20230925 Charla Protección de Transformador_CMendoza.pptx

Charla: Protección de Transformadores de
Potencia
Technical Services Hydro Peru
Lima, 27 de Setiembre 2023

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Carlomagno Mendoza R.
Contenido
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1. Definiciones
2. Protecciones contra cortocircuito
3. Protecciones contra Sobreexcitación
4. Protecciones de Falla Interruptor
5. Protecciones Propias

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Definiciones
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OyM Hydro Peru / TS&M

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Protecciones Principales
La protección principal y secundaria son el primer
nivel de defensa del Sistema de Protección y deben
tener una actuación lo más rápida posible
(instantánea).
• Relé Diferencial
• Relé Distancia
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Protección Principal y Respaldo
Protecciones de Respaldo
Son el segundo nivel de nivel de la protección, por
ello, deberán tener un retraso de tiempo en su
actuación, para permitir la actuación de la
protección principal. Además, debe ser físicamente
diferente de la protección principal.
• Relé de Sobrecorriente
• Relé de Falla Interruptor

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Carlomagno Mendoza R. 5
Zonas de Protección
Traslape de Zonas

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Protección Unitaria
• Son totalmente selectivas, porque protegen
únicamente al equipo o instalación.
• No pueden brindar la funcionalidad de una
protección de respaldo.
• Operan bajo el principio diferencial y son
totalmente independientes.
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Protección Unitaria y Graduada
Protección Graduada
• Son relativamente selectivas.
• Pueden brindar la función de protección de
respaldo.
• Operan midiendo las corrientes, tensiones,
impedancias, etc.
• Requieren la graduación de su tiempo de actuación.
• Tienen características de respaldo.
La Protección graduada puede ser ajustada por:
- Graduada por Corriente
- Graduada por Impedancia
- Graduada por Tiempo

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Normas ANSI/IEEE - IEC

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Equipamiento de Sistema de Protección
• Interruptor de Potencia
• Seccionadores
• Transformadores de
Tensión (PT´s)
• Transformadores de
Corrientes (CT´s)
• Relés de protección
• Cableado de control
• SSAA (Batería DC)
• Sistemas de
Telecomunicaciones
Central de Generación

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Características de los Sistema de Protección

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Protecciones contra
Cortocircuito
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Descripción y Riesgos de la falla
Esta falla se produce por contacto entre los bobinados cuando se pierde el aislamiento o se produce algún daño físico del
mismo. La falla puede ser en los bobinados, en el cambiador de tomas o gradines (taps), en los aisladores pasatapas
(bushings), o en el núcleo. También se producen fallas en la caja de los terminales de las conexiones del cableado de
control. Como consecuencia de la falla se puede producir una propagación de la misma y hasta causar incendio en el
transformador.
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Protección Diferencial de Transformador (87T)
Principio de detección
Para la detección se utiliza el principio diferencial, permite determinar la diferencia en las corrientes de entrada y salida del
elemento protegido. Para ello se debe medir la corriente de cada fase a la entrada y la salida del Transformador, así como
la corriente residual en el neutro del lado de alta tensión.
1. Las corrientes de magnetización (o de carga) del elemento
protegido que es una cantidad constante.
2. El error de relación en los TCs que es una diferencia casi
proporcional a los valores de la corriente. Si la protección
diferencial se aplica a un transformador de potencia que
tiene diferentes tomas (taps), el error de los TCs será del
mismo tipo por esta causa.
3. El error debido a la saturación de los TCs, el cual
prácticamente no existe con pequeñas corrientes, pero que
se hace mayor con elevadas corrientes.

