Modos de operación de los neutros de los transformadores del sistema de potencia

Los transformadores tienen neutros cuyo modo de operación o método de trabajo puesto a tierra se debe a:

• requisitos de seguridad y protección laboral del personal,

• corrientes de defecto a tierra admisibles,

• las sobretensiones resultantes de faltas a tierra, así como la tensión de funcionamiento de las fases intactas de la instalación eléctrica con respecto a tierra, que determinan el nivel de aislamiento de los aparatos eléctricos,

• la necesidad de garantizar un funcionamiento fiable del relé de puesta a tierra,

• la posibilidad de utilizar los esquemas más simples de redes eléctricas.

En el caso de un defecto a tierra monofásico, se rompe la simetría del sistema eléctrico: cambian las tensiones de fase relativas a tierra, aparecen corrientes de defecto a tierra, se producen sobretensiones en las redes. El grado de cambio de simetría depende del modo neutral.

El modo neutral tiene un impacto significativo en los modos de operación de los receptores eléctricos, los esquemas del sistema de energía y los parámetros del equipo seleccionado.

Neutro de red Es un conjunto de puntos neutros y conductores interconectados que pueden aislarse de la red o conectarse a tierra mediante baja o alta resistencia.

Se utilizan los siguientes modos neutros:

• sordo puesto a tierra neutral,

• neutro aislado,

• neutral efectivamente conectado a tierra.

La elección del modo neutro en las redes eléctricas está determinada por el suministro continuo de los consumidores, confiabilidad del trabajo, seguridad del personal de servicio y eficiencia de las instalaciones eléctricas.

Los neutros de los transformadores de las instalaciones eléctricas trifásicas, a cuyos devanados se conectan las redes eléctricas, pueden estar directamente puestos a tierra por resistencia inductiva o activa o aislados de tierra.

Si el neutro del devanado del transformador está conectado al dispositivo de puesta a tierra directamente o a través de una resistencia baja, este neutro se denomina conectado a tierra ciegamente y las redes conectadas a él, respectivamente, redes con un neutro puesto a tierra.

Un neutro que no está conectado a un dispositivo de puesta a tierra se denomina neutro aislado.

Las redes cuyo neutro está conectado al dispositivo de puesta a tierra a través de un reactor (resistencia inductiva), que compensa la corriente capacitiva de la red, se denominan redes con neutro resonantemente puesto a tierra o compensado.

Las redes cuyo neutro está conectado a tierra a través de una resistencia (resistencia) se denominan redes con un neutro conectado a tierra resistivamente.

Red eléctrica de tensión superior a 1 kV, donde el factor de defecto a tierra no supere 1,4 (el factor de defecto a tierra es la relación de la diferencia de potencial entre la fase no dañada y la tierra en el punto de defecto a tierra de otra o de otras dos fases a la diferencia de potencial entre la fase y la tierra en ese momento antes del cierre) se llama red con neutral efectivamente conectado a tierra.

Las instalaciones eléctricas, en función de las medidas de seguridad eléctrica, se dividen en 4 grupos:

• instalaciones eléctricas con tensiones superiores a 1 kV en redes con neutro efectivamente puesto a tierra (con elevadas corrientes de defecto a tierra),

• instalaciones eléctricas con tensión superior a 1 kV en redes con neutro aislado (con bajas corrientes de puesta a tierra),

• instalaciones eléctricas con una tensión de hasta 1 kV con neutro puesto a tierra,

• Instalaciones eléctricas con tensión hasta 1 kV con neutro aislado.

Modos neutros de sistemas trifásicos

Tensión, kV Modo neutro Nota 0,23 Neutro sin conexión a tierra Requisitos de seguridad. Todas las cajas eléctricas están conectadas a tierra 0,4 0,69 Neutro aislado Para mejorar la confiabilidad del suministro de energía 3,3 6 10 20 35 110 Neutro conectado a tierra de manera eficaz Para reducir el voltaje de las fases abiertas a tierra cuando una fase está en cortocircuito a tierra y reducir el voltaje de aislamiento nominal 220 330 500 750 1150

Los sistemas con neutro ciego puesto a tierra son sistemas con una alta corriente de defecto a tierra. En caso de cortocircuito, el cortocircuito se desconecta automáticamente. En los sistemas de 0,23 kV y 0,4 kV, este cierre está dictado por requisitos de seguridad. Todos los marcos del equipo están conectados a tierra simultáneamente.

Los sistemas de 110 y 220 kV y superiores se implementan con un neutro conectado a tierra de manera efectiva... En caso de un cortocircuito, el cortocircuito también se dispara automáticamente. En este caso, la puesta a tierra del neutro conduce a una reducción de la tensión nominal de aislamiento. Es igual a la tensión de fase de las fases no dañadas a tierra. Para limitar la magnitud de las corrientes de falla a tierra, no todos los neutros de los transformadores están conectados a tierra (conexión a tierra efectiva).

Modos neutros de los sistemas trifásicos: a — neutro puesto a tierra, b — neutro aislado

Neutro aislado denominado neutro, no conectado a un dispositivo de puesta a tierra o conectado a través de dispositivos que compensen la corriente capacitiva en la red, transformadores de voltaje y otros dispositivos de alta resistencia.

Un sistema con un neutro aislado utilizado para mejorar la confiabilidad de la fuente de alimentación. Se caracteriza por el hecho de que cuando una fase se cierra a tierra, la tensión de los conductores de fase con respecto a tierra aumenta a linea de voltaje, y se rompe la simetría de las tensiones. La corriente capacitiva fluye entre la línea y el neutro. Si es inferior a 5A, se permite continuar la operación hasta 2 horas para generadores de turbina con una potencia de hasta 150 MW y para generadores hidroeléctricos, hasta 50 MW. Si se descubre que el cortocircuito no ocurrió en el devanado del generador, sino en la red, se permite trabajar durante 6 horas.

Las redes de 1 a 10 kV son redes con tensión de generador de centrales eléctricas y redes locales de distribución. Cuando una fase está conectada a tierra en un sistema de este tipo, el voltaje de las fases no dañadas en relación con la tierra aumenta al valor del voltaje de la red. Por lo tanto, el aislamiento debe estar clasificado para este voltaje.

La principal ventaja del modo neutro aislado es la capacidad de suministrar energía a los consumidores de línea y consumidores con falla a tierra monofásica.

La desventaja de este modo es la difícil detección de la ubicación de la falla a tierra.

La mayor fiabilidad del modo (es decir, la posibilidad de funcionamiento normal en caso de faltas a tierra monofásicas, que constituyen una parte importante de las averías de los equipos eléctricos) del neutro aislado conduce a su uso obligatorio a tensiones superiores a 1 kV hasta 35 kV inclusive, ya que estas redes alimentan a grandes grupos de consumidores y consumidoras de energía.

A partir de una tensión de 110 kV y superior, el uso de un modo neutro aislado se vuelve económicamente poco rentable, ya que el aumento de tensión con respecto a tierra de fase a línea requiere un aumento significativo en el aislamiento de fase. El uso del modo neutro aislado hasta 1 kV está permitido y justificado por mayores requisitos de seguridad eléctrica.

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