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 I_rsd 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.

https://imseingenieria.blogspot.com/2016/05/proteccion-de-maxima-corriente-de.html

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:

(*) R_s 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 I_rsd 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:

(*) R_s 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.

POST RELACIONADO:

Protección diferencial de Transformadores (ANSI 87 T)

https://imseingenieria.blogspot.com/2015/09/proteccion-diferencial-de.html

 

 

 

Sobretensiones producidas en la desconexión de transformadores en vacío

 

La desconexión de transformadores en vacío corresponde al caso de corrientes inductivas relativamente pequeñas, maniobra muy frecuente en los interruptores automáticos de entrada a centros de transformación. (fig. 1).

Figura 1

Las capacidades C₁ y C₂ corresponden a la de la línea anterior al interruptor y a la del transformador, y la autoinducción L₂ a la inductancia, en vacío, del transformador.

Antes de la apertura del interruptor automático, D, circula por el circuito una pequeña corriente de intensidad eficaz I prácticamente inductiva: 

siendo L₁ la autoinducción de la línea.

Al separarse los contactos del interruptor se establece un arco.

En un interruptor ideal, al apagarse el arco justo al paso por cero de la corriente, la tensión del borne 1, U₁, que en ese instante pasa por su valor máximo, seguirá oscilando a la frecuencia industrial de la red, pero la tensión del borne 2, U₂, que en el mismo instante es igual a U₁ = É, oscilara con la frecuencia propia del circuito L₂ C₂ (fig. 2). 

Figura 2

La tensión de restablecimiento

U_tr = U₁ — U₂

oscilará inicialmente con esta misma frecuencia, pero la resistencia óhmica del circuito irá amortiguando la amplitud de las oscilaciones hasta llegar a anularlas.

El factor de amplitud de la tensión de restablecimiento seria casi igual a 2.

Pero en un interruptor real, si, como generalmente sucede, está dotado de un eficaz medio desionizante, el arco, al ir reduciéndose el valor de la corriente, se hace inestable, inestabilidad acentuada por la acción más o menos acentuada del proceso de extinción, por lo que resulta normal que se apague bruscamente antes del paso natural de la corriente por su valor nulo, fenómeno conocido como corriente arrancada: los ingleses le llaman "chopping".

Esta circunstancia implica el corte instantáneo de una cierta corriente l₀. La energía electromagnética residual del circuito

almacenada en las inductancias L₁ y L₂, se descargará en consecuencia sobre las capacidades C₁ y C₂ según las flechas de trazos y despreciando las pérdidas óhmicas quedara toda ella en éstas bajo la forma de energía electrostática:

De las igualdades:

deducimos que la sobretensión inducida en el lado de entrada del interruptor alcanzaría un valor: 

y la correspondiente al lado de salida, en bornes del transformador: 

de sentido contrario a U₁.

Según los valores de i₀, L₁, L₂, C₁ y C₂, estas tensiones pueden alcanzar teóricamente valores muy elevados. A título de ejemplo, si un interruptor, en una línea de 220 kV, debe cortar una corriente de vacío de un transformador de 11 A eficaces y el arco se extingue cuando esta corriente tiene el valor de 7 A, si la inductancia y la capacidad de la línea valen 35,2 H y 0.0023 pF, respectivamente, la sobretensión que se tendría en el lado de entrada seria: 

El valor de la sobretensión depende de las características del transformador, siendo tanto mayor cuanto más elevada es la relación L₂/C₂, y de las características del interruptor, al incidir estas en el valor de i₀.

La frecuencia de la oscilación es: 

Si el arco se extingue al paso natural de la corriente por cero no se produce sobretensión alguna, pues la energía almacenada en el condensador, que en ese instante será máxima, en tanto que la electromagnética será nula, se descarga sobre la autoinducción L₂ en forma oscilante, amortiguándose paulatinamente a causa de la resistencia óhmica del circuito. La expresión de la tensión transitoria, en bornes del transformador, sería en este caso: 

En la realidad los valores máximos de las tensiones U₁ y U₂ no se alcanzan nunca por cuanto al exceder la tensión entre contactos U₁(t)-U₂(t) el valor de la rigidez dieléctrica del plasma se produce un reencendido del arco que reduce prácticamente a cero la tensión de restablecimiento y se tiene de nuevo en el circuito una corriente cuya supresión antes de su anulación natural determina una repetición del proceso descrito, si bien con una menor corriente (fig. 3).

