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miércoles, 26 de julio de 2017

Conexión a tierra del neutro de Generadores: Neutro a tierra por reactancia (Parte 2ª)




No se recomienda la conexión directa a tierra en generadores donde los devanados de la máquina pueden estar sometidos a corrientes mayores que las corrientes trifásicas de pérdida a tierra (como se especifica en las normas C 50 de ANSI).

La conexión directa a tierra del generador da como resultado que fluya la máxima corriente de falta y, en consecuencia, cause el máximo daño en el punto de defecto.

La corriente de defecto a tierra de un sistema trifásico es:

Donde:

UN = Tensión de línea a neutro
X1 = Reactancia de secuencia positiva (ohms/fase)
X2 = Reactancia de secuencia negativa (ohms/fase)
X0 = Reactancia de secuencia cero (ohms/fase)

Debido a la reactancia relativamente baja de secuencia cero en la mayoría de las máquinas síncronas, una pérdida a tierra de línea a tierra sólida en los terminales de la máquina da como resultado una corriente en los devanados mayor que la corriente trifásica de defecto. Y si varias máquinas operan en paralelo y solo una tiene conexión a tierra, este defecto aumenta en la máquina con conexión a tierra.

En los casos particulares en que los generadores tengan valores de reactancia tales, que las corrientes del devanado en los fallos de línea a tierra de los terminales del generador se limiten a valores iguales o menores que los defectos trifásicos, se puede utilizar el método de conexión directa del neutro a tierra. En estos casos, las ventajas e inconvenientes son las mismas que la conexión a tierra mediante una reactancia.

Método de puesta a tierra del neutro por reactancia

Estas reactancias se emplean para conectar el neutro del generador (también en transformadores de potencia) a tierra, y reducir la corriente de cortocircuito a tierra a valores inferiores a los que se obtendrían si dicha corriente estuviese limitada sólo por la impedancia propia de la máquina.

Este método de puesta a tierra se relaciona con una Intensidad de cortocircuito entre el 25% y 100% de la intensidad de cortocircuito trifásica.

El valor límite superior de la reactancia a emplear en el neutro, es aquel que haga la relación X0/X1 = 10. El límite inferior será X0/X1 = 1; esto hará el cortocircuito a tierra igual al tripolar Ik3.

Normalmente se prefiere mantener el sistema "realmente puesto a tierra" haciendo X0/X1 = 3, permitiendo el uso de pararrayos con un nivel de protección entre el 20%-25% inferior a los del neutro aislado.

La relación mencionada de reactancias X0/X1, vista desde los terminales del generador depende del circuito exterior. Si la impedancia, X1, del sistema exterior es muy pequeña, es casi imposible conseguir que X0/X1 = 3, aunque se utilice reactancia de puesta a tierra. En este caso hay que aceptar las mayores averías en el punto de falta.

La conexión del neutro a tierra a través de reactancia reduce las sobretensiones dinámicas, y es muy utilizado donde el generador alimenta directamente redes de cables. La característica indeseable de este método es que puede producir daños en el punto de defecto. El inconveniente es la posibilidad de que se queme el hierro debido a las elevadas corrientes de pérdida a tierra. Debido a este inconveniente, no hay una total aceptación de este método por parte de los ingenieros, siendo este problema la principal razón por la que, sobretodo en generadores muy grandes, se adopte el método de puesta a tierra del neutro a través de resistencia, aún en el caso de que estos alimenten líneas aéreas.

Selección de los valores nominales de la Reactancia del neutro

El valor mínimo de la reactancia del neutro (Xmín.) se calcula según lo que a continuación se indica:



















Si x2m = x''d (generador de rotor cilíndrico) no depende del sistema exterior.


Si x0m /x''d = 1, la Ik1 = Ik3


El valor mínimo de Xn se calcula para una intensidad en la máquina igual al cortocircuito trifásico (Ik3).

El valor máximo de Xn  se calcula en la base de permitir el empleo de pararrayos del neutro y en que la relación X0/X1 sea igual a 3.


Los cálculos deben hacerse en la disposición en la que el sistema tenga la relación x0/x1, más elevada, es decir, con el sistema exterior conectado a barras y con el resto de generadores sin conectar a barras.

Puesto que no se conoce la magnitud del sistema, la regla más segura es que X0/X1 (con sólo su generador a barras) sea igual a 1.

Figura 9.- Curvas para determinar las reactancias del neutro del generador. Los valores de la reactancia xn (max.) y xn (mín.), limitan la corriente de falta del generador, al valor de la corriente de falta trifásica o menos, y permite el uso de pararrayos para neutro a tierra.

La intensidad en la reactancia del neutro (In) es la intensidad eficaz que pasa por el neutro en su cortocircuito.

Para calcular la intensidad dinámica térmica se utiliza la X'd.

Para calcular la intensidad dinámica de la reactancia se emplea la X''d.

El régimen de funcionamiento de la reactancia es de 1 min. ó 10 s a elección.

Ejemplo de cálculo de reactancia de neutro

Supongamos el esquema de la figura 10:


Figura 10


Reactancias máximas a colocar en el neutro de:

Generador 1:


Generador 2:


Según expresiones anteriores la Xn(min.) para X2m ≥ X''d (en nuestro caso X2m = X''d).

Por tanto:

Generador 1:


Generador 2:


Las intensidades en las reactancias de los generadores 1 y 2 para los valores de Xn máximo y mínimo son:

Para generador 1 y Xn (máx.)


Para generador 2 y Xn (máx.)


Para generador 1 y Xn (min.)


Para generador 2 y Xn (min.)




Continua en: Conexión a tierra del neutro de Generadores: Neutro a tierra por resistencia (Parte 3ª)



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