Sistemas de protecciones electricas

TEMA 3

PROTECCIÓN DE SOBRECORRIENTE PARA TRANSFORMADORES

Un esquema completo de protección de sobrecorriente para transformadores debe lograr:
1. Proteger al transformador contra sobrecargas severas.
2. Proteger al sistema de fallas en el transformador.
3. Desconectar el transformador del sistema, tan rápido como sea posible, y limitar la energía que pueda absorber.
4.Soportar sobrecargas, inofensivas, de corta duración.
5. Soportar las corrientes transitorias: magnetizante (Inrush) y de carga fría.
6. Coordinar con otros dispositivos de sobrecorriente
7. Proteger cables y cargas del lado de baja tensión
8. Soportar las sobretensiones ocasionadas por rayos.

Los dispositivos disponibles, para la protección de sobrecorriente en transformadores,incluyen: fusibles, reconectadores e interruptores de potencia. Normalmente, la escogencias es probablemente el dispositivo más económico o la combinación de ellos que provea la protección más apropiada para el tipo de carga y en la mayoría de los casos, la escogencia envuelve fusibles.

Filosofía para la Protección de Transformadores con Fusibles
El primer paso para proteger transformadores confusibles es desarrollar una filosofía de protección. En general, la relación del fusible se puede calcular dividiendo la corriente mínima de fusión del fusible entre la corriente de plena carga del transformador. Si se usa una relación alta, se protege al sistema contra fallas en el transformador pero se tiene una protección de sobrecarga limitada. Una relación de fusible baja provee máximaprotección contra sobrecargas, pero el fusible esta sujeto a daños por corrientes transitorias.
Los compromisos que se deben hacer al desarrollar la filosofía incluyen continuidad de servicio, fallas en los transformadores por sobrecargas, coordinación de los fusibles de los transformadores con otros elementos de protección, efectos de las corrientes Inrush y de carga fría, etc.

CorrientesTransitorias
Corriente Transitoria Magnetizante (INRUSH)
En condiciones normales la corriente magnetizante, presente en el devanado primario de los transformadores, es tan pequeña que no afecta los equipos de protección. Sin embargo, cualquier condición que produzca un cambio instantáneo en los enlaces de flujo de un transformador de potencia causará la circulación de una corriente magnetizanteanormalmente alta (Inrush) que puede producir la operación de los dispositivos de protección ubicados en el primario, ya sea un fusible o un relé.
La corriente Inrush más grande y por lo tanto, la que más afecta a los equipos de protección ocurre cuando un transformador ha sido completamente des-energizado y luego se re-energiza, aplicando tensión a los devanados primarios con los devanados secundariosdesconectados de la carga. Corrientes Inrush considerablemente menores, pero que aún pueden causar problemas, se producen cuando se energiza un transformador con carga conectada o cuando ocurren o se desconecta un cortocircuito.
Los factores que controlan la magnitud y duración de estas corrientes son:
1. Tamaño del Transformador o del banco de transformación.
2. Capacidad instalada delsistema de potencia.
3. Impedancia del sistema desde la fuente hasta el transformador.
4. Tipo de hierro usado en el núcleo del transformador.
5. Flujo residual en el núcleo.
6. Forma de energizar el transformador (inicial, recuperación o “Inrush por simpatía” (sympathetic Inrush)).
Cuando se energiza un transformador de potencia con su secundario abierto, la onda de flujo de estadoestable ϕ en el núcleo está en cuadratura y en atraso con respecto a la onda de voltaje como se muestra en la Fig. 3.1. Si el transformador se energiza en cualquier punto de la onda de voltaje, la asimetría en el flujo del núcleo corresponderá a la asimetría del voltaje, pero su punto de arranque dependerá del flujo residual ϕR en el núcleo. Si el interruptor se cierra en el punto cero de la onda...