Detección de fallas a tierra en redes con neutro aislado y resonante

Las redes de distribución eléctrica con neutro aislado o resonante representan un desafío a la hora de detectar fallas monofásicas a tierra. A pesar de que este tipo de falla es la más común en líneas aéreas, también es la más difícil de identificar en estas topologías.

No obstante, se trata de un problema resuelto.

En lugar de recurrir al método estándar de medición de corriente residual para su detección, derivamos la componente resistiva de dicha corriente y actuamos sobre ella.

Esta técnica se ha implementado en el sistema de Reconectadores OSM de NOJA Power y se ha probado con éxito en campo, con un ajuste primario de Falla a Tierra Sensible (SEF) de solo 400mA.

¿Por qué construir redes con neutro resonante o aislado?

Básicamente, para reducir la corriente de falla a tierra y mejorar la confiabilidad de la red. Cuando las redes con neutro resonante o aislado sufren una falla monofásica a tierra, el punto de falla se convierte en la nueva referencia a tierra. Al no existir una referencia de tierra para el neutro del transformador, teóricamente no hay trayectoria de corriente para la falla, por lo que se registran corrientes de falla a tierra muy bajas.

Esto ofrece ventajas tanto para la mitigación de incendios como para la continuidad del servicio. Tradicionalmente, las redes con neutro aislado podían operar en estado de falla monofásica a tierra, aunque esta práctica ha ido perdiendo popularidad por razones de seguridad.

Hoy en día, la principal razón por la que las empresas distribuidoras de energía migran a redes sin neutro aterrizado es la mitigación de incendios. La reducción de la corriente de falla a tierra minimiza el riesgo de ignición; sin embargo, introduce la problemática de la detección y localización de la falla.

Detección y localización de fallas monofásicas a tierra en redes no sólidamente aterrizadas

Ambos esquemas de puesta a tierra mencionados se clasifican como redes “no sólidamente aterrizadas”. A diferencia de las redes “no sólidamente aterrizadas”, estas presentan corrientes residuales muy bajas cuando ocurre una falla monofásica a tierra. Este es el primer desafío, ya que los sistemas convencionales de protección a tierra dependen de corrientes de falla sustanciales para una detección precisa.

Por tanto, la aplicación directa de protecciones convencionales con base únicamente en la magnitud de la corriente aparente no proporcionará resultados fiables.

Para detectar fallas a tierra en redes con neutro aislado o resonante, debemos aplicar algoritmos alternativos, concretamente la protección Sensible a Tierra con técnica Vatio-Métrica. Este método deriva la potencia real a partir del valor de corriente residual y aprovecha la corriente capacitiva natural de la red en condiciones de falla.

Todas las fallas reales presentan algún componente resistivo —potencia real entregada al punto de falla—. En redes aisladas o resonantes, la potencia real solo fluye por el alimentador defectuoso; los demás alimentadores verán corrientes capacitivas. Desafortunadamente, las corrientes capacitivas suelen ser de órdenes de magnitud mayores que la corriente resistiva, lo que provoca que los métodos convencionales sean inocuos. Podemos obtener este valor derivando la potencia real consumida por la falla mediante trigonometría simple:

La componente resistiva es igual a la corriente neutra aparente multiplicada por el coseno del ángulo entre la tensión y la corriente de neutro.

En lugar de actuar sobre la corriente aparente (método tradicional), derivamos la corriente de falla real y actuamos sobre ella. Con un sistema lo suficientemente sensible y calibrado, como el que ofrece el Reconectador OSM de NOJA Power, es posible detectar fallas a tierra sensibles en redes con neutro aislado incluso cuando la componente de potencia real es tan solo de 200 mA.

Conclusión

“Australia ha sufrido numerosos incendios forestales catastróficos a lo largo de las décadas, lo que ha dado lugar a varios métodos para mejorar la mitigación de incendios” indica Neil O'Sullivan, Director General del Grupo NOJA Power.
“Es evidente que la detección de fallas a tierra sensibles por debajo de 1 A, que limita la energía del arco a 0,1A² segundos, eliminará focos de ignición para estos casos. Hemos desarrollado la capacidad en nuestros Reconectadores para responder a las necesidades de los clientes.”

Detectar fallas a tierra en redes con neutro aislado o resonante es un desafío superado. La opción de construcción SEF de 200 mA disponible en el Reconectador OSM de NOJA Power permite a las empresas que operan estas redes detectar fallas que antes resultaban invisibles para los equipos de protección convencionales.

Para más información, visite www.nojapower.es o contacte su distribuidor local de NOJA Power.