Coordinación Cargas Eslabones Características Pruebas laboratorio
CURVA DE SOBRECARGA
Los dispositivos de protección tales como relevadores y fusibles tienen las características de operación bien definidas, las que relacionan la magnitud de la falla con el tiempo de
operación. Estas curvas características deberán ser coordinadas con unas curvas comparables aplicables a los transformadores, las que relacionan la duración y la magnitud de la falla con la capacidad sostenida de resistencia.
La magnitud y duración de las corrientes de falla son de una importancia extrema estableciendo una práctica coordinada de protección para los transformadores, tanto los efectos térmicos como mecánicos de las corrientes de falla deberán ser considerados. Para las magnitudes de las corrientes de falla cerca a la capacidad de diseño del transformador, los efectos mecánicos son más importantes que los efectos térmicos. Con magnitudes bajas de corriente de falla acercándose al valor de sobrecarga, los efectos mecánicos asumen menos importancia, a menos que la frecuencia de la ocurrencia de falla sea elevada. El punto de transición entre el interés mecánico y el interés térmico no puede ser definido exactamente, aunque los efectos mecánicos tienden a tener un papel más importante en las grandes capacidades nominales de kilovoltiamperios, a causa de que los esfuerzos mecánicos son elevados.
Carga con base en las sobrecargas
de corta duración sin afectar la vida
esperada normal del transformador
Los transformadores pueden operarse por encima 110OC, promedio de temperatura del punto más caliente, durante cortos periodos o durante periodos más largos con temperaturas inferiores a 110OC, debido a que el envejecimiento térmico es un proceso acumulativo. Las cargas
temperatura continua del punto mas caliente de 110C. La determinación del porcentaje de pérdida de vida está basada en ciclos de carga de 24 h y una mínima duración de vida de 20 años. Las máximas pérdidas de vida son de 0.0137% día.
La característica de soporte de sobrecarga está dada por los siguientes puntos, asumiendo una temperatura ambiente de 20oC y una precarga precedente = 90%, como se indica en la Tabla 7 de la norma ANSI/IEEE C57.91 – 1981 (Figura 3, Segmento C).
Carga de corta duración con
sacrificio moderado de la vida esperada
Cuando el efecto de envejecimiento de un ciclo de carga o el efecto de envejecimiento acumulativo de un número de ciclos de carga es mayor que el efecto de envejecimiento de la operación continua con carga nominal sobre un periodo dado, el aislamiento se deteriora a una velocidad mayor que la normal, siendo esta una función del tiempo y de la temperatura expresada comúnmente como un porcentaje de pérdida de vida. Se considera razonable una pérdida promedio de vida adicional de 1% por año o 5% en una operación de emergencia.
Tabla 7
Loading Capability Table for 65oC Rise Transformers for Normal and Moderate Sacrifice of Life Expectancy (Based on 65oC Rise Transformer Characteristics, Table 3) Continuous Equivalent
Load Exclusive of Peak Load = 90% of Nameplate Rating (Use Method Described in 5.2 for Converting Actual Load Cycle to Equivalent Load Cycle)
Ambient Temperature (oC)
Tiempo (segundos)
Veces de la corriente
nominal
3600 2.02 7200 1.74 14400 1.50 28800 1.33 86400 1.16 Peak Load Dura-Tion (h) Extra* Loss of Life (%) Peak Load Per Unit Maxi-mum Hot test Spot Temp-eratur (c°) Maxi- mum Top Oil Temp-era- ture (c°) Peak Load Per Unit Maxi- mum Hot- test Spot Temp-era- ture (c°) Maxi- mum Top- Oil Temp-era- ture (c°) Peak Load Per Unit Maxi- mum host test Spot Temp- era- ture (c°) Maxi- mum Top- Oil Temp- era- ture (c°) Normal 2.31 155 79 2.16 154 85 2.02 153 91 0.05 2.57 177 86 2.44 176 93 2.31 175 99 0.10 2.66 185 89 2.54 184 96 2.41 184 102 1 0.50 2.94 210 98 2.81 209 104 2.70 208 110 Normal 2.00 148 88 1.87 146 92 1.74 145 97 0.05 2.21 169 97 2.11 168 102 1.98 166 107 0.10 2.30 178 102 2.19 176 106 2.07 175 111 2 0.50 2.52 200 113 2.42 199 117 2.31 198 122Curva de capacidad térmica
Los transformadores deben estar diseñados y construidos para soportar esfuerzos de tipo mecánico y térmico resultantes de fallas externas.
En general, el aumento de temperatura de este tipo de fallas es aceptable; sin embargo, los efectos mecánicos son intolerables cuando las fallas externas tienen un carácter repetitivo, debido al efecto acumulativo de los fenómenos de compresión, fatiga y desplazamientos internos en el material de aislamiento.
El daño resultante ocasionado por estos fenómenos es una función de la magnitud, duración y frecuencia de las fallas.
La característica de capacidad térmica limita la temperatura de los devanados del transformador, bajo el supuesto de que todo el calor almacenado esta limitado a 200oC para el aluminio y 250oC para conductor de cobre en condiciones de cortocircuito.
Esta condición satisface la ecuación descrita a continuación, asumiendo que la temperatura máxima ambiente es de 30oC promedio y la temperatura máxima de servicio llega a 110oC antes del cortocircuito, según lo descrito en la NTC 2797 (3.4.2.1).
I²t = 1250
Donde:
I = corriente simétrica de cortocircuito en valor por unidad
t = duración en segundos
La categoría I incluirá los transformadores de distribución de acuerdo con la norma C57.12.20 – 1998 del IEEE hasta 500 KVA, monofásicos o trifásicos.
1.00 2.62 211 118 2.52 210 122 -- -- --Normal 1.73 140 92 1.62 138 95 1.50 136 98 0.05 1.91 160 104 1.82 159 107 1.71 158 111 0.10 1.98 168 109 1.89 168 112 1.79 166 116 4 0.50 2.17 191 122 2.08 190 125 1.99 189 129 Normal 1.53 130 90 1.44 129 93 1.33 127 95 0.05 1.69 149 102 1.60 148 105 1.51 146 108 0.10 1.75 156 107 1.67 156 110 1.57 155 113 8 0.50 1.90 177 121 1.83 177 124 1.74 175 127 Normal 1.35 112 80 1.26 112 83 1.16 111 86 0.05 1.49 129 91 1.41 129 94 1.32 128 97 0.10 1.54 136 96 1.47 136 99 1.38 135 102 24 0.50 1.69 155 108 1.61 154 111 1.53 154 114 1.00 1.75 163 114 1.68 163 117 1.60 163 120
La guía de la Norma Nacional Americana ANSI C57.92 – 1962 para los transformadores de distribución de carga sumergidos en baño de aceite y de potencia, contiene una sección titulada dispositivo de protección, la cual proporciona información indicando la capacidad de carga térmica de corta duración de los transformadores sumergidos en baño de aceite como se resume en la siguiente tabla (Figura 3, Segmento B).
Curva de corrientes transitorias
Cuando un transformador se energiza, existe una corriente de excitación cuya magnitud viene definida por el flujo residual en el núcleo del transformador y el punto de conexión en la curva de tensión. Se ha establecido una curva definida por los siguientes puntos según la NTC 2797 (3.6) (Figura 3, Segmento A)
Tiempo (segundos)
Veces de la corriente
nominal
2 25.0 10 11.3 30 6.3 60 4.75 300 3.0 1800 2.0Tiempo (segundos)
Veces de la corriente
nominal
0.01 25.0
0.1 12
1.0 6
