PROTECCIONES DE TRANSFORMADORES
Curso Dictado por Ing. Humberto Galoc Maslucán
Protección de transformadores: Funciones de protección:
• Esquema de protección de un transformador Y-D. • Capacidad térmica y dinámica. • Corriente de energización. • Protección diferencial de corriente. • Protección diferencial restringida a tierra. • Protección de sobrecorriente de fase y tierra. • Esquema de protección para un transformador Zig-Zag.
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Esquema de protección para un transformador ∆-Y:
Protection for a ∆-Y transformer
3
Capacidad térmica y dinámica:
Capacidad térmica y dinámica para transformadores trifásicos mayor a 30 MVA (Figure A.4 norma IEC)
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Capacidad de sobreexcitación:
Límites de sobreexcitación (Norma IEC)
Corriente de energización:
Circuito ferromagnético sin magnetizar
Circuito ferromagnético totalmente magnetizado
B Ø V
F NI
Comportamiento del flujo magnético creado en el Hierro en función de la fuerza magnemotriz para una excitación de corriente continua Circuito ferromagnético totalmente magnetizado
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Corriente de energización: i (Ѳ)
Ø
i
0
I (Ѳ)
2Π an =
∫ i Π 1
a1 =
Im
(Ѳ) cos nѲ dѲ =
[ 1 α [ 2 Π
Π Im
α
2Π α
2Π
Ѳ
= Im (cos Ѳ – cos α), Ѳ Є[0, α] y [2Π-α , 2Π ] = 0, Ѳ Є[α , 2Π-α]
2Π
0
an =
Im(1-cos α)
∫ I (cos Ѳ cos nѲ - cos α cos nѲ )dѲ Π 1
m
0
1 1 1 sen (n-1)α – 2 cos α sen (n+1)α + sen nα n-1 n n+1
]
]
sen 2α
i (ѲѲ) = Im(1-cos α) 7
Corriente de energización: La corriente de energización puede aparecer en las tres fases y en el neutro conectado a tierra del transformador, su magnitud y duración dependen de factores externos y del diseño del transformador, tales como: Impedancia de la fuente de alimentación. Capacidad del transformador. Localización del devanado energizado (Interno o externo) con respecto al núcleo laminado. Conexión de los arrollamientos. Punto de la onda de tensión en el instante de cierre del contacto del interruptor que energiza al transformador. Características magnéticas del núcleo Remanencia del núcleo. Uso de resistores de preinserción. Restablecimiento súbito de la tensión, después de haber aislado una falla. Energización en paralelo de transformadores.
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Corriente de energización: Distorsión de la onda de corriente durante la energización
Corriente de falla
Corriente de energización
i
i
T > 0,25 ciclos Límite positivo
t
Límite positivo
t Ѳ
Límite negativo
Límite negativo
T < 0,25 ciclos
9
Corriente de energización: Corrientes armónicas durante la energización
Harmónicos 2 3 4 5 6 7 8 9 10
α = 60° 0,7050 0,3525 0,0705 -0,0705 -0,0806 -0,0252 0,0252 0,0353 0,0128
an/a1 α = 90° 0,4244 0,0000 -0,0849 0,0000 0,0364 0,0000 -0,0202 0,0000 0,0129
α = 120° 0,1713 -0,0857 0,0171 0,0171 -0,0196 0,0061 0,0061 -0,0086 0,0031
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Protección diferencial de corriente: Características de operación del relé porcentual
ID
I1
I2
ID> >
Equipo Protegido
Zona de Operación Margen
ULTC
87T
ID>
Error TC Error relación TP
ID = |I1|+ |I2| IR = (|I1| + |I2|)/2
IR 11
Protección diferencial de corriente:
Esquema típico de conexiones para la protección diferencial porcentual para un transformador ∆ - Y
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Protección diferencial de corriente:
Esquema típico de conexiones para la protección diferencial porcentual para un transformador Y - ∆ - Y
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Protección diferencial de corriente: Compensación de la corriente de secuencia cero:
I0
Devanado 1
Devanado 2
0 R
R 0
I0
S
S T
0
I0
T 3I0
14
Protección diferencial de corriente: Compensación de la corriente de secuencia cero:
Devanado 1
Devanado 2
R
R
S
S
T
T
87T 15
Protección diferencial de corriente: Compensación de secuencia cero con la corriente del neutro y grupo de conexión Devanado 1
Devanado 2
R
R
S
S
T
T Yd11 0
0
i1R
I1R
1
I1S =
0
1
0
i1S
I1T
0
0
1
i1T
1
+3
iSt
I2R
iSt
I2S =
iSt
I2T
k2 √3
1
-1
0
i2R
0
1
-1
i2S
-1
0
1
i2T 16
Protección diferencial de corriente: Compensación automática de la corriente de la corriente de secuencia cero y compensación del grupo de conexión Devanado 1
Devanado 2
R
R
S
S
T
T Yd11 2
I1R I1S I1T
=
k1 3
-1
-1
i1R
I2R
-1
2
-1
i1S
I2S
-1
-1
2
i1T
I2T
=
k2 √3
1
-1
0
i2R
0
1
-1
i2S
-1
0
1
i2T 17
Protección diferencial de corriente: Relé SIEMENS:
Conexión del relé
Compensación por grupo de conexión,
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Protección diferencial de corriente: Curva de operación de la función 87T del relé SIEMENS 7UT612
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Protección diferencial de corriente: Curva de operación de la función 87T del relé ABB RET670:
Curva de operación del algoritmo de corriente de secuencia negativa, Cura de operación con corriente de restricción
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Protección diferencial de corriente: Comportamiento para una falla monofásica externa:
Comportamiento para una falla externa cuando la polaridad de ISt se encuentra invertido
Comportamiento para una falla externa
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Protección diferencial restringida a tierra:
Esquema de protección para un transformador ∆-Y utilizando sobrecorriente y diferencial restringida a tierra (87N).
