Sólido sistema de protección contra fallas a tierra

Después de leer este artículo, aprenderá acerca del sistema de protección contra fallas a tierra sólidamente conectado a tierra: - 1. Sistema de protección contra fallas a tierra sólidamente conectado a tierra 2. Fuga de tierra sensible.

Sólido sistema de protección contra fallas a tierra:

En diseños anteriores, e incluso ahora, la mayoría de los sistemas de protección contra fugas a tierra eran del tipo de puesta a tierra sólida que utiliza un transformador de equilibrio del núcleo y con el punto de inicio del devanado secundario como se muestra en la Fig. 7.5.

El principio de este sistema es que las corrientes trifásicas que pasan a través del transformador de equilibrio del núcleo hacia la carga son, en condiciones normales, equilibradas y, como tal, no se induce voltaje en el devanado secundario.

Cuando se produce un fallo a tierra, este equilibrio se altera y, como resultado, se induce una tensión en el devanado secundario que, posteriormente, activa el relé de fallo a tierra al abrir los contactos en el circuito de control y, por lo tanto, abrir el contactor.

La "Corriente de falla" pasa del devanado secundario del transformador, a través del transformador de equilibrio del núcleo, a la falla, donde pasa a los conductores de tierra a lo largo de la "Ruta de retorno" al punto de estrella del transformador. Dado que el conductor de tierra está conectado a tierra a la fosa de tierra principal en la superficie de la mina, el punto de estrella del transformador se mantiene al potencial de tierra.

En este sistema, sin embargo, hay una desventaja principal, que es que debido a que el punto neutro está sólidamente conectado a tierra, la independencia del circuito en condiciones de falla se limita principalmente a la impedancia de los conductores hasta la falla, la impedancia de la falla. culpa en sí, y la impedancia de la ruta de retorno.

La impedancia del conductor hasta la falla y la trayectoria de retorno son naturalmente muy bajas (menos de 0.5 ohmios) y si la falla de impedancia es baja (es decir, un cortocircuito muerto tendría una impedancia de cero), se puede ver que la corriente de falla podría Ser muy alto, es decir, varios cientos de amperios.

Nuevamente de la figura 7.5, consideremos un ejemplo práctico de falla. Suponiendo que el transformador de la figura 7.5 funciona a 550 voltios, la tensión de fase a tierra sería de 550 / √3, es decir, 318 voltios. Entonces asumamos que la falla es un cortocircuito muerto de impedancia cero, y estimamos que la impedancia de los conductores y la trayectoria de retorno sean de 0.25 ohmios. La corriente de falla sería del orden de 318/025 = 1272 amperios.

De hecho, si el valor de la impedancia es menor, la corriente será incluso mucho mayor. En la práctica, si esta falla fuera el resultado de un cable dañado en la cara, se producirían graves chispas incendiarias.

Además, debido a la fuerte corriente de falla, en ocasiones se producirá un sobrecalentamiento severo que causará un incendio, daños al equipo y, posiblemente, quemaduras graves a cualquier persona lo suficientemente desafortunada como para estar cerca de la falla. También se ha observado que las corrientes de tierra dispersas, como resultado de las corrientes de falla pesadas, también pueden encender el detonador de forma permanente.

Otro punto importante a tener en cuenta es que cuando una corriente de falla pesada de varios cientos de amperios fluye a lo largo del conductor de tierra, producirá una gran caída potencial, incluso aunque la impedancia del conductor sea inferior a un ohmio.

Debido a que el conductor de tierra está conectado a tierra, el extremo de entrada y la carcasa de la máquina se activarán, y cualquier persona que toque la carcasa de la máquina cuando ocurra la falla podría observar un choque severo.

Este tipo de peligro se evita comúnmente porque la máquina está en contacto con la tierra, y la corriente de falla encuentra un camino de retorno a través de la tierra, así como a lo largo del conductor. Sin embargo, el peligro es inherente al sistema de protección contra fallas sólidamente conectado a tierra.

