prevencion y atenuacion de incidencias por corte de neutro

Prevention y atenuacion de
incidencias por corte de
neutro en instalaciones de
baja tension
Jose E Martinez-Canales, DirecciOn y DistribuciOn en GestiOn de Instalaciones Este. Iberdrola
Jorge Alcaide Sanz, Area de Desarrollo Corporativo de la DelegaciOn de Valencia. Iberdrola
na averia bastante
comtin en las redes
de distribuciOn de
Baja Tension es el
corte del conductor de neutro. Esta averia, en distribuciones trifasicas para consumos monofasicos, representa
un grave riesgo para la seguriJose F. Martinez-Canales
Jorge Alcaide Sanz
dad de la instalacion receptors ya que los desequilibrios entre faciO un Proyecto de InvestigaciOn tituses hacen que algunas cargas puedan
lado Prevention y Atenuacion de Inverse sometidas a subtensiones y otras
cidencias por Corte de Neutro en instaa sobretensiones de servicio permalaciones de Baja Tension"
nentes.
(PREINCORNE). Este Proyecto se
Las citadas sobretensiones (que,
esta realizando por Iberdrola, Region
en ocasiones, superan los 250 V) proEste de DistribuciOn y Clientes, y
ducen en ciertos casos la destrucciOn
por la Universidad Politecnica de
de equipos receptores monofasicos
Valencia, representada por el Profesor
provocando importantes perjuicios a
D. Carlos Roldan Porta, pertenelos Clientes, lo que, a su vez, ocasiociente al Grupo de InvestigaciOn
na reclamaciones que pueden ser sigNuevas Aplicaciones en la Industria
nificativas econOmicamente para la
de Potencia (NAIP), y esta orientado
Empresa.
a estudiar el problema tanto de preAsimismo, su imagen puede quevenciOn como de protecciOn. Se predar muy deteriorada ante este tipo de
sentan, de forma resumida, los objeproblemas pudiendo resultar esta
tivos, el desarrollo, los resultados y las
perdida de imagen mss perjudicial
conclusiones obtenidas hasta finales
que la simple interrupciOn del sumide enero de 1997.
nistro.
Objetivos
El proyecto
El objetivo del Proyecto es estuComo consecuencia de lo exdiar y cuantificar los riesgos de la ropuesto, en diciembre de 1995 se initura del neutro en las redes actuales
U
de distribuciOn en BT, asi como proponer e implementar
soluciones tecnicas adecuadas
para prevenir el problema o
atenuar sus consecuencias.
DESARROLLO
* Estado actual
Para conocer la situation
actual del problema, se han desarroIlado tres tareas:
- RealizaciOn de un Plan de medidas en la zona de Castellon, en
Centros de transformaciOn de Empresa y centralizaciones de contadores.
- Estudio de la documentaciOn
cientifica encontrada, relativa al problema.
- Estudio de soluciones aportadas
en trabajos anteriores.
Del analisis de los datos registrados en el citado Plan, se desprende,
como esperabamos, que a lo largo del
dia existen desequilibrios en las impedancias de las fases y que estas son
bastante variables a lo largo de la jornada. Ademas, dichas impedancias
son claramente no lineales debido al
gran numero de electrodomesticos,
ordenadores y demas aparatos electronicos, que introducen una elevada
tasa de armenicos.
DYNA
ENERO-FEBRERO
1999 In
Por otra pane, cabe resenar que
no se han encontrado soluciones tecnicas que aemen, en un mismo dispositivo, las funciones de vigilancia y
protecciOn frente al citado corte.
* Datos estadisticos. Incidencia
A partir de los datos facilitados
por todas las Zonas de la Region Este
de Iberdrola, se han elaborado estadisticas sobre la incidencia del problema las principales causas y el coste
economico asociado por indemnizaciones a Clientes, clasificandose las
causas de averias en cuatro grupos
principales (Fig. 1):
- Corrosion de cables subterraneos de aluminio por deterioro del aislamiento.
