PROTECCIÓN DE LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIA. TRABAJO FINAL DE PRESENTACIÓN/EXPOSICIÓN. CONTENIDO. • • • • INTRODUCCIÓN. OBJETIVOS GENERALES. OBJETIVOS PARTICULARES. MARCO TEÓRICO( COMBINACIÓN CON MARCO REFERENCIAL). • MATERIAL MULTIMEDIA. • CONCLUSIONES GLOBALES. INTRODUCCIÓN. • Realizar la aportación efectiva de los conocimientos adquiridos a lo largo en curso mediante la exposición de los modelos reales que existen en el Sistema Eléctrico de Potencia. • Analizar el Transformador desde el punto de vista de máquina eléctrica estática que puede ser influida por manifestaciones de energía en su forma dinámica, térmica y eléctrica por sobre su funcionamiento. • Exponer de igual forma los principales arreglos de protecciones utilizados en el elemento en particular y exponer a su vez las características de operación más relevantes/representativas. INTRODUCCIÓN. • “Exponer formas alternativas de protección en las cuales es posible justificar y/o excluir cualesquiera de estas, con ello, cimentar el hecho de que los elementos no son necesariamente excluyentes; son arreglos complementados cuya sofisticación se encuentra en función de las necesidades de protección, de la ingeniería para desarrollar un funcionamiento armónico y de los recursos de los que se dispongan para implementarlos”. • Exponer la teoría de funcionamiento de los “Relevadores Buchholz así como los Relevadores de Imagen Térmica” • Se agradece la atención prestada a esta breve introducción y se procede con la realización del trabajo presentado. OBJETIVOS GENERALES. • Puntos Relevantes. • Realizar una definición formal sobre el dispositivo analizado y enfocarlo hacia su función dentro del S.E.P. • Demostrar las diferentes manifestaciones de energía que tienen lugar en el modela real del equipo. OBJETIVOS PARTICUALRES. • Puntos Relevantes. • Mostrar las definiciones del Transformador de Potencia y su función dentro del S.E.P. • Exponer la teoría de la “Protección por Relevadores con Arreglo Diferencial acoplado a Transformador de Potencia”. TRANSFORMADORES. • Definición Formal: • “Máquina eléctrica estática cuya función principal es la de modificar las 2 componentes principales de la energía eléctrica: el voltaje y la corriente a través del principio físico de la inducción de flujo; dicha modificación mantiene constante la potencia” • Las modificaciones de valores nominales de operación de realizan para adaptar los diferentes niveles según correspondan las etapas del S.E.P. • (Generación, Transmisión, Distribución, Puesta de Carga) TRANSFORMADORES. DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE VALORES DE OPERACIÓN TRANSFORMADORES. • Valores Nominales Típicos de Operación (Complemento). • Generación: 6KV, 13.2 KV • Transmisión: 230KV, 400KV. • Extra Alta Tensión: 440 KV. • Distribución: 23KV, 34.5 KV. • Carga: 120V, 220V, 440V. • Mencionar Concepto de “Falla Eléctrica” y “La Componente para 1, 2 y 3 Fases”. TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • Definición Formal. • “Elemento estructural del Sistema Eléctrico de Potencia encargado de enlazar las etapas de transmisión y distribución estandarizando niveles de voltaje y corriente para conectar los diferentes instrumentos y cargas en rangos nominales de operación”. • “Un transformador puede ser considerando como un instrumento de potencia cuando tiene una capacidad igual o mayor a 500KVA”. TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • Valores Típicos de Operación: TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • MANIFESTACIONES ENERGÉTICAS QUE INTERVIENEN EN EL FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO TRANSFORMADOR. • DINÁMICOS: Estrés ocasionado durante la presencia de transitorios exponenciales y/o fallas eléctricas; es decir, cualquier forma de inestabilidad que altere las condiciones nominales de operación y las capacidades eléctricas de los conductores. • ELÉCTRICOS: Son debidos a los diferentes embates que se sufren debido a las maniobras de interconexiones (conexión y desconexión de elementos activos y/o carga instalada) al igual que por agentes externos que causen efectos de sobre-tensiones/sobre-corrientes. • (Mencionar “INRUSH-CURRENT” Corriente de Magnetización y su relación con la magnitud de referencia/sensibilidad) TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • MANIFESTACIONES ENERGÉTICAS QUE INTERVIENEN EN EL FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO