UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI UNIDAD ACADÉMICA DE CIENCIAS INGENIERÍA Y APLICADAS CARRERA INGENIERÍA ELÉCTRICA
Nombre: QUINATOA RICARDO
ASIGNATURA:
Protecciones
CICLO:
Séptimo
CARRERA:
Ing. Eléctrica.
FECHA DE PRESENTACION:
21/11/2017
“B”
LATACUNGA – ECUADOR ECUADOR 2017
TEMA: Cómo se produce la corriente de Inrush, cuáles son sus características y que significa Inrush Sympathetic
OBJETIVO GENERAL:
Investigar cómo se produce la corriente de Inrush, cuáles son sus características y que significa Inrush Sympathetic, en las diferentes fuentes de información, para así tener una mejor idea y poderla utilizar, teniendo en claro esta información para poderla aplicar de manera óptima en nuestros cálculos.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Investigar Cómo se produce la corriente de Inrush, cuáles son sus características y que significa Inrush Sympathetic
Determinar cuáles son las debidas protecciones ante la corriente de Inrush.
Desarrollar la capacidad analítica apuntando a la corriente de Inrush, buscando la forma de evitar este efecto.
MARCO TEÓRICO:
CORRIENTE DE INRUSH La corriente de Inrush no es más que el nombre que se le da a la corriente magnetizante de conexión (o corriente de irrupción) es un fenómeno transitorio que se presenta en el momento de la energización del transformador. No es una condición de falla, por lo que no debe actuar la protección, la que por el contrario debe permanecer estable durante ese transitorio. Este es un requerimiento de la mayor importancia en el diseño del sistema de protección de transformadores. Cuando un inductor es energizado con un voltaje estable, el flujo que enlaza al circuito inductivo varía desde un pico negativo a otro equivalente positivo durante medio ciclo de la onda de tensión. La variación del flujo de dos veces del valor máximo es proporcional a la integral a respecto al tiempo de la onda de voltaje entre dos pasos sucesivos por cero. Realizando la conexión durante el paso por cero de la onda de voltaje, se produce una variación total del flujo durante el primer medio ciclo, pero con el flujo inicial cero, el máximo a generarse será de cerca del doble del pico normal.
Si el inductor es lineal, como por ejemplo, una bobina con núcleo de aire, la corriente de conexión también crecerá hasta cerca del doble de la corriente final estable. El primario de un transformador puede ser considerado como un inductor con núcleo de hierro, en donde el pico normal de flujo está cercano a la saturación, por lo que un incremento al doble del flujo corresponde a una saturación extrema. Por lo tanto, la corriente de magnetización crece a un valor muy alto, que puede exceder a la de plena carga nominal, y de ahí el nombre de "corriente de irrupción" o de "conexión". El flujo residual puede aumentar aún más a la corriente. Si el flujo remanente inicial, (presente en el instante de la conexión), en lugar de ser cero, tiene un valor positivo, es decir un valor inicial en el mismo sentido del cambio del flujo, su incremento se mantendrá en la misma forma, ya que es proporcional al semiciclo de voltaje, y el valor pico asociado será del orden de 2,8 veces el valor normal con un 80 % de remanencia presente en el momento de la conexión. Las altas densidades de flujo mencionadas recién están tan por encima del margen normal de trabajo, que la permeabilidad relativa incremental del núcleo se aproxima a la unidad y la inductancia del devanado cae a valores cercanos a los que tendría en inductor, pero con núcleo de aire. La onda de corriente, comenzando de cero, aumenta lentamente al principio, el flujo tiene un valor apenas por encima del valor residual y la permeabilidad del núcleo es moderadamente alta. Cuando el flujo pasa de los valores normales de trabajo y entra en la zona de alta saturación del lazo de histéresis, cae el valor de la inductancia y la corriente crece rápidamente a un valor pico, el cual puede llegar a ser quinientas veces el valor de la corriente estabilizada de magnetización. Cuando el pico ha pasado, (en el próximo paso por cero de la tensión), el siguiente semiciclo negativo de tensión reduce el flujo al valor inicial, cayendo la corriente simétricamente a cero. Por lo tanto, la onda de corriente es totalmente asimétrica, y como en el caso de la onda asimétrica en un inductor lineal, sólo se restituye a su valor estable por las pérdidas del circuito. La constante de tiempo de esta transición es relativamente larga, quizás entre 0,1s para transformadores de 100 k VA hasta 1s para máquinas grandes. Como la característica de magnetización no es lineal, la envolvente de la corriente transitoria no es de forma estrictamente exponencial; se puede ver cambiando a la corriente de magnetización hasta 30 min o más después de haberse conectado el transformador. La conexión en otros instantes de la onda de tensión provoca valores menores de la corriente
transitoria. Si el momento de la onda es elegido de modo que el flujo residual tiene un valor correcto para ese instante bajo condiciones estables, no se provocarán transitorios y circulará inmediatamente la corriente de vacío. En el caso de transformadores trifásicos, el paso de la onda de tensión en el momento de la conexión es diferente para cada fase, por lo que se provocarán distintas corrientes de irrupción. Se dará el caso de alguna interferencia mutua, debido a la combinación de flujos en las culatas. De esta forma es posible que una fase con un punto de inserción en la onda de tensión en que no produciría corriente de irrupción, reciba, de todos modos, una corriente transitoria de inserción de gran magnitud. En este caso, la onda de corriente no estará desplazada respecto al eje cero, pero estará distorsionada.
