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3.2 PROTECCIÓN DIFERENCIAL
La protección diferencial es una protección estrictamente selectiva de un elemento y se realiza comparando las intensidades de corrientes a la entrada del primario y a la salida del secundario de cada fase. Distinguir entre fallas internas o externas a una zona de protección es el propósito principal de la protección diferencial.Sin embargo, en los transformadores se presentan una serie de dificultades como pueden ser:
•Intensidades de distinta magnitud.
•Desfases entre tensiones de primario y secundario.
•Ubicación de los transformadores de intensidad que alimentan la protección diferencial.
•Si existe regulación de tensión.
87T
51/51N
51/51N
4963B63P
87T
51/51N
51/51N
4963B63P
87T
51/51N
51/51N
4963B63P
51/51N
87T
51/51N
51/51N
4963B63P
51/51N
87T
51/51N
51/51N
4963B63P
51/51N
87T
51/51N
51/51N
4963B63P
51/51N
Protección de transformadores de dos devanados
Protección de transformadores de tres devanados
Protección de autotransformadores
Detecta las fallas que se producen tanto en el interior de la zona protegida como en sus conexiones externas hasta los transformadores de corriente asociados con esta protección.
Es una protección con selectividad absoluta.Las protecciones diferenciales comparan por lo general los valores instantáneos de las corrientes, sus módulos y fases.
SSDif III 21
rrr+=
Equipo sin Falla
021
rvvv≈⇒−≅ DifSS III
Equipo con Falla
0.21
rvvv≠⇒−≠ DifSS III
RELE
EQUIPO
ID
I1P I2P
I1S I2SRELERELE
EQUIPOEQUIPO
ID
I1P I2P
I1S I2S
CARACTERÍSTICAS DE LOS RELES DIFERENCIALES.
Protección Diferencial usando relés diferenciales porcentuales El relé de porcentaje diferencial es aquel cuya corriente de arranque crece automáticamente con el incremento de la corriente que circula a través del transformador. De esta forma es posible garantizar que no opere incorrectamente para grandes corrientes fluyendo al exterior, sin perder la sensibilidad de operar para fallas internas.
La cantidad de restricción es establecida como un porcentaje entre la corriente de operación (Iop) y la corriente de restricción (Iret. o Ibias).
RELE
EQUIPO
ID
I1P I2P
I1S I2SRELERELE
EQUIPOEQUIPO
ID
I1P I2P
I1S I2S
CORRIENTE DE OPERACION
SSOP III 21rrr
+=
CORRIENTE DE RESTRICCION
221
.ReSS
st
III
vvv +
=
RELES DIFERENCIALES PORCENTUALES.
+
Valor Mínimo de Operación % TAP
alno
op
I
Ig
min
r
r
=
n= < 25% ; 35%>
Valor del porcentaje de polarización (slope %)
.rest
op
I
Ir
r
=υ
IOP
IRET
g
n
CORRIENTE DE RESTRICCION
221
.ReSS
st
III
vvv +
=
CORRIENTE DE OPERACION
SSOP III 21
rrr+=
CARACTERÍSTICA DE OPERACIÓN DE UN RELÉ DIFERENCIAL.
ESQUEMADELRELÉ
Compensaciónde modulo
Compensaciónde desfasaje
TRANSFORMADORDE
POTENCIA
PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE TRANSFORMADOR (87T).
La corriente inicial de magnetización o corriente de INRUSHEsta corriente puede ser vista por el relé como corriente de falla interna y causar la desconexión del transformador.
La corriente de inrush contiene armónicos de 2º y 4º orden, se pueden usar estos para desensibilizar momentáneamente el relé durante la energización.
Iinrush es del orden de ocho (8) a doce (12) veces la corriente nominal, con un tiempo de duración de 100 ms.
Avalancha de corrientesde magnetizaciónen transformador
FACTORES A CONSIDERAR EN EL AJUSTE DE LA PROTECCÍON DIFERENCIAL (1).
Diferencia en la magnitud de la corriente en cada lado del transformadorDebido a los diferentes niveles de voltaje, incluidas los diferentes posiciones de los taps, las corrientes en uno o en otro lado del transformador son de diferente magnitud.
