Como proteger os transformadores. A maneira correta de proteger os transformadores pode prolongar sua vida útil.

O transformador é um equipamento estático que funciona continuamente, apresentando maior confiabilidade e menor probabilidade de falhas. No entanto, como a grande maioria dos transformadores é instalada ao ar livre e está sujeita à carga durante a operação e a curtos-circuitos no sistema elétrico, diversas falhas e condições anormais são inevitáveis ​​durante o funcionamento.

1. Falhas e anomalias comuns em transformadores

As falhas em transformadores podem ser divididas em falhas internas e falhas externas.

Defeitos internos referem-se a defeitos que ocorrem dentro da carcaça, como curtos-circuitos entre fases dos enrolamentos, curtos-circuitos entre espiras de enrolamentos monofásicos, curtos-circuitos entre os enrolamentos e o núcleo de ferro, e falhas de desconexão dos enrolamentos, etc.

Falhas externas referem-se a várias falhas de curto-circuito entre as linhas de alimentação externas de transformadores e a falhas de aterramento monofásicas que ocorrem quando a bucha de isolamento da linha de alimentação sofre uma descarga disruptiva através da carcaça.

A falha de um transformador causa grandes danos. Especialmente quando ocorre uma falha interna, o arco de alta temperatura gerado pela corrente de curto-circuito não só queima o isolamento e o núcleo de ferro do enrolamento do transformador, como também provoca a decomposição do óleo e a produção de uma grande quantidade de gases, resultando na deformação da carcaça do transformador e até mesmo em explosão. Portanto, quando um transformador falha, ele deve ser removido.

As anomalias em transformadores são principalmente sobrecarga, redução do nível de óleo, curto-circuito externo causado por sobrecorrente, temperatura excessiva do óleo de operação, temperatura excessiva dos enrolamentos, pressão excessiva no transformador e falha no sistema de refrigeração. Quando o transformador apresentar alguma anormalidade, um sinal de alarme deve ser emitido.

Dois, configuração de proteção do transformador

As principais proteções contra curto-circuito incluem: proteção diferencial longitudinal, proteção contra gases pesados, etc.

Proteção de backup contra falhas de curto-circuito: principalmente proteção contra sobrecorrente com bloqueio de tensão composta, proteção contra sobrecorrente de sequência zero (direção), proteção contra baixa impedância, etc.

Proteção contra operação anormal: principalmente proteção contra sobrecarga, proteção contra sobrexcitação, proteção contra gases leves, proteção contra falha no ponto morto, proteção contra falha no nível de óleo e temperatura e proteção contra falha no sistema de refrigeração.

Três, proteção não elétrica

A proteção de transformadores composta por proteção contra fluidos como óleo, gás, temperatura e outros fluidos não elétricos é chamada de proteção não elétrica. Existem principalmente proteções contra gases, pressão, temperatura, nível de óleo e parada do resfriador. A proteção não elétrica atua conforme a necessidade do local, desligando o equipamento ou enviando sinais.

1. Proteção contra gás

Quando ocorre uma falha interna no transformador, devido à ação da corrente de curto-circuito e do arco voltaico, o interior do transformador produz uma grande quantidade de gás, que simultaneamente aumenta a velocidade do fluxo de óleo. A utilização desse fluxo de gás e óleo para realizar a proteção é chamada de proteção por gás.

(1) Proteção contra gases leves: quando ocorre uma pequena falha ou anomalia dentro do transformador, o superaquecimento local do ponto de falha causa expansão parcial do óleo, e o gás no óleo forma bolhas e entra no relé de gás. A ação de proteção contra gases leves envia um sinal de gás leve.

(2) Proteção contra gases pesados: quando ocorre uma falha grave no tanque do transformador, a corrente de falha é alta e o arco elétrico causa a decomposição do óleo do transformador em grandes quantidades, resultando em um grande fluxo de gás e óleo. O defletor de impacto faz com que o gás pesado siga a ação de proteção, enviando o sinal de gás pesado e o desligamento de saída, e o transformador é desligado.