CARACTERÍSTICAS DE LA CORRIENTE DE INRUSH Como se dijo anteriormente, la corriente inrush es un evento transitorio que puede generar la operación indebida de los sistemas de protección asociados al transformador (fusibles y relé de sobre-corriente) perjudicando la calidad y la confiabilidad de la energía entregada al consumidor generando efectos como:
elevado calentamiento en los bobinados provocando daños de aislación, producción excesiva de tensiones mecánicas debido a las fuerzas magnéticas inducidas,
huecos de tensión temporarios en el SEP,
radio-interferencias con líneas de comunicación próximas,
sobretensiones debido a fenómenos de resonancia armónica en sistemas con filtros eléctricos.
Contenido de armónicas en la onda de irrupción. La onda de la corriente de magnetización del transformador contiene una proporción de armónicas que va en aumento a medida que la densidad de flujo llega a la saturación. Mientras la onda se mantenga simétrica respecto al eje horizontal, sólo se presentarán armónicas impares. Esta condición es típica para corrientes alternas circulando a través de impedancias que no tengan propiedades polarizantes direccionales. La corriente magnetizante de un transformador de ese tipo contendrá una tercera armónica y, progresivamente, proporciones menores de quinta, séptima, etc. Si el grado de saturación va en aumento, no sólo se incrementará el total de armónicas, sino que la proporción relativa de la quinta aumentará y eventualmente superará a la tercera armónica. A un grado mayor, la séptima armónica superará a la quinta, pero esto significa un grado de saturación tal, que no se dará en la práctica en un transformador. Las condiciones de conexión que den como resultado una corriente de irrupción desplazada, producen una forma de onda que no es simétrica respecto al eje horizontal, pero que es simétrica, con despreciable disminución de amplitud, respecto a otras ordenadas. Tal tipo de ondas contienen armónicas tanto pares como impares. Una típica onda de corriente de irrupción contiene cantidades importantes de segunda y tercera armónica, y cantidades decrecientes de las de orden superior. A medida que la onda se estabiliza, la proporción de armónicas varía con el grado de saturación, de modo que cuando una onda de irrupción severa va disminuyendo en su valor, la composición de armónicas de la corriente va pasando por una variada gama de condiciones. Aún la corriente de irrupción que no está desplazada, no es simétrica respecto al eje horizontal, pero tiene una simetría espejo alrededor de la ordenada elegida. Esta onda, por lo tanto, tiene armónicas pares e impares.
CORRIENTE SIMPÁTICA DE INRUSH Irrupción simpática son fenómenos que ocurren cuando un transformador está conectado en una red de sistema de potencia que contiene otros transformadores que ya están energizados. Aunque la amplitud de la corriente de entrada es mayor durante la energización del transformador, la corriente de arranque simpático es de especial importancia por sus características inusuales. La corriente de entrada en un transformador decae, por lo general, dentro de unos pocos ciclos, pero la corriente de irrupción simpática puede persistir durante segundos. El fenómeno Sympathetic Inrush generalmente empeora el comportamiento de corriente de entrada, sobre todo en términos de reducción de la amortiguación y la producción de un largo tiempo de caída de energía. Este aumento de la duración del fenómeno de irrupción puede llevar a falsas viaje de corrientes diferenciales que causa el accionamiento de las protecciones diferenciales, también crea grandes voltajes en los equipos involucrados como en las resistencias de preinserción que se utilizan para mitigar el efecto de irrupción.
