INSTITUTO TECNOLOGICO DE CANCUN

INGENIERIA ELECTROMECNICA

RESUMEN DE LA ASIGNATURA SISTEMAS DE PROTECNCION EN ALTA TENSION

Alumno: Chin Almanza William Jeovani

ASESOR: Dr. FRANCISCO ARROYO

CANCUN, Q. ROO, A OCTUBRE DEL 2013

ndiceTransformadores de Instrumentos.3Proteccin de lneas cortas.35Lnea de transmisin media.43Representacin de las lneas de transmisin T Y .49Lneas largas74Proteccin de motores81Proteccin de Transformadores94Proteccin de transformadores de potencia Y-Y113Protecciones en transformadores y-123Bibliografa131

Transformadores de Instrumentos.

Los aparatos de medida y los rels de proteccin no pueden soportar, por lo general, ni elevadas tensiones ni elevadas corrientes, ya que de lo contrario se encarecera sobremanera su construccin. Por otra parte es conveniente evitar la presencia de elevadas tensiones en aquellos dispositivos que van a estar al alcance de las personas.Son stas las principales razones para la utilizacin de los transformadores de medida y proteccin, a travs de los cuales se pueden l levar seales de tensin y corriente, de un valor proporcional muy inferior al valor nominal, a los dispositivos de medida y proteccin. Se consigue adems una separacin galvnica, (entre las magnitudes de alta y baja tensin), de los elementos pertenecientes a los cuadros de mando, medida y proteccin con las consiguientes ventajas en cuanto a seguridad de las personas y del equipamiento.Como las mediciones y el accionamiento de las protecciones se hallan referidas, en ltima instancia, a la apreciacin de tensin y corriente, se dispone de dos tipos fundamentales de transformadores de medida y proteccin:

Transformadores de tensin. Transformadores de corriente.

Normalmente estos transformadores se construyen con sus secundarios, para corrientes de 5 1 A y tensiones de 100, 110, 100/ 3 , 110/ 3 V.Los transformadores de corriente se conectan en serie con la lnea, mientras que los de tensin se conectan en paralelo, entre dos fases o entre fase y neutro. Esto en s, representa un concepto de dualidad entre los transformadores de corriente y los de tensin que se puede generalizar en la siguiente tabla y que nos ayuda para pasar de las funciones de un tipo de transformador al otro:

A continuacin se ven, por separado, las caractersticas principales de cada uno de los dos tipos de transformadores arriba mencionados. Ambos pueden utilizarse para proteccin, para medicin, o bien, para los dos casos simultneamente siempre y cuando las potencias y clases de precisin sean adecuadas a la funcin que desarrollen.

Transformadores de corriente.Son aparatos en que la corriente secundaria, dentro de las condiciones normales de operacin, es prcticamente proporcional a la corriente primaria, aunque ligeramente desfasada.Desarrollan dos tipos de funcin: transformar la corriente y aislar los instrumentos de proteccin y medicin conectados a los circuitos de alta tensin.El primario del transformador, que consta de muy pocas espiras, se conecta en serie con el circuito cuya intensidad se desea medir y el secundario se conecta en serie con las bobinas de corriente de los aparatos de medicin y de proteccin que requieran ser energizados.Las espiras del arrollamiento primario suelen ser una o varias, las cuales se pueden a su vez dividir en dos partes iguales y conectarse en serie o paralelo para cambiar la relacin, y atraviesan el ncleo magntico, cuya forma suele ser cerrada tipo toroidal o puede tener un cierto entrehierro, sobre el cual se arrollan las espiras del secundario de una forma uniforme, consiguiendo as reducir al mnimo el flujo de dispersin. Este arrollamiento es el que se encarga de alimentar los circuitos de intensidad de uno o varios aparatos de medida conectados en serie.Se puede dar tambin la existencia de varios arrollamientos secundarios en un mismo transformador, cada uno sobre su circuito magntico, uno para medida y otro para proteccin. De esta forma no existe influencia de un secundario sobre otro.Si el aparato tiene varios circuitos magnticos, se comporta como si fueran varios transformadores diferentes. Un circuito se puede utilizar para mediciones que requieren mayor precisin, y los dems se pueden utilizar para proteccin. Por otro lado, conviene que las protecciones diferenciales de cables o transformadores de potencia y de distancia se conecten a transformadores de corriente independientes.

Los transformadores de corriente se pueden fabricar para servicio interior o exterior. Los de servicio interior son ms econmicos y se fabrican para tensiones de servicio de hasta 36 kV, y con aislamiento en resina sinttica.

Los de servicio exterior y para tensiones medias se fabrican con aislamiento de porcelana y aceite, o con aislamientos a base de resinas que soportan las condiciones climatolgicas. Para altas tensiones se continan utilizando aislamientos a base de papel y aceite dentro de un recipiente metlico, con aisladores pasatapas de porcelana. Actualmente se utilizan resinas dentro de un aislador de porcelana, o gas SF6 y cubierta de porcelana.La tensin del aislamiento de un transformador de corriente debe ser, cuando menos, igual a la tensin ms elevada del sistema al que va a estar conectado.Para el caso de los transformadores utilizados en protecciones con rels digitales se requieren ncleos que provoquen menores saturaciones que en el caso de los rels de tipo electromagntico, ya que las velocidades de respuesta de las protecciones electrnicas son mayores.

Los transformadores de corriente pueden ser de medicin, de proteccin, mixtos oCombinados.Transformador de medicin. Los transformadores cuya funcin es medir, requieren reproducir fielmente la magnitud y el ngulo de fase de la corriente. Su precisin debe garantizarse desde una pequea fraccin de corriente nominal del orden del 10%, hasta un exceso de corriente del orden del 20%, sobre el valor nominal.Transformadores de proteccin. Los transformadores cuya funcin es proteger un circuito, requieren conservar su fidelidad hasta un valor de veinte veces la magnitud de la corriente nominal, cuando se trata de grandes redes con altas corrientes puede ser necesario requerir treinta veces la corriente nominal.En el caso de los rels de sobrecorriente, slo importa la relacin de transformacin, pero en otro tipo de rels, como pueden ser los de impedancia, se requiere adems de la relacin de transformacin, mantener el error del ngulo de fase dentro de valores predeterminados.Transformadores mixtos. En este caso, los transformadores se disean para una combinacin de los dos casos anteriores, un circuito con el ncleo de alta precisin para los circuitos de medicin y uno o dos circuitos ms, con sus ncleos adecuados, para los circuitos de proteccin.Transformadores combinados. Son aparatos que bajo una misma cubierta albergan un transformador de corriente y otro de tensin. Se utilizan en estaciones de intemperie fundamentalmente para reducir espacios.

Descripcin de los transformadores de corriente.Los componentes bsicos son:

Aislamiento externo: el aislamiento externo consta de una envolvente cermica con una lnea de fuga lo suficientemente larga como para que ningn arco pueda contornear bajo condiciones de contaminacin, como lluvia, niebla, polvo, etc.

Aislamiento interno: puede variar segn sus caractersticas constructivas. Un caso es aqul en que las partes activas se moldean en resina de epoxy que las fija, las separa y las asla, existiendo una cmara de aire entre el aislamiento externo de porcelana y el cuerpo de resina. Esta cmara se sella hermticamente con juntas de caucho nitrlico y se la rellena con aceite aislante o gas SF6.

Existe otro tipo constructivo, indicado para potencias de precisin elevadas y grandes intensidades de cortocircuito, en que el aislamiento interno suele ser cartn prespn impregnado en aceite para el conjunto de los ncleos, arrollamientos secundarios y la transformacin para valores de intensidad primaria varias veces superior a la nominal, con lo que en el secundario se pueden obtener valores proporcionales a las corrientes de sobrecarga y cortocircuito aptos para poder accionar los dispositivos de proteccin.Con estos razonamientos en la eleccin del tipo de chapa para los ncleos se puede comprender que se instalen ncleos separados cuando se desea tener en un mismo transformador un devanado secundario para medida y otro para proteccin.Arrollamiento primario: es de pletina de cobre electroltico puro, en barra pasante o formando varias espiras distribuidas por igual alrededor del ncleo. Existe la posibilidad de construir el arrollamiento partido con acceso a los extremos de cada parte para que a base de realizar conexiones en serie o paralelo de las partes del arrollamiento, se puedan obtener diferentes relaciones de transformacin.Arrollamiento secundario: es de hilo de cobre electroltico puro, esmaltado, uniformemente distribuido alrededor del ncleo. Existe la posibilidad de cambio de relacin de transformacin por tomas secundarias. Es el arrollamiento que alimenta los circuitos de intensidad de los instrumentos de medida, contadores, y rels.Bornes terminales primarios: pueden ser de latn, bronce o aluminio, estn ampliamente dimensionados y son de forma cilndrica, planos o con tornillos.Bornes terminales secundarios: son de latn y se hallan alojados en una caja de bornes de baja tensin estanca.

Transformador de corriente CTA 145 serie Balteau de Alsthom.1. Diafragma.2. Domo metlico.3. Indicador de nivel de aceite.4. Bornes terminales primarios.5. Arrollamiento primario.6. Arrollamiento secundario.7. Aislamiento de papel aceite.8. Aceite aislante.9. Bushing interno.10. Soportes aislantes.11. Aislador de porcelana.12. Conexiones secundarias.13. Grampas sujecin aislador.14. Caja de terminales secundarios.15. Base metlica de fijacin.

Transformador de corriente QDR 123 a 245 kV serie Balteau de Alsthom.1. Caperuza de aluminio o domo.2. Diafragma de goma corrugada.3. Indicador de nivel de aceite.4. Descargador.5. Bornes para cambio relacin.6. Bornes terminales primarios.7. Bobinado primario.8. Bobinados secundarios.9. Aislacin de papel aceite.10. Cabezal de resina sinttica.11. Grampas superiores de fijacin.12. Aislador de porcelana.13. Aceite aislante.14. Blindaje de baja tensin.15. Conexiones secundarias.16. Grampas inferiores de fijacin.17. Base metlica de fijacin al pedestal.18. Caja de terminales secundarios.

Dimensiones en mm y pesos en kg.

