Totul despre protecția transformatoarelor și circuitele de protecție a transformatoarelor

Transformatoarele sunt una dintre cele mai critice și mai scumpe componente ale oricărui sistem de distribuție. Este un dispozitiv static închis, de obicei udat în ulei, și, prin urmare, defectele care îi apar sunt limitate. Dar efectul unei defecțiuni rare poate fi foarte periculos pentru transformator, iar timpul lung de pregătire pentru repararea și înlocuirea transformatoarelor înrăutățește lucrurile. Prin urmare, protecția transformatoarelor de putere devine foarte importantă.

Defecțiunile care apar pe un transformator sunt împărțite în principal în două tipuri, care sunt, defecte externe și defecte interne, pentru a evita orice pericol pentru transformator, o defecțiune externă este eliminată de un sistem complex de relee în cel mai scurt timp posibil. Defecțiunile interne se bazează în principal pe senzori și sisteme de măsurare. Vom vorbi despre aceste procese mai departe în articol. Înainte de a ajunge acolo, este important să înțelegem că există multe tipuri de transformatoare și în acest articol vom discuta în principal despre transformatoarele de putere utilizate în sistemele de distribuție. De asemenea, puteți afla despre funcționarea transformatorului de putere pentru a înțelege elementele de bază ale acestuia.

Funcțiile de protecție de bază, cum ar fi protecția împotriva supraexcitării și protecția bazată pe temperatură, pot recunoaște condițiile care duc în cele din urmă la o stare de defecțiune, dar protecția completă a transformatorului furnizată de relee și transformatoare de curent este adecvată pentru transformatoare în aplicații critice.

Deci, în acest articol, vom vorbi despre cele mai comune principii utilizate pentru a proteja transformatoarele de eșecuri catastrofale.

Protecția transformatorului pentru diferite tipuri de transformatoare

Sistemul de protecție utilizat pentru un transformator de putere depinde de categoriile transformatorului. Un tabel de mai jos arată că,

Categorie	Evaluare transformator - KVA
1 fază	3 faze
Eu	5 - 500	15 - 500
II	501 - 1667	501 - 5000
III	1668 - 10.000	5001 - 30.000
IV	> 10.000	> 30.000

• Transformatoarele cuprinse între 500 KVA se încadrează în (categoria I și II), deci acestea sunt protejate cu ajutorul siguranțelor, dar pentru a proteja transformatoarele de până la 1000 kVA (transformatoare de distribuție pentru 11kV și 33kV) se folosesc de obicei întreruptoare de medie tensiune.
• Pentru transformatoarele de 10 MVA și peste, care se încadrează în (Categoria III și IV), relee diferențiale trebuiau utilizate pentru a le proteja.

În plus, releele mecanice, cum ar fi releele Buchholtz, și releele de presiune bruscă sunt aplicate pe scară largă pentru protecția transformatorului. În plus față de aceste relee, protecția termică la suprasarcină este adesea implementată pentru a prelungi durata de viață a transformatorului, mai degrabă decât pentru detectarea defecțiunilor.

Tipuri comune de protecție a transformatorului

1. Protecție la supraîncălzire
2. Protecție la supracurent
3. Protecția diferențială a transformatorului
4. Protecție împotriva defecțiunilor la pământ (restricționată)
5. Releu Buchholz (Detectarea gazelor)
6. Protecție împotriva supra-fluxului

Protecție la supraîncălzire în transformatoare

Transformatoarele se supraîncălzesc din cauza supraîncărcărilor și a condițiilor de scurtcircuit. Supraîncărcarea admisă și durata corespunzătoare depind de tipul transformatorului și de clasa de izolație utilizată pentru transformator.

Încărcări mai mari pot fi menținute pentru o perioadă foarte scurtă de timp, dacă este pentru o perioadă foarte lungă de timp, poate deteriora izolația din cauza creșterii temperaturii peste o temperatură maximă presupusă. Temperatura transformatorului răcit cu ulei este considerată maximă atunci când este de 95 * C, dincolo de care scade speranța de viață a transformatorului și are efecte dăunătoare asupra izolației firului. De aceea, protecția împotriva supraîncălzirii devine esențială.

Transformatoarele mari au dispozitive de detectare a temperaturii uleiului sau a înfășurării, care măsoară temperatura uleiului sau a înfășurării, de obicei există două moduri de măsurare, una este denumită măsurarea punctului fierbinte și a doua este denumită măsurare a uleiului de sus, imaginea de mai jos prezintă un tipic termometru cu o cutie de control al temperaturii de la reinhausen folosit pentru măsurarea temperaturii unui transformator izolat de tip lichid, conservator.

Caseta are un cadran care indică temperatura transformatorului (care este acul negru), iar acul roșu indică punctul de setare a alarmei. Dacă acul negru depășește acul roșu, dispozitivul va activa o alarmă.

Dacă privim în jos, putem vedea patru săgeți prin care putem configura dispozitivul să acționeze ca o alarmă sau declanșare sau pot fi folosite pentru a porni sau opri pompe sau ventilatoare de răcire.

