Concepto de puesta a tierra neutra

El concepto de puesta a tierra del sistema es extremadamente importante, ya que afecta la susceptibilidad del sistema a los transitorios de voltaje, determina los tipos de cargas que el sistema puede aceptar y ayuda a determinar los requisitos de protección del sistema.

La disposición de puesta a tierra del sistema está determinada por la puesta a tierra de la fuente de poder. Para los sistemas comerciales e industriales, los tipos de fuentes de energía generalmente se dividen en cuatro categorías amplias:

Servicio de utilidad – La puesta a tierra del sistema suele estar determinada por la configuración del devanado secundario del transformador de la subestación de servicios públicos aguas arriba.

Generador – La puesta a tierra del sistema está determinada por la configuración del devanado del estator.

Transformador– La puesta a tierra del sistema en el sistema alimentado por el transformador está determinada por la configuración del devanado secundario del transformador.

La puesta a tierra neutra es generalmente de tres tipos:

• Puesta a tierra sólida

• Puesta a tierra de resistencia

• Puesta a tierra de reactancia

Cada uno de los métodos de conexión a tierra tiene un propósito específico y, en función de la idoneidad de nuestra necesidad, utilizamos cualquiera de los métodos de conexión a tierra.

Sistemas sólidamente puestos a tierra:

El sistema sólidamente conectado a tierra es la disposición de sistema más común y una de las más utilizadas. La configuración más utilizada es la estrella sólidamente puesta a tierra, porque soporta cargas monofásicas de fase a neutro. En este tipo de método de conexión a tierra, el punto de estrella está directamente conectado a tierra.

La siguiente figura muestra la relación entre la fase y el voltaje de línea para un sistema sólidamente conectado a tierra.

Se puede ver en la figura anterior que el voltaje del sistema con respecto a tierra está fijado por el voltaje del devanado de fase a neutro. Significa que el nivel de aislamiento de línea a tierra del equipo solo necesita ser tan grande como el voltaje de fase a neutro, que es el 57,7 % (100/1,732 = 57,7 %) del voltaje de fase a fase. También significa que el sistema es menos susceptible a transitorios de voltaje de fase a tierra. Este es un beneficio muy importante del Sistema de Tierra Sólida.

Una característica común del sistema sólidamente conectado a tierra es que un cortocircuito a tierra hará que fluya una gran cantidad de corriente de cortocircuito. Esta condición se conoce como falla a tierra. Como se puede ver en la figura a continuación, el voltaje en la fase en falla se reduce y fluye una gran corriente en la fase en falla ya que la impedancia de fase y falla es pequeña.

El voltaje y la corriente en las otras dos fases no se ven afectados. Por lo tanto, un sistema sólidamente conectado a tierra admite una gran corriente de falla a tierra. Estadísticamente, el 90-95% de todos los cortocircuitos del sistema son fallas a tierra.

La ocurrencia de una falla a tierra en un sistema sólidamente conectado a tierra requiere la eliminación de la falla lo más rápido posible. Esta es la principal desventaja del sistema sólidamente conectado a tierra en comparación con otros tipos de sistemas de conexión a tierra.

Un sistema sólidamente conectado a tierra es muy efectivo para reducir la posibilidad de transitorios de voltaje de línea a tierra. Sin embargo, para hacer esto, el sistema debe estar conectado a tierra de manera efectiva. Una medida de la eficacia de la puesta a tierra del sistema es la relación entre la corriente de falla a tierra disponible y la corriente de falla trifásica disponible. Para sistemas conectados a tierra de manera efectiva, esta relación suele ser de al menos 60%.

Para resumir,

El sistema sólidamente conectado a tierra es el más popular, se requiere cuando se deben suministrar cargas monofásicas de fase a neutro y tiene las características de voltaje de fase a tierra más estables. Sin embargo, la gran corriente de falla a tierra es una desventaja y puede ser un obstáculo para la confiabilidad del sistema.

Sistemas conectados a tierra por resistencia:

En el método de puesta a tierra por resistencia, el punto neutro se conecta a tierra mediante una resistencia. La resistencia está dimensionada para permitir que 1-10 A fluyan continuamente si ocurre una falla a tierra.

El tamaño de la resistencia es menor o igual que la magnitud de la capacitancia de carga del sistema a tierra. Si la resistencia tiene este tamaño, el sistema conectado a tierra de alta resistencia generalmente no es susceptible a las grandes sobretensiones transitorias que puede experimentar un sistema sin conexión a tierra.

Si no hay corriente de falla a tierra, el diagrama fasorial del sistema es el mismo que el de un sistema sólidamente conectado a tierra. Sin embargo, si ocurre una falla a tierra en una fase, la respuesta del sistema es como se muestra en la figura a continuación. Como se puede ver en la figura a continuación, la corriente de falla a tierra está limitada por la resistencia de puesta a tierra.

Si se hace la aproximación de que ZA (impedancia del devanado) y ZF (impedancia de falla) son muy pequeños en comparación con el valor de resistencia de la resistencia de tierra R, entonces la corriente de falla a tierra es aproximadamente igual al voltaje de fase a neutro de la fase en falla. dividido por r La tensión de fase con falla a tierra en ese caso sería cero y las tensiones de fase sin falla a tierra serían el 173% de sus valores sin la presencia de una falla a tierra.

La corriente de falla a tierra no es lo suficientemente grande como para forzar su eliminación desconectando el sistema. Por lo tanto, el sistema puesto a tierra de alta resistencia tiene la misma ventaja operativa a este respecto que el sistema no puesto a tierra.

Puesta a tierra de reactancia:

Un sistema conectado a tierra por reactancia es aquel en el que el punto neutro está conectado a tierra a través de una impedancia que es altamente inductiva. La conexión a tierra de reactancia se encuentra entre la conexión a tierra efectiva y la conexión a tierra resonante (se discutirá en la próxima publicación). Se proporciona reactancia para mantener la corriente de falla dentro del límite seguro. Este método de conexión a tierra se utiliza cuando la corriente de carga es alta, como en un banco de capacitores, reactores de línea utilizados para el control de voltaje de la línea de transmisión, etc.

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