Fuga de tierra sensible:

La fuga a tierra sensible, conocida más fácilmente como circuito SEL, existe en dos formas, de punto único o multipunto. En este sistema, según la especificación, la corriente de falla a tierra no debe exceder los 750 mA (mili-amperios).

Sin embargo, debe recordarse una cosa que, aunque el nivel de corriente de falla se ha reducido drásticamente, debe entenderse que las corrientes de falla que pueden fluir en los sistemas de fuga a tierra sensible todavía son capaces de encender una mezcla de metano / aire, ya que los circuitos no son clasificado como intrínsecamente seguro.

Los principios básicos de los sistemas terrestres de un solo punto son similares a los sistemas con puesta a tierra sólida, ya que se utiliza un transformador de equilibrio del núcleo que es más sensible que el tipo con conexión a tierra sólida. De hecho, la principal diferencia entre los dos sistemas es el método de aterrizar el transformador, el punto de estrella, como se muestra en la Fig. 7.6.

En el sistema SEL de punto único, se inserta una impedancia entre el punto de estrella y la tierra de un valor tal que limita la corriente de falla a tierra a un máximo de 750 mA. Si bien esta es la corriente de falla máxima que puede fluir, el relé de disparo por fuga a tierra se configuraría para disparar entre 80/100 mA, lo que da un factor de seguridad de aproximadamente 7 a 1.

Sin embargo, en la Fig. 7.6 vemos un circuito típico de unidad de protección en un panel de extremo de puerta. Un transformador de balance de núcleo detecta una falla. Dado que la corriente de falla es tan pequeña, el grado de desequilibrio de las corrientes en los conductores de energía es muy pequeño, y solo se puede obtener una diferencia de potencial muy pequeña en los terminales secundarios.

Esta diferencia de potencial se aplica a un amplificador electrónico que interrumpe la corriente a un relé normalmente activado. Los contactos del relé se abren, rompiendo así los circuitos del piloto y de la bobina de operación, de modo que el contactor se abre.

Este sistema, sin embargo, es inherentemente discriminativo. Las corrientes en los circuitos paralelos al circuito defectuoso permanecen equilibradas, por lo que normalmente solo se dispara el contactor en el circuito defectuoso. Si un contactor de extremo de puerta puede aislar la falla, el contactor generalmente se desconectará antes de que se rompa el interruptor de la sección o el circuito de la subestación.

La figura 7.6 también incorpora un circuito típico de vigilancia. De hecho, un sistema de vigilancia terrestre de alta resistencia también se incorpora a un sistema de vigilancia eléctrica.

Cuando el contactor está abierto, se conecta un transformador secundario entre el conductor de tierra y un punto central artificial, creado por tres impedancias conectadas en estrella a través de las líneas eléctricas. Un bobinado auxiliar en el transformador de balance de núcleo está conectado en serie.

Siempre que haya una falla en el cable o máquina que se arrastra, el circuito se completa y la corriente fluye en el devanado auxiliar del transformador de balance del núcleo. Se induce una salida en el secundario, y esto se aplica al amplificador electrónico, lo que impide que el relé se vuelva a configurar. El contactor no puede volver a cerrarse hasta que se haya solucionado la falla.

En la figura 7.7, el sistema multipunto se muestra en un diagrama esquemático. En el sistema multipunto, el punto se aísla completamente de la Tierra, es decir, es un neutro libre. Se proporciona un falso neutro a través de un falso transformador neutro que consta de tres bobinas enrolladas en un núcleo magnético común.

Un extremo de cada bobina está conectado a cada una de las tres fases salientes, mientras que los otros extremos están conectados entre sí para formar un punto de estrella. Este punto de estrella se conecta a tierra a través de un circuito de detección de fallas con suficiente impedancia para limitar la corriente máxima de falla a 20 mA. En sistema de 550 voltios y hasta 40 mA. en un sistema de 1000 voltios.

Este nivel de corriente de falla es capaz, en condiciones de falla severa, de fluir en el circuito de detección de cada panel del sistema en operación, en el instante en que ocurre la falla.

