- Protezione del trasformatore per diversi tipi di trasformatori
- Tipi comuni di protezione del trasformatore
- Protezione dal surriscaldamento nei trasformatori
- Protezione da sovracorrente nel trasformatore
- Protezione differenziale del trasformatore
- Protezione limitata dai guasti di terra
- Relè Buchholz (rilevamento gas)
- Protezione dal flusso eccessivo
I trasformatori sono uno dei componenti più critici e costosi di qualsiasi sistema di distribuzione. È un dispositivo statico chiuso solitamente inzuppato d'olio, e quindi i guasti che si verificano sono limitati. Ma l'effetto di un guasto raro può essere molto pericoloso per il trasformatore e il lungo tempo di attesa per la riparazione e la sostituzione dei trasformatori peggiora ulteriormente le cose. Quindi la protezione dei trasformatori di potenza diventa fondamentale.
I guasti che si verificano su un trasformatore sono principalmente suddivisi in due tipi, che sono guasti esterni e guasti interni, per evitare qualsiasi pericolo per il trasformatore, un guasto esterno viene eliminato da un complesso sistema di relè nel più breve tempo possibile. I guasti interni si basano principalmente su sensori e sistemi di misura. Parleremo di questi processi più avanti nell'articolo. Prima di arrivarci, è importante capire che esistono molti tipi di trasformatori e in questo articolo discuteremo principalmente del trasformatore di potenza utilizzato nei sistemi di distribuzione. Puoi anche conoscere il funzionamento del trasformatore di potenza per comprenderne le basi.
Le funzioni di protezione di base come la protezione da sovraeccitazione e la protezione basata sulla temperatura possono riconoscere le condizioni che alla fine portano a una condizione di guasto, ma la protezione completa del trasformatore fornita dai relè e dai trasformatori di corrente è appropriata per i trasformatori in applicazioni critiche.
Quindi in questo articolo parleremo dei principi più comuni utilizzati per proteggere i trasformatori da guasti catastrofici.
Protezione del trasformatore per diversi tipi di trasformatori
Il sistema di protezione utilizzato per un trasformatore di potenza dipende dalle categorie del trasformatore. Una tabella seguente mostra che,
| Categoria | Valutazione del trasformatore - KVA | |
| 1 fase | 3 fasi | |
| io | 5 - 500 | 15 - 500 |
| II | 501 - 1667 | 501 - 5000 |
| III | 1668 - 10.000 | 5001 - 30.000 |
| IV | > 10.000 | > 30.000 |
- I trasformatori nell'intervallo di 500 KVA rientrano nella (Categoria I e II), quindi sono protetti mediante fusibili, ma per proteggere i trasformatori fino a 1000 kVA (trasformatori di distribuzione per 11kV e 33kV) vengono solitamente utilizzati interruttori di media tensione.
- Per i trasformatori da 10 MVA e superiori, che rientrano nella (Categoria III e IV), è stato necessario utilizzare relè differenziali per proteggerli.
Inoltre, i relè meccanici come i relè Buchholtz ei relè a pressione improvvisa sono ampiamente applicati per la protezione dei trasformatori. Oltre a questi relè, la protezione da sovraccarico termico viene spesso implementata per prolungare la durata di un trasformatore piuttosto che per rilevare i guasti.
Tipi comuni di protezione del trasformatore
- Protezione contro il surriscaldamento
- Protezione da sovracorrente
- Protezione differenziale del trasformatore
- Protezione dai guasti di terra (limitata)
- Relè Buchholz (rilevamento gas)
- Protezione dal flusso eccessivo
Protezione dal surriscaldamento nei trasformatori
I trasformatori si surriscaldano a causa dei sovraccarichi e delle condizioni di cortocircuito. Il sovraccarico ammissibile e la durata corrispondente dipendono dal tipo di trasformatore e dalla classe di isolamento utilizzata per il trasformatore.
Carichi più elevati possono essere mantenuti per un periodo di tempo molto breve se è molto lungo, può danneggiare l'isolamento a causa dell'aumento della temperatura al di sopra di una temperatura massima presunta. La temperatura nel trasformatore raffreddato ad olio è considerata massima quando i suoi 95 * C, oltre i quali l'aspettativa di vita del trasformatore diminuisce e ha effetti dannosi sull'isolamento del filo. Ecco perché la protezione dal surriscaldamento diventa essenziale.
I trasformatori di grandi dimensioni hanno dispositivi di rilevamento della temperatura dell'olio o dell'avvolgimento, che misurano la temperatura dell'olio o dell'avvolgimento, in genere ci sono due modi di misurazione, uno è indicato per la misurazione del punto caldo e il secondo è indicato come misurazione dell'olio superiore, l'immagine sotto mostra un tipico termometro con una scatola di controllo della temperatura di reinhausen utilizzato per misurare la temperatura di un trasformatore di tipo conservativo isolato con liquido.
La scatola ha un comparatore che indica la temperatura del trasformatore (che è la lancetta nera) e la lancetta rossa indica il setpoint di allarme. Se l'ago nero supera l'ago rosso, il dispositivo attiverà un allarme.
