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lunes, 28 de junio de 2021

Protección diferencial de tierra restringida en Transformadores (ANSI 87 N)

 


A esta protección también se la denomina REF (Restricted Earth Fault)

Se utiliza para proteger transformadores contra faltas a tierra.

La protección diferencial de tierra restringida en Transformadores es una aplicación de la protección diferencial de alta impedancia analizada en el post “Estudio de la protección diferencial de alta impedancia” disponible en el siguiente link:

https://imseingenieria.blogspot.com/2021/05/estudio-de-la-proteccion-diferencial-de.html

NOTA: Es recomendable su lectura para poder comprender las fórmulas descritas en este post, siendo su nomenclatura la siguiente:

Rs : Valor de la resistencia de estabilización

Rw : Valor de la resistencia de los cables de conexión de los TC a la rama diferencial

Rct : Valor de la resistencia de los arrollamientos de los TCs

Iset : Umbral de regulación de la protección

If : Corriente de defecto

Im : Corriente de magnetización de los TCs

Isc : corriente de cortocircuito máxima en el secundario de los transformadores de corriente

IRN : Corriente que circula por la resistencia no lineal

Vk : Tensión en el codo de saturación de los TCs

n : Relación de transformación de los TCs

Se pueden realizar dos montajes diferentes de esta protección dependiendo de si el neutro del transformador está conectado a tierra o no.

1º.- Transformador con neutro conectado a tierra, directamente o por una impedancia de limitación

El montaje es el de la  figura 1.


Figura 1: Protección diferencial de falta a tierra restringida de un transformador conectado a tierra directamente o por impedancia limitadora

La corriente residual Irsd es la suma de las corrientes de las tres fases. Es igual a la corriente de falta a tierra que fluye a través de los TC , consulte  la medida de la corriente residual en el post “Protección de máxima corriente de tierra (ANSI 50N y 51N, 50G y 51G)” en el siguiente link.

Si la falta a tierra está fuera del transformador, la corriente residual es igual a la corriente que circula en la conexión de tierra y no habrá corriente en el ramal diferencial.

Si el defecto es interno al transformador, la corriente residual circula en sentido opuesto a la corriente que circula en la conexión del punto neutro a tierra. Por tanto, existe una corriente en la rama diferencial. En este caso, la corriente residual, si la hay, es suministrada por otro transformador con neutro puesto a tierra (o generador homopolar).

La corriente máxima para la que la protección debe permanecer estable es la corriente de cortocircuito trifásica secundaria

La condición que debe cumplirse para evitar disparos intempestivos al ocurrir un cortocircuito aguas abajo del transformador es:

Por ejemplo:


(*) Rs incluye el valor de la resistencia del relé

La condición que debe cumplirse para el dimensionado de los transformadores de corriente es:

La corriente de falta mínima detectable será:

porque hay cuatro TC conectados a la rama diferencial y, por lo tanto, será cuatro veces la corriente de magnetización.

2º.- Transformador con neutro aislado

El montaje se muestra en la Figura 2.


Figura 2: Protección diferencial de falta a tierra restringida de un transformador con neutro aislado 

Si la falta a tierra está fuera del transformador, la corriente residual Irsd es cero y no circula corriente en la rama diferencial.

Si la falta a tierra ocurre dentro del transformador, la corriente residual es igual a la corriente de falta y, por lo tanto, existe una corriente en la rama diferencial.

Nota: para que la corriente de defecto no se reduzca a corrientes capacitivas, debe haber una conexión a tierra o un transformador de tierra en la red.

La corriente máxima para la que la protección debe permanecer estable es la corriente de cortocircuito trifásica secundaria.

La condición que debe cumplirse para evitar disparos intempestivos al ocurrir un cortocircuito aguas abajo del transformador es:

Tomemos por ejemplo:


(*) Rs incluye el valor de la resistencia del relé

La condición que debe cumplirse para el dimensionado de los transformadores de corriente es:


La corriente de falta mínima que puede detectarse es:


porque hay tres TC conectados a la rama diferencial y, por lo tanto, será tres veces la corriente de magnetización.



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Protección diferencial de Transformadores (ANSI 87 T)


 


 





 




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