TRANSFORMADOR. • TÉRMICOS: Aquellos relacionados a las variaciones y concentraciones de energía calorífica características del condición de corto-circuito, esto es, debido a la fuerte fricción que tiene lugar el roce de las partículas “electrones” en el medio conductor. Esta condición es la máxima causante del debilitamiento y envejecimiento acelerado en la pérdida de la propiedad aislante principalmente en las boquillas del los conductores en el transformador. TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • CLASIFICACIÓN DE LAS FALLAS EN EL EQUIPO. • FALLAS INCIPIENTES (BÁSICAS). • FALLAS INTERNAS. • FALLAS EXTERNAS. • FALLAS EN EQUIPO AUXILIAR. • FALLAS POR SOBRECARGA. • LA FALLA ELÉCTRICA. TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • FALLAS INCIPIENTES (BÁSICAS). • “Clasificación de fallas eléctricas cuyo inicio resulta por condiciones naturales de operación, suceden cuando se operan niveles se sobre-energización por condiciones internas y/o externas, no son drásticas en el sistema si las protecciones las absorben rápidamente, sin embargo, el no hacerlo provocaría potencialmente la destrucción del aparato mismo”. TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • FALLAS INCIPIENTES (BÁSICAS) EJEMPLOS. • 1) Pérdida de la propiedad aislante en las uniones de conexión. • 2) Debilitamientos mecánicos en las estructuras y herrajes. • 3)Debilitamientos en los tornillos que sujetan las laminaciones del núcleo. • 4) Característica térmica y aislante del material que recubre tanto el núcleo como los devanados. • 5)Destrucción de los devanados debido a la corriente de corto-circuito. TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • FALLAS INTERNAS. • “Clasificación de fallas que atañe directamente a la dinámica de funcionamiento del equipo transformador; es decir, daños en los devanados y fisuras en el núcleo.” • “Todo aquel conjunto de condiciones cuyas variables de control se encuentran contempladas como posibles puntos de falla en su funcionamiento nominal”. TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • FALLAS INTERNAS (EJEMPLOS). • 1) Fallas en los intercambiadores de derivaciones (“TAPS”). • 2) Corto-circuito entre derivaciones por malos contactos. • 3) Generación de puntos calientes. • 4) Desgaste prematuro por falta de mantenimiento debido a altas temperaturas de operación constantes. • 5) Acumulación de agua en el aceite que genere vapor aumentando la presión del equipo generando rupturas en el cuerpo contenedor del transformador. TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • FALLAS EXTERNAS. • “Clasificación de fallas que hace referencia al conjunto de perturbaciones cuya naturaleza no pertenece a la dinámica de funcionamiento natural del transformador acoplado al sistema de potencia”. • Tienen su origen en diferentes elementos cuya existencia representa un desbalance en los criterios de estabilidad comprometiendo la funcionabilidad contínua del sistema. TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • FALLAS EXTERNAS (EJEMPLOS). • 1) Atentados contra las instalaciones físicas del S.E.P. y/o la unidad de transformador de potencia directamente. • 2) Afectaciones por sobre los equipos auxiliares en las etapas de alta y baja tensión provocando variaciones en los valores nominales de operación. • 3) Descargas de origen atmosférico (principalmente en las torres de alta tensión) que no pueden ser contenidos por las protecciones de apartarrayos. • Mencionar el funcionamiento de la exclusión por frecuencia y el aumento de la impedancia. FALLAS EXTERNAS (ORIGEN ATMOSFÉRICO) TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • FALLAS EN EQUIPO AUXILIAR. • “Conjunto de fallas que se relacionan de forma indirecta al transformador de potencia; son todas cuales que dependen de instrumentos y cargas conectadas que disparan los valores fuera de rango carbonizando las espiras y fundiendo el alambre conductor de los devanados” TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • FALLAS EN EQUIPO AUXILIAR. • 1)Corto-circuito que no pueda ser contenido por la protección y/o fallo de los fusibles, seccionadores (operarlo en vacío) y restauradores. • Mencionar características de los dispositivos citados anteriormente. TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • FALLAS POR SOBRECARGA. • “Clasificación que hace referencia a aquellas condiciones de sobre-flujo de energía (típicamente