La polaridad es muy importante para el funcionamiento de transformadores y equipos de protección. Una comprensión clara de la polaridad es útil para comprender y analizar las conexiones y el funcionamiento de los transformadores, así como para probar los relés y sistemas de protección.

También es esencial para comprender el rendimiento del sistema de energía durante el funcionamiento tanto normal como anormal.

Relé SEL de sobrecorriente y diferencial

Las indicaciones de polaridad para transformadores están bien establecidas por normas que se aplican a todos los tipos de transformadores. Hay dos variedades de polaridad: sustractiva y aditiva. Ambos siguen las mismas reglas. 

Los transformadores de potencia y de instrumentos son sustractivos, mientras que algunos transformadores de distribución son aditivos. La marca de polaridad puede ser un punto, un cuadrado o una X, o puede indicarse mediante las marcas estandarizadas de los terminales del transformador, las prácticas varían a lo largo de los años. 

Polaridad designada por una X en este artículo técnico.

Polaridad en transformadores   a) polaridad sustractiva   b)polaridad aditiva

Las dos reglas fundamentales de la polaridad del transformador, ilustradas en la imagen anterior y que se aplican a ambas variedades, son las siguientes:

1. La corriente que fluye en la marca de polaridad de un devanado fluye fuera de la marca de polaridad del otro devanado. Ambas corrientes están sustancialmente en fase.

2. La caída de voltaje de polaridad a no polaridad a través de un devanado está esencialmente en fase con la caída de voltaje de polaridad a no polaridad a través de los otros devanados.

Las marcas de polaridad del transformador de corriente (TC) se muestran en la figura siguiente.

Tenga en cuenta que la dirección de la corriente secundaria es la misma, independientemente de si las marcas de polaridad están juntas en un lado o en el otro.

Polaridad en transformadores   de corriente

Para los TC asociados a interruptores y bancos de transformadores, es una práctica común que las marcas de polaridad estén ubicadas en el lado alejado del equipo asociado.

La regla de caída de voltaje a menudo se omite en la definición de polaridad del transformador, pero es una herramienta extremadamente útil para verificar las relaciones de fase a través de bancos de transformadores estrella-delta, o al conectar un banco de transformadores para un cambio de fase específico requerido por la potencia.

Las conexiones para estos dos casos se muestran en las figuras siguiente. Los diagramas debajo de la conexión del transformador trifásico ilustran el uso de la regla de caída de voltaje para proporcionar o verificar las conexiones. 

Se han omitido las flechas en estas caídas de voltaje (preferiblemente no se utilizan), ya que no son necesarias y pueden causar confusión.

Regla de polaridad de caída de voltaje útil para verificar o conectar bancos de transformadores estrella-delta: cables laterales conectados en estrella, lado conectado en triángulo 30 °

En la imagen anterior, la verificación se realiza observando que  (an) desde la polaridad a la no polaridad en el devanado del lado izquierdo está en fase con A a B desde la polaridad a la no polaridad en el devanado del lado derecho.

En consecuencia, el lado en estrella sería el lado de alto voltaje si se trata de un transformador estándar ANSI / IEEE.

Regla de polaridad de caída de voltaje útil para verificar o conectar bancos de transformadores estrella-delta: cables laterales conectados en triángulo, lado conectado en estrella 30 °

Esta misma técnica de aplicar caídas de voltaje a la imagen anterior muestra que para esta conexión de banco trifásico, la polaridad de caída de voltaje a no polaridad o fase a an está en fase con la polaridad de caída de voltaje a no polaridad o fase A a fase C.

De manera similar, la caída de voltaje en la fase b an está en fase con la caída de voltaje entre la fase B y la fase A, y la caída de voltaje entre la fase c y n está en fase con la caída de voltaje entre la fase C y la fase B.

Al comparar voltajes similares en los dos lados del transformador, la caída de voltaje de fase A a neutro conduce a la caída de voltaje de fase a a n en 30 °, por lo que el devanado delta sería el lado de alto voltaje si este es un banco de transformadores estándar ANSI / IEEE.

Debido a que los estándares ANSI / IEEE existen desde hace varios años, la mayoría de los bancos de transformadores en servicio en la actualidad siguen este estándar, excepto cuando no es posible debido a condiciones preexistentes del sistema.

Los relés que involucran la interacción entre dos cantidades de entrada del sistema de potencia pueden tener la marca de polaridad necesaria para su correcto funcionamiento.

No existen estándares en esta área, por lo que si la polaridad de las conexiones del relé es importante, el fabricante del relé debe especificar las marcas de polaridad y documentar claramente su significado.

Las unidades direccionales generalmente no se aplican solas, sino en combinación con otras unidades, como sensores o detectores de fallas. 

Una práctica común es usar la salida de la unidad de detección direccional para controlar el funcionamiento de los sensores de falla, que a menudo es una unidad de sobrecorriente instantánea o de tiempo inverso, o ambas unidades juntas.

Por lo tanto, si el flujo de corriente está en la dirección de operación deseada (dirección de disparo) y su magnitud es mayor que la corriente de operación mínima del sensor de falla (activación), el relé puede operar. Si la corriente está en la dirección opuesta (dirección o zona sin disparo o sin operación), no puede ocurrir ninguna operación aunque la magnitud de la corriente sea mayor que la corriente de umbral de activación.

Una unidad de detección direccional requiere una cantidad de referencia que sea razonablemente constante, contra la cual se pueda comparar la corriente en el circuito protegido.

Las indicaciones de polaridad típicas para tres unidades de detección direccional de uso común se muestran en la imagen siguiente. Esto usa la costumbre de mostrar varios bucles para bobinas de voltaje y un solo bucle para bobinas de corriente, de colocar el circuito de referencia o circuito de voltaje por encima del circuito de corriente y de colocar las marcas de polaridad en diagonal.

Características típicas de relé direccional

La cantidad de referencia se denomina comúnmente cantidad de "polarización", especialmente para relés de falla a tierra, donde se usa polarización de corriente o polarización de voltaje, o ambas.

Las marcas de polaridad de la imagen anterior son pequeños símbolos más (+) colocados, como se ilustra, sobre un extremo de cada bobina, en diagonal como se muestra, o en la diagonal opuesta.