- Corrosion de conductores aereos de aluminio en las uniones bimetalicas Cu-Al.
- Contactos defectuosos de los
conductores en las C.G.P. (Caja General de Protection).
- Esfuerzos mecanicos, normalmente de tipo involuntario.
Es de resaltar que, como promedio anual (durante los dltimos tres
alms) en todo el Area de DistribuciOn
y Clientes, se han pagado a los Clientes, como indemnizaciOn de danos
por corte de neutro, 85 millones de
pesetas.
* Estudio tecnico
Esta tarea ha requcrido gran esfuerzo, analizandose distintos aspectos:
- Planteamiento y analisis electrotecnico del corte.
- Estado real de las redes de BT a
partir de los datos recogidos en el
Plan de medidas desarrollado en Castellon.
- Ensayos en laboratorio.
* Analisis electrotecnico
Cuando estudiamos el problema
teOrico de la rotura del neutro en sistemas trifasicos con cargas lineales
desequilibradas, vemos que, al cortarse el neutro, se produce un desplazaEel
ENERO-FEBRERO
1999 DYNA
miento de este segein muestra la Fig.
2. Esto hace que los neutron del generador y de las cargas no coincidan,
por lo que existen cargas sometidas a
mayores tensiones
(C2, C3) que las
existentes antes
u21i Luite ue neutro y otras, como
ya se ha dicho, a
menores tensiones (C1).
armOnico de corriente no tenga
camino de retorno, razon de que las
ondas de tension se deformen
apareciendo un tercer armOnico de
16,71.111/..
* Estado real
de las redes de
BT
A I : Corrosi(in
ablvs subtemineos Al, por cleteriom (It •I
En los siste\.': Corrosion ,1e
tows ae• reo, de AI, !mu tummy, himo,ilk, CLI-Al
mas electricos reMales
onto(
los,
(
alpritarni(•1to.
ales, la presencia
A . 1: 1 .1s1twrios Inv( .inic Os.
de gran cantidad
de aparatos electrodomesticos,
Fig. 1 - Tipo de averias. Porcentajes medios
electremicos (muchas veces con
equipos rectificadores que toman sotension muy importance y que puede
lo los picos de corriente), alumbrado
provocar en algunas fases tensiones
con lamparas de
descarga, provoca
que las cargas dejen de ser lineales
apareciendo intensidades demandadas que se
alejan de la forma
senoidal ideal. Esta es la causa de la
existencia de un
numero considerable de armemicos.
Reviste especial importancia
la presencia del
tercer armOnico
Fig. 2 - Diagrama vectorial del efecto de la rotura del neutro
homopolar, que
debe retornar por
muy elevadas cuyos valores
el neutro, coca que no sucedia cuanno son predecibles a partir de un
do las cargas eran lineales. Este efecanalisis como el indicado para cargas
to, junto con el hecho de que las cargas reales no son equilibradas,
lineales.
Para poder estimar los efectos del
provoca que las corrientes que circulan por el neutro sean considerables.
cone en estos casos, se ha desarrollado un metodo aproximado de simuLa rotura del neutro en estas cirlaciem mediante ordenador.
cunstancias implica que el tercer
laboratorio enfoencontramos cerca de la rotura total
cados a conocer
del conductor. Este efecto puede
las causas que
apreciarsc facilmente tanto observanconducen al torte
do Ia evolucian de la tension como la
de neutro y obtedel factor de potencia (Fig. 4). En
ner information
condiciones de funcionamiento normales en una red de BT, apreciar este
sobre los fel-imefenOmeno resultaria mucho mas
nos asociados (sobre todo electricil ya que, en esas circunstancias, el
cos) con vistas a
valor de la intensidad varia ampliamente a lo largo de la jornada.
una posible preEnsayo de calentamiento en caja
venciOn dc la avegenerates de pro-teccion (CGP)
ria. Se ha profunPara el ensayo de calentamiento
Fig. 3 - Esquema del montaje de las cubetas de ensayo A, B y C
dizado en la
en conexiones se conectO una muescorrosion de catra de cable RVI-Al 50 mm', en corbles unipolares de
aluminio subterraneos asi como en el
tocircuito, a una CGP (esquema 10),
* Corrosion del aluminio
como se muestra en la (Fig. 5). Se hiDurante el desarrollo del Proyeccalentamiento por malos contactor
zo circular una intensidad de 200 A
to se han recogido y analizado muesen conexiones.