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Protección Diferencial de Transformador (87T)
Consideraciones para implementar la 87T:
• Relación de transformación: Existen diferentes relaciones de
transformación en el lado de alta y baja tensión que hay que
homogeneizar; pero, sobre todo, la relación no es siempre la
misma si se tienen diferentes tomas o gradines (taps) en el lado
de alta tensión.
• Desfase: Debido a las distintas conexiones trifásicas en el lado de
alta tensión, se tiene un desfasaje de las corrientes en ambos
extremos de la zona protegida que es causa de una diferencia en
los valores instantáneos de las corrientes.
• Inhibición de Armónicos (2° y 5°): Al momento de su
energización el transformador tiene una alta corriente de inserción,
la cual sirve para magnetizarlo y provoca una fuerte diferencia de
corrientes entre ambos extremos de la zona protegida. También
existe una pequeña corriente de magnetización permanente que
implica una pequeña diferencia, la cual es también constante, pero
no es por causa de una falla.
Compensación de RT y desfase con TCs intermedios
Compensación de RT y desfase con TCs intermedios

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La protección diferencial (87T) normalmente se mantiene por encima de un
20% (0.2pu). Por lo tanto, el relé diferencial se activará si la corriente
diferencial supera los 0,2 A. Ahora, consideremos el lado en estrella de un
transformador, en el cual se produce una falla a tierra cerca del punto neutro,
como se muestra en la imagen de la derecha.
Dado que la ubicación de la falla está muy cerca del punto neutro, el voltaje
que genera la corriente de falla será muy inferior y, por lo tanto, el reflejo de
una corriente tan baja en el lado primario del transformador también será bajo.
En este caso, es posible que la protección diferencial del transformador no
funcione, ya que su configuración es bastante alta, del 20 %. Debido a ello,
para la proteger al Transformador ante dicho tipo de falla, necesitamos un
esquema de protección más sensible.
Aquí entra a tallar la Protección de falla a tierra restringida (REF). La
sensibilidad de la protección REF es superior en comparación con la 87T.
Normalmente, el ajuste de la protección REF se mantiene tan bajo como el 5
%. Básicamente, la sensibilidad de la protección REF aumenta a medida que
usamos CT en el neutro del transformador y cada vez que se produce una falla
a tierra, es muy seguro que la corriente completará su camino a través del
neutro y, por lo tanto, aumentará la sensibilidad de la protección REF.
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Protección de Falla a Tierra Restringida (REF – 87N)

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En condiciones equilibradas, es decir, en funcionamiento normal, la
suma de las corrientes a través del secundario de los TC será cero y la
corriente en el TC neutro también será cero. Pero tan pronto como se
produzca una falla en el devanado secundario del transformador, las
corrientes en las fases ya no serán equilibradas. También bajo falla a
tierra, una corriente fluirá a través del CT neutro. Debido a este
desequilibrio, la suma de la corriente no será cero, pero tendrá un valor
finito y, por lo tanto, el relé se activará.
Cabe señalar que para una falla fuera del Transformador, es decir, para
una falla pasante, la Protección de falla a tierra restringida no
funcionará, ya que, en este caso de falla pasante, la suma vectorial de
las corrientes en el secundario del TC será cero. Esta es la razón; este
tipo de esquema de protección es para zona restringida y, por lo tanto,
se denomina Protección de falla a tierra restringida.
Protección de Falla a Tierra Restringida (REF – 87N)

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Se puede aplicar para detectar las fallas en el transformador. Por ser una protección que no es totalmente selectiva, cubre
fallas externas al transformador y en ambas direcciones, por lo que resulta una protección complementaria a las
protecciones totalmente selectivas como la protección diferencial.
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Protección de Sobrecorriente (50/51 – 50N/51N)
La protección de corriente mide permanentemente la corriente
de cada fase con la finalidad de detectar las sobrecorrientes
que se pueden producir en un cortocircuito. El tiempo de
actuación de esta protección es una función del valor de la
corriente y puede ser:
1. Tiempo definido o instantáneo: cuando se supera un umbral
fijo previamente calibrado.