(B) terminal tipo barra, (M) terminales redondos, (*) terminal tipo zapata.Parmetros de los transformadores de corriente.Corrientes. Las corrientes primaria y secundaria de un transformador de corriente deben estar normalizadas de acuerdo con cualquiera de las normas nacionales (IRAM) o internacionales en uso (IEC, ANSI) Corriente primaria. Para esta magnitud se selecciona el valor normalizado inmediato superior de la corriente calculada para la instalacin. Para estaciones de potencia, los valores normalizados son: 100, 200, 300, 400, 600, 800, 1.200, 1.500, 2.000 y 4.000 amperes.Corriente secundaria. Valores normalizados de 5 A 1 A, dependiendo su eleccin de las caractersticas del proyecto.Carga secundaria o prestacin. Es el valor de la impedancia en Ohms, reflejada en el secundario de los transformadores de corriente, y que est constituida por la suma de las impedancias del conjunto de todos los medidores, rels, cables y conexiones conectados en serie con el secundario y que corresponde a la llamada potencia de precisin a la corriente nominal secundaria. Es decir, una potencia de precisin de 30 VA para una corriente nominal secundaria de 5 amperes, representa una impedancia de carga de:

La carga se puede expresar tambin, por los volt - amperes totales y su factor de potencia, obtenidos a un valor especificado de corriente y frecuencia.El valor del factor de potencia normalizado es de 0,9 para los circuitos de medicin y de 0,5 para los de proteccin. Todos los aparatos, ya sean de medicin o de proteccin, traen en el catlogo respectivo la carga de acuerdo con su potencia de precisin.Lmite trmico. Un transformador debe poder soportar en forma permanente, hasta un 20% sobre el valor nominal de corriente, sin exceder el nivel de temperatura especificado. Para este lmite las normas permiten una densidad de corriente de 2 A / mm2, en forma continua.

Lmite de cortocircuito. Es la corriente de cortocircuito mxima que soporta un transformador durante un tiempo que vara entre 1 y 5 segundos. Esta corriente puede llegar a significar una fuerza del orden de varias toneladas. Para este lmite las normas permiten una densidad de corriente de 143 A / mm2 durante un segundo de duracin del cortocircuito.Tensin secundaria nominal. Es la tensin que se levanta en los terminales secundarios del transformador al alimentar ste una carga de veinte veces la corriente secundaria nominal.Por ejemplo, si se tiene un transformador con carga nominal de 1,20 ohms, la tensin secundaria generada ser de:1,20 ohms x 5 amperes x 20 veces = 120 volts.Relacin de transformacin real. Es el cociente entre la corriente primaria real y la corriente secundaria real.Relacin de transformacin nominal. Es el cociente entre la corriente primaria nominal y la corriente secundaria nominal.Error de corriente. Error que el transformador introduce en la medida de una corriente y que proviene del hecho de que la relacin de transformacin real no es igual a la relacin de transformacin nominal. Dicho error viene expresado por la frmula:

Error de fase (vlido slo para intensidades senoidales). Es la diferencia de fase entre los vectores de las intensidades primaria y secundaria, con el sentido de los vectores elegido de forma que este ngulo sea nulo para un transformador perfecto. El error de fase se considera positivo cuando el vector de la intensidad secundaria est en avance sobre el vector de la intensidad primaria. Se expresa habitualmente en minutos o en centirradianes.Potencia nominal o de precisin. Es la potencia aparente secundaria que a veces se expresa en volt-amperes (VA) y a veces en ohms, bajo una corriente nominal determinada y que se indica en la placa de caractersticas del aparato.Para escoger la potencia nominal de un transformador, se suman las potencias de las bobinas de todos los aparatos conectados en serie con el devanado secundario, ms las prdidas por efecto joule que se producen en los cables de alimentacin, y se selecciona el valor nominal inmediato superior.Los valores normales de la potencia de precisin son: 2,5 - 5 - 10 15 - 30 y hasta 60 VA.Para los secundarios de 5 amperes, la experiencia indica que no se deben utilizar conductores con secciones no inferiores a los 4 mm2. Este conductor sobredimensionado, reduce la carga y adems proporciona alta resistencia mecnica, que disminuye la posibilidad de una ruptura accidental del circuito, con el desarrollo consiguiente de sobretensiones peligrosas.Frecuencia nominal. Valor de la frecuencia en la que sern basadas todas las especificaciones y que ser de 50 Hz.Clase de precisin para medicin. La clase de precisin se designa por el error mximo admisible, en por ciento que el transformador puede introducir en la medicin, operando con su corriente nominal primaria y la frecuencia nominal, adems proporciona alta resistencia mecnica, que disminuye la posibilidad de una ruptura accidental del circuito, con el desarrollo consiguiente de sobretensiones peligrosas.Frecuencia nominal. Valor de la frecuencia en la que sern basadas todas las especificaciones y que ser de 50 Hz.Clase de precisin para medicin. La clase de precisin se designa por el error mximo admisible, en por ciento, que el transformador puede introducir en la medicin, operando con su corriente nominal primaria y la frecuencia nominal.

Precisiones normalizadas en transformadores de corriente.

Las normas ANSI definen la clase de precisin de acuerdo con los siguientes valores: 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 0.6, 1.2, 3 y 5, cada clase de precisin especificada debe asociarse con una o varias cargas nominales de precisin, por ejemplo: 0.5 de precisin con una carga de 50 VA.Segn el uso que se d al transformador, se recomiendan las siguientes precisiones, considerando que a precisiones ms bajas corresponden precios del transformador ms altos, para una misma tensin y relacin de transformacin..Los transformadores para medicin estn diseados para que el ncleo se sature para valores relativamente bajos de sobrecorriente, protegiendo de esta forma los instrumentos conectados al secundario del transformador.Clase de precisin para proteccin. Los transformadores con ncleos para proteccin, se disean para que la corriente secundaria sea proporcional a la primaria, para corrientes con valores de hasta 30 veces el valor de la corriente nominal.Resistencia de los transformadores de corriente a los cortocircuitos.Esta resistencia est determinada por las corrientes de lmites trmico y dinmico definidas como:Corriente de lmite trmico. Es el mayor valor eficaz de la corriente primaria que el transformador puede soportar por efecto joule, durante un segundo, sin sufrir deterioro y con el circuito secundario en cortocircuito. Se expresa en kiloamperes eficaces o en mltiplos de la corriente nominal primaria.La elevacin de temperatura admisible en el aparato es de 150C para aislamiento de clase A. Dicha elevacin se obtiene con una densidad de corriente de 143 A / mm2 aplicada durante un segundo. La corriente trmica se calcula a partir de:

Corriente de lmite dinmico. Es el valor de pico de la primera amplitud de corriente que un transformador puede soportar por efecto mecnico sin sufrir deterioro, con su circuito secundario en cortocircuito. Se expresa en kiloamperes de pico, de acuerdo con la expresinIdin = 1,8 2 ITH = 2,54 ITH = 200 InDonde:Idin = Valor de pico de la corriente dinmica.En la prctica, para construir transformadores resistentes a los cortocircuitos se requieren grandes secciones de cobre en los bobinados, lo que reduce el nmero de espiras del primario. Como la potencia de precisin vara sensiblemente con el cuadrado del nmero de ampere - vueltas del primario, la precisin de los transformadores que pueden resistir cortocircuitos disminuye considerablemente. O sea, para tener un transformador con caractersticas elevadas de resistencia al cortocircuito, habra que limitar la precisin al mnimo.Placa de caractersticas. Los transformadores de intensidad deben llevar una placa de caractersticas, indeleble, en la que deben figurar, las siguientes indicaciones segn norma IEC 60185.

Nombre del constructor o cualquier otra marca que permita su fcil identificacin. Nmero de serie y designacin del tipo. Corrientes nominales primaria y secundaria en amperes (400/5 A). Frecuencia nominal en Hz. Potencia de precisin y clase de precisin correspondiente a cada ncleo. Tensin ms elevada de la red (145 kV). Nivel de aislamiento nominal (275/650 kV).

Identificacin de bornes.Los bornes de los arrollamientos primario y secundario deben poder ser identificados con fiabilidad. Para ello, en la norma IEC 60185 se indica el criterio a seguir para su nomenclatura, siendo aquellos bornes que empiecen con P y C los del arrollamiento primario, y los que empiecen con S los del arrollamiento secundario. En las figuras a continuacin se visualizan los diferentes casos.1. - Transformador de simple relacin.2. - Transformador con toma intermedia en el secundario.3. - Transformador con dos secciones en el arrollamiento primario para su conexin en serie o paralelo.4. - Transformador con dos arrollamientos secundarios y ncleos independientes.

Todos los terminales identificados con P1, S1 y C1 deben tener la misma polaridad en el mismo instante.Los bornes terminales deben marcarse o identificarse clara e indeleblemente sobre su superficie o en su inmediata vecindad.La identificacin consiste de letras seguidas, o precedidas donde fuera necesario, por nmeros. Las letras deben ser siempre maysculas.Condiciones de Servicio.Los transformadores son apropiados para su empleo bajo las siguientes condiciones de servicio, segn IEC 60185.. Temperatura ambiente.Temperatura mxima 40 CValor mximo de la media en 24 horas 35 C Temperatura mnima.Transformadores para interiores - 5 CTransformadores para intemperie - 25 C Humedad relativa del aire.Transformadores para interiores hasta 70 %Transformadores para intemperie hasta 100 %Eleccin de un transformador de Corriente.Es conveniente, para una correcta instalacin de un transformador de corriente, un estudio detallado para la eleccin del mismo, del cual depender el funcionamiento y segundad de la instalacin. A ttulo orientativo se recomienda seguir las siguientes pautas: Tipo de instalacin: si es de interior o intemperie. Se deber tener en cuenta la altitud para alturas superiores a 1.000 metros sobre el nivel del mar. Nivel de aislamiento: definido por tensin mxima permanente admisible de servicio Um en kV Relacin de transformacin nominal: las relaciones de transformacin nominal debern ser normalizadas, tal y como quedan indicadas en la norma IEC. Se recomienda no seleccionar un transformador de corriente con una corriente primaria excesivamente elevada con respecto a la que le corresponda, dado que de ello depende que se mantenga la precisin del transformador. En caso de que sea necesario recurrir a un sobre dimensionamiento del valor de intensidad primaria, a la doble y a la triple relacin y a la gama extendida en caso que sea necesario. Clase de precisin: se seleccionar la clase de precisin en funcin de la utilizacin que vaya a recibir el transformador. Las clases de precisin quedan reflejadas en las tablas dadas. Potencia nominal: segn la carga a conectar en el secundario se adoptar uno de los valores de potencia de precisin especificados en la norma. Conviene no sobredimensionar excesivamente la potencia del transformador. Si el secundario tiene una carga insuficiente, se puede intercalar una resistencia para compensar. Frecuencia nominal: si no se especifica otra distinta, se tomar por defecto 50 Hz. Nmero de secundarios: si se desea realizar medida y proteccin a partir de un mismo transformador, sern necesarios tantos secundarios como usos se deseen obtener del mismo. Resistencias a los esfuerzos trmicos y dinmicos: vendrn determinados por los respectivos valores de intensidad limite trmica e intensidad lmite dinmica. Conviene no sobredimensionar estos valores para no encarecer mucho el transformador.

