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8/18/2019 Autotransformador de Puesta a Tierra
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro01
COMPAÑÍA ELECTRO ANDINA S.A.C.
PROGRAMA DE DIVULGACION TECNICA
“AUTOTRANSFORMADOR DE PUNTO NEUTRO“
Lima , Setiembre de 2015
EMPRESA DEL AÑO AEP 2013
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro02
Contenido:
1Que es Autotransformador de Punto Neutro: APN
2Otras denominaciones
3 Sistemas de Media Tensión Aislado
4 Sistemas de MT con Neutro puesto a Tierra
5Funcionamiento de APN ZigZag
6Procedimiento de cálculo, para especificación
7 Ejemplo de aplicación8Conclusión
9 Bibliografía
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro03
Permite establecer las corrientes de Falla a tierra avalores detectables e inofensivos para el sistema.
Limita las sobretensiones transitorias.
Limita las tensiones de paso a valores seguros
Solución a la protección
contra defectos a tierra en
sistemas aislados,
con las siguientes ventajas:
1 Que es Autotransformador de Punto Neutro: APN
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
2 Denominaciones:
APNIntro04
2.1 Reactancia ZigZag
2.2 Transformador ZigZag
2.3 Autotransformador ZigZag
2.4 Autotransformador de Punto
Neutro : APN
2.5 Neutral Earthing Reactor
2.6 Otros: Transformadores con ZigZag, añadido.
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro05
3 Sistemas de Media Tensión Aislados (1)
Sin conexión de punto neutro a tierra
Las capacidades de las líneas presentan unaterramiento de alta impedancia
Débil intensidad de c.c. a tierra
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro06
3 Sistemas de Media Tensión Aislados (2)
Las capacidades de las líneas presentan un
aterramiento de alta impedancia
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro07
3 Sistemas de Media Tensión Aislados (3)
En caso de cc. de fase a tierra, aumenta la tensiónde las fases sanas
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro08
3 Sistemas de Media Tensión Aislados (4)
Débil intensidad de cortocircuito a tierra
Selectividad Compleja
Posibilidad de Sobretensiones (6 Un)
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro09
3 Sistemas de Media Tensión Aislados (5)
Falla intermitente a tierra en una misma fase.
Pueden aparecer altas sobretensiones cuando una fase
sufre un cortocircuito a tierra.
Se sabe por experiencia, que cuando la corriente a tierra
pasa de 5 A, ya no se extingue sino que da lugar a
oscilaciones de tensión provocadas por los reencendidosdel arco.
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro10
3 Sistemas de Media Tensión Aislados (6)
Falla intermitente a tierra en una misma fase.
El gráfico siguiente explica, cómo el reencendido de una
falla de línea a tierra, en sistemas aislados, puedeconducir a tensiones de 3.5 veces la tensión nominal.
Se sabe también, por experiencia, que en caso de cables,
se puede llegar a sobretensiones de 7 veces la tensión de
pico de la tensión de fase.
(9.2 Wellahuer pag 147)
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro11
3 Sistemas de Media Tensión Aislados (7)
Falla intermitente de fase a tierra (Wellahuer)
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro12
Clasificación de sistema aterrado:
•Se lo considera aterrado cuando Xo =< 3X1 y R < X1
En esta condición la Uf a tierra no pasa del 38.5 %de Un, en caso de falla a tierra
•Se lo considera aislado cuando Xo > 3X1 y R => X1
En esta condición la Uf a tierra pasa del 38.5 % de
Un, en caso de falla a tierra
4 Sistemas de MT con Neutro puesto a Tierra (1)
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro13
En estos sistemas el punto neutro se conecta a
tierra, directamente o a través de una impedancia.
El potencial de tierra queda fijado por el PN
4 Sistemas de MT con Neutro puesto a Tierra (2)
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro14
Cuando ocurre una falla de línea a tierra, la
corriente retorna por el circuito formado por :
4 Sistemas de MT con Neutro puesto a Tierra (3)
• Conductor fallado
• Resistencia de falla
• Retorno por tierra y
• Neutro de la Sub Estación
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
Es un transformador de relación 1 : 1, conectado de modo
que sus bobinas de fases distintas comparten el mismo
flujo magnético.
Las secuencias positivas y negativas son bloqueadas poresta conexión.
En caso de falla de fase a tierra, las corrientes de
secuencia cero quedan en fase , compensando los flujos
de cada columna dando paso a la corriente de secuenciacero.
5 Funcionamiento del APN ZigZag (1)
APNIntro15
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
Así, este transformador pone a tierra el sistema a través
de una reactancia homopolar muy pequeña, cercana a 0.1
X1 por lo tanto, considerada adecuada para ser utilizada
en sistemas eléctricos con el neutro aislado.
(7.13b Kindermann pag 195).
Como elemento de protección se lo conecta en forma
permanente. En esta situación el transformador consume
sólo la corriente de magnetización de su núcleo y secomporta como un transformador en vacío.
5 Funcionamiento del APN ZigZag (2)
APNIntro16
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
Cuando ocurre un cortocircuito
de fase a tierra, funciona como
autotransformador dejando
pasar por cada fase un tercio dela intensidad de cortocircuito a
tierra.
