Protecciones de Transformadores: Diseño de Líneas y Subestaciones

Apunte de Diseño de Líneas y ET
PROTECCIONES DE TRANSFORMADORES
Las fallas en los transformadores de potencia se pueden casificar en
Las fallas en los transformadores pueden generarse dentro de el (en el exterior o en la cuba)
como por perturbaciones originadas en componentes de la red o en la operación de la misma.
Otra casificacion es
La mayor parte de las fallas de desarrollo violento se producen por problemas de aislación en
los bobinados y deben provocar un accionamiento inmediato de las protecciones, para evitar a
propagación del dano. Si su duración es extensiva se llega a la destrucción de la maquina. Si la
potencia de la misma es suficiente puede causar perdidas de estabilidad en la red.
1
Apunte de Diseño de Líneas y ET
Protecciones contra Fallas de los transformadores
1- Relé de Buchholz
Cualquier anomalía magnética o eléctrica que se presenta en el interior de un transformador
da origen a calentamientos locales que descomponen el aceite o dan lugar a la combustión de
los aislantes, originándose un desprendimiento más o menos importante de gas. El primer
objeto del relé de Buchholtz es detectar este desprendimiento.
Puede también llegar a detectarse en el relé gases no combustibles, no originados por
anomalía eléctrica ó magnética, por ejemplo, aire aspirado por la bomba de circulación, o
procedente de una bolsa de aire no eliminada a poner en servicio el transformador.
El segundo objeto del relé de Buchholtz es la detección de un descenso anormal del nivel de
aceite considerado admisible para el buen funcionamiento del transformador.
Las fallas que detecta el relé son
-
Cortocircuitos entre espiras
Cortocircuitos entre arrollamientos y el núcleo\
2
Apunte de Diseño de Líneas y ET
-
Interrupción de una fase
Sobrecargas
Perdidas de aceite.
El relé está previsto para ser intercalado en la tubería que une la parte más alta de la cuba del
transformador y el depósito de expansión.
El mecanismo introducido en una caja estanca, se compone de dos flotadores FA y FD que
pueden girar en torno a sus respectivos ejes, basculando de este modo dos contactos de
mercurio situados en las ampollas adosadas a cada flotador.
Cada uno de estos contactos cierra su correspondiente circuito (de alarma el flotador superior
FA, y de disparo y bloqueo de disyuntores el inferior FD.). El descenso del flotador de alarma
FA, puede ser visualizado por una mirilla transparente, situada en un lateral del relé.
Casos en que actúa el relé Buchholtz.
Si como consecuencia de las causas que citamos anteriormente, se produce un
desprendimiento de gases en el interior del transformador, estos ascienden hasta el interior del
relé por una tubería de unión entre éste y la cuba, ocupando un cierto volumen y como
consecuencia, desplazando el aceite situado en el interior del relé.
a) Al producirse un defecto poco importante, si las emanaciones de gas son suficientes para
hacer descender el nivel de aceite hasta NA, se produce una rotación alrededor de su eje
del flotador FA, que accionará el contacto correspondiente al circuito de alarma, mientras
el flotador FD no acusa movimiento ninguno.
b) Producido un defecto importante, se origina una violenta emanación de gas, que provoca
un desplazamiento del aceite de la cuba al depósito de expansión; antes de que los gases
lleguen al relé, haciendo, por efecto del impulso producido por el aceite, girar en torno a
su eje del flotador FD, y provocando el cierre del contacto de disparo, que excita un relé
auxiliar, dando lugar al desenganche de la máquina por medio de sus disyuntores y el
bloqueo de estos con la correspondiente alarma. El contacto del flotador FD también se
cierra si el volumen de los gases que ascienden al relé, hace descender el nivel de aceite
en él a ND.
c) Si el nivel de aceite, bien por una contracción brusca, por una fuga, o por un cierre
anormal de la válvula automática de retención de aceite VR, desciende en el relé, se
origina el descenso del flotador FA, o FA y FD, según sea el nivel alcanzado por NA o ND,
produciéndose la alarma o, el disparo y bloqueo de los disyuntores.
3
Apunte de Diseño de Líneas y ET
4
Para determinar si los gases detectados son o no combustibles, en caso de alarma o disparo
por relé de Buchholtz en un transformador, se procede a hacer barbotear los gases contenidos
en el relé en un recipiente con solución de nitrado de plata al 10% de concentración. Si en la
solución se origina un precipitado de color lechoso, esto indica que se ha producido una
combustión del aceite o de los aislantes del interior del transformador y por lo tanto, este no
podrá ser puesto de nuevo en servicio por existir indicios de una avería interna.
los contactos NA y ND son contactos eléctricos auxiliares que corresponden a los flotadores
FA y FD y se utilizan para generar señales de alarma y disparo, respectivamente.
Sigla Significado
Estado habitual
Función asociada
Normalmente
Abierto
Abierto en
condiciones
normales
Se cierra cuando se activa el flotador de alarma (FA).
Normalmente
ND
Cerrado
Cerrado en
condiciones
normales
Se abre cuando se activa el flotador de disparo (FD), o también puede
verse como un NA que se cierra para enviar la señal de disparo (depende
del fabricante).
NA
Situación
Flotador que actúa Contacto activado Actuación
Falla leve (gas lento)
FA
NA (alarma)
Solo señal de alarma
Falla grave (flujo fuerte) F9D
ND (disparo)
Disparo del trafo y bloqueo
Pérdida de nivel
NA o ND
Alarma o disparo según nivel
FA o FA+FD
2- RELÉ DE JANSEN (Relé de Flujo)
Las anomalías que se presentan en el interior de un regulador de carga, como pueden ser
-
la ruptura de las resistencias de conmutación
no quedar en posición correcta el regulador, contactos en condiciones deficientes,
etc.,
dan lugar a calentamientos locales que descomponen el aceite u originan la combustión de
los dieléctricos, produciéndose un brusco desprendimiento de gases, que originan un
desplazamiento del aceite contenido en la caja del regulador hacia el depósito de
expansión.
El objeto del relé de Jansen es detectar las anomalías producidas en regulador en carga,
dejando bloqueada la actuación del mismo, originando el desenganche de la maquina y
bloqueo de sus disyuntores con la correspondiente alarma.
Descripción del funcionamiento del circuito eléctrico auxiliar.
Apunte de Diseño de Líneas y ET
Cuando como consecuencia de una falla interna en la cuba del regulador bajo carga se
producen reflujos anormales de aceite desde esta en dirección al tanque de expansión, de un
volumen tal que no pueden pasar por el orificio de la clapeta, se produce el desplazamiento de
aquella, provocando el cierre de un interruptor asociado, que envía la señal de desenganche
El contacto situado en el interior del relé, cierra el circuito de activación de un relé auxiliar,
produciendo el desenganche de la máquina mediante la apertura de sus disyuntores, el
bloqueo de los mismos y de la regulación en carga, con la correspondiente alarma.
