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2. Jueves, 19 de Enero de 2012 Protecciones Eléctricas Transformadores
3. 3 Jueves, 19 de Enero de 2012 INTRODUCCIÓN La protección para los transformadores de potencia, depende del tamaño, la tensión y la importancia que pueda tener en el sistema.
En la práctica general, adicionalmente a la protección eléctrica contra sobrecalentamiento o sobrecarga, puede haber accesorios térmicos o mecánicos para accionar una alarma, un banco de ventiladores, y en última instancia desconectar los transformadores.
La protección de los transformadores se hace típicamente con fusibles, para potencia hasta de 2,5 MVA, entre 2,5 y 5 MVA con fusibles o relés de sobrecorriente; de 5 a 10 MVA, se protegen con relés de sobrecorriente y/o protección diferencial simple, y para mayores de 10 MVA se usa necesariamente protección diferencial.
4. 4 Jueves, 19 de Enero de 2012 PROTECCION CON FUSIBLES
Los fusibles se emplean normalmente para transformadores hasta de 5 MVA.
Las normas NEMA especifican que para tensiones inferiores a 600 voltios primarios, y si los transformadores se protegen solo en el primario, los fusibles deben tener una capacidad de corriente inferior del 150% de la capacidad primaria del transformador.
Para transformadores protegidos simultáneamente en el primario y el secundario la selección del fusible se hace de acuerdo a la tabla (a).
5. 5 Jueves, 19 de Enero de 2012 PROTECCION CON FUSIBLES
6. 6 Jueves, 19 de Enero de 2012 PROTECCION CON FUSIBLES
7. 7 Jueves, 19 de Enero de 2012 Para transformadores con tensiones superiores a 600 V las normas dan curvas que representan la característica de seguridad. Estas características se usan para la selección de la protección de sobrecarga en transformadores pequeños.
Las curvas se pueden obtener de la tabla (b).
PROTECCION CON FUSIBLES
8. 8 Jueves, 19 de Enero de 2012 Selección para protección de sobrecarga del transformador. La curva de seguridad (Safe Loading Curve) como se muestra a continuación se superpone sobre la curva del fusible, y si esta está por debajo de la seguridad; el fusible protegerá el transformador adecuadamente, como se ve en la figura (a).
9. 9 Jueves, 19 de Enero de 2012 Selección para protección de sobrecarga del transformador.
10. 10 Jueves, 19 de Enero de 2012 Selección para mantenimiento de producción. Cuando la curva de sobrecarga está por debajo de la del fusible, este no necesariamente dará protección de sobrecarga al transformador; pero evitará que el sistema se desenergice innecesariamente y pierda, por tanto, producción.
11. 11 Jueves, 19 de Enero de 2012 Uso de fusibles tipo dual. Existen unos fusibles especialmente diseñados para seguir muy cercanamente la curva de seguridad del transformador, conocidos como clase dual y su característica de comportamiento se muestra en la siguiente figura.
12. 12 Jueves, 19 de Enero de 2012 PROTECCIÓN CON RELÉ DE SOBRECORRIENTE La protección con relé de sobrecorriente se emplea en transformadores de mayor importancia donde no pueda justificarse la protección diferencial.
Los criterios de protección y ajuste de estos relés se verán a continuación.
Si la carga en el transformador es diversificada, con motores no muy grandes cuyas corrientes de arranque pudieran ser parámetros limitantes, se considera la corriente del relé 1.5 veces la corriente nominal del transformador, esto es, muchas veces suficientes para permitir que los relés admitan los desbalances de la corriente de carga.
13. 13 Jueves, 19 de Enero de 2012 PROTECCIÓN CON RELÉ DE SOBRECORRIENTE Cuando se tienen varios transformadores en un alimentador sin protección individual primaria, se ajusta la corriente del relé a 1.5 veces la corriente total de plena carga de los transformadores. El ajuste para el relé de sobrecorriente no debe ser mayor que seis veces la corriente nominal de plena carga del transformador más pequeño pues de lo contrario no se puede garantizar su protección.
Para la protección principal (50) de un transformador se debe ajustar la unidad instantánea del relé por encima de la corriente primaria, cuando ocurre un corto cerca de los terminales secundarios, generalmente este ajuste está por encima de la corriente de energización del transformador y puede ser 12 a 14 veces la corriente nominal de la carga.
