Guía de diseño de sistemas de puesta a tierra en plantas industriales (2ª PARTE)

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Sistemas de resistencia puesta a tierra

Los sistemas de resistencia puesta a tierra emplean una conexión de resistencia intencionada entre el neutro y tierra del sistema eléctrico. Esta resistencia aparece en paralelo con la reactancia capacitiva del sistema a tierra, y este circuito en paralelo se comporta más como una resistencia que un condensador. Los sistemas de resistencia de tierra pueden tomar la forma de:

a)      Sistemas de puesta a tierra de alta resistencia.

b)      Sistemas de puesta a tierra de baja resistencia.

Las investigaciones recomiendan que la puesta a tierra de alta resistencia estaría restringida a sistemas de clase 5 kV o inferiores con corrientes de carga de alrededor de 5,5 A o menos y no serán intentados en sistemas de 15 kV, a menos que se empleen relés de tierra apropiados. El motivo para no recomendar la tierra de alta resistencia de sistemas de 15 kV es la asunción de que el fallo quedará en el sistema durante un periodo de tiempo. Puede ocurrir daños en el equipo por arco continuado en el voltaje más alto. Si el circuito se abre inmediatamente, no hay problema.

En una conexión de alta resistencia (R < X_CO/3, donde R es la resistencia intencionada entre el neutro y tierra del sistema eléctrico, y X_CO/3 es la reactancia capacitiva del sistema a tierra total), las tendencias de producción de sobrevoltaje de un sistema de puesta a tierra puramente capacitiva será suficientemente reducido. En un sistema puesto a tierra de baja resistencia, los potenciales de fase a tierra son rígidamente controlados, y una corriente de fallo a tierra suficiente está también disponible para operar selectivamente relés de fallo a tierra. X_CO es difícil para determinar sin ensayos en un sistema de alta resistencia de puesta a tierra, así entre 5 A y 10 A se recomienda para una limitación de corriente de fallo de fase a tierra.

El valor óhmico de la resistencia no será mayor que la reactancia capacitiva del sistema a tierra (X_CO/3). La corriente de resistencia neutral será al menos igual o mayor que la corriente de carga total del sistema.

La puesta a tierra de alta resistencia proporciona las mismas ventajas que los sistemas no puestos a tierra aunque limita el estado estacionario y los sobrevoltajes transitorios severos asociados con los sistemas no puestos a tierra. Puede mantenerse operación continua. Esencialmente, hay un riesgo de choque de fase a tierra mínimo durante el fallo de fase a tierra ya que el neutro no funciona con los conductores de fase y el neutro cambia a un voltaje aproximadamente igual a los conductores de fase. No hay riesgo de arco, ya que con un sistema sólidamente puesto a tierra, la corriente de fallo se limita a aproximadamente 5 A.

Otro beneficio de los sistemas puestos a tierra de alta resistencia es la limitación de una corriente de fallo para prevenir daño al equipo. Un alto valor de los fallos de tierra en los sistemas puestos a tierra sólidamente puede destrozar el hierro magnético de la maquinaria rotatoria. Pequeños fallos en el devanado y sistemas sólidamente puestos a tierra pueden ser reparados sin sustituir el hierro magnético. Sin embargo es beneficioso, no teniendo que reemplazar la laminación con equipos instalados en sistemas puestos a tierra de alta resistencia, cuando ocurre un fallo de fase a tierra.

Los sistemas puestos a tierra de alta resistencia requerirán investigación inmediata de fallos a tierra incluso aunque la corriente de fallo a tierra sea de muy baja magnitud (usualmente menos de 10 A). Esta magnitud baja de corriente de fallo continua puede deteriorar aislamiento adyacente u otro equipo. Es esencial supervisar los primeros fallos de fase a tierra. Si la impedancia de fallo es cero, sólidamente conectada a tierra, el sistema de alta resistencia tiene las características de un sistema puesto a tierra sólidamente hasta que el fallo se localiza y repara.

La clave para localizar un fallo de tierra en un sistema puesto a tierra de alta resistencia es la capacidad para inyectar una señal de tierra trazable al sistema que falla. Este sistema indicando fallo permite la localización del fallo con el sistema de potencia energizado. Se utiliza una pinza especial de tipo amperímetro sobredimensionada de gran apertura. Se requiere alguna pericia para encontrar la localización del fallo.

La puesta a tierra de alta resistencia se limitará a un sobrevoltaje transitorio de valor moderado creado por una conexión de reactancia inductiva de una fase a tierra o de un cortocircuito de fase a tierra de contacto intermitente. No se evitará el sobrevoltaje del 73 % sostenido en dos fases durante la presencia de un fallo de tierra en la tercera fase. Ni tendría mucho efecto en una fuente de sobrevoltaje de baja impedancia, tal como una interconexión con conductores de un sistema de alto voltaje, un fallo a tierra en el extremo exterior de un transformador de devanado extendido o autotransformador de elevación, o un fallo de tierra en la conexión de unión del transformador-condensador del soldador del condensador serie.

La puesta a tierra de baja resistencia requiere una conexión de tierra de una resistencia mucho más baja. Es común tener puestas a tierra de sistemas de 5 kV a 15 kV. El valor de resistencia es seleccionado para proporcionar una corriente de fallo de tierra aceptable para propósitos de relés. La resistencia del neutro del generador usualmente se limita en grandes generadores a un mínimo de 100 A y a un máximo de 1,5 veces la corriente nominal del generador. Los valores de corrientes típicas usadas van en un rango de 400 A (pueden ser tan bajas como 100 A) en los sistemas modernos usando un toroide sensible o un transformador de corriente hasta 2000 A en los grandes sistemas. Una consideración final para los sistema de resistencia puesta a tierra es la necesidad de aplicar dispositivos de sobrecorriente.

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