3.- Protección diferencial porcentual
El término «porcentual» se
refiere a que el umbral de funcionamiento aumenta con la corriente que
atraviesa la zona.
La comparación pura y simple de
corrientes de cada fase aguas arriba con las corrientes de las mismas fases
aguas abajo no es conveniente para las protecciones diferenciales de los
transformadores.
En efecto:
- las corrientes aguas arriba y abajo de un transformador de potencia no tienen la misma amplitud y no están en fase,
- la corriente magnetizante del transformador conectado a la red se ve solamente aguas arriba,
- la presencia de un generador homopolar en la zona protegida (por ejemplo, conexión a tierra del neutro del transformador) puede provocar el funcionamiento de la protección, cuando el defecto queda, por ejemplo, en una salida aguas abajo.
● Precauciones que se han de
tomar para superar las dificultades:
Se trata de conseguir que, en
funcionamiento normal, el relé vea las corrientes de entrada y salida del
transformador en fase y de la misma amplitud; esto se logra gracias a una
elección adecuada de la razón de transformación de los TC y de la forma de
cableado. Los TC, llamados «colgados» o «flotantes» se utilizan para este fin y
a menudo contribuyen a insensibilizar la protección contra los fallos a tierra
exteriores a la zona protegida.
Sin embargo, la mayoría de los
nuevos relés digitales son capaces de realizar internamente, por parametraje,
las correcciones necesarias para «hacer flotar» las corrientes; su instalación
es, evidentemente, más sencilla.
Además, todos los relés
«diferenciales para transformadores» poseen una insensibilización al 2º
armónico que bloquea su funcionamiento al conectar el transformador.
● Tensión Vk de los TC
En el 99% de los casos, la
demanda se hace en clase X.
Hay que tender a la tensión de
codo mínima y ésta depende de la resistencia del arrollamiento secundario «Rct»
del TC y de la carga real Rr de éste último. Otros planteamientos más complejos
hacen intervenir la razón X/R de la instalación o la corriente magnetizante del
transformador de potencia. Sin embargo, ante las dificultades que encuentran
los usuarios para obtener todos estos parámetros, los suministradores de relés
dan a veces fórmulas empíricas simplificadas que llevan a un ligero
sobredimensionamiento.
Ejemplos de tensión mínima de
codo usada por los relés Sepam 2000 D02 (Schneider):
Vk mini = A Ib (Rct
+ 2RL)
donde:
2RL = resistencia total del cableado
secundario,
Rct = resistencia del arrollamiento
secundario del transformador de corriente,
Ib = corriente nominal del transformador de
potencia vista por el lado secundario del TC,
A = constante que depende de la potencia del transformador:
Algunos proveedores hacen
intervenir la corriente que atraviesa la zona. Ejemplo:
lado estrella del transformador
de potencia y Vk ≥ 4 If (Rct
+ 2RL + RP ) , lado triángulo del transformador de
potencia.
La corriente que atraviesa la
zona se definirá de la misma manera que la protección de «tierra resistente».
Nota:
La presencia de TC flotantes
lleva a expresiones diferentes de la tensión de codo de los TC principales, que
han de tener en cuenta la carga adicional que representan.
En conclusión, la estabilidad de
esta protección queda asegurada:
- porque el umbral aumenta al aumentar la corriente que atraviesa la zona (sistema de retención),
- por una elección adecuada de la tensión de codo Vk de los TC,
- mediante un sistema de insensibilización al 2º armónico, debido a las corrientes de conexión,
- mediante relés más sofisticados que además están insensibilizados al 5º armónico que se presenta al producirse la sobreexcitación del transformador de potencia (saturación).
Ejemplos de
especificación de TC para protecciones diferenciales
Se trata de manera incompleta, aunque pedagógica,
un ejemplo de especificación relacionada con las protecciones diferenciales.
Protección diferencial de un transformador
En este ejemplo el relé utilizado
es un Sepam 2000 D02 (Schneider). Este relé no necesita un TC intercalado
(figura 9).
Ver
post: Protección diferencial de Transformadores (ANSI 87T) en el siguiente
link:
La tensión de codo mínima
necesaria Vk viene dada por la fórmula: Vk = A Ib (Rct
+ 2RL)
donde:
Ib = corriente nominal del transformador
de potencia en el secundario del TC,
Rct = resistencia del arrollamiento
secundario del TC,
RL = resistencia de un conductor de
conexión entre el TC y el relé.
A = constante que depende de la potencia del transformador,
siendo:
- 30 para 2MVA < Pn < 14 MVA,
- 24 para 15MVA < Pn < 39 MVA,
- 16 para 40MVA < Pn < 70 MVA.
Pn = 50 MVA,
de donde: A = 16,
I1 = 600 A U1 = 63 kV In1
= 1 A,
I2
= 3000 A U2 = 11 kV In2 = 1 A,
donde:
I1 = corriente nominal del TC situado en
el primario del transformador de potencia,
I2 = corriente nominal del TC situado en
el secundario del transformador de potencia,
In1 = corriente nominal secundaria del TC situado
en el primario del transformador de potencia,
In2 = corriente nominal secundaria del TC situado
en el secundario del transformador de potencia.
Figura 9: Principio
de la protección diferencial de un transformador.
Cálculo de los TC
Se supone que el relé está
situado en el cuadro aguas abajo, por lo que 2RL se toma 1000 m para
la conexión hacia arriba y 10 m para la conexión hacia abajo.
- TC situados en el primario del transformador de potencia
Si
el cableado es de 2,5 mm2 (de 8 Ω/km): 2 RL = 8 x
1000/1000 = 8 Ω.
Lo
que da:
Vk
> 16 x 0,764 (Rct + 8),
Vk
> 12,2 Rct + 98.
- TC situado en el secundario del transformador de potencia
Si el cableado es
de 2,5 mm2 (sea 8 Ω/km): 2 RL = 8 x 10/1000 = 0,08 Ω.
Lo que da:
Vk
> 16 x 0,875 (Rct + 0,08),
Vk
> 14 Rct + 1,12.
FUENTE:
Schneider Electric: Transformadores de intensidad:
cómo determinar sus especificaciones (Paola FONTI)
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