Análisis espectral para la detección temprana y activación de protecciones ante fallas a tierra en redes eléctricas de media tensión con neutro aislado mediante modelado industrial

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Title: Análisis espectral para la detección temprana y activación de protecciones ante fallas a tierra en redes eléctricas de media tensión con neutro aislado mediante modelado industrial
Authors: Campoverde Alvarado, Esteban Ruben
Advisor: Ruiz Maldonado, Milton Gonzalo
Abstract: This document focuses on spectral analysis for early detection and protection activation against ground faults in medium-voltage electrical networks with isolated neutral, using industrial modeling and simulation in specialized environments. The main objective is to improve detection sensitivity and response speed in low-current events that do not trigger conventional protections. The IEEE 13-bus test system is implemented in PowerFactory 2021 and adapted to include unbalanced PQ-type loads, Y–Y transformers with isolated neutrals, and lines modeled with ground capacitance. A single-phase-to- ground fault is simulated at bus 634, and electrical signals are exported to MATLAB, where continuous wavelet transform (CWT) techniques are applied to compute spectral energy and detect the transient associated with the fault. The 3·U₀ signal proved to be the most effective for automatic detection, with a clear, early response compared with the other variables analyzed.
Translated abstract: El presente documento se centra en el análisis espectral para la detección temprana y la activación de protecciones ante fallas a tierra en redes eléctricas de media tensión con punto neutro aislado, mediante el modelado industrial y la simulación en entornos especializados. El objetivo principal es mejorar la sensibilidad y la rapidez de detección frente a eventos de baja corriente que, por su naturaleza, no activan las protecciones convencionales. Se implementa el modelo IEEE de 13 nodos en PowerFactory 2021, adaptado para incluir cargas desequilibradas tipo PQ, transformadores con neutro sin conexión a tierra y líneas con representación capacitiva. Se simula una falla monofásica a tierra en la barra 634, y se exportan señales eléctricas al entorno MATLAB, donde se aplican técnicas de transformada wavelet continua (CWT) para calcular la energía espectral y detectar el transitorio asociado a la falla. La señal 3·u₀ demostró ser la más efectiva para la detección automática, con una respuesta clara y anticipada frente a las demás variables analizadas.
Keywords: ELECTRICIDAD
ANÁLISIS DE REDES ELÉCTRICAS
FALLAS DE SISTEMAS (INGENIERÍA)
ENERGÍA ELÉCTRICA
REDES ELÉCTRICAS
Issue Date: Mar-2026
URI: http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/32497
Language: spa
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