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Protección de sobrecorriente de fases y de tierra: Criterio de arranque
Alta tensión 50/51 50N/51N
F1
51
130% de la corriente nominal del transformador (mayor etapa de refrigeración)
51N
20% a 40% de la corriente nominal del transformador (mayor etapa de refrigeración)
50/51N Se ajusta para despejar fallas en bornes de alta tensión (F1), el ajustes
es mayor a la corriente medida para una falla en media tensión (F2), para evitar su activación durante esta falla.
Criterio de temporizaciones 51/51N (Media tensión) El TMS (Dial) se debe ajustar para despejar fallas en la barra (F2) de media tensión en un tiempo de aproximadamente 500 ms.
F3
Media tensión
51/51N (Alta tensión) 51/51N
F2
El TMS (Dial) se debe ajustar para despejar fallas en la barra de media tensión (F2) en un tiempo de aproximadamente 750 ms, con el objetivo de coordinar con las funciones de sobrecorriente del devanado de media tensión. La función 51N, se debe evitar su activación en tiempos menores de 600 ms para fallas en la zona 2 de las líneas adyacentes a la barra de alta tensión.
50/51N (Alta tensión)
100 ms.
F4
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Esquema de protección para un transformador Zig-Zag: Protección de sobrecorriente
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Esquema de protección para un transformador Zig-Zag: Sobrecorriente y diferencial
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Ejemplo aplicativo: transformador 138/10 kV de la S.E. Tingo María
T27-11
de
Diagrama unifilar.
R3
R2 R1
26
Ejemplo aplicativo: transformador 138/10,5 kV de la S.E. Tingo María
T27-11
de
Características técnicas. Potencia nominal: 16,7 MVA Relación de transformación de tensión: 138+5-25%/10,5 kV Corriente nominal: 69,87/918,26 A. Grupo de conexión: DYn5. Tensiones de cortocircuito: Vcc (138kV – 10,5kV) = 15,3% (16,7MVA)
Ajustes. Sobrecorriente de fase del devanado de 10 kV TC:600/5A Fase(P)
Umbral 1 Curva IEC-NI
I1(A) 1200
Umbral 2 t1 0,10
Curva
I2(A) -
Umbral 3 T2 -
Curva -
I3(A) -
t3 -
Sobrecorriente de fase del devanado de 138 kV TC:100/1A Fase(P)
Umbral 1 Curva IEC-NI
I1(A) 91,0
Umbral 2 t1 0,15
Curva DT
I2(A) 1000
Umbral 3 T2(s) 0,10
Curva -
T2(s) 0,100
Curva -
I3(A) -
t3 -
Sobrecorriente de tierra del devanado de 138 kV TC:100/1A Tierra(E)
Umbral 1 Curva IEC-NI
I1(A) 30,0
Umbral 2 t1 0,26
Curva DT
I2(A) 1200
Umbral 3 I3(A) -
t3 -
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Ejemplo aplicativo: transformador 138/10,5 kV de la S.E. Tingo María
T27-11
de
DIgSILENT
Curva de coordinación de sobrecorriente de fases. DIgSILENT
I =5157.272 I =5415.136 pri.A pri.A
10
10
[s]
[s]
R2
R3 1
1
0.708 s
R1
R2
0.473 s
0.1
0.1 10.00 kV 1000 138.00 kV
10000 100 TMARI10\Cub_3\TMARÍA10 T27 7JS612
[pri.A]
100000
1000 TMAR138\Cub_8(1)\TMARÍA138 T27 7JS612 Curso CIP
Date: 7/29/2013 Annex:
0.01 138.00 kV 100
1000 TMAR138\Cub_8(1)\TMARÍA138 T27 7JS612
[pri.A] TMAR138\Cub_7\TMaría ATR 138 relé 51
10000
Time-Overcurrent Plot
Date: 7/29/2013 Annex:
28
Ejemplo aplicativo: transformador 138/10,5 kV de la S.E. Tingo María
T27-11
de
DIgSILENT
Curva de coordinación de sobrecorriente de tierra.
R2
3I0 = 1,2 kA (Falla monofásica Rf = 50 ohm en bornes del Tr)
[s]
3I0 = 0,48 kA (Falla monofásica Rf = 50 ohm en bornes del Tr)
Falla en la barra 138 kV (Rf = 0 ohm)
3I0 = 4,8 kA (Falla monofásica Rf = 0 ohm en bornes del Tr)
10
1
Falla en bornes 138 kV Tr (Rf = 0 ohm)
0.636 s
Falla en bornes 138 kV Tr (Rf = 50 ohm)
0.120 s 0.1 138.00 kV 10
100
1000
0.120 s
[pri.A]
10000
TMAR138\Cub_8(1)\TMARÍA138 T27 7JS612 Curso CIP (51N)
Date: 7/29/2013 Annex:
29
Ejemplo aplicativo: transformador 138/10,5 kV de la S.E. Tingo María
T27-11
de
Ajustes de la función diferencial de corriente (87T).
30
Ejemplo aplicativo: transformador 138/10,5 kV de la S.E. Tingo María
T27-11
de
Ajustes de la función diferencial de corriente (87T).
31
Ejemplo aplicativo: transformador 138/10,5 kV de la S.E. Tingo María
T27-11
de
Ajustes de la función diferencial de corriente (87T).
32
