Método de proteção e escopo de proteção do transformador
Métodos de proteção de transformadores geralmente utilizados
As condições anormais de funcionamento do transformador incluem principalmente sobrecarga, sobrecorrente causada por curto-circuito externo, sobretensão no ponto neutro devido a curto-circuito à terra externo, redução do nível de óleo por vazamento no tanque ou aumento de temperatura por falha no sistema de refrigeração, entre outros. Além disso, transformadores de grande capacidade, devido à sua alta densidade de fluxo magnético nominal de trabalho, que é proporcional à relação tensão-frequência, podem sofrer falhas de sobreexcitação quando operam sob sobretensão ou baixa frequência. Diante dessas situações, transformadores de grande porte geralmente adotam os seguintes métodos de proteção:
1. Proteção a gás: protege contra curtos-circuitos internos do transformador e falhas por redução do nível de óleo.
2. Proteção diferencial, proteção de corte rápido de corrente: protege contra curtos-circuitos entre fases dos enrolamentos do transformador ou dos condutores, curtos-circuitos à terra em sistemas de alta corrente de terra e curtos-circuitos entre espiras dos enrolamentos.
3. Proteção contra sobrecorrente: protege contra curtos-circuitos externos entre fases e serve como proteção de reserva para a proteção a gás e a proteção diferencial (ou proteção de corte rápido de corrente).
4. Proteção de corrente de sequência zero: protege contra curtos-circuitos externos monofásicos à terra em sistemas de alta corrente de terra.
5. Proteção contra sobrecarga: protege contra sobrecargas simétricas, atuando apenas no sinal.
6. Proteção contra sobreexcitação: garante que a sobreexcitação do transformador não ultrapasse os limites permitidos.
Método de proteção geralmente utilizado em transformadores 1: proteção por gás
A proteção por gás do transformador reage a várias falhas e reduções do nível de óleo no interior do tanque do transformador. Transformadores imersos em óleo de 0,8 MVA e superiores, e transformadores imersos em óleo de 0,4 MVA e superiores em oficinas, devem ser equipados com proteção por gás. Quando uma falha no tanque de óleo produz gás ligeiro ou o nível de óleo desce, o sinal deve ser acionado instantaneamente; quando é gerada uma grande quantidade de gás, o disjuntor de cada lado do transformador deve ser acionado. O dispositivo de regulação de pressão do transformador imerso em óleo com regulação de carga também deve ser equipado com proteção por gás.
Método de proteção geralmente adotado pelo transformador 2: proteção diferencial longitudinal ou proteção de corte rápido de corrente
Proteção diferencial longitudinal ou proteção de corte rápido de corrente para responder a falhas de curto-circuito nos terminais, nos isoladores e no interior do transformador. A proteção atua instantaneamente para desligar os disjuntores de cada lado do transformador.
1. Para transformadores de fábrica abaixo de 6,3 MVA e transformadores em funcionamento paralelo, bem como transformadores de reserva de fábrica abaixo de 10 MVA e transformadores em funcionamento independente, quando o tempo de proteção de reserva for superior a 0,5 s, deve ser instalada proteção de corte rápido de corrente.
2. Para transformadores de trabalho de fábrica de 6,3 MVA e superiores e transformadores em funcionamento paralelo, transformadores de reserva de fábrica de 10 MVA e superiores e transformadores em funcionamento independente, e transformadores de 2 MVA e superiores cuja sensibilidade da proteção de corte rápido de corrente não cumpra os requisitos, deve ser instalada proteção diferencial longitudinal.
3. Para transformadores com tensão do lado de alta tensão de 330 kV e superiores, pode ser instalada proteção diferencial longitudinal dupla.
4. Para o grupo gerador-transformador, quando existe um disjuntor entre o gerador e o transformador, o gerador é equipado com proteção diferencial longitudinal separada. Quando não existe disjuntor entre o gerador e o transformador, o grupo gerador e transformador de 100 MVA e abaixo partilha a proteção diferencial longitudinal; para geradores acima de 100 MVA, além da proteção diferencial longitudinal partilhada do gerador e transformador, o gerador também deve ser equipado com uma proteção diferencial longitudinal separada. Para grupos gerador-transformador de 200~300 MVA, também pode ser adicionada uma proteção diferencial longitudinal separada ao transformador, ou seja, proteção rápida dupla.
Em resposta a curto-circuito externo fase-fase do transformador e para proteção de reserva de sobrecorrente da proteção por gás e proteção diferencial longitudinal (ou proteção de corte rápido de corrente), proteção de sobrecorrente com arranque por baixa tensão, proteção de sobrecorrente com arranque por tensão composta, proteção por corrente de sequência negativa e proteção por impedância, após a ação da proteção, deve atuar no disparo com um limite de tempo.