Se guardiamo in basso, possiamo vedere quattro frecce attraverso le quali possiamo configurare il dispositivo per agire da allarme o intervento oppure possono essere utilizzate per avviare o arrestare pompe o ventole di raffreddamento.
Come puoi vedere nella foto, il termometro è montato sulla parte superiore del serbatoio del trasformatore sopra il nucleo e l'avvolgimento, è così perché la temperatura più alta sarà al centro del serbatoio a causa del nucleo e degli avvolgimenti. Questa temperatura è nota come la temperatura massima dell'olio. Questa temperatura ci fornisce una stima della temperatura del punto caldo del nucleo del trasformatore. Gli attuali cavi in fibra ottica vengono utilizzati all'interno dell'avvolgimento a bassa tensione per misurare con precisione la temperatura del trasformatore. Ecco come viene implementata la protezione dal surriscaldamento.
Protezione da sovracorrente nel trasformatore
Il sistema di protezione da sovracorrente è uno dei primi sistemi di protezione sviluppati là fuori, il sistema di sovracorrente graduato è stato sviluppato per proteggere dalle condizioni di sovracorrente. i distributori di corrente utilizzano questo metodo per rilevare i guasti con l'aiuto dei relè IDMT. ovvero, i relè che hanno:
- Caratteristica inversa e
- Tempo minimo di funzionamento.
Le capacità del relè IDMT sono limitate. Questi tipi di relè devono essere impostati dal 150% al 200% della corrente nominale massima, altrimenti i relè funzioneranno in condizioni di sovraccarico di emergenza. Pertanto, questi relè forniscono una protezione minore per i guasti all'interno del serbatoio del trasformatore.
Protezione differenziale del trasformatore
La protezione differenziale di corrente con polarizzazione percentuale viene utilizzata per proteggere i trasformatori di potenza ed è uno degli schemi di protezione dei trasformatori più comuni che forniscono la migliore protezione complessiva. Questi tipi di protezione sono utilizzati per trasformatori di potenza superiore a 2 MVA.
Il trasformatore è collegato a stella da un lato e a triangolo dall'altro. I TA sul lato a stella sono collegati a triangolo e quelli sul lato a triangolo sono collegati a stella. Il neutro di entrambi i trasformatori è collegato a terra.
Il trasformatore ha due bobine, una è la bobina di funzionamento e l'altra è la bobina di ritenuta. Come suggerisce il nome, la bobina di ritenuta viene utilizzata per produrre la forza di ritenuta e la bobina di azionamento viene utilizzata per produrre la forza di azionamento. La bobina di ritenuta è collegata con l'avvolgimento secondario dei trasformatori di corrente e la bobina di comando è collegata tra il punto equipotenziale del TA.
Protezione differenziale del trasformatore in funzione:
Normalmente, la bobina di funzionamento non trasporta corrente poiché la corrente è abbinata su entrambi i lati dei trasformatori di potenza, quando si verifica un guasto interno negli avvolgimenti, l'equilibrio viene alterato e le bobine di funzionamento del relè differenziale iniziano a produrre corrente differenziale tra i due lati del trasformatore. Pertanto, il relè fa scattare gli interruttori automatici e protegge il trasformatore principale.
Protezione limitata dai guasti di terra
Una corrente di guasto molto elevata può fluire quando si verifica un guasto sulla boccola del trasformatore. In tal caso, l'errore deve essere eliminato il prima possibile. La portata di un particolare dispositivo di protezione dovrebbe essere limitata solo alla zona del trasformatore, il che significa che se si verifica un guasto a terra in una posizione diversa, il relè assegnato per quella zona dovrebbe essere attivato e gli altri relè dovrebbero rimanere gli stessi. Ecco perché il relè è denominato Relè di protezione da guasto a terra limitato.
Nella figura sopra, il dispositivo di protezione si trova sul lato protetto del trasformatore. Supponiamo che questo sia il lato primario e supponiamo anche che ci sia un guasto a terra sul lato secondario del trasformatore. Ora, se c'è un guasto sul lato terra, a causa del guasto a terra, ci sarà un componente di sequenza zero e circolerà solo sul lato secondario. E non si rifletterà sul lato primario del trasformatore.
Questo relè ha tre fasi, se si verifica un guasto, avranno tre componenti, i componenti di sequenza positiva, i componenti di sequenza negativa e i componenti di sequenza zero. Poiché i componenti positivi delle paillettes sono spostati di 120 *, quindi in qualsiasi istante, la somma di tutte le correnti fluirà attraverso il relè di protezione. Quindi, la somma delle loro correnti sarà uguale a zero, poiché sono spostate di 120 *. Simile è il caso dei componenti della sequenza negativa.
Supponiamo ora che si verifichi una condizione di errore. Quel guasto verrà rilevato dai CT poiché ha un componente a sequenza zero e la corrente inizia a fluire attraverso il relè di protezione, quando ciò accade, il relè scatterà e proteggerà il trasformatore.
Relè Buchholz (rilevamento gas)
L'immagine sopra mostra un relè Buchholz. Il relè Buchholtz è montato tra l'unità trasformatore principale e il serbatoio del conservatore quando si verifica un guasto all'interno del trasformatore, rileva il gas risolto con l'aiuto di un interruttore a galleggiante.
