Ferrorresonancia en transformadores de tensión: causas

Respuesta corta

La ferrorresonancia es una oscilación sostenida entre la inductancia no lineal del núcleo de un transformador de tensión y una capacitancia del sistema. Aparece tras una maniobra o el despeje de una falla, sobre todo en PT inductivos conectados entre fase y tierra en redes aisladas y en barras de alta tensión desenergizadas por interruptores con capacitores de gradiente. Produce tensiones altas y deformadas, ruido y calentamiento del PT, y puede terminar en su falla o en disparos de 59 y 59N.

Síntoma

Después de una maniobra o del despeje de una falla a tierra, uno o varios transformadores de tensión empiezan a zumbar, se calientan o se les funden los fusibles del primario. Las protecciones ven tensiones altas y deformadas: puede operar la sobretensión 59, la sobretensión de neutro 59N o aparecer una alarma de pérdida de potencial. La medida de tensión se vuelve errática, y es común que el fenómeno se confunda con una falla a tierra que no termina de despejarse o con un problema del propio relé. Vea también la guía del transformador de tensión. En el peor caso, el PT falla días o minutos después.

La ferrorresonancia es una oscilación entre una inductancia no lineal, la del núcleo de hierro que se satura, y una capacitancia del sistema. A diferencia de la resonancia lineal, no depende de una frecuencia exacta: puede tener varios estados estables para el mismo circuito, y una perturbación (una maniobra, una falla, una energización) lo hace saltar de un estado normal a uno ferrorresonante que se sostiene solo. Puede oscilar a la frecuencia fundamental, a una subarmónica o de forma irregular.

Causas posibles, de la más a la menos probable

Causa	Por qué ocurre	Qué la delata
PT inductivos fase-tierra en red aislada	La capacitancia a tierra de la red y el núcleo del PT forman el circuito; el despeje de una falla a tierra o una maniobra lo excitan	Tensiones de fase desplazadas y deformadas, 3V0 sostenida sin falla, en media tensión
PT inductivo en barra desenergizada a través de capacitores de gradiente	Al abrir un interruptor de alta tensión con capacitores de gradiente, la barra queda alimentada por ellos en serie con el PT	Tensión deformada en una barra que debería estar sin tensión, ruido del PT
Circuito de supresión del CVT dañado	En un transformador de tensión capacitivo, el circuito interno de supresión no amortigua la oscilación	Tensión secundaria oscilante tras una perturbación; vea el CVT
Resistencia de amortiguamiento ausente o abierta	Se omitió en el diseño o se desconectó	Ferrorresonancia en una instalación que antes no la tenía
Cambio de la red	Más cable (más capacitancia), otra configuración de puesta a tierra o nuevos PT	El problema aparece después de una ampliación
Maniobra monopolar	Un fusible de un solo polo o un seccionador monopolar dejan una fase alimentada por capacitancia	Ferrorresonancia que sigue a la fusión de un fusible o a una maniobra por polos

Qué revisar primero

Oscilografía de las tensiones alrededor de la perturbación. Busque deformación sostenida, componentes de frecuencia distinta de la fundamental y 3V0 sin corriente de falla. Vea cómo leer una oscilografía.
Qué maniobra o evento la precedió: despeje de una falla a tierra, apertura de un interruptor con capacitores de gradiente, energización de una barra o un cable.
Tipo de puesta a tierra de la red en ese punto y tipo de PT (inductivo o capacitivo, conexión fase-tierra o fase-fase).
Estado de la resistencia de amortiguamiento en la delta abierta, si existe: conexión, valor y señales de calentamiento.
Temperatura, ruido y fusibles del PT inmediatamente después del evento.

