6 - Ejemplo Ajuste Diferencial Sr345

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONALFACULTAD REGIONAL AVELLANEDA

Laboratorio de Protecciones Eléctricas y TelecomunicacionesTrabajo Práctico de Laboratorio

PROTECCION DIFERENCIAL DE TRANSFORMADOR GE TIPO SR345

Protección & Control El sistema de protección de transformador SR345 está diseñado para proteger y controlar transformadores de potencia de tamaño pequeño a mediano.

Protección Diferencial de Porcentaje.

• Doble pendiente configurable, doble breakpoint diferencial • Inhibición de corriente de inrush (2° armónico) • Inhibición Sobreexcitación (5° armónico)

Doble pendiente configurable, doble breakpoint diferencial

Esta característica define el área de operación de la protección diferencial de porcentaje, construida mediante la configuración del arranque mínimo de la corriente diferencial, la configuración de la pendiente 1 y la pendiente 2, conectado por una curva spline1 cúbica, así como los ajustes del breakpoint 1 y 2. La corriente máxima del devanado se utiliza como una señal de restricción para mejorar estabilidad ante fallas en condiciones de saturación de TC.

Spline1 - Curva formada por la combinación sucesiva de parábolas, cada una definida por tres puntos.

Ing. Alejandro Martinez – Ing. José Gallego – Ing. Nelson Reta 1


Inhibición de corriente de inrush (2° armónico)

La inhibición o frenado de corriente de inrush de segundo armónico es seleccionable con el fin de cubrir la energización de diferentes tipos de transformadores, bloqueando la función diferencial porcentual, donde además se puede configurar para que el relé observe si se supera el umbral de componente de segundo armónico en cualquier fase, 2 de 3 fases, o el promedio de las tres.

Inhibición Sobreexcitación (5° armónico)

Un aumento en la tensión del transformador, o una disminución de la frecuencia del sistema pueden dar lugar a una condición de sobreexcitación. En algunos casos, la sobreexcitación del transformador puede dar lugar a un funcionamiento no deseado del elemento diferencial de porcentaje por un aumento del quinto armónico.

Diagrama en Bloques Funcional



Diferencial instantáneoSe proporciona una función diferencial instantáneo para el disparo rápido en fallas internas fuertes para limitar un mayor daño al transformador y minimizar el riesgo para el resto del sistema. Su funcionamiento es idéntico a la protección de sobrecorriente instantánea. La operación ocurre si la corriente diferencial supera el pickup establecido para esta función.

Protección térmica El relé SR345 proporciona protección térmica, basada en las constantes de calentamientos y refrigeración de los bobinados. La protección monitorea la carga de los arrollamientos, estima el estado térmico del transformador, produciendo alarma o desconexión, basado en los valores que se hayan ajustado.

Función de Sobrecorriente El relé SR345 proporciona funciones de sobrecorriente de fase, neutro, tierra y de secuencia negativa que se pueden configurar con respecto a cualquiera de las corrientes del devanado. Pueden funcionar en paralelo con la protección diferencial principal, y se pueden configurar para proporcionar protección del transformador, ya sea primaria o de respaldo de seguridad para todo tipo de fallas de transformadores. Cuando se pide con TC de tierra sensible, el relé SR345 puede configurarse para proporcionar 10 veces más sensibilidad en la detección de corrientes de falla a tierra a través del punto neutro del devanado del transformador conectado a tierra mediante resistencia de limitación de corriente.

Entradas / Salidas El SR345 dispone de las siguientes entradas y salidas para el seguimiento y control de las aplicaciones típicas de transformadores:

• 10 entradas de contacto con umbrales de tensión programables • 2 relés de salida para disparo del interruptor con monitoreo bobina de disparo• 5 relés de salida configurables (NO/NC)



Panel FrontalEl SR345 dispone de un frente amigable con el usuario, el cual tiene las siguientes funciones en sus teclas.

-1-EN SERVICIO: Este LED indicador estará iluminado de forma continua si el relé está funcionando normalmente y no hay errores internos que se detecten en el autodiagnóstico.

TROUBLE: El LED estará en ámbar si hay un problema con el relé o el relé no está configurado como “En servicio” o “Ready”.

SETPOINT GROUP 1/2: Informa que grupo de ajustes es el que está habilitado en el relé.

TRIP: Indica que el relé ha producido un disparo.Ing. Alejandro Martinez – Ing. José Gallego – Ing. Nelson Reta

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ALARM: Indica que el transformador está funcionando actualmente en condición de alarma, y dependiendo de cuál sea el motivo de dicha alarma, puede aparecer una condición de disparo si no se la atiende debidamente.

PICKUP: Informa que una de las funciones de protección ha arrancado, con lo cual disparará luego de agotado el tiempo de delay, o en caso de falla transitoria informará que el relé la detectó.

MAINTENANCE: Informará acerca del estado de los circuitos de disparo de cada interruptor.

