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2. Jueves, 19 de Enero de 2012 Protecciones Elctricas Transformadores
3. 3 Jueves, 19 de Enero de 2012 INTRODUCCIN La proteccin para los transformadores de potencia, depende del tamao, la tensin y la importancia que pueda tener en el sistema.
En la prctica general, adicionalmente a la proteccin elctrica contra sobrecalentamiento o sobrecarga, puede haber accesorios trmicos o mecnicos para accionar una alarma, un banco de ventiladores, y en ltima instancia desconectar los transformadores.
La proteccin de los transformadores se hace tpicamente con fusibles, para potencia hasta de 2,5 MVA, entre 2,5 y 5 MVA con fusibles o rels de sobrecorriente; de 5 a 10 MVA, se protegen con rels de sobrecorriente y/o proteccin diferencial simple, y para mayores de 10 MVA se usa necesariamente proteccin 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 simultneamente en el primario y el secundario la seleccin 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 caracterstica de seguridad. Estas caractersticas se usan para la seleccin de la proteccin de sobrecarga en transformadores pequeos.
Las curvas se pueden obtener de la tabla (b).
PROTECCION CON FUSIBLES
8. 8 Jueves, 19 de Enero de 2012 Seleccin para proteccin de sobrecarga del transformador. La curva de seguridad (Safe Loading Curve) como se muestra a continuacin se superpone sobre la curva del fusible, y si esta est por debajo de la seguridad; el fusible proteger el transformador adecuadamente, como se ve en la figura (a).
9. 9 Jueves, 19 de Enero de 2012 Seleccin para proteccin de sobrecarga del transformador.
10. 10 Jueves, 19 de Enero de 2012 Seleccin para mantenimiento de produccin. Cuando la curva de sobrecarga est por debajo de la del fusible, este no necesariamente dar proteccin de sobrecarga al transformador; pero evitar que el sistema se desenergice innecesariamente y pierda, por tanto, produccin.
11. 11 Jueves, 19 de Enero de 2012 Uso de fusibles tipo dual. Existen unos fusibles especialmente diseados para seguir muy cercanamente la curva de seguridad del transformador, conocidos como clase dual y su caracterstica de comportamiento se muestra en la siguiente figura.
12. 12 Jueves, 19 de Enero de 2012 PROTECCIN CON REL DE SOBRECORRIENTE La proteccin con rel de sobrecorriente se emplea en transformadores de mayor importancia donde no pueda justificarse la proteccin diferencial.
Los criterios de proteccin y ajuste de estos rels se vern a continuacin.
Si la carga en el transformador es diversificada, con motores no muy grandes cuyas corrientes de arranque pudieran ser parmetros limitantes, se considera la corriente del rel 1.5 veces la corriente nominal del transformador, esto es, muchas veces suficientes para permitir que los rels admitan los desbalances de la corriente de carga.
13. 13 Jueves, 19 de Enero de 2012 PROTECCIN CON REL DE SOBRECORRIENTE Cuando se tienen varios transformadores en un alimentador sin proteccin individual primaria, se ajusta la corriente del rel a 1.5 veces la corriente total de plena carga de los transformadores. El ajuste para el rel de sobrecorriente no debe ser mayor que seis veces la corriente nominal de plena carga del transformador ms pequeo pues de lo contrario no se puede garantizar su proteccin.
Para la proteccin principal (50) de un transformador se debe ajustar la unidad instantnea del rel por encima de la corriente primaria, cuando ocurre un corto cerca de los terminales secundarios, generalmente este ajuste est por encima de la corriente de energizacin del transformador y puede ser 12 a 14 veces la corriente nominal de la carga.
14. 14 Jueves, 19 de Enero de 2012 PROTECCIN CON REL DE SOBRECORRIENTE Los rels 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, asegurndose que esta forma sea mayor que la menor de operacin de los rels diferenciales.
15. 15 Jueves, 19 de Enero de 2012 PROTECCIN CON REL DE SOBRECORRIENTE
16. 16 Jueves, 19 de Enero de 2012 PROTECCIN CON REL DE SOBRECORRIENTE
17. 17 Jueves, 19 de Enero de 2012 PROTECCIN DIFERENCIAL La proteccin diferencial es mucho ms rpida y selectiva que las anteriores, pero ms costosa, por ello se utiliza con transformadores grandes para los cuales se podra justificar (Mayores de MVA).
Conexin de transformadores de corriente.
La base de la proteccin diferencial es la conexin 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 relacin inversa de transformacin; para poderlas comparar se tiene que relacionar las relaciones de transformacin de los TCs para compensar esta luego.