După cum puteți vedea în imagine, termometrul este montat pe partea superioară a rezervorului transformatorului deasupra miezului și a înfășurării, așa se face, deoarece cea mai înaltă temperatură va fi în centrul rezervorului din cauza miezului și a înfășurărilor. Această temperatură este cunoscută ca temperatura maximă a uleiului. Această temperatură ne oferă o estimare a temperaturii punctului fierbinte a miezului transformatorului. Cablurile de fibră optică din zilele noastre sunt utilizate în bobina de joasă tensiune pentru a măsura cu precizie temperatura transformatorului. Acesta este modul în care este implementată protecția împotriva supraîncălzirii.

Protecție la supracurent în transformator

Sistemul de protecție la supracurent este unul dintre cele mai vechi sisteme de protecție dezvoltate, sistemul gradat de supracurent a fost dezvoltat pentru a proteja împotriva condițiilor de supracurent. distribuitorii de energie utilizează această metodă pentru a detecta defecțiunile cu ajutorul releelor ​​IDMT. adică releele având:

1. Caracteristică inversă și
2. Timp minim de funcționare.

Capacitățile releului IDMT sunt restricționate. Aceste tipuri de relee trebuie setate între 150% și 200% din curentul nominal maxim, în caz contrar, releele vor funcționa pentru condiții de suprasarcină de urgență. Prin urmare, aceste relee oferă o protecție minoră pentru defecțiunile din rezervorul transformatorului.

Protecția diferențială a transformatorului

Protecția diferențială a curentului polarizat procentual este utilizată pentru a proteja transformatoarele de putere și este una dintre cele mai comune scheme de protecție a transformatoarelor care oferă cea mai bună protecție generală. Aceste tipuri de protecție sunt utilizate pentru transformatoarele cu o capacitate mai mare de 2 MVA.

Transformatorul este conectat în stea pe o parte și delta conectat în cealaltă parte. CT-urile din partea stelelor sunt conectate la delta, iar cele din partea conectată la delta sunt conectate la stea. Neutrul ambelor transformatoare este împământat.

Transformatorul are două bobine, una este bobina de funcționare și cealaltă este bobina de reținere. După cum sugerează și numele, bobina de reținere este utilizată pentru a produce forța de reținere, iar bobina de funcționare este utilizată pentru a produce forța de funcționare. Bobina de reținere este conectată cu înfășurarea secundară a transformatoarelor de curent, iar bobina de funcționare este conectată între punctul echipotențial al CT.

Protecția diferențială a transformatorului funcționează:

În mod normal, bobina de funcționare nu transportă curent, deoarece curentul se potrivește pe ambele părți ale transformatoarelor de putere, când apare o defecțiune internă în înfășurări, echilibrul este modificat și bobinele de funcționare ale releului diferențial încep să producă curent diferențial între cele două părți a transformatorului. Astfel, releul declanșează întrerupătoarele și protejează transformatorul principal.

Protecție restricționată împotriva defecțiunilor la pământ

Un curent de defect foarte mare poate curge atunci când apare o defecțiune la bucșa transformatorului. În acest caz, eroarea trebuie eliminată cât mai curând posibil. Acoperirea unui anumit dispozitiv de protecție ar trebui să fie limitată doar la zona transformatorului, ceea ce înseamnă că dacă apare o defecțiune la pământ într-o locație diferită, releul alocat pentru zona respectivă ar trebui să fie declanșat, iar alte relee ar trebui să rămână la fel. Deci, de aceea releul este denumit Releu de protecție la defect la împământare restricționat.

În imaginea de mai sus, echipamentul de protecție se află pe partea protejată a transformatorului. Să presupunem că aceasta este partea primară și, de asemenea, să presupunem că există o defecțiune la sol pe partea secundară a transformatorului. Acum, dacă există o defecțiune la sol, din cauza defecțiunii la sol, o componentă de secvență zero va fi acolo și va circula doar pe partea secundară. Și nu se va reflecta în partea primară a transformatorului.

Acest releu are trei faze, dacă apare o defecțiune, acestea vor avea trei componente, componentele secvenței pozitive, componentele secvenței negative și componentele secvenței zero. Deoarece componentele de paiete pozitive sunt deplasate cu 120 *, deci în orice moment, suma tuturor curenților va curge prin releul de protecție. Deci, suma curenților lor va fi egală cu zero, deoarece sunt deplasați cu 120 *. Similar este cazul componentelor secvenței negative.

Acum să presupunem că apare o stare de eroare. Această eroare va fi detectată de CT, deoarece are o componentă de secvență zero și curentul începe să curgă prin releul de protecție, atunci când acest lucru se întâmplă, releul se va declanșa și va proteja transformatorul.

Releu Buchholz (Detectarea gazelor)

Imaginea de mai sus prezintă un releu Buchholz. Buchholtz releul este montat între unitatea de transformare principală și rezervorul de conservatorul atunci când apare o defecțiune în interiorul transformatorului, detectează gazul rezolvat cu ajutorul unui comutator plutitor.

