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PROTECCIÓN DE SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA CÓDIGO: E46613

LABORATORIO Nº 02 “TRANSFORMADORES DE PROTECCION ”

Alumno

:

Grupo

:

Semestre

:

Fecha de entrega :

Quispe Zevallos Bryan Chuctaya Cruz Kleiber Miranda Afán Kevin Volz Oporto Paul D Profesor: Ing. Christian Vera VI Hora:

Nota:

07:55

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1. OBJETIVOS     

Conectar y utilizar transformadores de corriente en sistemas de 3 hilos, 4 hilos. Determinar el error de relación de transformadores de medida de corriente. Determinar las características de un transformador de voltaje. Establecer la corriente residual en los transformadores de corriente Utilizar el transformador de corriente como una fuente de corriente constante.

2. INTRODUCCIÓN Transformadores de Corriente. Los transformadores de instrumentos tienen la tarea de convertir grandes valores de corriente y voltaje a valores pequeños que son fácilmente aplicables para los propósitos de medición. Los relevadores de sobrecorriente se conectan al elemento protegido a través de transductores primarios de corriente que, proporcionan el aislamiento necesario entre los circuitos primarios y secundarios y suministran a los relevadores señales reducidas de corriente o voltaje proporcionales a la corriente primaria. Existen en la actualidad, distintos tipos de transductores primarios de corriente, entre los cuales están: los electromecánicos que transforman corriente en corriente, los transductores que transforman corriente en voltaje, transductores magnéticos que son sensores de campo magnético de los conductores de línea, los opto eléctricos, en los que la corriente se convierte en señal lumínica y los denominados discretos la información se transmite en forma discreta. Los transformadores de corriente por su aplicación pueden subdividirse en transformadores de medición y protección, no obstante los transformadores de corriente en ocasiones se diseñan para realizar ambas funciones. Su corriente nominal por secundario puede ser de 1 ó 5 Amperios. Este último valor es el más usado en la práctica. Las cargas se conectan en serie en los transformadores de corriente, la cual es una diferencia sustancial con los transformadores de potencial y de potencia.

Transformadores de Potencial. Las mediciones de voltajes en sistemas con voltajes nominales arriba de 1000 Voltios, pueden realizarse utilizando transformadores de voltaje. El tipo inducción del transformador es tan pequeño en construcción con una exactitud de relación de transformación, que para todos los propósitos prácticos se operan en condiciones sin carga. La relación de transformación viene dada por la siguiente expresión, la cual se determina por el número de vueltas de los devanados:

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La anotación de los terminales usados para transformadores de voltaje, es U-V para el devanado primario y u-v para el devanado secundario. Ambos terminales están completamente aislados a tierra. Un solo polo aislado de los transformadores esta etiquetado con X y el no aislado con U (Figura 2.1).

Los transformadores no se cortocircuitan, un cortocircuito en el secundario del transformador destruirá al transformador. Para proteger el lado de alto voltaje se utilizan fusibles HV y también en el lado del secundario se utilizan fusibles de acuerdo a capacidad. Los transformadores de voltaje deben ser aterrizados en el secundario para protegerlo de altos voltajes en caso de cortocircuitos entre el primario y secundario. Las conexiones a tierra deben ser seleccionadas de acuerdo a la magnitud de una posible corriente de cortocircuito. En transformadores de un polo, el terminal X debe ser aterrizado. El voltaje de error de un transformador de voltaje es, el porcentaje de desviación del secundario multiplicado por la relación de transformación del transformador. El error de voltaje se calcula como positivo, si el valor actual del voltaje secundario excede el valor de referencia. El voltaje de error de un transformador de voltaje esta dado por:

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La clase de exactitud de los transformadores de voltaje para mediciones y aplicaciones de protección, se identifica por un número que da el límite del porcentaje del error de voltaje del voltaje nominal

III. MATERIALES Y EQUIPO.

No. Cantida 1 1 d 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 2

Descripción Transformador de corriente Carga resistiva SE 2666 – 9N Set de transformador de voltaje trifásico Interruptor de 03 polo Fuente de Alimentación trifásica Resistencia Variable 0-100 ohm Pinza amperimétrica

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IV. PROCEDIMIENTO. Parte I: “Prueba de polaridad”. Paso 1. Determinar la polaridad del set de transformadores de corriente, realizando la conexión eléctrica que se presenta en la Figura 2.4.

Figura 2.4: “Prueba de polaridad”. Paso 2. ¿Qué tipo de polaridad presenta: Invertida Paso 3. Explique el por qué de la respuesta anterior:

Se inyecta un pequeño voltaje de 2V al primario del transformador (V1), según la relación de transformación en el secundario (V2) se obtiene 52 y es un valor correcto, por ende la polaridad aditiva se determina sumando estas dos tensiones dando como resultado V3. Indica que en el primario del transformador la corriente entra por un lado y sale por el otro (polaridad asignada), en el secundario la salida y entrada se cambiaran en relación a la polaridad asignada en el primario. Parte II:”Curva Característica del transformador de corriente estándar” Paso 1: Ensamble el circuito de la figura 2.6.