(1,43 veces la intensidad nominal del
tras de cables de aluminio del tipo
Ensayo de corrosion acelerada en
cable, 140 A segUn la MI BT 004)
RV-1, por ser el tipo mas utilizado
cables unipolares de aluminio tipo
RV-1 (Fig. 3).
durante todo el ensayo. Cada una de
para el tendido del neutro en instalalas conexiones de la CGP se realizei
Los ensayos se realizaron con caciones de BT.
con un par de apriete distinto (pares
Se ha realizado (en colaboraciOn
bles de 50 mm'. Para acelerar el proindicados en la figura en mkp), toceso de corrosion se practicO un orificon el Departamento de Ingenieria
mandose medidas de las caidas de
cio en el aislamiento y se enterrO el
Mecanica y de Materiales de la Unicable en tierra hilversidad Politecnica de Valencia) un
meda provocando
analisis detallado de las muestras, utisimultaneamente
lizando tecnicas de microscopia optiuna pequena fuga
ca y electrOnica con el fin de estudiar
de corriente al tela composiciOn de las muestras, la
rreno aplicando
evoluciOn del proceso de corrosion,
una tension contisus causas, etc. De igual forma, se
han consultado distintas fuentes binua en las cubetas
bliograficas y se han realizado ensaA y B (en una reC
yos. Algunas conclusiones significatijilla actuaba como
a
ZIM=M111
vas que se han podido obtener son las
anodo y en la otra
como catodo)
siguientes:
mientras que la
Desestimar la corrosion por imcubeta C se dejapurezas del aluminio o tensiones inUnidades de tiempo (30 minutes
ba sin inyecciOn
terims previas. La causa fundamental
Evolution de la tension en Ia cuheta C dm-ante el ensayo.
de la corrosion es la presencia de hude corriente continua. El ensayo
medad como consecuencia de la roFig. 4 - Ensayo de corrosion acelerada
se realizO hacientura del aislamiento, siendo el resuldo circular por el
tado de la corrosion la formaciOn de
tension entre los distintos bornes de
cable una corriente alterna constante
un oxido de aluminio practicamente
la CGP.
de 90 A aproximadamente y midienpuro denominado alUmina (A1,02).
Con este ensayo se ha comprobado el incremento de la caida de tenEl proceso critic() es el tendido
do, que cuando existen malos contacsion en el mismo a lo largo del tiemdel conductor por el riesgo de datiar
tos, se producen incrementos de tempo.
su aislamiento.
peratura importantes, del orden de
De este ensayo se dedujo que el
200 °C (relation inversa entre par de
proceso de la corrosion es practica* Ensayos
apriete y temperatura en la conemente lineal, produciendose una aceHasta el 31 de enero de 1997, se
xiOn), que pueden provocar la desleraciOn de dicho proceso cuando nos
han llevado a cabo varios ensayos en
Ta.611111111111111111111111
VC.0111111
,Co
I
4,0
DYNA
ENERO-FERRERO 1999 Ea
RVIIA1
---200 A
50 nun'
trucciOn de las conexiones. Se ha visto como existe una posibilidad de detecciOn del
fenOmeno por parametros electricos (caida de
tension y resistencia en
CGP) y por la temperature de las conexiones (Fig. 6).
Resultados
De forma concisa, y
considerando cuanto se ha
dicho, los resultados obtenidos se pueden concretar en:
A
Its
-1,,m1,
1113
.5 mip
Me
2.51E4
1. Mejor conocimiento
del problema del corte de neutro: su origen, los riesgos que
Pax itonurtal de apne to
segun ntetnca.
