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Protecciones eléctricas – Segundo Semestre 2014 26 de Enero de 2015

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

ESCUELA DE INGENIERÍAS ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y DE TELECOMUNICACIONES

Perfecta Combinación entre Energía e Intelecto

Protecciones transformadores de Potencia

Resumen: En este documento se encuentra una breve explicación de las protecciones utilizadas para transformadores de potencia, así como sus posibles conexiones.

Palabras claves: Transformadores de potencia, TC’s, PT’s, Protección diferencial, protección de sobrecorriente, protecciones térmicas.

I. Esquema general para protecciones de transformadores de potencia bi-devanados.

II. Protección de Sobrecorriente (51)

Utilizada como protección de respaldo o secundaria, cuando se presenta una falla en el esquema de protección primario, de

Henry Leonardo Arteaga Medina 2101142, Isnardo J. Sarmiento

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alimentadores, protección de barras y del propio transformador.

También actúa como protección de sobre corriente, y corto circuito; entre fases o en su lado de baja tensión.

Protección contra sobrecargas y corto Circuitos entre fases en transformadores (51H)

El relé (51 H) opera energizando la bobina de un relé auxiliar de bloqueo (86) después de un tiempo ajustado, en condiciones de sobrecarga como de corto circuitos entre fases o cortó circuito en su lado de baja tensión, retirando el transformador de operación.

III. Conexión de los TC’s para protección de sobrecarga y corto circuito

Para una conexión del transformador Yd

Para una conexión del transformador Dy – (51 N)El primario del TC de esta protección está conectado a la red de tierras o al neutro del transformador.

Diferentes posibilidades de conexión de los relés de tierra de un transformador.

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IV. Protección térmica del transformador (49)

Indicador de temperatura de aceite. Compuesto por Bulbo (ubicado en la parte superior del trafo), tubo capilar, y Caja y escala indicadora.

Indicador de temperatura del devanado – Imagen Térmica.Compuesto por Bulbo, tubo capilar, caja mostradora o carátula y contactos. Existen dos agujas o punteros en la carátula, uno es fijo y ajustado a 95 ºC (valor máximo permitido) y otro móvil (indica el valor momentáneo).

Protección contra falta de aceite en transformadores (71).Indicador magnético de nivel: Constituido por un flotador sujeto a una varilla, y una carátula con las indicaciones de máxima, mínima y

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temperatura ambiente (25 ºC), ubicado en el interior del tanque conservador.No existe conexión entre el eje que toma la varilla y la aguja del indicador, por ello se dice que es magnético. Para esto existe un imán fijo a la aguja que acompaña el movimiento de los imanes permanentes.

V. Protección diferencial (87T)

Funciona cuando el vector diferencia de dos o más magnitudes eléctricas similares exceden una cantidad predeterminada.Es mucho más rápida y selectiva que las anteriores, pero más costosa.

Clasificación de la protección diferencial.

• Según el tipo de elemento a proteger.• Según la señal de operación.• Según su forma de operación.• Según su tipo de construcción.

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• Confiabilidad debido a la alta precisión de los relés.

• La gravedad de la falla en los devanados depende principalmente del diseño del transformador y del tipo de aterrizaje.

• Es comúnmente usado contra fallas de aislamiento en los devanados.

Consideraciones básicas

• Relación de transformaciónLas corrientes nominales del transformador en lo lados primario y secundario usualmente difieren en relación inversa a los correspondientes voltajes.Este hecho debe ser compensado en la relación de transformación de los CT`s.

• Conexiones del transformadorCuando un transformador está conectado en estrella/delta, la corriente sufre un desplazamiento de fase de 30º.La corriente de secuencia cero que fluye en el lado estrella del transformador no producirá salida de corriente en la delta del otro lado.

• Avalancha magnetizante

Ocurre cuando se remueve la excitación de un transformador o cuando el voltaje primario retorna a su valor normal después de arreglada una falla externa. Pues que el relé diferencial de la corriente de avalancha como una falla interna, es necesario algún método para evitar falsas operaciones del relé. Tales como:

utilización de un relé diferencial con sensibilidad

Utilización de una unidad de restricción armónica.

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

Inhabilitación del relé diferencial durante la energización del transformador

Forma de prevenir la operación de la protección del transformador por corriente de magnetización inicial.

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• Cambio de taps.Si el transformador tiene un rango para cambiar taps, se hace posible variar su relación de transformación; el sistema diferencial debe considerar esta variación. Puesto que no es practico cambiar la relación de los CT´s, la protección debe tener un rango de tolerancia, esto se logra modificando la sensibilidad de su respuesta de operación. Con esta condición se conoce como Protección con relé diferencial de porcentaje.

Protección diferencial de transformadores con neutro conectado a tierra a través de impedancia de bajo valor.

Si los valores de falla a tierra resultan elevados y se requiere un elemento limitador de corriente en el neutro de la estrella, se puede usar una variante de la protección diferencial para detectar cuando es una falla.

Para una falla a tierra a fuera de la zona de protección diferencial

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Para una falla a tierra a dentro de la zona de protección diferencial

Protección de transformadores contra acumulación de gases o fallas incipientes (63)-(63B Buchholz) – (63P Válvula de alivio de presión).

• En los transformadores cierto tipo de fallas tienden a producir gases en el interior.

• Fallas incipientes: inicio de una falla mucho más grave.

• Los gases aparecen por los siguientes procesos:

– Liberación de hidrógeno del agua por oxidación del hierro.

– Pirolisis del hidrocarburo.– Pirolisis del la celulosa (aislante)

• Para este tipo de fallas se utiliza la protección Buchholz.

• Producción de gas por fallas incipientes.• Desplazamiento de los gases al tanque

conservador.• Los gases actúan sobre los flotadores de

baja presión mandando una señal de alarma.

• Si el desplazamiento de los gases es brusco y produce una mayor presión, entonces actúan los flotadores de disparo.

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VI. Referencias Bibliográficas

[1] Mejía Villegas S.A and HMV Ingenieros, “Subestaciones de Alta y Extra Alta tensión”. Segunda edición, 2003.[2] Harper Enrique, “Elementos de protección de sistemas eléctricos”. [3] Gers O. Juan Manuel, “Protecciones eléctricas”. Universidad del Valle, Cali, 1985.

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