REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIN SUPERIORINSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGA AGRO-INDUSTRIALPNF INGENIERA ELCTRICA

Transformadores de potenciaProtecciones internas y externas

Alumnos:Luis MolinaLeo OrtizKeibin VarelaVctor Landinez

San Cristbal, Marzo 2015TRANSFORMADORES DE MEDIDA

El transformador es una maquina esttica cuya funcin es transferir energa elctrica de un sistema a otro de la siguiente manera:

Modificando el valor de la corriente.

Modificando el valor de la tensin.

Con una frecuencia constante.

Son destinados a la alimentacin de instrumentos de medida, Contadores, Rels de proteccin, etc., permitiendo as una separacin galvnica entre los instrumentos y la Red Elctrica de Alta Tensin.

Existen dos tipos bsicos de transformadores de medida los cuales son: Transformadores de Potencial o Tensin (TP, TT, PT, etc.).

Transformadores de Corriente o Intensidad (TC, TI, CT, etc.).

TRANSFORMADORES DE POTENCIAL.

Los TP o Transformadores de Potencial por lo general poseen uno o dos ncleos secundarios. Los TP pueden ser de dos tipos:

De tipos Inductivos; utilizados generalmente en tensiones de 13.8 y 34.5 KV donde tanto el primario como el secundario son devanados y aislados entre s.

P1 P2 Ncleo magnticoDevanado primario

Devanado secundario

1s1 1s2 2s1 2s2

De tipo Capacitivo comnmente utilizados en tensiones iguales o superiores a 115 KV., en donde se hace un divisor de tensin con dos capacitores en serie para reducir la tensin primaria.

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE.

Los TC son nicamente del tipo inductivo, los cuales:

Pueden tener una o varias espiras en el primario que se conecta en serie con el circuito cuya intensidad se desea medir.

Pueden tener primarios que se componen de una, dos o cuatro secciones permitiendo una, dos o tres intensidades primarias nominales mediante el adecuado acoplamiento de las mismas.

Pueden tener uno o varios arrollados secundarios bobinados cada uno sobre su circuito magntico (o ncleo). De esta manera no existe influencia de un secundario sobre el otro.

CARACTERSTICAS DE UN SISTEMA DE PROTECCIN.

El diseo de un Sistema de Proteccin, depende de la configuracin del Sistema de Potencia; sin embargo cualquiera que sea este el Sistema de Proteccin debe tener las siguientes caractersticas bsicas: A -Sensibilidad:

Debe tener la suficiente sensibilidad para detectar las fallas que afecten al Sistema de Potencia.

B -Selectividad:

Se dice, que un esquema de protecciones es selectivo, cuando solo actan los elementos necesarios para despejar una falla, retirando nicamente la parte afectada.

C -Velocidad:

Debe determinar con qu rapidez es necesario despejar la falla y poseer velocidad adecuada para hacerlo.

D -Confiabilidad:

Por cuanto las fallas que afectan al sistema se presentan con relativa poca frecuencia, es necesario que su diseo garantice que al presentarse una falla su operacin sea correcta.

E-Sencillez:

Ejecutar sus funciones con la menor cantidad de elementos posibles.

F -Mantenibilidad:

Facilidad para efectuar mantenimiento.

PROTECCIN DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA

Los transformadores de potencia son de gran importancia como enlace en los sistemas de transmisin y distribucin. La diversidad de caractersticas de los transformadores de potencia y los posibles fenmenos de maniobra a diferentes condiciones de servicio requieren de un sistema de proteccin altamente confiable, selectiva y flexible.

La tcnica numrica ha abierto la puerta a soluciones novedosas las cuales no se han alcanzado por los medios convencionales; por ejemplo la adaptacin de diferentes grupos de conexin, relaciones diferentes de transformadores de corriente debido principalmente a los distintos niveles de tensin del transformador, hoy da son cubiertas por medio de un software. Por otra parte la auto-supervisin que cubre tanto el hardware como el software, tambin incrementa la disponibilidad del sistema y reduce al mismo tiempo los costos por mantenimiento, ya que la informacin en lnea relativa al estatus de la proteccin y del transformador permite mantener a requerimiento, resultando esto en ahorros para la totalidad de la instalacin.

La proteccin debe ser habilitada para detectar y despejar en forma segura y selectiva las siguientes condiciones:

1. Cortocircuitos internos y falla a tierra.1. Falla entre espiras.1. Condiciones anormales de servicio tales como sobrecarga y sobre voltaje.1. Funciones de proteccin de respaldo para fallas externas en otros alimentadores.

