Protecciones eléctricas en transformadores de potencia

Definicion

Clase superior

conjunto de contingencias elementos y dispositivos que son sensibles ante las variaciones de las magnitudes básicas de la competente eléctrica, es decir, voltaje y corriente que garantizan la eficiente des conexión cuando se superan los valores normalizados de dichas magnitudes en un tiempo y forma determinados.

Protección a los transformadores de potencia contra perturbaciones de las señales del sistema eléctrico y fallas de la transformación de la energía eléctrica (Variables de las señales)

Funciones

Son los encargados de ordenan disparos automáticos en caso de falla. Son la parte principal del sistema de protección. Contienen la lógica que deben seguir los interruptores. Se comunican con el sistema de potencia por medio de los elementos de medida y ordenan operar a dispositivos tales como interruptores, reconectadores u otros.

Son los que permiten saber en qué estado está el sistema. En esta categoría se clasifican los transformadores de corriente y los transformadores de voltaje. Estos equipos son una interfaz entre el sistema de potencia y los relés de protección. Reducen la señales de intensidad de corriente y tensión, respectivamente, a valores adecuados que pueden ser conectados a las entradas de los relés de protección.

Se dice que el transformador es el alma de un sistema de potencia, ya que es éste el que se encuentra en cada uno de los puntos donde las tensiones cambian de valor. Siempre están dispuestos en una subestación, ya sea de interconexión, elevación, o reducción. El tipo de protección más comúnmente utilizado es la diferencial de corriente.

Caracteristicas

Clasificacion

Seguridad:La seguridad, se refiere al grado de certeza en el cual un relé no actuará para casos en los cuales no tiene que actuar. Por lo que un dispositivo que no actúe cuando no es necesario, tiene un grado de seguridad mayor que otros que actúan de forma inesperada, cuando son otras protecciones las que deben actuar.

Los interruptores; que hacen la conexión o des conexión de las redes eléctricas. Son gobernados por los relés y operan directamente el sistema de potencia.

Los diseños y prestaciones específicas varían mucho con los requerimientos de aplicación, con las diferencias de construcción así como con el ciclo de vida del diseño en particular. Originalmente, todos los relevadores de protección fueron del tipo electromagnético y electromecánico, los que siguen estando en gran uso, pero los diseños de estado sólido están proliferando.

Se acostumbra alimentar, tanto interruptores como relés con un sistema de alimentación de energía eléctrica independiente del sistema protegido con el fin de garantizar autonomía en la operación. De esta forma los relés e interruptores puedan efectuar su trabajo sin interferir. Es común que estos sistemas sean de tensión continua y estén alimentados por baterías o pilas.

Selectividad:Este aspecto es importante en el diseño de un SP, ya que indica la secuencia en que los relés actuarán, de manera que si falla un elemento, sea la protección de este elemento la que actúe y no la protección de otros elementos. Asimismo, si no actúa esta protección, deberá actuar la protección de mayor capacidad interruptiva, en forma jerárquica, precedente a la protección que no actuó. Esto significa que la protección que espera un tiempo y actúa, se conoce como dispositivo de protección de respaldo.

Fiabilidad:Es el grado de certeza con el que el relé de protección actuará, para un estado pre diseñado. Es decir, un relé tendrá un grado de fiabilidad óptima, cuando éste actúe en el momento en que se requiere, desde el diseño. Y en ningún otro momento.

Fenómenos Relacionados

Deterioro del aislamiento

Efecto corona

Efecto joule

Clases Excluyentes

Lo que no es

Protecciones que protegen las lineas de trasmisión y demás equipos que conforman la subestación eléctrica ya que estos están programados y estudiados para proteger con determinados excesos de corrientes y de tensiones y los demás equipos manejan diferentes valores

Protecciones mecánicas que detectan las fallas internas del transformador

Introducción

Desarrollo

Conclucion

Los Sistemas de Protección se utilizan en los sistemas eléctricos de potencia para evitar la destrucción de equipos o instalaciones por causa de una falla que podría iniciarse de manera simple y después extenderse sin control en forma encadenada. Los sistemas de protección deben aislar la parte donde se ha producido la falla buscando perturbar lo menos posible la red, limitar el daño al equipo fallado, minimizar la posibilidad de un incendio, minimizar el peligro para las personas, minimizar el riesgo de daños de equipos eléctricos adyacentes.

Velocidad:Se refiere al tiempo en que el relé tarda en completar el ciclo de detección-acción. Muchos dispositivos detectan instantáneamente la falla, pero tardan fracciones de segundo en enviar la señal de disparo al interruptor correspondiente. Por eso es muy importante la selección adecuada de una protección que no sobrepase el tiempo que tarda en dañarse el elemento a proteger de las posibles fallas.

