- Protecció del transformador per a diferents tipus de transformadors
- Tipus comuns de protecció del transformador
- Protecció contra sobrecalentament en transformadors
- Protecció contra sobrecorrent al transformador
- Protecció diferencial del transformador
- Protecció restringida contra falles de terra
- Relleu Buchholz (detecció de gasos)
- Protecció contra flux excessiu
Els transformadors són un dels components més crítics i cars de qualsevol sistema de distribució. Es tracta d’un dispositiu estàtic tancat que sol estar mullat en oli i, per tant, les falles que se li produeixen són limitades. Però l’efecte d’una rara falla pot ser molt perillós per al transformador, i el llarg termini de preparació per a la reparació i la substitució dels transformadors empitjora les coses. Per tant , la protecció dels transformadors de potència esdevé molt crucial.
Les falles que es produeixen en un transformador es divideixen principalment en dos tipus, que són les falles externes i les falles internes, per evitar qualsevol perill per al transformador; un sistema de relés complex elimina les falles externes en el menor temps possible. Les falles internes es basen principalment en sensors i sistemes de mesura. Parlarem d’aquests processos més endavant a l’article. Abans d’arribar-hi, és important entendre que hi ha molts tipus de transformadors i, en aquest article, parlarem principalment de transformadors de potència que s’utilitzen en sistemes de distribució. També podeu aprendre sobre el funcionament del transformador de potència per entendre els conceptes bàsics.
Les funcions bàsiques de protecció, com la protecció contra sobreexcitació i la protecció basada en la temperatura, poden reconèixer les condicions que eventualment condueixen a una condició de fallada, però la protecció completa del transformador proporcionada per relés i transformadors de corrent és adequada per als transformadors en aplicacions crítiques.
Així doncs, en aquest article parlarem dels principis més comuns que s’utilitzen per protegir els transformadors de fallades catastròfiques.
Protecció del transformador per a diferents tipus de transformadors
El sistema de protecció utilitzat per a un transformador de potència depèn de les categories del transformador. La taula següent mostra que,
| Categoria | Valoració del transformador: KVA | |
| 1 fase | 3 Fase | |
| Jo | 5 - 500 | 15 - 500 |
| II | 501 - 1667 | 501 - 5000 |
| III | 1668 - 10.000 | 5001 - 30.000 |
| IV | > 10.000 | > 30.000 |
- Els transformadors amb un rang de 500 KVA cauen en (categoria I i II), de manera que es protegeixen mitjançant fusibles, però per protegir transformadors de fins a 1000 kVA (transformadors de distribució per a 11kV i 33kV) s’utilitzen habitualment interruptors automàtics de mitjana tensió.
- Per als transformadors de 10 MVA o superiors, que pertanyen a (Categoria III i IV), calia utilitzar relés diferencials per protegir-los.
A més, els relés mecànics com els relés Buchholtz i els relés de pressió sobtada s’apliquen àmpliament per a la protecció del transformador. A més d’aquests relés, sovint s’implementa una protecció contra sobrecàrrega tèrmica per allargar la vida útil d’un transformador en lloc de detectar avaries.
Tipus comuns de protecció del transformador
- Protecció contra el sobreescalfament
- Protecció contra sobrecorrent
- Protecció diferencial del transformador
- Protecció contra falles de terra (restringida)
- Relleu Buchholz (detecció de gasos)
- Protecció contra el flux excessiu
Protecció contra sobrecalentament en transformadors
Els transformadors s’escalfen a causa de les sobrecàrregues i les condicions de curtcircuit. La sobrecàrrega admissible i la durada corresponent depenen del tipus de transformador i de la classe d’aïllament que s’utilitzi per al transformador.
Es poden mantenir càrregues més elevades durant un període de temps molt curt si són molt llargues i poden danyar l'aïllament a causa de l' augment de temperatura per sobre de la temperatura màxima suposada. La temperatura del transformador refredat amb oli es considera màxima quan els seus 95 * C superen els quals disminueix l’esperança de vida del transformador i té efectes perjudicials en l’aïllament del fil. Per això, la protecció contra el sobreescalfament esdevé essencial.
Els transformadors grans tenen dispositius de detecció de temperatura d’ oli o de bobinatge, que mesuren la temperatura del petroli o del bobinatge, normalment hi ha dues maneres de mesurar-se, una es refereix a la mesura de punts calents i la segona es coneix com a mesura d’oli superior, la imatge següent mostra una termòmetre amb caixa de control de temperatura de reinhausen que s’utilitza per mesurar la temperatura d’un transformador de tipus conservador aïllat de líquid.
La caixa té un indicador de marcatge que indica la temperatura del transformador (que és l’agulla negra) i l’agulla vermella indica el punt de configuració de l’ alarma. Si l'agulla negra supera l'agulla vermella, el dispositiu activarà una alarma.