(3) A proteção contra falhas internas do tanque de combustível é a principal proteção contra falhas internas do transformador, podendo refletir diversas falhas internas do transformador. Quando ocorre um curto-circuito entre algumas espiras do transformador, embora a corrente de falha seja muito grande, a corrente diferencial produzida pela proteção diferencial pode não ser grande o suficiente para que esta se recuse a operar. Portanto, para falhas internas do transformador, é necessário recorrer à proteção contra falhas internas para eliminar as falhas.

A imagem

2, proteção contra pressão

A proteção contra sobrepressão também é a principal proteção contra falhas internas do tanque do transformador. Inclui proteção contra alívio de pressão e oscilação de pressão, utilizada para controlar a pressão do óleo do transformador.

3. Proteção contra temperatura e nível de óleo

Quando a temperatura do transformador atinge o valor de alerta, a proteção térmica envia um sinal de alarme e aciona o resfriador de reserva.

Quando o transformador apresenta vazamento de óleo ou o nível de óleo diminui por outros motivos, o sistema de proteção contra vazamentos é acionado e um sinal de alarme é enviado.

4, a proteção total contra paradas do refrigerador

Quando todos os resfriadores do transformador param de funcionar, a temperatura do transformador aumenta. Se não for controlada a tempo, a isolação do enrolamento do transformador pode ser danificada. Portanto, quando todos os resfriadores param de funcionar em um transformador, o sistema de proteção emite um sinal de alarme e desliga o transformador após um longo período de tempo.

Quatro, proteção diferencial

A proteção diferencial de transformadores é a principal proteção do volume elétrico do transformador, e seu escopo de proteção abrange a parte delimitada por cada lado do transformador de corrente. Nessa região, ocorrem curtos-circuitos entre enrolamentos, curtos-circuitos entre espiras e outras falhas, e a proteção diferencial entra em ação.

1. Corrente de partida do transformador

A corrente de campo gerada quando o transformador é desligado é chamada de corrente de irrupção de campo. A magnitude da corrente de irrupção de excitação está relacionada à estrutura do transformador, ao ângulo de fechamento, à capacitância, à remanência antes do fechamento e a outros fatores. As medições mostram que a corrente de irrupção geralmente é de 2 a 6 vezes a corrente nominal, podendo ultrapassar 8 vezes a corrente nominal. Como a corrente de irrupção flui apenas para o transformador no lado de carga, ela gera uma grande corrente diferencial no circuito diferencial, resultando em mau funcionamento da proteção diferencial.

A corrente de irrupção apresenta as seguintes características: a. O valor da corrente de irrupção é muito alto e contém um componente aperiódico evidente; b. A forma de onda é pontual e descontínua; c. Contém um componente harmônico de alta ordem evidente, especialmente o componente harmônico de segunda ordem; d. A corrente de irrupção de excitação é atenuada.

De acordo com as características da corrente de irrupção descritas acima, e para evitar que essa corrente cause mau funcionamento da proteção diferencial do transformador, o projeto utiliza três princípios: alto conteúdo de segunda harmônica, assimetria da forma de onda e ângulo de descontinuidade da forma de onda para realizar o travamento da proteção diferencial.

2. Princípio da frenagem harmônica de segunda ordem

A essência da frenagem por segunda harmônica é usar a componente de segunda harmônica da corrente diferencial para determinar se a corrente diferencial é uma corrente de falta ou uma corrente de irrupção. Quando a porcentagem da componente de segunda harmônica em relação à componente fundamental for maior que um determinado valor (geralmente 20%), considera-se que a corrente diferencial é causada por uma corrente de irrupção e a proteção diferencial é acionada.

