Esquemas de Interconexión
entre alta tensión (CT) y baja tensión
Todo defecto de aislamiento que se
produzca en la parte de alta tensión de un centro de alta tensión – baja
tensión tiene repercusiones sobre la red de baja tensión que alimenta; se
produce en particular la propagación de sobretensiones y elevaciones del
potencial de las masas que pueden suponer las averías del material y ser
peligrosas para las personas si los dispositivos para limitar estos riesgos no
están previstos en el proyecto de la instalación.
La aparición de estos fenómenos y las
disposiciones a tomar para su protección dependen de la configuración de las
tomas de tierra del neutro y de las masas así como del modo de unión a tierra
de las masas del centro de transformación y de la instalación. Para su estudio,
la norma IEC 60364-4-442 ha reagrupado los siguientes siete
esquemas de la tabla 1, su comportamiento durante un defecto de aislamiento en la
parte de alta tensión del centro se analiza a continuación.
Figura
1:
Ejemplo de elevación del potencial de las masas BT debido a un defecto sobre la
parte de alta tensión del Centro de Transformación (CT).
Tabla
1:
Esquemas de interconexiones entre alta (CT) y baja tensión IEC 60364-4-442
Elevación
del potencial de las masas de BT durante un defecto en MT en el Centro de
Transformación
A continuación se
analizan las sobretensiones en BT resultantes de un defecto a tierra en el lado
de MT del Centro de transformación (MT/BT) y las medidas a tomar para proteger
el material y las personas, conforme a IEC 60364-4-442.
Los valores de la
elevación del potencial de las masas del centro y de la instalación de BT
dependen de los valores de las resistencias de las tomas de tierra, de las
intensidades de la corriente de defecto y del esquema de conexión a tierra.
■ Puesta a tierra en los Centros de
Transformación
Debe realizarse una
sola toma de tierra en el Centro de Transformación, a la cual deben unirse:
-
La
cuba del transformador
-
Los
revestimientos metálicos de los cables de alta tensión
-
Los
conductores de tierra de las instalaciones de alta tensión
-
Las
masas de los materiales de alta tensión y de baja tensión
-
Todos
los elementos conductores.
■ Símbolos
Significado de los
símbolos utilizados en los párrafos siguientes:
Im :
Parte de una corriente de defecto a tierra en la instalación de alta tensión
que fluye a través d la toma de tierra de las masas del centro de
transformación.
Rp :
Resistencia de la toma de tierra de las masas del centro de transformación.
V : Tensión
entre fases y neutro de la instalación de baja tensión.
U : Tensión
entre fases de la instalación de baja tensión
Uf : Tensión
de defecto en la instalación de baja tensión, entre las masas y la tierra
U1 :
Impulsos de tensión en el material de baja tensión del centro de transformación
U2 :
Impulsos de tensión en los materiales de baja tensión de la instalación.
■ Esquemas TNR y ITR (ver fig. 2)
En estos dos
esquemas, las tomas de tierra del centro, del neutro y de las masas de la
instalación son las mismas. En el interior de la zona equipotencial, laos
potenciales del suelo y de las masas se elevan simultáneamente, la tensión de
contacto Uf es nula.
Por el contrario,
fuera de esta zona, el potencial del suelo es igual al de la tierra profunda.
Mientras que el potencial de las masas se eleva a Uf = Rp · Im.
Cuando existen dos
masas fuera de la zona equipotencial y la tensión de contacto Uf = Rp
· Im no puede ser eliminada en los tiempos definidos por las tablas 2. y 3,
los esquemas TNR e ITR no son aceptables para la protección de las personas.
Tensión de contacto
presunta (V)
|
Tiempo de corte
máximo del dispositivo de protección (s)
|
|
Corriente alterna
|
Corriente continua
|
|
<50
50
75
90
120
150
220
280
350
500
|
5
5
0,60
0,45
0,34
0,27
0,17
0,12
0,08
0,04
|
5
5
5
5
5
1
0,40
0,30
0,20
0,10
|
Tabla 2: Duración máxima de
mantenimiento de la tensión de contacto presunta en locales secos (UL
= 50 V)
Tensión de contacto presunta (V)
|
Tiempo de corte
máximo del dispositivo de protección (s)
|
|
Corriente alterna
|
Corriente continua
|
|
25
50
75
90
110
150
230
280
|
5
0,48
0,30
0,25
0,18
0,12
0,05
0,02
|
5
5
2
0,80
0,50
0,25
0,06
0,02
|
Tabla 3: Duración máxima de
mantenimiento de la tensión de contacto presunta en locales conductores o
húmedos (UL = 25 V)
Con el fin de paliar
estos inconvenientes, deben tomarse las disposiciones siguientes:
- Esquema
TNR: el neutro de la instalación de BT debe ser unido a una toma de tierra
distinta, corresponde al esquema TNS
(ver figura 3).
- Esquema
ITR: las masas de la instalación de BT deben ser unidas a una toma de tierra
distinta del centro, corresponde al esquema ITN
(ver fig. 4).
Los esquemas TNS
e ITN permiten eliminar las
tensiones de contacto peligrosas, pero hacen que aparezcan sobretensiones:
-
A
nivel del material de BT de la
instalación para el esquema ITN
-
A
nivel del material de BT del centro
para el esquema TNS
Figura 2: Elevación de potenciales en los
esquemas TNR y ITR
■ Esquemas TNS, TTS y ITS (ver fig. 3)
En estos tres
esquemas, se observa una elevación del potencial de las masas del centro U1 tal que:
para los esquemas TNS y TTS
En función de los
valores máximos de la corriente Im,
los valores de Rp deben
ser limitados de manera que U1
sea inferior a la tensión soportada a frecuencia industrial Utp del material del centro.
