Proteccin de Sistemas Elctricos de Potencia

PROTECCIN DE SISTEMAS ELCTRICOS DE POTENCIAINFORMEPROTECCIN DIFERENCIALPROTECCIN BUCHHOLZ

VI CicloIntegrantes:

CHANDUCAS BURGA, Frank

CHVEZ ORTIZ, Alberto

SOTO SILVESTRE, LenisSeccin: C14 06 A Profesor:

CHILET LEN, CsarFecha de realizacin: 1 de noviembreFecha de entrega: 29 de noviembre2010 IIPROTECCIN DIFERENCIAL

1. OBJETIVO Aplicar el principio diferencia en la proteccin de transformadores.

2. INTRODUCCIN TERICA

Relaciones de los transformadores de corriente para relevadores diferencialesLa mayora de los relevadores diferenciales para proteccin de transformadores de potencia tienen tomas, o se utilizan con autotransformadores auxiliares que las tienen, para compensar las relaciones de los TC que no sean tan exactas como se desean. En donde se puede seleccionar la relacin del TC, como con los TC de proteccin del tipo boquilla, la mejor es escoger la relacin mxima del TC que dar una corriente secundaria lo ms cercana posible a la toma nominal ms baja del relevador.

El propsito de esto es disminuir el efecto del circuito que se conecta entre los TC y si el relevedor (por la misma razn que utilizamos alta tensin para disminuir las perdidas de la lnea de transmisin). Para cualquier toma que se utilice del relevador, la corriente proporcionada a ste en condiciones de mxima carga lo ms cercana posible a la capacidad continua para esa toma; esto supone que el relevador estar funcionado con su mxima sensibilidad cuando ocurren fallas. Si la corriente proporcionada es solo de la mitad del valor nominal de la torna, el relevador solo tendr la mitad de su sensibilidad, etc.

Cuando se seleccionan las relaciones de los TC para transformadores de potencia que tienen ms de dos arrollamientos por fase, se deber suponer que cada arrollamiento puede conducir la carga nominal total de fase. El ajuste adecuado de las relaciones de los TC y de las tomas del relevador o del autotransformador depende de las relaciones de transformacin de la corriente entre los diversos arrollamientos del transformador de potencia y no de sus valores nominales de plena carga.

Esto se debe a que las relaciones entre las corrientes que fluirn en los arrollamientos durante fallas externas no dependern de sus valores nominales sino de las relaciones de transformacin de las mismas.

3. EQUIPOS Y MATERIALES

DescripcinCantidad

Transformador monofsico Lab-Volt 220/110 - 55VA1

Transformador de corriente toroidal2

Dcada de resistencias.1

Multmetro4

Fuente de alimentacin regulable1

Cables de conexinVarios

4. PROCEDIMIENTOConectar el circuito de la figura mostrada a continuacin. Note que de ocurrir una falla interna en el transformador de corriente del secundario no lo detecta, pero si es detectado por el transformador de corriente del primario.

Energizar el circuito y regular la tensin a 110V. Anotar las lecturas de los ampermetros en la tabla N1.CARGA

()Corriente A.T. (mA)Corriente B.T. (mA)Corriente Diferencial (mA)

Prim. del T.C.Sec. del T.C. A1 Prim. del T.C. Sec. del T.C. A2Sec. del T.C. A3

Infinita204522.648

4400 1052152.5212.648

2200 20040100402.790

1100 38577192.5772.851

TABLA 1

Manteniendo la carga de 4400 conectada, conectar las resistencias de falla segn la tabla N2, a fin de presentar corriente diferencial. Calcular las corrientes primarias.

Energizar el circuito y regular la tensin de entrada a 110 V. Anotar las lecturas de los ampermetros en la tabla N2.

FALLA()Corriente A.T. (mA)Corriente B.T. (mA)Corriente Diferencial (mA)

Prim. del T.C.Sec. del T.C. A1 Prim. del T.C. Sec. del T.C. A2Sec. del T.C. A3

4400 19038502019.26

2200 2855752.52135.90

1100 4509052.52169.30

TABLA 25. CUESTIONARIO

5.1 Analizar los resultados y explicar por qu las diferencias entre los valores calculados y algunas lecturas?Podemos encontrar diferentes causas por las cuales existen diferencias entre los valores calculados y otras lecturas hechas:

La falta de exactitud y precisin en los instrumentos de medicin

La Tensin inducida no es con exactitud 110 V

El estado de los equipos el transformador y los de corriente, relacin de transformacin no exacta con los valores tericos.

Las perturbaciones en la red de alimentacin.

Las prdidas en los bobinados y en las resistencias.

