Descripción corrientes de estabilización
Las corrientes de estabilización en un relé diferencial de transformador son las corrientes secundarias que entran a los terminales del relé diferencial y que, aunque tengan valores con magnitudes elevadas debido a fallas pasantes, no provocan que la corriente diferencial calculada sea muy distinta de cero. Esto se logra cuando las magnitudes y ángulos de las corrientes secundarias que entran a los terminales del relé diferencial se corresponden con los ajustes configurados en el grupo vectorial del transformador y la relación y conexión de los transformadores de corriente. Se llaman corrientes de estabilización porque “estabilizan” en valores cercanos a cero la corriente diferencial resultante. Este término es tomado de los antiguos relés electromecánicos, ya que las corrientes se utilizaban para balancear o equilibrar el contacto de disparo en una posición central. Si había un desequilibrio en las corrientes diferenciales, entonces el contacto se inclinaba y provocaba un disparo. Las corrientes de estabilización son corrientes medidas directamente por el relé.
Decimos valores cercanos a cero o no muy distinta de cero en la corriente diferencial debido a que hay diferencias en las corrientes vistas por el relé provocadas por distintos factores:
- Errores en la medición de los transformadores de corriente para corrientes nominales.
- Saturación de los transformadores de corriente para corrientes de falla.
- Cambiadores de taps bajo carga los cuales varían la relación de voltajes del transformador.
- Corrientes de magnetización en vacío.
- Pérdidas en el transformador, etc.
Hay dos corrientes adicionales que son calculadas por el relé diferencial moderno y que vamos a describir a continuación:
- La corriente de restricción, frenado o bias IRS . Esta corriente es una indicación de cuánta corriente está circulando por el transformador. Los fabricantes tienen distintos modos de calcular la corriente IRS . Las ecuaciones más comunes son las siguientes:
- La corriente diferencial IOP . Esta corriente debe tener valores bajos para corrientes nominales o fallas externas y valores altos para fallas internas. La manera de calcularla es:
Cuando hablamos de fallas pasantes (through faults en inglés) nos estamos refiriendo a fallas externas al transformador, que provocan una circulación de corriente mayor a la nominal, donde el flujo de corriente atraviesa el transformador de un devanado hasta el otro, debido a que el transformador se encuentra localizado entre el punto de falla y la fuente de energía.
Algunos relés modernos tienen unos parámetros que se pueden configurar para monitorear las ocurrencias y valores de fallas pasantes. Luego estos datos pueden ser útiles para estimar los esfuerzos a los que ha sido sometido el transformador y aplicarlos en programas de mantenimiento preventivo.
Grupos vectoriales de transformadores
Los grupos vectoriales de transformadores representan la conexión interna de los devanados de potencia y el ángulo de desfase que hay entre el voltaje del lado de alta tensión (o de referencia) y el voltaje en el lado de baja tensión. Aunque la nomenclatura para grupos vectoriales utiliza el lado de alta tensión como referencia, en los ajustes de los reles de protección diferencial podemos utilizar cualquier devanado como referencia.
Intencionalmente no he querido utilizar las palabras primario y secundario, ya que pueden crear confusión debido a que primario significa por donde entra la energía y secundario es para indicar por donde sale la energía, y ambos, primario y secundario, pueden ser indistintamente los lados de alta o baja tensión.
La nomenclatura que indica el grupo vectorial para transformadores de fabricación IEC es del tipo Mmi. Donde:
- M en mayúsculas, es la conexión del devanado de alta tensión, puede ser estrella (Y) o delta (D).
- m en minúsculas, es la conexión del devanado de baja tensión, puede ser estrella (y) o delta (d) o zigzag (z).
- i es el índice horario, que al ser multiplicado por 30°, representa el ángulo en que los voltajes del devanado de baja tensión se retrasan con respecto a los voltajes del devanado de alta tensión. El ángulo en retraso podemos verlo como el que aumenta con un giro a favor de las manecillas del reloj.
- Si los devanados con conexiones en estrella tienen el neutro llevado hacia afuera del transformador por medio de aisladores pasatapas (bushings en inglés), entonces se coloca una N o n, a la derecha de la conexión en estrella. En caso contrario, no se coloca la N o n.
Fasores típicos en protección diferencial
YNd1 Transformador Elevador de Generación
Este grupo vectorial se utiliza comúnmente en estaciones generadoras para elevar el voltaje de media tensión de salida de los generadores hasta un voltaje que puede ser utilizado en el sistema de transmisión para transportar la energía generada.
