En
posts anteriores se han tratado los dispositivos utilizados para poner a tierra
los neutros de las redes de media tensión, con el objetivo de crear un neutro
artificial y limitar el valor de la corriente de defecto fase-tierra del
sistema.
Véanse
posts:
“Cálculo
de un transformador zig-zag con resistencia de puesta a tierra para un sistema
de media tensión”, en el siguiente link:
“Cálculo
de Generadores Homopolares (GH)”, en el siguiente link:
En
esta serie de posts se trata la necesidad de la conexión a tierra de los neutros de los generadores mediante una forma
de impedancia para conseguir las siguientes ventajas:
- Limitación de esfuerzos excesivos en los devanados de la máquina al
presentarse un defecto a tierra.
- Eliminación de sobretensiones transitorias causadas por
perturbaciones durante las maniobras y el cebado del arco eléctrico.
- Posibilitar la operación selectiva de los relés de defecto a
tierra.
- Permitir la aplicación de limitadores de sobretensión de capacidad
nominal reducida.
- Limitar a valores aceptables la corriente a tierra en el punto en
que se produce el defecto.
Por
estas razones, los métodos que se utilizan con mayor frecuencia en la conexión
del neutro del generador a tierra son:
- Por medio de una Reactancia
- Por resistencia de bajo valor
- Por medio de un transformador de distribución con resistencia en su secundario
¿Cómo y dónde conectar los neutros de
los generadores a tierra?
Como
se ha indicado anteriormente, es necesario tomar determinadas precauciones en
la puesta a tierra del neutro de los generadores. El arrollamiento de estos no
debe estar sujeto a corrientes a corrientes de cortocircuito superiores a las
producidas por un cortocircuito trifásico en sus terminales. La impedancia de
la mayor parte de los generadores para un cortocircuito a tierra es menor que
cuando el cortocircuito es trifásico, por ello, en general, para cumplir con la
condición anterior, si el neutro se pone a tierra, no deberá hacerse
directamente, sino a través de una impedancia.
A pesar de esto, al sufrir los generadores algunos tipos de
cortocircuito interno, puede resultar puenteada la impedancia colocada en el
neutro, produciéndose corrientes superiores a las existentes en caso de
cortocircuito trifásico.
Cuando
son más de uno los generadores unidos a las mismas barras, se presenta la
cuestión de ver si se ha de conectar a tierra el neutro de uno o varios de
estos generadores.
Figura 1
Figura 2
Si
se pone a tierra el neutro de uno solo de los generadores, como se observa en
la figura 1, la puesta fuera de servicio de este generador deja aislado de
tierra el neutro del sistema, además el alternador con neutro aislado puede no
estar bien protegido contra sobretensiones originadas por el funcionamiento de
su propio interruptor. Lo más conveniente es instalar una barra a la que se
conecten todos los neutros a través de interruptores apropiados para que la
puesta a tierra del neutro sea independiente del generador que esté en
servicio, según se muestra en la figura 2, o unir a tierra el neutro de cada
alternador, como se observa en la figura 3. La disposición de la figura 2, es
más cara y de mayor complicación que la solución de la figura 3, por lo cual se
prefiere frecuentemente esta última. Por otra parte, la necesidad de limitar la
corriente a tierra, pero de forma que su valor sea adecuado para el
funcionamiento de los relés, puede hacer que sea preferible el empleo de una
impedancia común para todos los generadores
Figura 3
Se
emplean también en algunos casos interruptores automáticos colocados en el
neutro, funcionando en combinación con los relés de protección diferencial, ya
que un cortocircuito interno a tierra en el generador, puede ser eliminado por
la apertura de la conexión del neutro a tierra antes que desaparezca la
excitación del generador. Si el interruptor del neutro es unipolar, al abrirse
queda el neutro de la máquina aislado de tierra, y las sobretensiones
transitorias inherentes al corte de la avería ya existente, pueden dar lugar a
una segunda avería producida entre fases, aumentándose la extensión de la
primera. Según esto, parece preferible que el interruptor del neutro sea
tripolar, e instalado de forma que al funcionar separe las fases y aisle el
neutro de la máquina a tierra.
