Protección contra defectos a tierra en aerogeneradores

 

Protección contra defectos a tierra en aerogeneradores

Cuando se tiene un defecto a tierra en una sección del circuito eléctrico de potencia, la corriente de defecto por lo común estará constituida por la componente aportada por el generador (especialmente en las configuraciones de convertidor total) y por la componente entregada por la red.

Componente del generador

Los generadores, tienen usualmente las partes bajo tensión aisladas de tierra, mientras que las partes conductoras expuestas van conectadas a tierra. En tal caso, se trata de un sistema IT y la resistencia de puesta a tierra de las partes conductoras expuestas debe cumplir la relación (CEI 64-8):

donde Id es la corriente de primer defecto a tierra proporcionada por el generador, desconocida a priori pero en general muy pequeña dada la extensión limitada del circuito principal (En un sistema IT, la corriente de primer defecto a tierra Id es predominantemente capacitiva. Si la instalación es de extensión limitada, la susceptancia capacitiva a tierra es moderada y, por tanto, la corriente de primer defecto a tierra es reducida).

En consecuencia, la resistencia de tierra Re del anexo C, dimensionada para un fallo en la red, normalmente satisface la relación anterior.

El escaso valor de la corriente Id limita además las consecuencias de un defecto a tierra, en gran medida por la ausencia de arcos peligrosos para personas y objetos.

Si el primer defecto permanece, el sistema ya no es IT, pasando a convertirse en un sistema TN (caso típico de una única instalación de puesta a tierra).

Si el primer defecto no se elimina en un plazo razonable, puede producirse un segundo defecto a tierra en otra fase del circuito.

En la configuración de velocidad fija o de velocidad variable doblemente alimentado o de convertidor total, en el caso de doble defecto a tierra en el lado del generador del convertidor (figura 1), se establece una corriente a tierra, alimentada por la tensión entre fases, que debe ser interrumpida por el dispositivo de protección del circuito, que en el ejemplo de la figura 1 es el interruptor automático situado entre el alternador y el convertidor.

En este caso, la ventaja de la continuidad de servicio del sistema IT desaparecería, por lo que es necesario un sistema de control de aislamiento a tierra para una rápida detección y eliminación del primer defecto a tierra.

Si hay un convertidor, este sistema de control suele hallarse en su interior.

Figura 1

En las configuraciones de velocidad variable, en caso de doble defecto del lado de la red del convertidor, el propio convertidor limita la componente del generador de la corriente de defecto, pasando luego a modo en espera por el disparo de las protecciones internas (figura 2).

El interruptor automático situado entre el alternador y el convertidor podría detectar tal corriente de defecto limitada dado que presenta un umbral de disparo de la protección contra cortocircuitos ajustado a valores pequeños, aunque generalmente los tiempos de disparo de las protecciones internas del convertidor son menores.

En el caso de un segundo defecto a tierra, el circuito de defecto se alimenta con la tensión entre fases, pero no se conoce a priori el anillo de defecto ni la respectiva impedancia.

Por ello, la norma CEI 64-8 impone la convención de reducir la impedancia del anillo de defecto de cada circuito, compuesto por el conductor de fase y el conductor de protección, a la mitad de lo permitido en el correspondiente sistema TN y, por tanto, para cada circuito debe cumplirse la relación (neutro no distribuido):

 

donde:

Ia es la corriente que provoca el disparo del dispositivo de protección en los tiempos establecidos para los sistemas TN.

 

Figura 2 

Componente de la red

Considerando ahora la componente de la corriente de defecto a tierra proporcionada por la red, en presencia de un transformador BT/MT típico en aerogeneradores de tamaño mediano o grande, se presenta la situación habitual de una instalación TN con el centro de la estrella del lado BT del transformador conectado directamente a la instalación de puesta a tierra común.

Por lo tanto, en la configuración de velocidad fija o de velocidad variable doblemente alimentado o de convertidor total con defecto en el lado del convertidor (figura 3), la protección es posible por medio de dispositivos de protección contra sobreintensidades siempre que la corriente de defecto provoque el disparo de estos dentro de los tiempos prescritos por la norma CEI 64-8.

 

Figura 3

En las configuraciones de velocidad variable, en caso de defecto del lado del generador del convertidor, el propio convertidor limita la componente de la red de la corriente de defecto, pasando luego a modo en espera por el disparo de las protecciones internas (figura 4).

El interruptor automático situado entre el convertidor y el transformador suele tener un umbral de disparo de la protección contra cortocircuitos ajustado a un valor mayor que la corriente limitada por el convertidor, por lo que no detecta tales valores y no dispara.

 

Figura 4

 

 

 

FUENTE:

ABB: Cuaderno de aplicaciones técnicas nº. 12: Plantas Eólicas