Esto se compensa con una adecuada relación de los transformadores de corriente asociados con la protección diferencial.Diferencia de fase por grupo de conexión del transformador.El grupo de conexión del transformador introduce un desfase entre las corrientes primaria y secundaria.
Un transformador de potencia conectado en DY5, la corriente estará desfasada 150º en atraso.
Los transformadores de corriente en el lado Y de un banco deben conectarse en delta y los del lado delta deben conectarse en Y. Así se compensara el desfasaje de 30º.
FACTORES A CONSIDERAR EN EL AJUSTE DE LA PROTECCÍON DIFERENCIAL (2).
COMPENSACION DE DESFASAJE
87
Yy0
0
Yd11
+30
Dy1 (-30º )
Yy0, Yd1, Yd5, Yy6, Yd7, Yd11, Ydy0 …… etc.0°, -30°, -150°, 180°, +150°, +30°, 0° …. etc.
87
1 A 1 A
FACTORES A CONSIDERAR EN EL AJUSTE DE LA PROTECCÍON DIFERENCIAL (3).
Realizar la compensación de módulo y del desfaje del siguiente esquema:
Dy1120 MVA 60/10 KV
Yy? Yd?
300/1 1500/1
Elemento Diferencial
Relé KBCH
ia ib
COMPENSACIÓN DE MODULOS Y COMPENSACIÓN DE DESFASAJE
(1).
Compensación de módulos
Cálculo de corrientes de carga Máximas
En el lado de Alta En el lado de Baja
En el lado secundario de los TC
AxxIL 70,1154
1031020 3
==AxxIH 45,192
6031020 3
==
Axi 64,0300145,1921 == Axi 77,0
1500170,11542 ==
Cálculo de la relación de los transformadores auxiliares:
En el lado de Alta En el lado de Baja
164.0.... =TAACT 77.0
577.077.0
3/1.... ==TBACT
COMPENSACIÓN DE MODULOS Y COMPENSACIÓN DE DESFASAJE (2).
COMPENSACIÓN DE MODULOS Y COMPENSACIÓN DE DESFASAJE (3).
Compensación del Desfasaje
Dy1120 MVA 60/10 KV
300/1 1500/1
Elemento Diferencial
Relé KBCH
0º + 30º
Yy0
0
Yd1- 30
Resultado FinalDy11
20 MVA 60/10 KV300/1 1500/1
Elemento Diferencial
Relé KBCH
1A 1A
Yy0
0
Yd1
- 30
192,4A 1154,7A
Factores de CorrecciónDe Modulo De Desfasaje
T.C.A.A.T= 0.64/1
T.A.A.B.T= 0.577/0.77
HV = Yy0
LV = Yd1
COMPENSACIÓN DE MODULOS Y COMPENSACIÓN DE DESFASAJE (4).
A EA E
A EA E
A EA E
E AE AUU
VV
WW
E AE A
E AE A
uu
vv
ww
60 kV60 kV
OO
E AE A
E AE A
E AE AA EA E
A EA E
A EA E
A EA E
A EA E
A EA E
E AE A
E AE A
E AE A
RR RR
OO OO OO
RR
RR
RR
RR
E AE A
A EA E
E AE A
A EA E
E AE A
A EA E
Elemento Diferencial
10 kV10 kV
YNy0YNy0
Dyn11Dyn11
RR
SS
TT
rr
ss
tt
YNd1YNd1A EA E
A EA E
A EA E
E AE A
E AE A
E AE A
9991.077.0
3*577.0*1500
1*10*3
20000
0023.164.01*
3001*
60*300020
==
==
ib
ia
YNd1YNd1Yyn0Yyn0
RR RR
OO
60 kV60 kV 10kV10kV
iaia
ii11 ii22
Dyn11Dyn1120 MVA
60 / 10 kV
ibib
300/1300/11500/11500/1
II6060 II1010
CCáálculo de porcentaje de polarizacilculo de porcentaje de polarizacióón v% :n v% :
( )( )
%100**
21
ba
ba
ii
iiv+
−=
( ) %32.0%100*)9991.00023.1(*
21
9991.00023.1=
+
