PROCEDIMEINTO

Laboratorio de PSEP

PROTECCIN DE SISTEMAS ELCTRICOS DE POTENCIALaboratorio N 8Proteccin Diferencial y Rel Buchholz

INFORME

Integrantes:

CAVERO RAMOS, Geomar J.MARIANO ORTEGA, Vladimir S.VALENZUELA VILA, Miguel A.ZELADA OSTOS, Albert J.Profesor: CHILET LEN, Csar A.Seccin: C14 - 6 - B

Fecha de realizacin: 08 de NoviembreFecha de entrega: 22 de Noviembre 2010 II

PARTE I:

PROTECCIN DIFERENCIAL

1. OBJETIVOS:

Aplicar el principio diferencial en la proteccin de transformadores.

2. INTRODUCCIN TERICA:Las protecciones diferenciales basan su funcionamiento en la comparacin de las corrientes que entran y salen de un equipo. Su aplicacin tiene pocas limitaciones, siendo la principal de ellas, la distancia que separa a los transformadores de corriente, ya que mientras ms separados se encuentren, mayor ser el burden que representan los conductores de interconexin. Por razones prcticas y econmicas, el rel diferencial se usa para la proteccin de mquinas sincrnicas y asincrnicas, transformadores de poder, barras de subestaciones (SS/EE) y lneas cortas, siempre que su potencia sea importante. (Usualmente sobre unos 5 a 8 MVA). En el caso de lneas largas, el problema de la lejana fsica de los extremos cuyas magnitudes deben compararse se ha subsanado de diferentes maneras dando origen a las protecciones de hilo piloto (alambre o cable de fibra ptica), va carrier (30-200 kHz), microondas (sobre 900 MHz).

En el esquema de la Figura 4.1 se puede apreciar que la corriente que detecta el rel diferencial R, en las condiciones indicadas, es igual a cero. Al ocurrir una falla, sea monofsica, bifsica o trifsica, en la zona protegida (entre los TT/CC), se produce un desequilibrio que hace fluir una corriente diferencial Id distinta de cero, por el rel R, de modo que ste da la orden de abrir el interruptor correspondiente.

PROTECCIN DEIFERENCIAL LONGITUDINAL: La corriente es medida, por ejemplo en ambos extremos de la lnea o ambos lados del transformador.

PROTECCIN DIFERENCIAL TRANSVERSAL: La corriente diferencial es la diferencia entre las corrientes en dos partes paralelas del sistema.

Proteccin Diferencial De Transformadores

La proteccin diferencial de transformadores trifsicos es bastante ms complicada que la proteccin de alternadores, por los motivos siguientes:

a. Las corrientes de primario y secundario no tienen el mismo valor, debido a que normalmente la relacin de voltajes entre estos dos enrollados no es la unidad.

b. Las corrientes del primario y secundario del transformador pueden no estar en fase, dependiendo de la conexin del transformador.

c. Las razones de los TT/CC no siempre arrojan valores secundarios iguales a comparar.

d. La proteccin no debe ser afectada por las condiciones de operacin del transformador, como cambios de taps o funcionamiento en vaco.

e. La corriente de excitacin en el momento de la conexin del transformador (corriente de in-rush) puede tomar valores muy elevados, dependiendo del valor instantneo de la onda de voltaje en el momento de la conexin. Su forma es exponencial decreciendo en el tiempo y disminuyendo su desplazamiento para tomar finalmente el valor de rgimen permanente.

f. En transmisin se usan bastante transformadores de tres enrollados o con terciario, lo que complica ms la situacin.g. . Algunas conexiones especiales de los transformadores de poder, como la conexin zigzag, se tratan en forma diferente a la que correspondera segn su ndice horario para conseguir que la proteccin no opere para fallas externas.3. EQUIPOS Y MATERIALES:

CantidadEquiposFigura

2

Transformadores de corriente tipo toroidales

1Transformador monofsico de (208/120) V.; (0,3/0,5) A.

