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Fallas a tierra en transformadores de distribución: detección y protección

Resumen Técnico

Una falla a tierra en un transformador de distribución es la conexión no intencional entre una fase activa y tierra. Es una categoría común de falla, pero su proporción real varía según la red, la puesta a tierra, el ambiente y la fuente estadística. Detectarla y despejarla correctamente es crítico para la seguridad y la continuidad del servicio.


Modos de falla a tierra en transformadores

Modo Ubicación Causa típica Síntoma
Fase-tierra en devanado MT Dentro del tanque Envejecimiento del aislamiento, humedad Gas en aceite (DGA), disparo de protección
Falla del bushing MT a tierra Compartimento MT Contaminación superficial, tracking, rotura mecánica Descargas parciales audibles, olor a ozono
Fase-tierra en devanado BT Dentro del tanque Sobrecarga crónica, cortocircuito externo no despejado Tensión BT desbalanceada
Contacto del tanque a tierra Exterior Corrosión, daño mecánico Tensión de contacto peligrosa
Falla de cable MT dentro del gabinete Compartimento MT Daño durante instalación, curvatura excesiva Descarga, disparo del alimentador

Comportamiento según el tipo de puesta a tierra del sistema

Sistema con neutro sólidamente aterrizado (típico en Latinoamérica 60 Hz)

Sistema con neutro aislado o puesto a tierra por impedancia


Métodos de detección

Método Dispositivo Umbral típico Limitación
Sobrecorriente de tierra (residual) 50N/51N 20-40% de la corriente de falla máxima No detecta fallas de alta impedancia
Diferencial de tierra restringida (REF) 87N 5-10% de In Requiere TC en el neutro de BT; solo cubre devanados
Protección de tanque (frame leakage) 64T Definido por el estudio de protección Solo para esquemas con tanque aislado y conexión monitoreada
Tensión de desplazamiento del neutro 59N 15-30% de la tensión fase-tierra Solo para sistemas con neutro aislado
Protección direccional de tierra 67N Depende de ajuste Detecta dirección de la falla (útil en anillos)

Opción especial: protección de tanque o frame leakage

Este esquema puede aplicarse cuando el tanque está diseñado para quedar aislado de tierra salvo por una única conexión monitoreada. No es una característica estándar de todos los transformadores pedestal y debe coordinarse con el diseño de puesta a tierra.

Si Itanque > Iumbral → Hay falla a tierra interna

Ventaja: No requiere TC en los bushings de MT, lo que simplifica el diseño del gabinete.


Falla a tierra vs. falla de aislamiento: diferencia clave

Falla a tierra Degradación del aislamiento
Naturaleza Eléctrica, repentina Química/térmica, progresiva
Detección Relé de protección (instantáneo) DGA (análisis de gases disueltos)
Acción Disparo inmediato Planificación de mantenimiento
Gravedad Emergencia Advertencia

Tabla de verificación para puesta en servicio

Antes de energizar un transformador de distribución, verifique:


Conclusión

La protección debe seleccionarse según la puesta a tierra del sistema, corriente de falla disponible, tamaño del transformador y práctica de la empresa eléctrica. La sobrecorriente de tierra 50N/51N es común; la protección 64T es una opción adicional únicamente cuando el tanque y la puesta a tierra están diseñados para ese esquema.


Normas y referencias


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