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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA
SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
CAPÍTULO 3. TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN
PROTECCIÓN DE TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN
En un transformador se pueden encontrar diferentes situaciones ante las cuales se debe proteger este elemento
adecuadamente. Estas situaciones (perturbaciones) pueden ser externas (descargas atmosféricas, sobrevoltajes
por conmutación y fallas o cortocircuitos) e internas (sobrecargas, fallos o cortocircuitos internos y fallos o
cortocircuitos en redes secundarias). A continuación se ilustran dos de las protecciones empleadas para proteger
un transformador de distribución.
 DESCARGADORES DE SOBRETENSIONES (PARARRAYOS)
Su función es llevar las sobretensiones a tierra en el menor tiempo posible. A continuación se ilustra una gráfica
de este elemento, sus componentes y sus funciones.
El explosor está ajustado para que salte la descarga
entre los electrodos a cierta tensión y debe suprimir la
siguiente corriente.
La resistencia variable tiene la propiedad de aumentar
su valor cuando la corriente disminuye. Por lo tanto a
tensión nominal esta tiene un valor muy elevado y
cuando hay una sobretensión el valor de la resistencia
disminuye.
Las sobretensiones que se pueden presentar son internas (cortocircuitos y conmutaciones) y externas (descargas
atmosféricas). Existen dos tipos de pararrayos: de carburo de silicio (SiC) y de Oxido de Zinc (ZnO).
Para su selección se deben tener en cuenta si el sistema primario está en Y sólidamente aterrizado o s el sistema
está en delta. Para el caso de la Empresa de Energía de Pereira, los pararrayos empleados para todos los
transformadores de distribución de uso residencial (13.2 kV) son de 12 kV de tensión de placa y 10 kA de corriente
de descarga.
 FUSIBLES
Los fusibles son elementos de protección de sobrecorriente y se caracterizan por tener un elemento que es
calentado directamente por el paso de una corriente y se destruye cuando ella supera un valor determinado. Estos
elementos solo pueden operar una vez. Un fusible seleccionado adecuadamente debe abrir el circuito mediante la
destrucción del elemento fusible y eliminar el arco establecido durante la destrucción del elemento. Existen dos
tipos de fusibles según la norma ANSI: Tipo K (rápidos) y Tipo T (lentos).
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TIPO K - T
AMPERIOS
6
9
8
12
10
15
12
18
15
23
20
30
25
38
30
45
40
60
50
75
65
95
80
120
100
150
140
190
200
200
Tabla 1. Fusibles tipo K y T
Usualmente se agrega al final la letra que corresponde al tipo de fusible. Por ejemplo 20K representa un fusible
tipo K de 30 amperios nominales.
Los fusibles tienen características de operación inversas de tiempo y corriente, es decir, existe un menor tiempo
de ruptura cuando la corriente se incrementa. La zona de operación de estos está limitada por dos curvas.
Curva de fusión o tiempo mínimo de fusión (minimun
melting time): es aquel que ocurre desde que una gran
corriente causa el inicio de fusión del fusible y el momento en
el que ocurre el arco dentro del fusible.
Curva del tiempo total de operación (total cleaning time –
TCT): es el tiempo que ocurre desde el inicio de una
sobrecorriente hasta la interrupción final de la misma.
La diferencia entre las dos curvas es el tiempo de extinción
del arco del dispositivo (arcing time).
Dependiendo del tipo de carga
que va a alimentar el
transformador, se deben tener
en cuenta algunos aspectos
como la corriente Inrush, el
arranque de motores (carga
fría),
sobrecargas
y
cortocircuitos. En la tabla 2 se
ilustran las condiciones para
las situaciones expuestas.
En situaciones reales no es
común que se tenga que
seleccionar un fusible ante
todas las condiciones.