Dacă priviți cu atenție, puteți vedea o săgeată, gazul curge din rezervorul principal în rezervorul conservator, în mod normal, nu ar trebui să existe gaz în transformatorul în sine. Cea mai mare parte a gazului este denumită gaz dizolvat și se pot produce nouă tipuri diferite de gaze, în funcție de starea defectului. Există două supape în partea superioară a acestui releu, aceste supape sunt utilizate pentru a reduce acumularea de gaz și este, de asemenea, utilizată pentru a scoate o probă de gaz.

Când apare o stare de avarie, avem scântei între înfășurări sau între înfășurări și miez. Aceste mici descărcări electrice din înfășurări vor încălzi uleiul izolant, iar uleiul se va defecta, astfel se produc gaze, severitatea defecțiunii, detectează ce ochelari sunt creați.

O descărcare mare de energie va avea o producție de acetilenă și, după cum știți, acetilena necesită multă energie pentru a fi produsă. Și ar trebui să vă amintiți întotdeauna că orice tip de defecțiune va produce gaze, analizând cantitatea de gaz, putem găsi severitatea defectului.

Cum funcționează releul Buchholz (detectarea gazelor)?

După cum puteți vedea din imagine, avem două plutitoare: un plutitor superior și un plutitor inferior, de asemenea, avem o placă deflector care împinge în jos plutitorul inferior.

Când apare o defecțiune electrică mare, produce mult gaz decât curge gazul prin conductă, care deplasează placa deflectoare și care forțează partea inferioară plutită în jos, acum avem o combinație, plutitorul superior este sus și plutitorul inferior este în jos și placa deflectorului s-a înclinat. Această combinație indică faptul că a apărut o eroare masivă. care oprește transformatorul și generează și o alarmă. Imaginea de mai jos arată exact asta,

Dar acesta nu este singurul scenariu în care acest releu poate fi util, imaginați-vă o situație în care în interiorul transformatorului se produce o arcare minoră, aceste arcuri produc o cantitate mică de gaz, acest gaz produce o presiune în interiorul releului și plutitorul superior coboară deplasând uleiul în interiorul acestuia, acum releul generează o alarmă în această situație, plutitorul superior este în jos, plutitorul inferior este neschimbat și placa deflectorului este neschimbată dacă se detectează această configurație, putem fi siguri că avem o acumulare lentă de gaz. Imaginea de mai jos arată exact asta,

Acum știm că avem o defecțiune și vom purga o parte din gaz folosind supapa de deasupra releului și vom analiza gazul pentru a afla motivul exact al acestei acumulări de gaz.

Acest releu poate detecta, de asemenea, condițiile în care nivelul uleiului izolant scade datorită scurgerilor din șasiul transformatorului, în această stare, plutitorul superior scade, plutitorul inferior scade și placa deflectorului rămâne în aceeași poziție. În această stare, primim o alarmă diferită. Imaginea de mai jos arată funcționarea.

Cu aceste trei metode, releul Buchholz detectează defecțiunile.

Protecție împotriva supra-fluxului

Un transformator este proiectat să funcționeze la un nivel de flux fix care depășește nivelul de flux și miezul se satură, saturația miezului provoacă încălzirea miezului care urmează rapid prin celelalte părți ale transformatorului, ceea ce duce la supraîncălzirea componentelor, protecția fluxului devine necesară, deoarece protejează miezul transformatorului. Situațiile de suprasolicitare pot apărea din cauza supratensiunii sau a reducerii frecvenței sistemului.

Pentru a proteja transformatorul de supra-flux, se folosește releul de supra-flux. Releul de suprasolicitare măsoară raportul Tensiune / Frecvență pentru a calcula densitatea fluxului în miez. O creștere rapidă a tensiunii datorită tranzitorilor din sistemul de alimentare poate provoca suprasolicitare, dar tranzitorii mor rapid, prin urmare, declanșarea instantanee a transformatorului este nedorită.

Densitatea fluxului este direct proporțională cu raportul dintre tensiune și frecvență (V / f) și instrumentul ar trebui să detecteze rația dacă valoarea acestui raport devine mai mare decât unitatea, acest lucru se face printr-un releu bazat pe microcontroler care măsoară tensiunea și frecvența în timp real, apoi calculează rata și o compară cu valorile pre-calculate. Releul este programat pentru un timp minim invers invers (caracteristici IDMT). Dar setarea se poate face manual, dacă aceasta este o cerință. În acest fel, scopul va fi servit fără a compromite protecțiile împotriva fluxului excesiv. Acum, vedem cât de important este să preveniți declanșarea transformatorului de la supra-flux.

Sper că ți-a plăcut articolul și ai învățat ceva util. Dacă aveți întrebări, lăsați-le în secțiunea de comentarii sau utilizați forumurile noastre pentru alte întrebări tehnice.