5.2 Por qu es importante tener en cuenta la polaridad de los transformadores de corriente?Las marcas de polaridad designan la direccin relativa instantnea de la corriente. En el mismo instante de tiempo que la corriente entra a la terminal de alta tensin con la marca, la corriente secundaria correspondiente esta saliendo por la terminal marcada.

En un transformador dos bornes tienen la misma polaridad, cuando se puentea dichos bornes la corriente circula como si el transformador no existiese, hacia y desde la carga.

5.3 Como compens la diferencia entre las corrientes del primario y el secundario?Es porque la relacin de transformacin del T.C.1 (5:1) es diferente a la del T.C.2 (2.5:1)

5.4 Qu hubiera ocurrido si el fusible del ampermetro A3 estuviera quemado y se conectara la falla?El rel diferencial que estara protegiendo al transformador no actuara porque no recibe una corriente diferencial por su bobina.PROTECCIN BUCHHOLZ

1. OBJETIVO

Probar la operacin del rel Buchholz.2. EQUIPOS Y MATERIALESDescripcinCantidad

Transformador de Distribucin sumergido en aceite con proteccin Buchholz1

Tanque de aire para prueba de rel Buccholz1

Multmetro1

3. INTRODUCCIN

Nuestro rel buchholz se encuentra en una subestacin de distribucin de tipo convencional didctica.Tambin la subestacin tipo convencional didctica cuenta con su tablero de control remoto.Nuestro transformador puesta en nuestra subestacin didctica cuenta las siguientes especificaciones.

Potencia = 25KVA

Primario = 380 VAC (Simula 10 KV) Secundario = 380-220 VAC

Amperios = 38 A prim./38-65.8sec.

Frecuencia = 60Hz.

Grupo de conexin = YNyn6 YNd5

Refrigeracin = ONAN

Altura de trabajo = 1000 m.s.n.m.

RELE BUCHHOLZ (rel de gas)

4. FUNCIONAMIENTO DE PROTECCIN BUCHHOLZEn el campo de la distribucin y transmisin de la energa elctrica, el rel de Buchholz, tambin llamado rel a gas o rel de presin repentina, es un dispositivo de seguridad montado sobre algunos transformadores y reactores que tengan una refrigeracin mediante aceite, equipado con una reserva superior llamada "conservador". El rel de Buchholz es usado como un dispositivo de proteccin sensible al efecto de fallas dielctricas dentro del equipo.

El rel Buchholz protege al transformador contra todo efecto producido en el interior de la cuba del mismo. Se basa en el hecho de que las irregularidades en el funcionamiento de los transformadores dan lugar a calentamientos locales en los arrollamientos y consiguientemente a la produccin de gases de aceite cuya cantidad y rapidez en su desarrollo crecen sensiblemente a medida que se extiende la avera.

La disposicin esquemtica del rel aparece en el esquema. La caja del rel esta llena de aceite conteniendo ste los flotadores a1 y a2 mviles. Cuando por causa de un defecto se producen pequeas burbujas de gas, stos se elevan en la cuba hacia el tanque de expansin y son captadas por el rel y almacenados en la caja cuyo nivel de aceite baja progresivamente. El flotador superior se inclina y cuando la cantidad de gases es suficiente, cierra los contactos (c1) que alimenta el circuito de alarma.

En el caso de no tomar medidas entre la aparicin de una alarma o que por la importancia del defecto haya una formacin tumultuosa de gas, cae el flotante a2 cerrndose c2 y producindose el desenganche del transformador. En caso de deterioro de gran magnitud que de lugar a un arco en el interior de la cuba, se producir un flujo violento de aceite hacia el tanque de expansin que cerrar el contacto c2 sacando el transformador de servicio en accin rpida de manera tal de que el transformador no se avere por la sobrecarga.

El rel tambin acta cuando el nivel de aceite desciende por debajo de un lmite determinado.

Sobre la tapa del rel se encuentra un grifo b1 que permite la salida de los gases acumulados en la caja. Otro grifo b2, permite comprobar que los contactos flotadores y conexiones se hallan en buen estado.El rel detecta cortocircuitos entre espiras, entre arrollamiento y ncleo y entre arrollamientos, interrupcin de una fase, sobrecargas excesivas, prdidas de aceite, etc. La gran ventaja de este rel es su elevada sensibilidad para advertir deterioros o fallas incipientes cuando los ms sensibles sistemas de proteccin no seran capas de detectarlas.

