Hay (al menos) cinco formas de medir la corriente de falla a tierra (corriente de secuencia cero) en un sistema.

Conexión residual o "Holmgreen" de los TI de fase A, B y C.

Esto implementa físicamente el cálculo IN = IA + IB + IC utilizando el cableado CT.

Ventaja: Barato. No se requieren CT adicionales.

Desventajas:

• Los TC de fase están sujetos a tolerancias de fabricación, por lo que la corriente sumada IN = IA + IB + IC puede ser diferente a la corriente neutra verdadera. Esto limita la sensibilidad de la protección contra fallas a tierra usando tales TC.

  Cuando se utilizan TI de protección de clase 10P (una clase de TI IEC con una precisión del 10 % en la corriente límite de precisión), una configuración típica de activación de falla a tierra sería el 10 % de la corriente nominal del TI. Los ajustes más bajos son posibles, pero pueden provocar disparos molestos.

• Los TC de fase deben seleccionarse con una relación que se adapte a la corriente de carga normal en el circuito. Cuando el sistema está conectado a tierra por impedancia (es decir, resistencia de puesta a tierra neutra o transformador de puesta a tierra), la posible corriente de falla a tierra puede ser bastante pequeña. Esto conduce a situaciones en las que la corriente nominal de los TI de fase es demasiado alta para detectar la posible corriente de falla a tierra.

  Considere un sistema de 11 kV con una corriente de falla trifásica de 25 000 A, que tiene una resistencia de puesta a tierra neutra que limita la corriente máxima de falla a tierra a 100 A. Se desea proteger un transformador de 12,5 MVA 11/3,3 kV (11 kV FLC = 660 A aproximadamente). .) Se suministrarían CT's de fase de relación 800/1A. El mejor ajuste de protección de falla a tierra posible sería 10 % × 800 A = 80 A, que es apenas adecuado dada la corriente máxima de falla a tierra de 100 A.

Suma de software de las mediciones de corriente de fase A, B y C.

Esto es exactamente lo mismo que la conexión residual de los TC, excepto que se implementa en el software.

La serie de relés MiCOM de Areva/Alstom/Schneider ofrece a) una entrada física de TC para la conexión de un TC neutro o una conexión de TC residual yb) un elemento "derivado" de software IN = IA + IB + IC.

Ambos están disponibles para uso separado o simultáneo.

Las ventajas y desventajas son las mismas que cuando los TC están cableados físicamente de manera residual: desajuste de TC y relaciones de TC demasiado grandes para proporcionar una sensibilidad de falla a tierra adecuada.

Medida directa de la corriente de neutro, mediante un TC en el punto de puesta a tierra del neutro de la instalación.

TC neutro de 400/1A instalado en el punto neutro de 440V de un transformador de puesta a tierra/auxiliar de 11/0,44kV ZNyn11.

Detalle de la placa de características del TC

CT neutro de 132kV instalado en la conexión a tierra de 132kV de un transformador de potencia de 132/33/11kV YNyn0d11. Este TC es un TC de clase PX especial que es adecuado para la protección (diferencial) de falta a tierra restringida.

ventajas:

• Un CT neutro dedicado mide corriente cero en condiciones normales (equilibradas). Por lo tanto , no es necesario dimensionar un TC neutro para la corriente de carga normal .

  Un TC neutro típico puede ser de 400/1 A incluso en circuitos que normalmente transportan una carga de 2000 A.

• Un CT neutral mide la corriente neutral directamente . Esto significa que la corriente neutra medida no está sujeta a ninguna incertidumbre/tolerancia causada por la falta de coincidencia entre los TC de fase.

Desventajas:

• Se debe instalar el TC neutro y el cableado secundario del TC se debe conectar a un relé de protección; costo adicional.

• La instalación de un TC neutro solo funciona cuando hay una conexión neutra para instalar, generalmente en un punto neutro/estrella del transformador.

  Los cables de alta tensión y los circuitos de líneas aéreas nunca tienen un conductor neutro, ya que solo se utilizan tres conductores para ahorrar en costos de material. Tenga en cuenta que las cargas conectadas a HV son cargas trifásicas inherentemente equilibradas (motores de HV, VSD/convertidores trifásicos, etc.) o conectadas a través de transformadores (los transformadores delta- estrella hacen que las cargas de línea a neutro de BT aparezcan como de fase a fase). cargas de fase HV.)