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2. Temporizado: de tiempo inverso cuya operación depende del tiempo según una función exponencial establecida por la
siguiente expresión:

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Ejemplos:
Curva IEC
Normalmente
Inverso
Izquierda: SEL
Derecha: Siemens

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Protección de Sobreexcitación
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Las normas ANSI para Generadores y Transformadores establecen que deben operar satisfactoriamente a su potencia
nominal, frecuencia y factor de potencia, considerando las siguientes condiciones simultáneas:
• Con la relación Voltios/Hertz no mayor de 1.05
• Con un Factor de Potencia mayor del 80%
• Con la Frecuencia de al menos el 95% de la nominal.
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Protección de Sobreflujo o Sobrexcitación (24)
La protección de sobreflujo mide la relación Voltios/Hertz y se
puede ajustar con dos niveles de operación: alarma y disparo.
Para el disparo se puede considerar una operación de tiempo
inverso (o definido) de manera de obtener una tolerancia a
cualquier fenómeno transitorio.
Característica de ajuste relé Siemens

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Protección de Falla Interruptor
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Cuando un Relé de Protección ha dado la orden de apertura de un Interruptor
existe el peligro de que no se produzca la apertura del circuito por falla del
Interruptor en efectuar dicha maniobra. En esta situación, dada la condición de
falla, no se debe demorar la apertura del circuito, por lo que es necesario un
esquema de protección para prevenir la Falla del Interruptor.
Esta falla se puede producir por diversas razones como son:
• Falla del cableado de control
• Falla de las Bobinas de Apertura
• Falla del mecanismo propio del interruptor
• Falla del Interruptor al extinguir el arco dentro del equipo
Es una protección de respaldo, cuya función es detectar el daño de un
interruptor, que no le permite abrir durante el proceso de disparo y que por
consiguiente no se despejará la falla en el tiempo adecuado.
Con el relé 50BF se busca despejar la falla “aguas arriba” del interruptor
dañado. Esto se hace mediante disparos a los interruptores adyacentes tanto
locales como remotos.
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Protección Falla Interruptor (50BF)

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Esquema de 50BF
• Ocurre la falla
• La protección del equipo protegido actúa y manda a
abrir el interruptor, a su vez inicializa al relé de falla de
interruptor (BFI).
• El relé de falla de interruptor que normalmente es un
elemento de sobrecorriente de tiempo fijo también
detecta la falla (50BF).
• Interruptor comandado por la protección no abre.
• Si se cumple las tres condiciones anteriores, luego de
un tiempo (62-1) intenta abrir el interruptor con falla
(RETRIP) y si no abre luego del tiempo (62-2) manda
abrir los interruptores aledaños y mediante
comunicación manda a abrir el interruptor remoto.

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Implementación del 50BF: Arranque sin flujo de corriente
En caso de fallas con corrientes bajas que no producen una reacción en la supervisión del flujo de corriente (Ej. protección
Buchholz), sólo se puede controlar la operación del interruptor de mediante las informaciones que da la posición del contacto
auxiliar del interruptor.
La evaluación del contacto auxiliar del interruptor se efectúa en la protección de falla del interruptor, solamente, si es que no
circula ninguna corriente sobre el valor ajustado para la supervisión del flujo de corriente.
Si el criterio de corriente reacciona durante un disparo de la protección, se interpreta la interrupción del flujo de corriente,
exclusivamente, como apertura del interruptor de potencia.

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Implementación: 50BF por celda
• No es necesario cableado externo
• Cada relé dispara los interruptores por su propia función
50BF.
• Si uno de los relés se encuentre fuera de servicio por falla
o mantenimiento no se pierde la función.
• La desventaja es cuando se realizan las pruebas, debe
tenerse sumo cuidado en bloquear antes la función 50BF
para no ocasionar falsos disparos.

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Implementación: 50BF en relé 87B
• Se requiere cableado externo.
• Se utiliza función 50BF sólo de una protección (en este
caso de la protección de barras, aprovechando el hecho
que este ya dispara a todos los interruptores ligados a la
barra).
• Es más complicado su aplicación si se requiere disparar el
interruptor ubicado en el extremo remoto de la línea.
• Si la protección de barras se encuentra fuera de servicio,
se pierde también la función 50BF.
• Este esquema es el más utilizado actualmente.
• Este esquema es exigido por el PR-20 del COES para
instalaciones igual o superiores a 60kV.

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Protecciones Propias
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Protecciones Propias

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MUCHAS GRACIAS!!!
Preguntas ¿?...
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