Los sistemas de monitoreo de aislamiento y localización de fallas a tierra en sistemas IT (aislados o neutro flotante), son sistemas descritos por estándares internacionales y nacionales. En particular, en este artículo describimos las normas asociadas a los sistemas de monitoreo del aislamiento y la ubicación de fallas a tierra/fugas en los circuitos de mando y control en los sistemas de CC.
Sobre las normas y los sistemas IT
Los sistemas de CC para el mando y control de subestaciones en la generación, transmisión y distribución de energía, son sistemas alimentados por rectificadores y baterías, generalmente a 110…250V CC en esquema IT (tierra aislada).
El estándar de instalación eléctrica de bajo voltaje (IEC60364-5) describe:
1.2.2 Esta norma aplica:
(a) a circuitos eléctricos alimentados con una tensión nominal igual o inferior a 1000V en corriente alterna, con frecuencias inferiores a 400Hz o 1500V CC.
d.) Las líneas de señal eléctrica fija (con la excepción de los circuitos internos del equipo)
3.4.1 Línea de señal (eléctrica): línea en la que viajan las señales electrónicas, ya sean telecomunicaciones, intercambio de datos, control, automatización, etc.
La norma describe el diseño de los circuitos de control: “Los circuitos de control se diseñarán, instalarán y protegerán de manera que se limiten los riesgos derivados de una falla entre esos circuitos y otras partes conductoras que puedan comprometer la operación adecuada (por ejemplo, maniobras involuntarias) del equipo bajo control“.
Con respecto a las descargas eléctricas, el standard IEC 60364-5 menciona:
“La parte de la instalación representada por los servicios de seguridad (fuentes, líneas y equipos suministrados) debe ser preferiblemente el objeto de medición que no implique la desconexión automática de la fuente de alimentación en caso de una falla. Si los servicios de seguridad están diseñados eléctricamente como un diseño de TI, el conjunto debe contar con un dispositivo de monitoreo de aislamiento (IMD)…”
Sobre los dispositivos de monitoreo de aislamiento
Uno de los equipos principales para mejorar la seguridad eléctrica de los sistemas aislados son los vigilantes de aislamiento. Lo que se ve normalmente aplicado para la detección de fugas/fallas a tierra en muchas subestaciones son métodos que no cumplen con los estándares internacionales y nacionales con las llamadas “tarjetas de fuga a tierra” o “tabla de fuga” y lámparas de tierra (método de lámpara). Estos métodos utilizan mediciones pasivas de medición de fugas a tierra, que miden a través del desequilibrio de voltaje entre positivo y tierra y negativo y tierra.
Estos métodos son ineficaces, ya que indican fallas/fugas a tierra con bajos niveles de aislamiento, alrededor de 5 a 7 kohm a tierra, y no indican un aislamiento simétrico bajo, que es requerido por las normas nacionales e internacionales (figura a continuación).
Otro punto es que estos métodos tienen una baja resistencia interna que genera fugas a tierra por el circuito interno mismo.
La situación de falla simétrica es muy común en las subestaciones porque la dificultad de localizar la falla sin desconectar las cargas es un factor predominante, por lo que la acumulación de bajo aislamiento genera en los sistemas de mando y control una simétrica resultante que la detección de fugas a tierra no detecta (métodos pasivos).
La norma IEC60364-5-51/52/54 describe los esquemas y métodos de protección y supervisión en sistemas aislados.
En el punto 5.1.2.2.4.4 de NBR5410:
Esquema IT
(b) En una instalación IT, la corriente de falla, en caso de una sola falla, es pequeña, y la desconexión automática de la fuente de alimentación no es obligatoria si se cumple la condición del punto c). Se toman medidas para evitar el riesgo de voltajes de contacto peligrosos en el caso de una segunda falla que involucre a otro conductor activo, como se prescribe en el párrafo e)
NOTA: Dadas las razones que normalmente conducen a la adopción del esquema IT, la opción para este esquema en la práctica pierde significado si no se encuentra la primera falla o si se elimina lo antes posible.
Este ítem menciona la razón de la adopción del sistema IT, de modo que en caso de falta de tierra existe una condición de continuidad operativa. Pero esta condición solo se cumple en caso de localización y detección rápida de fallas a través de Dispositivos de Monitoreo de Aislamiento.
(d) Se debe proporcionar un dispositivo de monitoreo de aislamiento (IMD) para indicar la ocurrencia de una primera falla de aislamiento. Este dispositivo debe activar una señal sonora y/o visual, que debe durar mientras persista la falla. Si hay dos signos, tanto sonoros como visuales, se acepta que la señal de sonido se pueda cancelar, pero no la visual, que debe durar hasta que se elimine la falla.
Conclusión
Al cumplir con los estándares IEC61557-8, IEC61557-9, IEC60364-5-51/52/54, los circuitos de control de las subestaciones controlan el nivel de aislamiento en ohmios, a través de Dispositivos de monitoreo de aislamiento, y la detección rápida de falla a tierra sin la necesidad de apagar los circuitos. El mantenimiento está orientado al mantenimiento preventivo, sin la necesidad de riesgos de incendio y descargas eléctricas, paradas falsas o no planificadas y sin la necesidad de mantenimiento correctivo costoso y lento.
Con estos sistemas inteligentes de detección digital de fugas a tierra en las primeras etapas de la fatiga del aislamiento, el mantenimiento comienza a funcionar con la máxima información en un tiempo más corto, lo que genera una mayor continuidad operativa y menos gasto de tiempo para buscar fugas a tierra y mayores sistemas de control y comando.
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