Si mirem cap avall, podem veure quatre fletxes a través de les quals podem configurar el dispositiu perquè actuï com una alarma o un salt o es poden utilitzar per engegar o aturar bombes o ventiladors de refrigeració.
Com podeu veure a la imatge, el termòmetre està muntat a la part superior del tanc del transformador per sobre del nucli i del bobinatge, així que es fa perquè la temperatura més alta serà al centre del tanc a causa del nucli i dels bobinats. Aquesta temperatura es coneix com la temperatura màxima del petroli. Aquesta temperatura ens proporciona una estimació de la temperatura del punt calent del nucli del transformador. Els cables de fibra òptica actuals s’utilitzen dins del bobinat de baixa tensió per mesurar amb precisió la temperatura del transformador. És així com s’implementa la protecció contra el sobreescalfament.
Protecció contra sobrecorrent al transformador
El sistema de protecció contra sobrecorrent és un dels primers sistemes de protecció desenvolupats, el sistema graduat de sobrecorrent es va desenvolupar per protegir-se de les condicions de sobrecorrent. els distribuïdors d’energia utilitzen aquest mètode per detectar avaries amb l’ajut dels relés IDMT. és a dir, els relés tenen:
- Característica inversa i
- Temps mínim de funcionament.
Les funcions del relé IDMT estan restringides. Aquest tipus de relés s’han d’establir entre el 150% i el 200% del corrent nominal màxim, en cas contrari, els relés funcionaran per a condicions de sobrecàrrega d’emergència. Per tant, aquests relés proporcionen una protecció menor per a fallades a l’interior del tanc del transformador.
Protecció diferencial del transformador
La protecció diferencial de corrent esbiaixada en percentatge s’utilitza per protegir els transformadors de potència i és un dels esquemes de protecció de transformadors més habituals que ofereixen la millor protecció general. Aquest tipus de protecció s’utilitza per a transformadors de potència superior a 2 MVA.
El transformador està connectat en estrella per un costat i el delta està connectat a l’altre costat. Els CT del costat de l'estrella estan connectats a delta i els del costat de delta estan connectats a l'estrella. El neutre dels dos transformadors té connexió a terra.
El transformador té dues bobines, una és la bobina de funcionament i l’altra és la bobina de retenció. Com el seu nom indica, la bobina de retenció s’utilitza per produir la força de retenció i la bobina de funcionament s’utilitza per produir la força de funcionament. La bobina de retenció està connectada amb el bobinatge secundari dels transformadors de corrent i la bobina de funcionament es connecta entre el punt equipotencial del CT.
Funcionament de la protecció diferencial del transformador:
Normalment, la bobina de funcionament no porta corrent ja que el corrent es fa coincidir a banda i banda dels transformadors de potència, quan es produeix una falla interna en els bobinats, s’altera el balanç i les bobines de funcionament del relé diferencial comencen a produir corrent diferencial entre els dos costats. del transformador. Així, el relé dispara els interruptors i protegeix el transformador principal.
Protecció restringida contra falles de terra
Un corrent de falla molt alt pot fluir quan es produeix una falla a la boixa del transformador. En aquest cas, l’error s’ha d’esborrar el més aviat possible. L’abast d’un dispositiu de protecció concret només s’ha de limitar a la zona del transformador, la qual cosa significa que si es produeix cap falla a terra en un lloc diferent, s’hauria d’activar el relé assignat per a aquesta zona i els altres relés haurien de continuar igual. Per tant, és per això que el relé s’anomena Relé de protecció de falla a terra restringit.
A la imatge anterior, l’ equip de protecció es troba al costat protegit del transformador. Suposem que aquest és el costat principal i suposem que hi ha una falla a terra al costat secundari del transformador. Ara, si hi ha una falla al terra, a causa de la falla a terra, hi haurà un component de seqüència zero, que només circularà pel costat secundari. I no es reflectirà a la part principal del transformador.
Aquest relé té tres fases; si es produeix un error, tindran tres components, els components de la seqüència positiva, els components de la seqüència negativa i els components de la seqüència zero. Com que els components de les lluentons positives estan desplaçats per 120 *, de manera que en qualsevol moment, la suma de tots els corrents fluirà a través del relé de protecció. Per tant, la suma dels seus corrents serà igual a zero, ja que estan desplaçats per 120 *. Similar és el cas dels components de seqüència negativa.
Ara suposem que es produeix una condició d'error. Aquest error serà detectat pels CT, ja que té un component de seqüència zero i el corrent comença a fluir a través del relé de protecció, quan això passi, el relé es dispararà i protegirà el transformador.