−=v
•• V V MAGNITUDMAGNITUD & TAP : 0.32%& TAP : 0.32%•• VVCTCT : 5%: 5%•• V V RELAY RELAY : 3%: 3%•• V V SEGURIDADSEGURIDAD : 5%: 5%
Σv =13.32% Entonces: v = 25%
AJUSTE DEL VALOR MINIMO DE OPERACIÓN g% :
• Corriente de magnetización: 1% de IN• GMAGNETIZACION = 1%• Errores de los TCs: gTC = 5% , para
TC 5P20• Error de la medida del relè: gRELE =
3%• Factor de seguridad: gSEG = 5%
Σg =14% Entonces: g = 20%
HV LVDd0 Yy0 - Dz0 0º Y(d)y0 Y(d)y0Dy1 - 30º Yy0 Yd11Yd1 Yz1 - 30º Yd1 Y(d)y0Dd2 Dz2 - 60º Yd1 Yd11Dd4 Dz4 - 120º Yd11 Yd7Dy5 - 150º Yy0 Yd7Yd5 Yz5 - 150º Yd5 Y(d)y0Dd6 Yy6 - Dz6 180º Y(d)y0 Y(d)y6Dy7 + 150º Yy0 Yd5Yd7 Yz7 + 150º Yd7 Y(d)y0Dd8 Dz8 + 120º Yd7 Yd11Yd9 + 90º Yd9 Y(d)0
Dd10 Dz10 + 60º Yd11 Yd1Dy11 + 30º Yy0 Yd1Yd11 Yz11 + 30º Yd11 Y(d)y0
DesfasajesEntre HV Y LV
CONEXIÓN DE
TRANSFORMADOR
Factores de Compensaciónde Desfasaje
FACTORES DE COMPENSACIÓN DE DESFASAJE PARA EL RELE KBCH
120/130/140 -ALSTOM
PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE TRANSFORMADORES DE TRES
DEVANADOS.
YNd1YNd1
Dd4Dd4
Yyn0Yyn0
YNd1d5YNd1d5
RR
RR
RR
OO
20/ 15/ 10 MVA
58 ± 12 x 0.916 % / 22.9 / 10 kV
60 kV60 kV
22.9 kV22.9 kV
10 kV10 kV
Elemento Diferencial
300/1300/1400/5400/5
600/5600/5
In=5 AIn=5 A
TAPmax = 58*(1 + 0.12*0.916)= 64.375
TAPmin = 58*(1 - 0.12*0.916) = 51.625
TAPmg =(TAPmax * TAPmin)^0.5 =(64.375 * 51.625)^0.5 =57.649
Cálculo de la relación de los transformadores de corriente:
YNd1d5YNd1d5
20/ 15/ 10 MVA
58 ± 12 x 0.916 % / 22.9 / 10 kV
TCABTI
TCAMTI
TCAATI
5/600350.57710*3
00010
5/400170.3789.22*3
00015
1/300680.223624.51*3
00020
10
9.22
60
==
==
==
Z<ó I>
ZZ
Z
Z
DIF
1
23
1
2
1
2
3
4
12
3
12
1 2
34
Z<ó I>
Esquema ideal de coordinación de protecciones
3.3 PROTECCIONESCOMPLEMENTARIAS
Protección de sobreexcitación o sobreflujo
Sobretensiones y/o subfrecuencia
Operación en vacío
Pérdidas de carga
Más probable en las vecindades de generadores
SOBREEXCITACION
AJUSTE DE PROTECCIONES DE TRANSFORMADOR.
Protección de sobreexcitación o sobreflujo
• Los transformadores están más expuestos a condiciones de sobreexcitación cuando operan en vacío ó luego de una pérdida de la carga.
• Este problema es mucho más importante en transformadores conectados a generadores debido al amplio rango de frecuencias al que el mismo estásujeto ante las aceleraciones y desaceleraciones del generador.
AJUSTE DE PROTECCIONES DE TRANSFORMADOR.
Protección de sobreexcitación o sobreflujo
• Dado que el incremento de la densidad de flujo puede acontecer por sobretensión y/o subfrecuencia de operación, no resulta selectiva la detección por cada una de esas variables en forma independiente.
AJUSTE DE PROTECCIONES DE TRANSFORMADOR.
