Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de Potencia Código: Semestre: Grupo: TRANSFORMADORES DE PROTECCIÓN Tema: Nota: Nro. DD-106 Página 1/13 Apellidos y Nombres: Concha Vargas Edwin Yuber Lab. Nrº PROTECCIÓN DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA LABORATORIO N° 02 “TRANSFORMADORES DE PROTECCIÓN” Concha Vargas Edwin Yuber Alumno : Grupo : A Prof.: Semestre : C4-6 Ing. Christian Vera A. Fecha de entrega : 03 04 20 Hora: Nota: 8:00 a.m. E46613 VI A 2 Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de Potencia I. II. Nro. DD-106 Página 2/13 OBJETIVOS Determinar las características de transformadores para medición. Determinar las características de transformadores para protección. Seleccionar transformadores de instrumento para medición y protección. INTRODUCCIÓN Transformadores de Corriente. Los transformadores de instrumentos tienen la tarea de convertir grandes valores de corriente y voltaje a valores pequeños que son fácilmente aplicables para los propósitos de medición. Los relevadores de sobrecorriente se conectan al elemento protegido a través de transductores primarios de corriente que, proporcionan el aislamiento necesario entre los circuitos primarios y secundarios y suministran a los relevadores señales reducidas de corriente o voltaje proporcionales a la corriente primaria. Existen en la actualidad, distintos tipos de transductores primarios de corriente, entre los cuales están: los electromecánicos que transforman corriente en corriente, los transductores que transforman corriente en voltaje, transductores magnéticos que son sensores de campo magnético de los conductores de línea, los opto eléctricos, en los que la corriente se convierte en señal lumínica y los denominados discretos la información se transmite en forma discreta. Los transformadores de corriente por su aplicación pueden subdividirse en transformadores de medición y protección, no obstante, los transformadores de corriente en ocasiones se diseñan para realizar ambas funciones. Su corriente nominal por secundario puede ser de 1 ó 5 Amperios. Este último valor es el más usado en la práctica. Las cargas se conectan en serie en los transformadores de corriente, la cual es una diferencia sustancial con los transformadores de potencial y de potencia. Transformadores de Potencial. Las mediciones de voltajes en sistemas con voltajes nominales arriba de 1000 Voltios, pueden realizarse utilizando transformadores de voltaje. El tipo inducción del transformador es tan pequeño en construcción con una exactitud de relación de transformación, que para todos los propósitos prácticos se operan en condiciones sin carga. La relación de transformación viene dada por la siguiente expresión, la cual se determina por el número de vueltas de los devanados: La anotación de los terminales usados para transformadores de voltaje, es U-V para el devanado primario y u-v para el devanado secundario. Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de Potencia Nro. DD-106 Página 3/13 Ambos terminales están completamente aislados a tierra. Un solo polo aislado de los transformadores esta etiquetado con X y el no aislado con U (Figura Los transformadores no se cortocircuitan, un cortocircuito en el secundario del transformador destruirá al transformador. Para proteger el lado de alto voltaje se utilizan fusibles HV y también en el lado del secundario se utilizan fusibles de acuerdo a capacidad. Los transformadores de voltaje deben ser aterrizados en el secundario para protegerlo de altos voltajes en caso de cortocircuitos entre el primario y secundario. Las conexiones a tierra deben ser seleccionadas de acuerdo a la magnitud de una posible corriente de cortocircuito. En transformadores de un polo, el terminal X debe ser aterrizado. El voltaje de error de un transformador de voltaje es, el porcentaje de desviación del secundario multiplicado por la relación de transformación del transformador. El error de voltaje se calcula como positivo, si el valor actual del voltaje secundario excede el valor de referencia. El voltaje de error de un transformador de voltaje esta dado por: Donde: Fu: error de voltaje en %. U1: voltaje primario en voltios. U2: voltaje secundario en voltios. KN: relación de transformación nominal. La clase de exactitud de los transformadores de voltaje para mediciones y aplicaciones de protección, se identifica por un número que da el límite del porcentaje del error de voltaje del voltaje nominal. La relación de transformación de cada transformador de voltaje se selecciona para que bajo condiciones normales de operación (simetría), el voltaje producido en la conexión serie de los devanados auxiliares es 100 V / 3 = 33.3V, con un cambio de fase de 120º entre cada devanado. Bajo condiciones normales de operación la suma de los tres voltajes es cero. El devanado secundario produce un voltaje de 100 V / √3 = 57.8 V. La relación de transformación es: U / √ 3 : 100 V / 3 : 100 V / √ 3. Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de Potencia Nro. DD-106 Página 4/13 Polaridad del transformador. La polaridad de un transformador es la característica que describe la dirección relativa de las componentes de voltaje y corrientes de carga en los devanados del transformador. En casi todos los transformadores hay alguna forma de marca, suministrado por el fabricante, para indicar estas propiedades direccionales. Estas marcas se conocen como marcas de polaridad. Cuando existe duda de las marcas de polaridad del transformador puede verificarse con una prueba sencilla, que solo requiere mediciones de voltaje con el transformador sin carga. En esta prueba de polaridad, aplica el voltaje nominal a un devanado, generalmente al que resulte más conveniente para la fuente de voltaje disponible. Se establece una conexión eléctrica entre un terminal de un devanado y del otro. Por lo general las terminales se conectan físicamente más próximas de cada devanado. Enseguida se mide el voltaje entre las terminales restantes, una de cada devanado. Si este voltaje medido es mayor que el voltaje de prueba de entrada, a la polaridad se le llama aditiva y si es menor, se le llama sustractiva. Esta prueba se muestra en la siguiente Figura 2.2. Otro de los parámetros fundamentales de los transformadores de corriente es su relación nominal de transformación dada por: Su selección puede hacerse (como una primera aproximación) sobre la base de que la corriente máxima esperada por el secundario en régimen normal sea menor que la corriente nominal del secundario. Es necesario comprobar el comportamiento del transformador de corriente en régimen de cortocircuito para determinar si en esas condiciones los errores no son excesivamente grandes, de modo que no afecten el esquema de protección. Las normas establecen dos tipos de errores: _ El error de transformación de corriente (Eti). _ El error angular de corriente (EA1). Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de Potencia Nro. DD-106 Página 5/13 ntcI2 – I1: es la diferencia angular entre el fasor de corriente real secundaria referida al primario y la corriente nominal primaria. ntc: relación de transformación. I1: corriente primaria. I2: corriente secundaria. La corriente residual. En un sistema de tres hilos, la suma de corrientes es cero, en un sistema de cuatro hilos, usando este método, la corriente en el cuarto (en el neutro o una corriente de falla a neutro) puede ser medida. Para cálculos en cargas asimétricas o fallas en una fuente trifásica, se usa un método con componentes simétricas en sistemas de cuatro alambres, ocurre un sistema de secuencia de fase cero, esta corriente de secuencia de fase cero, es: Puede también ser determinada con una medición de suma de corrientes, como lo muestra esquemáticamente la Figura 2.3. Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de Potencia II. Nro. DD-106 Página 6/13 DESARROLLO 1) Con respecto a los transformadores para medición y protección, que tipos de ensayos se realizan en campo para determinar su estado utilice esquemas de conexión. POLARIDAD POR PULSO INDUCTIVO: Se realiza el circuito detallado en la figura, usando una batería de 1.5 a 12 V y un instrumento analógico de bobina móvil (CC), en el devanado de BT, con la sensibilidad suficiente para obtener una pequeña deflexión o indicación. Al cerrar el interruptor, se aplica un pulso de corriente que entra por el marcado por asterisco. Si en el lado de BT, el borne con asterisco es homólogo del anterior, el pulso de corriente es transferido, hará reflectar a la aguja en el sentido positivo. EL MÉTODO DEL TRANSFORMADOR PATRÓN: Este método consiste en comparar el transformador aprobar con un transformador denominado PATRÓN de polaridad conocida que tenga la misma relación de transformación, la conexión se hace de acuerdo con lo indicado en la siguiente figura. Se aplica una tensión reducida a los devanados de alta tensión que deben estar conectados en paralelo (con esto se definen H1 y H2 del segundo transformador), una vez que están eléctricamente conectados a las correspondientes terminales del primer transformador, se registra el valor medido por el voltímetro. Si este valor fuera cero o prácticamente cero, los dos transformadores tienen la misma polaridad, fijando de esta forma conocida la marcación de las terminales del transformador en prueba, si la lectura difiere de la fem del secundario de uno de los dos transformadores obtiene un valor próximo a éste, se sabe que la marcación de las terminales del segundo transformador es en secuencia opuesta al primero. Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de Potencia Nro. DD-106 Página 7/13 2) ¿Qué tipos de transformadores de corriente existen en la actualidad? Según su construcción: Devanado primario: Como su nombre lo indica tiene más de una vuelta en el primario, los devanados primario y secundario están completamente aislados y ensamblados permanentemente a un núcleo laminado, esta construcción permite mayor precisión para bajas relaciones. Fig1. Muestra de un transformador de corriente tipo devanado primario. Tipo barra: Los devanados primarios y secundarios están completamente aislados y ensamblados permanentemente a un núcleo laminado, el devanado primario consiste en un conductor tipo barra que pasa por la ventana de un núcleo. Fig2. Muestra de un transformador de corriente tipo barra. Nro. DD-106 Página 8/13 Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de Potencia El Tipo boquilla o bushing: devanado secundario está completamente aislado y ensamblado permanentemente a un núcleo laminado. El conductor primario pasa a través del núcleo y actúa como devanado primario. Fig3. Muestra de un transformador de corriente tipo Bushing. 