Para la normalización del transformador se requiere primero la reposición del relé de Jansen
mediante el pulsador situado en el, reponiendo a continuación el relé auxiliar de Jansen
mediante el pulsador que se encuentra en el panel correspondiente. En todos los casos para la
normalización del transformador si ha actuado el relé de Jansen, se seguirá la instrucción de
maniobra para actuación del relé de Jansen de un transformador o autotransformador, que
pueda encontrarse en el reglamento de autoservicio de la instalación.
3. PROTECCIÓN DE TRANSFORMADORES POR RELÉ DE SOBREINTENSIDAD DE CUBA.
Cuando existe un defecto de aislamiento entre las partes activas del transformador y la cuba, si
se encuentra esta conectada a tierra, se produce una descarga eléctrica entre la parte con
defecto de aislamiento y la cuba del transformador.
Como la cuba debe estar siempre conectada a una tierra franca mediante un conductor, para la
protección del personal, aislándola de otro posible contacto con tierra que no sea el conductor
de puesta atierra, cualquier intensidad de descarga a la cuba del transformador tendrá que
pasar forzosamente por este, por tanto, si hacemos pasar el conductor de puesta a tierra por
un transformador de intensidad toroidal, la intensidad que recorra el conductor, generara una
intensidad inducida en el transformador toroidal, que podremos utilizar para excitar un relé de
sobreintensidad instantánea.
Este relé a su vez por medio de un contacto excitará un relé auxiliar, que provoca el disparo y
bloqueo de los disyuntores necesarios para aislar el transformador (disyuntor en alta y baja
generalmente).
Para la puesta en servicio del transformador después de un disparo por rele de cuba, será
preciso reponer previamente el relé auxiliar de cuba que es el que realmente dispara y bloquea
el cierre de los disyuntores.
Hay que hacer notar que una descarga de borna a cuba del transformador, producirá la
actuación del relé de cuba sin que exista una avería interna del transformador. Así mismo si no
se ha tomado la precaución de hacer pasar por el transformador toroidal el cable de
alimentación a ventiladores, bombas de circulación de aceite, regulación en carga o cualquier
5
Apunte de Diseño de Líneas y ET
otro elemento auxiliar del transformador, la derivación a la cuba de uno de estos cables de
alimentación, provocará un disparo indebido.
Significa que:
•
Existen equipos auxiliares del transformador (como bombas, ventiladores, o el
sistema de regulación de tensión en carga) que tienen sus propios cables eléctricos.
•
Si alguno de estos cables sufre un defecto de aislamiento (por ejemplo, una fuga o
cortocircuito que toca la cuba metálica), se generará una corriente hacia tierra a través
de la cuba del transformador.
•
Si esos cables NO están pasados por el toroide, esa corriente sí va a atravesar el
toroide, como si fuera una verdadera falla del transformador, aunque el problema
esté solo en un cable auxiliar.
Resultado: El relé de sobreintensidad de cuba se dispara, cortando el transformador, aunque
no haya falla interna real.
Protección de Falla a tierra restringida o protección de tierra restringida
Las protecciones de sobrecorriente no proporcionan adecuada protección a los
bobinados del transformador en todos los casos. Particularmente con bobinados en
estrella con neutro a tierra
Se mejora mucho la protección aplicando la tierra restringida que Es una protección de
tipo diferencial, diseñada solo para detectar fallas a tierra dentro del transformador,
excluyendo fallas externas. Se le llama "restringida" porque su zona de cobertura está
limitada al tramo del devanado entre el punto de conexión a tierra y el lugar donde se
instalan los transformadores de corriente (TI). detecta corrientes de falla a tierra dentro
de la zona limitada, especialmente fallas entre los devanados y tierra, como las que
podrían darse entre una bobina y la cuba metálica.
Ambos arrollamientos pueden protegerse por separado.
6
Apunte de Diseño de Líneas y ET
7
Se basa en el principio de Kirchhoff: la suma de corrientes que entran y salen de un
nodo cerrado es cero, salvo que haya una corriente de fuga (una falla).
Esquema típico:
•
Se colocan TI en cada extremo del devanado (fase y neutro).
•
Se mide la corriente de desequilibrio entre lo que entra por las fases y lo que
retorna por el neutro.
•
Si hay una falla a tierra dentro del área protegida, aparece una corriente de
diferencia que activa el relé.
El sistema es operativo para la zona delimitada entre los dos TI y permarecera estable
para fallas fuera de esa zona
Ventajas
• Muy sensible a corrientes de falla muy bajas
(de pocos amperes).
• Permite disparo rápido ante fallas a tierra
internas.
• Menos afectado por corrientes de inrush o
saturaciones de TI que el 87T.
Limitaciones
• Solo protege fallas a tierra (no entre fases).
• Su cobertura está restringida al tramo entre el
neutro y los TI.
• No detecta fallas fuera de ese tramo, aunque
sean a tierra.
La protección de falla a tierra a bobinados conectados en triángulo o en estrella sin
conexión a tierra es inherentemente restringida, ya que no hay componentes de
secuencia cero que puedan ser transformadas a los arrollamientos a través del
transformador."
Apunte de Diseño de Líneas y ET
Esto se refiere a lo siguiente:
Las fallas a tierra puras generan corrientes de secuencia cero (corriente que circula
igual por las tres fases). Para que una protección de tierra detecte esa corriente, debe
haber un camino para que la corriente de secuencia cero circule por el transformador y
sea medida.
Pero si el devanado está:
Conectado en triángulo (Δ): no hay conexión directa a tierra → la corriente de
secuencia cero no tiene por dónde circular.
Conectado en estrella (Y) pero sin el neutro aterrizado: lo mismo, no hay camino para
que la corriente de secuencia cero fluya hacia o desde tierra.
Por eso no se puede detectar una falla a tierra con una protección convencional de
sobrecorriente o tierra en estos casos.
4. PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE TRANSFORMADORES
La protección mas importante de grandes transformadores es la diferencial es de
selectividad absoluta. Es una protección instantánea del tipo primario y debe
completarse con un respaldo.
La protección diferencial tiene por objeto la detección de cualquier tipo de falta eléctrica
interna en el transformador, así como de las externas, que se encuentren dentro de la zona
abarcada por la protección, es decir, dentro de la zona comprendida entre los transformadores
de intensidad del lado primario y del secundario del transformador, que alimenta a los relés
diferenciales.
A título de ejemplo podemos citar los siguientes casos:
-
Faltas internas Derivación a masa, corto entre espiras, etc.