Figura 2.6. Circuito para verificar la corriente de un transformador de corriente estándar”. Paso 2: Ajuste la corriente del primario I1, por medio del voltaje de la fuente variable y con la carga resistiva.

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Paso 3: Mida I2 en función de I1 y llene los datos de la tabla 2.2 V

10.3

20.46

31.32

40.1

50.2

60

70

80

90

100

120

130

140

150

160

170

210

I1(A)

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5

1.8

2.0

2.4

2.7

3

3.3

3.9

4.2

4.5

4.8

5.2

6.2

I2(A)

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.17

0.2

Tabla 2.2 Parte III: “Transformadores de corriente en un circuito trifiliar – sistema trifásico” En un sistema trifilar IL1 + IL2 + IL3 = 0, lo que implica que IL1= -( IL2 + IL3 ). Cuando dos corrientes se conocen, la tercera puede calcularse. Solo dos transformadores de corrientes se requieren. Paso 1. Ensamblar el circuito de la figura 2.7.

Figura 2.7:”Dos transformadores de corriente en un sistema trifásico”.

Paso 2. Con la fuente variable, coloque la corriente I1 e I2 en 0.3 Amperios. Mida I3. I1=I2=0.3 Amperios. El valor de corriente no incrementa significativamente, pero teóricamente si alcanzamos una determinada corriente, esta corriente I3 será igual a I2 y I1.

I1(A) 0.1 I2(A) 0.1 I3(A) 0.1

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Paso 3. Sin cambiar el voltaje de la fuente variable, corte la fase de la línea una después de la otra y mida la corriente I1, I2 e I3. Fases L1 Abierto L2 Abierto L3 Abierto

I1(A) 0

I3(A) I2(A) 0.101 0.102

0.098 0

0.101

0.098 0.101 0 Tabla 2.3

Parte V: “Transformadores de corriente en sistema de 4 hilos”. Paso1. Construir el circuito que se muestra en al figura 2.8 y ajustar el transformador variable para que I1 = 0.3 Amperios.

Figura 2.8: Transformadores de corriente en sistema de cuatro hilos” Paso 2. Medir la corriente I1, I2, e I3:

I1(A)

0.100

I2(A)

0.102

I3(A)

0.098

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Paso 3. Cambiar el punto neutro de los transformadores de corriente como se muestra en la figura 2.9 y mantener I1 en 0.3 Amperios.

Fig. 2.9: “Transformadores de corriente en sistema de cuatro hilos para un punto neutro diferente”. Paso 4. Medir las siguientes corrientes: I1(A)

0.102

I2(A)

0.101

I3(A)

0.099

Paso 5 ¿Qué sucede? Los valores obtenidos son aproximadamente iguales, esta variación se debe a que la primera conexión todos los puntos K del secundario están unidos y el valor de la corriente oscila entre 100 mA. En el segundo caso, los puntos l del secundario están unidos por donde transita la pequeña corriente que varía en las mediciones.

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3. CUESTIONARIO  De los resultados obtenidos en la Parte I, dibuje el transformador con su punto de polaridad.



Con papel milimétrico dibujar la curva característica el transformador de corriente de la parte II

I1 vs I2 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0

I1 vs I2

Nos podemos dar cuenta que en la intensidad del primario se sobrepaso de los 5A estipulados al principio como límite de carga; lo que paso es que no se llegaba al punto de saturación del transformador esto debido a que era un transformador de protección, y este tipo de transformadores tiene una corriente de saturación en un rango más elevado que uno de medición.

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

Dibuje el circuito equivalente de un transformador de corriente.

Donde:

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I.

INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA. 1. Con respecto a los transformadores, ¿que otra prueba de polaridad conoce, descríbala y utilice esquemas en su explicación?  POLARIDAD POR PULSO INDUCTIVO: Se realiza el circuito detallado en la figura, usando una batería de 1.5 a 12 V y un instrumento analógico de bobina móvil (CC), en el devanado de BT, con la sensibilidad suficiente para obtener una pequeña deflexión o indicación. Al cerrar el interruptor, se aplica un pulso de corriente que entra por el marcado por asterisco. Si en el lado de BT, el borne con asterisco es homólogo del anterior, el pulso de corriente es transferido, hará deflectar a la aguja en el sentido positivo .

 EL MÉTODO DEL TRANSFORMADOR PATRÓN: Este método consiste en comparar el transformador aprobar con un transformador denominado PATRÓN de polaridad conocida que tenga la misma relación de transformación, la conexión se hace de acuerdo con lo indicado en la siguiente figura. Se aplica una tensión reducida a los devanados de alta tensión que deben estar conectados en paralelo (con esto se definen H1 y H2 del segundo transformador), una vez que están eléctricamente conectados a las correspondientes terminales del primer transformador, se registra el valor medido por el voltímetro. Si este valor fuera cero o prácticamente cero, los dos transformadores tienen la misma polaridad, fijando de esta forma conocida la marcación de las terminales del transformador en prueba, si la lectura difiere de la fem del secundario de uno de los dos transformadores obtiene un valor próximo a éste, se sabe que la marcación de las terminales del segundo transformador es en secuencia opuesta al primero.