Figura 3

La ruptura definitiva no se produce hasta que el nivel teórico de sobretensión es inferior a la rigidez dieléctrica entre los contactos.

Resumiendo, podemos decir que los valores máximos de la tensión de restablecimiento y las frecuencias propias de los circuitos oscilantes dependen de las características propias de la red y del transformador, en tanto que el valor de la corriente de supresión del arco y los valores máximos de las tensiones de los circuitos dependen de las características constructivas y funcionales del interruptor.

Si se quiere limitar estas sobretensiones con objeto de que no rebasen los valores prescritos por algunas normas oficiales, es preciso intercalar unas resistencias de valores relativamente elevados entre los bornes de entrada y salida del interruptor automático. Estas resistencias, suelen ser del tipo dependiente de la tensión, como las que se utilizan en los pararrayos, siendo cortada la corriente que subsiste en el circuito a través de las mismas por un simple seccionador.

 

FUENTE:

Curso de aparamenta eléctrica (Manuel Cortes Cherta)

 

POSTS RELACIONADOS:

Efectos producidos en la desconexión de corrientes inductivas

https://imseingenieria.blogspot.com/2017/11/efectos-producidos-en-la-desconexion-de_12.html

Sobretensiones de maniobra

http://imseingenieria.blogspot.com.es/2015/09/sobretensiones-de-maniobra.html

 

 

El concepto de Tensión de Cortocircuito en Transformadores

 

La tensión de cortocircuito de un transformador es un concepto importante para el diseño de Centros de Transformación.

La tensión de cortocircuito en un transformador puede enunciarse así: Es la tensión que aplicada a uno cualquiera de los dos arrollamientos estando los bornes del otro arrollamiento cerrados en cortocircuito, hace circular por dichos arrollamientos su correspondiente intensidad nominal (figura 1).

Figura 1: Medida de la tensión de cortocircuito

NOTA 1: Para más información sobre la medida de la tensión de cortocircuito, ver post:

Medida de la tensión de cortocircuito y pérdidas en carga en Transformadores secos. En el siguiente link:

http://imseingenieria.blogspot.com.es/2016/02/medida-de-la-tension-de-cortocircuito-y.html

La tensión de cortocircuito U_cc es, pues, U_cc = I_n · Z_cc , siendo In la intensidad nominal o asignada (son términos análogos) del transformador correspondiente al arrollamiento alimentado por la tensión U_cc y Z_cc la impedancia interna del transformador, referida al arrollamiento alimentado por la tensión U_cc.

Por tanto, la tensión de cortocircuito U_cc depende por una parte de la intensidad nominal que se ha asignado a aquel transformador, y por otra parte, de la impedancia interna del transformador compuesta de la resistencia óhmica R_cc de sus arrollamientos y de la reactancia X_cc debida a los flujos magnéticos de dispersión de los arrollamientos primario y secundario.

Por tanto,

Ahora bien, en los transformadores de potencia, X_cc es sensiblemente mayor que R_cc , de tal manera que a fin de simplificar los cálculos se acostumbra a prescindir de R_cc y considerar Z_cc ≈ X_cc.

La reactancia X_cc depende básicamente de la separación entre los arrollamientos primario y secundario en el transformador. Aumenta al aumentar esta separación pues aumenta la cantidad de flujo de dispersión.

NOTA 2: Para saber cómo influye la tensión de cortocircuito en el dimensionado de un transformador, clicar en el siguiente link:

https://imseingenieria.blogspot.com/2016/08/influencia-de-la-tension-de.html

La impedancia Z_cc es pues un parámetro constructivo; para variarlo habría que modificar el transformador. Es pues independiente del valor de la intensidad nominal que se haya asignado a aquel transformador. Si se varía su potencia nominal, variará su tensión de cortocircuito U_cc en la misma proporción.