Clasificacin de Ensayos segn IEC 60185/95Los ensayos especificados en la norma IEC son clasificados como ensayos de tipo, ensayos de rutina y ensayos especiales. El ensayo de tipo es el efectuado sobre un transformador de cada tipo para demostrar que todos los transformadores construidos con la misma especificacin cumplen con los requerimientos no cubiertos por los ensayos de rutina. El ensayo de rutina se efecta en forma individual sobre cada transformador.

Los ensayos especiales son aquellos acordados entre el fabricante y el cliente.Ensayos de tipo.Los siguientes deben ser efectuados e efectos de verificar el diseo. Corrientes de corta duracin: Ith e Idin Calentamiento. Tensin de impulso de rayo. Tensin de impulso de maniobra. Tensin aplicada a frecuencia industrial bajo lluvia para los transformadores de intemperie. Determinacin de errores.Todos los ensayos dielctricos de tipo deben ser efectuados sobre el mismo transformador.Despus que los transformadores han sido sometidos a los ensayos dielctricos de tipo deben ser sometidos a todos los ensayos de rutina.Ensayos de rutina. Verificacin de la identificacin de los bornes terminales. Tensin aplicada a frecuencia industrial sobre el bobinado secundario. Tensin aplicada a frecuencia industrial entre secciones del bobinado secundario. Medida de la sobretensin secundaria intermitente a circuito abierto. Tensin aplicada a frecuencia industrial sobre el bobinado primario. Medida de descargas parciales. Determinacin de errores.Ensayos especiales. Tensin de impulso de rayo con onda cortada. Medida de la capacidad y del factor de disipacin dielctrica (tangente ) Tensin de impulso de rayo repetitiva con onda cortada en el bobinado primario. Pruebas mecnicas.

Transformadores de tensin.Un transformador de tensin es un dispositivo destinado a la alimentacin de aparatos de medicin y /o proteccin con tensiones proporcionales a las de la red en el punto en el cual est conectado. El primario se conecta en paralelo con el circuito por controlar y el secundario se conecta en paralelo con las bobinas de tensin de los diferentes aparatos de medicin y de proteccin que se requiere energizar. Cada transformador de tensin tendr, por lo tanto, terminales primarios que se conectarn a un par de fases o a una fase y tierra, y terminales secundarios a los cuales se conectarn aquellos aparatos. En estos aparatos la tensin secundaria, dentro de las condiciones normales de operacin, es prcticamente proporcional a la tensin primaria, aunque ligeramente desfasada.Desarrollan dos funciones: transformar la tensin y aislar los instrumentos de proteccin y medicin conectados a los circuitos de alta tensin.En esta definicin tan amplia quedan involucrados los transformadores de tensin que consisten en dos arrollamientos realizados sobre un ncleo magntico y los transformadores de tensin que contienen un divisor capacitivo. A los primeros los llamaremos en adelante "Transformadores de Tensin Inductivos" y a los segundos "Transformadores de TensinCapacitivos". Es de hacer notar que estas denominaciones no son de uso universal, pero consideramos que son las que mejor se adaptan a la Norma IRAM 2271, que incluye a los dispositivos con divisor capacitivo.Estos transformadores se fabrican para servicio interior o exterior, y al igual que los de corriente, se fabrican con aislamientos de resinas sintticas (epoxy) para tensiones bajas o medias de hasta 33 kV, mientras que para altas tensiones se utilizan aislamientos de papel, aceite, porcelana o con gas SF6.

En la figura se muestra esquemticamente la disposicin de un TT en cascada, que en realidad est constituido por varios transformadores individuales cuyos arrollamientos primarios estn conectados en serie.

Cada ncleo magntico tiene el arrollamiento primario (P) repartido en dos lados opuestos, mientras que el arrollamiento secundario (S) consiste en un solo bobinado colocado nicamente en la ltima etapa.

Los arrollamientos de acoplamiento (C), conectados entre etapas proveen los circuitos para la transferencia de Amper - vueltas entre ellas y aseguran que la tensin se distribuya igualmente en los distintos arrollamientos primarios.

El potencial de los ncleos y de los arrollamientos de acoplamiento es fijado a valores predeterminados conectndolos a puntos seleccionados del primario. De ese modo, la aislacin de cada arrollamiento slo debe ser suficiente para la tensin desarrollada en aquel arrollamientoLa aislacin entre etapas se consigue mediante el soporte del conjunto de los transformadores individuales, el cual debe tambin ser capaz de soportar la plena tensin primaria.Como se ver ms adelante los Transformadores de Tensin Capacitivos fueron desarrollados debido al alto costo de los Transformadores de Tensin Inductivos, principalmente para tensiones por encima de los 100 kV. Sin embargo la respuesta transitoria de aquellos es menos satisfactoria que la de estos ltimos.1 Tapa o domo2 Borne terminal primario3 Vinculo interior de alta tensin4 Anillo equipotencial para atenuar efecto corona5 Ncleos magnticos y bobinados6 Aislador porcelana superior7 Barras aislantes que soportan los ncleos8 Soporte metlico de la unidad superior9 Conexiones de baja tensin entre las dos unidades10 Indicador nivel de aceite11 Envolvente de aluminio12 Aislador porcelana inferior13 Conexiones secundarias14 Grampas de fijacin del aislador inferior a la base15 Caja de bornes secundarios16 Bornes secundarios17 Base metlica

Comportamiento estacionario.En la figura se puede ver esquemticamente la conexin de un TT a la red y a su carga. Si bien es cierto que esa forma de conexin es similar a la de un transformador de potencia, los requerimientos son totalmente distintos. En efecto, en un TT se plantea la necesidad que la tensin de salida, aplicada a la carga, sea una rplica de la tensin de entrada dentro de un rango especificado. Con esa finalidad, las cadas de tensin en los arrollamientos deben ser pequeas y la densidad de flujo magntico en el ncleo debe ser establecida muy por debajo de la densidad de saturacin, de modo que la corriente de excitacin sea baja y la impedancia de excitacin sea sustancialmente constante dentro del rango de variacin de la tensin primaria que corresponda a la variacin esperada, incluyendo algn grado de sobretensin. Eso implica que la relacin tamao - carga de un TT es mucho mayor que en un transformador de potencia. Por otra parte, la relacin corriente de excitacin - corriente de carga tambin resulta mayor que en un transformador de potencia.

Descripcin de los transformadores de tensin.Los transformadores de tensin no difieren en mucho de los transformadores de potencia en cuando a elementos constructivos bsicos se refiere. Los componentes bsicos son los siguientes:Aislamiento externo: El aislamiento externo consta de una envolvente cermica con una lnea de fuga lo suficientemente larga para que ningn arco pueda contornear bajo condiciones de contaminacin, como lluvia, niebla, polvo, etc.

Aislamiento interno: El aislamiento interno suele ser cartn prespn en seco o impregnado en aceite. El aceite que se utiliza es desgasificado y filtrado, y cuando se rellena el transformador se hace bajo vaco. Los transformadores con aislamiento de cartn impregnado en aceite suelen disponer de un depsito de expansin en su extremo superior.Ncleo: Los transformadores de tensin, tanto de medida como de proteccin, se construyen con ncleos de chapa magntica de gran permeabilidad y de rpida saturacin que mantienen constante la relacin de transformacin y la precisin cuando la tensin en el arrollamiento primario se mantiene por debajo de 1,2 veces la tensin nominal. La razn del uso de estos ncleos se basa en que en un sistema elctrico la tensin no presenta grandes variaciones (caso contrario a la corriente) y no se hace necesaria la utilizacin de ncleos de gran permeabilidad y saturacin dbil o lenta, los cuales mantienen la relacin de transformacin para valores muy superiores a la tensin nominal del primario, adems. el uso de ncleos de saturacin dbil ocasionara que ante la presencia de sobretensiones en el arrollamiento primario, stas se transferiran al secundario con el consecuente dao al equipo conectado al mismo.Arrollamientos: Son de hilo de cobre electroltico puro, esmaltado de clase H. Se bobinan en capas de ejecucin antirresonante para la distribucin uniforme de las sobretensiones transitorias. Las capas de papel intermedias se disponen de modo que las tensiones entre espiras no sobrepasen valores controlados.Bornes terminales primarios: Son de latn o bronce, y de forma cilndrica.Bornes terminales secundarios: Son de latn y se hallan alojados en una caja de bornes de baja tensin estanca.

Parmetros y definiciones de los transformadores de tensin.Transformador de tensin no puesto a tierra: Es el transformador monofsico cuyo arrollamiento primario no se halla conectado entre fase y tierra, sino entre dos fases. Se emplea en tensiones hasta 36 kV.Transformador de tensin puesto a tierra: Es el transformador monofsico cuyo arrollamiento primario se halla conectado entre fase y tierra.Arrollamiento primario: Es el arrollamiento al cual se aplica la tensin a transformar.Arrollamiento secundario: Es el arrollamiento que alimenta los circuitos de tensin de los instrumentos de medida, contadores y rels.Circuito secundario: Circuito exterior alimentado por el arrollamiento secundario de un transformador de tensin.Tensin primaria nominal: Es el valor de la tensin que figura en la designacin del transformador, de acuerdo con la cual se determinan sus condiciones de funcionamiento.Tensin secundaria nominal: Valor de la tensin secundaria que figura en la designacin del transformador, de acuerdo con la cual se determinan sus condiciones de funcionamiento. La tensin secundaria nominal para los transformadores monofsicos utilizados en redes monofsicas o montados entre fases de redes trifsicas, es de 110 V. Para los transformadores monofsicos destinados a ser montados entre fase y tierra en las redes trifsicas, en los cuales la tensin primaria nominal es la tensin nominal de la red dividida por 3 , la tensin secundaria nominal es 110 / 3 V con el fin de conservar el valor de relacin de transformacin nominal.Relacin de transformacin real: Es el cociente entre la tensin primaria real y la tensin secundaria real.Relacin de transformacin nominal: Es el cociente entre la tensin primaria nominal y la tensin secundaria nominal.Error de tensin: Error que el transformador introduce en la medida de una tensin y que proviene del hecho de que la relacin de transformacin real no es igual a la relacin de transformacin nominal. Dicho error viene expresado por la frmula:

Dnde: kn es la relacin de transformacin nominal, Up..es la tensin primaria real, US es la tensin secundaria real correspondiente a la tensin UP en las condiciones de la medida.Error de fase (vlido slo para tensiones senoidales): Es la diferencia de fase entre los vectores de las tensiones primaria y secundaria, con el sentido de los vectores elegido de forma que este ngulo sea nulo para un transformador perfecto. El error de fase se considera positivo cuando el vector de la tensin secundaria est en avance sobre el vector de la tensin primaria. Se expresa habitualmente en minutos, o en centirradianes.Clase de precisin: Designacin aplicada a un transformador de tensin cuyos errores permanecen dentro de los lmites especificados para las condiciones de empleo especificadas. Con ella se designa el error mximo admisible que el TT puede introducir en la medicin de potencia operando con su Un primaria y la frecuencia nominal.Carga: Admitancia del circuito secundario, expresada en Siemens, con indicacin del factor de potencia. No obstante, la carga se expresa normalmente por la potencia aparente, en VA. absorbida con un factor de potencia especificado y bajo la tensin secundaria nominal.Carga de precisin: Valor de la carga en la que estn basadas las condiciones de precisin.Potencia de precisin: Valor de la potencia aparente en VA, con un factor de potencia especificado, que el transformador suministra al circuito secundario a la tensin secundaria nominal cuando est conectado a su carga de precisin. Los valores normales de la potencia de precisin para un factor de potencia de 0,8 son: 10 - 15 - 25 - 30 - 50 -75 -100 - 150 - 200 -300 - 400 - 500 VA. Los valores preferentes son los que estn en cursiva.Frecuencia nominal: Valor de la frecuencia en la que sern basadas todas las especificaciones y que ser de 50 Hz.