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2. ¿Qué tipos de transformadores de corriente existen en el mercado? BAJA TENSION TI Toroidales Es un transformador de intensidad sin conductor primario y aislamiento primario, que puede ser montado sobre un cable aislado. Características asignadas Máxima tensión nominal para el equipo (kV) Corriente primaria (A) Corriente secundaria (A) Frecuencia (Hz)

0.72 max. 10 000 1o5 50 o 60

Características   

Tipo seco para uso interior, aislado en bloque de resina. Para medida y protección. Disponible para la mayoría de normas eléctricas.

ALTA TENSION Transformador de corriente de alta tensión 72.5 - 800 kV | TG

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3 ¿Existe alguna diferencia entre transformadores de corriente?

transformadores

de

instrumentos

y

El T .I. difiere del transformador de potencia en su forma de trabajo:  

  

En primer lugar, el arrollamiento primario de un transformador de intensidad, se conecta en serie con la línea o circuito cuya intensidad se desea medir, mientras que el transformador de potencia se alimenta en derivación. En segundo lugar, las impedancias de carga del T.I. en el secundario son bobinas amperimétricas que corresponden a los aparatos de medida, luego con valores muy bajos, lo que significa que trabajarán muy próximos al cortocircuito en el secundario. En tercer lugar observar que, a diferencia de los transformadores de potencia, por el primario del T.I. circulará una intensidad independientemente de la carga conectada en el secundario. Por último, el primario del T.I. no está sometido a la tensión de la red, sino que en Bornes, solamente se produce una simple caída de tensión. Esta caída de tensión debe ser necesariamente pequeña, ya que de otra forma, se alteraría excesivamente el funcionamiento del circuito objeto de medida. Sólo interesa tenerla en cuenta a la hora de analizar los errores de medida.

4. ¿Qué sucedería si a un transformador de corriente se le coloca un fusible de protección a la salida del secundario, es correcto hacerlo? No sería correcto por que la presencia del flujo remanente en el núcleo magnético, puede provocar errores en la medida del transformador además de que el secundario del transformador no tiene que estar en condición de abierto.

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5. ¿Cómo se representa simbólicamente en las diferentes normas eléctricas los transformadores de potencial y los transformadores de corriente?

6. ¿Cuáles son las precauciones que se deben de tener al conectar y manipular transformadores de corriente en un circuito energizado? El devanado secundario siempre debe estar cortocircuitado antes de desconectar la carga. Si se abre el circuito secundario con circulación de corriente por el primario, todas las ampervueltas primarias son ampervueltas magnetizantes y normalmente producirán una tensión secundaria excesivamente elevada en bornes del circuito abierto. Todos los circuitos secundarios de los transformadores de medida deben estar puestos a tierra; cuando los secundarios del transformador de medida están interconectados; solo debe ponerse a tierra un punto. Si el circuito secundario no esta puesto a tierra, el secundario, se convierte, de hecho, en la placa de media de un condensador, actuando el devanado de alta tensión y tierra como las otras dos placas. 7. ¿Que tan importante es conocer la polaridad de los transformadores? Es demasiado importante, ya que teniendo en cuenta la polaridad del transformador es que sabremos como conectarlo; ya que el fabricante nos proporcionará los datos para el tipo de conexión pero no nos dirá que manera de conectar es la más adecuada.

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4.

Observaciones y Conclusiones:  En el transformador de protección analizado pudimos denotar que tenía la bobina del secundario conectada en los dos núcleos del transformador; este tipo de conexión nos hizo denotar que conectando de esta manera es como se mejora la reluctancia en el transformador.  Bobinando el devanado secundario del transformador en sentido contrario es como se mejora la saturación del transformador.  Los transformadores de protección tienen una corriente de saturación más elevada que los de medición esto se debe a que tienden a trabajar con más corriente que los de medición.  Un método de compensación pasivo para reducir errores de los transformadores de orriente fue presentado. Agrega un condensador y un transformador auxiliar para compensar los errores de relación y desplazamiento de fase. Un banco de transformadores de corriente reales, en un sistema de 150 kV, con errores hasta el 4% fue compensado para lograr cumplir con la clase 0.2 según la norma IEC 60044.  La corriente nominal en el secundario puede ser de 1 a 5 amperios. Mayormente se usa el de 5 amperios en la práctica.  Las cargas se deben en serie a los transformadores de corriente.  Un transformador está conectado en polarización aditiva cuando la corriente de dos de sus fases se suma. Y está conectado de manera sustractivo cuando la corriente de dos de sus fases se resta.  Se conectó los transformadores de medida de corriente en sistemas trifásicos balanceados y desbalanceados.  Se debe realizar la prueba de los tres multimetros para la verificación de la polaridad de los transformadores, así se evitaran errores en la medición.  La relación de transformación, salió casi muy cercana a la nominal, lo que quiere decir que los transformadores se encuentran en buen estado.  No se debe sobrepasar la corriente nominal del transformador, al momento de ponerlo en c.c. Ya que se podría dañar.

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