La tensión de cortocircuito es un dato que figura preceptivamente en la placa de características del transformador (figura 2) y se expresa en tanto por ciento de la tensión nominal U_n del arrollamiento alimentado por la U_cc , o sea:

Figura 2: Placa de características de un transformador de 1250 kVA con U_cc = 5,97 %

Este valor U_cc % es independiente de cual sea el arrollamiento cerrado en cortocircuito, y cual el alimentado por U_cc. Los valores de U_cc , I_n y U_n serán diferentes pero el de U_cc % será el mismo.

En caso de producirse un cortocircuito en los bornes secundarios del transformador estando su primario alimentado a su tensión nominal U_n, la corriente de cortocircuito que se producirá, estará solamente limitada por la impedancia interna Z_cc del transformador, por tanto: I_cc = U_n / Z_cc .

Ahora bien, según se ha definido antes, Z_cc = U_cc / I_n . Resulta pues que:

La corriente de cortocircuito I_cc será tantas veces mayor que la corriente nominal I_n como la relación entre U_n y U_cc.

Expresando U_cc en tanto por ciento de U_n , se tiene I_cc = I_n · 100/U_cc , fórmula que permite calcular directamente la corriente de cortocircuito I_cc en función de U_cc %. Por ejemplo, si U_cc % vale 4 %, I_cc = 25 I_n.

Se observa que cuanto mayor es U_cc % menor será la corriente de cortocircuito I_cc en relación a la nominal I_n.

En este aspecto es pues deseable una tensión de cortocircuito elevada, a fin de reducir la corriente de cortocircuito y sus peligrosos efectos térmicos y dinámicos.

Ahora bien, hay que tener en cuenta que la impedancia Z_cc es también causa de la caída de la tensión interna ΔU en el transformador.

En efecto, ΔU, a la intensidad nominal I_n, vale:

Si, según lo antes indicado, se prescinde de R_cc , la fórmula queda simplificada a:

Además, como ahora X_cc ≈ Z_cc, resulta:

y, por tanto,

Se consideran aquí tensiones y corrientes senoidales por lo cual el cos φ es la expresión del factor de potencia de los receptores alimentados por el transformador.

La caída de tensión en el transformador depende pues, por una parte de su tensión de cortocircuito, y por la otra de la naturaleza de la carga (receptores).

Para los sistemas de BT, la norma UNE-20 460 recomienda no sobrepasar las siguientes caídas de tensión hasta bornes de los receptores:

Alumbrado, 3%; otras utilizaciones, 5%.

Incluye pues la caída de tensión en el transformador, más las caídas de tensión en las líneas entre éste y los receptores. Esto limita pues el valor admisible de la tensión de cortocircuito del transformador.

En los transformadores de distribución MT/BT de los CT, las tensiones de cortocircuito son:

Transformadores:

– hasta 630 kVA y hasta 24 kV:.............. 4%,

– hasta 630 kVA y 36 kV: ....................... 4,5%,

– de 800 hasta 2 500 kVA y

hasta 36 kV: ........................................ 6%.

Estos valores son el resultado de un compromiso entre el interés en reducir en todo lo posible la corriente de cortocircuito y, por otra parte, la necesidad de limitar la caída de tensión en el transformador.

Los transformadores de distribución se construyen habitualmente con una tensión secundaria en vacío un 5% superior a la tensión nominal de servicio, a fin de tener un margen para la inevitable caída de tensión.

Esta tensión de vacío es la que figura en la placa de características del transformador.

Así, por ejemplo, para tensión de servicio 380 V, el transformador es de 400 V en vacío, y para tensión de servicio 400 V el transformador es de 420 V en vacío.

Al proyectar un CT, es aconsejable atenerse a los valores de U_cc % antes indicados. En efecto, son los valores que acostumbran a figurar en los catálogos de los fabricantes. Las normas de transformadores admiten una tolerancia constructiva para U_cc de ± 10%.

