Principio de funcionamiento y configuración de protección de los transformadores de puesta a tierra

Transformador de puesta a tierra en zigzag

Estructura de los devanados: Los devanados de un transformador de puesta a tierra en zigzag adoptan una conexión en zigzag. Cada devanado de fase consta de dos secciones enrolladas en columnas de núcleo diferentes. Estas dos secciones tienen el mismo número de espiras y direcciones de enrollamiento opuestas.

Principio de funcionamiento: En condiciones normales de operación, dado que las tensiones trifásicas son simétricas, la suma de las corrientes en los devanados trifásicos es cero, y el transformador de puesta a tierra opera en estado de vacío con solo una pequeña corriente de excitación. Cuando se produce un fallo a tierra monofásico en el sistema, la tensión de la fase defectuosa cae a cero, mientras que la tensión de las fases no defectuosas aumenta hasta la tensión de línea.

Debido a la estructura especial del devanado en zigzag, los flujos magnéticos de secuencia cero generados por las dos secciones de cada devanado de fase se cancelan entre sí en el núcleo bajo la acción de la tensión de secuencia cero.

Esto da como resultado una impedancia de secuencia cero muy pequeña, proporcionando así un camino de corriente de secuencia cero suficientemente grande para el sistema para garantizar el funcionamiento fiable de los dispositivos de protección a tierra.

Transformador de puesta a tierra convertido a partir de un transformador trifásico ordinario

• Conexión de los devanados: Por lo general, los devanados de un transformador trifásico ordinario se conectan en configuración de estrella (Y), con el punto neutro puesto a tierra a través de una resistencia de puesta a tierra o una bobina de supresión de arco (bobina Petersen).
• Principio de funcionamiento: En condiciones normales de operación, los voltajes trifásicos son simétricos, el potencial del punto neutro es cero y no hay corriente de secuencia cero en los devanados. Cuando ocurre una falla a tierra monofásica, el potencial del punto neutro aumenta, generando un voltaje de secuencia cero. Bajo la acción de este voltaje de secuencia cero, aparece una corriente de secuencia cero en los devanados. Al seleccionar razonablemente los parámetros de la resistencia de puesta a tierra o la bobina de supresión de arco, se puede controlar la magnitud de la corriente de secuencia cero para cumplir con los requisitos de protección de puesta a tierra y limitar las sobretensiones durante las fallas.

Configuración de protección de los transformadores de puesta a tierra

Protección contra corriente de secuencia cero

• Principio de configuración: Se instala un transformador de corriente de secuencia cero en la línea de salida del punto neutro del transformador de puesta a tierra. En condiciones normales de operación del sistema, la suma vectorial de las corrientes trifásicas es cero, por lo que el transformador de corriente de secuencia cero no tiene salida. Cuando ocurre una falla a tierra monofásica, se genera corriente de secuencia cero. Cuando esta corriente alcanza el valor establecido, el dispositivo de protección opera.
• Función: Detecta y elimina rápidamente las fallas a tierra para prevenir la expansión de la falla, protegiendo el equipo y la seguridad del sistema.

Protección contra sobrecorriente

• Principio de configuración: Se instalan transformadores de corriente en el lado primario o secundario del transformador de puesta a tierra para monitorear su corriente. Cuando la corriente supera el umbral de sobrecorriente establecido, el dispositivo de protección opera después de un retardo de tiempo.
• Función: Protege el transformador de puesta a tierra de daños durante sobrecargas o fallas de cortocircuito.

Protección por gas (Protección Buchholz)

• Principio de configuración: Se instala un relé de gas (relé Buchholz) en los transformadores de puesta a tierra sumergidos en aceite. Cuando ocurre una falla interna menor, generando una pequeña cantidad de gas, la protección de gas ligero se activa para enviar una señal. Cuando ocurre una falla grave, generando una gran cantidad de gas e impacto de flujo de aceite, la protección de gas pesado se activa para disparar el interruptor.
• Función: Responde de manera sensible a las fallas internas en el transformador de puesta a tierra, especialmente las fallas menores en etapas tempranas, permitiendo tomar medidas oportunas.

Protección por temperatura

• Principio de configuración: Se instalan sensores de temperatura en los devanados o el núcleo del transformador de puesta a tierra para monitorear la temperatura en tiempo real. Cuando la temperatura supera el valor establecido, el dispositivo de protección opera.
• Función: Previene que el transformador de puesta a tierra dañe su aislamiento debido al sobrecalentamiento, extendiendo la vida útil del equipo y asegurando una operación segura.

Protección contra sobretensión

• Principio de configuración: Monitorea el voltaje del transformador de puesta a tierra instalando relés de sobretensión o utilizando la función de protección contra sobretensión dentro de los dispositivos de protección integrados. Cuando ocurre una condición de sobretensión, el dispositivo de protección opera.
• Función: Limita las posibles sobretensiones en el sistema, protegiendo el aislamiento del transformador de puesta a tierra y otros equipos.