Faltas externas Cortocircuito entre bornas del transformador, cortocircuito entre
bornas y masa, etc.
Es evidente que algunos de los aspectos abarcados por la protección diferencial, se encuentran
ya cubiertos por la protección de Buchholtz. A pesar de ello, la protección diferencial es de
actuación mucho más sensible y cubre ciertas faltas externas graves, que no serian detectadas
por el relé de Buchholtz, de aquí su utilización conjuntamente con esta protección.
Consideremos primeramente el funcionamiento de un relé diferencial elemental. El relé
diferencial se encuentra conectado a dos transformadores de intensidad de adecuada relación
de transformación, recibiendo por tanto las intensidades de ambos transformadores, de tal
modo que por el relé pasará una intensidad: ID = I1 - I2 , por lo tanto si I 1 = I2 la intensidad
diferencial de ambas ID será igual a cero. En este caso el relé diferencial no se verá excitado y
no actuará, pero para todo valor de I1 distinto de I2 : circulará por el relé diferencial una
corriente I D que será capaz de excitarlo, es decir, que si existe una diferencia entre las
corrientes secundarias de los transformadores de intensidad originada por un defecto dentro
de la zona protegida, y como consecuencia, el relé diferencial la acusará.
8
Apunte de Diseño de Líneas y ET
Supongamos el caso de una falta externa a la zona protegida, entonces las corrientes
secundarias que son sensiblemente iguales, circularán entre los transformadores (como se
indica por la flecha) , y no pasará corriente por el relé diferencial, por tanto este no actuará.
Consideremos ahora el caso de una falta dentro de la zona de protección, las corrientes
acudirán de ambos lados, al punto de la falta, y por tanto la suma de las corrientes en los
secundarios de los transformadores de intensidad fluirá por el relé diferencial, haciéndolo
actuar.
Evidentemente no es necesario que la corriente fluya de ambos lados hacia la falta, puesto
que, si tenemos el elemento suministrador de energía a un solo lado, la corriente acudirá
desde lado a la falta, y existirá una diferencia entre las corrientes de entrada y salida que se
manifestará como consecuencia, por una diferencia en las corrientes secundarias de ambos
transformadores de intensidad y, circulará por el relé diferencial, haciéndolo actuar.
Frenado por armónicos. Como decíamos anteriormente al aplicar tensión a uno de los lados
del transformador de potencia, mientras el otro lado permanece desconectado de la tensión,
se produce una fuerte corriente de conexión transitoria en el devanado del lado en conexión.
Esta corriente en armónicos, no es puramente senoidal, por tanto podemos valernos de estas
armónicas que caracterizan a la corriente de conexión, para por medio de un filtrado adecuado
extraerlas de la corriente total de conexión y aplicarlas a una bobina de retención, que creará
un par de frenado opuesto al par de actuación, impidiendo que el relé diferencial actúe
incorrectamente en el momento de conectar el transformador.
Problema: Corriente de magnetización en la conexión
Cuando conectás un transformador (es decir, lo energizás), especialmente si está vacío del lado
secundario, se genera una corriente muy alta llamada corriente de magnetización.
•
Esta corriente no representa una falla, pero sí genera un desbalance entre la corriente
que entra y la que “sale”, que puede hacer que el relé diferencial piense que hay un
defecto interno.
•
Además, esta corriente no es senoidal pura, sino que tiene una alta cantidad de
armónicos, especialmente el segundo armónico (frecuencia 100 Hz si el sistema es de
50 Hz).
Solución: Frenado por armónicos
La idea es evitar disparos innecesarios durante el arranque del transformador (cuando aparece
esa corriente de magnetización con armónicos).
¿Cómo funciona?
Se mide la corriente diferencial total, como siempre: Se filtran los armónicos (especialmente
el 2º armónico), que están presentes en la magnetización pero no en una falla real.
Si el contenido de segundo armónico supera un cierto porcentaje de la corriente total (por
ejemplo, 15%), el relé “entiende” que se trata de una corriente de magnetización y no actúa.
9
Apunte de Diseño de Líneas y ET
Se genera un par de frenado, es decir, se inhibe la actuación del relé en ese momento.No es un
par mecánico. Se refiere al principio interno del relé electromecánico (en los modelos antiguos)
donde la corriente diferencial genera una fuerza (o “par”) que hace que el relé dispare.
Si se detecta suficiente contenido armónico, se genera una fuerza opuesta que "frena" el relé, y
no lo deja disparar.
En relés digitales o numéricos, este “par de frenado” se implementa lógicamente como un
bloqueo de disparo automático basado en los análisis armónicos.
¿Qué se logra?
•
Evitar disparos falsos durante la conexión inicial del transformador.
•
La protección solo actúa ante verdaderas fallas internas (donde no hay contenido
armónico elevado, sino un salto brusco en corriente diferencial).
1. PROTECCIÓN DE ALTA TEMPERATURA EN TRANSFORMADORES
Los transformadores como toda máquina son tanto más rentables económicamente, cuanto
menor sea el número de averías que afecten a su tiempo de utilización. La vida media de los
transformadores está determinada fundamentalmente por la duración del aislamiento en sus
devanados. En su mayoría, los aislantes se deterioran rápidamente si su temperatura
sobrepasa reiteradamente el límite admisible, por ello es necesario proteger el transformador
contra sobrecalentamientos excesivos de sus conductores, utilizándose como medios más
comunes a este fin, los a continuación citados:
Refrigeración natural y forzada
Termostatos de alarma y disparo por alta temperatura.
Dispositivo de imagen térmica.
Refrigeraciones natural y forzada.
Los transformadores de potencia tienen su parte activa alojada en una cuba y sumergida en un
fluido (aceite o piraleno. Este último en desuso, debido a su alto poder contaminante), que
además de contribuir a un mejor aislamiento eléctrico, tienen la función de evacuar el calor
generado por las pérdidas en el interior de transformador a los radiadores destinados a
disiparlo en la atmósfera. Según el modo de emplear el aire y fluido refrigerante, se pueden
distinguir dos sistemas de refrigeración (con posterioridad hablaremos más extensamente
sobre sistemas de refrigeración y aceites):
Refrigeración natural. Durante el funcionamiento en refrigeración natural, se origina un
desplazamiento del aceite por termosifón, debido a las diferencias de temperatura del fluido
en las partes superior e inferior de la cuba, esta diferencia aproximadamente de unos 12ºC,
mantienen un flujo continuo de fluido en el núcleo magnético y superficie de las bobinas,
arrastrando el calor producido en su interior a los radiadores de refrigeración y transmitiéndolo
de estos a atmósfera.