 

 

POST RELACIONADO:

Cálculo de impedancias en transformadores

https://imseingenieria.blogspot.com/2020/07/calculo-de-impedancias-en.html

 

 

El factor k de desclasificación por armónicos en transformadores

 

Los centros de transformación de MT/BT son especialmente sensibles a los armónicos de corriente, provocando fuertes sobrecalentamientos y posibles averías. La potencia nominal y el calor que disipa un transformador en régimen de plena carga se calculan bajo la hipótesis de que el sistema está compuesto por cargas lineales, esto es, que no generan armónicos. Si el transformador tiene que proporcionar una corriente que contiene armónicos, se sobrecalentará, aumentando la posibilidad de que se averíe.

El factor K es un factor de desclasificación de los transformadores que indica cuanto se debe reducir la potencia máxima de salida cuando existen armónicos. La expresión matemática es la siguiente:

Se trata de medir el valor de pico y la corriente eficaz en cada fase del secundario del transformador, calcular sus promedios y utilizar la fórmula anterior. Así por ejemplo, si una vez medido en el secundario de un transformador de 1000 kVA se encontrara que el factor de desclasificación K vale 1.2 entonces la máxima potencia que podríamos demandar del transformador, para que este no se sobrecalentase y no empezara a distorsionar la tensión, sería de 833 kVA.

Esta expresión es aproximada, ya que no tiene en cuenta todas y cada una de las componentes armónicas, sin embargo permite, de una forma sencilla conocer cuánto hay que desclasificar el transformador.

Tomemos como ejemplo la señal de la figura 1:

Figura 1: Señal de corriente con armónicos

La señal de la figura tiene un factor de creta igual a 2, lo que significa que el valor de pico de la señal es dos veces mayor que su valor eficaz. Si aplicamos la fórmula matemática de desclasificación obtenemos:

Esto significa que si esta medida hubiera sido hecha a la salida de un transformador de 700 kVA de potencia nominal, la máxima potencia que deberíamos dejar suministrar al transformador para no deteriorar la calidad de la red, ni sobrecalentarlo sería igual a 495 kVA, o lo que es lo mismo, el transformador se vería desclasificado un 30% debido a los armónicos.

La instrumentación de medida especializada en la medición y análisis de armónicos facilita este calor de4l factor K, evitando complejos cálculos matemáticos. La figura 2 muestra este dato.

Figura 2: Si esta medida se hubiera hecho en el secundario del transformador de entrada, la potencia máxima tendría que reducirse en un factor de 1.9 veces,lo que significa que para 1000 kVA la potencia máxima en este casosería igual a 1000/1.9 o lo que es lo mismo: 526 kVA. 

El factor K de desclasificación se debe utilizar para reducir la potencia máxima del transformador sólo cuando la medida está hecha en el secundario del mismo. Cuando la medida se hace en cualquier otro punto de la instalación, el factor K no tiene utilidad.

La fórmula completa del factor K definida por el CENELEC en su documento HD428.4 S1 es la siguiente: 

dónde:

n es el orden del armónico

I es la corriente eficaz total, incluyendo la distorsión

In es la corriente eficaz debida al armónico n

I_h1 es la corriente eficaz de la componente fundamental, esto es del armónico 1, de 50 Hz.

N es el máximo orden del armónico a considerar

q es una constante que depende del tipo de arrollamiento del transformador y de la frecuencia de red, habitualmente su valor es de 1.7

e es el cociente entre la perdida debida a la componente fundamental de la corriente y la pérdida que se produciría con una corriente continua. Habitualmente este valor es de 0.3.

 

NOTA: Para un cálculo más preciso del factor k en transformadores les remito a la hoja de cálculo que pueden encontrar en el link siguiente:

https://imseingenieria.blogspot.com/2015/05/hoja-de-calculo-del-factor-1k-de.html

 

FUENTE:

La amenaza de los armónicos y sus soluciones (Ángel Alberto Pérez Miguel, Nicolás Bravo de Medina, Manuel Llorente Antón)

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Influencia de los armónicos en Transformadores

https://imseingenieria.blogspot.com/2019/06/influencia-de-los-armonicos-en.html

Influencia del 3er armónico en transformadores

https://imseingenieria.blogspot.com/2020/07/el-3er-armonico-en-transformadores.html