Las protecciones del tipo numrico actualmente estn capacitadas para cumplir con las siguientes funciones adicionales a las de proteccin.

1. Registro de eventos.1. Indicacin de valores de corriente y de voltaje.1. Indicacin de la corriente de Inrush.1. Auto supervisin.1. Registro de la corriente diferencial.1. Facilidades para la programacin del disparo.1. Implementacin de dispositivos externos de proteccin.1. Medicin de I, V, F, P y Q.

Este rel cuenta con un sistema de control local proporcionado por un men basado en un programa el cual permite llevar a cabo ajustes, visualizar parmetros, y leer mensajes y valores de medida. Esto se hace a travs de un puerto serial accesible por el frente del rel a travs de un PC. Adicionalmente cuenta con facilidades para la comunicacin con un sistema de monitoreo y control central va enlace fibra ptica.

Entre otras propiedades del rel destacan:

1. Inmune a las corrientes de Inrush:

Discrimina entre corrientes de falla interna y corrientes de energizacin en vaco del transformador.

1. Alta disponibilidad.

Esta disponibilidad es alcanzada por un bajo nmero de mdulos y por el continuo monitoreo.

1. Redundancia.

El concepto de redundancia puede ser previsto a requerimiento del usuario. En este sentido dos grupos de funciones de protecciones independientes son arreglados con dos grupos de hardware tambin independientes.

1. Funcionalidad.

El terminal de protecciones del tipo numrico hoy puede cubrir las siguientes funciones de proteccin.

Proteccin de Transformadores de PotenciaFunciones de ProteccinFuncinPrincipalRespaldoLimitadora

DiferencialX

Sobre corriente Tiempo InversoX

Sobre corriente InstantneoX

Diferencial a TierraX

DistanciaX

Corriente de Secuencia NegativaX

Falla a Tierra RestringidaX

Diferencial Longitudinal (Hilo Piloto)X

Sobre voltajeX

Bajo Voltaje / Sobre voltajeX

SobrecargaX

PROTECCION DE TRANSFORMADORES. Los transformadores de potencia de nuestro sistema, estn resguardados bsicamente por un conjunto de protecciones que pueden subdividirse para su estudio como sigue:

Protecciones internas o propias del transformador. Protecciones externas del transformador.

PROTECCIONES INTERNAS

Son todas aquellas que instala el fabricante en el transformador, por normativas particulares o a solicitud del cliente. A continuacin citaremos las ms utilizadas o conocidas en el sistema de CADAFE:

A.--Proteccin Buchholz: Este es un rel que va intercalado en la tubera que une la cuba del transformador con tanque de expansin el cual acta por acumulacin de gases y por flujo violento de aceite. Este detecta fallas incipientes en el transformador con descargas parciales las cuales producen gases.

b.--Proteccin Sobrepresin: Es un dispositivo diseando para aliviar sobre presiones internas en la cuba del transformador o en el C.T.B.C. ocasionadas por una falla interna, lo cual podra ocasionar un dao en la cuba o que el aceite escapara por las piezas atornilladas del tanque.

c.--Proteccin Temperatura de Arrollados (Primario, Secundario, Terciario): La funcin es indicar la temperatura de los devanados del transformador. Esto se logra haciendo pasar la corriente de uno de los arrollados, a travs de un transformador de corriente cuyo secundario se conecta a una resistencia que calienta un bulbo termo elctrico ubicado dentro de un deposito con aceite. Este dispositivo transmite una seal a un elemento indicador que dispone de tres o cuatro niveles topes de temperatura, normalmente usados para el arranque de ventiladores, bombas, alarma y orden de apertura.

D.--Proteccin Temperatura de Aceite: La funcin es verificar la temperatura del aceite del transformador, mediante un bulbo termoelctrico que se encuentra en un depsito independiente sumergido en aceite el cual est ubicado dentro de la cuba. Conectado a su vez a un elemento indicador con dos topes que indican seal de alarma y orden de apertura del interruptor.

E.--Proteccin Bajo y/o Alto Nivel de Aceite Tanque Principal: Esta proteccin consiste en un flotante y un indicador conectado a este.

F.--Proteccin Jensen (C.T.B.C.): Las caractersticas del Buchholz solo que ocurre en la tubera del cambiador de tomas emitiendo solo una seal de disparo.

g.--Proteccin Bajo y/o Alto nivel tanque C.B.T.C.: Igual que el punto (e) solo que ocurre el tanque del C.T.B.C.

h.--Proteccin Masa-Cuba: Toda la cuba del transformador est aislada y solo existe un punto de conexin a tierra en el cual se instala un TC, de modo tal que permita medir la corriente que se drenan a tierra productos de descargas.I.--Proteccin rotura de Membrana: La cuba del transformador no es hermtica ya que al elevarse la temperatura el aceite se expande ocasionando presiones internas que daan a la cuba.