Protección de sobreexcitación o sobreflujo
• La detección debe hacerse en consecuencia por el nivel que asume la relación V/f, dado que Ф = f(E/f), siguiendo la función fundamental del transformador:
E = 4.44 f.N.Bmax A
Bmax = E / 4.44 f N A
AJUSTE DE PROTECCIONES DE TRANSFORMADOR.
Protección de sobreexcitación o sobreflujo
• La existencia del término N (número de espiras) implica que la protección contra sobreexcitación no debe instalarse en aquellos bobinados que tengan tomas para el regulador bajo carga, dadas las dificultades que plantearía el ajuste en esas condiciones.
AJUSTE DE PROTECCIONES DE TRANSFORMADOR.
Protección de sobreexcitación o sobreflujo
• La relación V/f se expresa normalmente como V[pu]/f[pu], donde V[pu] es la tensión por unidad aplicada al transformador considerando como base la tensión nominal del mismo y f[pu] es la frecuencia por unidad aplicada al transformador considerando como base la frecuencia nominal del sistema.
AJUSTE DE PROTECCIONES DE TRANSFORMADOR.
Protección de sobreexcitación o sobreflujo
• Si el nivel V/f supera un valor predeterminado, la protección debe producir una alarma.
• Se recomienda la no-habilitación del disparo sobre los interruptores, dado que las consecuencias de la sobreexcitación resultarán detectadas por otros medios: una sobretemperatura por la protección de imagen térmica y una sobrecorriente de excitación (en caso de saturación), por la protección por sobrecorriente.
AJUSTE DE PROTECCIONES DE TRANSFORMADOR.
Protección de sobreexcitación o sobreflujo• Si se presume la existencia de ferroresonancia, a
través de los estudios, entonces se deberá habilitar la función de disparo como medio de anticipar el mismo a la posible sobrecorriente derivada del fenómeno y evitar así posibles efectos destructivos al transformador.
AJUSTE DE PROTECCIONES DE TRANSFORMADOR.
Protección de sobreexcitación o sobreflujo• Dado que la sobreexcitación es básicamente un
fenómeno térmico para el transformador, es conveniente que la protección disponga de una imagen térmica del núcleo, ya que el tiempo que puede soportar el transformador una determinada condición de sobreexcitación será menor si dicha condición retorna antes de que el núcleo se haya enfriado.
AJUSTE DE PROTECCIONES DE TRANSFORMADOR.
Protección de sobreexcitación o sobreflujo• Normalmente se ajusta una
curva f/t, limitada por un tiempo máximo y un valor máximo para la sobreexcitación.
• El valor Tmax limita una condición de sobreexcitación leve pero sostenida en el tiempo.
• El valor Smax limita la sobreexcitación al valor máximo tolerado por la máquina.
T[seg]
f(Sobreexcitación)
Tmax
Smax
Tmin
AJUSTE DE PROTECCIONES DE TRANSFORMADOR.
T[seg]
f(Sobreexcitación)
Tmax
Smax
Tmin
Protección de sobreexcitación o sobreflujo
Sobreexcitación ⇒ Relación V/f Bmax = E / 4.44 f N A
No utilizar en arrollamientos con cambiadores bajo carga
Sólo alarma
(recom.)
!
AJUSTE DE PROTECCIONES DE TRANSFORMADOR.
Protección de acometidas al transformador
• En las acometidas al transformador normalmente se instalan protecciones por sobrecorriente direccionales o no direccionales, aunque pueden también utilizarse protecciones de impedancia.
• Estas protecciones deben cumplir la función de separar los aportes del transformador ante cortocircuitos en las barras y ante cortocircuitos no despejados en las redes de AT y BT por las protecciones de líneas y a la vez brindar respaldo ante fallas en el transformador.
AJUSTE DE PROTECCIONES DE TRANSFORMADOR.
Protección de acometidas al transformador
• En el ajuste de estas protecciones debe contemplarse la máxima corriente de carga (sobrecarga) del transformador, criterio que impone una restricción al grado de cubrimiento ante fallas entre fases.
AJUSTE DE PROTECCIONES DE TRANSFORMADOR.
Protección de acometidas al transformador
Precauciones a tomar:
• Tipo de filtrado de las protecciones.