 

Medida de Descargas Parciales: Aplicaciones

 

Es importante describir la amplia variedad de aplicaciones para las que se pueden utilizar las medidas de descargar parciales (DPs), a continuación nos centramos en las medidas con osciloscopio más importantes:

1.- Laboratorios de fabricación de máquinas eléctricas y su aparamenta

 Como herramientas de laboratorio, se utiliza para ayudar a los diseñadores de equipos eléctricos de muchas formas. Además de asegurar que el producto dará un servicio satisfactorio sin fallos, ayudarán a los ingenieros a seleccionar los materiales aislantes utilizados, para producir un producto de menor tamaño pero con la máxima vida útil.

2.- Control de calidad de la producción

Habiendo establecido niveles máximos de descarga en la etapa de diseño o para cumplir con las especificaciones del cliente, se pueden utilizar técnicas de medición de descarga parcial para asegurar que la producción se ajuste a la especificación. Las unidades que excedan un nivel de descarga predeterminado, obviamente, se reservarán para una mayor investigación y reparación. Mediante el uso sistemático de la medición del nivel de descarga en la producción, se puede mejorar enormemente el nivel de calidad promedio de los componentes y equipos eléctricos y reducir al mínimo el alcance de los costosos fallos de campo. 

3.- Mantenimiento preventivo

Otra área de aplicación muy importante de las medidas de descargas parciales (DPs) que está relacionada con el mantenimiento preventivo. Con frecuencia, las grandes instalaciones de procesos se cierran debido a la avería de algún componente eléctrico crítico como, por ejemplo, aparamenta, transformadores, cables de alimentación o motores.

El reemplazo de tales componentes defectuosos frecuentemente cuesta muchas horas y muchos días de parada en la producción. Las pruebas periódicas de estos componentes durante los períodos normales de mantenimiento a menudo pueden permitir la localización de fallos y la sustitución de componentes sin pérdida de tiempo o producción. Este aspecto en particular es un punto que nunca debe pasarse por alto.

4.- Diagnóstico de averías

No siempre se sabe que las mediciones de descargas parciales pueden diagnosticar con frecuencia la causa de fallos en la producción. Por ejemplo, al probar cables es posible establecer si se están produciendo descargas en la interfaz del conductor y el aislamiento, en la cubierta exterior y el aislamiento o en el interior del propio aislamiento. Esto permite que se tomen medidas correctivas en la planta de fabricación sobre fallos que, de otro modo, tomarían un tiempo considerable para localizarlas.

Las descargas corona, son descargas localizadas en extremos afilados o puntiagudos con potencial elevado, se pueden distinguir claramente de las descargas que se produce en el interior del material aislante. A veces, la descarga corona puede ser bastante inofensiva, pero también puede ser muy dañina según su ubicación dentro del producto que se está probando. Esta capacidad para distinguir la descarga parcial de la descarga corona en las cavidades de los materiales aislantes tiene un valor diagnóstico considerable.

Los detectores de descargas pueden incorporar una unidad de alarma que se puede ajustar de manera que si el nivel de descarga en cualquier muestra que se esté probando excede un valor predeterminado, la alarma sonará. Por lo tanto, una vez configurados, los operarios relativamente inexpertos pueden realizar pruebas en línea con poca o ninguna supervisión.

5.- Cables

Se pueden probar longitudes cortas de cable (hasta 250 metros) en un circuito no equilibrado. Si se utilizan conos deflectores de tensión, las descargas en la muestra pueden distinguirse de las de los terminales del cable. Las pruebas de producción de cables de plástico pueden llevarse a cabo mediante varios métodos. Un método, que se utiliza para comprobar los conductores de cables con aislamiento de polietileno, consiste en pasar el cable a través de un electrodo de agua desionizada, con el núcleo conectado a tierra. El alto voltaje se aplica al aislamiento de polietileno por medio del electrodo de agua. Se suele utilizar una unidad de alarma que proporciona una señal cuando hay descargas superiores a una magnitud preestablecida.

