PROTECCIONES DEL TRANSFORMADOR DE POTENCIA

En este subtema se describirán algunos de los dispositivos de protección y control, más

usuales que son utilizados en un transformador dependiendo de su importancia y de su

capacidad podrá tener uno o varios de ellos.

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Transformador de Potencia de una Subestación Eléctrica de Distribución

Termómetros temperatura del aceite (26Q).

Este dispositivo se utiliza para conocer la temperatura del aceite y con ella poder

determinar, si el transformador se encuentra trabajando en condiciones normales.

Normalmente los termómetros traen consigo una aguja de arrastre la cual indica la

temperatura máxima alcanzada en un cierto período, en ocasiones también cuenta con

terminales que se conectan a una alarma que indicará temperaturas anormales de operación.

Termómetros temperatura del aceite (26Q)

Termómetro de temperatura de devanado (49T).

Estos detectores se fabrican de una aleación metálica, la cual al aumentar la temperatura se

dilata, lo que provoca una generación de voltaje. Estos dispositivos se emplean para

detectar la temperatura de los devanados, normalmente éstos detectores se solicitan con

TRO (Termical Relay Overcurrent).

El detector de imagen térmica tiene 3 microswitch y tiene la siguiente secuencia de

operación:

1. El microswitch No. 1 el cual está ajustado para cerrar a una temperatura de 70ºC

y permite el flujo de la corriente para cerrar un circuito de control (banco de

ventiladores 1).

2. El microswitch No. 2 el cual está ajustado para cerrar a una temperatura de 75ºC

para cerrar un circuito de control (banco de ventiladores 2).

3. El microswitch No. 3 el cual está ajustado para cerrar a una temperatura de 117ºC

el cual manda una alarma y dispara los interruptores de baja y alta tensión para

aliviar el incremento de temperatura debido al aumento de la carga. Algunas

veces está arreglado el microswitch No. 3 para ser la restricción de carga de los

circuitos de distribución para poder así disminuir la temperatura del

transformador sin necesidad de que se disparen los interruptores de baja y de

alta del transformador.

Relevador de sobretemperatura (49T)

Indicador de nivel de aceite (71Q).

Este dispositivo se emplea para indicar si existe cantidad suficiente de aceite para el

enfriamiento del transformador, permitiendo así también la detección de una falla en el

sistema de bombeo o una ruptura en el tanque. Este dispositivo tiene dos alarmas una de

bajo nivel de aceite y otra de alto nivel de aceite, las cuales solo serán visualizadas en el

control supervisorio como una alarma de bajo o alto nivel de aceite.

Relevador de nivel líquido (71Q)

RELEVADOR BUCHHOLZ (63T).

La protección Buchholz, es simple y eficaz, y debería emplearse en todos los

transformadores en aceite, equipados con depósito de expansión y cualquiera que fuera su

potencia. Sin embargo, como no detecta más que los defectos originados en su interior del

transformador, debe completarse con dispositivos para la protección de los defectos que se

originan en el exterior de la cuba del transformador.

La acción del relevador Buchholz está basada en el hecho de que cualquier accidente que

sobrevenga a un transformador, está precedido de una serie de fenómenos sin gravedad, a

veces imperceptible, pero que a la larga, conducen a la destrucción del transformador. Por

lo tanto habrá que detectar los primeros síntomas de la perturbación y avisar el hecho con

una señal acústica o visible; no es necesario en este caso poner fuera de servicio

inmediatamente, sino tener en cuenta las circunstancias y desacoplar el transformador

cuando lo permitan las condiciones de la explotación.

Funcionamiento: El receptáculo “A” normalmente lleno de aceite contiene dos flotadores

“B” y “D” móviles alrededor de ejes fijos. Si a consecuencia de un defecto poco importante

se producen pequeñas burbujas de gas, éstas se elevan en la cuba del transformador y se

dirigen hacia el depósito conservador de aceite. Estas burbujas son captadas por el aparato

y almacenadas en el receptáculo. Como consecuencia, el flotador superior “B” se inclina, y

cuando la cantidad de gas es suficiente, cierra sus contactos “C” que alimentan al circuito

de alarma “D”.

Si continua el desprendimiento de gas, el nivel de aceite en el receptáculo, baja hasta que

los gases puedan alcanzar la tubería que los lleva hasta el depósito conservador. Una

observación de la cantidad y el aspecto de los gases desprendidos permiten localizar la

naturaleza y la gravedad del defecto. El color de los gases, da una buena identificación

sobre el lugar donde se ha producido el defecto; ejemplo:

· Gases blancos, proceden de la destrucción de papel.

· Gases amarillos, proceden de la deterioración de piezas de madera.

· Gases negros o grises, proceden de la descomposición del aceite.

El flotador inferior “B” conserva su posición de reposo mientras sea lento el

desprendimiento de gases. Si el defecto se acentúa, el desprendimiento se hace violento y se

producen grandes burbujas, de tal forma que a consecuencia del choque el aceite refluye

bruscamente a través de la tubería hacia el depósito conservador de aceite. Este flujo de

aceite encuentra al flotador “B” y lo acciona lo que provoca la desconexión “F” del

interruptor en el lado de alta y baja tensión poniendo al transformador fuera de servicio.

Funcionamiento del relevador Buchholz

Relevador Buchholz (63T)

Válvula de sobrepresión (63P).