Se guardi da vicino, puoi vedere una freccia, il gas scorre dal serbatoio principale al serbatoio del conservatore, normalmente non dovrebbe esserci gas nel trasformatore stesso. La maggior parte del gas viene definita gas disciolto e possono essere prodotti nove diversi tipi di gas a seconda della condizione di guasto. Ci sono due valvole nella parte superiore di questo relè, queste valvole vengono utilizzate per ridurre l'accumulo di gas e sono anche utilizzate per estrarre un campione di gas.
Quando si verifica una condizione di guasto, abbiamo scintille tra gli avvolgimenti o tra gli avvolgimenti e il nucleo. Queste piccole scariche elettriche negli avvolgimenti riscalderanno l'olio isolante e l'olio si decomporrà, quindi produce gas, la gravità del guasto, rileva quali vetri vengono creati.
Una grande scarica di energia avrà una produzione di acetilene e, come forse saprai, l'acetilene richiede molta energia per essere prodotto. E dovresti sempre ricordare che qualsiasi tipo di guasto produrrà gas, analizzando la quantità di gas, possiamo trovare la gravità del guasto.
Come funziona il relè Buchholz (rilevamento gas)?
Come puoi vedere dall'immagine, abbiamo due galleggianti: un galleggiante superiore e uno inferiore, inoltre abbiamo un deflettore che spinge verso il basso il galleggiante inferiore.
Quando si verifica un guasto elettrico di grandi dimensioni, produce molto gas rispetto al gas che scorre attraverso il tubo, che sposta il deflettore e che forza il galleggiante inferiore verso il basso, ora abbiamo una combinazione, il galleggiante superiore è in alto e il galleggiante inferiore è verso il basso e il deflettore si è inclinato. Questa combinazione indica che si è verificato un errore grave. che spegne il trasformatore e genera anche un allarme. L'immagine sotto mostra esattamente questo,
Ma questo non è l'unico scenario in cui questo relè può essere utile, immagina una situazione in cui all'interno del trasformatore c'è un piccolo arcking che sta accadendo, queste arche stanno producendo una piccola quantità di gas, questo gas produce una pressione all'interno del relè e il il galleggiante superiore si abbassa spostando l'olio al suo interno, ora il relè genera un allarme in questa situazione, il galleggiante superiore è abbassato, il galleggiante inferiore è invariato e il deflettore è invariato se viene rilevata questa configurazione, possiamo essere sicuri di avere un lento accumulo di gas. L'immagine sotto mostra esattamente questo,
Ora sappiamo di avere un guasto e spurgheremo parte del gas usando la valvola sopra il relè e analizzeremo il gas per scoprire il motivo esatto di questo accumulo di gas.
Questo relè può anche rilevare condizioni in cui il livello dell'olio isolante scende a causa di perdite nel telaio del trasformatore, in quella condizione, il galleggiante superiore cade, il galleggiante inferiore cade e il deflettore rimane nella stessa posizione. In questa condizione, otteniamo un allarme diverso. L'immagine sotto mostra il funzionamento.
Con questi tre metodi, il relè Buchholz rileva i guasti.
Protezione dal flusso eccessivo
Un trasformatore è progettato per funzionare a un livello di flusso fisso che supera quel livello di flusso e il nucleo si satura, la saturazione del nucleo provoca il riscaldamento nel nucleo che segue rapidamente attraverso le altre parti del trasformatore che porta al surriscaldamento dei componenti, quindi la protezione dal flusso diventa necessaria, poiché protegge il nucleo del trasformatore. Possono verificarsi situazioni di flusso eccessivo a causa di sovratensione o riduzione della frequenza del sistema.
Per proteggere il trasformatore dal flusso eccessivo, viene utilizzato il relè per il flusso eccessivo. Il relè di flusso eccessivo misura il rapporto tra tensione / frequenza per calcolare la densità di flusso nel nucleo. Un rapido aumento della tensione dovuto a transitori nel sistema di alimentazione può causare un flusso eccessivo, ma i transitori si attenuano rapidamente, quindi lo scatto istantaneo del trasformatore è indesiderabile.
La densità di flusso è direttamente proporzionale al rapporto tra tensione e frequenza (V / f) e lo strumento dovrebbe rilevare la razione se il valore di questo rapporto diventa maggiore dell'unità, questo viene fatto da un relè a microcontrollore che misura la tensione e la frequenza in tempo reale, quindi calcola il tasso e lo confronta con i valori precalcolati. Il relè è programmato per un tempo minimo definito inverso (caratteristiche IDMT). Ma l'impostazione può essere eseguita manualmente se questo è un requisito. In questo modo, lo scopo sarà servito senza compromettere le protezioni di overflux. Vediamo ora quanto sia importante evitare che l'intervento del trasformatore subisca un flusso eccessivo.
Spero che l'articolo ti sia piaciuto e che abbia imparato qualcosa di utile. Se hai domande, lasciale nella sezione commenti o usa i nostri forum per altre domande tecniche.