corriente debido a la relación de impedancias) debidas a conexiones y desconexiones bruscas del sistema de transformador cuando se encuentra operando en condiciones contínuas.” • Este tipo de fallas pueden ser directamente subclasificación de las del tipo interno y/o externo. TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • Conclusiones Parciales. • Dependiendo del tipo de falla se acoplarán diferentes comportamientos de la energía eléctrica. • Existen módulos de protección de los transformadores que no son mutuamente excluyentes, son complementarios y se justifican según la importancia de la carga instalada. • MÓDULOS E INSTRUMENTOS POR RELEVADOR EN LA PROTECCIÓN DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • CONTENIDO: • Relevadores “Buchholz”. • Relevadores “Imagen Térmica”. • Relevador “Detector de Gases”. • Relevador “Gas-Combustible”. • MÓDULOS E INSTRUMENTOS POR RELEVADOR EN LA PROTECCIÓN DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • • • • CONTENIDO: Relevador de Corriente. Relevador se Voltaje. Arreglo Diferencial (Acoplos y Pasos de Conexión). TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • ELEMENTOS RELEVANTES. 1. Exponer la protección de los transformadores mediante el uso de los diferentes relevadores, sus principios de funcionamiento y diagramas. 2. Mencionar la definición de “Capacidad Interruptiva”. 3. Mencionar las características de la sobrecarga y sobrecorriente, valores estandarizados y criterios de tolerancia. TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • CARACTERÍSTICAS DE SOBRECORRIENTES. • “Se define como la elevación por sobre encima de los valores estandarizados y considerados como nominales de la corriente en un circuito eléctrico”. • El dispositivo estudiado admite un incremento de hasta el 25% de su máxima capacidad, la razones de esto son las siguientes: • 1) Admitir el crecimiento exponencial de la carga proyectada. • 2) Admitir y soportar embates de picos de corriente debido a maniobras de conexión y desconexión. • 3) Admitir funcionar como un sistema de respaldo para abastecer una nueva carga que pueda ser transitoria o permanente. SUPRESIÓN DE SOBRECORRIENTES. DIVISORES DE CORRIENTE. EQUIPO A PROTEGER TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • MEDIDAS CONTRA SOBRECORRIENTES. • 1) Es posible suprimirlas mediante la desconexión (manual ó automática) de la carga alimentada. • 2) Es posible prolongar el tiempo de trabajo del transformador mediante formas más eficientes de ventilación (MENCIONAR FA, WAF, WOF Hexafloruro de Azufre). • 3) Una práctica no recomendada pero utilizada es la conocida como “tirar carga” la cual consiste en eliminar el suministro de alimentación (mediante arreglos de interruptores) a aquella carga considerada como no importante y/o perdible. TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • CARACTERÍSTICAS DE SOBREVOLTAJES. • “Se define como la elevación de la energía eléctrica en su forma de voltaje por sobre encima de los valores nominales de operación”. • Dichas alteraciones son principalmente observadas en: • 1) La generación eléctrica no es argumento, esta es constante, sin embargo súbitas conexiones auxiliares pueden aumentar los niveles de tensión especificados. • 2) Maniobras de conexión y desconexión. • 3) Falla eléctrica y/o corto-circuito. (MENCIONAR LA RELACIÓN DE LAS FALLAS 1, 2 Y 3 FASES). TRANSFORMADORES DE POTENCIA. TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • MEDIDAS CONTRA SOBRETENSIONES. • Video Explicativo: • ¿QUÉ SON LAS SOBRETENSIONES ELÉCTRICAS? TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • MEDIDAS CONTRA SOBRECORRIENTES. • Video Explicativo: • ¿QUÉ SON LAS SOBRECORRIENTES ELÉCTRICAS? TRANSFORMADORES DE POTENCIA. • “Tanto las sobrecorrientes, sobrevoltajes y sobrecargas son siempre asimiladas por las características de diseño del S.E.P. ;si y solo si estas pertenecen al rango de respuesta en estado estable”. • Definir la sobrecarga que, como consecuencia, da como resultado a los sobrevoltajes y sobrecorrientes. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • CONDICIONES ANORMALES DE OPERACIÓN: CIRCUITOS SÚBITAMENTE ABIERTOS SOBREVOLTAJES. VARIACIONES DE FRECUENCIA (0.5%) . SOBRECORRIENTES. PROTECCIONES PRIMARIAS Y/O SECUNDARIAS CON OPERACIÓN EN FALLA 6. SOBRECARGA PROLONGADA Y/O SUPERIOR AL 25% DE TOLERANCIA. 1. 2. 3. 4. 5. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • NOMENCLATURA Y DIAGRAMA TÍPICO DEL ARREGLO DE PROTECCIÓN. • 1) Presentación de los relevadores utilizado en la protección eléctrica de acuerdo a la IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). ANSI / IEEEC37.91 “APLICACIÓN DE RELEVADORES DE PROTECCIÓN EN TRANSFORMADORES DE POTENCIA”. • DIAGRAMA BÁSICO DE PROTECCIÓN DEL TRANSFORMADOR (Relevadores 50, 51, 87-T, 51-G). Diferencial de fase del transformador con restricciones. Sobrecorriente de fase. Protección de bancos de respaldo. Sobrecorriente de tiempo inverso a tierra. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • CLASIFICACIÓN DE LOS TIPOS DE PROTECCIONES. • PROTECCIONES MECÁNICAS. • PROTECCIONES ELÉCTRICAS. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • PROTECCIONES MECÁNICAS. • “Conjunto de contingencias que mediante métodos físicos (especialmente formas dinámicas) permiten prevenir y/o mitigar la condición de falla eléctrica utilizando instrumentos varios que anulen alguna o diferentes etapas por donde se disipa esta”. • 1) Eliminar el medio conductor (abrir la fase). • 2) Aislar el elemento causante del corto-circuito y/o zona dentro del S.E.P. • 3) Disponer la corriente de falla hacia un punto de fuga típicamente acoplado a un sistema de tierras especial. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • LAS PRINCIPALES PROTECCIONES MECÁNICAS SON: • • RELEVADORES DE ACUMULACIÓN DE GASES. Generando Arqueos de Corriente entre los conductores y devanados. RELEVADORES DE PROTECCIÓN POR PRESIÓN INTERNA. Se genera cierta presión interna debido a los embates y gasificación de los fluidos (aceite) refrigerantes estresando así los devanados RELEVADORES DE PROTECCIÓN TÉRMICA. Causada por sobrecarga, sobre-excitación, armónicos y corrientes de C.D. inducidas. Temperatura del punto más caliente (“Hot spot”). Mencionar el “Punto Q” como criterio de funcionamiento. • • • TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • RELEVADORES QUE PERTENECEN A LA PROTECCIÓN ELÉCTRICA. • Relevadores de Voltaje (Sobre/Bajo) • Relevadores Corriente (Sobre/Baja). • Arreglo Diferencial (Acoplos y Pasos de Conexión). TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • PROTECCIÓN ELÉCTRICA. • “Conjunto de contingencias, elementos y dispositivos que son sensibles ante las variaciones de las 2 magnitudes básicas de la componente eléctrica, es decir, voltaje y corriente que garantizan la eficiente desconexión cuando se superen valores normalizados de dichas magnitudes en un tiempo y forma determinados.” TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • LAS PRINCIPALES PROTECCIONES ELÉCTRICAS SON: • RELEVADOR DE CORRIENTE (SOBRE/BAJA). • RELEVADOR DE VOLTAJE (SOBRE/BAJO). • “Ambos tipos se activan cuando se detectan variaciones de la magnitud de referencia superiores/inferiores a las consideradas como nominales”. • ARREGLOS DE FUSIBLES. • Típicamente para equipos Transformadores pequeños con abaja capacidad, es decir, menores a 10 MVA. • Brindan funcionamiento y accionamiento no periódico solo durante el corto-circuito. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • PROTECCIÓN CONTRA SOBRECORRIENTES. • LADO DE ALTA TENSIÓN. • Supresión de corrientes de falla, corrientes del fuga a través de los devanados del transformador. • Protección diferencial de respaldo para fallas en el lado de alta. • Protección de respaldo del sistema. • Protección contra fallas desbalanceadas, engloba los tipos de fallas expuestas anteriormente (monofásicas, bifásicas, trifásicas y trifásicas aterrizadas). TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • PROTECCIÓN CONTRA SOBRECORRIENTES. • Categoría del Transformador ESTRUCTURA DE LA PROTECCIÓN ELÉCTRICA EN LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). Overload Breaker Failure Breaker Failure Overexcitation Phase Fault Phase Fault Ground Fault Underfrequency Undervoltage Open Conductor Ground Fault ELEMENTOS DE LA PROTECCIÓN ELÉCTRICA EN LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • • • • CONDICION DE FALLA (Icc. Interna) Relevadores de Fase: 87HS, 87T Relevadores de tierra: 87HS, 87T, 87GD PROTECCIÓN SECUNDARIA PARA CORTOCIRCUITO EN EL SISTEMA. • FALLAS ENTRE FASES Y FALLAS DE FASES CON RESPECTO A TIERRA. • Relevadores de Buses: 50, 50N, 51, 51N, 46 • Relevadores de Líneas: 50, 50N, 51, 51N, 46 TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • RELEVADORES DE ACCIONAMIENTO PARA CONDICIONES ANÓMALAS. • • • • • Circuitos abiertos : Relevador 46. Sobre excitación: Relevador 24. Bajo voltaje: Relevador 27. Frecuencia Anormal : Relevador 81U. Falla de Interruptor: Relevadores 50BF, 50BF-N. RELEVADORES: CONTENIDO TEÓRICO. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • RELEVADORES QUE PERTENECEN A LA PROTECCIÓN MECÁNICA. • Relevadores “Buchholz”. • Relevadores “Imagen Térmica”. • Relevador “Detector de Gases”. • Relevador “Gas-Combustible”. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • • RELEVADORES DE PROTECCIÓN MECÁNICA. RELEVADOR “DE IMAGEN TÉRMICA/TERMORESISTENCIA”. • “Tipo de protección por relevador que, mediante el principio de la termoresistencia acoplada a un puente de Wheatstone es capaz de detectar las variaciones de temperatura en un punto específico mediante el uso de termómetros acoplados estratégicamente (mayor conducción eléctrica); el comportamiento de la resistencia es directamente proporcional a la temperatura de operación”. COMPORTAMIENTO TÉRMICO. La separación de los interruptores sucede cuando, debido al aumento de la temperatura, las placas contactoras (placas bimetálicas) son obligadas a dilatarse y retirar el potencial establecido generando un medio dieléctrico. COMPORTAMIENTO DE RESISTENCIAS. “La potencia en un arreglo de Wheatstone, en la resistencia compartida, es cero debido al equilibrio de las corrientes, en cuanto se detecta una diferencia considerable de la misma, se activan los interruptores para mitigar el potencial de falla”. • • • • TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO. • Los relevadores térmicos poseen tres biláminas compuestas cada una por dos metales con coeficientes de dilatación muy diferentes unidos mediante laminación y rodeadas de un bobinado de calentamiento. Cada bobinado de calentamiento está conectado en serie a una fase del devanado principal. • La corriente transitante por el transformador mismo calienta los bobinados, haciendo que las biláminas se deformen en mayor o menor grado según la intensidad de dicha corriente. • La deformación de las biláminas provoca a su vez el movimiento giratorio de una leva o de un árbol unido al dispositivo de disparo. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • Si la corriente absorbida por el receptor supera el valor de reglaje del relevador, las biláminas se deformarán lo bastante como para que la pieza a la que están unidas las partes móviles de los contactos se libere del tope de sujeción. • Este movimiento causa la apertura brusca del contacto del relevador intercalado en el circuito de la bobina del contactor y el cierre del contacto de señalización. El rearme no será posible hasta que se enfríen las biláminas. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • RELEVADOR DE IMAGEN TÉRMICA. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • Video Explicativo: • RELEVADOR TÉRMICO. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). RELEVADOR DE PRESION SÚBITA (COMPLEMENTO “BUCHHOLZ”). • Relevador sensible a los cambios de presión debida a vaporización del liquido aislante. • Insensible a los impactos mecánicos y a la vibración, a fallas externas y a la corriente de magnetización (“Inrush Current”). • Se incrementa su uso con el tamaño y costo de los transformadores. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • RELEVADOR DETECTOR DE GASES (COMPLEMENTO “BUCHHOLZ”).. • Detecta la acumulación de gas en transformadores con tanque conservador. • Opera un contacto de alarma. • La tasa de acumulación de gas indica la magnitud de la falla. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • RELEVADOR DE GAS-COMBUSTIBLE. • Relevador especial detecta e indica la presencia de gas combustible del transformador. • El relevador periódicamente toma muestras del gas y las prueba con un detector calentado. • Si los gases combustibles se encuentran en la muestra se encenderán, calentando aun mas el detector que a su vez cambia su resistencia. • El cambio se detecta en un puente y activa un relee de alarma. • Analizando el porcentaje de gases extraños o descompuestos en el transformador se puede determinar si el transformador tiene una falla de bajo nivel, y si así es, se puede saber que tipo de falla ha ocurrido TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • RELEVADOR “BUCHHOLZ”. • “Dispositivo de protección térmica exclusiva de los transformadores cuyo refrigerante en los devanados es el aceite; este cuenta con una reserva llamada “conservador” que le permite controlar el flujo del fluido a través del equipo transformador mismo”. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • FORMAS DE ACCIONAMIENTO: • 1) DETECCIÓN POR DESCOMPOSICIÓN DEL ACEITE. • 2) FLUJO DE ACEITE POR ARQUEO. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • FORMAS DE ACCIONAMIENTO: • 1) DETECCIÓN POR DESCOMPOSICIÓN DEL ACEITE. • El gas producido debido a la degradación del fluido refrigerante se acumula en la parte superior del relevador, forzando al resto del aceite a replegarse al fondo del equipo, esas perturbaciones son detectadas por el “switch” flotante que dispara la señal de accionamiento. • Contiene mercurio el cual actúa por diferencia de densidades para activar el “switch” de liberación de presión ubicado en la parte superior. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • FORMAS DE ACCIONAMIENTO: • 2) FLUJO DE ACEITE POR ARQUEO. • “Sucede cuando un arco eléctrico genera gran calor el cual degrada el aceite generando gases, dichos gases empujan el aceite restante en el tanque “conservador” el cual tiene un “switch” dinámico que reacciona ante el movimiento del aceite, dicho movimiento acciona los interruptores de seguridad asilando el equipo del potencial” TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). •RELEVADOR “BUCHHOLZ”. “Una acumulación de gas de 100 a 200 cm3, operara el contacto de alarma y generará el disparo” TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • Video Explicativo. • Funcionamiento (“English Video/Explanation”). TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • RELEVADORES QUE PERTENECEN A LA PROTECCIÓN ELÉCTRICA. • Relevadores de Voltaje (Sobre/Bajo) • Relevadores Corriente (Sobre/Baja). • Arreglo Diferencial (Acoplos y Pasos de Conexión). TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • RELEVADORES DE VOLTAJE. • “Dispositivo de protección eléctrica cuya magnitud de referencia/accionamiento es el voltaje, solo es sensible a las perturbaciones de este; tiene 2 formas de acoplamiento: • 1) Configuración de Máximo Voltaje. • 2) Configuración de Mínimo Voltaje. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • MÁXIMO VOLTAJE. • “Arreglo que permite ejecutar el accionamiento de la protección cuando la magnitud de voltaje excede el límite de la configuración de control para la cual ha sido programada el equipo”. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • MÍNIMO VOLTAJE. • “Arreglo que permite ejecutar el accionamiento de la protección cuando la magnitud de voltaje es menor al límite de la configuración de control para la cual ha sido programada el equipo”. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • RELEVADOR DE CORRIENTE. • “Dispositivo de protección eléctrica cuya magnitud de accionamiento es la corriente del sistema, solo responde a las perturbaciones que esta sufre; se les conoce de igual forma como “Relevadores de Ampérmetro” y pueden ser dispuestos en las siguientes configuraciones. • 1) Configuración de Máximo Corriente • 2) Configuración de Mínimo Corriente. TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • MÁXIMA CORRIENTE. • “Arreglo que permite ejecutar la protección cuando la corriente del elemento protegido excede un límite previamente especificado/programado y/o fijado en el módulo de control de sensibilidad” TRANSFORMADORES DE POTENCIA (ANÁLISIS CON RELEVADORES). • MÍNIMA CORRIENTE. • “Arreglo que permite ejecutar la protección cuando dicha magnitud es menor a la establecida en los criterios de programación; las bajo-corrientes dañan en sobremanera la carga instalada dependiente.” ARREEGLO DIFERENCIAL EN LA PROTECCIÓN DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA. RELEVADOR DIFERENCIAL 87T. • Definición. • “Arreglo de protección por relevadores que se activa cuando detecta el vector diferencia (magnitud y fase) de dos o más formas de energía similares las cuales exceden un valor predeterminado”. RELEVADOR DIFERENCIAL 87T. • ELEMENTOS RELEVANTES. • Protección del Transformador de Potencia por excelencia, combina eficientemente las características de diseño: sensibilidad, selectividad y rapidez. • Se utiliza básicamente para mitigar aquellas fallas internas: falla entre fases y/o fallas entre fases dispuestas a tierra. • En la práctica, el arreglo de protección se utiliza para Transformadores de Potencia con una capacidad de 5MVA ó superiores. RELEVADOR DIFERENCIAL 87T. • PRINCIPIO DE OPERACIÓN. • “Detecta las