Fallos e manexo de mazos a terra en liñas de distribución de 10kV

Rockwill

Campo: Fabricación

China

Características e dispositivos de detección de fallos de terra monofásicos

1. Características dos fallos de terra monofásicos

Sinais centrais de alarma:
Soa a campá de aviso e acéndese a lampa indicadora etiquetada «Fallo de terra na sección de barra [X] kV [Y]». Nos sistemas con punto neutro posto en terra mediante bobina de Petersen (bobina de supresión de arco), acéndese tamén a indicación «Bobina de Petersen en servizo».
Indicacións do voltímetro de supervisión de illamento:
- A tensión da fase defectuosa diminúe (no caso de terra incompleta) ou cae a cero (no caso de terra sólida).
- As tensións das outras dúas fases aumentan: por encima da tensión de fase normal no caso de terra incompleta, ou chegando á tensión de liña no caso de terra sólida.
- Na terra estable, a agulla do voltímetro mantense inmóbil; se oscila continuamente, o fallo é intermitente (terra por arco).
Nos sistemas con neutro posto en terra mediante bobina de Petersen:
Se está instalado un voltímetro de desprazamento do neutro, mostra unha lectura determinada durante a terra incompleta ou alcanza a tensión de fase durante a terra sólida. A luz de alarma de terra da bobina de Petersen acéndese tamén.
Fenómenos de terra por arco:
A terra por arco xera sobretensións, provocando un aumento significativo da tensión nas fases non defectuosas. Isto pode fundir os fusibles de alta tensión dos transformadores de tensión (TT) ou incluso danar os propios TT.

2. Diferenciación entre fallos reais de terra e alarmas falsas

Fusible de alta tensión fundido no TT:
Un fusible fundido nunha fase do TT pode activar un sinal de fallo de terra. Non obstante:
- Nun fallo real de terra: a tensión da fase defectuosa baixa, as outras dúas fases aumentan, pero a tensión de liña permanece inalterada.
- Cun fusible fundido: a tensión dunha fase baixa, as outras dúas non aumentan, e a tensión de liña diminúe.
Transformador alimentando unha barra sen carga:
Durante a enerxización, se o interruptor se pecha de forma asincrónica, o acoplamento capacitivo desequilibrado á terra provoca un desprazamento do neutro e tensións trifásicas asimétricas, activando un sinal falso de terra.
→ Isto ocorre só durante operacións de conmutación. Se a barra e os equipos conectados non presentan anomalías, o sinal é falso. A enerxización dunha liña de derivación ou dun transformador de servizo da subestación elimina normalmente a indicación.
Asimetría do sistema ou axuste incorrecto da bobina de Petersen:
Durante cambios de modo operativo (p. ex., conmutación de configuracións), a asimetría ou a compensación incorrecta da bobina de Petersen poden causar sinais falsos de terra.
→ Requírese coordinación co centro de control: volver á configuración orixinal, desenerxizar a bobina de Petersen, axustar o seu cambiador de tomas e, a continuación, reenerxizala e conmutar de novo os modos.
→ A ferroresonancia durante a enerxización dunha barra sen carga pode tamén producir sinais falsos. A enerxización inmediata dunha liña de derivación interrompe as condicións de resonancia e elimina a alarma.

3. Dispositivos de detección

O sistema de supervisión de illamento consta normalmente dun transformador de tensión trifásico de cinco columnas magnéticas, relés de tensión, relés de sinalización e instrumentos de supervisión.

Estrutura: Cinco columnas magnéticas; un devanado primario e dous devanados secundarios, todos enrolados nas tres columnas centrais.
Configuración de conexión: Ynynd (primario en estrela, secundario en estrela con neutro e terciario en triángulo aberto).

Vantaxes desta configuración de conexión:

O primeiro devanado secundario mide tanto as tensións de liña como as de fase.
O segundo devanado secundario está conectado en triángulo aberto para detectar a tensión de secuencia cero.

Principio de funcionamento:

En condicións normais, as tensións trifásicas están equilibradas; teoricamente, aparece unha tensión nula no triángulo aberto.
Durante un fallo de terra monofásico sólido (p. ex., fase A), aparece unha tensión de secuencia cero no sistema, inducindo unha tensión no triángulo aberto.
Incluso durante unha terra non sólida (de alta impedancia), indúcese unha tensión nas puntas abertas.
Cando esta tensión alcanza o umbral de actuación do relé de tensión, actúan tanto o relé de tensión como o relé de sinalización, activando alarmas sonoras e visuais.

Os operadores utilizan estas señais e as lecturas do voltímetro para identificar a aparición e a fase do fallo de terra, e informan ao centro de control.
⚠️ Nota: O dispositivo de supervisión de illamento é compartido por toda a sección de barra.

