Autotransformador de Puesta a Tierra

8/18/2019 Autotransformador de Puesta a Tierra

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APN. Autotransformador de Punto Neutro

APNIntro01

COMPAÑÍA ELECTRO ANDINA S.A.C.

PROGRAMA DE DIVULGACION TECNICA

“AUTOTRANSFORMADOR DE PUNTO NEUTRO“

Lima , Setiembre de 2015

EMPRESA DEL AÑO AEP 2013


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Contenido:

1Que es Autotransformador de Punto Neutro: APN

2Otras denominaciones

3 Sistemas de Media Tensión Aislado

4 Sistemas de MT con Neutro puesto a Tierra

5Funcionamiento de APN ZigZag

6Procedimiento de cálculo, para especificación

7 Ejemplo de aplicación8Conclusión

9 Bibliografía


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Permite establecer las corrientes de Falla a tierra avalores detectables e inofensivos para el sistema.

Limita las sobretensiones transitorias.

Limita las tensiones de paso a valores seguros

Solución a la protección

contra defectos a tierra en

sistemas aislados,

con las siguientes ventajas:

1 Que es Autotransformador de Punto Neutro: APN


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2 Denominaciones:

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2.1 Reactancia ZigZag

2.2 Transformador ZigZag

2.3 Autotransformador ZigZag

2.4 Autotransformador de Punto

Neutro : APN

2.5 Neutral Earthing Reactor

2.6 Otros: Transformadores con ZigZag, añadido.


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3 Sistemas de Media Tensión Aislados (1)

Sin conexión de punto neutro a tierra

Las capacidades de las líneas presentan unaterramiento de alta impedancia

Débil intensidad de c.c. a tierra


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Las capacidades de las líneas presentan un

aterramiento de alta impedancia


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En caso de cc. de fase a tierra, aumenta la tensiónde las fases sanas


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Débil intensidad de cortocircuito a tierra

Selectividad Compleja

Posibilidad de Sobretensiones (6 Un)


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Falla intermitente a tierra en una misma fase.

Pueden aparecer altas sobretensiones cuando una fase

sufre un cortocircuito a tierra.

Se sabe por experiencia, que cuando la corriente a tierra

pasa de 5 A, ya no se extingue sino que da lugar a

oscilaciones de tensión provocadas por los reencendidosdel arco.


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Falla intermitente a tierra en una misma fase.

El gráfico siguiente explica, cómo el reencendido de una

falla de línea a tierra, en sistemas aislados, puedeconducir a tensiones de 3.5 veces la tensión nominal.

Se sabe también, por experiencia, que en caso de cables,

se puede llegar a sobretensiones de 7 veces la tensión de

pico de la tensión de fase.

(9.2 Wellahuer pag 147)


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Falla intermitente de fase a tierra (Wellahuer)


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Clasificación de sistema aterrado:

•Se lo considera aterrado cuando Xo =< 3X1 y R < X1

En esta condición la Uf a tierra no pasa del 38.5 %de Un, en caso de falla a tierra

•Se lo considera aislado cuando Xo > 3X1 y R => X1

En esta condición la Uf a tierra pasa del 38.5 % de

Un, en caso de falla a tierra

4 Sistemas de MT con Neutro puesto a Tierra (1)


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En estos sistemas el punto neutro se conecta a

tierra, directamente o a través de una impedancia.

El potencial de tierra queda fijado por el PN



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Cuando ocurre una falla de línea a tierra, la

corriente retorna por el circuito formado por :


• Conductor fallado

• Resistencia de falla

• Retorno por tierra y

• Neutro de la Sub Estación


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Es un transformador de relación 1 : 1, conectado de modo

que sus bobinas de fases distintas comparten el mismo

flujo magnético.

Las secuencias positivas y negativas son bloqueadas poresta conexión.

En caso de falla de fase a tierra, las corrientes de

secuencia cero quedan en fase , compensando los flujos

de cada columna dando paso a la corriente de secuenciacero.

5 Funcionamiento del APN ZigZag (1)

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Así, este transformador pone a tierra el sistema a través

de una reactancia homopolar muy pequeña, cercana a 0.1

X1 por lo tanto, considerada adecuada para ser utilizada

en sistemas eléctricos con el neutro aislado.

(7.13b Kindermann pag 195).

Como elemento de protección se lo conecta en forma

permanente. En esta situación el transformador consume

sólo la corriente de magnetización de su núcleo y secomporta como un transformador en vacío.


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Cuando ocurre un cortocircuito

de fase a tierra, funciona como

autotransformador dejando

pasar por cada fase un tercio dela intensidad de cortocircuito a

tierra.