18. 18 Jueves, 19 de Enero de 2012 CONEXIN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
Si los transformadores de potencia son ? Y las corrientes primarias y secundarias tendrn una diferencia adicional en magnitud de , y una diferencia angular adicional de 30 para evitar que debido a la conexin del transformador de potencia el rel opere errneamente, esta se compensa con la conexin de los TCs, esto es, en un transformador ? Y. los transformadores de corriente primarios se conectarn 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 CONEXIN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
Si se tiene un transformador de potencia el cual se le va a conectar la proteccin 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 CONEXIN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE lnea 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 comn a la estrella de cada uno de los rels; la salida de los rels se conecta a los transformadores de corriente del lado Y teniendo el cuidado de sacar del rel la misma corriente que le entro del otro grupo de TCs como se v 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 CONEXIN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
22. 22 Jueves, 19 de Enero de 2012 Corriente de Magnetizacin Inicial. En la conexin diferencial se lleva al rel (a la bobina de operacin del rel) 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 magnetizacin del transformador. Esta corriente es, normalmente, pequea (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 condicin para la cual no debera operar la proteccin, por lo tanto, sera necesario desensilibizar la proteccin al conectar el transformador con un rel de voltaje de alta velocidad (RVAV). Si al hacer la conexin existe un cortocircuito este rel no opera, dejando conectada la bobina de operacin. Para permitir la operacin del rel despus de la energizacion, un rel de voltaje temporizado a la apertura (RVTA) abre su contacto despus de un cierto tiempo. Como se ve en la siguiente figura.
Para no desensibilizar el rel, y considerando que la corriente de magnetizacin inicial contiene un alto porcentaje de armnicos, se envan estos, a travs de un filtro pasa-altos a una bobina de restriccin, llevando la componente fundamental a la bobina de operacin como se muestra en la figura (c). Este rel, especficamente utilizado para transformadores, se conoce como "rel diferencial con restriccin de armnicos". Corriente de Magnetizacin Inicial.
24. 24 Jueves, 19 de Enero de 2012 Forma de prevenir la operacin de la proteccin del transformador por la corriente de magnetizacin inicial.
25. 25 Jueves, 19 de Enero de 2012 Proteccin con rel diferencial de porcentaje. Para evitar el disparo por fallas externas debido al desajuste de corrientes secundarias de los TC's o por cambio de relacin de transformacin con tomas se utilizan bobinas de restriccin en el rel diferencial.
La cantidad de restriccin se define como el porcentaje de la corriente requerida por el devanado de operacin para vencer el torque de restriccin y se denomina pendiente como se trat en el captulo 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, sta corriente es proporcionalmente mas alta entre menos espiras estn involucradas .
27. 27 Jueves, 19 de Enero de 2012 PROTECCIN CON RELS ACTUADOS POR GASES Composicin.
Los gases generados en el aceite de un transformador pueden corresponder a fallas ocurridas en el devanado.
Los gases aparecen por los siguientes procesos:
Disolucin del aire u otros gases que se ponen en contacto con el aceite o se filtran dentro del tanque.
Liberacin de hidrgeno del agua por oxidacin 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 Rel Buchholz Es un rel situado en el canal de conduccin de los gases hacia el conservador colocado en la parte superior de algunos transformadores. El rel consta de dos interruptores de mercurio. Uno cierra el contacto por la acumulacin de gases en el rel, consecuencia de algn corto entre espiras o alguna sobrecarga pesada mantenida; el otro acta 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 acta el interruptor.
29. 29 Jueves, 19 de Enero de 2012 RELS DE TEMPERATURAS 0 TRMICOS. Para detectar las altas temperaturas en el aceite y los efectos de calentamiento de la corriente de carga sobre el devanado, se usa el rel con elemento termosttico 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 all una resistencia que vara con la temperatura (RTD) con un TC ubicado en el embobinado (49). Esta bolsa es una rplica trmica del devanado y se coloca aproximadamente 25 cms por debajo del tope del tanque, donde se supone se encuentra la parte ms caliente del aceite. Esta replica tiene como funcin medir la temperatura del transformador, desconectndolo si es muy alta ya que acciona un contacto.
Primera Etapa: Accionar ventiladores
Segunda Etapa: Sealizacin de alarma
Tercera Etapa: Abrir el interruptor.
30. 30 Jueves, 19 de Enero de 2012 FIJACIN DE UN REL DIFERENCIAL Dado el transformador trifsico , seleccione los transformadores de corriente y ajuste los rels diferenciales. Se tienen instalados rels STD, General Electri
3000 KVA Autoenfriado
3750 KVA Enfriado por aire forzado
A: Alta tensin
B: Baja tensin
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