En
los casos que se tenga un solo generador con el neutro conectado a tierra, como
se indica en la figura 4, el interruptor en el neutro es inadmisible, porque al
desconectar el sistema queda con el neutro aislado, produciéndose grandes
sobretensiones a no ser que el interruptor de neutro abra con algún retraso,
permitiendo que el interruptor en los terminales de la máquina abra en primer
lugar. Cuando dos o más neutros están unidos a tierra, como en la figura 5, es
admisible colocar interruptores automáticos en ellos, ya que es muy pequeña la
posibilidad de quedar aislado el neutro del sistema.
Figura 4
Figura 5
Cuando
los generadores están conectados directamente a los transformadores, como se
indica en las figuras 6 y 7, el neutro del generador se conecta algunas veces a
tierra a través de un transformador monofásico de tensión, en cuyo secundario
se conecta un relé de tensión apropiado para indicar la existencia de un
cortocircuito, o desconectar el interruptor de alta tensión. Es de gran
interés, poner fuera de servicio, lo más rápidamente posible, la máquina
averiada para eliminar la posibilidad de una segunda avería. Esta disposición
es conveniente cuando no hay interruptor en el lado de baja tensión, como en la
figura 6. La de la figura 7, con interruptor en el lado de baja, es en general inadmisible,
ya que pueden producirse grandes sobretensiones transitorias durante las
maniobras normales de conexión desconexión en el lado de baja tensión, debido a
la gran impedancia del dispositivo de puesta a tierra. Lo que antecede puede
aplicarse igualmente a aquellos casos en que el neutro se pone a tierra
mediante un transformador de tensión con el primario en estrella y el
secundario en triángulo, conectado a los terminales del generador, en lugar del
transformador de tensión en el neutro del generador, con tal que la resistencia
de la carga en el secundario en triángulo abierto, sea suficiente para evitar
la inversión del neutro.
Figura 6
Figura 7
La
disposición de la figura 7, no presenta el peligro de sobretensiones
transitorias, si la capacidad del sistema en el lado de baja tensión del
transformador de potencia es bastante baja, de forma que el secundario del
transformador de tensión colocado entre el neutro y tierra, pueda ser cargado
con una resistencia de un valor óhmico suficientemente reducido para que la
corriente que pase por dicho transformador en el caso de cortocircuito a
tierra, sea igual o mayor que la corriente de carga en el punto de
cortocircuito si el neutro del generador estuviera aislado.
En
los casos en que la corriente de carga sea relativamente grande, puede ser
necesario emplear en lugar de un transformador de tensión, un pequeño transformador de distribución,
para tener de este modo el valor deseado de la corriente de cortocircuito a
tierra.
El
conectar a tierra el neutro de una central a través de transformadores de
distribución o de puesta a tierra, tiene siempre la limitación de que el
generador puede no estar bien protegido contra las sobretensiones debidas a las
maniobras de los interruptores.
Este
tipo de puesta a tierra, sin embargo, frecuentemente simplifica la disposición
de la central, principalmente si de otra forma es necesario prever una barra
para conectar los neutros, y esta consideración ha compensado, al menos en
ciertos casos, a todas las demás.
La
práctica de poner el neutro del sistema a tierra solamente en los neutros de
los transformadores receptores o de grandes motores, debe considerarse
inadmisible, debido a que la impedancia de estos aparatos es de ordinario
grande y cuando el aparato en el cual se hace la puesta a tierra se pone fuera
de servicio, puede ocurrir que quede aislado el neutro del sistema.
Cuando
el neutro del sistema se ha puesto a tierra convenientemente en otros puntos,
pueden ser puestos a tierra los neutros de los transformadores receptores para
tener así una protección más completa por medio de relés especialmente si la
carga en sus secundarios está alimentada por otros generadores, que puedan
suministrar corriente en caso de cortocircuito a tierra.
Continua
en: Conexión a tierra del neutro de Generadores: Neutro a tierra por reactancia
(Parte 2ª)
https://imseingenieria.blogspot.com/2017/07/conexion-tierra-del-neutro-de_26.html
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