Métodos de protección y localización de faltas a tierra en sistemas AC/DC

García Rodríguez, Ana (2021). Métodos de protección y localización de faltas a tierra en sistemas AC/DC. Thesis (Master thesis), E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Métodos de protección y localización de faltas a tierra en sistemas AC/DC
Author/s:
  • García Rodríguez, Ana
Contributor/s:
  • Platero Gaona, Carlos Antonio
Item Type: Thesis (Master thesis)
Masters title: Ingeniería Industrial
Date: July 2021
Subjects:
Freetext Keywords: faltas a tierra; sistemas mixtos AC/DC; protecciones; localización de faltas
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Las faltas a tierra representan un comportamiento anómalo de los sistemas, por el que una corriente circula del circuito hacia la tierra a través de una vía accidental. Durante tales eventos, el valor de la corriente en el circuito aumenta, pudiendo dañar los equipos y suponer un peligro para los usuarios u operarios. Las faltas pueden ocurrir debido al deterioro del aislamiento o a eventos inesperados como rayos u objetos que entran en contacto con las líneas electrificadas. Las faltas a tierra tienen un efecto diferente en función de si los sistemas están o no conectados a tierra. En un sistema con puesta a tierra rígida, la corriente de falta será mayor y por tanto más fácil de detectar, pero representa también un riesgo importante para el sistema, que debe ser desconectado. Por el contrario, los sistemas sin puesta a tierra o con puesta a tierra de alta impedancia presentan una corriente de falta muy baja y pueden seguir en funcionamiento, pero la falta será más difícil de detectar. La protección contra faltas a tierra en sistemas de corriente alterna es un campo que se viene desarrollando durante décadas y que hoy en día se rige por los códigos y normas de cada país. Algunos métodos tradicionales de detección de faltas son los detectores de desequilibrio, que son capaces de detectar una falta en el punto en el que están instalados, la inyección de señales mediante una sonda manual y el análisis de la corriente de secuencia cero o de secuencia negativa. Las protecciones de corriente alterna incluyen los relés de sobrecorriente de falta a tierra, los relés de sobrecorriente direccional o los detectores de arco eléctrico. A pesar de ser un campo consolidado, la comunidad científica no deja de proponer nuevos métodos de detección de faltas, como por ejemplo los métodos basados en la medida de la tensión en bornes de una resistencia de puesta a tierra. La localización, por su parte, es una etapa necesaria en el tratamiento de las faltas para poder eliminarlas. Los métodos tradicionales de localización suelen necesitar la desconexión total o parcial del sistema y la intervención manual de operarios, y pueden llegar a exigir un tiempo considerable. Por tanto, las estrategias recientes de localización de faltas se concentran en minimizar el impacto sobre el funcionamiento del sistema, en reducir tiempos y en minimizar la mano de obra necesaria. Los métodos tradicionales de localización de faltas incluyen la desenergización alternativa de partes del sistema hasta que la falta desaparezca y la inyección de señales que son rastreadas hasta la posición de la falta, entre otros. Algunos de los métodos más recientes se basan en el principio de onda viajera, en la impedancia y en las señales de secuencia cero. Sin embargo, la protección de sistemas de corriente continua ante faltas a tierra es un campo menos maduro, caracterizado por la ausencia de normas, y con más desafíos. Se trata además de un campo que ha cobrado una especial importancia con el auge de las energías renovables y con la expansión del coche eléctrico. La dificultad principal reside en el hecho de que la corriente continua no cruza naturalmente por el cero, como la alterna, por lo que es más difícil de interrumpir, en especial en sistemas de media y alta tensión. Por otra parte, la corriente de falta en corriente continua aumenta y se propaga a mayor velocidad que en corriente alterna, por lo que la respuesta de los sistemas de protección ha de ser más rápida. Algunos ejemplos de dispositivos de protección en corriente continua son los interruptores automáticos DC, que pueden ser mecánicos, de estado sólido o híbridos, o los interruptores diferenciales. Los métodos de localización en corriente continua se basan en general en los mismos principios que en corriente alterna: existen métodos basados en la impedancia, en la inyección de señales con una sonda, en el principio de onda viajera o en las redes neuronales, entre otros. En cuanto a los sistemas con una parte en corriente alterna y otra en corriente continua, no se han encontrado métodos de tratamiento de faltas a tierra que funcionen tanto para faltas en el lado AC como DC, pero ciertos trabajos se interesan en el comportamiento de los dispositivos de protección en sistemas mixtos y en el desarrollo de dispositivos y estrategias de protección adaptados a este tipo de sistemas. En el presente trabajo se exponen dos métodos de protección de sistemas eléctricos ante la aparición de faltas a tierra, desarrollados por J.M. Guerrero como parte de su proyecto de tesis de doctorado. Ambos métodos tienen la ventaja de ser económicos, accesibles y resilientes gracias al uso de componentes electrónicos básicos y a la simplicidad del montaje. El primero se denomina “Método de localización de faltas a tierra en el lado de DC para sistemas DC/AC” y su objetivo es el de localizar en qué punto de la rama se produce una falta y qué rama contiene la falta en sistemas mixtos con varias fuentes de tensión en serie-paralelo. El método permite además estimar la resistencia de falta, y se basa en la medida de la tensión en bornes de una resistencia a tierra de valor elevado (conectada alternativamente al punto medio, al terminal positivo y al terminal negativo), que sirve además para limitar la corriente de falta, y en la medida de las corrientes de rama.

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Item ID: 68642
DC Identifier: https://oa.upm.es/68642/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:68642
Deposited by: Ana García Rodríguez
Deposited on: 03 Nov 2021 09:50
Last Modified: 11 Mar 2022 06:44
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