14. 14 Jueves, 19 de Enero de 2012 PROTECCIÓN CON RELÉ DE SOBRECORRIENTE Los relés de tierra (51) en el neutro del transformador se pueden ajustar normalmente, con una sensitividad del 10 % o menos, de la corriente a plena carga del transformador, asegurándose que esta forma sea mayor que la menor de operación de los relés diferenciales.
15. 15 Jueves, 19 de Enero de 2012 PROTECCIÓN CON RELÉ DE SOBRECORRIENTE
16. 16 Jueves, 19 de Enero de 2012 PROTECCIÓN CON RELÉ DE SOBRECORRIENTE
17. 17 Jueves, 19 de Enero de 2012 PROTECCIÓN DIFERENCIAL La protección diferencial es mucho más rápida y selectiva que las anteriores, pero más costosa, por ello se utiliza con transformadores grandes para los cuales se podría justificar (Mayores de MVA).
Conexión de transformadores de corriente.
La base de la protección diferencial es la conexión de los transformadores de corriente situados en el primario y en el secundario.
Debido a que las corrientes en el primario difieren de las medidas en el secundario por la relación inversa de transformación; para poderlas comparar se tiene que relacionar las relaciones de transformación de los TC’s para compensar esta luego.
18. 18 Jueves, 19 de Enero de 2012 CONEXIÓN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
Si los transformadores de potencia son ? – Y las corrientes primarias y secundarias tendrán una diferencia adicional en magnitud de , y una diferencia angular adicional de 30º para evitar que debido a la conexión del transformador de potencia el relé opere erróneamente, esta se compensa con la conexión de los TC’s, esto es, en un transformador ? – Y. los transformadores de corriente primarios se conectarán en Y y los secundarios en ?.
Estas condiciones se muestran en la tabla (b) y se ilustran en el ejemplo mostrado en la figura (b).
19. 19 Jueves, 19 de Enero de 2012 CONEXIÓN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
Si se tiene un transformador de potencia el cual se le va a conectar la protección diferencial, el primer paso consiste en conectar los transformadores de corriente de manera que no ocurra el disparo para fallas externas (o cargas), esto se hace fijando unas corrientes de 1, a y a2 en el lado Y , obteniendo las correspondientes del lado delta de la
20. 20 Jueves, 19 de Enero de 2012 CONEXIÓN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE línea y las secundarias de los transformadores de corriente; luego se conecta los transformadores de corriente del lado delta en Y y llevando los terminales del lado no común a la estrella de cada uno de los relés; la salida de los relés se conecta a los transformadores de corriente del lado Y teniendo el cuidado de sacar del relé la misma corriente que le entro del otro grupo de TC’s como se vé en la figura (b).
Si el transformadores es multidevanado se sigue el mismo proceso por cada par de devanados.
El siguiente paso consiste en probar que opera en caso de fallas internas.
21. 21 Jueves, 19 de Enero de 2012 CONEXIÓN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
22. 22 Jueves, 19 de Enero de 2012 Corriente de Magnetización Inicial. En la conexión diferencial se lleva al relé (a la bobina de operación del relé) la diferencia entre la corriente de entrada y la de salida; la cual corresponde, en condiciones de carga o de falla externa, a la corriente de magnetización del transformador. Esta corriente es, normalmente, pequeña (1 al 5% de la nominal), pero durante la energizacion puede llegar a valores similares a los de cortocircuito (1200% de la nominal) dependiendo de las condiciones existentes al conectar el transformador.
23. 23 Jueves, 19 de Enero de 2012 Esta es una condición para la cual no debería operar la protección, por lo tanto, sería necesario desensilibizar la protección al conectar el transformador con un relé de voltaje de alta velocidad (RVAV). Si al hacer la conexión existe un cortocircuito este relé no opera, dejando conectada la bobina de operación. Para permitir la operación del relé después de la energizacion, un relé de voltaje temporizado a la apertura (RVTA) abre su contacto después de un cierto tiempo. Como se ve en la siguiente figura.
Para no desensibilizar el relé, y considerando que la corriente de magnetización inicial contiene un alto porcentaje de armónicos, se envían estos, a través de un filtro pasa-altos a una bobina de restricción, llevando la componente fundamental a la bobina de operación como se muestra en la figura (c). Este relé, específicamente utilizado para transformadores, se conoce como "relé diferencial con restricción de armónicos". Corriente de Magnetización Inicial.