Pasando los conductores trifásicos a través de la misma ventana CT

Dentro de la caja de cables del panel de ingreso en un tablero de distribución de 11 kV. Los tres núcleos del cable de 11 kV pasan a través de un TC de 400/1 A, clase de precisión 10P, un TC de tipo de protección normal.

Diagrama de una sola línea para el panel que se muestra en la foto de arriba: la ventana CT se designa como T6.

Un CT mide la corriente neta que pasa a través de su ventana. Cuando los conductores trifásicos pasen por la misma ventana del TC, el TC medirá la corriente neutra neta IN = IA + IB + IC.

Esto es algo similar a la conexión residual del cableado secundario del TC.

Sin embargo, la conexión residual de tres TC realiza la suma de IN = IA + IB + IC en el lado secundario de los TC. Esto significa que cualquier diferencia en relación o saturación de los TC se reflejará en la medición de IN.

Cuando las tres fases pasan por el TC, como se muestra en la foto de arriba, la "suma" se realiza en el lado primario del TC y la medición se realiza con un solo TC. Por lo tanto, esta medida es más precisa, ya que no está sujeta a ningún desajuste entre los TC.

TC de equilibrio central

Un TC equilibrado de núcleo de 0,5/0,0075 A suministrado por GEC específicamente para su uso con su relé de falla a tierra sensible MCSU01.

Un TC equilibrado de núcleo de 0,5/0,0075 suministrado por Stemar (Australia).

Otros dos TC equilibrados de núcleo suministrados por Circle-C y Transformer Products.

Los TC de núcleo balanceado se instalan con las tres fases pasando por la misma ventana de TC, igual que arriba.

Sin embargo, los TC equilibrados de núcleo están construidos específicamente para aplicaciones de protección de fallas a tierra sensibles (SEF). Esto incluye protección contra fugas a tierra para cables de alta tensión y protección contra "conductor caído" para líneas aéreas. Ambas aplicaciones requieren más sensibilidad que la que pueden proporcionar los TI de clase de protección típicos.

Un TC de equilibrio de núcleo está a) construido con acero de núcleo especial que responde con precisión a corrientes primarias muy bajas , yb) tiene características de construcción que reducen los errores debidos a campos magnéticos externos.

Esto contrasta con los TI de clase de protección típicos que están construidos para ser precisos a corrientes muy altas (como se vería durante fallas de fase), sacrificando la precisión a corrientes bajas.

Stemar (fabricante australiano especialista en TC) ha publicado dos documentos sobre este tema:

1. Selección de transformadores de corriente para aplicación de equilibrio de núcleo : detalla las diferencias entre los TC de equilibrio de núcleo y los TC de protección normal. Véanse especialmente los gráficos de características de excitación de chapa de acero de grano orientado frente a mu-metal.

2. Protección contra fugas a tierra Core Balance : detalla algunas de las características especiales de diseño/fabricación de los TC Core Balance.

Los TC de equilibrio de núcleo se pueden fabricar para detectar desequilibrios muy pequeños en las corrientes de fase. Un TC equilibrado de núcleo típico (históricamente especificado/suministrado por GEC) es un TC toroidal con una relación de 0,5/0,0075 A. Esto permite una protección sensible contra fallas a tierra (SEF) con configuraciones tan bajas como 5 amperios en un circuito de 400 amperios.

Los ajustes a continuación muestran lo que es posible: un ajuste de 20 A en la protección de falla a tierra conectada residual, frente a un ajuste de 4,8 A en la protección de falla a tierra sensible.

Otro tipo típico de CT de balance de núcleo es el CT de falla a tierra 50:0.025A suministrado por GE para usar con su serie Multilin 269/369/469 de relés de protección de motor. Tenga en cuenta la descripción como un CT que puede detectar "corrientes de fuga bajas", lo que indica un diseño de tipo de equilibrio de núcleo.

Esperemos que esto proporcione información útil sobre las diversas formas en que se mide la corriente neutra con fines de protección contra fallas a tierra.