Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de Potencia TRANSFORMADORES DE PROTECCIÓN Tema: Nota: I. II. Apellidos y Nombres: Nro. DD-106 Página 1/6 Código: Semestre: Grupo: E46613 VI Lab. Nrº OBJETIVOS Determinar las características de transformadores para medición. Determinar las características de transformadores para protección. Seleccionar transformadores de instrumento para medición y protección. INTRODUCCIÓN Transformadores de Corriente. Los transformadores de instrumentos tienen la tarea de convertir grandes valores de corriente y voltaje a valores pequeños que son fácilmente aplicables para los propósitos de medición. Los relevadores de sobrecorriente se conectan al elemento protegido a través de transductores primarios de corriente que, proporcionan el aislamiento necesario entre los circuitos primarios y secundarios y suministran a los relevadores señales reducidas de corriente o voltaje proporcionales a la corriente primaria. Existen en la actualidad, distintos tipos de transductores primarios de corriente, entre los cuales están: los electromecánicos que transforman corriente en corriente, los transductores que transforman corriente en voltaje, transductores magnéticos que son sensores de campo magnético de los conductores de línea, los opto eléctricos, en los que la corriente se convierte en señal lumínica y los denominados discretos la información se transmite en forma discreta. Los transformadores de corriente por su aplicación pueden subdividirse en transformadores de medición y protección, no obstante los transformadores de corriente en ocasiones se diseñan para realizar ambas funciones. Su corriente nominal por secundario puede ser de 1 ó 5 Amperios. Este último valor es el más usado en la práctica. Las cargas se conectan en serie en los transformadores de corriente, la cual es una diferencia sustancial con los transformadores de potencial y de potencia. Transformadores de Potencial. Las mediciones de voltajes en sistemas con voltajes nominales arriba de 1000 Voltios, pueden realizarse utilizando transformadores de voltaje. El tipo inducción del transformador es tan pequeño en construcción con una exactitud de relación de transformación, que para todos los propósitos prácticos se operan en condiciones sin carga. La relación de transformación viene dada por la siguiente expresión, la cual se determina por el número de vueltas de los devanados: 2 Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de Potencia Nro. DD-106 Página 2/6 La anotación de los terminales usados para transformadores de voltaje, es U-V para el devanado primario y u-v para el devanado secundario. Ambos terminales están completamente aislados a tierra. Un solo polo aislado de los transformadores esta etiquetado con X y el no aislado con U (Figura Los transformadores no se cortocircuitan, un cortocircuito en el secundario del transformador destruirá al transformador. Para proteger el lado de alto voltaje se utilizan fusibles HV y también en el lado del secundario se utilizan fusibles de acuerdo a capacidad. Los transformadores de voltaje deben ser aterrizados en el secundario para protegerlo de altos voltajes en caso de cortocircuitos entre el primario y secundario. Las conexiones a tierra deben ser seleccionadas de acuerdo a la magnitud de una posible corriente de cortocircuito. En transformadores de un polo, el terminal X debe ser aterrizado. El voltaje de error de un transformador de voltaje es, el porcentaje de desviación del secundario multiplicado por la relación de transformación del transformador. El error de voltaje se calcula como positivo, si el valor actual del voltaje secundario excede el valor de referencia. El voltaje de error de un transformador de voltaje esta dado por: Donde: Fu: error de voltaje en %. U1: voltaje primario en voltios. U2: voltaje secundario en voltios. KN: relación de transformación nominal. La clase de exactitud de los transformadores de voltaje para mediciones y aplicaciones de protección, se identifica por un número que da el límite del porcentaje del error de voltaje del voltaje nominal. La relación de transformación de cada transformador de voltaje se selecciona para que bajo condiciones normales de operación (simetría), el voltaje producido en la conexión serie de los devanados auxiliares es 100 V / 3 = 33.3V, con un cambio de fase de 120º entre cada devanado. Bajo condiciones normales de operación la suma de los tres voltajes es cero. El devanado secundario produce un voltaje de 100 V / √3 = 57.8 V. Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de Potencia Nro. DD-106 Página 3/6 La relación de transformación es: U / √ 3 : 100 V / 3 : 100 V / √ 3. Polaridad del transformador. La polaridad de un transformador es la característica que describe la dirección relativa de las componentes de voltaje y corrientes de carga en los devanados del transformador. En casi todos los transformadores hay alguna forma de marca, suministrado por el fabricante, para indicar estas propiedades direccionales. Estas marcas se conocen como marcas de polaridad. Cuando existe duda de las marcas de polaridad del transformador puede verificarse con una prueba sencilla, que solo requiere mediciones de voltaje con el transformador sin carga. En esta prueba de polaridad, aplica el voltaje nominal a un devanado, generalmente al que resulte más conveniente para la fuente de voltaje disponible. Se establece una conexión eléctrica entre un terminal de un devanado y del otro. Por lo general las terminales se conectan físicamente más próximas de cada devanado. Enseguida se mide el voltaje entre las terminales restantes, una de cada devanado. Si este voltaje medido es mayor que el voltaje de prueba de entrada, a la polaridad se le llama aditiva y si es menor, se le llama sustractiva. Esta prueba se muestra en la siguiente Figura 2.2. Otro de los parámetros fundamentales de los transformadores de corriente es su relación nominal de transformación dada por: Su selección puede hacerse (como una primera aproximación) sobre la base de que la corriente máxima esperada por el secundario en régimen normal sea menor que la corriente nominal del secundario. Es necesario comprobar el comportamiento del transformador de corriente en régimen de cortocircuito para determinar si en esas condiciones los errores no son excesivamente grandes, de modo que no afecten el esquema de protección. Las normas establecen dos tipos de errores: _ El error de transformación de corriente (Eti). _ El error angular de corriente (EA1). Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de Potencia Nro. DD-106 Página 4/6 ntcI2 – I1: es la diferencia angular entre el fasor de corriente real secundaria referida al primario y la corriente nominal primaria. ntc: relación de transformación. I1: corriente primaria. I2: corriente secundaria. La corriente residual. En un sistema de tres hilos, la suma de corrientes es cero, en un sistema de cuatro hilos, usando este método, la corriente en el cuarto (en el neutro o una corriente de falla a neutro) puede ser medida. Para cálculos en cargas asimétricas o fallas en una fuente trifásica, se usa un método con componentes simétricas en sistemas de cuatro alambres, ocurre un sistema de secuencia de fase cero, esta corriente de secuencia de fase cero, es: Puede también ser determinada con una medición de suma de corrientes, como lo muestra esquemáticamente la Figura 2.3. Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de Potencia II. Nro. DD-106 Página 5/6 DESARROLLO 1) Con respecto a los transformadores para medición y protección, que tipos de ensayos se realizan en campo para determinar su estado utilice esquemas de conexión. 2) ¿Qué tipos de transformadores de corriente existen en la actualidad? 3) Existe alguna diferencia entre transformadores de instrumentos de medición y transformadores para protección. 4) Que sucedería si a un TC´s se le coloca un fusible de protección a la salida del secundario, es correcto hacerlo, explique. 5) Como se representa simbólicamente en las diferentes normas eléctricas los transformadores de potencial y los transformadores de corriente. 6) ¿Cuáles son las precauciones que se deben de tener al conectar y manipular los TC's en un circuito energizado? 7) ¿Qué tan importante es conocer las polaridades de los transformadores de instrumentos? Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de Potencia Nro. DD-106 Página 6/6 8) Realice la selección de transformadores de medición y protección de tensión y corriente para una línea en 138 KV, 60 Hz, Scc=150 MVA en la misma salida, IN = 80A, altura de instalación 4800 msnm.