10
Apunte de Diseño de Líneas y ET
Refrigeración forzada. Si tenemos en cuenta que una de las principales limitaciones en cuanto
a potencia de los transformadores, es la originada por el calentamiento de los aislantes y
partes activas, podemos mejorar la refrigeración, bien activando la circulación del fluido
refrigerante por medio de bombas, bien forzando con ventiladores la circulación de aire frío a
través de los radiadores, o ambas cosas a un mismo tiempo. Obtendremos por este medio un
considerable aumento de la potencia nominal del transformador
Supongamos que el transformador tiene para las condiciones de refrigeración natural una
potencia aparente nominal de 40 MVA y asignemos a esa potencia el valor de 100% . Los
incrementos de potencia en los distintos regímenes serán:
- Con aceite normal aire forzado (ONAF) de 40 MVA a 53 MVA que supone un 133% del
nominal. –
Con aceite y aire forzado (OFAF) de 40 MVA a 67 MVA , que supone un 167% del nominal.
Para la puesta en marcha automática del sistema de refrigeración forzada se dispone de
termostatos (también pueden ser unos termómetros dotados de contactos) adosados en la
tapa superior de la cuba del transformador, que detectan la temperatura en la capa alta de
aceite. Por medio de estos termostatos (termómetros), se ordena escalonadamente el
arranque o parada de los ventiladores y bombas de circulación, según sea el nivel de
temperatura alcanzado en el fluido refrigerante. Los grupos de ventiladores arrancan sobre
60ºC parando sobre 55ºC y las motobombas arrancan sobre 70ºC y paran sobre 60ºC.
Termostatos de alarma y disparo por alta temperatura.
Si el transformador es sometido a fuertes sobrecargas durante tiempo prolongado, no
actuando por fallo o resultado insuficientes para evacuar la cantidad de calor producido por los
sistemas de refrigeración natural o forzada, se producirá un calentamiento excesivo, tanto del
fluido refrigerante, como de los conductores, que puede dar lugar a un deterioro de los
aislamientos y del fluido, originando una avería grave.
Para la detección de sobrecalentamientos en el fluido refrigerante del transformador, se
disponen adosados a la tapa superior de la cuba, dos termostatos tipo sonda . Los termostatos
detectan la temperatura en la capa superior del fluido (es la parte más caliente del fluido)
estando tarados, de modo que cierran sus contactos uno entre 70-80 ºC accionando una señal
de alarma, y el otro entre 90-95 ºC, que excita a un relé auxiliar de disparo por alta
temperatura, provocando el disparo de los disyuntores necesarios para aislar el transformador.
Hay que tener en cuenta que la actuación de esta protección puede estar originada por un fallo
en la puesta en marcha automática de la refrigeración forzada, en este caso se intentará la
puesta en marcha en MANUAL de estos sistemas. Además es recomendable verificar que la
actuación de la protección es correcta mediante el termómetro/s adosados al exterior del
transformador.
El instrumento dispone de dispositivo antivibratorio y de 4 contactos, 2 para la refrigeración
(arranque-paro), 1 de alarma y 1 de disparo.
11
Apunte de Diseño de Líneas y ET
Protección de imagen térmica
En los transformadores es de gran importancia la temperatura en el cobre, puesto que
la vida de estos depende en gran manera de los sobrecalentamientos en la parte activa
Para evitar el problema que representa la toma directa de la temperatura en el cobre
se ideo el dispositivo de imagen térmica, que hace posible obtener una reproducción
en imagen de las mismas condiciones de temperatura que en el interior de
transformador.
Cumple las funciones de protección y medición.
Protege al transformador contra sobreelevaciones de la temperatura en los
arrollamientos, que originan calentamientos inadmisibles en los mismos, midiendo la
temperatura en el punto más caliente del arrollamiento del transformador, según el
nivel de carga del mismo.
De acuerdo a la magnitud del mismo envía la señal de alama o desenganche.
El indicador posee un bulbo sensible (zonda) ubicado en un recipiente con aceite en la
tapa del transformador, sensando la temperatura en la capa superior del aceite. Este
bulbo se vincula al instrumento por un capilar flexible conectado a un fuelle que
conforma el dispositivo de medición, el cual está lleno con un líquido cuyo volumen
cambia con la temperatura
Dentro del instrumento se dispone de una resistencia calefactora alimentada con una
corriente proporcional a la carga del transformador, tomada de un transformador de
corriente intercalado en el circuito de la corriente principal del transformador. De este
modo, el incremento de la temperatura de la resistencia calefactora, es proporcional a
la elevación de la temperatura del arrollamiento respecto de la temperatura de la capa
superior del aceite.
Los efectos de la temperatura de la
12
Apunte de Diseño de Líneas y ET
resistencia calefactora (producto del aumento de temperatura del arrollamiento) y la
temperatura de la capa superior del aceite, interactúan sobre el dispositivo de
medición, cuyo movimiento es transmitido a la aguja indicadora, y a un eje que actúa
sobre un juego de microcontactos, cada uno de los cuales puede ser ajustado en forma
independiente a la temperatura deseada. De esta forma el instrumento indica la
temperatura en el punto más caliente del arrollamiento. medirá una temperatura que
será suma de la generada por el nivel calórico del aceite, más el aportado por la
resistencia de caldeo.
Obteniendo una medición de la temperatura “real” del arrollamiento del
transformador bajo cualquier condición de carga y temperatura, se pueden ajustar los
microcontactos de que dispone el instrumento para el arranque y parada de los
electroventiladores, así como para dar señal de alarma y desenganche de acuerdo a
parámetros prefijados.
El relé de imagen térmica, entonces, dispondrá de dispositivo antivibratorio y de 4
contactos,
-
1 para la refrigeración (arranque)
1 de alarma
2 de disparo.
La escala del termómetro deberá cubrir un margen de temperatura de 0º a 150º C, y se
incluirá en su suministro y montaje los equipos auxiliares necesarios, tales como un
transformador de intensidad en bushing de BT (borna central), resistencias, sondas
Pt100, etc. (2V, ZTF). La relación de transformación y clase de precisión y potencias
serán adecuadas para su uso,
Liberador de sobrepresión interna
13
Apunte de Diseño de Líneas y ET
Dispositivo mecánico de protección contra sobrepresión con salida de descarga
direccional integrada. Protege al transformador ante sobrepresiones producidas en el
interior del transformador, originadas en fallas internas.
Su principio de funcionamiento es el de una válvula de resorte provista de un sistema
de ampliación de fuerzas y un disco de cierre. Su actuación se produce cuando una
presión proveniente del interior del tanque principal actúa sobre la superficie de un
disco de cierre, excediendo la contrapresión de apertura de los resortes.