Posteriormente, se ideo otro método para la prueba durante la fabricación de un cable aislado después del apantallamiento con un material semiconductor. En este método, el alto voltaje se aplica al conductor y la detección y ubicación de las descargas tiene lugar cuando el cable pasa sobre una serie de mecanismos acoplados al detector de descargas.

Las longitudes de tambor y los cables instalados de más de 250 metros pueden probarse utilizando una unidad de entrada especial diseñada para coincidir con un circuito de prueba resistivo. El cable termina en su extremo más alejado por un condensador de bloqueo en serie con una resistencia de igual magnitud a la impedancia característica del cable, y acoplado al detector de descarga en su extremo cercano a través de un segundo condensador de bloqueo como se muestra en la Figura 1. 

Figura 1: Circuito de prueba para largas longitudes de cable

La calibración se realiza de forma normal, determinándose el efecto de atenuación en el cable mediante la inyección de un impulso de calibración en ambos extremos del cable. Se puede alcanzar una sensibilidad de hasta 1pC y es independiente de la longitud del cable bajo prueba.

En los EE. UU., las especificaciones de prueba de cables exigen la determinación de la característica de la descarga aparente. Esto implica trazar y dibujar la relación entre el voltaje aplicado y la magnitud de descarga para cualquier muestra dada. El modelo de detector de descargas parciales de la foto  dispone de salidas para alimentar un registrador X - Y para este fin, de modo que estas pruebas de rutina puedan ser realizadas por operadores semicualificados.

Detector de descargas parciales

6.- Máquinas eléctricas

Las máquinas generalmente se prueban aplicando un voltaje monofásico desde un transformador de prueba a los diferentes devanados sucesivamente. Sin embargo, a menudo se pueden hacer pruebas con la activación de la misma máquina si es un alternador, conectando la unidad de entrada del detector de descargas al terminal neutro.

Sin embargo, los materiales aislantes resistentes a las descargas (como la mica) se utilizan a menudo en las máquinas y el nivel de descarga tolerable puede ser demasiado alto para que determinados modelos de detectores de descargas los localicen. En tales casos el criterio que se suele seguir es comprobarlas con las mediciones de la energía de descarga realizadas con analizadores de pérdidas dieléctricas.

Analizador de pérdidas dieléctricas

7.- Condensadores

Los condensadores pequeños pueden probarse en un circuito no equilibrado, pero para los condensadores grandes suele ser más conveniente utilizar un circuito equilibrado con dos muestras. Con condensadores grandes es importante que la inductancia residual tanto dentro de los condensadores bajo prueba como en las conexiones externas sea pequeña, de lo contrario pueden introducirse errores apreciables.

Los condensadores que están diseñados para su uso en circuitos de CA deben descargarse a la tensión de trabajo después de haber sido sometidos a una sobretensión representativa del sistema. La norma británica (BS 4029) requiere que los condensadores de iluminación fluorescente no se descarguen a una vez y media la tensión nominal, después de una sobretensión de tres veces la tensión nominal, seguida de un período de recuperación de 1,2 veces su tensión nominal.

8.- Transformadores

Los transformadores se pueden probar considerando el transformador bajo prueba tanto como muestra como por transformador de prueba. Se debe utilizar el circuito de la figura 2, pero omitiendo Cx. Puede haber una atenuación apreciable en la transmisión del transitorio de descarga al punto de medición y, aunque esto reduce la sensibilidad, puede usarse para proporcionar un medio aproximado de localizar las descargas conectando el detector a los distintos terminales del transformador uno a uno. Los factores de atenuación en los devanados del transformador se pueden determinar utilizando el generador de onda escalonada de calibración o el simulador de descarga para inyectar pulsos de calibración en el devanado.

Figura 2: Circuito de prueba desequilibrado para detección de descargas

9.- Materiales en prueba

Otro aspecto es el control de calidad de los componentes y equipos adquiridos, ya sea para su propio uso o para incorporarlos en su propio equipo. Las descargas en materiales aislantes son graves si exceden los niveles predeterminados y pueden costar mucho dinero en servicio de campo y reemplazo. A continuación se ofrece un breve resumen de la aplicación a una amplia variedad de componentes y equipos eléctricos.

