Protección Diferencial de un Transformador

Protección diferencial de un transformador

Los transformadores son componentes clave en los sistemas de energía. Como dispositivos estáticos, completamente cerrados y generalmente sumergidos en aceite, las fallas en ellos son relativamente infrecuentes. Sin embargo, incluso una falla rara puede tener consecuencias graves para un transformador de potencia. Por lo tanto, proteger los transformadores de potencia contra posibles fallas es de suma importancia.

Las fallas en los transformadores se clasifican principalmente en dos tipos: fallas externas e internas. Las fallas externas se eliminan rápidamente mediante el sistema de relés fuera del transformador para evitar cualquier daño al transformador por tales fallas. Para las fallas internas en este tipo de transformador, se emplea un sistema de protección diferencial.

Los esquemas de protección diferencial se utilizan principalmente para proteger contra fallas entre fases y entre fase y tierra. La protección diferencial para transformadores de potencia se basa en el principio de corriente circulante de Merz-Price. Este tipo de protección se aplica generalmente a transformadores con una potencia nominal superior a 2 MVA.

Conexión para la protección diferencial del transformador

Los transformadores de potencia están conectados en estrella en un lado y en delta en el otro. Los transformadores de corriente (TC) en el lado conectado en estrella están conectados en delta, mientras que aquellos en el lado conectado en delta están conectados en estrella. Los neutros de ambas conexiones en estrella, tanto de los transformadores de corriente como del transformador de potencia, están conectados a tierra.

Un bobinado de restricción se conecta entre los devanados secundarios de los transformadores de corriente. Este bobinado de restricción regula la sensibilidad del sistema. El bobinado operativo se posiciona entre el punto de toma del bobinado de restricción y el punto estrella de los devanados secundarios de los transformadores de corriente.

Funcionamiento del sistema de protección diferencial

En condiciones normales, el bobinado operativo no lleva corriente ya que las corrientes en ambos lados del transformador de potencia están en equilibrio. Sin embargo, cuando ocurre una falla interna dentro de los devanados del transformador de potencia, este equilibrio se interrumpe. Como resultado, los bobinados operativos del relé diferencial llevan una corriente que corresponde a la diferencia de corriente entre los dos lados del transformador. Esto provoca que el relé active los interruptores principales en ambos lados del transformador de potencia.

Problemas con el sistema de protección diferencial

Cuando un transformador se energiza, fluye a través de él una corriente de magnetización transitoria. Esta corriente puede ser hasta 10 veces la corriente de carga total y decae con el tiempo. Esta corriente de magnetización fluye en el devanado primario del transformador de potencia, causando una discrepancia en la salida de los transformadores de corriente. Esto, a su vez, puede hacer que la protección diferencial del transformador opere incorrectamente.

Para abordar este problema, se coloca un fusible de disparo a través del bobinado del relé. Estos fusibles son del tipo con limitación de tiempo y característica inversa, y no operan durante la breve duración de la sobrecorriente de entrada. Cuando ocurre una falla, los fusibles se queman, permitiendo que la corriente de falla fluya a través de los bobinados del relé y active el sistema de protección. Este problema también se puede mitigar utilizando un relé con una característica inversa y mínima definida en lugar de un relé de tipo instantáneo.