Universidad Nacional del Centro del Perú Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Material de Enseñanza 094C Protección de Sistemas de Potencia Protección de Transformadores de Potencia © Waldir Astorayme Taipe [email protected] Introducción UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Protección de Transformadores Introducción Forman parte del sistema eléctrico de potencia. Las fallas en los transformadores puede tener graves consecuencias cuya reparación puede ser muy costosa y llevar a largos periodos de reparación. Las consideraciones para un sistema de protección de los transformadores varían con la aplicación y con la importancia en el sistema eléctrico. Con el fin de reducir el esfuerzo térmico así como las fuerzas electrodinámicas, es aconsejable que el sistema de protección minimice el tiempo de duración de la falla en el interior del transformador. UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Protección de Transformadores Introducción En transformadores de distribución, la protección mediante fusibles o relés de sobreintensidad de tipo inverso e instantáneos puede llegar a ser efectiva y económicamente justificable. Debido a los requerimientos de coordinación con la protección aguas abajo, se tiene que retardar la operación para fallas de menor magnitud. Para grandes transformadores, es deseable una protección de alta velocidad. UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Protección de Transformadores Introducción Grupos de conexión y formas de conexión a tierra Los grupos de conexión, los arreglos de los devanados y la forma como se conecta el neutro a tierra, influye directamente sobre la protección de los transformadores. UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Protección de Transformadores Introducción Diferentes arreglos de los devanados UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Protección de Transformadores Introducción Tipos de Fallas Pueden agruparse en seis categorías: Fallas en los devanados. Fallas en el cambiador de tomas. Fallas en los bushings. Fallas en el tablero. Fallas en el núcleo. Fallas diversas. Fault Line REL 511 Line protection C E UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Protección de Transformadores Introducción Causas de las Fallas Sobretensiones por descargas atmosféricas, de maniobra, etc. Sobrecalentamiento. Rotura del devanado. Deterioro. Inapropiada fijación de las espiras. Defecto de aislamiento entre espiras. Aterramientos. Fallas fase a fase. Defectos mecánicos. Humedad, etc. UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Protección de Transformadores Introducción Fallas en los TAPs o cambiador de tomas Contactos. Conductores. Sobrecalentamiento. Cortocircuitos. Fuga de aceite. Eléctricos. Mecánicos. Falla externa. UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Protección de Transformadores Introducción Fallas en el Bushing Envejecimiento, contaminación y fisuras. Descargas debido a animales. Descargas debido a sobretensiones. Humedad. Bajo nivel de aceite. UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Protección de Transformadores Introducción Fallas en el Tablero Pérdida de conexiones. Conductores abiertos. Conexionado. Humedad. Aislamiento insuficiente. Desajuste. Cortocircuitos. UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Protección de Transformadores Introducción Fallas en el Núcleo Falla en el aislamiento del núcleo. Laminaciones cortocircuitadas. Pérdida de pernos, tuercas, cuñas. UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Protección de Transformadores Introducción Estadística de las Fallas Fallas en los bobinados Fallas del conmutador Fallas en los bushings Fallas en los terminales Fallas en el núcleo Otras fallas diversas 37%. 22%. 11%. 3%. 1%. 