Principio de funcionamiento del transformador de voltaje residual

Un transformador de tensión residual se utiliza para medir la tensión residual de un sistema trifásico durante una falla monofásica. En condiciones normales de funcionamiento, la suma de la tensión trifásica es cero, pero en caso de fallo monofásico, el escenario cambia y existe una tensión residual.

Analicemos primero el voltaje residual en caso de falla de una sola línea a tierra. Consideremos un sistema sólidamente conectado a tierra como se muestra en la figura a continuación.

Supongamos que se produce una falla a tierra en la fase A (en muchas industrias y relés numéricos, normalmente las fases se denominan A, B y C en lugar de R, Y y B, aunque representan lo mismo, es decir, una fase significa R fase, B significa fase Y y C significa fase B). Ea, Eb y Ec son el voltaje terminal del generador por fase. Las letras en negrita aquí representan una forma vectorial.

Debido a la falla a tierra en la fase A, el voltaje en el punto de falla será cero, pero el voltaje de las otras dos fases sanas permanecerá normal ya que el neutro está sólidamente conectado a tierra, por lo tanto, el potencial del neutro se mantendrá a tierra.

Va = 0

Vb = V∠-120°

Vc = V∠120°

Aquí V es el voltaje por fase en condiciones normales.

Así la tensión residual del sistema = Va+Vb+Vc

= 0 + V ∠-120° + V ∠120°

= V∠-60°

Por lo tanto, observamos que existe un voltaje residual en caso de falla de una sola línea a tierra. Este voltaje residual es medido por el Transformador de Voltaje Residual.

El primario del Transformador de voltaje residual está conectado a un sistema trifásico y su secundario está conectado en Delta roto como se muestra en la figura a continuación.

La salida de los devanados secundarios conectados en triángulo abierto es cero cuando se aplican voltajes sinusoidales balanceados (como Va+Vb +Vc = 0), pero en condiciones de desbalance un voltaje residual igual a tres veces el voltaje de secuencia cero (V0) del se desarrollará el sistema.

Para medir este componente, es decir, 3V0, es necesario que se establezca un flujo de secuencia cero en el Transformador de voltaje residual (RVT), y para que esto sea posible, debe haber un camino de retorno para el flujo sumado resultante. Por lo tanto, el núcleo RVT debe tener una o más ramas desenrolladas que unen los yugos además de las ramas que llevan devanados de fase. Por lo general, el núcleo se hace simétricamente, con cinco extremidades, las dos más externas están desenrolladas. Estas dos extremidades desenrolladas más externas proporcionan un camino de retorno para el flujo de secuencia cero.

En el caso de que se utilicen tres transformadores monofásicos para medir la tensión residual, no se requieren extremidades adicionales ya que cada transformador monofásico tiene un núcleo con trayectoria magnética cerrada.

Es muy importante conectar a tierra el neutro del devanado primario del transformador de voltaje residual para proporcionar una ruta de retorno para la corriente de secuencia cero, de lo contrario, la corriente de secuencia cero no puede fluir y, por lo tanto, el flujo contendrá un componente de tercer armónico que se refleja en los voltajes primario y secundario del transformador de voltaje residual. Este voltaje que aparece en las terminales secundarias de RVT no es el voltaje residual del sistema de ninguna manera.