Principales Características de la Corriente Inrush en ...

1 1. Principales Caracter sticas de la Corriente Inrush en Transformadores M. O. Oliveira, IEEE Member, A. S. Bretas, IEEE Senior Member, O. E. Perrone, UNaM University, J. H. Reversat, UNaM University, H. E. Mu oz, UNaM Univeristy, R. S. Orellana Paucar, Osinergmin r gimen permanente, corrientes de excitaci n del orden de Abstract Constant switching occur in transformers 0,5 0,2 % de la Corriente nominal, en tanto que, durante el due to imbalances between power generation and load proceso de energizaci n la Corriente Inrush transitoria served. This fact generates a magnetizing transient current puede presentar las siguientes caracter sticas [1], [2], [3]: on the transformer called " Inrush current" resulting in valor de pico inicial elevado (10 20 veces el valor de numerous problems.)

2 Thus, this paper addresses the basic pico de la Corriente nominal del transformador), theoretical study of Inrush currents and shows its influence duraci n de varios ciclos, in the transformer protection systems. Moreover, it also amplio espectro de componentes arm nicas, presented a list of major works that address this transient predominando la 2 arm nica. phenomenon. La Corriente Inrush fluye solamente en uno de los bobinados del transformador resultando en grandes Keywords Power transformer, Inrush current, power corrientes diferenciales que pueden ocasionar la operaci n quality, magnetic saturations. del rel de protecci n.

3 Sin embargo, estos casos no son I. INTRODUCCI N condiciones de falla y los rel s de protecci n deben discriminar correctamente el fen meno de energizaci n de ELimportantes transformador es uno de los equipamientos m s dentro de la estructura de los Sistemas un evento de falla interna [1], [2], [4]. La protecci n diferencial es utilizada en transformadores con potencias El ctricos de Potencia (SEP) present ndose en diferentes superiores a 10 MVA, sin embargo, la protecci n de sobre- tipos, tama os y configuraciones. Un transformador act a Corriente se utiliza como protecci n principal en bancos de como un nodo de interconexi n para dos puntos de transformadores con capacidades menores [5].

4 Diferentes niveles de tensi n y por ello el funcionamiento En este contexto, este art culo aborda el estudio te rico continuo del transformador es de vital importancia en la b sico de la Corriente Inrush en transformadores y su confiabilidad del sistema el ctrico dado que cualquier influencia en los sistemas de protecci n. El objetivo del trabajo de reparaci n no programada, especialmente la estudio es presentar las Principales causas y posibles substituci n de un transformador defectuoso, es muy caro soluciones que pueden ser utilizadas en la actualidad para y demorado. De este modo, su protecci n es sumamente mitigar este fen meno transitorio.

5 Importante para la operaci n estable y confiable de los SEP. y la actuaci n desnecesaria de rel s de protecci n II. CARACTER STICAS DE LA Corriente DE Inrush . (especialmente el rel diferencial) debe ser evitada [1]. Por causa de la magnetizaci n del n cleo de hierro, en el Como se dijo anteriormente, la Corriente Inrush es un momento en que el transformador sin carga es energizado, evento transitorio que puede generar la operaci n aparece en el bobinado primario una Corriente transitoria indebida de los sistemas de protecci n asociados al conocida como Corriente Inrush la cual se presenta como transformador (fusibles y rel de sobre- Corriente ).

6 Picos transitorios cuya amplitud puede alcanzar valores perjudicando la calidad y la confiabilidad de la energ a elevados poniendo en riesgo la vida til del transformador. entregada al consumidor generando efectos como [4], [6]: Los transformadores utilizados en SEP requieren, en elevado calentamiento en los bobinados provocando da os de aislaci n, producci n excesiva de tensiones mec nicas debido a Este trabajo fue realizado con recursos del Centro de Estudios de Energ a las fuerzas magn ticas inducidas, para el Desarrollo (CEED) de la Facultad de Ingenier a de Ober , huecos de tensi n temporarios en el SEP, perteneciente a la Universidad Nacional de Misiones (UNaM), Argentina.

7 M. O. Oliveira, O. E. Perrone, J. H. Reversat y H. E. Mu oz trabajan en el radio-interferencias con l neas de comunicaci n CEED -UNaM, Argentina pr ximas, sobretensiones debido a fen menos de resonancia A. S. Bretas trabaja en la Universidade Federal do Rio Grande do Sul arm nica en sistemas con filtros el ctricos. (UFRGS), Porto Alegre, Brasil (e-mail: ). La Figura 1 ilustra esquem ticamente la relaci n entre la R. S. Orellana Paucar trabaja en el Organismo Supervisor de la Inversi n Corriente nominal (In) del transformador y la Corriente en Energ a y Miner a (Osinergmin), Lima, Per (e-mail: Inrush (Ir) durante la energizaci n del mismo.)

8 2. como la resistencia de las bobinas, vemos que el flujo n se relaciona con la tensi n en la bobina ub a trav s de la ley de inducci n electromagn tica (ley de Faraday-Lenz) definida por la siguiente expresi n: d n (t ). ub (t ) = N b (1). dt donde Nb es el n mero de vueltas de la bobina. Figura 1. Relaci n entre In e Ir. Los picos de Corriente mostrados en la Figura 1 pueden alcanzar valores pr ximos a la Corriente de cortocircuito del transformador [2]. Por otro lado, la intensidad y la duraci n de la Corriente Inrush dependen de los siguientes factores [3]: valor instant neo de la tensi n aplicada al transformador en el instante de energizaci n, magnitud y sentido del flujo residual en el n cleo Figura 2.

9 Lazo de hist resis gen rico de un transformador magn tico, de potencia. resistencia e inductancia equivalente serie del circuito Cuando el transformador es des-energizado y retirado del alimentador, estado permanente sin carga (estado estable), la Corriente resistencia e inductancia de dispersi n del bobinado en el bobinado primario es interrumpida en un tiempo primario del transformador, llamado t0 y el flujo residual R es calculado como: caracter sticas magn ticas y geom tricas del n cleo, t 1 0. Nb . valor de la resistencia de pre-inserci n del disyuntor, R = ub (t ) dt (2). impedancia de carga conectada al secundario, velocidad de cierre de los contactos del disyuntor, existencia de bobinado terciario conectado en delta, siendo, ub(t): en transformadores trif sicos.

10 Ub (t ) = U 0 sen( 0t ) (3). III. ENERGIZACI N DE UN TRANSFORMADOR MONOF SICO Asumiendo ahora una situaci n de estado permanente, (2). queda expresado como: A. Flujo residual ( R) R = 0 cos( 0t0 ) (4). El Flujo Residual ( R) presenta mucha importancia Despreciando los efectos de amortiguamiento dados por durante la energizaci n de transformadores. El valor que las perdidas en el n cleo y por la resistencia de los adopta este par metro cuando el transformador es des- bobinados, y utilizando (1) y (3), el flujo magn tico en el energizado determinar la magnitud a alcanzar por la primer periodo de energizaci n puede ser calculado Corriente Inrush en la pr xima energizaci n.