Placa de caractersticas. Los transformadores de tensin deben llevar una placa de caractersticas, indeleble, en la que deben figurar, las siguientes indicaciones segn norma IEC 60186. Nombre del constructor o cualquier otra marca que permita su fcil indicacin. Nmero de serie y designacin del tipo. Tensiones nominales primaria y secundaria en voltios. Frecuencia nominal en Hz. Potencia de precisin y clase de precisin correspondiente. Tensin ms elevada de la red. Nivel de aislamiento nominal.

Identificacin de bornes.Los bornes de los arrollamientos primario y secundario deben poder ser identificados con fiabilidad. Para ello, en la norma IEC 60185, seccin 8 se indica el criterio a seguir para su nomenclatura, siendo aquellos bornes que empiecen con las letras maysculas A, B, C y N los de los arrollamientos primarios, y con idnticas letras, pero minsculas a, b, c, y n los de los arrollamientos secundarios.Las letras A, B y C definen bornes terminales totalmente aislados y la letra N el borne terminal a ser conectado a tierra, siendo su aislacin menor que la de los otros terminales.Las letras da y dn identifican terminales de bobinados destinados a suministrar una tensin residual.Todos los terminales identificados con A, B, C, y a, b, y c deben tener la misma polaridad en el mismo instante.Las identificaciones son aplicables a transformadores monofsicos y tambin a conjuntos de ellos montados como una unidad y conectados como un transformador de tensin trifsico o a un transformador de tensin trifsico que tenga un ncleo magntico comn para las tres fases. En las figuras a continuacin se visualizan los diferentes casos

Condiciones de Servicio.Los transformadores son apropiados para su empleo bajo las siguientes condiciones de servicio, segn IEC 60186. Temperatura ambiente.Temperatura mxima 40 CValor mximo de la media en 24 horas 30 C Temperatura mnima.Transformadores para interiores - 5 CTransformadores para intemperie - 25 C Humedad relativa del aire.Transformadores para interiores hasta 70 %Transformadores para intemperie hasta 100 % Altitud.Hasta 1.000 m sobre el nivel de mar. Condiciones atmosfricas.Atmsferas que no estn altamente contaminadas. Sistemas de puesta a tierra.Neutro aislado.Neutro a tierra a travs de una bobina de extincin.Neutro efectivamente puesto a tierra.a) Neutro efectivamente puesto a tierra.b) Neutro a tierra a travs de una resistencia o reactancia de valor bastante bajo.

Los fabricantes deben ser informados si las condiciones, incluso aquellas bajo las cuales los transformadores sern transportados, difieren de las especificadas arriba.Transformadores de tensin para medida: Son los concebidos para alimentar equipos de medida. Una de sus caractersticas fundamentales es que deben ser exactos en las condiciones normales de servicio. El grado de exactitud de un transformador de medida se mide por su clase o precisin, la cual nos ndica en tanto por ciento el mximo error que se comete en la medida. La norma IEC especifica que la clase o precisin debe mantenerse cuando la tensin que se aplica en el arrollamiento primario se encuentre comprendida en un rango que va del 80 al 120 % de la tensin primaria nominal, asimismo tambin debe mantenerse dicha precisin cuando la carga conectada al secundario del transformador est comprendida entre el 25 y el 100 % de la carga nominal y con un factor de potencia de 0,8 inductivo. Las clases de precisin normales para los TT monofsicos para medidas son: 0,1 0,2 0,5 1,0 3,0Transformadores de tensin para proteccin: Son aquellos destinados a alimentar rels de proteccin. Si un transformador va a estar destinado para medida y proteccin, se construye normalmente con dos arrollamientos secundarios, uno para medida y otro para proteccin, compartiendo el mismo ncleo magntico, excepto que se desee una separacin galvnica. Por esta razn, en la norma IEC, se exige que los transformadores de proteccin cumplan con la clase de precisin de los transformadores de medida.

Clasificacin de Ensayos.Los ensayos especificados en la norma IEC son clasificados como ensayos de tipo, ensayos de rutina y ensayos especiales.Ensayos de tipo. Calentamiento. Tensin de impulso de rayo. Tensin de impulso de maniobra. Tensin aplicada a frecuencia industrial bajo lluvia para los transformadores de intemperie. Determinacin de errores. Capacidad resistida al cortocircuito.Ensayos de rutina. Verificacin de la identificacin de los bornes terminales. Tensin aplicada a frecuencia industrial sobre los bobinados secundarios. Tensin aplicada a frecuencia industrial entre secciones del bobinado secundario. Tensin aplicada a frecuencia industrial sobre el bobinado primario. Medida de descargas parciales. Determinacin de errores.

Ensayos especiales. Tensin de impulso de rayo con onda cortada.

DATOS TECNICOS:1. Transformadores de corriente Serie CTH 72,5 a 765 kV. ALSTOM.2. Transformadores de medida servicio interior. Arteche SA.3. Transformadores de medida servicio exterior. Arteche SA.4. Transformadores de tensin inductivos desde 17,5 kV hasta 420 kV. Arteche SA.5. Transformadores de corriente Serie QDR 72 a 245 kV. ALSTOM.6. Inductive Voltage Transformers Serie UEV, UEX, UEZ 123 to 765 kV. ALSTOM.7. Transformadores de corriente Serie CTH 72,5 a 765 kV. ALSTOM.8. Inductive Voltage Transformers UXT 72 to 145 kV. ALSTOM.9. Transformadores de corriente tipo IH. ALSTOM-SAVOISIENNE.Proteccin de lneas cortas.

Proteccin de lneas de transmisin:Uno de los aspectos importante del estudio de la estabilidad transitoria es la evaluacin del comportamiento de los sistemas de proteccin durante el perodo transitorio, particularmente los rels de proteccin utilizados en las lneas de transmisin.Muchos factores se deben tener en cuenta en el momento de elegir el sistema de proteccin para una lnea de trasmisin: Tipo de circuito: cable, lnea area, una lnea, lneas en paralelo, etc. Funcin e importancia de la lnea: Qu efecto tiene la lnea en la continuidad del servicio, tiempo que se requieren para despejar una falta, nivel de tensin. Otros requerimientos: compatibilidad con el equipamiento existente en las lneas y sistemas adyacentes.Las protecciones usadas para proteger las lneas o cables de trasmisin son: Rel de sobrecorriente Rel diferencial de lnea Rel de distancia Rel de distancia con comunicacin.Proteccin de distancia Este tipo de proteccin se la realiza mediante el rel de distancia, el cual recibe valores de impedancia, admitancia o reactancia vistas por el rel mediante relaciones entre tensiones e intensidades, estos parmetros son proporcionales a distancia segn la filosofa de funcionamiento del rel y se lo denomina por el nmero 21.

Figura 1. Proteccin de distancia. Numero 21Esta proteccin es aplicada como proteccin primaria y por ser verstiles han sustituido a los rels de sobreintensidades en lneas A.T. por ser ms sencilla la parte de coordinacin y ser sus ajustes menos sensibles por los cambios de generacin y configuracin del sistema. Rel de Impedancia: Como indica su nombre este tipo de rel ser sensible a los valores de impedancia, es importante mencionar que este tipo de rel no tiene caracterstica direccional por lo cual ser empleado siempre con un rel direccional (67) en forma adicional.

Rel de Admitancia: el rel de admitancia es tambin conocido como Mho, este rel obtiene su caracterstica a partir de un comparador de fase que compone dos seales, denominadas seal de operacin y seal de polarizacin respectivamente.

Rel de Reactancia: este rel est comprendido dentro de los rels de distancia y acta por sensibilidad de reactancia del sistema.

Cuyo lugar geomtrico estar definido como una recta por encima de la cual el rel no entrar en operacin y por debajo de la recta cualquier valor ser visto por el rel.Proteccin con Hilo Piloto (Tele proteccin).El sistema de Hilo Piloto consiste de un par de hilos instalados en una lnea area o cable subterrneo, para fines de transmisin de seales requeridas por el sistema como ser las corrientes, tensiones, valores de fase, o algn otro. Un inconveniente de tal sistema es el hecho de estar expuesto a la permanente interferencia de la lnea de transmisin, aspecto que se tiene un efecto ms crtico durante las fallas, por la presencia de induccin en los hilos.Los rels por hilo piloto son tradicionalmente utilizados en aplicacin de lneas cortas, por su fcil aplicacin y tener una ventaja adicional al no necesitar voltaje de la fuente.Proteccin Diferencial LongitudinalEn esta proteccin se detecta las fallas cuando existe una diferencia entre las corrientes de entrada y salida de la lnea. Evidentemente no se debe considerar como falla la diferencia de corrientes por causa de la corriente de carga de la lnea. Para la Proteccin Diferencial Longitudinal se puede emplear Hilos Piloto o Fibra ptica.

Figura 2. Proteccin diferencial de lneaProteccin por Comparacin de FaseEn esta proteccin se mide el ngulo de fase de la corriente de entrada a la lnea entre ambos extremos y se puede detectar la falla cuando existe un desfase de 180 que indica que la corriente no fluye por la lnea sino que ambos extremos alimentan una falla. Para la Proteccin por Comparacin de Fase se puede emplear Onda Portadora o Fibra pticaEfecto de la impedancia fuente a lneaEn lneas cortas, la resistencia de falla se puede comparar con la Impedancia de la lnea y la impedancia es afectada por dicha resistencia. Una manera de ponderar la Impedancia de la Lnea es compararla con respecto a la Impedancia de la Fuente, ya que cuanto menor es la Impedancia de la Lnea menor es la tensin que se obtiene al medir su impedancia, dificultndose su evaluacin.Para muchas aplicaciones de lneas cortas la fuente es muy fuerte y las corrientes de falla elevadas, sin embargo para estos sistemas la sensibilidad de corriente del rel debe ser considerada.Lneas cortas:Dentro de esta categora caen las lneas de subtransmisin y distribucin, con tensiones de operacin entre fases inferiores a 69 Kv, con longitudes no mayores a 60 Km[footnoteRef:1]. (Actualmente muchos de los problemas asociados a las llamadas lneas cortas se relacionan a la impedancia); con estos parmetros, se puede considerar que el efecto de campo elctrico es pequeo, por lo tanto, despreciable. Esto se traduce en las siguientes simplificaciones. [1: Harper, E. (2008). Sistemas de transmisin y distribucin de potencia elctrica. Mxico: Limusa.]

