Guía para la Duración de Corriente de Falla a través de Transformadores de Potencia
Ing. Rolando F. Z. M. RFZM Books Área Eléctrica 2009
G uía para la Dur ación de Cor ri ente de Falla a través de Tr ansformadores de Potencia
B as ada en la NOR MA NAC IONAL A MER ICA NA ANSI/IEEE C57.109-1985
GUIA PARA LA DURACION DE CORRIENTE DE FALLA A TRAVES DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA
Elaboró: Ing. Rolando F. Z.M.
Área Eléctrica 2009
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PREFACIO Este Prefacio no es parte de la Guía para Duración de Corriente de Falla a través de Transformadores (ANSI/IEEE C57.109-1985) La norma ANSI C57.92-1962, Guía para Sobrecarga de Transformadores de Potencia y Distribución Inmersos en Aceite (Apéndice a las normas ANSI C57.12) fue editada en 1962. Esta contiene una sección titulada Dispositivos de Protección que suministra información indicando la capacidad de sobrecarga térmica de tiempo corto de transformadores inmersos en aceite. Esta información es de particular interés para los responsables de la aplicación de dispositivos de sobrecorriente para t ransformadores y es resumido como sigue:
2 seg
Nº veces Inom 25
10 seg
11.3
30 seg
6.3
60 seg
4.75
5 min
3.0
30 min
2.0
tiempo
Durante la revisión de actividades de la norma C57.92 se hizo evidente que el número de veces la corriente nominal tal como se indicaba no contemplaba las consideraciones de resistencia mecánica de los transformadores, en consecuencia se decidió que la sección de la guía Dispositivos de Protección debería ser eliminada y considerarse separadamente. En 1978, siguiendo una urgencia particular del Comité de Relevadores de Sistemas de Potencia del IEEE, fue formado un grupo de trabajo bajo la tutela del Comité de Transformadores del IEEE con el cometido de preparar una guía que documentara con suficiente detalle la capacidad de duración de corriente de falla a través de transformadores para facilitar la coordinación de dispositivos de protección de sobrecorriente con transformadores de potencia. Esta guía es el resultado del grupo de trabajo. Desde su edición en 1978, la información de características de cortocircuito de la norma ANSI/IEEE C57.12.00b-1978 ha sido incorporada a la edición normal de ANSI/IEEE C57.12.00-1980, Norma de Requerimientos Generales para Transformadores de distribución, Potencia y Reguladores Inmersos en Aceite. Esta guía suplementa, pero de ninguna manera reemplaza la ANSI/IEEE C57.12.00-1980
Norma Nacional A mericana Guía para Duración de Corriente de Falla a través de Transformadores
1. ALCANCE Esta guía se aplica a los transformadores que aparecen en la norma ANSI/IEEE C57.12.00-1980 [2] con categoría I, II, III y IV.
ocurrencia de falla sea alta. El punto de transición entre efecto mecánico y efecto térmico no ha sido precisamente definido, pero los efectos mecánicos tienden a tener un papel más pr ominente a mayores rangos en KVA debido a que los esfuerzos son mayores.
2. PROPOSITO 4. REFERENCIAS Los dispositivos de protección tales como relevadores y fusibles tienen características de operación bien definidas que relacionan la magnitud de falla con el tiempo de operación. Se desea que estas curvas características sean coordinadas con curvas comparables aplicables a los transformadores relacionando la duración y magnitud de falla a su capacidad máxima. Esta guía establece cuatro recomendaciones creadas esencialmente para la aplicación de dispositivos de protección de sobrecorriente aplicados para limitar el tiempo de exposición de transformadores a la corriente de cortocircuito (Ver ANSI/IEEE C37.91-1985 [1]). Esta guía no intenta implicar la capacidad de sobrecarga.
3. GENERAL La magnitud y duración de la corriente de falla es de máxima importancia al establecer una coordinación de protecciones práctica para transformadores considerando los efectos térmicos y mecánicos de la corriente de falla. Para magnitudes de corriente de falla cercanas a la capacidad de diseño del transformador, los efectos mecánicos son más significativos que los efectos térmicos. En magnitudes inferiores de corriente de falla se aproxima al rango de sobrecarga, los efectos mecánicos se consideran menos importantes a menos que la frecuencia de
Cuando se mencionen las siguientes normas ANSI en esta guía deberá aplicarse a la última revisión efectuada: [1] ANSI/IEEE C37.91-1985 Guía para la Aplicación de Relevadores de Protección a Transformadores de Potencia. [2] ANSI/IEEE C57.12.00-1980 Norma de Requerimientos Generales para Transformadores de distribución, Potencia y Reguladores Inmersos en Aceite. [3] ANSI/IEEE C57.91-1985 Guía para la Sobrecarga de Transformadores de Distribución tipo Poste y Bóveda Inmersos en Aceite Mineral 500KVA y menores con Promedio de El evación de Temperatura en Devanados de 65ºC o 55ºC. [4] ANSI/IEEE C57.92-1982 Guía para la Sobrecarga de Transformadores de Potencia Inmersos en Aceite Mineral 100 MVA y mayores con Elevación de Temperatura en Devanados de 55ºC o 65ºC. [5] ANSI/IEEE Std 756, Guía de prueba para la Sobrecarga de Transformadores de Potencia Inmersos en Aceite Mineral con Capacidad superior a 100 MVA (Elevación de Temperatura en Devanados de 65ºC).
