Elección del valor de la corriente límite
Con el fin de limitar las sobretensiones transitorias que pueden originarse en las redes durante un defecto de aislamiento, es recomendable que la corriente limitada por la resistencia no sea inferior al doble de la corriente capacitiva total de la red, (ver figura 1).
Ir ≥ 2 IC
Figura 1: Elección de la corriente limitada por la resistencia de puesta a tierra del neutro
Realización de la puesta a tierra del neutro
■ Puesta a tierra cuando el neutro es accesible
Una resistencia se intercala entre el borne de salida del neutro y la puesta a tierra, sea directamente (ver fig. 2-a), sea por intermedio de un transformador monofásico cargado en el secundario por una resistencia equivalente (ver fig. 2-b). Esta solución es aplicable siempre que la red esté alimentada por un transformador en el que el acoplamiento de sus bobinas secundarias sea en estrella con neutro accesible, o por un alternador con neutro accesible.
Figura 2: Puesta a tierra cuando el neutro es accesible
■ Puesta a tierra por la creación de un neutro artificial
Cuando el neutro de la fuente de alimentación no es accesible (arrollamientos en triángulo), la puesta a tierra se realiza por un neutro artificial llamado también “generador homopolar” conectado sobre el juego de barras principal.
La realización de este neutro artificial puede ser realizada de diferentes maneras:
- La utilización de un transformador estrella-triángulo, la resistencia de limitación está conectada entre el punto neutro del primario y tierra, el triángulo está cerrado sobre el mismo (ver fig. 3-a).
- Utilización de un transformador estrella-triángulo donde el punto neutro primario está directamente conectado a tierra, una resistencia de limitación de corriente de defecto se intercala para cerrar el triángulo secundario abierto (ver fig. 3-b), está solución es económicamente preferible al caso (a) porque la resistencia es de BT en lugar de ser de MT.
- Utilización de una bobina zigzag, la resistencia de limitación está conectada entre el punto neutro de la bobina y tierra (ver fig. 3-c).
- Utilización de un transformador de tres arrollamientos (ver fig. 3-d):
● el neutro del primario acoplado en estrella está directamente conectado a tierra
● el secundario acoplado en estrella alimenta las cargas
● el terciario acoplado en triángulo abierto se cierra sobre una resistencia de limitación.
Las soluciones más empleadas son las indicadas en (b) y (c) de la figura 3.
Figura 3: Principales esquemas para la creación de un punto neutro artificial en alta tensión.
■ Problema de la puesta a tierra por resistencia cuando varias fuentes funcionan en paralelo sobre un mismo juego de barras
1º caso : Cada fuente posee una resistencia de puesta a tierra no desconectable.
La corriente de defecto a tierra varía según el número de fuentes en servicio (ver fig. 4-a), es necesario utilizar protecciones de máxima corriente a tierra direccionales para localizar los defectos que ocurren en los enlaces que conectan las fuentes de los juegos de barras.
2º Caso : Cada fuente posee una resistencia de puesta a tierra desconectable.
Un dispositivo de conmutación permite tener, cualquiera que sea el número de fuentes en servicio, nada más que un solo punto neutro a tierra (ver fig. 4-b).
El sistema de protección es complejo porque se necesita una selectividad lógica teniendo en cuenta la posición de los dispositivos de conmutación y del estado de las diferentes protecciones contra defectos a tierra. Esta solución es muy poco utilizada.
Figura 4: Puesta a tierra del punto neutro en el caso de varias fuentes funcionando en paralelo
3º Caso : Ninguna fuente posee una resistencia de puesta a tierra.
Se crea un punto neutro artificial en el juego de barras del cuadro principal (ver fig. 5). Este dispositivo permite eliminar los problemas del 1º y 2º caso. En efecto, la corriente de defecto es constante cualquiera que sea el número de fuentes en servicio; las protecciones a disponer en la instalación son simples porque no necesitan protecciones direccionales ni lógica compleja. Se observará que mientras una fuente no esté conectada al juego de barras, la porción de red, incluyendo esta fuente y la canalización que conecta al juego de barras está utilizada con neutro aislado. Cuando este modo de explotación es frecuente, deben disponerse los dispositivos particulares para la vigilancia del aislamiento de esta porción de la red, la vigilancia puede realizarse por un relé de tensión residual conectado a los bornes de la fuente.
Figura 5: Punto neutro artificial en el juego de barras principal
Dispositivos de protección
La protección contra defectos de aislamiento está asegurada por dispositivos diferenciales que miden las corrientes residuales que fluyen a tierra. A título de ejemplo, se indica en la figura 6 el detalle de las protecciones a instalar en una red equipada con dos transformadores que funcionan en paralelo y un generador homopolar conectado en el juego de barras principal.
Ici : corriente capacitiva que se cierra por la salida i
It : corriente limitada que se cierra por la resistencia de puesta a tierra del punto neutro.
IrDi : nivel de tarado del dispositivo de protección instalado en la salida i, IrDi ≥ 1,3 Ici
IrN : nivel de tarado del dispositivo de protección instalado en la resistencia de puesta a tierra del punto neutro, IrN ≥ 1,25 IrDi max. i
tD : temporización asociada a los dispositivos de protección instalados en las salidas, el valor de tD es elegido de manera que asegure la selectividad con los dispositivos de protección de aguas abajo.
tA : temporización asociada a los dispositivos de protección instalados en las llegadas, tA es independiente de tD.
tN : temporización asociada a los dispositivos de protección instalados en la resistencia de puesta a tierra del punto neutro,
Figura 6: Protección contra defectos a tierra – caso de dos transformadores funcionando en paralelo.
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