UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Ao de la Promocin de la Industria Responsable y Compromiso ClimticoUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA MECNICAESPECIALIDAD DE INGENIERA MECNICA-ELECTRICA

INFORME DE LABORATORIO

PROTECCIN DIFERENCIAL

CURSO : Medidas Elctricas (ML-313)SECCIN :ADOCENTE : Ing. Guadalupe Goas, Edgard.ESTUDIANTES: Apolinario Tito, Jeanpierre. 20124014H Poma Quispe, Yhony Edy 20112575J Quispe vila, Omar Jess 20124101H Roman Morn, Diego M. 20112524F FECHA DE REALIZACIN: 30 de Septiembre del 2014FECHA DE PRESENTACIN: 28 de Octubre del 2014PERIODO ACADMICO: 2014-II

INDICEI.OBJETIVOS:3II.FUNDAMENTO TERICO:4III.MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS:8IV.PROCEDIMIENTO:9V.CUESTIONARIO:11VI.CONCLUSIONES:17VII.RECOMENDACIONES:17VIII.BIBLIOGRAFA18

OBJETIVOS: Familiarizarse con el principio de proteccin, simulando un cortocircuito interno en una de las bobinas de un transformador.

FUNDAMENTO TERICO:TRANSFORMADORES DE CORRIENTE (TC)Un transformador de corriente, es aqul que tiene como misin reducir la corriente de la red a valores ms apropiados a las escalas de los instrumentos de medicin (usualmente 5A).En este tipo de transformadores, el devanado primario se encuentra en serie con la red y en el devanado secundario se conectan en serie los instrumentos. Por lo tanto, debido a la baja impedancia de estos instrumentos los transformadores de corriente trabajan prcticamente en cortocircuito, por lo cual se emplean bajas inducciones magnticas en el ncleo.En la siguiente figura se puede apreciar la forma de conexin de un transformador de corriente.

Figura 2.1 Transformador de corriente.El tramo del lado de alta tensin, puede estar asociado a uno o ms transformadores y est conformado por: Transformador de potencia Disyuntor Seccionadores de lnea y barra Transformadores de corriente Seccionadores rompearco Pararrayos

Figura 2.2 Circuito simplificado de un transformador de corriente.En un transformador de corriente, si despreciamos la corriente de excitacin se debe cumplir la siguiente relacin:

Donde: : nmero de espiras del primario. : nmero de espiras del secundario. : corriente que pasa por el primario. : corriente que pasa por el secundario.En la prctica, esta relacin no se cumple exactamente, debido a que existe una corriente de magnetizacin en el ncleo de hierro, la cual origina las prdidas en el hierro (Pf). Por lo tanto, la verdadera relacin que cumplen las corrientes del primario y del secundario (fasorialmente) es:

Grficamente tenemos lo siguiente:

Figura 2.3 Diagrama fasorial de las corrientes.Por lo tanto, para reducir los errores en el transformador de corriente se busca disear un ncleo tal que la corriente de excitacin sea despreciable, con lo cual los valores de e cumpliran con una muy buena aproximacin la ecuacin .NOTA: Al reducir la corriente en el secundario, el voltaje en este es muy elevado. Por ello debe evitarse que el secundario este abierto puesto que sera muy peligroso.

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE EN SISTEMAS DE PROTECCINLos transformadores de corriente son muy usados en sistemas de proteccin contra cortocircuitos o fallas en las redes. El sistema de proteccin ms comn es el denominado Proteccin Diferencial.Este sistema de proteccin, utiliza dos transformadores en una conexin denominada de comparacin. Se conecta un transformador a cada lado de la lnea de la forma en que se muestra en la siguiente figura (ambos transformadores tienen relaciones de transformacin convenientes):

Figura 2.4 Sistema de Proteccin Diferencial.Con este sistema, se busca comprobar que la corriente inicial, transformada mediante un TC, es igual a la corriente final, tambin transformada mediante un TC; si se diera esta situacin, entonces por el instrumento R no pasara ninguna corriente. Sin embargo, si hay alguna falla en el sistema, estas corrientes transformadas no sern iguales y por el elemento R circulara una corriente I denominada corriente diferencial, la cual, al llegar a cierto valor crtico, activar el rel del sistema de proteccin.

MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS:Transformador de Potencia.

Cables de Conexin.

Transformadores de Corriente.

Resistencias de Carbn.

Pinza Amperimtrica.

PROCEDIMIENTO:CIRCUITO A UTILIZAR:

Figura 4.1 Circuito a utilizar.Primera Parte 1. Poner R1 y R2 al mximo. Desconectar la rama donde se encuentra R1 y la rama donde se encuentra R2.