Simplicidad:Forma sencilla para operar en cuanto a un diseño de protección

Economía: Cuando se diseña un SP lo primero que se debe tener en cuenta es el costo de los elementos a proteger. Mientras más elevado sea el costo de los elementos y la configuración de la interconexión de estos sea más compleja, el costo de los SP será de mayor magnitud. A veces el costo de un SP no es el punto a discutir, sino la importancia de la sección del SEP que debe proteger, lo recomendable es siempre analizar múltiples opciones para determinar cuál de ellas es la que satisface los requerimientos de protección al menor costo.

La eficacia de las protecciones no es solamente importante para minimizar los daños originados por las fallas en el propio transformador, sino también para evitar que lo afecten las perturbaciones de origen externo. Las consideraciones para un paquete de protección de transformador varían según la aplicación y la importancia del transformador. Para reducir los efectos del estrés térmico y fuerzas electrodinámicas, es recomendable asegurarse de que el paquete de protección utilizado minimice el tiempo de desconexión en el caso de ocurrir una falla producida dentro del transformador.

Las sobrecargas o sobreintensidades pueden ser de valor grande o de valor poco elevado; pero sostenible a lo largo del tiempo. El mayor valor de sobrecarga se produce cuando se produce un cortocircuito en la salida del secundario del transformador. Para la protección contra sobrecargas se utilizan varios dispositivos

Existen varios tipos de protecciones lo cual el funcionamiento es cuando esta presenta alguna perturbación que esté ocurriendo en él ya sea externamente o internamente.

Las sobrecargas o sobreintensidades pueden ser de valor grande o de valor poco elevado; pero sostenible a lo largo del tiempo. El mayor valor de sobrecarga se produce cuando se produce un cortocircuito en la salida del secundario del transformador. Para la protección contra sobrecargas se utilizan varios dispositivos.

Dispositivos Utilizados:-Termómetros y termostatos
.-Cartuchos fusibles .-Interruptores automáticos. -Seccionadores. Combinados con los interruptores automáticos o con los fusibles se utilizan los seccionadores. Son los aparatos de maniobra

Los pequeños transformadores de distribución pueden protegerse satisfactoriamente, desde el punto de vista técnico y económico, mediante el uso de fusibles o relés de sobre corriente. Esto resulta en una protección temporizada debido a los requisitos de coordinación con equipos que se encuentran aguas abajo. Sin embargo, el despeje de falla temporizado es inaceptable en transformadores de gran potencia utilizados en aplicaciones de generación, transmisión y distribución, debido a consideraciones de la operación / estabilidad del sistema y el costo de reparación /tiempo de indisponibilidad.

Los relés de sobre corriente también se utilizan en transformadores más grandes provistos de control de interruptor de circuito estándar.

Se basa en la aplicación de la ley de Kirchoff, según la cual el sumatorio de las corrientes entrantes y salientes debe ser igual a cero. En nuestro caso el relé de protección es alimentado por los transformadores de corriente instalados en los devanados principales (ya sean estos dos, tres o incluso más). Para eliminar posibles errores en la medición tanto de fase como de ángulo se le aplica un frenado a la protección. Este frenado se basa en la corriente a frecuencia fundamental, pero también en los armónicos segundo y quinto, para de ese modo evitar transitorios durante la excitación del transformador que se protege.

Protección de falla a tierra convencional utilizando los elementos de sobre corriente no proporcionan una protección adecuada para los devanados del transformador. Esto se aplica particularmente a un devanado conectado en estrella con un neutro conectado a tierra por impedancia.

El relé Buchholz es muy usado como dispositivo en sistemas de protección y seguridad contra fallos del dieléctrico en el interior del equipo, es montado sobre algunos reactores y grandes transformadores que usen una refrigeración o disipación mediante aceite y está previsto con una reserva superior llamada "conservador".

Los Sistemas de Protección se utilizan en los sistemas eléctricos de potencia para evitar la destrucción de equipos o instalaciones por causa de una falla que podría iniciarse de manera simple y después extenderse sin control en forma encadenada.

Los sistemas de protección deben aislar la parte donde se ha producido la falla buscando perturbar lo menos posible la red, limitar el daño al equipo fallado, minimizar la posibilidad de un incendio, minimizar el peligro para las personas, minimizar el riesgo de daños de equipos eléctricos adyacentes.

