Comportamiento del sistema eléctrico ante fallas a tierra .La IEEE Std. 242-2001, “IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems”, (The Buff Book) afirma que “la mayoría de las fallas eléctricas implican tierra”, además que “incluso las fallas que se inician entre fases se extienden rápidamente a cualquier carcasa metálica, conductor o bandeja adyacente que ofrecen un camino de retorno al punto de tierra del sistema”.

La mayoría de las instalaciones industriales operan sin una adecuada protección ante fallas a tierra. Por lo general utilizan un sistema de distribución eléctrica sin conexión a tierra o sólidamente aterrada, ambos de los cuales tienen desventajas inherentes como son los siguientes:

Cuando el sistema eléctrico está conectado a tierra, hay una conexión intencional de una fase o el conductor neutro con tierra, con el propósito de controlar el voltaje a tierra, dentro de los límites predecibles. También se prevé un flujo de corriente que permita la detección de una conexión no deseada entre los conductores del sistema y tierra (falla a tierra).

TIPOS DE ATERRAMIENTO CON RESISTENCIAS:

Alta Resistencia (HRG):

• Usado en sistemas de 5kV o inferior.
• Limita la corriente de falla a 10 A o menos.
• No hay disparo en 1ra falla a tierra.

Baja Resistencia (LRG):

• Usada en sistemas mayores a 5kV.
• La corriente capacitiva es muy alta para HRG (> 10 A).
• Normalmente la corriente se limita a 25 – 400 A por 10 segundos.
• Algún interruptor debe operar y despejar la falla monofásica a tierra debido a los altos niveles de energía (corriente).

SIMULACIONES:

Sistema usando resistencia:

• Considerando el uso de una alta resistencia que, según lo explicado anteriormente, limita la corriente de falla a 10 A o menos (5 A para nuestro caso). Se tiene el siguiente sistema:

• El voltaje de la fase en falla es cero, mientras los voltajes en las fases sanas se elevan en un factor de √3.

• El valor de la corriente de la fase en falla se eleva en 5 A. (según características de la resistencia), sin embargo, el valor de las corrientes en las fases sanas permanecen con el mismo valor antes de la falla.

Sistema con Neutro Aislado:

• Considerando el mismo sistema pero con neutro aislado se tiene la siguiente simulación:

• Al igual que en un sistema usando resistencia el voltaje de la fase en falla es cero, mientras que los voltajes en las fases sanas se elevan en un factor de √3.
• El valor de las corrientes, tanto en la fase en falla como en las fases sanas, permanecen estables.

Tensión

Corrientes

Sistema con Neutro Sólidamente Aterrado

• Considerando el mismo sistema pero esta vez con neutro sólidamente aterrado se tiene la siguiente simulación:

• Existe un pequeño valor de voltaje de la fase en falla (cercano a cero), mientras que los voltajes en las otras fases se descompensan.
• El valor de la corriente de la fase en falla se incrementa al orden de los kA, mientras que el valor de las corrientes de las fases sanas caen dependiendo de la descompensación de tensiones.

Comportamiento del sistema eléctrico ante fallas a tierra