Guía de diseño de sistemas de puesta a tierra en plantas industriales (3ª PARTE)

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Sistemas de reactancia puesta a tierra

Los sistemas de reactancia puesta a tierra no se emplean en sistemas de potencia industriales. La reducción permitida en la corriente de fallo a tierra disponible sin riesgo de sobrevoltajes transitorios es limitada. El criterio para frenar los sobrevoltajes es que la corriente de fallo a tierra disponible sea al menos un 25 % de la corriente de fallo trifásica (X_o/X₁ < 10, donde X_o es la reactancia inductiva de secuencia cero, y Xi es la reactancia inductiva de secuencia positiva del sistema). La corriente de fallo resultante puede ser alta y presenta un grado objetable de daño por arco, llevando a una preferencia para la puesta a tierra de la resistencia. Mucha mayor reducción en el valor de la corriente de fallo es permisible con puesta a tierra de resistencia sin riesgo de sobrevoltaje. Una consideración final para los sistemas de reactancia puesta a tierra es la necesidad de aplicar dispositivos de sobrecorriente basados en su calificación de interrumpir el cortocircuito unipolar, que puede ser igual a o en algunos casos menos que su calificación normal.

Sistema sólidamente puesto a tierra

Hay tres niveles de aislamiento de conductor para cables de medio voltaje: niveles de 100, 133 y 173 %. El sistema sólidamente puesto a tierra permite el uso de un nivel de aislamiento del 100 %. Cuando el fallo en otro sistema se eleva el voltaje del sistema por encima de lo normal durante el tiempo de fallo, se especificará un nivel de aislamiento de 133 % si el fallo se elimina en menos de una hora. Cuando el fallo quedará en el sistema durante un tiempo indefinido, se usará un nivel de aislamiento de voltaje del 173 %.

El intento de recomendaciones precedentes es promover amplias aplicaciones de una menor variedad de modelos de puesta a tierra del sistema que satisfarán los requerimientos operacionales de los sistemas de potencia eléctrica de plantas industriales en general. Incluso desviaciones menores en la práctica de diseño dentro de una variedad particular deben ser evitadas todo lo que sea posible.

Las prácticas de las distribuidoras pueden justificar una desviación respecto a los modelos listados en los párrafos previos. Las circunstancias individuales de cada industria pueden bien justificar puesta a tierra sólida con otros modelos de circuitos que los indicados en las recomendaciones. Por ejemplo, cuando el suministro de potencia se obtiene de la distribuidora vía alimentadores desde un bus de subestación sólidamente puesta a tierra de 4,16Y/2,4 kV, el usuario será justificado adoptando ese modelo. En tales situaciones inevitables es imperativo que se proporcionen conductores de retorno de tierra adecuados para minimizar los potenciales de paso-y-toque inherentes de las altas corrientes de fallo a tierra asociadas con los sistemas sólidamente puestos a tierra y proporcionen relés de fallo de tierra instantáneos o equivalentes para minimizar la duración del fallo.

El voltaje de paso o potencial de paso es la diferencia de potencial entre dos puntos de la superficie de la tierra separadas por una distancia de un paso humano (se asume que es 1 m en la dirección del gradiente de potencial máximo). Dentro de una subestación durante una condición de fallo con un flujo de corriente grande sobre y a través de tierra, se desarrolla un potencial a través de la superficie del suelo como resultado de la resistencia del suelo. El flujo de corriente a tierra desde la descarga de un rayo desarrollará también un potencial. El potencial de toque y voltaje de toque es la diferencia de potencial entre una estructura metálica puesta a tierra y un punto en la superficie de la tierra separada por una distancia igual al alcance máximo normal, aproximadamente 1 m. Estas diferencias de potencial, paso o toque, pueden ser peligrosas y pueden resultar de las condiciones de inducción o fallo, o ambas.

El usuario puede desear servir 120 voltios en monofásico, un lado puesto a tierra, circuitos de carga, pueden ser justificación firme para puesta a tierra sólidamente del punto medio de una fase en un sistema delta 240 V para obtener un modelo triángulo de cuatro hilos trifásico a 240 V. Esta es una práctica de distribución donde existe una carga grande monofásica de 120/240 V y se requiere una pequeña carga trifásica.

Los sistemas no puestos a tierra pueden convertirse en triángulo sólido puesto a tierra en las esquinas, ganando así ventaja en el control de sobrevoltajes y una mayor vida del aislamiento del equipo eléctrico. El uso de un sistema triángulo en tres fases de 120 V para potencias de propósito general puede bien justificar una puesta a tierra de la esquina del triángulo.

En el diseño de sistemas de suministro de energía eléctrica para servir maquinaria de excavación operada eléctricamente, la existencia de un grado acentuado de exposición al voltaje eléctrico puede justificar el uso de un modelo de puesta a tierra del sistema empleando una conexión de tierra resistiva de 25 A (para establecer un nivel de 25 A de corriente de fallo de tierra disponible). Para disminuir el riesgo de choque eléctrico, puede requerirse la reducción en la sensibilidad de la detección del fallo de las máquinas rotatorias.

Puede haber una justificación de la inserción de una resistencia en la conexión del neutro de un generador que se conecta a un sistema de distribución trifásica sólidamente puesta a tierra en orden de eludir una excesiva corriente del devanado del generador en respuesta a un fallo de fase a tierra en el sistema. La reactancia de una resistencia de puesta a tierra del neutro para la puesta a tierra del generador se calcula tal corriente que en cualquier devanado no excede la corriente de cortocircuito trifásico y no menos del 25 % de la corriente de cortocircuito trifásico. Una corriente de cortocircuito mínima de no menos del 25 % de la corriente de cortocircuito trifásico se requiere para minimizar el sobrevoltaje transitorio.

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