2Mdulo de resistencias variables

06Voltmetros y Ampermetros digitales

20Cables de conexin

4. PROCEDIMIENTO:

Conectamos el circuito de la figura mostrada a continuacin. Notamos que de ocurrir una falla interna en el transformador de corriente del secundario no lo detecta, pero si es detectado por el transformador de corriente del primario.

1. Calculamos las corrientes en el primario, para las cargas que se indican en la tabla N1. Tomamos en cuenta el verdadero valor de las resistencias empleadas.

2. Energizamos el circuito y regulamos la tensin a 110 V. Anotamos las lecturas de los ampermetros en la tabla N 1.

3. Reducimos a cero la tensin y apagamos la fuente.

TABLA N1CARGACorriente A.T.Corriente B.T.Corriente diferencial

Primario del T.C. (mA)Secundario del T.C. A1 (mA)Primario del T.C. (mA)Secundario del T.C. A2 (mA)Secundario del T.C. A3 (mA)

Infinita0.0110.0050.026

44000.0270.0040.024

22000.0530.0480.023

11000.0940.0910.023

Observacin: Tambin para la conexin se tuvo presente, que el lado de baja Tensin es el la de mayor corriente y el lado de Alta tensin es el lado de poca corriente.4. Mantenemos la carga de 4400 conectada luego conectamos las resistencias de falla segn la tabla N2, a fin de presentar corriente diferencial. Calculamos las corrientes primarias.

5. Energizamos el circuito y regulamos la tensin de entrada a 110 V. Anotamos las lecturas de los ampermetros en la tabla N2.TABLA N2

FALLACorriente A.T.Corriente B.T.Corriente diferencial

Primario del T.C.

(mA)Secundario del T.C. A1(mA)Primario del T.C. (mA)Secundario del T.C. A2(mA)Secundario del T.C. A3

(mA)

44000.0530.0240.024

22000.0740.0230.041

11000.1150.0230.081

6. Reducimos la tensin a cero y apagar la fuente.Cuando se conect la resistencia de falla (antes del Transformador de corriente), se genero una mayor corriente circulante en el lado de B.T, que altero el funcionamiento del sistema, para lo cual se debe realizar los ajustes necesarios para proteger al transformador.5. CUESTIONARIO:a. Analizar los resultados y explicar Por qu las diferencias entre los valores calculados y algunas lecturas?

El principal motivo, es el desbalance que existe entre fases. Este error se debe, por las corrientes que pasan por los transformadores de corriente que traen diferencias de lecturas ya sea debido a que el circuito presenta una falla o con solo una carga, lo cual los valores medidos no son iguales a los valores calculados.

b. Por qu es importante tener en cuenta la polaridad de los transformadores de Corriente?

Es de mucha importancia el buen sentido de la polaridad de los transformadores de corriente, debido a que una corriente que circulante en sentido contrario, podra hacer que se sumen o resten corrientes de forma incorrecta, provocando una gran diferencia en la corriente de salida. En algunos casos inclusive el transformador llegara a saturarse. En los esquemas se puede observar que el lado del punto indica entrada y el lado de no punto la salida de la corriente. Para tener una mejor referencia se muestra una grfica de cmo debe circular la corriente:Conexin Incorrecta

Se cumple:

I (A3) = I (A1) - I (A2)Conexin Correcta

Se cumple:

I (A2)= I (A1) + I (A3)c. Cmo compens la diferencia entre las corrientes del primario y el secundario? La compensacin se realiz mediante la lnea del ampermetro A3, donde por el cual se genera un corriente que circula por todo el sistema, por lo cual la corriente del primario se iguala con al del secundario, gracias a la relacin de: A2 = A1+A3. Tambin esta conexin sirve para poder observar de forma mas precisa, las corrientes de fallas que se producen y alteran al circuito.

d. Qu hubiera ocurrido si el fusible del ampermetro A3 estuviera quemado y se conectara la falla?