Las caractersticas de los gases acumulados en el Buchholz pueden dar una idea del tipo de desperfecto y en que parte del transformador se ha producido. El ensayo ms simple es la verificacin de la combustibilidad del gas. En caso de arco elctrico el aceite se descompone produciendo acetileno que es combustible.El color de los gases puede brindar tambin idea de la naturaleza del desperfecto, obtenindose de acuerdo a ello: Gases de color blanco provienen de la destruccin del papel Gases amarillos de la destruccin de piezas de madera Humos negros o grises provienen de la descomposicin del aceite Gases rojos del aislamiento de los bobinados.

Una mirilla en el rel permite observar los gases debindose observar el color de los mismos a los pocos minutos de aparecida la avera, dado que luego desaparece.Por medio del grifo se puede extraer los gases y realizar un estudio de su composicin. Si es incombustible generalmente resulta una filtracin de aire, se procede con la normalizacin del circuito. Si es un gas combustible es necesario, separar el equipo del circuito y analizar segn el resultado del contenido la causa del problema.Cuando ocurre una falla el aceite que se encuentra en la mirilla se va a desplazar entonces lo que pasa es que cuando la cosa es muy grabe los gases son medio turbio u oscuros y cuando estos son menos leves es de un color mas claro; un blanquecino amarillento entonces la coloracin del gas en el visor nos indicara que tan grave es la falla ahora.El rel buchholz puede detectar: Averas internas en un transformador y en eltanque de expansin.

Rotura de conductores.

Contactos defectuosos.( falsos contactos en los conmutadores de tomas)

Calentamiento del ncleo (en cualquier punto por cortocircuito entre planchas).

Sobrecarga en los bornes pasatapas (parte interna).

Variaciones del nivel de aceite (resultado de perdida de aceite refrigerante).

Con tornamiento entre los elementos de baja tensin y nucle de hierro.

Cortocircuito entre espiras.

entrada de aire en el sistema.

Fuga de aceite contina.

6. PRUEBAS DE OPERATIVIDADEstas pruebas se realizan para comprobar el funcionamiento electromecnico del equipo (desplazamiento de flotadores).1. ENSAYO MECNICO: Destornillar el tapn Presionando el pulsador, se causa la bajada del primer flotador superior, causando la alarma de equipo. Se sigue con la bajada del pulsador hasta el tope causando la apertura del interruptor que protege dicho circuito. Una vez soltado el pulsador el mecanismo vuelven a su posicin inicial.

Por ejemplo si la presin en el rel buccholz es menor entonces manda alarma al tablero de control y se acciona la alarma enciendo una luz en la alarma de BUCHHOLZ ALARMA.

Se activa la alarma del rel buchholz.

Pero si la presin en el rel buchholz es mayor entonces el rel manda el disparo ocasionando la desconexin como medida de proteccin del transformador y se observa en la alarma al tablero de control y se acciona la alarma enciendo una luz en la alarma de BUCHHOLZ ALARMA y BUCHHOLZ DESCONEXION.

Observacin: el rel buchholz en algunos casos opera incorrectamente; un movimiento telrico lo pudo haber hecho accionar pero no necesariamente es una falla.Es confiable mientras que nosotros operemos correctamente. Por que podra quedar predispuesto? Por que cuando hicimos el llenado del aceite no lo hicimos de la forma correcta y creamos burbujas de aire que van hacia arriba y son capturadas por el rel buchholz, esta presin generada por el aire tiende a hacerlo operar, entonces si nosotros hacemos un llenado correcto no deberamos tener problemas

2. ENSAYO NEUMTICO:Inyeccin de aire, para bajar el nivel de aceite al interior del rel causando el accionamiento de los flotadores. Despus de todos los ensayos hay q comprobar que todas las tapas estn totalmente cerradas. Prueba con circuito des energizado.

Una vez realizada la prueba se inyectara aire a travs del conector de aire entonces se realizara donde se inyectara aire , entonces cumpliera en lo mismo que la prueba mecnica donde se puede emitir una alarma de BUCHHOLZ y si es fuerte la presin desactivara el BUCHHOLZ y ala vez se encender la alarma de BUCHHOLZ DESCONECTADO.

Como se puede discernir si existen fallas o no?

En ese caso tenemos que mandar a desconectar y poner a tierra el transformador y con todas las seguridades del caso; nos dirigimos al transformador y hacemos la purga. Nos dirigimos con un encendedor acercando hacia el lugar donde realizar la purga y si se trata de una falla en este caso ser un combustible por lo que se va a inflamar pero si fuera aire solo atinar a soplar y no se va a avivar la llama, esas es una forma prctica de detectar la falla en un transformador.7. MONTAJEComo se aprecia en el siguiente dibujo el conexionado para los contactos de alarma y apertura es el siguiente:

Alarma: Los dos cables van directos hacia el panel de sealizacin pasando usualmente por la regleta de bornes del mando de los ventiladores y finalmente conectados en los bornes del panel de sealizacin.

