Cuatro ejemplos clásicos de posibles sobretensiones por ferroresonancia en transformadores
serían:
·
Desplazamiento del punto neutro
(neutro aislado)
·
Oscilación del punto neutro (armónicas
de orden 3)
·
Apertura de una fase (fusión de un
fusible)
·
Conexión en vacío (Corriente
magnetizante)
Si
consideramos un transformador con neutro aislado o puesto a tierra a través de
una impedancia muy elevada con transformadores de medida entre cada fase y
tierra instalados para permitir controlar el potencial de cada fase, se puede
decir que cada uno de estos transformadores son inductancias con núcleo
saturable. Por otro lado, cada línea de la red presenta, con relación a tierra,
una cierta capacidad.
Se
observa, por ello, que pueda aparecer entre cada fase y tierra un circuito
paralelo inductivo-capacitivo susceptible de dar lugar a ferroresonancia.
La
puesta en tensión de un transformador en vacío puede ser el fenómeno
transitorio que provoque la ferroresonancia. En efecto, según el instante de
conexión puede registrarse una fuerte asimetría de corriente magnetizante. La
onda de corriente presentará puntas muy importantes en un sentido y nulas en
sentido inverso así como un descenso exponencial de la componente continua. La
amplitud de la corriente es aproximadamente 100 veces la corriente nominal.
Estas puntas de corriente de una determinada polaridad, corresponden a un
estado de saturación importante del circuito magnético del transformador. La
componente continua de la corriente cargaría las capacidades de la red,
provocando la aparición de una tensión entre el punto neutro y tierra
permitiendo su balanceo del régimen en ferroresonancia.
La
probabilidad de que aparezcan estas sobretensiones de ferroresonancia es una
función de la longitud de los cables, la capacidad fase-tierra del circuito
varia con esta longitud. Para que la ferroresonancia se produzca, es necesaria
la intersección de las características de las capacidades e inductancias. Si el
cable es muy corto, estas características no llegan a cortarse no existiendo
por tanto, riesgo de ferroresonancia.
Puede
amortiguarse este fenómeno utilizando una adecuada resistencia, o bien, en
lugar de conectar el transformador en vacío, mantener una pequeña carga en su
secundario (5 al 10% de la carga nominal). Esta carga, en general activa,
trasladada al primario, se comporta como una resistencia, suprimiendo de esta
forma, el riesgo de ferroresonancia.
Origen del fenómeno de ferroresonancia
en un transformador
Un
transformador está constituido por conductores bobinados alrededor de un núcleo
magnético. Su conjunto está formado por resistencias (la de los conductores),
reactancias (las bobinas) y capacidades (entre espiras, entre arrollamientos y
entre estos y masa).
En
baja frecuencia es fácil calcular un valor global de este conjunto de
impedancias donde las capacidades suelen tener un valor muy reducido. Sin
embargo, en frecuencias elevadas no sucede lo mismo.
Los
efectos capacitivos suelen ser importantes y por tanto, se hace necesario
descomponer el transformador en un cierto número de circuitos elementales
compuestos cada uno de resistencia, inductancia y capacidad.
El
conjunto puede ser considerado como un ensamblaje complejo de circuitos
resonantes en paralelo (Figura 1). La impedancia global de un sistema así es
una función compleja donde la variación en función de la frecuencia puede
representarse por las curvas como la de la figura 2.
Figura 1:
Modelización de un transformador
En una parte elemental de este complejo circuito, puede verse
incrementada su impedancia hasta el infinito para una determinada frecuencia,
los otros elementos conservan sus valores de impedancia más bajos, el resultado
es que la tensión no se reparte uniformemente a lo largo del bobinado sino que
se concentra casi en su totalidad en la parte en resonancia.
Figura 2: Variaciones de la impedancia en función de
la frecuencia
Una tensión elevada puede aparecer exclusivamente entre dos
conductores muy próximos y ser superior a la tensión de ruptura entre estos dos
conductores. La repartición de la tensión debida a una corriente armónica puede
no ser lineal a lo largo de una bobina (figura 3).
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Buenos noches señor Andrés,
ResponderEliminarMe asalta una duda ante una avería de un centro de transformación cercano a casa. Recuerdo que se produjo una avería en un centro dejándonos sin suministro durante más de 10 horas, la empresa distribuidora tuvo que traer grupos electrógenos para dar suministro a la vecindad mientras hacían reparaciones. Pude conocer que se habían fundido los fusibles en una de las celdas del transformador y que cambiaron los transformadores. En mi vivienda no tuvimos ningún daño eléctrico. Pero si recuerdo a un vecino (el único) que tuvo bastantes averías en su vivienda, él en su instalación tiene conectado el neutro proveniente se la red conectado a tierra en la caja general de protección (lo que ya no sería un esquema TT). Bajo mis humildes conocimientos pienso que debido a ello pudo producirse en su hogar las averías. Pero me gustaría conocer su opinión dado su gran experiencia de qué pudo ser lo ocurrido.¿Pudo ponerse una fase del transformador a Tierra y debido a la proximidad del transformador influir en la vivienda?. Muchas gracias.
Un saludo.
Hola Jesús,
EliminarEfectivamente, al conectar su vecino en su propiedad el neutro de su instalación eléctrica a tierra, lo que consigue es potenciar (reducir) el valor de la resistencia a tierra del neutro del transformador del Centro de transformación (CT), por lo tanto, cuando ocurre un defecto a tierra en el CT o la red de la compañía distribuidora, la corriente de defecto (bucle de defecto) se cerrara ahora no solo por la puesta a tierra del neutro del CT sino también por la puesta a tierra del neutro de la instalación de su vecino, con lo cual los defectos a tierra en la red del distribuidor repercutirán también en la instalación de su vecino, con las peligrosas repercusiones que de ello se pueden derivar tanto en averías de la instalación como en posibles accidentes por electrocución.
Saludos cordiales