Método de proteção geralmente utilizado em transformadores 3: Proteção contra sobrecorrente
1. A proteção contra sobrecorrente deve ser utilizada para transformadores redutores.
2. A proteção contra sobrecorrente com partida por tensão composta é adequada para transformadores elevadores, transformadores de interligação do sistema e transformadores redutores cuja proteção contra sobrecorrente não atenda aos requisitos de sensibilidade.
3. A proteção contra sobrecorrente com partida por corrente de sequência negativa e baixa tensão monofásica pode ser utilizada para transformadores elevadores de 63 MVA e acima.
4. Quando a proteção dos itens 2 e 3 acima não atender aos requisitos de sensibilidade e seletividade, pode ser utilizada a proteção por impedância.
Método de proteção comumente utilizado em transformadores 4: proteção por corrente de sequência zero
Proteção por corrente de sequência zero para curtos-circuitos à terra externos de transformadores em sistemas com correntes de aterramento elevadas. Em sistemas com correntes de aterramento elevadas de 110 kV e acima, se o neutro do transformador puder ser aterrado, deve ser instalada proteção por corrente de sequência zero para o transformador elevador ou redutor da alimentação em ambos os lados ou três lados, como proteção de reserva para a proteção principal do transformador, e como proteção de reserva para elementos adjacentes.
O que é proteção por corrente de sequência zero
Um dispositivo que utiliza a corrente de sequência zero gerada durante um aterramento para fazer com que a proteção atue é chamado de proteção por corrente de sequência zero. Transformadores de corrente de sequência zero especiais são utilizados nas linhas de cabos para realizar a proteção contra aterramento. Coloca-se o transformador de corrente de sequência zero no cabo tripolar aterrado, e o relé de corrente é conectado à bobina secundária do transformador. Durante a operação normal ou na ausência de falha de aterramento, como a soma vetorial das correntes trifásicas do cabo é igual a zero, a corrente na bobina secundária do transformador de sequência zero também é zero (apenas uma pequena corrente de desequilíbrio), portanto o relé de corrente não atua. Quando ocorre uma falha de aterramento, uma corrente elevada aparecerá na bobina secundária do transformador de sequência zero, e o relé de corrente atuará para enviar um sinal ou eliminar a falha.
Método de proteção comum para transformadores 5: proteção contra sobrecarga
Proteção contra sobrecarga para sobrecargas simétricas de transformadores reativos.
Para transformadores de 400 kVA e acima, a proteção contra sobrecarga deve ser instalada de acordo com a possível sobrecarga quando o número de transformadores é operado em paralelo ou isoladamente e usado como fonte de alimentação de reserva para outras cargas. Para autotransformadores e transformadores de múltiplos enrolamentos, o dispositivo de proteção deve ser capaz de responder às condições de sobrecarga do enrolamento comum e de cada lado. A corrente de sobrecarga do transformador é, na maioria dos casos, trifásica simétrica, portanto a proteção contra sobrecarga só precisa ser conectada a uma fase de corrente, sendo implementada por um relé de corrente, e um certo atraso é aplicado ao sinal. Ao escolher em qual lado a proteção será instalada, considere que ela deve refletir a sobrecarga dos enrolamentos em todos os lados do transformador. Em subestações sem pessoal de serviço regular, a proteção contra sobrecarga pode atuar para desligar ou desconectar parte da carga quando necessário.
Método de proteção para transformadores 6: proteção contra sobreexcitação
Proteção contra sobreexcitação para transformadores.
No projeto atual de transformadores de grande porte, para economizar materiais, reduzir custos de construção e diminuir o peso de transporte, a densidade de fluxo magnético nominal de trabalho do núcleo é projetada para ser alta, cerca de 1,7~1,8 T, o que está próximo da densidade de saturação magnética (1,9~2 T). Portanto, em caso de sobretensão, é fácil gerar sobreexcitação. Além disso, como a curva de magnetização é relativamente "rígida", durante a sobreexcitação, devido à saturação do núcleo, a impedância de excitação diminui e a corrente de excitação aumenta rapidamente. Quando a densidade de fluxo de trabalho atinge 1,3~1,4 vezes a densidade de fluxo normal, a corrente de excitação pode atingir o nível da corrente nominal. Em segundo lugar, como a corrente de excitação é uma onda não senoidal, contém muitos componentes harmônicos de alta ordem, e a perda por correntes parasitas do núcleo e outros componentes metálicos é proporcional ao quadrado da frequência, o que pode causar superaquecimento grave do núcleo, componentes metálicos e materiais isolantes. Se mantida por muito tempo, pode danificar o transformador. Portanto, transformadores com lado de alta tensão de 500 kV devem ser equipados com proteção contra sobreexcitação.
O objetivo de instalar a proteção contra sobreexcitação no transformador é detectar a sobreexcitação do transformador, enviar um sinal ou atuar no desligamento em tempo hábil, para que a sobreexcitação do transformador não ultrapasse o limite permitido e evitar que o transformador seja danificado devido à sobreexcitação.
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