diferencias entre la magnitud de referencia reflejada hacia los puntos de entrada y salida del circuito y/o zona protegida” • “Básicamente funciona con el principio del nodo de corrientes, es decir, cuando dichas corrientes son iguales en magnitud y fase pero en sentido contrario la resultante total estará como 0 AMP y la protección no se ejecutará”. RELEVADOR DIFERENCIAL 87T. • CRITERIOS DE OPERACIÓN. • ESTABILIDAD (PROTECCIÓN PASIVA). IEQUILIBRIO = IENTRADA - ISALIDA IENTRADA = - ISALIDA IEQUILIBRIO = 0 AMP RELEVADOR DIFERENCIAL 87T. • CRITERIOS DE OPERACIÓN. • INESTABILIDAD (PROTECCIÓN ACTIVA). IEQUILIBRIO 0 IENTRADA ISALIDA BAJO LA CONDICIÓN DEL CORTO-CIRCUITO, TANTO LA CORRIENTE DE ENTRADA COMO DE SALIDA, DEPENDIENDO DEL PUNTO DE FUGA, PODRÁ SER DE MAGNITUD MÁXIMA EN TANTO QUE LA OTRA SERÁ DE MAGNITUD MÍNIMA. RELEVADOR DIFERENCIAL 87T. • CONSIDERACIONES DE FUNCIONALIDAD. • El arreglo diferencial, debido a su tecnología de construcción, puede detectar variaciones en magnitud y fase par las corrientes de entrada y salida y afectar así la corriente de equilibrio la cual envía la señal a los interruptores para ejecutar la maniobra interruptiva. • La conexión en “Delta-Estrella” (interna) entre el lado de A.T. y B.T. provee de un desfase angular de 30º entre las corrientes actuantes. RELEVADOR DIFERENCIAL 87T. • Compensación de Fase. • Procedimiento cuyo objetivo es anular los 30º de desfase angular para evitar operaciones de protección en falla al igual que disparos innecesarios a partir de las siguientes maniobras: • 1) Conectar los T.C. de la protección diferencial en arreglo “Estrella” en el lado “Delta” del Transformador de Potencia. • 2) Conectar los T.C. de la protección diferencial en arreglo “Delta” en el lado “Estrella” del Transformador de Potencia. • Es decir, invertir las conexiones externas en cada caso. RELEVADOR DIFERENCIAL 87T (IMÁGENES). RELEVADOR DIFERENCIAL 87T (IMÁGENES). SIMULACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE LAS CORRIENTES PARA FALLA INTERNA (PROTECCIÓN ACTIVA). RELEVADOR DIFERENCIAL 87T (IMÁGENES). SIMULACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE LAS CORRIENTES PARA FALLA EXTERNA (PROTECCIÓN PASIVA). RELEVADOR DIFERENCIAL 87T (IMÁGENES). • RELEVADORES TIPO “EJE BALANCEADO”. • “Relevador electromecánico que utiliza contactos del tipo “a” mediante resortes de una baja constante “k” en la que la corriente inducida en la bobina de operación genera un flujo que fácilmente dispone la apertura de la fase a través del brazo móvil”. • Para evitar aperturas innecesarias se les provee de una bobina de reactancia tal que permita una excitación retardada de flujo magnético (modificaciones directas en el órgano de la sensibilidad) . •RELEVADORES TIPO “EJE BALANCEADO”. DIAGRAMA ESTRUCTURAL RELEVADOR DIFERENCIAL 87T. • COMPORTAMIENTO ACTIVO. • Cuando la corriente de equilibrio es diferente de cero (observar el diagrama nodal anterior) se genera una FEM proporcional al cuadrado de las fuerzas magnetomotrices que dispara el momento inicial de torque y activa al relevador analizado. • COMPORTAMIENTO PASIVO. • Sucede cuando la sumatoria vectorial sencillamente es nula, no existe corriente de excitación en la bobina de operación y el relevador se mantiene inactivo. RELEVADOR DIFERENCIAL 87T. • ECUACIONES CARACTERÍSTICAS DEL RELEVADOR DE EJE BALANCEADO. • La condición para la operación del relevador es: Nr Nr 2 ( N0 IC ) ( Ia Ib ) 2 2 2 RELEVADOR DIFERENCIAL 87T. • ECUACIONES CARACTERÍSTICAS DEL RELEVADOR DE EJE BALANCEADO. • EN DONDE: • Nr = Número de espiras de la bobina de restricción. • N0= Número de espiras de la bobina de operación RELEVADOR DIFERENCIAL 87T. • ECUACIONES CARACTERÍSTICAS DEL RELEVADOR DE EJE BALANCEADO. • La constante “Ke” es un argumento en donde se relacionan el número de espiras de la bobina de operación y restricción bajo las condiciones siguientes: 0 Ke1 Nr Ke N0 RELEVADOR DIFERENCIAL 87T. • RELEVADOR DE EJE BALANCEADO. • Utilizando la constante “Ke” acoplada a la ecuación anterior podemos definir un nuevo par de ecuaciones que definen la zona de operación del relevador estudiado. 