La válvula de sobrepresión de diafragma es un dispositivo que va colocado en la tapa

superior del transformador. Consta de un recipiente tubular y una membrana que resiste

una presión determinada y que se fractura cuando la presión interior del tanque se torna

peligrosa. Esto ocurre por ejemplo cuando se presenta un cortocircuito en el lado

primario o bien cruzamiento entre devanados lo que provoca una elevación de

temperatura, provocando un aumento de presión y como consecuencia fractura de la

membrana, permitiendo así la salida del aceite y gases hasta equilibrar las presiones,

evitando con ello que el tanque llegue a explotar.

Válvula de sobrepresión

Sistema de preservación del aceite.

Aunque el aceite de los transformadores es un producto de alto grado de refinación, no es

químicamente puro, es una mezcla de hidrocarburos con otros compuestos naturales que no

son perjudiciales. Existe cierta evidencia de que unos cuantos de estos compuestos son

benéficos para retardar la acción oxidante del aceite. Aunque éste no sea una sustancia

pura, unas cuantas impurezas son destructivas para sus propiedades dieléctricas.

Los factores que dan más problemas son el agua, el oxígeno y la infinidad de compuestos

que se forman por la acción conjunta de éstos a temperaturas elevadas.

El agua en suspensión en cantidades pequeñas ocasiona una seria disminución de la

resistencia dieléctrica, razón primordial para preocuparse por la humedad en el aceite del

transformador, empero, puede no ser el aceite mismo, si no el papel y el cartón prensado

que la absorbe rápidamente, lo que incrementa la pérdida dieléctrica y bajando la

resistencia dieléctrica a la vez que se acelera el envejecimiento del papel.

Se reconoce, en general en la actualidad, que la mejor respuesta para el problema del aire y

el agua es eliminarlos y mantenerlos fuera. Para tal fin, en la práctica se sellan

completamente los tanques de los transformadores. Se emplean alrededor de tres esquemas

básicos en los transformadores como sigue:

Un espacio grande para gas arriba del aceite, del tamaño suficiente para absorber la

dilatación y la contracción sin variación excesiva de la presión. Inevitablemente puede

haber algo de aire presente en el espacio para el gas en el momento de la instalación, pero

pronto se combina el oxígeno en su mayor parte con el aceite sin ocasionar un deterioro

significativo, y deja una atmósfera formada principalmente por nitrógeno.

Una atmósfera de nitrógeno arriba del aceite, mantenida en un intervalo de presión positiva

moderada por medio de un tanque de almacenamiento de nitrógeno comprimido y válvulas

de operación automática. Este esquema tiene la ventaja de que impide la entrada del aire o

de humedad mediante la presión positiva interna continua, y la desventaja de tener un costo

alto.

Un sistema de preservación del aceite a presión constante consiste en un tanque de

expansión con un diafragma flexible de hule sintético que flota sobre la superficie del

aceite. Este esquema tiene las ventajas de que el aceite nunca está en contacto con el aire.

La desventaja es el costo más alto. Se han ideado diversas variantes mecánicas y

elaboraciones de esta idea general.

El equipo inertaire es un sistema que asegura una larga vida de los aislamientos y una

insignificante deterioración del aceite, al eliminar el oxígeno y la humedad que se podría

absorber hacia el interior del transformador como este sufre variaciones en la temperatura

del aceite, manteniendo un acojinamiento de nitrógeno seco por encima del aceite

dieléctrico como se ilustra en la figura 2.8.

· Gases blancos, proceden de la destrucción de papel.

· Gases amarillos, proceden de la deterioración de piezas de madera.

· Gases negros o grises, proceden de la descomposición del aceite.

El flotador inferior “B” conserva su posición de reposo mientras sea lento el

desprendimiento de gases. Si el defecto se acentúa, el desprendimiento se hace violento y se

producen grandes burbujas, de tal forma que a consecuencia del choque el aceite refluye

bruscamente a través de la tubería hacia el depósito conservador de aceite. Este flujo de

aceite encuentra al flotador “B” y lo acciona lo que provoca la desconexión “F” del

interruptor en el lado de alta y baja tensión poniendo al transformador fuera de servicio.

Preservación del aceite o inertaire

El nitrógeno se suministra a baja presión desde una válvula reductora y se alimenta

automáticamente al interior del transformador siempre que la presión interna del tanque

descienda a menos de 0.5 lb/in2

. El nitrógeno está contenido en un cilindro de acero a una

presión de 2000 lb/in2

y el equipo inertaire regula esta presión bajándola hasta 0.5 lb/in2 .

El equipo inertaire consta de tres alarmas que se accionan como siguen:

1. Cuando la presión del nitrógeno contenido en el cilindro de acero baja a 200

lb/in2

es decir, cuando el contenido del cilindro es aproximadamente el 10% de

su capacidad total.

2. Cuando la presión en el interior del tanque del transformador alcanza el valor de

8.0 lb/in2 .

3. Cuando se forma vació de –2.5 lb/in2

(presión negativa en el interior del

transformador) al dejar que el contenido del nitrógeno del cilindro de acero se

vacié por completo.

Entre los dispositivos con que cuenta el transformador de potencia algunos solamente son

alarmas y no provocan un disparo sobre los interruptores, otros de los dispositivos si están

provistos de alarmas y disparan a los interruptores ya sea de alta o baja del transformador.

Dispositivos del transformador de potencia