La ferroresonancia es un fenómeno oscilatorio estacionario no lineal, que se presenta en un sis sistem tema a elé eléctr ctrico ico AC deb debido ido a la int intera eracci cción ón ent entre re un con conden densa sador dor y una inductancia con núcleo ferromagnético saturable. La ferrorresonancia se maniesta por los siguientes síntomas: -
Sobretensiones Sobretens iones permanen permanentes tes elevadas de modo diferen diferencial cial entre fases! o de modo común entre fases y tierra!, Sobreintensidades Sobreintensid ades permanentes elevadas, "randes distorsio distorsiones nes permanentes de las formas de onda de tensión y corriente, #espla$amiento #espla$ami ento de la tensión del punto neutro, Calentamiento Calentamient o de los transformado transformadores res en funcionami funcionamiento ento sin carga!, %ui uido do pe perm rman anen ente te y e& e&ce cesi siva vame ment nte e fu fuer erte te de dent ntrro de lo los s tr tran ansf sfor orma mado dorres y reactancias, #estrucción #estrucció n de materiales eléctricos condensa condensadores, dores, '', 'C', (! por efectos térmicos o por roturas dieléctricas. #isparo de protecciones que puede parecer intempesti intempestivo. vo. Conguraciones de redes eléctricas que pueden quedar afectadas por la ferrorresonancia
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Cone&iones largas y)o capacitivas que alimentan un transformador, *rotección *rotecc ión con fusibles cuya fusión produce un corte no omnipolar, 'ransformador de potencia o de tensión en vac+o o poco cargado. 'ra rans nsfo form rmad ador or de te tens nsió ión n al alim imen enta tado do po porr la ca capa paci cida dad d de un o de va vari rios os!! interruptores! interruptor es! automticos! abiertos! 'ransformadores de tensión ''! conectado conectados s a una red con neutro aislado 'ransformador alimentado accidentalmen accidentalmente te sobre una o dos fases 'ransformador de tensión y transformado transformadores res A')' con neutro aislado %ed con neutro inductivo Fenómenos Fenómeno s más frecu frecuenteme entemente nte que puede pueden n provo provocar car la ferror ferrorresona resonancia ncia son:
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aniobra de condensado condensadores res y de l+neas sin carga, #efectos de aislamien aislamiento, to, 'ormentas aniobra de transformado transformadores res sin carga. Ferrorresonancia en transformadores de tensión (TT) Si consideramos un transformador con neutro aislado o puesto a tierra a través de una impedanc impe dancia ia muy elev elevada ada con tran transfor sformador madores es de medi medida da entr entre e cada fase y tier tierra ra instalados para permitir controlar el potencial de cada fase, se puede decir que cada uno de estos transformadores son inductancias con núcleo saturable. *or otro lado, cada l+nea de la red presenta, con relación a tierra, una cierta capacidad. Se observa, por ello, que pueda aparecer entre cada fase y tierra un circuito paralelo inductivo-capacitivo susceptible de dar lugar a una ferroresonancia. n los circuitos de ' con el neutro aislado o conectado a tierra por medio de una impedancia de valor elevado, si se produce un cortocircuito a tierra en una de las fases, la tensión respecto a tierra de las otras dos fases, aumenta pudiendo llegar a ser de valor pró&imo al de la tensión entre fases es decir /,01 2o 2o tensión simple faseneutro!.
Si en el circuito 3ay transformadores de tensión ''! conectados entre fase y tierra, pueden producirse por esta causa cortocircuito a tierra! unas importantes sobretensiones en dic3os '', debidos a un fenómeno de resonancia entre la inductancia L del '' y la capacidad C respecto a tierra. #ic3as inductancia L y capacidad C estn en paralelo. ste ser+a el fenómeno denominado 4ferrorresonancia4 y puede provocar graves aver+as en los ''5s. *ara evitarlo es usual la siguiente solución, posible cuando 3ay tres '' con los segundos secundarios 4arrollamientos de tensión residual4! conectados entre s+ formando un tringulo abierto6 Se conecta una resistencia ó3mica entre los bornes de dic3o tringulo abierto. n situación normal sin defecto a tierra! no 3ay tensión entre los bornes del tringulo abierto y por tanto no circula corriente por la resistencia. A3ora bien en caso de defecto a tierra de una de las fases, aparece una tensión entre los bornes del tringulo abierto y la consiguiente corriente por la resistencia. sta corriente produce un efecto amortiguador de la ferrorresonancia. l valor de esta resistencia, por e7emplo, en el caso de ''5s de potencia /89 2A y arrollamiento de tensión residual : /99)1 2, ser+a6 % : 1 rai$ 1 /99)1!;< )/89 : 1=,8 o3mios y su potencia de6 1&/99)1!;< ) 1=,8 : <> ?. @n s+ntoma caracter+stico de la destrucción de los '' por ferrorresonancia es que el arrollamiento primario estar+a completamente destruido y el secundario intacto, Ferroresonancia en Transformadores de potencia @n transformador est constituido por conductores bobinados alrededor de un núcleo magnético. Su con7unto est formado por resistencias la de los conductores!, reactancias las bobinas! y capacidades entre espiras, entre arrollamientos y entre estos y masa!. n ba7a frecuencia es fcil calcular un valor global de este con7unto de impedancias donde las capacidades suelen tener un valor muy reducido. Sin embargo, en frecuencias elevadas no sucede lo mismo. Los efectos capacitivos suelen ser importantes y por tanto, se 3ace necesario descomponer el transformador en un cierto número de circuitos elementales compuestos cada uno de resistencia, inductancia y capacidad. l con7unto puede ser considerado como un ensambla7e comple7o de circuitos resonantes en paralelo. La impedancia global de un sistema as+ es una función comple7a n una parte elemental de este comple7o circuito, puede verse incrementada su impedancia 3asta el innito para una determinada frecuencia, los otros elementos conservan sus valores de impedancia ms ba7os, el resultado es que la tensión no se reparte uniformemente a lo largo del bobinado sino que se concentra casi en su totalidad en la parte en resonancia. @na tensión elevada puede aparecer e&clusivamente entre dos conductores muy pró&imos y ser superior a la tensión de ruptura entre estos dos conductores. La repartición de la tensión debida a una corriente armónica puede no ser lineal a lo largo de una bobina y concentrarse en un punto superando, igualmente su tensión de ruptura.
