Ferroresonancia

Análisis de ferro-resonancia en transformadores de distribución alimentados con instalaciones subterráneas
González, F.J. y Gudiel, M. F. franjagol@yahoo.com Sección de Metrología Eléctrica Centro de Investigaciones de Ingeniería, USAC

Resúmen Cuando la resonancia se produce en un sistema eléctrico industrial, puede ser de indeseables consecuencias. Esta ocurre cuando se anula la parteimaginaria de la impedancia compleja y puede manifestarse principalmente por la presencia de sobretensiones y sobrecorrientes. Estas pueden ser transitorias, presentándose durante unos pocos ciclos, contínuas o bien, manifestarse como repentinas subidas de tensión o de corriente cuando se pasa de un estado estable a otro. Cuando una inductancia no lineal de una máquina eléctrica varía, al interactuarcon alguna capacitancia presente en la red, en forma conjunta pueden causar resonancia a la frecuencia industrial. Este es el caso de la ferro-resonancia o resonancia debida a la reactancia inductiva no lineal de una máquina eléctrica, como la reactancia de magnetización de un transformador, que al combinarse matemáticamente con una reactancia capacitiva, como la existente en los cables dealimentación subterránea del transformador principal de una instalación industrial, producen en conjunto la anulación de la parte imaginaria de la impedancia vista desde el punto de acoplamiento común. La ferro-resonancia puede causar altas sobretensiones y sobrecorrientes sostenidas acompañadas de niveles de distorsión de las formas de onda de las tensiones y las corrientes, produciendo sobrecalentamientoen transformadores y fuerte ruido debido a la magnetoestricción, daño a equipo eléctrico o rompimiento de dieléctricos. 1

I.

INTRODUCCION

En los sistemas de distribución de potencia eléctrica es común encontrar bancos trifásicos de transformadores monofásicos, o transformadores trifásicos, alimentados desde el punto de acoplamiento común mediante una acometida subterránea construida concables monopolares apantallados, especialmente en las áreas más congestionadas de las ciudades, tal como sucede en complejos industriales, centros comerciales, hospitales, universidades, oficinas del gobierno, etc. Si se dan las condiciones necesarias, lo que eventualmente puede suceder, es posible que ocurra la ferroresonancia serie debido a la combinación entre la capacitancia asociada al cablede alimentación y la inductancia no lineal (inductor saturable) del transformador. En tales condiciones, y aunque el transformador se encuentre funcionando en vacío, pueden aparecer peligrosas sobretensiones, que tienen un efecto acumulativo de deterioro sobre el transformador reduciendo su tiempo de vida útil o sobre el dieléctrico de los cables de alimentación respecto a tierra. Como lainductancia de magnetización del transformador varía al “moverse” su punto de operación sobre la curva de magnetización, desde plena carga a vacío, se da la posibilidad de que su reactancia iguale a la de la capacitancia originando la resonancia que, por tal causa, se conoce con el nombre de ferro-resonancia.

II. TEORÍA SOBRE RESONANCIA.

FERRO-

E rms es el valor rms de la tensión de la fuente enV.
Ahora bien, si entonces:

La figura 1 muestra un circuito serie RLC alimentado con una fuente de tensión de AC a la frecuencia industrial de 60 Hz, donde las reactancias X L y X C se asumen lineales y el valor de la resistencia R es mucho más pequeño que el valor de cualquiera de las reactancias.
jX L

R C 2 > C 3 . Conforme con lo observado en la figura 6, para pequeños valores de lacapacitancia, como C 3 , la línea de X C es muy “empinada” y como E rms permanece constante, tendremos sólo una intersección en el tercer cuadrante, presentándose las condiciones ya mencionadas del tercer cuadrante. Cuando la capacitancia aumenta, disminuye la pendiente de la línea de X C y es posible encontrarse de nuevo con los 3 puntos de operación de la figura 5. Por ejemplo en la recta...