Figura 3. Lneas cortas. No se considera el efecto capacitivo de la lnea, es decir, se desprecia el valor de la susceptancia a tierra (Yc), y por lo tanto, la lnea se representa como una impedancia serie de la forma

El nivel de ruido audible y radio interferencia es bajo, por lo general se considera despreciable, y lo mismo ocurre con las perdidas por corona.

El circuito representativo de la lnea corta es el que se muestra a continuacin:

Figura 4. Diagrama de una lnea corta.

Diagrama de una lnea elctrica.

Figura 5. Diagrama unifilar de una lnea corta de transmisin.Generador: el generador es la maquina elctrica con la capacidad de convertir la energa mecnica en energa elctrica. Esta energa producida se eleva para ser utilizada en alta tensin, esto se hace con la finalidad de tener menos perdidas.Lneas de transmisin: Es el conjunto de dispositivos para transportar o guiar la energa elctrica desde una fuente de generacin a los centros de consumo (las cargas). Y estos son utilizados normalmente cuando no es costeable producir la energa elctrica en los centros de consumo o cuando afecta el medio ambiente (visual, acstico o fsico), buscando siempre maximizar la eficiencia, haciendo las prdidas por calor o por radiaciones las ms pequeas posibles. Suelen usar dos tipos de lneas elctricas, segn se requiera por condiciones econmicas, de seguridad o estticas; Lneas areas: se considera lnea area cuando los cables de transmisin se encuentran ubicados en estructuras metlicas, usando como aislante el aire, la ventaja de este tipo de lneas es la facilidad de encontrar fallas. Se usan bollas para indicar su presencia esto debido al trfico areo.

Lneas subterrneas: se determina que una lnea es subterrnea cuando esta esta se encuentra ubicada a cierta profundidad en suelo, se suelen usar cables especiales con aislamiento especial para evitar daos (XLP) estos van enterrados directamente en sajas dentro de tubos normalmente PAD, para trabajos futuros ms sencillos, esto se realiza por esttica, o por peligrosidad de lneas areas en algunas zonas.

Carga: en una lnea corta se suele denominar carga a la energa demandada por los transformadores de potencia ubicados en las subestaciones, esta demanda se genera a partir del consumo de los usuarios.

Caractersticas.Por resistencia: La resistencia es la oposicin que cualquier material ofrece al paso de la corriente elctrica. Esto es la base de toda la electricidad, ya que liga la oposicin con la tensin o diferencia de potencial y la intensidad que circulaba por un circuito.Conceptualmente la resistencia de cualquier elemento conductor depende de sus dimensiones fsicas y de la resistividad del material. Por longitud: La longitud de un conductor es directamente proporcional a la resistencia del mismo, ya que la trayectoria que los electrones debern recorrer ser proporcional a la longitud de la lnea. En los sistemas de potencia, con grandes tensiones e intensidades, hacen falta conductores de tamaos considerables para ser capaces de transportar tales en energas. Entre los materiales ms empleados se halla el cobre, que como cualquier otro metal presenta unas caractersticas de maleabilidad. Pero esta adaptabilidad, con conductores de 20mm o 30mm de dimetro, es prcticamente inexistente comportndose los mismos no como conductores flexibles y adaptables, sino ms bien como autnticas varillas rgidas, inutilizables para los menesteres a los que estn encomendados.

Por capacitancia: La capacidad de una lnea de transmisin de energa elctrica es el resultado de la diferencia de potencial entre los conductores que la forman. Esta diferencia de potencial origina que los conductores se carguen de la misma forma que las placas de un condensador cuando entre ellos aparece una diferencia de potencial. La capacidad entre conductores paralelos es la carga por unidad de diferencia de potencial, siendo una constante que depende del tamao de los conductores y de su distancia de separacin.

La corriente es un flujo de cargas, y la corriente que se origina por las cargas y descargas alternas de una lnea debidas al voltaje alterno se denomina, corriente de carga de la lnea. Como la capacidad es una derivacin entre conductores, la corriente de carga fluye en una lnea de transmisin aun con sta abierta (circuito abierto). La capacidad afecta tanto a la cada de voltaje a lo largo de la lnea como a su eficiencia, al factor de potencia y a la estabilidad del sistema del cual la lnea forma parteLa relacin vectorial, entre las cantidades al principio de la lnea y en el extremo de recepcin, es la siguiente:

La corriente de la carga se encuentra desfasada un cierto ngulo con respecto al voltaje de recepcin (VR); al coseno de este ngulo se le conoce como el factor de potencia (Cos).En teora, se pueden presentar tres casos. Que la carga sea predominante inductiva, y entonces el factor de potencia es atrasado, como se muestra en el siguiente diagrama vectorial:

VP=VR+IZ

Figura 6. Diagrama con carga inductiva. Para calcular la magnitud del voltaje al principio de la lnea, consideremos el tringulo OAB.

Que la carga sea resistiva, y entonces la corriente de carga se encuentra en fase con VR, y se dice que el factor de potencia es unitario. El diagrama vectorial correspondiente es el siguiente:

Figura 7. Diagrama con carga resistiva.

Operacin con factor de potencia adelantado, esta condicin corresponde al caso de las lneas con carga predominante capacitivas (con baja carga o cargas capacitivas como cables de potencia en vaco o bancos de capacitores). Aqu sigma, aumenta considerablemente con respecto a VR.

Figura 8. Diagrama con carga capacitiva. Lnea de transmisin media.

Las lneas de transmisin de longitud media son aquella comprendidas entre 50 y 150 mi, aproximadamente. La admitancia generalmente capacidad pura, se incluye en los clculos de las lneas de longitud media. Si la admitancia total est dividida en dos partes iguales, colocadas en los dos extremos de la lnea el circuito se llama nominal p y si se supone concentrada en el puntomedio y dividiendo en partes iguales la impedancia se llama nominal T

Modelo de Lnea de Transmisin de Longitud Media.(a) Circuito nominal p. (b) Circuito nominal T- Circuito Equivalente Nominal: Se obtiene de la figura 6.1; concentrando la resistencia e inductancia en un solo punto y considerando la capacidad concentrada en mitades en los extremos transmisor y receptor, de modo que C, es la capacidad total por fase de la lnea.

Figura 3.5. Circuito Equivalente Nominal de una Lnea de Longitud Media.a) Relaciones Tensin, Corriente, Potencia .b), se puede escribir:

b), se puede escribir:

Reemplazando:

Con ello se genera el siguiente sistema de ecuaciones:

La relacin inversa ser:

b) Regulacin de Tensin: La tensin que aparece en el extremo receptor, cuando la lnea est en vaco, es distinta a la del extremo transmisor b); cuando IR = 0 I2 = I3 = I20 . Entonces:

El rendimiento se evala al igual que en la lnea corta y se emplea el mismo procedimiento para calcular la capacidad de transmisin.

Ejemplo 3.2: Una lnea trifsica de 100 [km] de largo, tensin nominal 154 [kV]; 50 cps. tiene los siguientes parmetros R = 0,1216 [/km ] a 50C; L = 1,354 [mH/Km] y C = 0,00843 [F/Km]. La lnea alimenta un consumo trifsico de 30 [MW], con un Factor de Potencia 0,9 Ind. La tensin entre lneas en el consumo es de 154 [kV] y se requiere calcular la tensin en el extremo transmisor; la regulacin de la lnea y la potencia perdida.

Solucin: Se calcularn los parmetros del circuito equivalente Nominal:R = 0,1216 * 100 = 12,16 []XL = L = 2 * 50 * 1,354 * 10 -3 * 100 = 42,54 []Z = 12,16 + j 42,54 []Y = j 2 * 50 * 0,00843 * 10 -6 * 100 = j 0,265 *10 -3 [ ]Y/2= j 0,132 *10 -3 [ ]La corriente en el consumo es:

Entonces:IR = 124,97 /-25,84 = 112,47 j 54,47 [A]

Si se introducen estos valores calculados en y considerando como origen de fase la tensin del extremo receptor, es decir:

Para calcular la tensin en vaco del extremo receptor, se usar:

As la regulacin de la lnea ser:

La potencia efectiva perdida en la lnea exige conocer la corriente que circula por la impedancia longitudinal; llamando I2 a este valor:

Con esta corriente se est en condiciones de calcular la potencia perdida en la lnea como:

Pp = 3 Pp = 3 * 178 = 534 [kW] totales o trifsicos

Clculo de las condiciones elctricas al principio de lnea en rgimen de cargaPartimos, como en los dems casos, de unas condiciones iniciales al final de lnea, que son:

Con estos datos obtendremos el valor de la intensidad que se deriva por la admitancia transversal(recordar que no existe intensidad por la conductancia, ya que tiene un valor nulo):

La intensidad que pasa por la resistencia y la reactancia de la lnea ser:

Con el valor de esta intensidad es posible hallar la tensin en el extremo inicial de la lnea, sta vendrdada por:

Conocido el valor de la tensin en el origen, podemos hallar la intensidad que se deriva por la primeraadmitancia transversal:

Conocidas Ic1 e I, podemos hallar la intensidad en el origen:

Siendo los valores de la intensidad al inicio de la lnea: I 1L = I 1FaseY la tensin de lnea al principio de la misma: U1L = 3V 1Fase = 387004.24.68VFinalmente hallamos el ngulo total inicial: q= q1 q2 = (4.68 20.06 ) 15.38.Valores muy similares a los hallados con los mtodos anteriores (mtodo en T, y mtodo de lasconstantes auxiliares). Las potencias finales y el resto de parmetros elctricos han sido ya hallados en elmtodo de las constantes auxiliares.Clculo de las condiciones elctricas al principio de lnea en rgimen de vacoEn este caso, los clculos se simplifican, ya que no es necesario conectar la carga y por tanto laintensidad final de lnea es nula:Si no existe carga, todas las potencias sern nulas: P2 = Q2 = S2 = 0.Las restantes expresiones quedarn como sigue:ngulo al final de la lnea: La intensidad final: La intensidad que se deriva por la segunda admitancia transversal ser:

La intensidad que pasa por la resistencia y la reactancia de la lnea es igual a la intensidad anterior, yaque I2 =0.: I = Ic + I 2 = Ic = 113.5890 ACon el valor de esta intensidad, es posible hallar la tensin en el extremo inicial de la lnea, que vendrdada por:

V 1 = V 2 + (RL + jX L )I = 2117550.23V

Conocido el valor de la tensin en el origen, podemos hallar la intensidad que se deriva por la primeraadmitancia transversal:

Conocidas Ic1 e I, podremos hallar la intensidad en el origen:

I 1 = Ic1 + I = 223.2290.11 A

Siendo los valores de lnea: I 1L = I 1Fase

Y la tensin ser al inicio de lnea ser: U1L = 3V 1Fase = 366770.40.23VFinalmente hallamos el ngulo total inicial:

Valores que coinciden con los hallados por otros mtodos.