Primer descarte de una sospecha de ferrorresonancia

¿Las tensiones deformadas aparecieron después de una maniobra o del despeje de una falla, sin falla presente?
- NoRevise otras causas: falla a tierra sostenida, pérdida de potencial o armónicos de la carga
- Sí¿Qué tipo de transformador de tensión es?
  - Inductivo en red aisladaFerrorresonancia con la capacitancia de la red: revise la resistencia en la delta abierta
  - Inductivo en barra de alta tensiónFerrorresonancia a través de los capacitores de gradiente del interruptor abierto
  - Capacitivo (CVT)Circuito de supresión del CVT que no amortigua

Cómo se confirma

Registro de la forma de onda con un registrador o relé con muestreo suficiente, para ver la forma y el contenido de frecuencias.
Correlación con la maniobra: la ferrorresonancia aparece tras un evento concreto y desaparece al cambiar la configuración, por ejemplo, al energizar la barra o al cerrar otro elemento que cambie la capacitancia.
Estudio de transitorios electromagnéticos con modelos no lineales del PT y de la capacitancia del sistema. Es la forma de comprobar el riesgo y de dimensionar la solución.
Pruebas al PT después del evento: aislamiento, relación y corriente de excitación, para saber si quedó dañado.

Cómo evitar que se repita

Resistencia de amortiguamiento en la delta abierta de los PT de redes aisladas, con el valor y la potencia que defina el fabricante o el estudio.
Revisión de las secuencias de maniobra en subestaciones de alta tensión con capacitores de gradiente, para no dejar barras con PT inductivos alimentadas solo a través de ellos.
Elección del transformador de tensión en el diseño: en algunas barras de alta tensión se usan CVT o PT con dispositivos de amortiguamiento para evitar el riesgo. El informe técnico IEC TR 61869-102 trata la ferrorresonancia en subestaciones con PT inductivos.
Pruebas del circuito de supresión de los CVT, cuyo comportamiento IEC 61869-5 exige comprobar.
Estudio de la red cuando se agregan cables o se cambia la puesta a tierra.

Qué no hacer

No dejar el PT ferrorresonando a la espera de que pase: el calentamiento puede destruirlo y una falla interna del PT en la barra es una falla de barra.
No reemplazar el fusible del PT sin buscar la causa: se volverá a fundir.
No retirar la resistencia de amortiguamiento porque se calienta durante una falla a tierra: su potencia debe corresponder a esa condición.
No subir los ajustes de 59 o 59N para que dejen de operar por la ferrorresonancia.

Cuándo llamarnos

Si sospecha ferrorresonancia en sus transformadores de tensión, envíenos los registros de tensión y la descripción de la maniobra: le cotizamos el análisis del evento y le decimos si el patrón corresponde a ferrorresonancia. El estudio de transitorios y la solución los hacemos dentro de nuestro servicio de diseño de ingeniería y estudios, y las pruebas al PT en sitio con las pruebas a transformadores de corriente y tensión. Escríbanos.

Guías relacionadas

Referencias

CIGRE TB 569 (2014), Resonance and ferroresonance in power networks.
IEC TR 61869-102, ferrorresonancia en subestaciones con transformadores de tensión inductivos.
IEC 61869-5, transformadores de tensión capacitivos.
IEC 61869-3, transformadores de tensión inductivos.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se reconoce la ferrorresonancia en un registro?

Por tensiones secundarias muy deformadas, a menudo con picos altos y con componentes de frecuencia distinta de la fundamental, que aparecen justo después de una maniobra o del despeje de una falla y se mantienen sin una falla que las explique. Suele acompañarse de ruido audible y calentamiento del PT.

¿Por qué la ferrorresonancia aparece en redes aisladas?

Porque en una red sin referencia de tierra los PT conectados entre fase y tierra son el único camino a tierra para la capacitancia de la red. Una perturbación puede llevar a saturación el núcleo de uno de ellos y el circuito formado con esa capacitancia queda oscilando. En una red sólidamente puesta a tierra ese circuito no se forma de la misma manera.

¿Qué hace la resistencia en la delta abierta del PT?

Amortigua la oscilación. Conectada en los devanados secundarios en delta abierta de los tres PT, consume la energía de la componente de secuencia cero que sostiene la ferrorresonancia. Su valor y su potencia los define el fabricante del PT o un estudio, porque debe soportar la tensión residual de una falla a tierra sostenida.