Los métodos de puesta a tierra del punto neutro comúnmente utilizados en los sistemas eléctricos son: puesta a tierra directa del neutro, puesta a tierra del neutro, puesta a tierra del neutro a través de bobina de extinción por arco (puesta a tierra resonante) y puesta a tierra del neutro a través de resistencia. El modo de operación de la puesta a tierra del sistema eléctrico involucra muchos aspectos importantes como la operación segura de la red, la confiabilidad del suministro eléctrico y la seguridad del usuario. En los aspectos técnicos y profesionales relacionados con los sistemas eléctricos, la coordinación de sobretensiones y aislamiento, la protección de relés, la comunicación y automatización, la compatibilidad electromagnética, el diseño de puesta a tierra y muchos otros campos, es un problema sistémico de amplio alcance.
Entre ellos, el punto neutro se conecta a una resistencia en serie entre el neutro de la red y tierra. La selección adecuada de la resistencia conectada no solo disipa la energía de la media onda posterior al arco de falla monofásica a tierra, reduciendo así la posibilidad de reencendido del arco, sino que también suprime la amplitud de la sobretensión de la red y mejora la sensibilidad del dispositivo de protección de relés para actuar en la apertura, protegiendo efectivamente la operación normal del sistema.
La esencia de la puesta a tierra del neutro del transformador es establecer un punto de potencial de referencia para regular el voltaje del sistema y garantizar la seguridad del equipo. Su principio depende del método de puesta a tierra y los requisitos de la red, y sus funciones principales se pueden clasificar en tres aspectos:
1. Estabilizar el voltaje del sistema y suprimir sobretensiones
Puesta a tierra directa del neutro (sistema de puesta a tierra de alta corriente): En redes de alta tensión de 110 kV y superiores, el punto neutro del transformador se conecta directamente a tierra. Cuando ocurre una falla monofásica a tierra, la corriente de falla fluye directamente a tierra a través del dispositivo de puesta a tierra, haciendo que el voltaje de la fase fallada caiga rápidamente cerca de cero. Mientras tanto, los voltajes de las fases no falladas se mantienen en su valor nominal fase-tierra (voltaje de línea/√3), evitando así un aumento excesivo del voltaje en las fases sanas. Por ejemplo, en un sistema de 220 kV, durante una falla monofásica a tierra, el voltaje de la fase no fallada no excederá los 250 kV, previniendo efectivamente la ruptura del aislamiento por sobretensión.
Puesta a tierra del neutro del transformador a través de resistencia: Este método es una forma intermedia entre la puesta a tierra directa y los sistemas no puestos a tierra, lograda mediante la inserción de una resistencia de puesta a tierra. Su función principal es limitar la corriente de falla monofásica a tierra entre 100 y 1000 A, evitando así el alto impacto de corriente de falla de la puesta a tierra directa, resolviendo problemas de sensibilidad de protección en sistemas no puestos a tierra, y disipando la energía de falla para suprimir sobretensiones. Se aplica ampliamente en redes de distribución urbanas (10 kV/20 kV), sistemas de energía auxiliar de plantas, así como en instalaciones mineras y químicas, donde ayuda a reducir el alcance de las interrupciones, proteger el equipo y disminuir los riesgos de seguridad.
Puesta a tierra con bobina de extinción de arco (sistema de puesta a tierra de baja corriente): En redes de media tensión como 35 kV y 10 kV, el punto neutro del transformador se pone a tierra a través de una bobina de extinción de arco. Cuando ocurre una falla monofásica a tierra, la bobina genera una corriente de compensación en dirección opuesta a la corriente de falla, compensando la corriente capacitiva a tierra. Esto extingue rápidamente el arco de falla (evitando sobretensiones por reencendido repetido) y limita la corriente de falla a tierra a menos de 5 A. El sistema puede continuar operando con la falla durante 1 a 2 horas, permitiendo tiempo para el mantenimiento.
2. Facilitar la detección de fallas y la operación de protección
Con el neutro puesto a tierra, el sistema puede utilizar protección de corriente de secuencia cero y protección de voltaje de secuencia cero para identificar rápidamente fallas a tierra. Por ejemplo, en un sistema sólidamente puesto a tierra, una falla monofásica a tierra genera una corriente elevada (hasta varios kiloamperios), que puede ser detectada inmediatamente por relés de corriente de secuencia cero, desencadenando la apertura del interruptor para aislar la línea defectuosa. En contraste, en un sistema no puesto a tierra, la corriente de falla es muy pequeña (solo la corriente capacitiva, típicamente varias decenas de amperios), lo que dificulta su detección por los dispositivos de protección, pudiendo llevar a una escalada de la falla.
3. Reducción de los riesgos por tensión de paso y tensión de contacto
Cuando un transformador o una línea de transmisión sufre una falla a tierra, la corriente de tierra produce un gradiente de potencial en la superficie del suelo. La puesta a tierra del neutro, junto con una malla de tierra, dispersa la corriente de falla en el terreno, reduciendo las diferencias de potencial:
Tensión de paso: Diferencia de potencial entre los dos pies de una persona al caminar cerca de un punto de falla a tierra. Con una puesta a tierra efectiva, la tensión de paso puede controlarse por debajo de 50 V (límite seguro), evitando descargas eléctricas.
Tensión de contacto: Diferencia de potencial entre la carcasa de un equipo y el suelo cuando una persona toca el equipo durante una falla. La puesta a tierra del neutro combinada con la puesta a tierra del equipo (como la conexión a tierra de la carcasa) garantiza que la tensión de contacto se mantenga dentro de un rango seguro, protegiendo al personal de descargas eléctricas.
Los 8 principales fabricantes mundiales de resistencias de puesta a tierra del neutro (NGR)