Causas dos fallos de terra monofásicos

Conductor roto que cae ao chan ou descansa sobre un travesaño;
Fixación ou suxeición frouxa dos conductores nos aisladores, facéndoos caer sobre travesaños ou ao chan;
Ventos excesivos que fai que os conductores se aproximen demasiado aos edificios;
Cabo de alta tensión roto procedente dun transformador de distribución;
Fallos de illamento nos pararraios ou fusibles de 10 kV nas plataformas dos transformadores;
Rotura do illamento ou posta en terra nunha fase do devanado de alta tensión do transformador;
Descarga superficial ou perforación dos aisladores;
Fallos de illamento nos fusibles das liñas de derivación;
Cabo de suxeición desprendido do travesaño superior nas torres de múltiples circuitos que contacta cos conductores inferiores;
Descargas atmosféricas;
Contacto con árbores;
Fallos causados por aves;
Obxectos estranhos (p. ex., láminas de plástico, ramiñas);
Outras causas accidentais ou descoñecidas.

Riscos dos fallos de terra monofásicos

Dano aos equipos da subestación:
Despois dun fallo de terra de 10 kV, o TT da barra non detecta corrente, pero desenvolve unha tensión de secuencia cero e un aumento de corrente no triángulo aberto. Un funcionamento prolongado pode danar o TT.
Ademais, as sobretensións por ferroresonancia (varias veces a tensión normal) poden ocorrer, provocando roturas do illamento e fallos graves nos equipos.
Dano aos equipos de distribución:
A terra intermitente por arco e as sobretensións poden perforar o illamento, provocando curtos circuítos, transformadores queimados, e pararraios/fusibles defectuosos, podendo causar incendios eléctricos.
Ameaza para a estabilidade da rede eléctrica rexional:
Fallos de terra graves poden desestabilizar a rede eléctrica local, provocando fallos en cadea.
Risco para persoas e animais:
Os conductores caídos pon en tensión o chan, creando perigos de tensión de paso. Peóns, liñeiros (especialmente durante as inspeccións nocturnas) e gando próximo ao lugar do fallo corren risco de choque eléctrico ou electrocución.
Impacto na fiabilidade do suministro eléctrico:
- Requírese a selección manual da liña defectuosa.
- As liñas non defectuosas poden desenerxizarse innecesariamente durante a detección de fallos, interrompendo o suministro a clientes non afectados.
- A localización e reparación do fallo requiren a desconexión da liña, especialmente difícil durante as tempadas de cultivo, condicións meteorolóxicas adversas (vento, choiva, neve), ou en zonas montañosas/boscosas e durante a noite, provocando interrupcións prolongadas, de gran alcance.
Perdas de enerxía na liña:
Os fallos de terra causan importantes correntes de fuga á terra, representando unha perda directa de enerxía. As normativas limitan normalmente a operación con fallo de terra a non máis de 2 horas para evitar un desperdicio excesivo.
Cuantificación das perdas eléctricas:
A corrente media de fallo de terra varía entre 6 e 10 A. A niveis típicos de 10 kV, isto resulta nunhas aproximadamente 34.560 kWh de enerxía desperdicada por período de 24 horas.

Métodos e procedementos para a xestión dos fallos de terra monofásicos

Dispositivos automáticos de selección de liña con fallo de terra de pequena corrente:
Instalar dispositivos automáticos de selección de liña con fallo de terra nas subestacións. Estes funcionan con transformadores de corrente de secuencia cero (TCCZ) en cada saída de liña para identificar con precisión a liña defectuosa antes da súa illación.
Sistemas de detección de fallos de terra monofásicos:
Os sistemas modernos de distribución implantan inxección de sinais no inicio, medio e final das liñas de derivación. Indicadores de fallo determinan a localización exacta do fallo, permitindo unha resposta rápida.
Medidas preventivas:
- Realizar inspeccións periódicas das liñas: comprobar as distancias de seguridade dos conductores respecto a árbores/edificios, os niños de aves nos postes, a suxeición correcta dos conductores nos aisladores, os parafusos frouxos nos aisladores/travesaños/cabos de suxeición, os cabos de suxeición rotos ou desgastados e a flecha anómala dos conductores.
- Probar periodicamente o illamento dos aisladores, fusibles de derivación e pararraios; substituír inmediatamente os elementos defectuosos.
- Realizar ensaios periódicos nos transformadores de distribución; reparar ou substituír os elementos defectuosos.
- Instalar fusibles de derivación nas liñas rurais para limitar o alcance do fallo, reducir a área e a duración das interrupcións e acelerar a localización do fallo.
- Utilizar aisladores cunha clase de tensión superior<