Podemos observar que se produce efecto Ferranti, ya que se observa que U1 2hs.< 2hs.< 2min.2 a 10 seg.

10> 2hs.< 2hs.< 4min.4 a 10 seg.

20> 2hs.< 2hs.< 8min.6 a 20 seg.

30> 2hs.< 2hs.< 12min.9 a 30 seg.

La seleccin de la clase del rel trmico a utilizar para la proteccin de un motor deber tener en cuenta la clase de aislacin del motor as como su rgimen de funcionamiento: ciclo de operacin, arranque, parada, etc.Los rangos de corrientes nominales de los rels trmicos van desde 0.10A a 200A aproximadamente.A continuacin se muestran curvas de disparo para los rels clase 10A y 20.

3.-Guarda motores magnticos:

Son dispositivos de proteccin contra cortocircuito, de corte tripolar.Los guarda motores magnticos cumplen la funcin de proteccin contra cortocircuitos, cumpliendo adicionalmente la funcin de seccionamiento.Los requisitos para que cumplan con la funcin de proteccin contra cortocircuito son bsicamente una pronta deteccin de la corriente de defecto y una rpida apertura de los contactos. Esto conduce a que los guarda motores magnticos sean aparatos limitadores. El guarda motor magntico presenta un elevado poder de corte, siendo el rango del mismo desde 10kA hasta 100kA aproximadamente.Usualmente, para completar la funcin de proteccin de una salida motor, el guarda motor magntico debe acompaarse de un contactor con rel trmico. A continuacin, se muestra a modo de ejemplo la curva de disparo de un conjunto guarda motor magntico rel

La norma que especifica las caractersticas tcnicas de los guarda motores es la norma IEC947-4-1 - Contactores y Guarda motores Contactores y Guarda motores electromecnicos.

4.- Fusibles:El fusible, utilizado como elemento componente de una salida a motor, solo debe actuar frente a cortocircuitos. Es decir, las sobrecargas no deben producir la operacin del fusible, por lo cual debe emplearse el fusible de respaldo, llamado para baja tensin tipo aM.

La curva caracterstica del fusible aM lo hace insensible a las sobrecargas, siendo diseado el elemento fusible de este tipo de fusibles ms resistente a la fatiga mecnica debida a los esfuerzos de contraccin y dilatacin trmica causadas por las sobre corrientes de los sucesivos arranques.

Se muestra a continuacin una figura donde se comparan las curvas de los fusibles tipo aM y gL (uso general).

5.- Guarda motores magnetotrmicos

Son dispositivos que agrupan en un mismo aparato las funciones de proteccin contra cortocircuitos y contra sobrecargas.A continuacin, se adjuntan a modo de ejemplo, curvas de disparo, curvas de limitacin de corriente y curvas de I2t de un guarda motor magneto trmica.

6.-Otros dispositivos de proteccin

Los dispositivos estudiados hasta ahora calculan la temperatura en forma indirecta, a travs de mediciones de corriente.Para aquellos motores que por ser crticos para el proceso del que forman parte se entiende que deben ser protegidos de forma an ms eficiente, la proteccin contra sobrecargas se realiza mediante dispositivos trmicos o sensores de temperatura, termistores (resistencias variables con la temperatura), colocados dentro del bobinado del motor, procurando sensar la temperatura del punto ms caliente. Las sondas empleadas son del tipo de coeficiente de temperatura positivo (PTC), emplendose tambin en ciertos casos sondas de coeficientes negativos (NTC).Igualmente, para estos motores puede emplearse adicionalmente, rels diferenciales, rels de desbalance de fases, rels de subtensiones, etc.Cuando para arrancar el motor o cuando debido a que la aplicacin requiere control de velocidad del motor se utiliza un arrancador suave o un variador de velocidad, dichos equipamientos ya traen usualmente integrada la proteccin contra sobrecarga del motor, por lo que, de utilizarse los mismos, puede seleccionarse una salida motor que obvie la funcin proteccin contra sobrecargas.

Conclusiones:A continuacin se presenta un cuadro con los distintos dispositivos de proteccin y comando y las funciones que cumplen los mismos:

Luego de definidas las 4 funciones principales que debe cumplir toda salida a motor y de estudiados los distintos aparatos que se utilizan para cumplir con las mismas se llega a que existen distintas opciones para una salida a motor:

1) Salida a 3 aparatos: CONTACTOR + RELE TERMICO + GUARDAMOTORMAGNETICO o CONTACTOR + RELE TERMICO + SECCIONADOR PORTAFUSIBLE

2) Salida a 2 aparatos: CONTACTOR + GUARDAMOTOR MAGNETOTERMICO

3) Salida a 1 aparato: algunos fabricantes han comenzado a ofrecer un rel electrnico multifuncin que cumple con todas las funciones requeridas.

Proteccin de TransformadoresIntroduccin Uno de los fenmenos ms comunes que se presentan durante las anormalidades en un sistema elctrico de potencia y en especial en los cortocircuitos, es el aumento de la corriente por sobre los valores normales de operacin. Este aumento se utiliza para discriminar la ocurrencia de fallas, ya sea como proteccin principal o de respaldo y el rel se denomina de sobre corriente.Como proteccin de respaldo se usa en equipos ms importantes dentro del SEP, tales como: generadores, transformadores de mayor potencia, lneas de media tensin, etc.El funcionamiento de un rel de sobre corriente es simple ya que su operacin depende de dos variables bsicas: El nivel de corriente mnima de operacin (o corriente de pickup), que es aquel valor que produce el cambio de estado del rel. La caracterstica de tiempo de operacin, es decir la forma en que el rel responde en cuanto al tiempo.

1.1Caractersticas de operacinDe acuerdo a la caracterstica de tiempo de operacin, los rels pueden clasificarse, en general, tal como se muestra en el cuadro siguiente: Cuadro 1.1.- Tipos de rels segn su caracterstica de tiempo de operacin

Estas caractersticas quedan definidas en forma aproximada por las siguientes expresiones: Instantneos: t = 0 para I Iop Tiempo definido t = K para I Iop Tiempo inverso t = K / I (1.1) Tiempo muy inverso t = K / I2Tiempo extremadamente inverso t = K / I3

Lo anterior es en la realidad una aproximacin, ya que; para el caso de los rels electromecnicos, por ejemplo, en la forma de las curvas tienen mucha influencia elementos tales como: el resorte de reposicin, la inercia de las partes mviles, imanes permanentes de freno, etc., de manera que en la prctica se obtienen curvas como las indicadas en la Figura 1.1.

Para los rels de estado slido, es posible conseguir una variedad ms amplia de curvas, las que adems pueden ser expresadas matemticamente, como se ver ms adelante.

Figura 1.1.- Curvas de tiempo corriente de rels: a) Instantneo; b) Tiempo definido; c) Tiempo inverso

1.2 Aspectos constructivos y de funcionamiento Se incluye aqu una breve descripcin de los diversos tipos de rel de sobre corriente, ms empleados.1.2.1 Protecciones de sobre corriente instantneasEstos rels, como unidades aisladas, se usan poco en los sistemas elctricos de potencia. Generalmente se utilizan en conjunto con otras protecciones, con el fin de combinar sus caractersticas. Se construyen del tipo de armadura succionada, armadura atrada y copa de induccin. El torque de estos elementos responde a una expresin del tipo KI2. Los tiempos de operacin son del orden de los 10 a los 60 milisegundos. La caracterstica de operacin, especialmente en los elementos tipo copa de induccin, corresponde a la curva mostrada en la Figura 1.1 a).

1.2.2 Protecciones de sobre corriente de tiempo definido Una proteccin simple de tiempo definido podra obtenerse usando un rel instantneo en conjunto con un elemento temporizador (T) que produzca el retardo necesario, (Figura 1.2). Sin embargo, en la prctica se utiliza muy poco una solucin en base a elementos independientes, sino que se usa un rel del tipo disco de induccin cuya curva sea muy poco inversa, de modo que pueda llamarse de tiempo definido. De todas maneras, en este tipo de rel el tiempo se define para 10 veces la corriente de operacin, en adelante. Esta caracterstica de operacin se consigue utilizando una unidad de medida cuyo ncleo se satura rpidamente. En los rels de estado slido se utiliza un elemento comparador que acta a travs de un temporizador. El rel opera slo si la sobre corriente se mantiene durante el tiempo necesario. En caso contrario, el rel se repone.

1.2.3 Protecciones de sobre corriente de tiempo inversoLa principal caractersticas de este tipo de rels es que mientras mayor sea la corriente aplicada, menor es su tiempo de operacin. Este principio da origen a una variedad de rels con diversas caractersticas de tiempo de operacin y pequeas diferencias de diseo elctricas y mecnicas. En el caso de los de tipo electromecnico, el rel est basado en una unidad de medida de disco de induccin, ya sea del tipo de espira en cortocircuito o watt mtrica.a. Rel tipo disco de induccin El rel IAC51B de General Electric que se muestra en la Figura 1.3 es de tipo disco de induccin con espiras en cortocircuito. El disco del rel est montado sobre un eje que es retenido por un resorte espiral cuya tensin puede regularse, permitiendo el ajuste de corriente mnima de operacin. El contacto mvil est sujeto al disco de modo que gira junto con ste y cierra su circuito a travs del espiral. El contacto fijo est montado sobre la armazn metlica del rel; el torque de operacin es producido por la unidad electromagntica y en frente de sta se encuentra ubicado un imn permanente que acta como freno para el disco, una vez que ste se encuentra en movimiento, sustituyendo en cierta forma al resorte espiral, que en estas condiciones prcticamente no tiene ningn efecto. La posicin de reposo del disco est definida por un tope movible que permite variar la separacin inicial entre los contactos fijo y mvil, los cuales determinan un ngulo entre s. El ajuste de la separacin de los contactos, es decir del ngulo (Figura 1.4), se acostumbra denominarlo LEVER. Las distintas posiciones dan origen a una familia de curvas de tiempos de operacin del rel que pueden ser seleccionadas por medio de una rueda numerada o dial de tiempo (time dial) que va desde 1 0,5 a 10 en los rels Americanos y desde 0,1 (0,05) a 1 en los Europeos. La corriente de operacin del rel se ajusta utilizando la toma o tap adecuado de la unidad electromagntica. La posicin del imn permanente tambin es posible de ajustar e influye sobre la curva de operacin.