(MS) = 2,5 mkp
T„.” (Nilo)
1,18
1, Jud.p
11110
11,5mbp
IA 10
5 udc
=
4,9 rap
entrafia y la repercusiOn actual del problema.
1,110
6m}
2. Soluciones aplicables:
mejoras en las instalaciones
y sistemas de protecciOn
desarrollados (SAN-1 y
SAN-3).
Es de resefiar que los citados sistemas de protecciOn han sido patentados por Iberdrola y que sus prototipos se han presentado a dos
importantes empresas, fabricantes de
mecanismos electricos y dispositivos
de proteccion (disyuntores magnetotermicos, diferenciales,.. etc.), las
cuales han manifestado interes en su
fabricaciOn y comercializaciOn.
* Propuesta de
soluciones
Se han desarrollaFig. 5 - Esquema de montaje para el ensayo de calentamiento
do soluciones tanto de
tipo preventivo (es decir, las encamido tie este hecho para evitar que se
nadas a evitar la apariciOn de faltas)
intente reconocer el diferencial.
como de tipo correctivo (proteccioSAN-3: Dispositivo de vigilancia y
nes para detectar y/o despejar las falproteccion para centralizaciones de
tas). Entre ellas destacamos:
contadores.
- Correctivas: Se han elaborado
El prototipo para la vigilancia de
una serie de recomendaciones de
la continuidad del neutro esta basado
buena practica en las instalaciones,
en un microprocesador y realiza la
que pueden reducir el mimero de esdetection utilizando medidas de tentas averias.
sion e intensidad de la centralizaciOn
Se ha estudiado toda la docude contadores o
mentaciOn existente en la actualidad
en la acometida
sobre el nuevo cable tripolar con
de cualquier suEvolution de la Tension
neutro concentric° tipo Ceander,
ministro trifasico.
que se esta empezando a utilizar en
Esta unidad lleva
redes subterraneas de distribuciOn en
incorporado el
BT, concluyendo que su resultado es
software necesario
altamente satisfactorio desde el punto
para discriminar
> ,,,..,
de vista del corte de neutro.
correctamente la
- Preventivas Han supuesto el deaveria en las situasarrollo de dos dispositivos electrOniciones mas comucos denominados SAN-1 y SAN-3,
nes.
para prevenir y corregir las conseEste equipo
cuencias del corte de neutro de forma
desarrolla dos
rapida y automatica. Ambos sistemas
funciones:
3-1) Evolution de la tension V , durante el ensayo.
han sido ensayados en laboratorio y
1.- Detectar
comprobados en situaciones reales.
el inicio de la roSus caracteristicas son las siguientes:
tura del neutro
Fig. 6 - Ensayo de calentamiento en C. G.P.
SAN-1: Dispositivo de proteccion
mediante la actipara viviendas, que acciona el diferenvaciOn de una alarma cuando la suma
Asimismo, se han mantenido
cial.
de tensiones simples supere un valor
conversaciones con el Servicio
Este prototipo permite la protecumbral programable.
Territorial de Industria de Castellon
ciOn de instalaciones monofasicas al
para estudiar la posibilidad de im2.- Desconectar a los Clientes
producir el disparo de diferencial, en
que puedan verse afectados por soplantaciOn de estos elementos de
caso de que la tension aplicada supere
bretensiones inadmisibles, cuando el
proteccion, de forma obligatoria en
un cierto valor (en el prototipo se fijO
problema del neutro empeora. La
las nuevas instalaciones de viviendas
en 250±2% V). Mientras permanece
desconexiOn se realiza cuando cuallo coal redundaria en beneficio tanto
la sobretension, un indicador lumiquiera de las tres tensiones simples
para la Empresa como para sus
noso se mantiene encendido, avisansupera un valor umbral programable.
Clientes. I
.ww
,,
E
47
e
,....:
:4t W.
18
ENERO-FEBRERO 1999
DYNA
1112146
01.6
1111219E
1f11.6
21,12146
2611.6
,14121%
510 1497
.011177
1..