La principal caracterstica sera que la corriente en A1 y A2 serian diferentes. Lo cual podra producir un desbalance de corriente, y provoque la falla del sistema, ya que estara abierta la lnea compensatoria de corriente A3, en este caso al realizar la medicin al presentarse este problema la corriente que se obtuvo en los ampermetros nos mostr que A1 redujo su corriente mientras que A2 elevo su corriente, pero la sumatoria de ambas resulto la misma que cuando estuvieron conectados los tres ampermetros.OBSERVACIONESCONCLUSIONES Se debe optimizar la funcin del Rel Diferencial modificando los criterios de definicin de la Zona de Proteccin, de modo que cumpla con el propsito de evitar los daos que se pueda evitar a consecuencia de las fallas, adems de evitar las prdidas de cargas innecesarias.RECOMENDACIONES Se recomienda en la instalacin del circuito diferencial, tener presente el sentido de polarizacin de los transformadores de tensin y de corriente, para poder obtener buenos resultados en el funcionamiento.

PARTE II:

RELE BUCHHOLZ1. OBJETIVOS:

Probar la operacin del rel Buchholz. 2. EQUIPOS Y HERRAMIENTAS:CantidadEquiposFigura

1

Transformadores de Distribucin

1Tanque de aire para prueba de rel

06Voltmetros y Ampermetros digitales

3. FUNDAMENTO TERICO:Proteccin del transformadorEl transformador se encuentra entre las mquinas elctricas ms importantes de todas las existentes en los sistemas elctricos de potencia. Las fronteras de generacin, transporte y distribucin no podran delimitarse sin la existencia de estas mquinas. Su proteccin resulta fundamental, no slo para su supervivencia, sino para la de todo el sistema elctrico.La proteccin de estas mquinas frente a fallas, tanto externas como internas resulta vital, debido al costo de los transformadores, especialmente aquellos de gran potencia, unido a los elevados costos asociados a las prdidas de produccin debidas a la ausencia de alimentacin elctrica en la industria.

REL BUCHHOLZEl dispositivo empleado para proteger contra la acumulacin de gas y el flujo de aceite, se le denomina rel Buchholz. Como se ha mencionado en clase, este es utilizado en los transformadores el cual el tanque del transformador se encuentra completamente lleno con aceite, y una tubera conecta el tanque del transformador a un tanque auxiliar, que acta como una cmara de expansin. A este tanque auxiliar se le conoce como "conservador", de all que se les llamen a estos transformadores del "tipo conservador".

En la tubera entre el tanque principal y el conservador se instala el rel que lleva dos elementos. Cada elemento contiene un sistema, como una pequea "estaca", que activa su respectivo contacto de mercurio

Cuando ocurre una falla incipiente en el transformador, pequeas burbujas de gas son liberadas y stas, al intentar pasar del tanque al conservador se acumularn en la cmara colectora de gas del rel. Con la acumulacin de gas el nivel de aceite en el rel baja y produce el movimiento de la "estaca", la cual hace que el contacto de mercurio se cierre y complete un circuito de alarma. Cuando se produce una falla interna "completa", es decir, que no ocurre una falla parcial, la generacin del gas es rpida y el incremento de presin origina un flujo de aceite desde el tanque conservador.

Dicho aceite, en su paso por el rel acciona la estaca inferior, la cual hace que el respectivo contacto de mercurio cierre, dndose la orden de apertura de los interruptores con el objetivo de desenergizar el transformador.