3) Existe alguna diferencia entre transformadores de instrumentos de medición y transformadores para protección. Los TC de medida debe trabajar lo más exactamente posible bajo condiciones normales de operación. No suelen soportar valores muy grandes de corriente, ni mide magnitudes anormalmente grandes. Los TC de protección debe operar correctamente entre márgenes muy amplios de carga, desde corrientes mínimas hasta valores varias veces mayores que la corriente nominal. Los transformadores de protección necesitan en todo momento un valor fidedigno de la magnitud para poder actuar en todo momento según conveniencia. Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de Potencia Nro. DD-106 Página 9/13 Transformadores de medición: Transformadores de protección: Estos transformadores se utilizan A diferencia de los transformadores de intensidad para medida estos se caracterizan para tomar muestras de corriente de la línea y reducirla a un nivel seguro y medible, para las gamas normalizadas de aparatos medida, de instrumentos, u otros dispositivos de medida y control. por saturarse con sobre intensidades moderadas, su, se caracterizan por mantener la proporcionalidad entre la intensidad primaria y la secundaria, incluso en sobrecarga. condiciones De esta forma de se garantiza la rápida actuación de los relés a los que está conectados. 4) Que sucedería si a un TC´s se le coloca un fusible de protección a la salida del secundario, es correcto hacerlo, explique. No sería correcto por que la presencia del flujo remanente en el núcleo magnético, puede provocar errores en la medida del transformador además de que el secundario del transformador no tiene que estar en condición de abierto. Por otro lado, si se le coloca un fusible estaría muy mal, ya que si el fusible llega a fundirse el secundario del transformador se abriría y ocasionaría problemas graves. 5) Como se representa simbólicamente en las diferentes normas eléctricas los transformadores de potencial y los transformadores de corriente. Nro. DD-106 Página 10/13 Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de Potencia 6) ¿Cuáles son las precauciones que se deben de tener al conectar y manipular los TC's en un circuito energizado? El devanado secundario siempre debe estar cortocircuitado antes de desconectar la carga. Si se abre el circuito secundario con circulación de corriente por el primario, todas las ampervueltas primarias son ampervueltas magnetizantes y normalmente producirán una tensión secundaria excesivamente elevada en bornes del circuito abierto. Todos los circuitos secundarios de los transformadores de medida deben estar puestos a tierra; cuando los secundarios del transformador de medida están interconectados; solo debe ponerse a tierra un punto. Si el circuito secundario no está puesto a tierra, el secundario, se convierte, de hecho, en la placa de media de un condensador, actuando el devanado de alta tensión y tierra como las otras dos placas. 7) ¿Qué tan importante es conocer las polaridades de los transformadores de instrumentos? Es muy importante ya que, si se coloca de la forma errónea en transformadores de corriente para medida o para protección, los equipos que están siendo alimentados van a recibir datos que no son los reales. Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de Potencia Nro. DD-106 Página 11/13 8) Realice la selección de transformadores de medición y protección de tensión y corriente para una línea en 33 KV, 60 Hz, Scc=150 MVA en la misma salida, IN = 80A, altura de instalación 4800 msnm. Intensidad Térmica Intensidad Dinámica Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de Potencia Nro. DD-106 Página 12/13 Límites del error de corriente y del desfase según IEC 60044-1 Selección de transformador de corriente: Con los datos obtenidos mediante los cálculos procedemos a buscar en los catálogos de fabricantes y elegir el TC correcto. TC: 4ME 26 43 OP E3-B 6 Selección de transformador de protección tipo soporte: 4ME 26 43 OP E3-B 6 Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de Potencia Nro. DD-106 Página 13/13 Conclusiones Se concluyó que para realizar la selección del transformador de corriente se necesita hallar la Icc, Ith y la Idym. Se concluyó que los transformadores de protección y de medida son completamente diferente físicamente. La intensidad térmica es la intensidad qué nuestro transformador puede resistir por un segundo. Los transformadores de protección tienen más amplia la curva de saturación que los transformadores de medida. Los transformadores de protección tienen un tipo de código como el 3P10 donde nos indica la ¨P¨ que es de protección y que dará un error del 3% cuando en el primario se encuentre 10 veces la nominal. En el TP el secundario solo tendrá voltajes de 100, 110, 115 y 120V, por lo que no se encontrará valores diferentes. Es importante definir la altura del nivel del mar en la que se trabajara para tomar en cuenta las propiedades de los aislantes del TC.