En estas condiciones la sobrepresión interna es reducida rápidamente a valores
normales como consecuencia del escape de aceite por la válvula, y los resortes
reacomodan el disco de cierre nuevamente en su posición de reposo, cerrando
nuevamente la válvula y obturando la salida de aceite al exterior.
Su actuación provoca la desconexión inmediata del transformador, pues el
desplazamiento vertical del disco produce el cierre de un microcontacto de posición,
enviando señal de desenganche. Requiere tubería opcional de canalización de aceite
(en inoxidable) hacia el foso del transformador para el caso de actuación de la válvula
Tipo de fallas que provocan aumento de presión
1. Falla entre espiras (cortocircuito interno)
•
Una falla entre espiras en el devanado genera una corriente muy elevada, que produce
un aumento brusco de temperatura.
•
El calor descompone el aceite dieléctrico generando gases y vapor, lo que aumenta la
presión dentro del tanque del transformador.
2. Falla a tierra entre devanado y la cuba
•
Similar al caso anterior, pero la descarga va desde un conductor activo hacia la
estructura metálica (cuba).
•
Puede generar una descarga de arco eléctrico en el aceite, provocando la formación
de burbujas de gas y vapor, aumentando bruscamente la presión.
3. Falla entre fases
•
Es una de las fallas más violentas dentro del transformador.
•
Genera un arco interno sostenido, elevando la temperatura y presión en fracciones de
segundo.
4. Descargas parciales persistentes o defectos de aislamiento
•
Si hay defectos en el aislamiento (por ejemplo, por humedad o envejecimiento),
pueden producirse descargas parciales, que calientan el aceite localmente.
•
Aunque más lentas, también contribuyen a descomposición térmica del aceite y
aumento de gases y presión.
5. Sobreexcitación o corrientes de magnetización excesivas
•
No generan tanto calor como las fallas anteriores, pero si se prolongan, pueden
calentar el núcleo y el aceite, especialmente en zonas mal refrigeradas.
14
Apunte de Diseño de Líneas y ET
Válvula automática de retención
Protege contra el descenso brusco del nivel de aceite, riesgosos para la seguridad de la
máquina, normalmente originados en rotura de componentes externos (caso de
aisladores pasatapas, sellos, etc.), operando ante pérdidas súbitas de aceite en la cuba,
que requieran el cierre inmediato del paso de aceite para evitar el vaciado del aceite
del tanque de expansión.
La válvula automática de retención, se monta en la cañería de alimentación de aceite
entre ambos tanques (cuba y tanque de expansión) normalmente donde se ubica el
relé Buchholz.
Tan pronto como la válvula de cierre del tanque de expansión detecta un flujo elevado
anormal de aceite, se cierra de forma rápida y efectiva. Si esta activación es causada
por una explosión del tanque del transformador, la válvula de cierre del tanque de
expansión evita que el aceite contenido en el tanque de expansión se derrame en el
tanque (cuba) transformador o en el suelo que rodea al transformador, pudiendo
además enviar señal de desenganche.
Dispondrá de 2 contactos de disparo.
15
Apunte de Diseño de Líneas y ET
TRANSFORMADORES DE MEDIDA
son los elementos que permiten obtener información acerca de las condiciones de operación
de un sistema de potencia, en la forma de señales secundarias de corriente o de tensión
proporcionales a las magnitudes primaria
Los transformadores de medida cumplen con varios objetivos:
Aislarse del circuito de Alta Tensión: Puesto que no existen ni serían prácticos instrumentos
para conexión directa a la alta tensión, se usan transformadores que cumplen con la función de
entregar corrientes o voltajes en baja tensión con el objeto de proteger tanto a las personas
que los operan como a los instrumentos.
Disponer de magnitudes normalizadas: Los secundarios de los transformadores de medida
entregan valores normalizados de modo de facilitar la utilización de instrumentos u otros
dispositivos que por tener un bajo nivel de aislamiento resultan pequeños y económicos.
Efectuar medidas a distancia: Al disminuir los niveles de las magnitudes a medir y al estar
aislados de la alta tensión, se hace posible instalar los elementos de medida y protección a
distancias más o menos alejadas del punto de ubicación para de esta forma se evitar la
influencia de los campos magnéticos exteriores en el funcionamiento de los aparatos de
medida. Sin embargo, esta distancia no puede ser mayor de unos 100 a 150 mts, puesto que
los conductores comienzan a ser una carga apreciable que compromete la exactitud de las
medidas. Con la aparición de los relés de estado sólido y de los transductores electrónicos de
medida, las distancias mencionadas han podido superarse largamente.
Realizar aplicaciones en protecciones y medidas: Interconectando adecuadamente los
secundarios, se pueden obtener otras magnitudes de gran utilidad en la aplicación de algunas
protecciones y medidas.
Proteger instrumentos: Esta aplicación es particularmente válida en el caso de los
Transformadores de Corriente destinados a medidas, ya que al ocurrir un cortocircuito se
aprovecha un bajo índice de saturación del núcleo para provocar un elevado error negativo en
la corriente secundaria, de modo que ésta no se eleve muy por encima de los valores
16
Apunte de Diseño de Líneas y ET
nominales. Se protegen de esta manera las bobinas de corriente de instrumentos tales como:
Amperímetros; wáttimetros; fasímetros; etc
Transformadores de corriente
Son aparatos en que la corriente secundaria, dentro de las condiciones normales de operación,
es prácticamente proporcional a la corriente primaria, aunque ligeramente desfasada. El
primario del transformador, que consta de muy pocas espiras, se conecta en serie con el
circuito cuya intensidad se desea medir y el secundario se conecta en serie con las bobinas de
corriente de los aparatos de medición y de protección que requieran ser energizados.
Se puede dar también la existencia de varios arrollamientos secundarios en un mismo
transformador, cada uno sobre su circuito magnético, uno para medida y otro para protección.
De esta forma no existe influencia de un secundario sobre otro. se comportan como si fueran
varios transformadores diferentes. Un circuito se puede utilizar para mediciones que requieren
mayor precisión, y los demás se pueden utilizar para protección.
Por otro lado, conviene que las protecciones diferenciales de cables o transformadores de
potencia y de distancia se conecten a transformadores de corriente independientes
Para el caso de los transformadores utilizados en protecciones con relés digitales se requieren
núcleos que provoquen menores saturaciones que en el caso de los relés de tipo
electromagnético, ya que las velocidades de respuesta de las protecciones electrónicas son
mayores.
Transformador de medición. Los transformadores cuya función es medir, requieren reproducir
fielmente la magnitud y el ángulo de fase de la corriente. Su precisión debe garantizarse desde
una pequeña fracción de corriente nominal del orden del 10%, hasta un exceso de corriente del
orden del 20%, sobre el valor nominal.