• Existencia de “inrush”. Bloqueo.
• Márgenes más amplios para protecciones instantáneas (p.ej.: 35% para sobrecorriente instantánea).
AJUSTE DE PROTECCIONES DE TRANSFORMADOR.
Protección de acometidas al transformador
• La función básica de estas protecciones es la de proveer protección principal ante fallas en la acometida y respaldo local ante no actuaciones de las protecciones del transformador ópasantes, evitando el disparo de las líneas convergentes a la estación.
AJUSTE DE PROTECCIONES DE TRANSFORMADOR.
Protección de acometidas al transformador
• La etapa que brinda protección contra fallas en la acometida necesita ser ajustada a tiempos cortos, aunque los mismos deberán estar coordinados con los tiempos de segundo escalón de las líneas de transmisión. Esto generalmente es dificultoso por las necesidades de coordinación con las demás protecciones y porque debe evitarse la actuación ante una energización del transformador (“inrush”). Esta etapa debería cubrir la acometida y una porción del bobinado del transformador (la mayor posible hasta el 50%).
AJUSTE DE PROTECCIONES DE TRANSFORMADOR.
Protección de acometidas al transformador
• En el caso de las protecciones por sobrecorriente, ante la presencia de la corriente de magnetización (“inrush”), existen dos posibilidades para este ajuste:
1. Si la corriente de cortocircuito no es lo suficientemente elevada, no queda otra opción que temporizar esta etapa.
2. Cuando la corriente de cortocircuito es elevada y/o la corriente de inrush es baja, puede ubicarse el umbral de actuación por encima del nivel de inrush y reducir la temporización al nivel mínimo (50-100 ms).
AJUSTE DE PROTECCIONES DE TRANSFORMADOR.
Protección de acometidas al transformador
• Para brindar respaldo ante fallas internas normalmente se opta por disponer una etapa adicional que abarque todo el transformador, ajustada a un tiempo elevado, coordinado con las protecciones de las líneas conectadas a la barra del otro nivel de tensión al que está conectado el equipo de protección.
AJUSTE DE PROTECCIONES DE TRANSFORMADOR.
Protecciones de la acometida al terciario
• Aquí se ubica generalmente una protección por sobrecorriente direccional con una etapa instantánea y una temporizada.
AJUSTE DE PROTECCIONES DE TRANSFORMADOR.
FUNCIONES PARA LA PROTECCIÓN DE
TRANSFORMADORES
Las protecciones principales de los transformadores de potencia serán las siguientes:
Protecciones Mecánicas:Las protecciones propias del transformador son suministradas por el fabricante, se recomienda que un transformador tenga como mínimo las siguientes protecciones propias:
•Relé Buccholz para la cuba principal•Relé de sobrepresión súbita, para la cuba principal y la cuba del conmutador•Relé de imagen térmica.•Detectores de nivel de aceite.•Detectores de Temperatura.•Protección de la puesta a tierra del punto neutro.•Protección contra defectos a la masa de la cuba de un transformador•Adicionalmente el transformador puede contar con mas protecciones propias.
PROTECCIONES MECÁNICAS
3.4 PROTECCIÓN DE IMAGEN TÉRMICA
MIFII – PROTECCION DIGITAL DE ALIMENTADOR CON REENGANCHADOR
GEK – 106238K
RELE DE PROTECCION DE SOBREINTENSIDAD DE CORRIENTE E IMAGEN TERMICA
DESCRIPCION DEL MIFIIEl MIFII es un relé basado en microprocesador que puede ser
utilizado en lassiguientes aplicaciones:
• Protección Principal de alimentadores de Media y Baja tensión• Protección principal de motores de tamaño medio• Protección principal de transformadores de media y baja
potencia (menos de 10MVA).• Protección Diferencial de Motores, si el motor dispone de
puertos de conexión diferencial.• Protección de apoyo de transformadores de Potencia (sin límite
de tamaño)• Protección de apoyo de Generadores• Protección de apoyo de líneas de transmisión• Protección de apoyo de barras en Subestaciones• Protección y Supervisión del estado térmico de Cables,
Transformadores de Potencia, Resistencias de puesta a tierra y Grupos Generadores.
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