Apertura: Un cable esta conectado directamente en la regleta de bornes de la caja de mando de ventiladores con la tensin positiva directa, el otro cable el que llevara la tensin si cierra el contacto, se dirige hacia el A1 de la bobina de apertura por rel buchholz, una vez que este se energiza sus contactos auxiliares se cierran provocando la continuidad de tensin hacia los contactos auxiliares de los interruptores AT y BT que estarn normalmente cerrados, energizando as la bobina de apertura de los interruptores8. NATURALEZA DE FALLAS

La coloracin del gas se visualizara en el visor de gas que nos detectara la falla. Esta es la prueba del rel buchholz, que es un rel de gas que detecta defectos internos en el transformador sumergidas en aceite. La naturaleza de fallas de estos rels solo puede precisarse mediante un anlisis de los componentes del gas:

H2 (hidrgeno) y C2H2 (derivado de acetileno): Indica arco a travs del aceite entre las partes constructivas de la maquina. H2, C2H2 y CH4 (metano): Indica arco con destruccin de aislante tipo fenolico: por ejemplo el empleado en el conmutador de tomas. H2, C2H4 (etileno), CO2 (dixido de carbono) y C3H6 (propileno): Indica Punto caliente en el arrollamiento.

H2, CH4 y C2H4: Indica punto caliente en el ncleo.

9. OBSERVACIONES

Nosotros tenemos dos formas de probar el estado del transformador utilizando el rel buchholz uno es la prueba mecnica y otra una prueba neumtica. Los rels buchholz anteriormente se empleaban generalmente en transformadores con potencias nominales mayores a los 315 KVA actualmente con potencias nominales mayores a 500 KVA.

El rel buchholz en algunos casos opera incorrectamente esto pasa cuando el rel esta a punto de operar y un movimiento telrico hace accionar pero no necesariamente es una falla.

En caso de producirse unarco, la acumulacin de gas es repentina, y el aceite fluye rpidamente dentro del conservador.

La proteccin 63 (Norma ANSI C37.2) no dice que el rel Buchholz es un rel de presin de gas y funciona con un valor dado de presin para una determinada velocidad o variacin de presin. El aceite tiene mayor tensin de ruptura que el aire.

10. RECOMENDACIONES

Durante las pruebas de operatividad en caso de que en el interior del rel resulte vacio, esto indica que puede gas interno o ha ocurrido un goteo de aceite, se recomienda abrir la tapa de purga hasta que salgan unas gotas de aceite.

Si se interviene en emergencias por apertura o alarma de buchholz es conveniente realizar tomas de muestra de gas y de aceite para ver orgenes de falla.

Las ventanas de inspeccin son tambin para verificar el nivel de aceite, la velocidad con que se acumula el gas y el color.( ejemplo: gas blanco o amarillo indica aislamiento quemado, gas negro o gris indica aceite daado). Es importante que la caja de conexiones de rel exista un orificio libre para el fluido de agua en caso de acumulacin por mantenimiento o humedad. Al momento de hacer las pruebas al rel buchholz tener en cuenta que se debe de tener los EPPs apropiados porque cabe recordar que se est trabajando cerca aun transformador de distribucin de 25KVA.

En la proteccin diferencial del transformador, el rel diferencial debe ser sensible a corrientes mayores que la corriente de magnetizacin

11. CONCLUSIONES

Se puede realizar comprobacin espordica sobre el estado del rel atreves de la salida de aire o gas a travs de la purga del rel y ver el estado interno del transformador.

El rel buchholz solo responde a defectos internos no a externos (vibraciones o fuertes sismos) por esta razn este rel es insensible a vibraciones y soporta choques de hasta 5 veces la aceleracin de la gravedad.

El llenado de aceite correctamente ya que si no lo hacemos de la manera correcta creamos burbujas de aire, estas burbujas de aire ascienden hacia arriba creando una presin generada por el aire que son capturadas por el rel buchholz hacindolo operar.

El rel Buchholz puede detectar la avera incluso antes de producirse, con el consiguiente ahorro econmico de la reparacin y de la produccin que ello puede representar. En la prctica apenas existe avera interna alguna en transformadores ante la cual no reaccione el rel Buchholz. En la proteccin diferencial, cuando se presenta un cortocircuito fuera de la zona de proteccin el rel 87T no debera actuar pero hay casos en que s acta.

Se puede detectar que tipo de falla ocurri en el transformador sabiendo el tipo de gas que est presente dentro del rel Buchholz (se lleva a un laboratorio para su anlisis).

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