02 protección transformadores

Gilberto Carrillo Caicedo CONSTRUIMOS FUTUROCONSTRUIMOS FUTUROlunes, 09 de julio de 2012

Transformadores de Potencia

Ing. Juan Marcelo Torrez Baltazar

Gilberto Carrillo Caicedo

La protección de transformadores de potencia, depende del tamaño, latensión y la importancia que pueda tener en el sistema.

En la práctica general, adicionalmente a la protección eléctrica contrasobrecalentamiento o sobrecarga, puede haber accesorios térmicos omecánicos (guardas) para accionar alarmas, ventiladores, y en últimainstancia desconectar el transformador.

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 desobrecorriente; de 5 a 10 MVA, se protegen con relés de sobrecorriente y/oprotección diferencial simple, y para mayores de 10 MVA se usanecesariamente protección diferencial.

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INTRODUCCIÓN

BETCON 2012 Ing. J. Marcelo Torrez B.


Son relés cuya operación depende de la magnitud de la corriente a travésdel equipo que se está protegiendo. La característica de operación puedeser de tiempo inverso, de tiempo definido o instantánea.

Instantáneo: opera cuando la corriente supera un umbral de ajuste,el tiempo de retardo de la operación no es intencional.

Tiempo definido: opera cuando la corriente supera un umbral ytiene un retardo intencional fijo en el tiempo de operación.

Tiempo inverso: opera cuando la corriente supera un umbral y tieneun retardo intencional inversamente proporcional a la magnitud dela corriente. Con mayor corriente, el tiempo de operación es menor yviceversa.

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PROTECCIÓN DE TRANSFORMADORES

RELÉ DE SOBRECORRIENTE



PROTECCIÓN DE SOBRECORRIENTE

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La ecuación para los relés de sobrecorriente de tiempo inverso (IEC-255-4 ):

Donde: tp: Ajuste o dial de tiempo (time setting)Ip: Corriente de arranque (Pick up)

tp

IpI

kt

1

Normal inversa

Muy Inversa Extremadamente inversa

Back up de tiempo largo

K 0.14 13.5 80 120

0.02 1 2 1

SVI

EI

DT

Corriente

t (s)

0.50.6 0.7

Corriente

t (s)



Protección de sobrecorriente temporizada: Protege principalmentecontra sobrecargas excesivas o fallas externas persistentes. Lacorriente de arranque o pick up se ajusta comúnmente por encima del115% de la máxima sobrecarga aceptable. Esta protección debecoordinar con los dispositivos de protección del otro extremo deltransformador.

Protección de sobrecorriente instantánea: No debe operar durante laenergización del transformador (inrush), ni durante falla en el otroextremo del transformador. El pico de la corriente de magnetizaciónpuede llegar a ser mayor a 8 o 10 veces el pico a plena carga. Además,debido a que la protección podría ver fallas en el otro extremo, se debeanalizar si es factible su habilitación.

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PROTECCIÓN DE SOBRECORRIENTE DE FASES (50/51)



Gilberto Carrillo Caicedo666666

PROTECCIÓN DE SOBRECORRIENTE DE FASES (50/51)

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PROTECCIÓN DE SOBRECORRIENTE DE NEUTRO (50N/51N)

La protección de sobrecorriente temporizada o instantánea de neutroopera con el valor de la corriente de neutro (In) o tres veces la corrientede secuencia cero (3I0).

La corriente de arranque se ajusta normalmente entre el 10% y el 30% dela corriente nominal del transformador, de manera de evitar que NOopere durante condiciones de desbalance esperados en el sistema.

De la misma manera que la protección de fases, se debe coordinar conlas protecciones del otro extremo, y en el caso de la proteccióninstantánea, no debe operar para fallas en el otro extremo.




PROTECCIÓN DE SOBRECORRIENTE DE FASES Y NEUTRO

Conexión de los relés de sobrecorriente de fases y neutro (51/51N)




La protección diferencial es mucho más rápida y selectiva que lasanteriores, pero a la vez más costosa, por ello se utiliza entransformadores de mayor potencia, para los cuales se podría justificar.

Apropiada para detectar las fallas que se producen tanto en el interiordel transformador como en sus conexiones externas hasta lostransformadores de corriente asociados con esta protección. Conexióncorta (CT’s de bushings) y larga (CT’s de campo).

Debido a que las corrientes en el primario difieren de las medidas en elsecundario por la relación inversa de transformación; para compararlasse tiene que considerar la relación de transformación de los CT’s .

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PROTECCIÓN DIFERENCIAL (87)



La protección diferencial dispone de una restricción para evitar disparosindeseados ante fallas externas debido a la saturación de los CT´s.

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PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE TRANSFORMADOR



Protección diferencial de transformador (87T)

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CONEXIÓN PROTECCIÓN DIFERENCIAL (87)




En condiciones normales o durante fallas externas, la corriente en el relédiferencial (Idiff) es igual a la corriente de magnetización deltransformador. Esta corriente es normalmente pequeña (1 al 5% de lanominal), pero durante la energización puede llegar a valores similares alos de cortocircuito (1200% de la nominal) dependiendo de lascondiciones existentes al conectar el transformador.

En este caso es necesario desensibilizar el relé, considerando que lacorriente de magnetización inicial contiene un alto porcentaje dearmónicos, especialmente de 2° armónico. Este relé, específicamenteutilizado para transformadores, se conoce como "relé diferencial conrestricción de armónicos".

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CORRIENTE DE MAGNETIZACIÓN




La operación de un relé diferencial con restricción de armónicos se puedeentender a través de un filtro pasa-altos a una bobina de restricción,llevando la componente fundamental a la bobina de operación.