Para que la corriente total que fluye hacia la falla se limite a 750 mA, el número de cajas de extremo de compuerta en operación en un sistema en cualquier momento debe limitarse a 750/20, es decir, aprox. 37 en el sistema de 550 voltios y 750/40 es decir, aprox. 18 en un sistema de 1100 voltios. Esto no causa ninguna vergüenza ya que está dentro del número habitual de paneles requeridos en cualquier sistema.

La sensibilidad de los circuitos de detección de fugas a tierra multipunto se estandariza a un mínimo de 60 K ohmios. Esto significa que, en condiciones normales de operación de voltaje de línea, una falla de una fase a tierra que tenga una resistencia de 60K ohmios causaría que el panel salte en una falla de tierra a una corriente de disparo máxima de aprox. 3 mA. en un sistema de 550 voltios y 6 mA en un sistema de 1.100 voltios.

Las unidades de protección de transformadores y conmutadores de sección se ajustan a 60K ohmios, como es práctico, pero no menos de 40K ohms. Las unidades de control de la caja del extremo de la puerta están configuradas para eliminar una falla a tierra en menos de 100 milisegundos (es decir, menos de 5 ciclos). Un interruptor de sección está configurado para borrar entre 200 y 400 milisegundos y una unidad de control de transformador para borrar entre 600 y 800 milisegundos, es decir, entre 30 y 40 ciclos.

La corriente de falla a tierra, como se mencionó anteriormente, atravesará cada circuito de detección en cada panel en el sistema en operación en el momento en que ocurre la falla. Se puede esperar, por lo tanto, que cada panel de este tipo saldrá por falla de tierra. Por lo tanto, es esencial que se evite que el panel que alimenta el aparato de falla se vuelva a energizar en la falla.

Para este propósito particular, se proporciona un circuito de vigilancia que bloquea el panel y evita que se reinicie hasta que se resuelva la falla. Todos los demás paneles del sistema se pueden reiniciar de inmediato, lo que limita la interrupción de la producción al mínimo.

La figura 7.7 muestra el circuito básico de una unidad de protección en un panel de extremo de puerta. Los contactos del relé de falla a tierra normalmente están abiertos, de modo que el circuito piloto solo puede completarse cuando el relé está energizado. El relé normalmente es energizado por un secundario del transformador del circuito piloto a través del amplificador electrónico. Sus contactos, por lo tanto, cierran y preparan el circuito piloto cada vez que se conecta la alimentación a la barra de bus del panel.

Si ocurre una falla, y la corriente fluye en la impedancia de detección de fallas, surge una diferencia de potencial a través de la impedancia. Esta diferencia de potencial se aplica al amplificador electrónico. La salida del amplificador interrumpe el circuito del relé de falla a tierra, de modo que el relé se desactiva, sus contactos rompen los circuitos de piloto y se abre el contactor.

El circuito de vigilancia eléctrica requerido para la discriminación paralela se incluye en la Fig. 7.7. El circuito está dispuesto de modo que el devanado del transformador secundario se conecte entre la impedancia estrellada y la impedancia de detección de fallas cuando el contactor está abierto. El método para realizar la conexión depende de la marca de la unidad. En el diagrama, se muestran los contactos auxiliares operados por el mecanismo de contactor.

Cuando se produce una falla en el cable o máquina que se arrastra, el circuito se completa tan pronto como se abre el contactor, y la corriente fluye en la impedancia de detección de fallas, como lo haría si fluyera una corriente de falla. Se alimenta una diferencia de potencial al amplificador electrónico que evita que el relé se energice y se reinicie.

Luego, cuando el bloqueo está en funcionamiento, la corriente pasa a través de la falla, que bien puede estar expuesta. Por esta razón, se requiere que el circuito de bloqueo sea intrínsecamente seguro. Cuando la fuga a tierra ha operado, entra en funcionamiento un cerrojo mecánico que cierra la caja de la puerta y solo puede ser restablecido por un electricista con una llave especial después de que se haya eliminado la falla.