Subido por Gustavo De Vita

PROTECCION DE LOS TRANSFORMADORES DE POT

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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 Ke1
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.
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