2 Ke Ia Ib 2 Ke 2 Ke Ib Ia 2 Ke RELEVADOR DE “BRAZO MÓVIL”. ZONAS DE OPERACIÓN UTILIZANDO LA CONSTANTE “Ke”. RELEVADOR DIFERENCIAL 87T. • ELEMENTOS RELEVANTES. • Se disponen de 3 relevadores por fase para efectuar las maniobras de desconexión. • El arreglo diferencial no presenta sensibilidad cuando la falla acontece fuera de su zona de protección, esto es debido al arreglo de conexiones en los extremos de los transformadores de corriente. • El accionamiento de los interruptores sucede cuando la “Bobina de Operación” es excitada debido a la corriente resultante del desequilibrio provocado por la falla eléctrica (“Diferencia Vectorial”). PASOS PARA LA CONEXIÓN DEL ARREGLO DIFERENCIAL. ARREGLO DIFERENCIAL. • 1. 2. 3. 4. REQUISITOS BÁSICOS PARA LA CONEXIÓN DIFERENCIAL. El arreglo no debe funcionar para fallas y/o cargas externas. El arreglo funcionará para fallas internas cuya magnitud y fase sean severas. Realizar primeramente las conexiones que no disparen la protección diferencial. Realizar en segundo orden aquellas configuraciones que permitan disparar la protección para fallas internas ARREGLO DIFERENCIAL. • 1) Respetar el orden de las conexiones a fin de evitar operaciones en falla y/o respuestas ante fallas externas a la zona protegida. • 2) Acorde al punto anterior, conectar los T.C. en arreglo “Estrella” en el lado “Delta” del T.P. protegido. • 3) Conectar los T.C. en arreglo “Delta” en el lado “Estrella del T.P. protegido”. ARREGLO DIFERENCIAL. • PRIMERA ETAPA. • 4) Suponer de forma arbitraria las corrientes que fluyen en los arrollamientos del T.P. en la dirección deseada. • 5) Observar si el flujo de corriente satisface las marcas de polaridad para las que dichas corrientes fluyen en direcciones opuestas en arrollamientos del mismo núcleo. • 6) Establecer que el conjunto de devanados tengan el mismo número de espiras con calibres idénticos, con esto, se asegura tener magnitudes de corriente prácticamente similares. • 7) La fuerza magnetizante “Inrush Current” afectará por igual a los devanados, sin embargo, en la sensibilidad se debe de ajustar para soportar su forma transitoria. (8 a 10 veces la magnitud máxima de referencia durante la energización). ESTRELLA T.C. DELTA T.P. ESTRELLA T.P. DELTA T.C. ARREGLO DIFERENCIAL. • SEGUNDA ETAPA. • 8) Observar que las corrientes que fluyen en el T.P. (terminales) y los primarios de los T.C. no generan un disparo ya que dichas corrientes nunca fluyen por el “GND” del neutro del arrollamiento en “Estrella”. • 9) La sumatoria vectorial de las corrientes en las fases es igual a cero. SE ESTABLECE QUE NO EXISTE CORRIENTE EN LOS NEUTROS DE LOS ARROLLAMIENTOS EN ESTRELLA ARREGLO DIFERENCIAL. • TERCERA ETAPA. • 10) Conectar los conjunto de los T.C. en arreglos “Estrella” ó “Delta” acorde a la regla principal de inversión. • 11) Conectar de forma individual, sin carga y/o energización cada uno de los subconjuntos de T.C.; uno a la vez, respetando siempre el orden y reglas de inversión • 12) Realizar las conexiones de tal forma que las corrientes secundarias circulen entre los T.C. (secundarios) de manera tal como lo haría una falla externa, anulando cualquier disparo en falla posible. NODOS CONCLUSIONES GLOBALES • El Relevador “Buchholz” es una efectiva herramienta mecánica para detectar la falla, lo cual le hace apreciable en especial para detectar las perturbaciones en conexiones trifásicas (degradación del aceite). CONCLUSIONES GLOBALES • “Los arreglos en “Estrella – Delta” anulan la posibilidad de que, ante la manifestación de una falla eléctrica externa, las componentes de secuencia cero disparen las protecciones.” • El Relevador Diferencial no admitirá la secuencia cero externa, sin embargo, puede operar de forma accidental al detectar una falla monofásica a tierra en el T.P.; es decir, se activará ante las componentes de secuencia positiva y negativa. BIBLIOGRAFÍAS MEDULARES PARA LA INVESTIGACIÓN. • “Fundamentos de Protección de Sistemas Eléctricos de Potencia”. • Autor: Gilberto Enríquez Hárper. • Editorial. “LIMUSA-Noriega Editores” • Edición: Segunda. • • • • “El Arte y la Ciencia de la Protección por Relevadores”. Autor: C. Russel Mason. Editorial: Continental. Edición: Doceava. 1986. BIBLIOGRAFÍAS MEDULARES PARA LA INVESTIGACIÓN. • “Protección de Sistemas Eléctricos de Potencia”. • Autor: Ing. Margil S. Ramírez Alanis, M. Sc. • Dependencia: Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultas de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. • Año: Julio 2005. BIBLIOGRAFÍAS MEDULARES PARA LA INVESTIGACIÓN. • Recursos Virtuales/Direcciones Electrónicas. • Tesis: “Protección de Sistemas Eléctricos”. • Autor: Samuel Ramírez Castaño. • Edición: Primera. • Dependencia: Universidad Nacional de Colombia Manizales.