Transformadores de protección. Los transformadores cuya función es proteger un circuito,
requieren conservar su fidelidad hasta un valor de veinte veces la magnitud de la corriente
nominal, cuando se trata de grandes redes con altas corrientes puede ser necesario requerir
treinta veces la corriente nominal. En el caso de los relés de sobre corriente, sólo importa la
relación de transformación, pero en otro tipo de relés, como pueden ser los de impedancia, se
requiere además de la relación de transformación, mantener el error del ángulo de fase dentro
de valores predeterminados.
Es importante que no sature cuando la corriente que circula por el primario sea la
mayor corriente de corto, no debe ser tan exacto pero si soportar la corriente de falla.
Transformadores mixtos. En este caso, los transformadores se diseñan para una combinación
de los dos casos anteriores, un circuito con el núcleo de alta precisión para los circuitos de
medición y uno o dos circuitos más, con sus núcleos adecuados, para los circuitos de
protección.
Transformadores combinados. Son aparatos que bajo una misma cubierta albergan un
transformador de corriente y otro de tensión. Se utilizan en estaciones de intemperie
fundamentalmente para reducir espacios
17
Apunte de Diseño de Líneas y ET
Descripción de los transformadores de corriente Los componentes básicos son:
Aislamiento externo: el aislamiento externo consta de una envolvente cerámica con una línea
de fuga lo suficientemente larga como para que ningún arco pueda contornear bajo
condiciones de contaminación, como lluvia, niebla, polvo, etc.
Aislamiento interno: puede variar según sus características constructivas. Un caso es aquél en
que las partes activas se moldean en resina de epoxy que las fija, las separa y las aísla,
existiendo una cámara de aire entre el aislamiento externo de porcelana y el cuerpo de resina.
Esta cámara se sella herméticamente con juntas de caucho nitrílico y se la rellena con aceite
aislante o gas SF6.
Núcleo: los transformadores de intensidad, tanto de medida como de protección, se
construyen con núcleos de chapa magnética de gran permeabilidad. Cabe diferenciar que
cuando un núcleo va destinado para un transformador de medida se utiliza una chapa de
rápida saturación, mientras que si va destinado para protección, la chapa a utilizar será de
saturación débil o lenta.
Elección de un transformador de Corriente Es conveniente, para una correcta instalación de un
transformador de corriente, un estudio detallado para la elección del mismo, del cual
dependerá el funcionamiento y segundad de la instalación.
Tipo de instalación: si es de interior o intemperie. Se deberá tener en cuenta la altitud para
alturas superiores a 1.000 metros sobre el nivel del mar.
Nivel de aislamiento: definido por tensión máxima permanente admisible de servicio Vm en kV.
Relación de transformación nominal: las relaciones de transformación nominal deberán ser
normalizadas, tal y como quedan indicadas en la norma IEC. Se recomienda no seleccionar un
transformador de corriente con una corriente primaria excesivamente elevada con respecto a
la que le corresponda, dado que de ello depende que se mantenga la precisión del
transformador.
Clase de precisión: se seleccionará la clase de precisión en función de la utilización que vaya a
recibir el transformador.
Potencia nominal: según la carga a conectar en el secundario se adoptará uno de los valores de
potencia de precisión especificados en la norma.
Frecuencia nominal: si no se especifica otra distinta, se tomará por defecto 50 Hz.
Número de secundarios: si se desea realizar medida y protección a partir de un mismo
transformador, serán necesarios tantos secundarios como usos se deseen obtener del mismo.
18
Apunte de Diseño de Líneas y ET
Ejemplo 5P20 Tendrá un error del 5% cuando por su primario circule un valor de 20 veces su
intensidad nominal. Donde el 20 es el ALF, factor limite de precisión.
19
Apunte de Diseño de Líneas y ET
PARÁMETROS PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR DE CORRIENTE
1. Relación de transformación nominal
•
Se expresa como Iₚ/Iₛ, por ejemplo: 300/5 A o 1000/1 A.
•
Es la relación entre la corriente primaria máxima esperada y la corriente secundaria
normalizada (usualmente 5 A o 1 A).
•
Determina la corriente secundaria para medición o protección.
2. Clase de precisión (según uso)
•
Para medición: 0.1, 0.2, 0.5, 1, etc. (indica el error porcentual).
•
Para protección: 5P10, 10P20, PX, PR, etc.
o
5P10 = error ≤ 5% hasta 10 veces la corriente nominal (para relés).
o
PX y PR = para protecciones especiales (diferenciales, distancia).
3. Carga (burden)
•
Expresada en VA (voltamperios): representa la carga que puede soportar el secundario
del TI sin perder precisión.
•
Incluye: resistencia de cables + resistencia del relé o medidor.
4. Tensión de saturación / Punto de codo ("knee point voltage")
•
Valor a partir del cual el TI satura y pierde linealidad (deja de representar
correctamente la corriente).
•
Muy importante para protecciones, especialmente diferenciales y distancia.
5. Factor de sobrecorriente (ALF – Accuracy Limit Factor)
•
Cantidad de veces que el TI puede multiplicar la corriente nominal sin saturarse (por
ejemplo: ALF = 20).
20
Apunte de Diseño de Líneas y ET
•
Es clave para asegurar que el relé de protección reciba suficiente señal durante un
cortocircuito.
6. Tipo de núcleo / diseño
•
Núcleo de tipo toroidal, divisible, núcleo en C.
•
Según si es para medición, protección, diferencial, etc.
7. Clase de aislamiento / nivel de tensión
•
Según la tensión del sistema (por ejemplo: 15 kV, 72,5 kV, etc).
•
Determina la rigidez dieléctrica que debe tener el TI.
8. Tipo de montaje / envolvente
•
Para interior, exterior, montaje en barra, poste, pedestal, etc.
•
También si es encapsulado en resina, aceite, gas, etc.
¿Qué tenés que tener en cuenta como diseñador?
Dependiendo si el TI será usado para medición o protección, tenés que priorizar diferentes
parámetros:
Aplicación
Parámetros más críticos
Protección
ALF, punto de saturación, clase de precisión (5P, 10P, PX), burden
Medición
Relación nominal, clase de precisión (0.2, 0.5), burden
Transformadores de tensión
Un transformador de tensión es un dispositivo destinado a la alimentación de aparatos
de medición y /o protección con tensiones proporcionales a las de la red en el punto en
el cual está conectado.
El primario se conecta en paralelo con el circuito por controlar y el secundario se
conecta en paralelo con las bobinas de tensión de los diferentes aparatos de medición
y de protección que se requiere energizar.
En estos aparatos la tensión secundaria, dentro de las condiciones normales de
operación, es prácticamente proporcional a la tensión primaria, aunque ligeramente
desfasada.