El rel est equipado con determinados medios que le permiten sacar muestras del gas, con el fin de analizarlo y de acuerdo al contenido poder configurar el tipo de falla.La presencia de: a) hidrgeno (H2) y acetileno (C2H2): indica la ocurrencia de un arco en el aceite entre dos partes estructurales

b) hidrgeno (H2), acetileno y metano (CH4): indica arco con algn deterioro de aislamiento fenlica

c) hidrgeno (H2), metano (CH4) y etileno (C2H4), anhdrido carbnico (CO2) y etano (C2H6): indica un punto caliente en el enrollado. El rel de Buchholz tiene una compuerta de pruebas, que permite que el gas acumulado sea retirado para realizar ensayos. Si se encuentra gas inflamable en el rel es seal de que existieron fallas internas tales como sobre temperatura o produccin de arco interno. En caso de que se encuentre aire, significa que el nivel de aceite es bajo, o bien que existe una pequea prdida

Pasa-tapas de entrada: conectan el bobinado primario del transformador con la red elctrica de entrada a la estacin o subestacin transformadora. Pasa-tapas de salida: conectan el bobinado secundario del transformador con la red elctrica de salida a la estacin o subestacin transformadora.Cuba: es un depsito que contiene el lquido refrigerante (aceite), y en el cual se sumergen los bobinados y el ncleo metlico del transformador.Depsito de expansin: sirve de cmara de expansin del aceite, ante las variaciones se volumen que sufre sta debido a la temperatura.Indicador del nivel de aceite: permite observar desde el exterior el nivel de aceite del transformador.Rel Buchholz: este rel de proteccin reacciona cuando ocurre una anomala interna en el transformador, mandndole una seal de apertura a los dispositivos de proteccin.

Placa de caractersticas: en ella se recogen las caractersticas ms importantes del transformador, para que se pueda disponer de ellas en caso de que fuera necesaria conocerlas.

Radiadores de refrigeracin: su misin es disipar el calor que se pueda producir en las carcasas del transformador y evitar as que el aceite se caliente en exceso.

4. PROCEDIMIENTO: Nos ubicamos en la subestacin del 903 para realizar las pruebas al rel Buchholz de un transformador de distribucin sumergido en aceite.

Realizamos la deteccin de fallas al rel haciendo o provocando fallas que pueda detectar.

Las fallas pueden ser:

Originando la falla: esto podemos realizarlo aperturando el interruptor de la subestacin el cual provocara un fuerte ruido.

Prueba neumtica: esta prueba se realiza inyectando aire para provocar que el rel detecte, esto se realiza utilizado un baln de aire

Con un encendedor en la parte superior del rel: esto se realiza para saber si hay fugas de gas combustible o solo fugas de aire.

Las fallas que puedan ocurrir se puede observar en el mdulo de fallas del rel Buchholz el cual puede encontrarse en un lugar lejano de la subestacin, y se puede observar de manera remota.

OBSERVACIONES En los transformadores de distribucin MT/BT de llenado integral, sin depsito conservador, el rel de deteccin de gases est situado en la tapa superior del transformador. Se denomina Detector de Presin de Gas (DPG) Para la simulacin de una posible falla en el tanque del transformador este tiene un pequeo terminal (cao) para ingresarle gas de un elemento externo para el disparo del rel BUCHHOLZ.CONCLUSIONES:

Rel Buchholz es el dispositivo empleado para proteger contra la acumulacin de gas y el flujo de aceite. Reconocer cuando es activado el rel buchholz ya que hay situaciones en donde son falsas alarmas, pero para esto debemos de analizar las posibles fallas antes de reiniciar la operacin de la subestacin.

Es importante tener equipos de proteccin que nos brinden la con fianza que ante una falla el transformador no se quemara ni opere fuera de condiciones normales. Es importante hacer un anlisis termo grafico al aceite del transformador para conocer de que tipo es la falla que ha ocurrido antes que opere la proteccin.RECOMENDACIONES Respetar las recomendaciones de seguridad en el manejo y operacin de las subestaciones. Utilizar todos los EPP necesarios y adecuados para trabajos de media tensin o alta tensin respetar la zona seala como restringida. Conocer si el elemento de proteccin tiene algn dispositivo de respaldo, para garantizar la proteccin del transformador.

Lab. N 05

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