Figura 1.2.- Proteccin de sobre corriente de tiempo definido, utilizando un rel instantneo en conjunto con un temporizador: a) Conexin de los rels de las fases; b) Circuito de desenganche

Figura 1.3.- Rel de sobre corriente IAC51B de la General Electric

b. Protecciones de sobre corriente de tiempo inverso con desenganche alternoEn la Figura se muestra este tipo de esquema, en donde, como se aprecia, la misma corriente de falla en trminos secundarios, que hace operar el rel, energiza la bobina de desenganche del interruptor de poder.

Figura 3.4.- Caractersticas tiempo-corriente de rels de tiempo inverso IAC

c.Rels estticos Es una proteccin de sobre corriente monofsica, con caractersticas de tiempo inverso, aunque otros modelos del rel disponen de curvas tiempo-corriente de tipo muy inverso y extremadamente inverso, como las que se muestran en la Figura 1.5. Tambin es posible agregarle un elemento de tipo instantneo.

Figura 1.5.- Curvas tiempo-corriente a) Inversa, b) muy Inversa, c) Extremadamente inversa

Figura 1.6.- Vista frontal del relLa Figura 1.6 corresponde a la parte frontal del rel, que cuenta con los siguientes elementos: Tarjeta para indicar la operacin del rel Selector para el ajuste de la corriente mnima de operacin (Figura 1.7 a), que va de 0,5 a 2 Amperes en 7 pasos Selector de curva tiempo-corriente TM (Time Dial), de 0,1 a 1 (Figura 1.8 b). Un par de bornes para medir el tiempo de respuesta del rel

Figura 1.7.- a) Selector de corriente, b) Dial de tiempo

En el diagrama de bloques de la Figura 1.8. Se pueden distinguir, a partir de los bornes de entrada de corriente (3-4), el acondicionador de la seal de entrada, el rectificador, el conversor de corriente a voltaje, el comparador con histresis, el selector de corriente de pickup I, el selector de tiempo TM, el indicador de operacin I> y el rel A que controla los contactos de salida (1-5 y 2-6). Se aprecia adems la fuente de poder que se alimenta a travs de los terminales 8 y 9 (48 Volt DC) o 7 y 8 (220 Volt DC).

Figura 1.8.- Diagrama de bloques rel 7SK88

Los transformadores de potencia constituyen uno de los elementos ms importantes en los sistemas elctricos de potencia, ya sea en las grandes redes elctricas o en las instalaciones industriales formando parte de las subestaciones elctricas en cualquiera de sus modalidades como elevadores o reductores; es necesario que se dispongan de elementos de proteccin contra las posibles fallas que se presenten.En general se debe vigilar y proteger a los transformadores de potencia contra elevaciones de temperatura en el aceite para lo cual se emplean termmetros especiales, proteccin contra sobrecargas para lo cual se emplean los elementos de imagen trmica con relevadores trmicos.Principales fallas en el aislamiento de los transformadores.Las principales causas de fallas o defectos en los aislamientos de un transformador son:Elevacin de temperatura a lmites superiores de los admisibles en los devanados del transformador.Sobretensiones de origen atmosfrico.Desde el punto de vista de su estudio las fallas en los transformadores se pueden clasificar en tres grandes grupos:Fallas en el equipo auxiliar que forma parte del transformador.Fallas en la parte interior del transformador como son los devanados y conexiones.Sobrecargas y cortocircuito internos.Fallas en el equipo auxiliar.Se considera como equipo auxiliar el siguiente:Aceite para el transformador:Un nivel bajo de aceite resulta peligroso en los transformadores debido a que partes vivas como son los conductores conectados a las bobinas y boquillas que deben estar sumergidos en el aceite, se encuentran expuestos a fallas por ruptura dielctrica cuando el nivel baja. Para prevenir esto se instalan indicadores de nivel de aceite que mandan una alarma cuando el nivel baja.Colchn de gas:Como la presin de operacin dentro del tanque puede tener un rango de variacin muy amplio, no siempre es recomendable instalar tanques completamente sellados; en los casos que se usaran estos tipos de tanques, se deben de usar tambin medidores de presin con el objeto de tener una indicacin visual de la presin dentro del transformador.

Bombas de aceite y ventiladores de aire forzado:La temperatura mxima del aceite generalmente es un indicador de la carga con que opera el transformador, de manera que un aumento en la temperatura del aceite puede ser una indicacin de una sobrecarga o tambin una falla en el sistema de enfriamiento. Para detectar este tipo de fallas normalmente se instala un termmetro con contactos de alarma que indicaran elevacin en la temperatura del aceite del transformador para cualquiera de las fallas anteriores.Aislamiento del ncleo y bobina.Las fallas en los aislamientos se pueden presentar en cualquiera de las siguientes causas:El aislamiento entre las laminaciones del ncleo y los tornillos empleados para su sujecin puede ser de poca calidad o bien se puede daar durante el montaje.El aislamiento entre bobinas y entre bobinas y el ncleo o bien el aislamiento de los conductores puede ser de poca calidad, se puede daar durante la construccin del transformador o bien, puede perder caractersticas por envejecimiento o continuas sobrecargas.Conexiones o uniones mal hechas durante la construccin. Este tipo de fallas incipientes generalmente producen gases dentro del transformador y se pueden detectar antes de que causen males mayores mediante el uso de relevadores que operan a base de presin de gas, denominados relevadores Buchholz.Fallas en la parte interior.Las fallas elctricas en los devanados se clasifican de la forma siguiente:Fallas entre las espiras adyacentes de un mismo devanado o bien fallas de fase a fase en la parte exterior o en los devanados mismos, o bien, corto circuito entre espiras de alto voltaje o bajo voltaje.Fallas a tierra o a travs de todo el devanado o bien, fallas a tierra en las terminales externas de alto voltaje o bajo voltaje. estas fallas se detectan por un desbalance en las corrientes o en los voltajes y su inicio tiene orgenes diversos.Sobrecargas y cortocircuitos externos.Los transformadores se pueden encontrar sometidos a sobrecargas durante largos periodos de tiempo estando limitados por su lmite de elevacin de temperatura de los devanados y el medio refrigerante que se use. Las sobrecargas excesivas producen deterioros en los aislamientos y fallas subsecuentes por lo que es necesario tener indicadores de temperatura para indicar cuando los lmites permisibles de temperatura estn excedidos.Los cortocircuitos externos en los transformadores solo se encuentran por la impedancia del transformador: de manera que si el valor de la impedancia es pequeo, la corriente de cortocircuito puede resultar excesiva y producir al transformador por esfuerzos mecnicos debidos a los esfuerzos magnticos que originan desplazamientos en las bobinas o fallas en las conexiones.Proteccin por relevador BUCHHOLZ.El relevador Buchholz se emplea en los transformadores de potencia que emplean aceite como medio refrigerante y tienen tanque conservador (depsito de expansin), permite detectar las fallas en el interior del transformador por lo que la proteccin del transformador se debe complementar con otros elementos que detecten tambin fallas externas del mismo.Las fallas ms importantes que pueden ser detectadas por un relevador Buchholz son las siguientes:Cuando alguna conexin interna en cualquier parte de los devanados de un transformador se llega a producir la discontinuidad elctrica momentnea, produce un arco elctrico que puede alargarse si se produce la fusin de los conductores y transmitirse a otras partes de los devanados pudindose provocar un corto circuito severo que cause daos graves al transformador.Cuando se produce una sobrecarga brusca o un cortocircuito, se manifiesta esto como un fuerte aumento en la temperatura de las capas interiores de los devanados hacia el exterior de manera tal que el aceite refrigerante que se encuentra en contacto con las bobinas se volatiza y descompone, los gases producto de esta descomposicin circulan hacia el exterior de los devanados produciendo burbujas que rechazan las correspondiente cantidad de aceite traducindose esto como una fuerte circulacin que normalmente es detectada por el relevador Buchholz.Algunas veces por deficiencia en la fabricacin de los transformadores de potencia, y algunas otras como consecuencia de corto circuitos que se presentan el ncleo sufre pequeas deformaciones con respecto a la condicin original que debera tener, lo que produce un incremento considerable en las corrientes circulantes que a su vez produce un aumento brusco de temperatura con la consecuente produccin de gases que deben ser detectadas por el relevador Buchholz.Unas de las fallas del aislamiento a tierra se traduce en un corto circuito de fase a tierra con presencia de un arco elctrico que volatiza y descompone el aceite siguiendo el mecanismo de circulacin de aceite por las burbujas de gas en el interior del transformador y que deben ser detectadas por el relevador.

Proteccin de imagen trmica.La corriente de sobrecarga o de corto circuito en las instalaciones como se sabe producen efectos trmicos y dinmicos, el principio de operacin de la proteccin por imagen trmica est basado en el efecto trmico de las sobrecorrientes y la caracterstica de operacin de las protecciones por imagen trmica es aproximadamente similar a aquellas de algunas protecciones de tiempo.La intervencin de un relevador de imagen trmica aunque es aparentemente simple, debe cumplir con ciertos requerimientos operacionales como son:Adecuar la capacidad trmica del relevador a aquella de la mquina de modo que se obtenga una curva tiempo-corriente que tenga la misma forma.Introducir dispositivos de compensacin adaptados para corregir los brincos o variaciones bruscas de temperatura en los casos de instalacin de las mquinas elctricas y los relevadores en ambientes distintos.Corregir la relacin de transformacin de los transformadores de corriente de manera tal que la corriente que circule por ellos est en fase y de acuerdo a la que circula por la mquina.La proteccin de imagen trmica en su concepto ms elemental est constituido de siguientes partes funcionales:Una resistencia derivada directamente de un transformador de corriente conectada a la mquina a proteger.Un sistema transmisor del calor producido por efecto Joule del devanado.Una lmina metlica que se dilata segn la temperatura producida por el sistema de recalentamiento.Un sistema para la conservacin del calor segn sea el tipo de proteccin, a este elemento se relacionan otros rganos auxiliares como son el contacto soldado a la lmina mvil, el dispositivo de ajuste de la temperatura mxima de disparo.Proteccin diferencial de los transformadores.La proteccin diferencial es el tipo de proteccin ms importante empleado para la proteccin de transformadores contra fallas internas de fase a fase y de fase a tierra. Por lo general se aplica a transformadores con potencias del orden de 5MVA o mayores.Debido a que los transformadores de potencia se encuentran en delta-estrella, existe un desfasamiento de 30 en sus corrientes por lo que es necesario compensar este desplazamiento en la conexin de los transformadores de corriente de manera que los TC que se conecten en el lado de la delta del transformador protegido se deben de conectar en estrella y los TC que se conecten en lado de la estrella del transformador protegido se deben de conectar en delta.