21
Apunte de Diseño de Líneas y ET
Un Transformador de Tensión Inductivo (TT) consiste en un arrollamiento primario y
un arrollamiento secundario dispuestos sobre un núcleo magnético común. Como
dijimos los terminales del arrollamiento primario se conectan a un par de fases de la
red, o a una fase y a tierra o neutro. Los terminales del arrollamiento secundario se
conectan a los aparatos de medición y / o protección que constituyen la carga.
En realidad la idea expuesta corresponde a un TT monofásico, que es el modelo más
usado en todas las tensiones y casi indefectiblemente para tensiones superiores a 33
kV.
La tensión primaria de un TT es elegida de acuerdo a la tensión de la red a la cual está
destinado. Si se trata de medir la tensión entre fases, la tensión nominal primaria
estará en correspondencia con la tensión compuesta, pero si se trata de medir tensión
entre fase y tierra la tensión nominal primaria será 1 / √3 veces la tensión compuesta.
La tensión nominal secundaria de un TT depende del país en el se utilice, pero en le
República Argentina se ha normalizado en
-
100 V,
110 V
200 V
220 V
El tamaño de los TT está fundamentalmente determinado por la tensión del sistema y
la aislación del arrollamiento primario a menudo excede en volumen al arrollamiento
mismo. Un TT debe estar aislado para soportar sobretensiones, incluyendo tensiones
de impulso. Si se debe lograr eso con un diseño compacto, la tensión debe estar
distribuida uniformemente a través del arrollamiento, lo cual requiere una distribución
uniforme de la capacidad del arrollamiento o la aplicación de apantallado
electrostático
Descripción de los transformadores de tensión
Los componentes básicos son los siguientes:
Aislamiento externo: El aislamiento externo consta de una envolvente cerámica con
una línea de fuga lo suficientemente larga para que ningún arco pueda contornear bajo
condiciones de contaminación, como lluvia, niebla, polvo, etc.
Aislamiento interno: El aislamiento interno suele ser cartón prespán en seco o
impregnado en aceite. El aceite que se utiliza es desgasificado y filtrado, y cuando se
rellena el transformador se hace bajo vacío. Los transformadores con aislamiento de
cartón impregnado en aceite suelen disponer de un depósito de expansión en su
extremo superior.
Núcleo: Los transformadores de tensión, tanto de medida como de protección, se
construyen con núcleos de chapa magnética de gran permeabilidad y de rápida
saturación que mantienen constante la relación de transformación y la precisión
22
Apunte de Diseño de Líneas y ET
cuando la tensión en el arrollamiento primario se mantiene por debajo de 1,2 veces la
tensión nominal. La razón del uso de estos núcleos se basa en que en un sistema
eléctrico la tensión no presenta grandes variaciones (caso contrario a la corriente) y no
se hace necesaria la utilización de núcleos de gran permeabilidad y saturación débil o
lenta, los cuales mantienen la relación de transformación para valores muy superiores
a la tensión nominal del primario, además. el uso de núcleos de saturación débil
ocasionaría que ante la presencia de sobretensiones en el arrollamiento primario, éstas
se transferirían al secundario con el consecuente daño al equipo conectado al mismo.
Arrollamientos: Son de hilo de cobre electrolítico puro, esmaltado de clase H. Se
bobinan en capas de ejecución antirresonante para la distribución uniforme de las
sobretensiones transitorias. Las capas de papel intermedias se disponen de modo que
las tensiones entre espiras no sobrepasen valores controlados.
Bornes terminales primarios: Son de latón o bronce, y de forma cilíndrica.
Bornes terminales secundarios: Son de latón y se hallan alojados en una caja de
bornes de baja tensión estanca
Clasificación de los transformadores de tensión
La clasificación principal de los transformadores de tensión se basa en el destino o
utilización del transformador distinguiéndose los siguientes tipos:
Transformadores de tensión para medida: Son los concebidos para alimentar equipos
de medida. Una de sus características fundamentales es que deben ser exactos en las
condiciones normales de servicio. El grado de exactitud de un transformador de
medida se mide por su clase o precisión, la cual nos índica en tanto por ciento el
máximo error que se comete en la medida. La norma IEC especifica que la clase o
precisión debe mantenerse cuando la tensión que se aplica en el arrollamiento
primario se encuentre comprendida en un rango que va del 80 al 120 % de la tensión
primaria nominal, asimismo también debe mantenerse dicha precisión cuando la carga
conectada al secundario del transformador esté comprendida entre el 25 y el 100 % de
la carga nominal y con un factor de potencia de 0,8 inductivo. Las clases de precisión
normales para los TT monofásicos para medidas son:
23
Apunte de Diseño de Líneas y ET
Transformadores de tensión para protección: Son aquellos destinados a alimentar
relés de protección.
Si un transformador va a estar destinado para medida y protección, se construye
normalmente con dos arrollamientos secundarios, uno para medida y otro para
protección, compartiendo el mismo núcleo magnético, excepto que se desee una
separación galvánica. Por esta razón, en la norma IEC, se exige que los
transformadores de protección cumplan con la clase de precisión de los
transformadores de medida
0.5-3P es un trafo que se usa para protección y medicion y se especifica de esa manera
PARÁMETROS CLAVE DE UN TRANSFORMADOR DE TENSIÓN (TT)
1. Relación de transformación nominal (Vp/Vs)
•
Es la relación entre la tensión primaria (del sistema) y la secundaria
(normalizada, generalmente 100 V o 110 V).
•
Ejemplo: 132.000/110 V
•
Debe reflejar fielmente la tensión del sistema, tanto para relés como para
medidores.
2. Clase de precisión
•
Para medición: 0.1, 0.2, 0.5, 1, etc.
•
Para protección: 3P, 6P (mayores márgenes de error permitidos).
o
3P: para protecciones direccionales, distancia, etc.
o
6P: menor precisión, pero aún válida para ciertas protecciones.
3. Carga (burden)
•
Expresada en VA (voltamperios): representa la carga conectada al secundario
(relés, medidores, cables, etc.).
•
Debe coincidir con lo que puede soportar el TT sin distorsionar la forma de
onda ni modificar la tensión secundaria.
24
Apunte de Diseño de Líneas y ET
4. Tensión asignada de servicio y aislamiento
•
Depende del nivel de tensión del sistema: por ejemplo, para una línea de 132
kV, el TT debe tener un nivel de aislamiento correspondiente (según normas
IEC o ANSI).
•
Incluye:
o
Tensión máxima permanente
o
Tensión soportada a impulso (BIL)
o
Tensión a frecuencia industrial
5. Tensión nominal térmica de cortocircuito
•
Es la tensión máxima que el TT puede soportar durante un cortocircuito en su
secundario, sin dañarse.