Relleu Buchholz (detecció de gasos)
La imatge superior mostra un relé Buchholz. El relé Buchholtz s’instal·la entre la unitat principal de transformació i el tanc conservador quan es produeix una falla al transformador, detecta el gas resolt amb l’ajut d’un interruptor flotant.
Si mireu bé, podeu veure una fletxa, el gas surt del dipòsit principal al dipòsit conservador, normalment no hi hauria d’haver gas al transformador mateix. La major part del gas es coneix com gas dissolt i es poden produir nou tipus diferents de gasos en funció de la condició de fallada. Hi ha dues vàlvules a la part superior d’aquest relé, que s’utilitzen per reduir l’acumulació de gas i també s’utilitzen per treure una mostra de gas.
Quan es produeix un defecte, tenim espurnes entre els bobinats o entre els bobinats i el nucli. Aquestes petites descàrregues elèctriques dels bobinats escalfaran l'oli aïllant i l'oli es trencarà, produint gasos, la gravetat de l'avaria, detecta quins vidres es creen.
Una gran descàrrega d’energia tindrà una producció d’acetilè i, com sabreu, l’acetilè necessita molta energia per produir-se. I sempre cal recordar que qualsevol tipus de falla produirà gasos, analitzant la quantitat de gas, podem trobar la gravetat de la falla.
Com funciona el relé Buchholz (detecció de gasos)?
Com podeu veure a la imatge, tenim dos flotadors: un flotador superior i un flotador inferior, també tenim una placa deflector que empeny cap avall el flotador inferior.
Quan es produeix una gran falla elèctrica, produeix una gran quantitat de gas que el gas que circula per la canonada, la qual cosa fa canviar la placa deflector i això obliga a la part inferior flotada cap avall, ara tenim una combinació, el flotador superior està amunt i el flotador inferior és cap avall i la placa deflector s'ha inclinat. Aquesta combinació indica que s'ha produït un error massiu. que apaga el transformador i també genera una alarma. La imatge següent mostra exactament això,
Però aquest no és l’únic escenari en què aquest relé pot ser útil, imagineu-vos una situació en què a l’interior del transformador s’estigui produint una petita arcada, aquestes arques produeixen una petita quantitat de gas, aquest gas produeix una pressió dins del relé i el flotador superior baixa desplaçant l'oli que hi ha al seu interior, ara el relé genera una alarma en aquesta situació, el flotador superior està avall, el flotador inferior no canvia i la placa deflectora no canvia si es detecta aquesta configuració, podem estar segurs que tenim una lenta acumulació de gas. La imatge següent mostra exactament això,
Ara sabem que tenim una falla i purgarem part del gas mitjançant la vàlvula situada damunt del relé i analitzarem el gas per esbrinar el motiu exacte d’aquesta acumulació de gas.
Aquest relé també pot detectar condicions en què el nivell d’oli aïllant cau a causa de fuites al xassís del transformador, en aquesta condició, el flotador superior cau, el flotador inferior cau i la placa deflector es manté a la mateixa posició. En aquesta condició, rebem una alarma diferent. La imatge següent mostra el funcionament.
Amb aquests tres mètodes, el relé Buchholz detecta avaries.
Protecció contra flux excessiu
Un transformador està dissenyat per funcionar a un nivell de flux fix que supera aquest nivell de flux i el nucli es satura, la saturació del nucli provoca escalfament al nucli que segueix ràpidament a través de les altres parts del transformador que condueix al sobreescalfament dels components, es fa necessària una protecció de flux, ja que protegeix el nucli del transformador. Es poden produir situacions de sobreeiximent a causa de la sobretensió o la reducció de la freqüència del sistema.
Per protegir el transformador del sobreeiximent, s’utilitza el relé de sobreeiximent. El relé de sobreeiximent mesura la relació Voltatge / Freqüència per calcular la densitat de flux al nucli. Un ràpid augment de la tensió a causa dels transitoris del sistema d'alimentació pot provocar un flux excessiu, però els transitoris disminueixen ràpidament, per tant, el desencadenament instantani del transformador no és desitjable.
La densitat de flux és directament proporcional a la proporció de tensió a freqüència (V / f) i l’instrument hauria de detectar la ració si el valor d’aquesta relació és superior a la unitat, això es fa mitjançant un relé basat en un microcontrolador que mesura la tensió i la freqüència en temps real, calcula la velocitat i la compara amb els valors pre-calculats. El relé es programa per un temps mínim definit invers (característiques IDMT). Però la configuració es pot fer manualment si això és un requisit. D'aquesta manera, el propòsit es complirà sense comprometre les proteccions contra el flux excessiu. Ara, veiem la importància que és evitar que el trencament del transformador surpassi.
Espero que us hagi agradat l'article i hàgiu après alguna cosa útil. Si teniu cap pregunta, deixeu-les a la secció de comentaris o utilitzeu els nostres fòrums per a altres consultes tècniques.