Portanto, quanto maior for a taxa de frenagem do segundo harmônico, maior será a corrente do segundo harmônico contida na onda fundamental permitida e pior será o efeito de frenagem.

3, proteção diferencial de frenagem rápida

Quando ocorre uma falha grave no transformador e a corrente de falta é suficientemente grande para causar a saturação do TC (transformador de corrente), a corrente secundária do TC também contém um grande número de componentes harmônicos. De acordo com a descrição acima, é provável que a proteção diferencial seja bloqueada ou apresente atraso devido à frenagem por segunda harmônica. Isso danificará seriamente o transformador. Para solucionar esse problema, geralmente é instalada uma proteção diferencial de interrupção rápida.

O elemento diferencial de interrupção rápida é, na verdade, um elemento diferencial de alta constante para proteção diferencial longitudinal. Diferentemente do elemento diferencial comum, ele reflete o valor efetivo da corrente diferencial. Independentemente da forma de onda da corrente diferencial ou da magnitude da componente harmônica, desde que o valor efetivo da corrente diferencial exceda o valor de ajuste do elemento diferencial de interrupção rápida (geralmente superior ao valor de ajuste da proteção diferencial), o transformador será imediatamente desligado, sem a necessidade de bloqueio por corrente de pico ou outros critérios.

Cinco, proteção de reserva do transformador

A principal proteção do transformador é apresentada brevemente, seguida da apresentação da proteção de reserva. Existem diversos tipos de configurações de proteção de reserva para transformadores. Aqui, apresentaremos resumidamente dois tipos: proteção contra sobrecorrente com bloqueio de tensão dupla e proteção de aterramento.

1. Proteção contra sobrecorrente com travamento por dupla pressão

A proteção contra sobrecorrente com bloqueio de tensão composta é uma proteção de reserva para falhas de curto-circuito entre transformadores de grande e médio porte. É adequada para transformadores elevadores, transformadores de conexão de sistemas e transformadores abaixadores cuja proteção contra sobrecorrente não atende aos requisitos de sensibilidade. A tensão composta, formada por tensão de sequência negativa e baixa tensão, pode refletir diversas falhas na faixa de proteção, reduzindo o valor de ajuste da proteção contra sobrecorrente e melhorando a sensibilidade.

A proteção composta contra sobrecorrente por tensão é composta por um elemento de tensão composta, um elemento de sobrecorrente e um elemento de tempo. A corrente de entrada da proteção é a corrente secundária do TC trifásico no lado local do transformador, e a tensão de entrada é a tensão secundária do TP trifásico no lado local ou em outros lados do transformador. Para proteção por microcomputador, a tensão deste lado pode ser fornecida aos outros lados por meio de software, garantindo que qualquer lado do TP em manutenção ainda possa utilizar a proteção composta contra sobrecorrente por tensão. A lógica de atuação é mostrada abaixo.

2. Proteção de aterramento do transformador

A proteção de reserva contra curto-circuito à terra em transformadores de grande e médio porte geralmente consiste em: proteção contra sobrecorrente de sequência zero, proteção contra sobretensão de sequência zero, proteção contra falha de aterramento, entre outros. A seguir, apresentamos uma breve descrição de três modos diferentes de aterramento com base no ponto neutro.

(1) O ponto neutro está diretamente aterrado

Para transformadores com tensão igual ou superior a 110 kV e ponto neutro diretamente aterrado, a proteção contra corrente de sequência zero deve ser instalada no lado do sistema de aterramento de alta corrente para refletir a falta de aterramento. Para transformadores aterrados diretamente tanto no lado de alta quanto no lado intermediário, a proteção contra corrente de sequência zero deve ser instalada na direção de cada barramento lateral.

