La Bobina de
Punto Neutro (BPN) y el Generador Homopolar (GH) son dispositivos utilizados
para poner a tierra los neutros de las redes de MT, para:
- Crear
un neutro artificial
-
Limitar
el valor de la corriente de defecto fase/tierra
En Distribución
pública:
Corriente
de defecto: > 100 A
Longitud
de la red: > 50 km
SOLUCIÓN:
BNP
En
Distribución privada:
Corriente
de defecto: 20 a 50 A
Longitud
de la red: 100 m a 6 km
SOLUCIÓN:
GH
NOTA:
Las resistencias de puesta a tierra se utilizan normalmente para corrientes de
defecto comprendidas entre 50 y 100 A para distribución pública y privada pero
no se tratan en este texto.
¿Para qué se
utilizan estos elementos?
Se
utilizan para crear un neutro artificial en una red de MT, la conexión a tierra
se realiza a través de una impedancia calculada de manera que limite los
valores de la corriente de defecto a un valor determinado.
Bobina de punto
neutro: BNP
La BNP tiene un solo arrollamiento acoplado en zig-zag con neutro
accesible. La impedancia entre las dos partes del arrollamiento, el zig y el
zag, son los que limitan la corriente. La resistencia del arrollamiento es
despreciable, la impedancia es principalmente una reactancia (self).
Con este dispositivo, se obtienen impedancias muy reducidas, por tanto,
las corrientes de defecto en la red serán elevadas (el límite inferior se sitúa
en torno a los 100 A). Es posible agregar una resistencia en el neutro, pero deberá
tener un aislamiento de MT lo que aumenta considerablemente su precio.
Generador
Homopolar: GH
El GH es un transformador de dos arrollamientos en el que el primario de
MT esta acoplado en estrella con neutro accesible y el secundario de BT (no importa
su valor) acoplado en triángulo abierto (2 bornes de BT accesibles); el
triángulo se cierra a través de una resistencia con aislamiento de BT.
El neutro de MT se conecta directamente a tierra, y es el conjunto
“transformador + resistencia” el que limita la corriente de defecto a los
valores requeridos.
¿Qué valores de
corriente de defecto elegir?
Los valores de corriente de defecto dependerán de la red que se desea
proteger. La red tendrá una determinada dimensión y los cables una capacidad
con relación a tierra. La corriente capacitiva establece un valor inferior de
la corriente de defecto.
- En el caso de un BPN (recordemos que es una self), es
esencial que la corriente de defecto no sea del mismo orden de magnitud que la corriente capacitiva. En efecto, estos
2 vectores geométricamente opuestos tendrán una componente igual a la
diferencia de los módulos con el riesgo de no ser detectada por las
protecciones, por lo que la corriente de defecto elegida para una BPN será
varias veces superior a la corriente capacitiva y como mínimo 3 veces.
- En el caso de un GH, La impedancia es esencialmente
resistiva (¡atención…no siempre!), estando en cuadratura con la corriente
capacitiva: su resultante es fácilmente medible.
El GH se impone cuando se trata de proteger un generador,
la corriente de defecto MÁXIMA admisible es del orden de 20 a 25 A.
El defecto más
frecuente que afecta a un alternador o motor de MT es el cebamiento de arco
eléctrico entre una fase y el circuito magnético.
Cuando este tipo
de defecto se produce en una máquina, toda la corriente de defecto fase-masa
circula entre la fase en defecto y el circuito magnético puesto a tierra por
medio de la carcasa. En el momento del contacto entre la fase en defecto y el
circuito magnético se desarrolla un arco eléctrico, una energía importante se
disipa, motivando el deterioro del circuito magnético y de su aislamiento.
La
importancia de los daños dependen del valor de la corriente de defecto. La
experiencia indica que las corrientes poco elevadas, actúan durante un tiempo
muy corto y no entrañan graves defectos en el hierro. Se admite generalmente
que una corriente de defecto inferior a 20 o 25 A no produce daños importantes
y no necesita la reparación del circuito magnético, de aquí la importancia de
la utilización del GH.
Sobre la
duración del defecto
La duración del defecto debe ser el necesario y suficiente para detectarlo
y hacer funcionar las protecciones en función de los criterios de selectividad deseados.
En la práctica, suele ser entre 3 a 10 segundos. Una duración del defecto
inútilmente alta eleva considerablemente el coste (así como otros criterios,
entre ellos la corriente permanente).
Sobre
la corriente permanente
La única fuente de
corriente homopolar permanente está constituida por los armónicos de orden 3 y
sus múltiplos. Es difícil conocer el valor de esta corriente homopolar
permanente y por tanto, es la que determinará
las dimensiones del aparato; la sección de los arrollamientos estará
dimensionada en exceso en comparación con lo que sería necesario para mantener
la corriente de defecto durante la duración de la avería.
Si la corriente permanente
supera el 6 ó 10% de la corriente de defecto, es necesario que su circuito
magnético sea blindado (5 columnas) para permitir al flujo homopolar cerrarse
por los extremos de los arrollamientos del dispositivo.
El valor de la
corriente permanente también servirá
como valor de ajuste de las protecciones. Todos los defectos de mayor valor se
detectarán y darán lugar a una acción, los defectos de valor inferior serán soportados
por el sistema sin ningún problema.
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