Los transformadores se pueden encontrar sometidos a sobrecargas durante largos períodos de tiempo estando éstas limitadas por el límite de la elevación de temperatura de los devanados y el medio refrigerante que se use. Las sobrecargas excesivas en los transformadores produce deterioro en los aislamientos y fallas subsecuentes por lo que se ha indicado con anterioridad es necesario tener indicadores de temperatura con alarma de tal forma que indiquen oportunamente cuando los límites permisibles de temperatura se están excediendo. Los corto circuitos externos en los transformadores solo se encuentran limitados por la impedancia del transformador; de manera que si el valor de la impedancia es pequeño, la corriente de cto. cto. puede resultar excesiva y producir al transformador por esfuerzo mecánicos debido a los esfuerzos magnéticos que originan desplazamientos en las bobinas o fallas en las conexiones. Fallas a tierra a través de todo el devanado, fallas a tierra en los terminales externos de alto o bajo voltaje. Estas fallas se detectan por un desbalance en las corrientes o en los voltajes y su inicio tiene orígenes diversos, por ej. una falla entre espiras se puede originar con un punto de contacto resultante de las fuerzas mecánicas o del deterioro del aislamiento debido a sobrecarga excesivas, ruptura dieléctrica del aislamiento del transformador debido a algún impulso de tensión.Las fallas a tierra a través de las porciones de los devanados pueden originar valores considerables de corrientes de falla a tierra y por consiguiente producir grandes cantidades de gas debido a la descomposición del aceite, por lo que no es difícil detectar estas fallas; sin embargo se requiere eliminarlas rápidamente con el objeto de evitar daños. Los Sistemas de Protección se utilizan en los sistemas eléctricos de potencia para evitar la destrucción de equipos o instalaciones por causa de una falla que podría iniciarse de manera simple y después extenderse sin control en forma encadenada. Los sistemas de protección deben aislar la parte donde se ha producido la falla buscando perturbar lo menos posible la red, limitar el daño al equipo fallado, minimizar la posibilidad de un incendio, minimizar el peligro para las personas, minimizar el riesgo de daños de equipos eléctricos adyacentes. Con esto llegamos al punto en el que vemos la gran importancia que ofrecen este tipo de protecciones para los transformadores y demás cosas. ya que evitan fallas protegen a las personas y brinda seguridad a sus alrededores aparte que los transformadores de potencia son muy costosos se debe tener una buena protección para evitar fallas que comprometan la vida útil del transformador y otros elementos por la cual fueron diseñados estos tipos de protecciones, también cabe resaltar que hay diferentes tipos de protección para diferentes tipos de transformadores por lo cual debemos ver cual elemento de protección es el adecuado para el transformador

Se dice que el transformador es el alma de un sistema de potencia, ya que es éste el que se encuentra en cada uno de los puntos donde las tensiones cambian de valor. Siempre están dispuestos en una subestación, ya sea de interconexión, elevación, o reducción. El tipo de protección más comúnmente utilizado es la diferencial de corriente. Se basa en la aplicación de la ley de Kirchoff, según la cual el sumatorio de las corrientes entrantes y salientes debe ser igual a cero. En nuestro caso el relé de protección es alimentado por los transformadores de corriente instalados en los devanados principales (ya sean estos dos, tres o incluso más). Para eliminar posibles errores en la medición tanto de fase como de ángulo se le aplica un frenado a la protección. Este frenado se basa en la corriente a frecuencia fundamental, pero también en los armónicos segundo y quinto, para de ese modo evitar transitorios durante la excitación del transformador que se protege.
La eficacia de las protecciones no es solamente importante para minimizar los daños originados por las fallas en el propio transformador, sino también para evitar que lo afecten las perturbaciones de origen externo. Las consideraciones para un paquete de protección de transformador varían según la aplicación y la importancia del transformador. Para reducir los efectos del estrés térmico y fuerzas electrodinámicas, es recomendable asegurarse de que el paquete de protección utilizado minimice el tiempo de desconexión en el caso de ocurrir una falla producida dentro del transformador. Los pequeños transformadores de distribución pueden protegerse satisfactoriamente, desde el punto de vista técnico y económico, mediante el uso de fusibles o relés de sobre corriente. Esto resulta en una protección temporizada debido a los requisitos de coordinación con equipos que se encuentran aguas abajo. Sin embargo, el despeje de falla temporizado es inaceptable en transformadores de gran potencia utilizados en aplicaciones de generación, transmisión y distribución, debido a consideraciones de la operación / estabilidad del sistema y el costo de reparación /tiempo de indisponibilidad.

En el siguiente diagrama de caracterización se desarrolla con ciertos criterios el punto evaluado que trata de que el lector identifique y adopte los conocimientos a base de preguntas que le dan la noción del tema de protecciones a transformadores de potencia que son muy importantes en la subestación eléctrica.

Fenómenos naturales

Perturbaciones del sistema eléctrico