26% Fuente: C37.91-2000 IEEE Guide for Protective Relay Applications to Power Transformers. UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Protección de Transformadores Límites de Protección UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Protección de Transformadores Límites de Protección Para determinar los límites de protección, se deben considerar los siguientes factores: Las condiciones de operación. Los requisitos mínimos de protección establecidos. El soporte, aguante o nivel de aguante del equipo. UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Protección de Transformadores Límites de Protección Punto Inrush Este punto representa una aproximación del efecto de la corriente de magnetización del transformador, este valor se calcula como un múltiplo de la corriente nominal del transformador y varía de acuerdo a la capacidad. UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. CORRIENTE POTENCIA IINRUSH = 8 INOMINAL Si: S ≤ 1,5 MVA IINRUSH = 10 INOMINAL Si: 1,5 ≤ S ≤ 3,75 MVA IINRUSH = 12 INOMINAL Si: S ≥ 3,75 MVA S : Potencia nominal El tiempo de duración de la IINRUSH es siempre 0,1 seg. Protección de Transformadores Límites de Protección Punto Ansi Determina un punto que fija las características que deben satisfacer los devanados de un transformador para soportar sin que resulten dañados, los efectos térmicos y magnéticos producidos por un cortocircuito en sus terminales, considerando periodos definidos de tiempo. UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. t (s) Carga fría + INRUSH Daño Mínimo tiempo de fusión Total de aclaramiento ANSI 2 20 IN Protección de Transformadores I (A) Límites de Protección Punto Ansi para los Transformadores COORIENTE SIMÉTRICA RMS EN CUALQUIER BOBINA Múltiplos conexión Z (%) Delta Delta 4 o menos 5,00 5,25 5,50 5,75 6,00 6,50 7,00 o mayores UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Estrella Estrella 25,00 20,00 19,25 18,18 17,39 16,67 15,38 14,29 Múltiplos conexión Delta Estrella tANSI (seg) 14,50 11,60 11,05 10,55 10,09 9,67 8,92 8,29 2,00 3,00 3,25 3,50 3,75 4,00 4,50 5,00 Protección de Transformadores Límites de Protección Punto Ansi Transformadores en conexión ∆ / ∆ ó Y / Y I ANSI 100 I PC Z% Transformadores en conexión ∆ / Y I ANSI 100 I PC * 0,58 Z% El tiempo ANSI de sobrecarga es: IMPEDANCIA TIEMPO ANSI 4 < Z% < 7 Z% ≥ 7 Z% ≤ 4 tANSI = Z% - 2 tANSI = 5 seg. tANSI = 2 seg. IPC : Corriente a plena carga. Siempre y cuando: 4 ≤ Z% ≤ 7 UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Protección de Transformadores Límites de Protección Categoría Transformadores – Normas Ansi Graficar la curva ANSI del transformador en las hojas de coordinación. CATEGORÍAS I II III IV UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. kVA NOMINALES DE PLACA MONOFÁSICOS TRIFÁSICOS 5 – 500 501 – 1667 1668 – 10000 Arriba de 10000 15 – 500 501 – 5000 5001 – 30000 Arriba de 30000 Protección de Transformadores Límites de Protección Categoría Transformadores – Normas Ansi Define la forma de la curva ANSI y los puntos se calculan, lo único que se debe verificar es que la impedancia del transformador no sea inferior a los valores indicados. t (s) t (s) 4 4 3 1 2 1 Categoría I UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. I (A) Categoría II, III y IV I (A) Protección de Transformadores Límites de Protección Categoría Transformadores – Normas Ansi UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Protección de Transformadores Límites de Protección Categoría Transformadores – Normas Ansi UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Protección de Transformadores Límites de Protección Puntos Curva Ansi para transformadores Punto 1 2 3 4 Categoría del transform. Tiempo (seg) Corriente (A) I II 1250 (Zt)2 2 IPC/Zt IPC/Zt III , IV 2 IPC/(Zt + Zs) II 4,08 0,7 IPC/Zt II , IV 8,0 0,5 IPC/(Zt + Zs) II 2551/(Zt)2 0,7 IPC/Zt III , IV 5000/(Zt + Zs)2 0,5 IPC/(Zt + Zs) I, II, III y IV 50 5 IPC UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Protección de Transformadores Límites de Protección Puntos Curva Ansi para transformadores Zt : Impedancia del transformador en por unidad en base a los kVA en OA (autoenfriado) Zs : Impedancia de la fuente en por unidad en base a los kVA del transformador OA : Autoenfriado. OA/FA : Autoenfriado y enfriado por aire forzado. OA/FA/FA : Autoenfriado y con dos pasos de enfriamiento por aire forzado. OA/FOA : Autoenfriado y enfriado por aceite y aire forzado. OA/FOA/FOA : Autoenfriado y con dos pasos de enfriamiento por aire y aceite forzado. FOW : Enfriado por agua y aceite forzado. UNCP-FIEE Waldir Astorayme T. Protección de Transformadores