-2-Los mensajes de la pantalla están organizadas en menús principales, páginas y sub páginas. Hay cuatro menús principales etiquetados como valores actuales, configuración rápida, puntos de ajuste y mantenimiento.

-3-Los diez botones del teclado permiten tener acceso a información y configuración del relé.

-4-Opción de interfaz de usuario. Está disponible la opción de retirar el equipo directamente enchufable.

Elección del equipo:Para la elección del relé se debe armar su código de orden, en función de adquirir el equipamiento correcto. El equipo que se utilizará en el ensayo tiene el modelo siguiente: 345-EP1G1HESNN2EDN.



Cálculo de valores de ajuste del relé:

Los parámetros a tener en cuenta para la configuración de la protección son los siguientes:

Transformador Los Conce Snom= 2MVA

22

13,20,4

87,582890,17

300021500

6 +/- 2,5

Dy11

Datos TransformadorPotencia Bobinado N°1 (MVA)Potencia Bobinado N°2 (MVA)Tension Nominal Bobinado N°1 (kV)Tension Nominal Bobinado N°2 (kV)Corriente Nominal Bobinado N°1 (A)

Grupo conexión

Corriente Nominal Bobinado N°2 (A)Perdidas vacío Po (W)Perdidas cortocircuito Pcc (W)Tension cortocircuito (Ucc%)Taps bobinado N°1 (%)Taps bobinado N°2 (%)

Las corrientes nominales para los bobinados N°1 y N°2, se determinan con la siguiente fórmula:

Inombob1=Snom

√3∗Unombob1

=2MVA∗1000√3∗13,2 kV

=87,58 A

Inombob2=Snom

√3∗Unombob 2

=2MVA∗1000√3∗0,4 kV

=2890 A

Para la elección de los transformadores de corriente de cada lado, se toma un margen de 20% de la corriente nominal del transformador, con lo cual las corrientes primarias son:

ILadoAT TI N°1 = 105,1 A

ILadoAT TI N°2 = 3486,21 A

De esta manera se han elegido para este ejemplo los siguientes TI:

TI Lado 1: 150/1 TI Lado 2: 4000/1

Se debe tener en cuenta que se elige un secundario de 1 amper, dado que es la corriente nominal del relé.

1) Se comenzará con el cálculo del valor de pickup mínimo: Para éste cálculo se tiene en cuenta la diferencia de corrientes por las posiciones del conmutador bajo carga, la corriente de vacío y los errores propios del relé y de los TI.



Se deben determinar los valores de corriente media, máxima y mínima, de acuerdo a las posiciones extremas del conmutador bajo carga. Se tiene en cuenta que existe solo una posición en el lado de baja tensión.

IAT media=Snom

√3∗Unombob 1

=2MVA∗1000√3∗13,2 kV

=87,58 A

IAT mín=Snom

√3∗(Unom ¿¿bob1+2,5%)= 2MVA∗1000√3∗(13,2 kV +2,5%)

=85,44 A ¿

IAT máx=Snom

√3∗(Unom¿¿bob1−2,5%)= 2MVA∗1000√3∗(13,2 kV −2,5%)

=89,83 A ¿

IBT= Snom√3∗Unombob 2

=2MVA∗1000√3∗0,4kV

=2890 A

Las corrientes vistas por el relé para cada una de las tomas serán:

IAT media=87,58 A150 A1 A

=0,5839 A

IAT mín=85,44 A150 A1 A

=0,5696 A

IAT máx=89,83 A150 A1 A

=0,5988 A

IBT= 2890 A4000 A1 A

=0,7225 A

Las corrientes diferenciales para cada uno de los puntos, se toma como la diferencia entre dichas corrientes y los valores medios para los bobinados AT y BT:

Idif media=IATmedia−IAT media=0,58 A−0,58 A=0 A

Idif mín=IAT mín−IAT media=0,58 A−0,5696 A=0,0104 A

Idif máx=IAT máx−IAT media=0,5988 A−0,58 A=0,0188 A

Se define el error de ajuste, como la relación de las corrientes diferenciales para cada punto, en función de la corriente que ve el relé en esas posiciones (otros relés pueden usar los porcentajes, con lo cual se debe multiplicar por 100 las siguientes expresiones):Ing. Alejandro Martinez – Ing. José Gallego – Ing. Nelson Reta

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Toma Media= 0 A0,58 A

=0

Toma Mínima=0,0104 A0,5696 A

=0,0182

Toma Máxima=0,0188 A0,5988 A

=0,0314

Se toma el valor del error de ajuste de la toma máxima, dado que es el mayor de los tres calculados.

Para el cálculo del valor de pickup mínimo

Si se tienen en cuenta los siguientes errores:

- Error de medición de TI = 10%- Corriente de magnetización: 2%- Error del relé = 3%

Se puede determinar el valor de pickup mínimo:

Pkp mín=ErAjuste+ ErTI+ Imag+ErRel=0,0314+0,1+0,02+0,03=0,18

Algunos fabricantes recomiendan directamente utilizar un valor de 0,3*IATmed, que en este caso sería igual a 0,174; con lo cual se verifica que casi no hay diferencia entre un método y otro.