O princípio da proteção contra corrente de sequência zero é semelhante ao da proteção contra corrente de sequência zero na linha, conforme descrito na edição 30. A corrente de sequência zero pode ser derivada da corrente do TC secundário do ponto neutro ou da corrente do TC trifásico secundário do lado local. A tensão de sequência zero conectada ao elemento direcional pode ser obtida a partir da tensão do triângulo de abertura do TP do lado local ou da tensão trifásica secundária do lado local. Nos dispositivos de proteção microcomputadorizados, adota-se principalmente um método de fabricação própria.

Para grandes transformadores de três enrolamentos, a proteção contra corrente de sequência zero pode ser de três estágios. Há um sentido de proteção nas seções I e II, e nenhum sentido na seção III. Cada seção geralmente possui um retardo de dois estágios, com um retardo menor para reduzir a faixa de falha (barramento de derivação ou chave local), com um retardo maior para remover o transformador (chave de três estágios). A configuração específica da proteção depende da situação real.

Conforme ilustrado na figura, após a atuação da proteção contra corrente de sequência zero na seção I ou II, o barramento T1 ou T3, ou a chave local com retardo curto, deve ser acionado inicialmente para reduzir a extensão da falha. Caso a corrente de falha persista, o transformador deve ser desligado com a chave de três vias T2 ou T4 com retardo longo. Na seção III, sem indicação de direção, o transformador é desligado diretamente por retardo.

(2) o ponto neutro não está aterrado

A corrente de sequência zero passa pelo ponto neutro do transformador, formando o circuito de sequência zero. No entanto, se todos os pontos neutros do transformador estiverem aterrados, a corrente de curto-circuito no ponto de aterramento será distribuída para cada transformador, o que reduzirá a sensibilidade da proteção contra sobrecorrente de sequência zero. Portanto, para limitar a corrente de sequência zero a uma determinada faixa, o número de transformadores aterrados no ponto neutro é regulado.

Para transformadores não aterrados, a proteção contra sobretensão de sequência zero deve ser configurada para evitar danos por sobretensão causados ​​por arco voltaico no ponto de falha quando ocorre uma falha de aterramento.

Transformador totalmente isolado devido ao seu alto nível de isolamento no ponto neutro, quando ocorre uma falha de aterramento no sistema, a primeira proteção contra corrente de sequência zero é acionada para remover o transformador aterrado no ponto neutro. Se a falha persistir, a proteção contra tensão de sequência zero é acionada para remover o transformador não aterrado no ponto neutro.

(3) O ponto neutro é aterrado através do espaço de descarga

Todos os transformadores de alta tensão são semi-isolados, e o isolamento da bobina neutra em relação à terra é mais frágil do que o de outras partes. O isolamento do neutro é propenso a falhas. Portanto, é necessário configurar uma proteção de distância.

A função da proteção do gap é proteger o ponto neutro da isolação de transformadores não aterrados, garantindo sua segurança.

Conforme mostrado, um centelhador de ruptura é instalado entre o ponto neutro do transformador e o terra. Quando a chave seccionadora de aterramento é fechada, o transformador é aterrado diretamente e a proteção contra sobrecorrente de sequência zero é acionada. Quando a chave seccionadora de aterramento é desativada, o transformador é aterrado através do centelhador e entra em proteção contra sobrecorrente de sequência zero.

A proteção contra falhas é realizada utilizando a corrente de falha 3I0 que flui pelo ponto neutro do transformador e a tensão de abertura do triângulo 3U0 do barramento PT como critério.

Se o ponto neutro no local da falha estiver elevado, ocorrerá a ruptura do gap, resultando em uma grande corrente de gap 3I0. Nesse momento, a proteção do gap atuará, removendo o transformador após um atraso. Além disso, quando o sistema apresentar uma falha de aterramento, a proteção de sequência zero do transformador de aterramento do ponto neutro atuará, primeiro cortando o transformador de aterramento do ponto neutro. Após o sistema perder o ponto de aterramento, se a falha persistir, a tensão de triângulo aberto no barramento PT 3U0 será grande, e a proteção do gap também atuará nesse momento.

Fonte: Púlpito de poder