PROTECCION DE TRANSFORMADORES

PROTECCION DE TRANSFORMADORES

1. INTRODUCCION.-

En un sistema de potencia los equipos ms importantes son los generadores y los transformadores. En estos aparatos las fallas ocurren con menor frecuencia en el las lneas, Pero la reparacin de los daos que ocasionan requieren mucho mas tiempo y dinero que lo que se necesita para reparar los daos debido a falla en las lneas. En las lneas es posible restablecer rpidamente el circuito aminorando los daos. En cambio cuando ocurre una falla en el transformador, siempre se necesita la atencin del personal de supervisin.

Sin embargo el rpido aislamiento de las fallas ayuda a minimizar el dao sufrido por los aparatos y reduce tambin la interrupcin del servicio debido a la reduccin de voltaje y a la inestabilidad.

2. EL TRANSFORMADOR.-

Un transformador es una maquina elctrica ESTTICA es decir que para que funcione no es necesario el movimiento de sus partes constructivas. Transforma la tensin de un sistema elctrico bajo la interaccin electromagntica entre los bobinados.

V1I1V2I2

Donde:

V1 = tensin primaria (valor eficaz) y la modifica a otro valor V2

Primario: Es el lado que recibe energa

Secundario: Es el lado que entrega energa

Obviamente por el principio de conservacin de la energa al modificarse V se modifica I.

Despreciando perdidas tenemos:

Pero si tenemos lo siguiente:

Si V1 es > a V2 entonces I1 baja e I2 sube, para que se cumpla el principio de conservacin de la energa.

2.1. PARTES CONSTRUCTIVAS.-

2.1.1. ELEMENTOS ACTIVOS.-

Se llama elementos activos a aquellos que sin su presencia es imposible la transformacin estos son:

Conductores

Aislantes elctrico

Ncleo de hierro

a) Conductores.- El conductor usado en un 90% en los transformadores el cobre, en un 10% aluminio.

b) Aisladores.- En un transformador se encuentran diferentes tipos de aisladores como:

Porcelana (en aisladores Bushing), fibras y cintas de papel.

c) Ncleo.- Se lo construye con Fe en chapas de espesor muy fino e = 0.35 a 0.70 mm de espesor siempre adems con silicio (Si ) hasta un 4%.

El silicio evita el envejecimiento del transformador (crecimiento de perdidas por histresis y Foucolt).

2.1.2. ELEMENTOS PASIVOS.-

Su propsito es la contencin de la parte activa y otros aspectos como accesorios.

Tanque

Radiador

Cambiador de taps

a) Tanque.- Es la cuba o caja, es el contenedor de la parte activa y el aceite del transformador.

b) Tanque de expansin.- Debido al calor, del aceite sufre una dilatacin volumtrica y se crea una sobrepresin, lo cual hace necesario el uso de un tanque de expansin o tanque auxiliar y su respirador.

c) Aceite.- Para aumentar el aislamiento y mejorar la refrigeracin de las partes activas del transformador, estas estn sumergidas en aceite.

El aceite tiene dos funciones:

Aislante

Refrigerante

3. RELS MECNICOS

Las protecciones mecnicas que se suelen disponer en un transformador son de los siguientes:

Rel de presi de aceite (163)

Proteccin trmica (49)

Deteccin de burbujas (63)

proteccin de cuba (163)

3.1. Rel de presin de aceite.-

Este tipo de rel se monta sobre la cuba del transformador y opera cuando una falla interna produce una sbita elevacin de la presin de aceite. Tericamente, esta proteccin es capaz de detectar una falta entre dos espiras consecutivas de un transformador. El rel de presin de aceite se puede conectar para sonar una alarma o bien para desconectar el transformador del sistema.

3.2. Proteccin trmica.-

Como toda maquina o dispositivo elctrico, el transformador est sujeto a limitaciones trmicas ya que unos calentamientos excesivos acortaran la vida de sus aislamientos. Unas temperaturas elevadas pueden ser orgenes de fallos en los aislamientos e incluso, ser causa de incendios al alcanzar la temperatura de ignicin del refrigerante.

Con el fin de controlar la temperatura del aceite refrigerante dentro de unos lmites aceptables, se utiliza unos dispositivos trmicos tales como termmetros de mercurio.

El termmetro de bobinados o rel de imagen trmica se aplica para el control de la ventilacin y circulacin del aceite actuando adems alarmas y el disparo del interruptor de desconexin del transformador.

