan un papel crucial no sistema de protección contra fallas a terra, estratexicamente posicionados en ambos os lados da zona protexida designada. Os terminais secundarios destes TC están conectados en paralelo co rele protector, formando unha via eléctrica vital para a detección de fallas. A saída dos TC está deseñada especificamente para representar a corrente de secuencia cero que fluye pola liña eléctrica. Notablemente, durante unha falla externa, a corrente de secuencia cero permanece ausente, mentres que no caso dunha falla interna, esta aumenta a un valor que é o dobre da magnitude da corrente de falla real.

Funcionamento do sistema de protección contra fallas a terra

O lado conectado en estrela do sistema eléctrico está protexido por un mecanismo de protección contra fallas a terra restritas, como se ilustra na figura a continuación. Este esquema de protección está deseñado para detectar e responder precisamente a fallas a terra dentro da zona protexida, aproveitando as características únicas da corrente de secuencia cero para asegurar unha rápida e fiable isolación da falla.

Sistema de protección contra fallas a terra: mecanismos operativos e características de deseño

Supoñamos que ocorre unha falla externa, denotada como F1, dentro da rede eléctrica. Este evento de falla induce correntes I1 e I2 que fluen polos secundarios dos transformadores de corrente (TC). Debido á configuración eléctrica e a natureza das fallas externas, a suma resultante de I1 e I2 é cero. En contraste, cando ocorre unha falla dentro da zona protexida, digamos F2, só está presente a corrente I2; a corrente I1 efectivamente cancela ou é insignificante. Esta I2 entón pasa polo rele de falla a terra, disparando a súa operación. Crucialmente, o rele de falla a terra está deseñado para activarse exclusivamente en resposta a fallas internas dentro da zona protexida, asegurando que seleccione e isole as seccións defectuosas do sistema eléctrico.

O rele de falla a terra debe posuír un alto grao de sensibilidade para detectar con precisión as fallas. Está deseñado para detectar correntes de falla que superen a corrente nominal do enrolamento polo menos 15%. Esta configuración específica permite ao rele protexer unha parte definida e restrinxida do enrolamento eléctrico, é por iso que este esquema de protección recibe o nome de protección contra fallas a terra restritas.

Para mellorar a fiabilidade do sistema de protección, conecta-se unha corrente estabilizadora en serie co rele. Esta adición serve unha función vital: mitiga eficazmente o impacto das correntes de inrush de magnetización. As correntes de inrush de magnetización, que poden ocorrer durante a energización do sistema ou outros eventos transitorios, teñen o potencial de causar disparos falsos do rele. Ao contrariar estas correntes indeseables, a corrente estabilizadora asegura que o rele de falla a terra responde só a condicións de falla genuínas, mellorando así a integridade e a confiabilidade global do sistema de protección eléctrica.