SITUACION
NÚMERO
DE VECES
INOMINAL
TIEMPO
(SEG)
OBSERVACIONES
Corriente Inrush
8
0.1
NO debe operar
Arranque de
motores
3
10
NO debe operar
Sobrecarga
3
300
Debe operar
Cortocircuito
30
1.5
Debe operar
Tabla 2. Características para selección de fusibles
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NOTA: El efecto de la corriente de Inrush es un fenómeno de corriente de naturaleza aleatoria que se
presenta cuando se energiza un transformador o cuando se efectúa una reconexión. Se manifiesta por
una elevación de la corriente de magnetización. Obedece a parámetros internos de la máquina.
EJEMPLO:
Seleccionar adecuadamente un fusible tipo K para un transformador de distribución de 500 kVA, el cual
está conectado a un alimentador primario de la ciudad de Pereira. El fusible debe cumplir con todos los
requerimientos especificados en la tabla anterior.
SOLUCIÓN:
Recordar que el nivel de tensión en Pereira para red primaria es 13.2 kV. Como el fusible está ubicado
en el lado de AT del trafo, entonces se debe calcular la corriente que circula por este lugar. Por lo tanto:
INOM =
500 kVA
= 21.86 Amp
3 *13.2kV
Con este valor de corriente se selecciona un fusible empleando la tabla 1. De acuerdo a esto, el fusible
que soporta este valor de corriente es un tipo 15K (soporta 23 Amp). Ahora se debe verificar si este
fusible se comporta bien ante las cuatro condiciones exigidas (ver tabla 2).
NOTA:
El fusible opera cuando para un punto operativo
(corriente y tiempo), este se encuentra por encima de
la curva respectiva. De acuerdo a esto, no opera
cuando el punto está ubicado por debajo.
Inrush
Como el requerimiento es que no opere ante 8 veces la corriente nominal en un periodo de 0.1
segundos, entonces:
IINRUSH = 8*INOM = 8* 21.86 Amp =174.88 Amp(t = 0.1 seg)
Con este valor se verifica en la curva del fusible tipo 15K, si opera o no opera.
Como está por debajo de la curva, el fusible tipo
15K no opera cuando se presenta el efecto de la
corriente de Inrush.
Como se desea que no opere (ver tabla 2) y no lo
hace, entonces es adecuado.
Arranque de motores
Como el requerimiento es que no opere ante 3 veces la corriente nominal en un periodo de 10
segundos, entonces:
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IINRUSH = 3 *INOM = 3 * 21.86 Amp = 65.58 Amp(t =10 se g)
Con este valor se verifica en la curva del fusible tipo 15K, si opera o no opera.
Como está por encima de la curva, el fusible tipo
15K opera cuando se presenta el arranque de
motores.
Como se desea que no opere (ver tabla 2) y
opera, entonces no es adecuado.
Sobrecarga
Como el requerimiento es que no opere ante 3 veces la corriente nominal en un periodo de 300
segundos, entonces:
IINRUSH = 3 *INOM = 3 * 21.86 Amp = 65.58 Amp(t = 300 s eg)
Con este valor se verifica en la curva del fusible tipo 15K, si opera o no opera.
Como está por encima de la curva, el fusible tipo
15K opera cuando se presentan sobrecargas.
Como se desea que opere (ver tabla 2) y lo hace,
entonces es adecuado.
Cortocircuito
Como el requerimiento es que no opere ante 30 veces la corriente nominal en un periodo de 1.5
segundos, entonces:
IINRUSH = 30 *INOM = 30 * 21.86 Amp = 655.8 Amp(t =1.5 seg)
Con este valor se verifica en la curva del fusible tipo 15K, si opera o no opera.
Como está por encima de la curva, el fusible tipo
15K opera cuando se presentan cortocircuitos.
Como se desea que opere (ver tabla 2) y lo hace,
entonces es adecuado.
NOTA: Como no se cumplen los cuatro requerimientos, entonces el fusible no es adecuado. Bajo estas
circunstancias se verifica entonces que se cumplan todos los requerimientos con el fusible que sigue
con mayor capacidad de corriente. De acuerdo a esto se debe verificar si el fusible tipo 20K (soporta 30
Amp) es adecuado para proteger el transformador de 500 kVA.
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