3.3. Deteccin y anlisis de gases.-

Esta proteccin esta diseada para detectar fallas incipientes en los transformadores. (Falla incipiente, estado inicial de un defecto).

El signo caracterstico de una falla incipiente en un transformador en bao de aceite, es la generacin combustible. Los gases son producidos por el deterioro de los materiales aislantes, bien papel o aceite debidos al calentamiento en puntos localizados del transformador.

La generacin de gas en un transformador se suele detectar de dos formas:

Mediante un rel detector de gas

Por medida de los gases disueltos en el aceite

a) El rel detector de gas.- Muy conocido como rel Buchholtz consiste bsicamente en la actuacin de unos flotadores, generalmente dos, montados en una cmara de aceite que se conecta en el tubo de unin de la cuba y el depsito conservador de aceite del transformador.

El gas que se genera en una falla incipiente, subir desde la cuba, atravesando por el tubo de unin con el conservador a la cmara de flotadores. El gas acumulado en la cmara hace bajar su nivel de aceite y cuando la acumulacin de gas alcanza un valor prefijado un flotador hace actuar una alarma. La cantidad de gas acumulado nos indica la magnitud de la falta. Si la acumulacin de gas es muy rpida acta un segundo flotador operando el rel detector de gas, dejando el transformador fuera de servicio.

b) Medida de los gases disueltos en aceite.-

Se programa para analizar peridicamente una muestra del aceite del transformador. Se determina la concentracin de hasta nueve o ms gases diferente mediante anlisis cromatografico.

3.4. Proteccin de cuba.-

El ncleo y la cuba van unidas y el conjunto rgidamente a tierra esta proteccin es nicamente sensible a las fallas a masa y precisa el que se tome ciertas precauciones en lo relativo al aislamiento de la cuba del transformador a tierra, para que en el caso de un defecto a masa en el transformador, la mayor parte de la corriente de falla circule a tierra a travs de la conexin que une la cuba y tierra. En esta unin a masa, se instala generalmente en rel instantneo de sobre intensidad en el secundario de un transformador de intensidad.

La resistencia de la cuba a tierra deber ser un minimo de 25

4. PROTECCIN DIFERENCIAL.-

En principio, la proteccin diferencial de transformadores se basa en la comparacin de la corriente entre el lado de la tensin superior y el lado de la tensin inferior del transformador.Si consideramos idealmente, al transformador como un punto de interseccin, la suma de todas las corrientes entrantes tiene que ser igual a la suma de las corrientes salientes.En funcionamiento normal o tambin en caso de cortocircuito fuera de la zona de proteccin, las corrientes secundarias del transformador en el circuito de corriente diferencial se diferencian unas de otras de forma importante. El hecho de producirse una corriente diferencial Id permite deducir entonces la existencia de un fallo interno.

Id = I1-I2

Bop = Bobina de operacin

ESQUEMA DE PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA

PROTECCION DIFERENCIAL

Los rels de proteccin diferencial son la principal forma de proteccin de fallas de los transformadores .Sin embargo estos rels no son tan sensibles como los rels diferenciales para proteccin de generadores.

Los reles diferenciales para transformadores estn sujetos a varios factores que ordinariamente no se presentan en generadores que puede causar mala operacin.

Diferente nivel de voltaje, incluso los taps el cual resulta diferente corriente en el primario en la conexin del circuito.

Un desfase de 30 grados introducido por la conexin estrella delta del transformador.

Corriente magnetizante de energizacin el cual el rel diferencial ve como si fuera una falla interna.

En el siguiente esquema se muestra el Diagrama Unifilar Tpico para proteccin de un transformador:

ESQUEMA DE CONEXIONES DE PROTECCION DE TRANSFORMADOR

5. CONEXIN DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE.-

En general el transformador de corriente en el lado estrella de la conexin estrella-delta, debe ser conectado en delta y el transformador de corriente en el lado delta conectado en estrella.

Este arreglo compensa los 30 de cambio del ngulo de fase introducidos por el estrella- delta y la corriente de frecuencia cero del circuito diferencial de la falla externa a tierra(como se muestra en la figura). La corriente de frecuencia cero fluir en el circuito diferencial en una falla externa a tierra en el lado de la Estrella aterrado, estrella- delta. Si el transformador de corriente fuera conectado en estrella los rels actuaran una mala operacin. Con el transformador de corriente conectado en delta la corriente de secuencia cero circula dentro de del transformador de corriente, previniendo la mala operacin del Rel.

TRANSFORMADOR

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