Queda en situación de corto

circuito mientras se detecta ydespeja la falla


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La potencia asignada a la

conexión permanente es la

base del diseño y se la

denomina: Potencia

Permanente

La potencia que toma el

autotransformador, en caso falla

de fase a tierra, se denomina:

Potencia de Corto Circuito oPotencia de Corta Duración


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La relación entre estas

potencias depende del tiempo

establecido para despejar la

falla (curva de daño térmico) yestá indicada en la norma IEEE

32 – 19722

(Para la potencia permanente,

esta norma considera tambiénla presencia de un sólo

arrollamiento, sin secundario).


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Curva de Daño Térmico

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Potencia permanente como fracción % de la potencia de

corto circuito, según su duración.

Duración de la potencia de corto circuito ANSI /IEEE Std.32 – 1972 (Reafirmed 1990)


Duración Fracción

Tf Fp

10 Seg 3%

1 Min 7%10 Min 30%

Mayor 30%


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Elementos complementarios

A) Internos

a1 Transformador de corriente en el borne neutro

B) Externos

b1 Caja de bornes del transformador de corriente.

b2 Relé de máxima intensidad, para detectar Ifn

b3 Interruptor accionado por relé de máxima corriente

que abre al circuito de falla.


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6 Procedimiento de cálculo, para especificación (1)

El procedimiento se inicia con la determinación de la

Corriente de falla en el neutro ( Ifn ).

Para ésta, se elige un valor que sea fácilmente detectablepor las protecciones y que no produzca daños mecánicos

ni térmicos en la instalación

Usualmente se elige una corriente de falla (Ifn), entre 100

y 500 A.

Para el tiempo de falla (Tf ), es también usual tomar 10 s.


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Simbolos:Un : Tensión nominal V

Iff : Corriente de falla, fase

Ifn : Corriente de falla en el neutroIp : Corriente permanente, por fase.

Fp : Relación: Ip / Iff , (seg IEEE32),

Sp : Potencia permanente del autotransformador

Sf : Potencia en caso de falla (corta duración)

Tf : Tiempo de duración de la falla (despeje, seg. )

Zo : Impedancia homopolar, del autotransformador

Zb : Impedancia de base del autotransformador


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Fórmulas:

(1) Iff = Ifn / 3 Corriente de falla, por fase

(2) Ip = Fp*Iff Corriente permanente

(3) Sp :3*Ip*Un Potencia permanente

(4) Sf = 3*Iff *Un Potencia en falla ( corta duración)

(5) Zo = Un2 /Sf Impedancia homopolar, del autotraf.(6) Zb = Un2 /Sp Impedancia de base, del autotraf.

(7) Zo = Fp*Zb Impedancia homopolar, del autotraf.


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7 Ejemplo de aplicación (1)

Datos Iniciales :Un : Tensión nominal : 10.500 V

Ifn : Corriente de falla en el neutro: aprox. 150 A

Tf : Duración de la falla 10 S, (IEEE 32 – 1972 )

Cálculo de la potencia permanente:

Seg (1): ) Iff = Ifn / 3 : 150 / 3 = 50 A

Seg IEEE 32: para Tf 10 seg, entonces Fp = = 0.03

Seg (2): Ip = Fp*Iff = 0.03*50 = 1.5 ASeg (3): Sp = 3*Ip*Un = 3*1.5 * 10.5 =27.28 kVA


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7 Ejemplo de aplicación (2)

Cálculo de la potencia de corta duración

Seg (4): Sf = 3*Iff *Un = 3*50 * 10.5 = 909.3 kVA

Cálculo de la impedancia homopolar:

Seg (5): Zo = Un2 /Sf = 10.52 / 909.3 = 121.247 ohm

También se la obtiene de la impedancia de base:Seg(6): Zb = Un2 /Sp = 10.52 / 909.3 = 105


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7 Ejemplo de aplicación (3) Especificación


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APNIntro28

7 Ejemplo de aplicación (3) Especificación


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8 Conclusión

El APN constituye una solución económica, para la

protección contra defectos a tierra en Sistemas de MT.

Aislados, con las siguientes ventajas:

Seguridad en la detección de fallas de fase a tierra.

Elimina la posibilidad de arcos intermitentes a tierra.

Alta confiabilidad y selectividad en la protección.

Bajo costo de adquisición y servicio.


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9 Bibliografía:

9.1 “TRANSFORMER ENGINEERING”

Blume, Boyajian . John Wiey & Sons1951

9.2 “Einfuehrung in die Hochspannungstechnik”

Wellahuer , M. Verlag Birhauser – Basel 1954

9.3 “CORTO CIRCUITO”

Kindermann, G Floriadólpolis, 2010


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Muchas Gracias por su Atención !

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