Queda en situación de corto
circuito mientras se detecta ydespeja la falla
5 Funcionamiento del APN ZigZag (3)
APNIntro17
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
La potencia asignada a la
conexión permanente es la
base del diseño y se la
denomina: Potencia
Permanente
La potencia que toma el
autotransformador, en caso falla
de fase a tierra, se denomina:
Potencia de Corto Circuito oPotencia de Corta Duración
5 Funcionamiento del APN ZigZag (4)
APNIntro18
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
La relación entre estas
potencias depende del tiempo
establecido para despejar la
falla (curva de daño térmico) yestá indicada en la norma IEEE
32 – 19722
(Para la potencia permanente,
esta norma considera tambiénla presencia de un sólo
arrollamiento, sin secundario).
5 Funcionamiento del APN ZigZag (5)
APNIntro19
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
5 Funcionamiento del APN ZigZag (6)
Curva de Daño Térmico
APNIntro20
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro21
Potencia permanente como fracción % de la potencia de
corto circuito, según su duración.
Duración de la potencia de corto circuito ANSI /IEEE Std.32 – 1972 (Reafirmed 1990)
5 Funcionamiento del APN ZigZag (7)
Duración Fracción
Tf Fp
10 Seg 3%
1 Min 7%10 Min 30%
Mayor 30%
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
Elementos complementarios
A) Internos
a1 Transformador de corriente en el borne neutro
B) Externos
b1 Caja de bornes del transformador de corriente.
b2 Relé de máxima intensidad, para detectar Ifn
b3 Interruptor accionado por relé de máxima corriente
que abre al circuito de falla.
5 Funcionamiento del APN ZigZag (8)
APNIntro22
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro23
6 Procedimiento de cálculo, para especificación (1)
El procedimiento se inicia con la determinación de la
Corriente de falla en el neutro ( Ifn ).
Para ésta, se elige un valor que sea fácilmente detectablepor las protecciones y que no produzca daños mecánicos
ni térmicos en la instalación
Usualmente se elige una corriente de falla (Ifn), entre 100
y 500 A.
Para el tiempo de falla (Tf ), es también usual tomar 10 s.
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro24
6 Procedimiento de cálculo, para especificación (2)
Simbolos:Un : Tensión nominal V
Iff : Corriente de falla, fase
Ifn : Corriente de falla en el neutroIp : Corriente permanente, por fase.
Fp : Relación: Ip / Iff , (seg IEEE32),
Sp : Potencia permanente del autotransformador
Sf : Potencia en caso de falla (corta duración)
Tf : Tiempo de duración de la falla (despeje, seg. )
Zo : Impedancia homopolar, del autotransformador
Zb : Impedancia de base del autotransformador
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro25
6 Procedimiento de cálculo, para especificación (3)
Fórmulas:
(1) Iff = Ifn / 3 Corriente de falla, por fase
(2) Ip = Fp*Iff Corriente permanente
(3) Sp :3*Ip*Un Potencia permanente
(4) Sf = 3*Iff *Un Potencia en falla ( corta duración)
(5) Zo = Un2 /Sf Impedancia homopolar, del autotraf.(6) Zb = Un2 /Sp Impedancia de base, del autotraf.
(7) Zo = Fp*Zb Impedancia homopolar, del autotraf.
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro26
7 Ejemplo de aplicación (1)
Datos Iniciales :Un : Tensión nominal : 10.500 V
Ifn : Corriente de falla en el neutro: aprox. 150 A
Tf : Duración de la falla 10 S, (IEEE 32 – 1972 )
Cálculo de la potencia permanente:
Seg (1): ) Iff = Ifn / 3 : 150 / 3 = 50 A
Seg IEEE 32: para Tf 10 seg, entonces Fp = = 0.03
Seg (2): Ip = Fp*Iff = 0.03*50 = 1.5 ASeg (3): Sp = 3*Ip*Un = 3*1.5 * 10.5 =27.28 kVA
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro27
7 Ejemplo de aplicación (2)
Cálculo de la potencia de corta duración
Seg (4): Sf = 3*Iff *Un = 3*50 * 10.5 = 909.3 kVA
Cálculo de la impedancia homopolar:
Seg (5): Zo = Un2 /Sf = 10.52 / 909.3 = 121.247 ohm
También se la obtiene de la impedancia de base:Seg(6): Zb = Un2 /Sp = 10.52 / 909.3 = 105
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro28
7 Ejemplo de aplicación (3) Especificación
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro28
7 Ejemplo de aplicación (3) Especificación
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro29
8 Conclusión
El APN constituye una solución económica, para la
protección contra defectos a tierra en Sistemas de MT.
Aislados, con las siguientes ventajas:
Seguridad en la detección de fallas de fase a tierra.
Elimina la posibilidad de arcos intermitentes a tierra.
Alta confiabilidad y selectividad en la protección.
Bajo costo de adquisición y servicio.
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
APNIntro30
9 Bibliografía:
9.1 “TRANSFORMER ENGINEERING”
Blume, Boyajian . John Wiey & Sons1951
9.2 “Einfuehrung in die Hochspannungstechnik”
Wellahuer , M. Verlag Birhauser – Basel 1954
9.3 “CORTO CIRCUITO”
Kindermann, G Floriadólpolis, 2010
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APN. Autotransformador de Punto Neutro
RPNIntrod31
Muchas Gracias por su Atención !