Figura 4.2 Transformador en vaco.2. Tomar el valor de la corriente de excitacin del transformador indicado en A1, y a su valor proporcional indicado en AD. 3. Conectar la rama de R1. 4. Variando la resistencia R1, obtener una variacin de corriente entre 0-3 A en el ampermetro A2. Tomar un juego de 5 valores de A1, A2 y AD. Segunda Parte 1. Poner R1 en un valor tal que A2 mida 3 A. 2. Conectar la rama de A3 y R2, reducir R2 hasta obtener en A3 una lectura de 1.5 A. 3. Aumentar R2, tomando por lo menos 5 puntos, para los que se medir los valores de A1, A3 y AD. La variacin de A3 ser entre 1.5 A y 0 A, y la lectura de A2 debe mantenerse constante en 3 A.

CUESTIONARIO:1. Analizar tericamente la experiencia y dibujar el circuito empleado en la misma, mostrando las polaridades de los transformadores, y los sentidos de circulacin de las corrientes en cada uno de ellos.

Donde:La Corriente Nominal esta dado:

El ampermetro , indica:

Entonces, el ampermetro indicara:

Tambin:

La corriente que pasa por el ampermetro al transformador de corriente de factor de relacin de corriente se obtiene la corriente .

La corriente que pasa por el ampermetro al transformador de corriente de factor de relacin de corriente se obtiene la corriente .

Luego la corriente que pasa por es:

2. Definiendo k = 220/127(115), trazar la curva (A1-A2/k) en funcin de AD, para ambas partes de la experiencia. PRIMERA PARTE:A1A2ADA2/KA1-A2/K

1.0260.7780.7540.4070.619

1.1821.2890.9910.6740.508

1.2751.021.2610.5330.742

1.3761.8321.8010.9580.418

1.8812.6732.5711.3970.484

SEGUNDA PARTE:A1A2A3ADA2/KA1-A2/K

2.231.20.51.5680.632

2.631.60.971.5681.032

2.931.91.21.5681.332

3.532.11.61.5681.932

432.51.71.5682.432

3. Analizar cada una de las curvas obtenidas en el punto anterior. Analizando los grficos anteriores vemos, primeramente, que existe una pequea diferencia entre las corrientes del primario y las corrientes transformadas del secundario (A1 A2/k). Esta diferencia se debe a que en todo transformador siempre aparece una corriente denominada corriente de excitacin I0, la cual es la causante de las prdidas por histresis y por corrientes parsitas de Foucault en el ncleo del transformador.Adems, para ambas grficas se puede notar que (A1 A2/k) y Ad guardan una relacin casi lineal. Esto se debe a que las corrientes A1 y A2 varan linealmente con las corrientes transformadas por T1 y T2, respectivamente. En consecuencia, la corriente AD (la cual es la diferencia de las corrientes de T1 y T2) tambin vara linealmente con (A1 A2/k).

Finalmente, se puede notar que la pendiente de la grfica 1 es menor que la de la grfica 2. Esto se debe a que en la grfica 1, el valor de (A1 A2/k) es menor que en la grfica 2, lo cual se explica analizando el circuito de la figura.

En la Primera Parte el valor de A3 es nulo y por lo tanto el valor de A1 es aproximadamente proporcional al valor de A2 (ya vimos que esto no es del todo cierto debido a la presencia de la corriente de excitacin I0). En la Segunda Parte, el valor de A1 debe ser proporcional al valor de la corriente en el secundario, en este caso A2 + A3, lo cual nos llevara a que en esta ocasin A1 tome un mayor valor y por lo tanto la diferencia A1 A2/k es mayor para la grfica 2 que para la grfica 1, trayendo como consecuencia que la pendiente de 2 sea mayor.4. Qu indicara AD si se invierte la polaridad del transformador T1? Si se invierte la polaridad del transformador T1 entonces AD indicara la suma de IT1 e IT2.5. Qu sucedera si T1 y T2 tienen distintas relaciones de transformacin? Si T1 y T2 tienen distintas relaciones de transformacin entonces habra corriente por AD. Porque justo los valores de trasformacin de k, k1 y k2 estn calculados para que en funcionamiento normal no pase corriente por AD.