Proteccin diferencial del transformador.Por lo general la proteccin diferencial de los transformadores est basada en el uso de relevadores del tipo eje balanceado o de brazo mvil en equilibrio del tipo electromecnico en donde los contactos se mantienen normalmente abierto por gravedad o mediante el uso de resortes muy blandos de manera tal que la corriente que circula en la bobina de operacin jala el brazo libre del brazo o la viga y cierra los contactos, estos relevadores son muy sensibles a las corrientes de operacin por lo que se les provee una bobina de restriccin.

En general en la proteccin de los transformadores se pueden usar dependiendo de la capacidad y tensiones de transmisin los siguientes dispositivos:FusibleRelevadores de sobrecorriente (no direccionales y direccionales).Relevadores diferenciales (de disco de induccin y armnicamente restringidos).Relevadores de presin (presin de aire o presin de aceite).Dispositivos de temperatura.Analizadores de gas.Estos dispositivos se pueden usar en forma individual o en diferentes combinaciones para lo cual es necesario tomar el costo de la proteccin por lo que para determinar la proteccin apropiada de los transformadores como en general de los sistemas de potencia se deben considerar algunos factores:Tamao.El tamao vara de acuerdo a las normas y prcticas usadas por las empresas elctricas, no obstante para un criterio de aplicacin se puede tomar como gua general lo siguiente:Transformadores de hasta 2500 KVA se pueden proteger la mayora de los casos con solo fusibles.Transformadores de 2500 hasta 5000 KVA. En este caso se puede utilizar eventualmente fusibles para proteccin contra sobrecorrientes, pero lo recomendable es utilizar relevadores.Transformadores de 5000 a 10000 KVA. En este caso de recomienda la proteccin diferencial al menos con relevadores del tipo induccin.Transformadores de 10000 KVA y potencias superiores. En estos transformadores se recomienda la proteccin diferencial, relevadores de presin y/o temperatura y una adecuada coordinacin con el resto de los elementos de proteccin del sistema.Localizacin y funcin en el sistema.Dependiendo de la funcin que desempee el transformador dentro del sistema as como su localizacin, la decisin del tipo de proteccin que se debe adaptar estar afectada principalmente por:Si el transformador forma parte importante de la red. Si la localizacin del transformador en el sistema de potencia est sujeto al estudio de los problemas de estabilidad.Si el transformador en cuestin es del tipo reductor es posible que una proteccin diferencial reforzada con relevadores de sobrecorriente sea suficiente.Si el transformador est cercano a una fuente de generacin, como puede ser el caso de un transformador elevador en una central generadora, requerir proteccin diferencial con alta restriccin de armnicos debido al problema de las corrientes magnetizantes de insercin, adems de los relevadores de presin y temperatura.Tensin de operacin.En trminos generales se puede afirmar que a mayor tensin de operacin se requiere de una mejor proteccin ya que es importante detectar y eliminar las fallas con un mnimo de retraso y con un mximo de seguridad.Conexiones y operaciones de diseo.Los siguientes factores se consideran importantes:Si es un transformador de dos o tres devanados y la conexin de estos devanados as como la funcin del terciario.Si se trata de un auto transformador.La forma en que se encuentra el neutro conectado a tierra.Slidamente conectado a tierra.Conectado a tierra a travs de resistencia.Conectado a tierra a travs de transformador de distribucin.Disponibilidad de cambiador de derivaciones (taps) fuerza de carga.Uso de cambiador automtico de derivaciones con carga.Proteccin de transformadores de potencia Y-Y

Las fallas de la parte interior de un transformador (Devanados y Conexiones) Este tipo de fallas pueden causar daos de manera inmediata y pueden ser:Fallas entre las espiras adyacentes de un mismo devanado o tambin fallas de fase en la parte exterior o en los devanados del mismo, o corto circuito entre el lado de alto y bajo voltaje.Fallas a tierra a travs de todo el devanado, fallas a tierra en las terminales externas de alto o bajo voltaje. Estas fallas se detectan por un desbalance en las corrientes o voltajes y su inicio tiene orgenes diversos.

Sobrecargas y corto circuitos externosLos transformadores se pueden encontrar sometidos a sobrecargas durante varios periodos de tiempo estando estas limitadas por la elevacin de temperatura de los devanados y el medio refrigerante que se use. Las sobrecargas excesivas producen un deterioro en los aislamientos y fallas subsecuentes por lo que es necesario tener indicadores de temperatura con alarma de tal forma que indiquen oportunamente cuando los lmites permisibles de temperatura se estn excediendo. Los corto circuitos externos en los transformadores solo se encuentran limitados por la impedancia del transformador, de manera que si esta es pequea, la corriente del corto circuito puede resultar excesiva y producir al transformador esfuerzo mecnicos debido a los esfuerzos magnticos que originan desplazamientos en las bobinas o fallas en las conexiones

Proteccin por rel BuchholzDicho rel se emplea en los transformadores de potencia que emplean aceite como medio refrigerante y tiene tanque conservador, permite detectar las fallas en el interior de este por lo que la proteccin del transformador se puede complementar con otros elementos que detecten tambin fallas externas al mismo.El principio de operacin de este rel se basa en el hecho de que cualquier falla se origina en el interior de un transformador de potencia est precedida por otros fenmenos a veces no perceptibles pero que a medida que transcurre el tiempo pueden provocar fallas ms graves que eventualmente producen daos severos, por lo que resulta importante detectar estas fallas y enviar seales de falla sin que necesariamente se enve una seal de disparo al interruptor que deje fuera de servicio al transformador. Las fallas ms importantes que detecta este rel son: Cuando alguna conexin interna en cualquier parte de los devanados del transformador se llega producir la discontinuidad elctrica momentnea puede provocar un arco elctrico y transmitirse a otras partes del transformador provocando un corto circuito severo. Se manifiesta como humo y hacen operar al rel.Cuando se produce una sobre carga brusca se puede manifestar como un incremento en la temperatura de las capas interiores de los devanados de manera tal que el aceite refrigerante se volatiza y se descompone.Las fallas del aislamiento a tierra se traducen como un corto de fase a tierra con presencia de un arco elctrico. Estas fallas de aislamiento son producidos por sobretensiones atmosfricas o por maniobras de interruptores en ciertas condiciones de la red.La descomposicin qumica del aceite se puede presentar por diferentes circunstancias que van desde la mala calidad del este o sobrecargas continuas.

Proteccin de imagen trmicaLas corrientes de sobrecarga en las instalaciones producen efectos trmicos y dinmicos, el principio de operacin de la proteccin por imagen trmica es aproximadamente similar a aquellas protecciones empleadas para la proteccin de fusibles.La corriente que recibe o entrega por una lnea de transmisin por lo general requiere de algn medio de proteccin contra el efecto trmico que produce, en los modelos de proteccin elementales de tipo electromecnico, el principio de proteccin se basa en la deformacin de una lamina bimetlica y el subsecuente cierre de un contacto es decir, que una sobrecarga o corriente de corto circuito se detecta por el rel como una acumulacin de calor por el efecto Joule.La intervencin del rel de imagen trmica aunque es aparentemente simple, debe cumplir con ciertos requerimientos operacionales tales como: Adecuar la capacidad trmica del rel a aquella de la mquina de modo que se obtenga una curva tiempo-corriente que tenga la misma forma.Introducir dispositivos de compensacin adaptadas para corregir las variaciones bruscas de temperaturas en los casos de instalaciones de las maquinas y los rels en ambientes distintos.Corregir la relacin de transformacin de los transformadores.

Proteccin de transformadores por sondas trmicas Se llaman sondas trmicas a aquellas sondas que actan en funcin de la temperatura.Existen dos grandes grupos que se emplean en la proteccin de los devanados de los transformadores:Protector trmico (Klison)TermistorProtector trmico.- es el encargado de desconectar el transformador cuando la temperatura de este sobrepasa los 150 C.El protector trmico Klison es un dispositivo de proteccin capaz de accionar un contacto, instalado en el interior del protector, en funcin de la alta temperatura que toma un determinado devanado, desconectando su circuito de la red a la que pertenece, consiguiendo con ello proteger el devanado.

Estos protectores se instalan como complemento de otras protecciones y no para reemplazarlas.Termistor o Termistancia.- se llama termistor al dispositivo que es capaz de cambiar bruscamente su resistencia ante el incremento de una temperatura. Se los conoce como TPCNo llevan contacto elctrico alguno por lo que precisan de un elemento electrnico llamado rel de disparo.Untermistor PTCes un resistor que depende de la temperatura, son fabricacin de titanito de bario y deben elegirse cuando se requiere un cambio drstico en la resistencia a una temperatura especfica o nivel de corriente. Los termistores PTCs pueden operar en los siguientes modos:Sensores de temperatura, en temperaturas que oscilan entre 60 C a 180 CFusible de estado slido de proteccin contra el exceso de corriente, que van desde mA a varios A (25 C ambiente) a niveles de tensin continua superior a 600VSensor de nivel de lquidos.

Al instalar sondas, generalmente tres, una por cada fase, en contacto con los devanados a proteger y conectadas estas al circuito electrnico (rel de disparo) queda preparado todo el sistema para proteger al transformador.

Proteccin de transformadores potenciaEn contraste con los generadores, en los que pueden surgir muchas circunstancias anormales, los transformadores slo pueden sufrir cortocircuitos, circuitos abiertos y sobrecalentamiento en los arrollamientos. En la prctica no est previsto el relevador de proteccin contra circuitos abiertos debido a que stos en s no son perjudiciales. En la prctica general tampoco est prevista la proteccin contra sobrecalentamiento o sobrecarga; puede haber accesorios trmicos para hacer sonar una alarma o para controlar bancos de ventiladores, pero con slo pocas excepciones, por lo general no se practica el disparo automtico de los interruptores de los transformadores. Una excepcin es cuando el transformador proporciona una carga definida predecible. Puede considerarse la proteccin de respaldo para fallas externas como una forma de proteccin de sobrecarga, pero la puesta en marcha de dicho equipo de proteccin es por lo general muy elevada para proporcionar una proteccin eficaz al transformador, excepto en el caso de cortocircuitos prolongados. Resta, entonces, slo la proteccin contra cortocircuitos en los transformadores o en sus conexiones, y la proteccin de respaldo contra falla externa.

La seleccin de la pro