SEALIZACIN El cuadro siguiente muestra la actuacin de las protecciones internas:

PROTECCINALARMADISPAROOTRO

BUCHHOLZXX

SOBRE PRESION TANQUEX

TEMPERATURA ARROLLADOSXXX

TEMPERATURA DE ACEITEXX *

NIVEL DE ACEITE TANQUE PPALXX

SOBREPRESION C.T.B.C.JENSENX

NIVEL DE ACEITE C.T.B.C.XX

MASA CUBAX

ROTURA DE MEMBRANAXX

BLOQUEO C.T.B.C.XX

PERDIDA DE PASO C.T.B.C.XX

(*) NO RECOMENDABLE

La sealizacin correcta de estas protecciones en estatus de disparo, son indicativas en la mayora de los casos de problemas internos graves en el transformador. La energizacin inmediata de la unidad no se debera realizar sin antes asegurarse, mediante un tren de pruebas y ensayos que nada sucedi en la parte activa del equipo; lo que nos llevara a calificar la situacin como un disparo errtico. La interpretacin adecuada de las sealizacin, lleva a evitar re energizacin improcedentes que solo van a lesionar ms el transformador averiado.

PROTECCIONES EXTERNAS.

Tal y como su nombre lo indica son dispositivos adicionales de proteccin al transformador y no forman parte del equipamiento perifrico de la unidad en referencia. Entre las ms importantes y frecuentes estn:

A.--Proteccin Diferencial: Son usados en equipos o circuitos, en los cuales se requiere verificar fallas internas y obtener tiempos de operacin mnimos. Tiene aplicacin como proteccin principal en sistemas de baja, media y alta tensin en transformadores, autotransformadores y reactores de potencia, motores y generadores.

La funcin primordial consiste en la medicin permanente de las corrientes que entran y salen de un circuito o equipo en particular, utilizando el principio de que todas las corrientes que entran a un punto tienen que ser iguales o proporcionales a las que salen. B.--Proteccin de sobre corriente: Ver punto 5

c.--Proteccin Masa Cuba: Este en un rel de sobre corriente con actuacin instantnea. Su actuacin queda sujeta al valor de corriente ajustado en el rel. Su alimentacin proviene de un TC conectado en el conductor de puesta a tierra de la cuba; cuando la cuba queda sometida por cualquier causa, a una tensin, existe a travs del conductor a tierra de la cuba, una circulacin de corriente que es detectada por el rel y si esta supera el valor ajustado se originara la actuacin de la proteccin.

D.--Proteccin Falla a Tierra Restringida: Esta proteccin se basa en el principio de la proteccin diferencial solo que esta considera la sumatoria de las corrientes de fase y la corriente de neutro.

EProteccin de Distancia: En algunos transformadores de potencia se usan protecciones de distancia, una ubicada en el lado de alta que ve hacia el lado de baja y otra en el lado de baja que ve hacia el lado de alta y con un esquema de comunicacin en sobre alcance permitido.

USO DEL ACEITE DIELECTRICO

Origen del aceiteLos aceites dielctricos minerales son fracciones de petrleo en cuya composicin entran hidrocarburos puros de baja volatidad de naturaleza predominante netifica libre de compuestos polares

Datos 1886 se cre el primer transformador con1930 se inicia el uso de aceite mineral 1960 se genera el uso del aceite dielctrico

Por que usan aceite dielctrico?

Debido a que este tipo de aceite no es corrosivo a las partes metlicas del transformador es decir en el hierro y al cobre Baja a la solubilidad frente a las pinturas y barnices presentes en los transformadores en su interior Qumicamente inactivo frente a la celulosa del papel dielctrico Compatible con otros fluidos dielctrico

Funciones del aceite dielctrico

Medio de aislante y refrigerante por naturaleza para partes activas del trasformador Dispersar el calor producido Poe transformador Aula las partes energizadas Conserva las partes metlicas dentro del transformador y las libra de la oxidacin

El color del aceite

La coloracin del aceite nuevo es tan claro como el agua debido a la indicacin de su grado de refinacin, indicando que el hidrocarburo predominante, as por ejemplo las fracciones parafinicas o isoparafinica varan de color amarillo u amarillo verdosoNota: no se ha establecido relacin entre las propiedades fsico qumicas del aceite pero sin embargo este ayuda a establecer sospechas cuando el cambio puede ser acelerado