6. Tipo de construcción y montaje
•
Encapsulado en resina, aceite, gas (SF₆).
•
Para interior o exterior.
•
De tipo monofásico o trifásico.
•
De columna (soporte) o tipo tanque.
7.Tipo de conexión
•
Estrella (Y), triángulo (Δ) o V abierta (V-V)
•
Para sistemas trifásicos, depende del tipo de protección o medición requerida.
o
Ejemplo: para protecciones de tierra, se puede usar conexión en V-V
más una derivación de secuencia cero (con TT adicional o bobina de
tensión).
¿Qué parámetros son más importantes según el uso?
Aplicación Parámetros más importantes
Protección
Clase 3P o 6P, relación de transformación, burden, nivel de aislamiento,
tensión térmica
Medición Clase 0.2 o 0.5, relación, burden, nivel de aislamiento
Ejemplo práctico:
Supongamos que tenés un sistema de 66 kV, necesitás alimentar un relé de distancia y
también medidores:
25
Apunte de Diseño de Líneas y ET
•
Relación: 66.000 / 110 V
•
Clase de precisión: 3P (protección) y 0.5 (medición)
•
Burden: 15 VA
•
Tipo: resina para interior
•
Tensión de aislamiento: BIL adecuado para 72.5 kV
•
Conexión: estrella aterrizada
Algunas aclaraciones útiles:
•
Los TT nunca deben dejarse con el secundario abierto, ya que al no haber
carga, la tensión se eleva peligrosamente (efecto capacitivo).
•
El burden se debe calcular sumando cables + relé o medidor, igual que en los
TI.
•
En sistemas de protección, la fidelidad de la señal es más importante que la
precisión absoluta.
•
En líneas de transmisión, el TT es fundamental para reles direccionales y de
distancia (porque miden impedancia = V/I).
Transformadores de tensión Capacitivos
Cuando se ha de trabajar con tensiones nominales elevadas, iguales o superiores a 220
kV se pueden y suelen utilizarse transformadores de tensión capacitivos.
Estos transformadores se componen básicamente de un divisor de tensión capacitivo
consistente en varios condensadores conectados en serie, contenidos dentro de
aisladores huecos de porcelana, con el fin de obtener una tensión intermedia. En este
punto de acceso a la tensión intermedia del divisor de tensión se conecta un
transformador de tensión intermedia, igual que uno inductivo, a través de una
inductancia que compensa la reactancia capacitiva del divisor.
El transformador puede tener 1, 2 ó 3 secundarios de utilización según los casos y
modelos.
En la figura se puede apreciar un esquema básico de un transformador de tensión
capacitivo: donde U1 es la tensión en el lado primario, Ui tensión intermedia, U2
tensión en el lado secundario, C1 y C2 condensadores del divisor de tensión, Li
inductancia de compensación, TTi transformador de tensión intermedia, y Z la
impedancia que representa la carga
26
Apunte de Diseño de Líneas y ET
Este tipo de transformador se puede utilizar exactamente igual que un transformador
de tensión inductivo, con la salvedad de que en este caso se presentan otros factores
que afectan a la precisión del mismo, como por ejemplo, variaciones de frecuencia,
variaciones de temperatura y estabilidad en el tiempo. La respuesta de un
transformador de tensión capacitivo en régimen transitorio no es tan rápida como la de
un transformador inductivo, por lo que no se recomienda su utilización cuando las
exigencias de las protecciones sean las de unas respuestas rápidas por parte del
transformador de tensión. Sin embargo, aparte de su utilización para medida y
protección, los transformadores de tensión permiten utilizar la línea de alta tensión
para comunicación y telemando dada su especial capacidad para la sintonización de
ondas portadoras de alta frecuencia. Estos transformadores permiten la medición de
altas tensiones y la transmisión de ondas portadoras desde 30 a 500 kHZ. Trabajan
simultáneamente como un transformador de tensión y un capacitor de acoplamiento
de onda portadora
¿Qué es un TV capacitivo?
Un TV capacitivo es un dispositivo que reduce la tensión de una línea de alta tensión a
un nivel manejable (normalmente 110 V o 100 V), utilizando una división capacitiva en
lugar de una bobina de transformación como los inductivos.
¿Cómo funciona un TV capacitivo?
Se compone de:
1. Divisor capacitivo: una cadena de capacitores conectados en serie que reducen
la tensión primaria.
2. Unidad de corrección inductiva (resonante): una bobina (reactor) que ajusta la
fase y magnitud de la señal.
27
Apunte de Diseño de Líneas y ET
3. Transformador intermedio (acoplamiento): adapta la tensión a los niveles
requeridos para protección y medición.
4. Filtro y amortiguador: estabilizan la señal y eliminan transitorios.
Ventajas de los TV capacitivos sobre los inductivos
Característica
TV Capacitivos
TT Inductivos
Tamaño y peso
Más livianos y compactos
Más grandes y pesados
Costo (tensión
alta/extra alta)
Menor costo en >100 kV
Mucho más caros
Precisión en alta
tensión
Buena para protecciones y
medición
Precisión decrece en
tensiones elevadas
Uso en líneas
Muy comunes en líneas de
transmisión
Más comunes en
subestaciones
Función adicional
Pueden transportar señales de
comunicaciones (PLC)
No lo permiten
¿Cuándo conviene usar un TV capacitivo?
•
En sistemas de transmisión de alta (≥ 132 kV) o extra alta tensión (≥ 345 kV).
•
Cuando se requiere reducir costos y peso, especialmente en estructuras de
apoyo elevadas.
•
En líneas de transmisión largas, donde el uso de PLC (comunicaciones por línea
de potencia) es necesario.
•
Para alimentar relés de distancia, direccionales, sincronismo, etc.
Desventajas o consideraciones
•
No tan precisos para medición como un TT inductivo en baja tensión.
•
Pueden tener un ligero retardo en la respuesta (fase) debido a la resonancia y
filtrado.
•
Requieren más cuidado en el ajuste y calibración.
28
Apunte de Diseño de Líneas y ET
Ejemplo práctico
En una línea de 500 kV, usar un TT inductivo implicaría:
•
Un diseño muy voluminoso.
•
Aislamiento y núcleo muy costosos.
•
Mayor rigidez estructural.
En cambio, un TV capacitivo de 500 kV:
•
Es más pequeño y liviano.
•
Menos costoso.
•
Puede integrar funciones de medición y comunicación.
Conclusión: ¿Por qué usar un TV capacitivo?
Porque en tensiones elevadas (≥ 132 kV), es más económico, más compacto y
funcionalmente más versátil que un transformador de tensión inductivo.
29