Los sistemas de transmisión normalmente utilizan una estrella aterrizada sólidamente para tener una referencia para las tensiones y también para detección y despeje rápido de fallas a tierra, ya que la corriente de cortocircuito a tierra tiene magnitudes elevadas. Los generadores normalmente están conectados en estrella y aterrizados los neutros por medio de una impedancia, lo cual hace que la corriente de falla a tierra tenga valores reducidos. Para contribuir a esto, los generadores se conectan a devanados de transformadores en delta, de modo que se detecte la falla a tierra con magnitudes de corriente bajas incluyendo el lado delta del transformador.
El grupo vectorial YNd1 indica lo siguiente:
- Y, conexión del devanado de alta tensión en estrella.
- N, que el neutro del lado de alta tensión sale del transformador y está asequible.
- d, conexión del devanado de baja tensión en delta.
- 1, desfase de 1 x 30° = 30° en que retrasan los voltajes del lado de baja tensión con respecto a los voltajes de alta tensión.
NOTA: En los diagramas siguientes he utilizado las flechas de las corrientes no en el sentido del flujo que llevan, sino reflejando el ángulo en el índice horario que tienen ( 0°, 30°). El sentido de las corrientes está expresado por la flecha circular negra .
YNd11 Transformador Elevador de Generación
El grupo vectorial YNd11 indica lo siguiente:
- Y, conexión del devanado de alta tensión en estrella.
- N, que el neutro del lado de alta tensión sale del transformador y está asequible.
- d, conexión del devanado de baja tensión en delta.
- 11, desfase de 11 x 30° = 330° en que se retrasan los voltajes del lado de baja tensión con respecto a los voltajes de alta tensión.
Dyn1 Transformador Reductor Distribución
El grupo vectorial Dyn1 indica lo siguiente:
- D, conexión del devanado de alta tensión en delta.
- y, conexión del devanado de baja tensión en estrella.
- n, que el neutro del lado de baja tensión sale del transformador y está asequible.
- 1, desfase de 1 x 30° = 30° en que se retrasan los voltajes del lado de baja tensión con respecto a los voltajes de alta tensión.
Dyn11 Transformador Reductor Distribución
El grupo vectorial Dyn11 indica lo siguiente:
- D, conexión del devanado de alta tensión en delta.
- y, conexión del devanado de baja tensión en estrella.
- n, que el neutro del lado de baja tensión sale del transformador y está asequible.
- 11, desfase de 11 x 30° = 330° en que se retrasan los voltajes del lado de baja tensión con respecto a los voltajes de alta tensión.
Dy5 Transformador Reductor Excitación
Este grupo vectorial lo he visto principalmente en transformadores de excitación en estaciones generadores, los cuales están conectados directamente a la salida del generador y autoalimentan el sistema de excitación luego que el voltaje de salida del generador ha alcanzado un nivel de alrededor de un 70%.
El grupo vectorial Dy5 indica lo siguiente:
- D, conexión del devanado de alta tensión en delta.
- y, conexión del devanado de baja tensión en estrella que tiene el neutro por dentro del transformador.
- 5, desfase de 5 x 30° = 150° en que se retrasan los voltajes del lado de baja tensión con respecto a los voltajes de alta tensión.
YNyn0 Autotransformador Sistema Transmisión
El grupo vectorial YNyn0 se utiliza mayormente para elevar o reducir los voltajes en sistemas de transmisión. Acá se mantienen los devanados aterrizados sólidamente para una rápida detección y despeje de fallas a tierra ocurridas en el sistema de transmisión.
El grupo vectorial YNyn0 indica lo siguiente:
- Y, conexión del devanado de alta tensión en estrella.
- N, que el neutro del lado de alta tensión sale del transformador y está asequible.
- y, conexión del devanado de baja tensión en estrella.
- n, que el neutro del lado de baja tensión sale del transformador y está asequible.
- 0, desfase de 0 x 30° = 0° entre los voltajes del lado de baja tensión con respecto a los voltajes de alta tensión.
Valores de corriente de estabilización
Para determinar las corrientes de estabilización, tomemos como ejemplo el siguiente transformador:
Si queremos probar un relé diferencial que tenga la configuración mostrada, entonces deberíamos realizar unas inyecciones con 6 corrientes teniendo las magnitudes y ángulos siguientes:
| Corriente | Magnitud | Angulo |
|---|---|---|
| IaW1 | 3.26 | 0° |
| IbW1 | 3.26 | 120° |
| IcW1 | 3.26 | 240° |
| IaW2 | 4.08 | 150° |
| IbW2 | 4.08 | 270° |
| IcW2 | 4.08 | 30° |
Para probar manualmente la característica de doble pendiente, entonces debemos utilizar los mismos ángulos de las corrientes de estabilización e ir aumentando la magnitud de corriente de un lado del transformador mientras mantenemos constante la corriente del otro lado.
En otra publicación veremos en más detalle este punto.