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CORRIENTE DE MAGNETIZACIÓN




Las protecciones mecánicas se utilizan para detectar anomalías y fallaspor medio de cambios físicos en los componentes del transformador.

La acumulación de gases o cambios de presión al interior del tanque deltransformador, son buenos indicadores de fallas o perturbacionesinternas.

En muchos casos son más sensibles, operando a la luz de fallas internasque no son detectadas por el relé diferencial u otros relés, y en caso defallas incipientes de crecimiento lento.

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PROTECCIONES MECÁNICAS




Éste es una combinación de acumulador de gas y relé de flujo de aceite, ysolamente se aplica a los transformadores con tanque conservador deaceite (que actúa como una cámara de expansión) instalado en la partesuperior del tanque principal. Consta de dos dispositivos:

Una cámara de recolección de gas en la cual se acumula el gasresultante de la ruptura del aislamiento por la presencia de un arcoeléctrico leve. Cuando se ha acumulado cierta cantidad de gas, el reléda una alarma.

Un dispositivo que se opera por el movimiento repentino del aceite através de la tubería de conexión cuando ocurren fallas severas,cerrando contactos que abren los interruptores del transformador.

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RELÉ BUCHHOLZ (64B)




RELÉ BUCHHOLZ (64B)




Estos son aplicables en transformadores inmersos en aceite y estáncolocados en la parte superior del tanque. Alivian sobre presión pormedio de la apertura completa de la válvula en milisegundos.

Dan disparo con los contactos en paralelo con el relé diferencial,aunque también pueden ser utilizados para dar solo alarma.

Un tipo de estos relés opera ante cambios imprevistos en el gas encimadel aceite, otros operan ante cambios súbitos de presión del mismoaceite, que se originan durante fallas internas.

Este relé NO opera por presiones estáticas o cambios de presiónresultantes de la operación normal del transformador, que puedenocurrir ante cambios de carga y de temperatura.

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RELÉ DE PRESIÓN SÚBITA O ALIVIO DE PRESIÓN (64P)




RELÉ DE PRESIÓN SÚBITA O ALIVIO DE PRESIÓN (64P)


1. Flanche de fijación

2. Ranura empaque

3. Disco

4. Empaque

5. Empaque

6. Tapa

7. Resortes

8. Indicador de operación

9. Caja con contactos para alarma yo disparo

10. Palanca para reset

11. Tornillos tapa

12. Tornillos

13. Buje guía indicador

14. Purga

15. Indicador para visualización lejana



Indica temperatura de transformadores sumergidos (del aceite) osecos, tienen la posibilidad de monitor, alarma y/o disparo.

Estos pueden consistir en termómetros o resistencias de temperatura(RTD), que se instalan en los devanados del transformador paradetectar temperaturas altas que se puedan presentar por sobrecargas opor daños en el sistema de refrigeración del transformador.

Se debe tener en cuenta que usualmente solo es posible supervisardirectamente las temperaturas del aceite, el medio refrigerante (aire oagua) y a veces, de los devanados de baja tensión. Esto debido al costoenorme que representaría aislar los sensores en contacto con losdevanados de alta tensión.

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RELÉ DE TEMPERATURA DE BOBINADOS Y ACEITE (49)



Gilberto Carrillo Caicedo202020202020202020202020Comité Nacional de Despacho de Carga




PROTECCIÓN DE TRANSFORMADORESAJUSTES PROTECCION DIFERENCIAL DE TRANSFORMADORES

Agente TDE DATOS DEL TRANSFORMADOR

Subestación Atocha Sn (MVA)(ONAN/ONAF) 18.75/25 MarcaTUSA

Componente Trafo 4TA-5 Tensión Primario (kV) 120 Modelo -

Interruptor que dispara A481 - B484 Tensión Secund. (kV) 72 Año Fabricación1979

Tensión Terciario (kV) 10 N° de Serie L252308Reg. de Tensión s/carga (%) +-2x2.5

Reg. de Tensión c/carga (%) +10-20

FunciónDescripción del relé Relación

CT´s (AT) (A)

Relación CT´s(MT) (A)

Relación CT´s (BT)

Ajustes Tiempo Definido o instantáneo

ObservacionesFunción Fabricante Tipo Pick Up

(PU)Slop 1

(%)Slop 2

(%)Pick Up

(PU)Tiempo

(seg)

87 87T SIEMENS 7UT63 200/5 - 300/5 0.3 30 50 10 0

87 87T SIEMENS 7UT61 200/5 - 300/5 0.3 30 50 10 0

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PROTECCIÓN DE TRANSFORMADORESAJUSTES PROTECCION DE SOBRECORRIENTE

Agente TDESubestación AtochaComponente Transformador 4TA-5Interruptor que dispara B484 - A481

FunciónDescripción del relé Relación

CT´s (A)

Ajustes Tiempo Definido o instantáneoObservaciones

Lado Fabricante Tipo TAP (A) DIAL Curva Norma TAP (A) Tiempo(seg)

51 AT SIEMENS 7UT63 200/5 4.05 0.20 Normal Inversa IEC - - PP1

51 AT SIEMENS 7UT61 200/5 4.05 0.20 Normal Inversa IEC - - PP2

51 BT SIEMENS 7UT61 300/5 4.50 0.16 Normal Inversa IEC - - PP2

51N NEUTRO SIEMENS 7UT63 300/5 1.35 0.16 Normal Inversa IEC - - PP1

51N NEUTRO SIEMENS 7UT61 300/5 1.35 0.16 Normal Inversa IEC - - PP2

51TERC TERCIARIO SIEMENS 7UT61 300/5 - - - - 2.5 2 PP2

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FIN

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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