9.1.- Barras colectoras

Dado que el aislamiento de las barras colectoras debe estar libre de descargas a la tensión de servicio, la medida que normalmente se requiere es la de la tensión de inicio (o extinción) de descarga. Si se detecta la presencia de descargas, será necesario medir su magnitud. Si hay conectores disponibles en los extremos de los aisladores de apoyo, entonces la ubicación de las descargas pueden determinarse en los aisladores o en las barras colectoras.

9.2.- Aisladores

Los aisladores generalmente se prueban para determinar la magnitud de descarga al voltaje de servicio. La sensibilidad requerida varía desde 100 pC para aisladores de condensador de papel adherido con resina de 132 kV hasta 1 pC para aisladores de resina fundida de 11 kV.

9.3.- Materiales

Las pruebas de descargas parciales en materiales se suelen realizar con el fin de determinar la magnitud y el número de descargas en relación con el daño que pueden producir. Si se están produciendo tanto descargas internas como externas, entonces se puede utilizar un anillo de protección para distinguir las descargas de las dos fuentes.

Interpretación de los oscilogramas

El instrumento responde a las descargas internas en un condensador con dieléctrico de papel como se muestra en la Fig. 3. Las descargas son aproximadamente iguales en magnitud pero opuestas en dirección en las medias ondas positivas y negativas del voltaje de prueba, y ocurren en los dos cuartos de ciclos opuestos, durante el cual el voltaje (magnitud) aumenta.

La respuesta del instrumento a las descargas internas en un cable aislado de polietileno se muestra en la Fig. 4. En este caso, como con todas las descargas internas, las descargas se ubican nuevamente frente a los picos de voltaje, pero consisten en un pequeño número de descargas de gran magnitud en la media onda negativa y un mayor número de descargas de pequeña magnitud en la media onda positiva. Esto es característico de una vacuola de aire localizada en el dieléctrico de un cable. Una respuesta similar, pero con muchas más descargas en ambos semiciclos, ocurre en los condensadores dieléctricos de plástico.

En la figura 5 se muestra una respuesta típica a las descargas corona, como la que tiene lugar desde un punto agudo en el aire a alto potencial. En este caso, las descargas se ubican más o menos simétricamente con respecto al pico de voltaje y tienen una amplitud casi constante.  Estas descargas generalmente ocurren en el pico de voltaje negativo.

El ruido de contacto produce la respuesta que se muestra en la Fig. 6. Este ruido puede ocurrir, por ejemplo, entre las lengüetas y láminas de un condensador. Estas descargas se distribuyen alrededor del pico de corriente (voltaje cero) de la forma de onda de prueba.

Un excelente documento del Grupo de Trabajo 21.03 de CIGRE (parte que estudia los Cables de Alta Tensión del Comité Nº. 21) titulado "Reconocimiento de Descargas", brinda una valiosa ayuda adicional en la interpretación de los patrones de las descargas parciales.

 

FUENTE:

Robinson Instruments

PARA SABER MÁS:

¿Qué son las descargas parciales?

https://imseingenieria.blogspot.com/2019/04/que-son-las-descargas-parciales.html

Localización de descargas parciales en Transformadores y Reactancias

https://imseingenieria.blogspot.com/2020/11/localizacion-de-descargas-parciales-en.html

Técnicas de medida de las Descargas Parciales (Parte 1ª)

https://imseingenieria.blogspot.com/2019/04/tecnicas-de-medida-de-las-descargas.html

Técnicas de medida de las Descargas Parciales (y Parte 2ª)

https://imseingenieria.blogspot.com/2019/04/tecnicas-de-medida-de-las-descargas_18.html

Descargas parciales en transformadores secos encapsulados

https://imseingenieria.blogspot.com/2015/10/descargas-parciales-en-transformadores.html

Ensayos de Descargas Parciales (DP’s) en equipos de Alta Tensión

https://imseingenieria.blogspot.com/2015/07/ensayos-de-descargas-parciales-dps-en.html