La puesta en tensión de un transformador en vac+o puede ser el fenómeno transitorio que provoque la ferroresonancia. n efecto, según el instante de cone&ión puede registrarse una fuerte asimetr+a de corriente magneti$ante. La onda de corriente presentar puntas muy importantes en un sentido y nulas en sentido inverso as+ como un descenso e&ponencial de la componente continua. La amplitud de la corriente es apro&imadamente /99 veces la corriente nominal. stas puntas de corriente de una determinada polaridad, corresponden a un estado de saturación importante del circuito magnético del transformador. La componente continua de la corriente cargar+a las capacidades de la red, provocando la aparición de una tensión entre el punto neutro y tierra permitiendo su oscilación y entrar en régimen de ferroresonancia. Cómo evitar o limitar la ferroresonancia La probabilidad de que apare$can estas sobretensiones de ferroresonancia es una función de la longitud de los cables, la capacidad fase-tierra del circuito varia con esta longitud. *ara que la ferroresonancia se produ$ca, es necesaria la intersección de las caracter+sticas de las capacidades e inductancias. Si el cable es muy corto, estas caracter+sticas no llegan a cortarse no e&istiendo por tanto, riesgo de ferroresonancia, por e7emplo, al disponer los disyuntores lo ms cerca posible, aguas arriba, de los transformadores. *uede amortiguarse este fenómeno utili$ando una adecuada resistencia en el neutro, o bien, en lugar de conectar el transformador en vac+o, mantener una pequeBa carga en su secundario 8 al /9 de la carga nominal!. sta carga, en general activa, trasladada al primario, se comporta como una resistencia, suprimiendo de esta forma, el riesgo de ferroresonancia. los parmetros que inDuyen directamente en la aparición de la ferrorresonancia son la reactancia de magneti$ación de los transformadores y la reactancia capacitiva de los cables de alimentación. La resistencia, por otro lado, es un parmetro que puede atenuar el fenómeno, mas no eliminarlo. Las opciones en tales casos ser+an6 -
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#isponer de puesta a tierra directa el neutro del transformador, lo que asegura que la corriente no circule por la capacitancia de las l+neas abiertas y evitar de esta forma la aparición de trayectorias LC-serie no lineales, sin embargo, en muc3as ocasiones este método no es aconse7able. Entroducir una resistencia en la puesta a tierra del transformador de forma que la intensidad de paso en esta resistencia sea mayor o igual al doble de la intensidad de fuga capacitiva total de los cables de la red, Entroducir resistencias al sistema con el ob7eto de atenuar los efectos de este fenómeno. Se desaconse7a, por tanto, las puestas a neutro con reactancias inductivas elevadas. Ftras veces la me7or solución para prevenir la ferrorresonancia es la adición de una tierra temporal en el punto estrella del banco de transformadores durante las maniobras a través de un interruptor que est, en condiciones de servicio, normalmente abierto!. sto conectar+a el neutro a tierra, eliminando la condición de neutro Dotante que causa los sobretensiones cuando las l+neas estn abiertas en un punto de la red. Ftra de las medidas para evitar sobretensiones por ferrorresonancia, es la de asegurar que la reactancia capacitiva sea muc3o mayor que la reactancia inductivaG esto se
logra, por e7emplo, limitando la longitud de los cables entre el interruptor y el transformador, n el momento de ocurrir el fenómeno de ferroresonancia, el cable es uno de los elementos ms afectados, debido a que el circuito LC serie es predominantemente capacitivo, lo cual provoca un aumento signicativo del campo eléctrico en el cable de potencia, sobretodo en sus e&tremos debido a que la dirección del campo eléctrico en estos puntos se distorsiona y busca la ruta ms cercana 3acia la pantalla. ste aumento en el potencial provoca que los esfuer$os, en los e&tremos del cable sean muc3o mayores y originen el desgaste del aislamiento 3asta perforarlo. La solución a este problema, es 3acer una adecuada terminación en los e&tremos del cable con material de constante dieléctrica similar al aislamiento primario, con lo cual se logra que el campo eléctrico se mantenga relativamente constante en estos puntos y disminuyan los gradientes de potencial.
