Las bobinas Petersen o reactancias regulables de extinción de arco se utilizan para compensación de corriente capacitiva durante los fallos a tierra en redes eléctricas.
Tienen por objeto hacer que la impedancia, ordinariamente normal, de las líneas, sea en las condiciones de corto circuito muy elevada, y su principal ventaja consiste en que las averías de este tipo con carácter transitorio no influyen gravemente sobre la instalación y se evita la desconexión automática del sector afectado.
Estas bobinas se construyen con núcleo de aire o de hierro y refrigeración natural o en aceite.
Cuando se emplea núcleo de hierro, la reactancia se hace ligeramente superior a la de sintonía y la saturación producida por la corriente de cortocircuito disminuye el coeficiente de autoinducción hasta un valor que conviene a la condición de resonancia.
Estas bobinas se instalan entre el centro de la estrella del transformador y la toma de tierra (figura 1), y su reactancia es regulable para sintonizarla con la capacitancia respecto a tierra de los conductores de línea. El coeficiente de autoinducción X en henrios debe ser aproximadamente tal que:
ω = 2 π f, es la pulsación correspondiente a la frecuencia f de la red, C es la capacidad equivalente a la de un conductor simple, en faradios.
Figura 1: Principio de funcionamiento de la bobina Petersen
En caso de arco a través de un aislador, se forma un circuito antirresonante constituido por la bobina Petersen y la capacidad de la línea, cuya alta impedancia limita la corriente suministrada por el generador o transformadores.
Principio de funcionamiento
- Se basa en el principio de que IL y ICOT se encuentran en oposición de fase (Figura 2 y 3).
- Si IL >> ICOT se sigue el mismo criterio de protección que en el caso de R limitadora*.
- La reactancia ** es preferida a la resistencia, si U > 20kV, o si IC es grande.
- Si el neutro no es accesible, se puede utilizar una bobina de puesta a tierra, de la misma forma que un transformador de p.a.t. con resistencia.
* Ver post: Cálculo de resistencias limitadoras de corrientes de cortocircuito a tierra
**Ver post: Conexión a tierra del neutro de Generadores: Neutro a tierra por reactancia (Parte 2ª)
Figura 2: Neutro puesto a tierra mediante Bobina Petersen.
Figura 3: Diagrama vectorial V - I
- Si se quiere que IL = ICOT ⇒ Id ≅ 0, se debe recurrir al uso de la bobina de reactancia sintonizada o bobina Petersen (figura 1).
- Se necesita adaptar el valor de la bobina a la capacitancia de la red, en función del número de salidas en servicio, es utilizable en redes «estables» y requiere de bobinas de inductancia variable.
- Se utiliza para eliminar automáticamente los defectos autoextinguibles, mejorando la continuidad del servicio.
- Requiere de protecciones direccionales de potencia activa residual (complejas) para detectar el ramal en defecto.
La conveniencia de emplear bobinas Petersen ha sido siempre muy discutida entre los ingenieros encargados de la explotación de redes.
En América, aproximadamente el 70 % de las faltas totales por descargas a tierra han sido equilibradas con bobinas Petersen sin necesidad de llegar al accionamiento de los disyuntores automáticos. La capacidad de las líneas respecto a tierra se mide por la corriente capacitiva con los extremos de la red a circuito abierto, y cada bobina se prevé para la corriente máxima durante 10 minutos de funcionamiento. Un reté de tiempo las pone en corto circuito al objeto de provocar la acción de los interruptores automáticos si la avería persiste más de lo previsto.
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Buenas Andrés,
ResponderEliminarLo primero muchas gracias por tus artículos. Estoy aprendiendo como nunca. Decirte que me surgen algunas dudas. Lo primero entiendo que el objetivo de las bobinas Petersen es limitar la corriente de cortocircuito que se genera en caso de defecto, haciendo que la IL sea lo más próxima a Icot y por lo tanto haciendo la Id lo más cercana a cero. Con esto se consigue entiendo limitar los daños en la instalación. Si pasado un tiempo se sigue en defecto, se cortocircuita la bobina y se produce el disparo de las protecciones. Confírmame que mi razonamiento es correcto por favor.
Por otra parte, y para el cálculo de la bobina, no llego a entender como se obtiene la expresión igualada a la unidad del coeficiente de autoinducción. Si me pudieras detallar algún dato más te lo agradecería.
Recibe un cordial saludo.
Hola Julian,
EliminarEn primer lugar gracias por tus comentarios, en segundo lugar, debo indicarte que tu razonamiento es correcto, efectivamente la bobina PETERSEN trata de conseguir por medio de su regulación que IL se aproxime a Icot para conseguir que la zona de la línea en defecto siga en funcionamiento.
Por último, la expresión de resonancia a la que te refieres puedes ver su desarrollo en el siguiente post "Resonancia y ferroresonancia en redes eléctricas" clic en la siguiente dirección:
https://imseingenieria.blogspot.com/2019/09/resonancia-y-ferrorresonancia-en-redes.html
Saludos cordiales
Muchísimas gracias Andrés. Eres un referente para muchos de nosotros.
EliminarUn saludo.