Se toma un valor de 0,3 para este ejemplo.

2) Se continuará con el cálculo de los valores de pendiente 1 y 2: Para éste cálculo se tiene en cuenta el error de los transformadores de intensidad, el error de las diferentes tomas (debido a la regulación), la corriente de magnetización y los errores propios del relé.

- Error de medición de TI = 10%- Corriente de magnetización: 2%- Error del relé = 3%- Error de ajuste = 3,14%

Slope1=ErAjuste (% )+ErTI (%)+ Imag (% )+ErRel (% )=3,14+10+2+3=18%

Muchos fabricantes recomiendan ajustar este parámetro, con un valor de 25%. De esta manera se usará este valor recomendado y se usará la expresión anterior, como verificación.

En el caso de la pendiente 2, esta se determina a partir de evitar disparos en el caso de fallas de muy altas corrientes y para el caso en que solo los TIs de un lado se saturen y los del otro lado no. De esta manera, esta rama se encarga de conseguir una estabilización más fuerte. En este caso los fabricantes recomiendan usar un valor de pendiente de 75%.



3) Se calcula los valores de los puntos de quiebre 1 y 2. Para el caso del punto de quiebre 1, se tiene en cuenta el punto en donde el TI del lado 1 deja de ser lineal. Se suele tomar entonces el 100% de la corriente del primario del TI del lado 1.

Break 1=100%IsecTIAT=1

El punto de quiebre 2, debe ser ajustado por debajo de la corriente de falla, que es más probable que provoque la saturación de uno de los TIs debido a una corriente de corriente alterna. El ajuste es expresado en X veces la corriente primaria del bobinado 1. Para este ejemplo, se toma una corriente de falla aproximada y en base a la impedancia del transformador, pero en la realidad, debe considerarse un estudio de cortocircuito en la red.

Ifalla ( Bob1 )= 1Ucc ( pu)

Inombob1=16%100

∗87,58=1459,7 A

Ifalla ( Bob2 )= 1Ucc( pu)

Inombob2=16%100

∗2890,17=48169 A

Se verificará entonces cual de los dos TI, será el que se saturará primero ante una falla externa. Se calculará cuantas veces la corriente nominal del primario de cada TI, representa la corriente de falla

Nveces IfallaTI prim AT= Ifalla ( Bob1 )Inom primTIAT

=1459,7 A150 A

=9,73

Nveces IfallaTI prim BT=Ifalla (Bob2 )Inom primTIBT

=2890,17 A4000 A

=12

Se observa por lo tanto que el TI del lado de BT o bobinado 2, es el que más tiene tendenci a saturarse ante una falla externa.

PrimTI (Bo b2 )=4000 A

M (Bob2 )=kV (bob2 )∗TI (bob2)kV (bob1 )∗TI (bob1)

=0,4kV∗(4000 /1 )13,2kV∗(150/1 )

=0,808

Break 2=Ifalla (bob2 )∗M (bob2)

Prim TI (bob2)=48169 A∗0,808

4000 =9,7

4) Para el ajuste de la corriente diferencial instantánea, esta debe ajustarse bajos los siguientes criterios:

• La corriente de pickup debe ser mayor, que el mayor valor de corriente de inrush que aparezca en la energización.

• La corriente de pickup debe ser mayor, que el mayor valor de corriente de falla que pueda producirse fuera del transformador.

La corriente de pickup debe ser menor, que el mayor valor de corriente de falla que pueda producirse dentro del transformador.



Los fabricantes suelen recomendar un valor entre 5 y 10 veces el valor de corriente del TI.

En nuestro caso, dado que se debe superar el valor de corriente de falla externa, se calcula un valor de corriente de un 10% más de la corriente de falla externa,

Idif inst=13∗Inom primTIBT=13∗4000=52000

Idif inst=13∗¿ om primTIAT=13∗150=1950

Se verifica que en ambos bobinados se supera el valor de la corriente de falla, con lo cual se adopta estos valores.

5) Para el ajuste del frenado de función diferencial por 2° y por 5° armónico, se recomienda utilizar un valor de 20% para cada uno de estos niveles.

Con estos valores y algunas consideraciones se ingresan los mismos como datos para la configuración del relé de protección.

Una vez configurado el mismo se obtiene una curva de respuesta como la representada en la siguiente figura, que será el objeto de las pruebas para corroborar dicha respuesta.

Configuración de transformadores de corriente:

Nombre de la protección y relé en estado “Ready”.

Configuración de frecuencia y secuencia de fases.



Configuración con datos del transformador.

Configuración de señal de posición de interruptor.

Configuración de diferencial porcentual y curva.

Configuración de diferencial instantáneo.



Se inyectaran valores de corrientes en el relé que simulan las corrientes que circulan por los secundarios en el lado AT y BT del transformador.


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