METODOS PARA EVITAR LA OPERACION DE LA PROTECCION DIFERENCIAL ANTE LA PRESENCIA DE UNA CORRIENTE INRUSH Los relevadores diferenciales en la actualidad utilizan varios métodos para discriminar fallas internas de transitorios como la corriente Inrush e inhibir su operación. Los más usados son:
Bloqueo en energización.- Se bloquea la operación del relé en el momento de energizar al transformador de potencia, a través de una señal de posición del interruptor que alimenta al transformador y/o de la presencia de voltaje-corriente. El tiempo de bloqueo debe ser ligeramente mayor al que permanece la corriente Inrush. Sin embargo, debido a que es muy difícil predecir este tiempo y considerando que es variable en cada energización, este método no es suficiente para evitar la operación en falso de la protección.
Bloqueo por 2a. armónica.- Después de analizar detalladamente las características de la corriente Inrush que se presenta cuando energizamos un transformador, se ha encontrado que presentan un gran contenido de 2a armónica con respecto a la fundamental. Este contenido de 2a armónica con respecto a la fundamental es de 30% ó más en el primer ciclo de la corriente Inrush, lo cual es usado para identificar la presencia del fenómeno Inrush y prevenir la operación del relé. El contenido de 2a armónica de una corriente diferencial es comparado con la fundamental de esa misma corriente diferencial y si es mayor al límite ajustado, entonces se considera una condición de Inrush y se inhibe la operación del relé.
Bloqueo por distorsión en la forma de onda.- Otro método para discriminar corrientes por fallas internas de corrientes Inrush, es identificar el tipo de distorsión que se presenta en la forma de onda de la corriente diferencial. Cuando se presenta una corriente diferencial debido al fenómeno Inrush, la corriente es totalmente asimétrica y el intervalo de tiempo en el cual se presentan los picos de la onda, es mucho mayor al intervalo de tiempo para una falla interna. En la Fig. A se muestra la forma de onda para una corriente diferencial debida al fenómeno Inrush y en la Fig. B se muestra una corriente diferencial debida a un falla interna.
La corriente diferencial es comparada con un límite positivo y un negativo de igual magnitud, los cuales son definidos desde el diseño del relé, el intervalo de tiempo en el cual la onda pasa consecutivamente por los límites, es una indicación de la forma de onda. Este intervalo de tiempo en la onda es comparado con un cuarto de ciclo, de manera que si T es mayor a un cuarto de ciclo, se asume una corriente Inrush y el relé se bloquea, si T es menor a un cuarto de ciclo, el relé opera.
CONCLUSIONES
La corriente de Inrush es el punto máximo instantáneo de corriente de entrada del transformador cuando se enciende, este fenómeno es un evento transitorio que puede dañar al equipo por el elevado calentamiento en los bobinados.
El efecto de la corriente Inrush en la red de distribución afecta la calidad de energía, y a las líneas de comunicación que están próximas, ya que posee radiointerferencias.
La corriente de Inrush es un fenómeno transitorio que puede generar la operación indebida de los sistemas de protección asociados al transformador.
RECOMENDACIONES:
Tener presente este fenómeno al momento de conectar un transformador para evitar daños a la red, utilizando un sistema de protección que evite que los armónicos se salgan de control.
Utilizar relés al momento de energizar el transformador de potencia para que nos ayude a mantenerla estable y que no afecte a los demás equipos.
El efecto de Inrush puede crear falsos viajes de corrientes diferenciales causando el accionamiento de las protecciones diferenciales.
BIBLIOGRAFÍA
SCHRAMM. Simon. Limiting Sympathetic Interaction Between Transformers Caused by Inrush Transients.
VAZQUES Ernesto. Aplicación de RNA en la identificación de corrientes de INRUSH en transformadores.
https://es.scribd.com/doc/167425211/Corrientes-de-Inrush