5. CURVAS DE COORDINACION TRANSFORMADORES
DE
Para propósitos de coordinación de dispositivos de protección de sobrecorriente, las figuras 1, 2, 3 y 4 son representadas como curvas de protección para diferentes tamaños de transformadores. Para las categorías I y IV, se aplica una sola curva, la cual refleja ambas consideraciones de daño térmico y mecánico. Para las categorías II y III se aplica doble curva, una de la cual refleja ambas consideraciones de daño térmico y mecánico, mientras que la otra refleja principalmente consideraciones de daño térmico. En las curvas donde aparece un parte sólida y otra punteada, la parte solida representa la duración total de falla mas allá de la cual puede ocurrir daño térmico en el aislamiento adyacente a los conductores que
transmiten corriente, mientras que la porción punteada representa la duración total de falla mas allá de la cual puede ocurrir daño mecánico acumulativo. En estas curvas se refleja el incremento significativo de los efectos mecánicos para transformadores de KVA Superiores. La validación de estas curvas límite de daño no puede demostrarse por pruebas ya que los efectos son progresivos en la vida útil del transformador. Estas se basan principalmente en juicios de ingeniería y experiencias de campo.
5.1 Para Transformadores Categoría I. El límite de duración recomendado está basado en la curva de la figura 1. Esta curva refleja ambas consideraciones de daño térmico y mecánico y deberá aplicarse como curva de protección para fallas que ocurren ya sea frecuentemente o no.
5.2 Para Transformadores Categoría II. El límite de duración recomendado dependerá de la frecuencia de falla y se basa en la curva de la figura 2. La frecuencia de falla se refiere al número de fallas con una magnitud superior al 70% del máximo. 5.2.1 La curva de la izquierda refleja ambas consideraciones de daño térmico y mecánico, deberá ser aplicada como curva de protección para fallas que ocurrirán frecuentemente (típicamente mas de 10 en la vida útil de un transfor mador). Esta es dependiente de la impedancia del transformador para corrientes de falla superiores al 70% del 2 máximo posible y es obtenido por I t para el peor
caso de esfuerzo mecánico. (Corriente máxima de falla para 2 s).
5.2.2 La curva de la derecha refleja principalmente consideraciones de daño térmico. Esta no es dependiente de la impedancia del transformador y puede ser aplicada como una curva de protección para fallas que no sean frecuentes (típicamente no más de 10 en la vida útil de un transfor mador). Esta curva también puede ser usada para protección de respaldo donde el transformador está expuesto a fallas frecuentes normalmente libradas por relevadores de alta velocidad.
5.3 Para Transformadores Categoría III. Los límites de duración recomendados dependen en la frecuencia de falla y están basados en las curvas de la figura 3. La frecuencia de falla se refiere al número de fallas con magnitudes superiores al 50% del máximo. 5.3.1 La curva de la izquierda refleja ambas consideraciones de daño térmico y mecánico, deberá ser aplicada como una curva de protección para fallas que ocurrirán frecuentemente (típicamente más de 5 en la vida útil de un transformador). Esta es dependiente de la impedancia del transformador para corrientes de falla superiores al 50% del máximo posible y es
2
obtenido por I t para el peor caso de esfuerzo mecánico (corriente máxima de falla para 2 s).
5.3.2 La curva de la derecha refleja principalmente consideraciones de daño térmico. Esta no es dependiente de la impedancia del transformador y puede ser aplicada como una curva de protección para fallas que no sean frecuentes (típicamente no más de 5 en la vida útil de un transformador). Esta curva también puede ser usada para protección de respaldo donde el transformador está expuesto a fallas frecuentes normalmente libradas por relevadores de alta velocidad.
5.4 Para Transformadores Categoría IV. El límite de duración recomendado está basado en la curva de la Figura 4. La curva refleja ambas consideraciones de daño térmico y mecánico y puede ser aplicada como una curva de protección para fallas las cuales ocurrirán frecuentemente o no. Esta es dependiente de la impedancia del transformador para corrientes de falla superiores al 50% del máximo posible y se obtiene con I 2t para el peor caso de esfuerzo mecánico (corriente máxima de falla para 2 s).
5.5 Resumen de los Límites de Duración Recomendados. Los límites de duración recomendados designados para transformadores dados en la norma ANSI/IEEE C57.12.00-1980 [2] con categorías I, II, III y IV son los indicados en la Tabla 1.
Tabla 1 KVA mínimo de Placa Categoría I II III IV
Monofásico 5 a 500 501 a 1667 1668 a 10000 Mayor a 10000
Trifásico 15 a 500 501 a 5000 5001 a 30000 Mayor a 30000
Curva de Referencia* Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4
*NOTA: En las Fig. 1, 2, 3 y 4 la escala del número de veces la corriente base nominal esta en relación a los KVA mínimos de placa. Para valores abajo de 3.5 veces la corriente base nominal se considera mas como sobrecarga que como falla y en tales casos, la guía de sobrecarga puede indicar tiempos de duración diferentes que los indicados en las figs. 1 a la 4. Ver ANSI/IEEE C57.91-1981 [3] y ANSI/IEEE C57.92-1982 [4].
ANEXO Tabla 2 Determinación de puntos coordenados t-i para definir la curva ANSI de un transformador
CATEGORIA I t
1
4 Amp
CATEGORIA II, III, IV t
1 2 3
4 Amp
Cabe señalar que las variables involucradas en las expresiones matemáticas de la tabla 4-2, corresponden a lo siguiente:
T
tiempo en segundos
I
corriente en amperes
Zt
impedancia del transformador referida a su capacidad OA, expresada en p.u.
Zs
impedancia equivalente del sistema hasta el punto de conexión de este con el transformador, referida a la capacidad OA del transformador y expresada en p.u.
In
corriente nominal del transformador en su capacidad OA, expresada en amperes
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Procedimiento para Coordinación de Protecciones de Sobrecorriente en Sistemas de Distribución Gerencia de Distribución CFE, Revisión 1997 “
IEEE Guide for Transformer Through-Fault-Current Duration ANSI/IEEE C57.109-1985 “
”
”