6. Explique el uso y las limitaciones de este dispositivo en los sistemas de proteccin. La proteccin diferencial est destinada a dar proteccin unitaria a elementos de un sistema de potencia, estando definidos sus lmites de acuerdo a los puntos de los cuales se derivan las seales.La experiencia corresponde al caso en que las seales son derivadas de puntos bastantes prximos, en cuyo caso solo se requiere de un rel de proteccin, aunque en la experiencia usamos un ampermetro. El circuito diferencial opera comparando la magnitud y fase de las corrientes que entran o salen del elemento protegido.Bajo condiciones normales IT1 e IT2 son iguales, pero en caso de falla el ampermetro marcara la suma de estas intensidades.Los errores de transformacin en un sistema siempre ocurren, y aunque se exige que los trafos a usar sean de condiciones similares, siempre hay una tolerancia de los desbalances, que dependen de las cargas aplicadas a los transformadores, ya que lo deseable es usar trafos de holgada potencia.El diferencial protege contra contactos directos?En primer lugar, cabe decir que la seguridad total de las personas usuarios de la instalacin elctrica de un edificio se garantiza mediante la combinacin del interruptor diferencial y la red de tierra. Este sistema de proteccin est especficamente concebido para asegurar la proteccin ante los contactos indirectos.En el caso de los contactos directos, el Reglamento para baja tensin (Instruccin MIE BT 021) seala las medidas de proteccin que se deben adoptar: Alejamiento de las partes activas (normalmente en tensin) de la instalacin. Interposicin de obstculos. Recubrimiento de las partes activas mediante aislamiento elctrico. Todas estas disposiciones se adoptan en la instalacin elctrica de un edificio: las canalizaciones elctricas van preferentemente bajo tubo empotrado; los cuadros de distribucin disponen de tapas que cubren los bornes de conexin (ejemplos de alejamiento e interposicin de obstculos) y los conductores elctricos disponen de aislamiento (recubrimiento de las partes activas). En cualquier caso, se trata de impedir el contacto fortuito de una persona con una parte activa, y si bien existen partes activas accesibles, tales como la toma de corriente, no es factible un contacto casual con ellas, sino que este contacto debe hacerse de forma voluntaria.Esta situacin puede producirse, por ejemplo, cuando un nio "experimenta" con una toma de corriente, introduciendo en ella algn objeto metlico: alambre, aguja, tijeras, etc. Salvo que el recinto (suelo, pared) sea no conductor, este contacto supone una intensidad de falta que hace reaccionar en breves instantes al diferencial de alta sensibilidad (30 mA), evitando el peligro; no obstante, el nio sufre el efecto de "calambre" que, aun siendo de muy corta duracin, resulta generalmente doloroso. La proteccin especfica para estos casos se consigue mediante tomas de corriente especiales (giratorias, eclipse, etc.) o tapas para las tomas de corriente habituales, que impiden la introduccin de objetos como los descritos anteriormente.

En resumen, el contacto directo presenta una casustica muy amplia, en la que influyen, por ejemplo, el tipo de contacto (unipolar o bipolar), las condiciones del recinto (conductor o no conductor) y la trayectoria del contacto (en ocasiones, puede generarse un cortocircuito que hace intervenir a los elementos de proteccin contra sobreintensidades). El interruptor diferencial de alta sensibilidad, que asociado a la red de tierra garantiza la proteccin contra contactos indirectos, puede asegurar una proteccin adicional contra el contacto directo siempre que ste provoque una intensidad de falla superior a la sensibilidad del diferencial.

CONCLUSIONES: Cuando se emplea el circuito de la figura para el transformador en vaco, lo que se est haciendo realmente es la comprobacin de la relacin de transformacin del transformador de corriente, debido a que en este caso por el ampermetro diferencial Ad slo estar circulando la corriente transformada por T1. El motivo por el que la expresin A1 A2/k tiene un valor (aunque sea este pequeo) es que existe la llamada corriente de excitacin I0. De las grficas 1 y 2 notamos que ambas se aproximan a una forma lineal; esto tiene sentido debido a que conforme se vayan aumentando (o disminuyendo) las corrientes en el primario y en el secundario, tambin lo harn en la misma proporcin las corrientes transformadas en T1 y T2 y en consecuencia Ad. Si se invierte la polaridad de alguno de los transformadores de corriente, el ampermetro de corriente diferencial Ad medir la suma de las corrientes transformadas por T1 y T2, en vez de su diferencia; por lo tanto, en esta situacin sera muy poco recomendable utilizarlos como sistema de proteccin. Hay que tener en cuenta las corrientes de excitacin de los transformadores para contrastar la prctica con la teora.

RECOMENDACIONES: En el paso 3 de la primera parte del procedimiento y en toda la segunda parte del mismo, es recomendable utilizar dos restatos en paralelo en vez de uno solo, para que la corriente de 3A se distribuya entre los dos y no circule toda por uno solo, generando que este se sobrecaliente y salga mucho humo.

BIBLIOGRAFA GUA DE LABORATORIO DE MEDIDAS ELCTRICAS. CIRCUITOS MAGNTICOS Y TRANSFORMADORES MIT. MQUINAS ELCTRICAS Jess Fraile Mora. zeus.dci.ubiobio.cl/~cidcie/jcorrales/sprotecciones/recursos/Apuntes/Transformadores%20de%20Medida.doc

PROTECCIN DIFERENCIAL2