La tabla 4 da los
valores máximos de Rp para
diferentes valores de Im y
Utp
Valores máximos de Rp (no deberán
sobrepasarse)
|
||||
Corriente
de defecto
Im (A)
|
Utp =
2000 V
Clase I
|
Utp =
4000 V
Clase II
|
Utp =
10000 V
Clase
especial
|
|
TN ;
TTS
|
ITS
|
TNS ; TTS; ITS
|
TNS; TTS; ITS
|
|
300 A
|
5,9 Ω
|
5,3 Ω
|
12 Ω
|
30 Ω
|
1000 A
|
1,8 Ω
|
1,6 Ω
|
3,6 Ω
|
10 Ω
|
5000 A
|
0,35 Ω
|
0,32 Ω
|
0,72 Ω
|
2 Ω
|
Tabla 4: Valores máximos de Rp en esquemas TNS, TTS e ITS
Figura 3: Elevación de los potenciales en los
esquemas TNS, TTS y ITS
■ Esquemas TTN y ITN
En ambos casos, las
tomas de tierra de las masas del centro y del neutro son comunes.
La toma de tierra de
las masas de la instalación BT está separada
La corriente de
defecto a tierra se deriva a través de la toma de tierra común (puesta a
neutro).
Como se refleja en la
figura 4, se observa que hay riesgo de avería para el material de BT donde la
toma de tierra de las masas está separada de la del centro.
Las condiciones
siguientes deben ser respetadas:
para el esquema TTN
para el esquema ITN
de donde:
UtM : tensión
soportada a 50 Hz del material de BT de la instalación a 2 V + 1000 para V =
220 a 250 V, a 1500 V
La tabla 5 da los
valores de Rp para
diferentes valores de Im.
TTN
|
ITN
|
|
Im
= 300 A
|
4
Ω
|
3,5
Ω
|
Im
= 1000 A
|
1,2
Ω
|
1
Ω
|
Im
= 5000 A
|
0,24
Ω
|
0,2
Ω
|
Tabla 5: Valores máximos de R en esquemas TTN e ITN
Figura 4: Elevación de
potenciales en esquemas TTN e ITN
■ Tabla
recapitulativa de las tensiones de contacto y sobretensiones que aparecen para
cada esquema de conexión a tierra
TNR
|
ITR
|
TTN
|
ITN
|
TNS
|
TTS
|
ITS
|
|
Tensión
de contacto
|
SI
|
SI
|
NO
|
NO
|
NO
|
NO
|
NO
|
Sobretensión
masa instalación BT
|
NO
|
NO
|
SI
|
SI
|
NO
|
NO
|
NO
|
Sobretensión
masas centro
|
NO
|
NO
|
NO
|
NO
|
SI
|
SI
|
SI
|
Tabla
6:
Tensión de contacto y sobretensiones que aparecen
para cada esquema de conexión a tierra
Elevación
del potencial de las masas de BT durante una descarga de rayo
Cuando una sobretensión
debida a un rayo proveniente de la red de distribución se deriva a tierra en un
centro de MT/BT a través de un dispositivo de protección (autoválvula o
explosor MT), aparece una elevación del potencial de las masas de BT del centro
y/o de las masas de la instalación que depende del esquema de conexión a
tierra.
El nivel de
sobretensión transmitidas a la BT depende de los valores de cresta Ursd y los valores de las
tomas de tierra.
Para garantizar la
protección del aparellage de BT contra estas sobretensiones, es necesario
instalar autoválvulas o limitadores de sobretensión en BT y limitar la
resistencia de la toma de tierra del centro de manera que no se sobrepase la
tensión soportada al rayo del material.
■ Limitación de las impedancias de las
tomas de tierra
Como para el caso del
defecto a tierra en MT, los valores límites de las impedancias de las tomas de
tierra serán calculadas para cada esquema de conexión a tierra.
La sobretensión en un
punto de cambio de impedancia en una red está dada por la relación:
v1 = Ursd :
corresponde en este caso a la cresta de la sobretensión
v2 :
sobretensión a nivel del centro
Z1 = Zc : impedancia característica de la línea de AT
Z2 = Zp : impedancia de la toma de tierra del centro
Se tiene entonces:
La tensión soportada
del material a la onda de choque Utc
debe ser superior a la sobretensión v2,
de donde:
Para Ursd = 120 kV y Zc = 330 Ω, la impedancia de
choque Zp es igual a 1,5
veces la resistencia Rp
medida en baja frecuencia:
La condición en el
valor de la impedancia de la toma de tierra del centro será:
Los valores máximos de Rp para los diferentes
esquemas de conexión a tierra se dan en la tabla 7.
Régimen de neutro
|
TNS
, TTS , ITS
|
TTN , ITN
|
||
Utc (kV)
|
4
|
8
|
20
|
3
|
Rp
|
3,8
|
7,7
|
20,2
|
2,7
|
Tabla 7: Valores máximos de las
resistencias de puesta a tierra del centro MT/BT recomendadas para la
limitación de sobretensiones atmosféricas
MT transmitidas a la BT.
REFERENCIAS:
IEC 60364-4-442:
Protección de las instalaciones de baja tensión contra los defectos a tierra en
las instalaciones de alta tensión.
D. Fuchiron : Sobretensiones y coordinación del aislamiento (Cuaderno
técnico 151 Schneider Electric)
R. Calvas: Perturbaciones eléctricas en BT (Cuaderno técnico 141
Schneider Electric)
Cristophe Preve, Rober Jeannot: Guide de conceptión de réseaux
électriques industriels (Schneider Electric)
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siguiente URL:
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