24. 24 Jueves, 19 de Enero de 2012 Forma de prevenir la operación de la protección del transformador por la corriente de magnetización inicial.
25. 25 Jueves, 19 de Enero de 2012 Protección con relé diferencial de porcentaje. Para evitar el disparo por fallas externas debido al desajuste de corrientes secundarias de los TC's o por cambio de relación de transformación con tomas se utilizan bobinas de restricción en el relé diferencial.
La cantidad de restricción se define como el porcentaje de la corriente requerida por el devanado de operación para vencer el torque de restricción y se denomina pendiente como se trató en el capítulo tercero.
La pendiente requerida puede variar del 10 al 50% dependiendo del rango.
26. 26 Jueves, 19 de Enero de 2012 FALLA ENTRE ESPIRAS La falla entre espiras, origina una corriente circulante por la trayectoria cerrada formada por el corto, ésta corriente es proporcionalmente mas alta entre menos espiras estén involucradas .
27. 27 Jueves, 19 de Enero de 2012 PROTECCIÓN CON RELÉS ACTUADOS POR GASES Composición.
Los gases generados en el aceite de un transformador pueden corresponder a fallas ocurridas en el devanado.
Los gases aparecen por los siguientes procesos:
Disolución del aire u otros gases que se ponen en contacto con el aceite o se filtran dentro del tanque.
Liberación de hidrógeno del agua por oxidación del hierro.
Pirolisis del hidrocarburo (o aceite).
Pirolisis del la celulosa (aislante).
Estos cambios se pueden aprovechar para proteger, el transformador mediante analizadores de gas.
28. 28 Jueves, 19 de Enero de 2012 Relé Buchholz Es un relé situado en el canal de conducción de los gases hacia el conservador colocado en la parte superior de algunos transformadores. El relé consta de dos interruptores de mercurio. Uno cierra el contacto por la acumulación de gases en el relé, consecuencia de algún corto entre espiras o alguna sobrecarga pesada mantenida; el otro actúa por el caudal con que pasan los gases hacia el conservador como sucede en condiciones de corto circuito. El primero acciona una alarma mientras el segundo actúa el interruptor.
29. 29 Jueves, 19 de Enero de 2012 RELÉS DE TEMPERATURAS 0 TÉRMICOS. Para detectar las altas temperaturas en el aceite y los efectos de calentamiento de la corriente de carga sobre el devanado, se usa el relé con elemento termostático sumergido en el aceite del transformador, que lleva una corriente proporcional a la corriente de carga. La forma de lograrlo es ubicando el indicador de temperatura en una bolsa de aceite, e introducir allí una resistencia que varía con la temperatura (RTD) con un TC ubicado en el embobinado (49). Esta bolsa es una réplica térmica del devanado y se coloca aproximadamente 25 cms por debajo del tope del tanque, donde se supone se encuentra la parte más caliente del aceite. Esta replica tiene como función medir la temperatura del transformador, desconectándolo si es muy alta ya que acciona un contacto.
Primera Etapa: Accionar ventiladores
Segunda Etapa: Señalización de alarma
Tercera Etapa: Abrir el interruptor.
30. 30 Jueves, 19 de Enero de 2012 FIJACIÓN DE UN RELÉ DIFERENCIAL Dado el transformador trifásico , seleccione los transformadores de corriente y ajuste los relés diferenciales. Se tienen instalados relés STD, General Electri
3000 KVA Autoenfriado
3750 KVA Enfriado por aire forzado
A: Alta tensión
B: Baja tensión
31. 31 Jueves, 19 de Enero de 2012 APENDICE
32. 32 Jueves, 19 de Enero de 2012 APENDICE
33. 33 Jueves, 19 de Enero de 2012
34. 34 Jueves, 19 de Enero de 2012 APENDICE
35. 35 Jueves, 19 de Enero de 2012 APENDICE
36. 36 Jueves, 19 de Enero de 2012 APENDICE
37. 37 Jueves, 19 de Enero de 2012 APENDICE
38. 38 Jueves, 19 de Enero de 2012 APENDICE
39. Jueves, 19 de Enero de 2012
