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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRASISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICACAPÍTULO 3. TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN

PROTECCIÓN DE TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN

En un transformador se pueden encontrar diferentes situaciones ante las cuales se debe proteger este elemento adecuadamente. Estas situaciones (perturbaciones) pueden ser externas (descargas atmosféricas, sobrevoltajes por conmutación y fallas o cortocircuitos) e internas (sobrecargas, fallos o cortocircuitos internos y fallos o cortocircuitos en redes secundarias). A continuación se ilustran dos de las protecciones empleadas para proteger un transformador de distribución.

DESCARGADORES DE SOBRETENSIONES (PARARRAYOS)

Su función es llevar las sobretensiones a tierra en el menor tiempo posible. A continuación se ilustra una gráfica de este elemento, sus componentes y sus funciones.

El explosor está ajustado para que salte la descarga entre los electrodos a cierta tensión y debe suprimir la siguiente corriente.

La resistencia variable tiene la propiedad de aumentar su valor cuando la corriente disminuye. Por lo tanto a tensión nominal esta tiene un valor muy elevado y cuando hay una sobretensión el valor de la resistencia disminuye.

Las sobretensiones que se pueden presentar son internas (cortocircuitos y conmutaciones) y externas (descargas atmosféricas). Existen dos tipos de pararrayos: de carburo de silicio (SiC) y de Oxido de Zinc (ZnO).

Para su selección se deben tener en cuenta si el sistema primario está en Y sólidamente aterrizado o s el sistema está en delta. Para el caso de la Empresa de Energía de Pereira, los pararrayos empleados para todos los transformadores de distribución de uso residencial (13.2 kV) son de 12 kV de tensión de placa y 10 kA de corriente de descarga.

FUSIBLES

Los fusibles son elementos de protección de sobrecorriente y se caracterizan por tener un elemento que es calentado directamente por el paso de una corriente y se destruye cuando ella supera un valor determinado. Estos elementos solo pueden operar una vez. Un fusible seleccionado adecuadamente debe abrir el circuito mediante la destrucción del elemento fusible y eliminar el arco establecido durante la destrucción del elemento. Existen dos tipos de fusibles según la norma ANSI: Tipo K (rápidos) y Tipo T (lentos).

TIPO K - T AMPERIOS6 98 1210 15

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12 1815 2320 3025 3830 4540 6050 7565 9580 120

100 150140 190200 200

Tabla 1. Fusibles tipo K y T

Usualmente se agrega al final la letra que corresponde al tipo de fusible. Por ejemplo 20K representa un fusible tipo K de 30 amperios nominales.

Los fusibles tienen características de operación inversas de tiempo y corriente, es decir, existe un menor tiempo de ruptura cuando la corriente se incrementa. La zona de operación de estos está limitada por dos curvas.

Curva de fusión o tiempo mínimo de fusión (minimun melting time): es aquel que ocurre desde que una gran corriente causa el inicio de fusión del fusible y el momento en el que ocurre el arco dentro del fusible.

Curva del tiempo total de operación (total cleaning time – TCT): es el tiempo que ocurre desde el inicio de una sobrecorriente hasta la interrupción final de la misma.

La diferencia entre las dos curvas es el tiempo de extinción del arco del dispositivo (arcing time).

Dependiendo del tipo de carga que va a alimentar el transformador, se deben tener en cuenta algunos aspectos como la corriente Inrush, el arranque de motores (carga fría), sobrecargas y cortocircuitos. En la tabla 2 se ilustran las condiciones para las situaciones expuestas.

En situaciones reales no es común que se tenga que seleccionar un fusible ante todas las condiciones.

SITUACIONNÚMERO

DE VECES INOMINAL

TIEMPO (SEG) OBSERVACIONES

Corriente Inrush 8 0.1 NO debe operar

Arranque de motores 3 10 NO debe operar

Sobrecarga 3 300 Debe operar

Cortocircuito 30 1.5 Debe operar

Tabla 2. Características para selección de fusibles

NOTA: El efecto de la corriente de Inrush es un fenómeno de corriente de naturaleza aleatoria que se presenta cuando se energiza un transformador o cuando se efectúa una reconexión. Se manifiesta por una elevación de la corriente de magnetización. Obedece a parámetros internos de la máquina.

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EJEMPLO:Seleccionar adecuadamente un fusible tipo K para un transformador de distribución de 500 kVA, el cual está conectado a un alimentador primario de la ciudad de Pereira. El fusible debe cumplir con todos los requerimientos especificados en la tabla anterior.

SOLUCIÓN:Recordar que el nivel de tensión en Pereira para red primaria es 13.2 kV. Como el fusible está ubicado en el lado de AT del trafo, entonces se debe calcular la corriente que circula por este lugar. Por lo tanto:

Con este valor de corriente se selecciona un fusible empleando la tabla 1. De acuerdo a esto, el fusible que soporta este valor de corriente es un tipo 15K (soporta 23 Amp). Ahora se debe verificar si este fusible se comporta bien ante las cuatro condiciones exigidas (ver tabla 2).

NOTA:

El fusible opera cuando para un punto operativo (corriente y tiempo), este se encuentra por encima de la curva respectiva. De acuerdo a esto, no opera cuando el punto está ubicado por debajo.

Inrush Como el requerimiento es que no opere ante 8 veces la corriente nominal en un periodo de 0.1 segundos, entonces:

Con este valor se verifica en la curva del fusible tipo 15K, si opera o no opera.

Como está por debajo de la curva, el fusible tipo 15K no opera cuando se presenta el efecto de la corriente de Inrush.

Como se desea que no opere (ver tabla 2) y no lo hace, entonces es adecuado.

Arranque de motores Como el requerimiento es que no opere ante 3 veces la corriente nominal en un periodo de 10 segundos, entonces:

Con este valor se verifica en la curva del fusible tipo 15K, si opera o no opera.

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Como está por encima de la curva, el fusible tipo 15K opera cuando se presenta el arranque de motores.

Como se desea que no opere (ver tabla 2) y opera, entonces no es adecuado.

SobrecargaComo el requerimiento es que no opere ante 3 veces la corriente nominal en un periodo de 300 segundos, entonces:

Con este valor se verifica en la curva del fusible tipo 15K, si opera o no opera.

Como está por encima de la curva, el fusible tipo 15K opera cuando se presentan sobrecargas.

Como se desea que opere (ver tabla 2) y lo hace, entonces es adecuado.

CortocircuitoComo el requerimiento es que no opere ante 30 veces la corriente nominal en un periodo de 1.5 segundos, entonces:

Con este valor se verifica en la curva del fusible tipo 15K, si opera o no opera.

Como está por encima de la curva, el fusible tipo 15K opera cuando se presentan cortocircuitos.

Como se desea que opere (ver tabla 2) y lo hace, entonces es adecuado.

NOTA:

Como no se cumplen los cuatro requerimientos, entonces el fusible no es adecuado. Bajo estas

circunstancias se verifica entonces que se cumplan todos los requerimientos con el fusible que sigue con mayor capacidad de corriente. De acuerdo a esto se debe verificar si el fusible tipo 20K (soporta 30 Amp) es adecuado para proteger el transformador de 500 kVA.

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