Medição de transformadores de tensão em circuitos para proteção de relés e automação

Este artigo descreve como as correntes de grandes quantidades de equipamentos de alta tensão são modeladas com alta precisão para uso seguro em circuitos de proteção de relé— Medição de transformadores de corrente em circuitos para proteção de relés e automação.

Também descreve como converter tensões em dezenas e centenas de quilovolts para controlar a operação de dispositivos de proteção e automação de relés com base em dois princípios:

1. transformação de eletricidade;

2. separação capacitiva.

O primeiro método permite uma exibição mais precisa dos vetores das grandezas primárias e, portanto, é amplamente difundido. O segundo método é usado para monitorar uma fase específica da tensão da rede de 110 kV nas barras de bypass e em alguns outros casos. Mas nos últimos anos tem encontrado cada vez mais aplicação.

Como os transformadores de tensão de instrumentos são feitos e operados

A principal diferença fundamental entre a medição de transformadores de tensão (VT) de transformadores de corrente (CT) é que eles, como todos os modelos de fonte de alimentação, são projetados para operação normal sem causar curto-circuito no enrolamento secundário.

Ao mesmo tempo, se os transformadores de potência são projetados para transmitir a potência transportada com perdas mínimas, os transformadores de tensão de medição são projetados com o objetivo de repetição de alta precisão na escala dos vetores de tensão primários.

Princípios de operação e dispositivos

O projeto de um transformador de tensão, semelhante a um transformador de corrente, pode ser representado por um circuito magnético com duas bobinas enroladas em torno dele:

• primário;

• segundo.

Graus especiais de aço para o circuito magnético, bem como o metal de seus enrolamentos e camada de isolamento, são selecionados para a conversão de tensão mais precisa com as menores perdas. O número de voltas dos enrolamentos primário e secundário é calculado de forma que o valor nominal da tensão linha a linha de alta tensão aplicada ao enrolamento primário seja sempre reproduzido como um valor secundário de 100 volts com a mesma direção vetorial para o sistemas neutro-aterrado.

Se o circuito primário de transmissão de energia for projetado com um neutro isolado, 100 / √3 volts estarão presentes na saída da bobina de medição.

Para criar diferentes métodos de simulação de tensões primárias no circuito magnético, não um, mas vários enrolamentos secundários podem ser localizados.

Circuitos de comutação VT

Os transformadores de instrumento são usados ​​para medir quantidades primárias lineares e/ou de fase. Para fazer isso, as bobinas de energia incluem entre:

• condutores de linha para controlar tensões de linha;

• barramento ou fio e terra para tomar o valor da fase.

Um importante elemento de proteção dos transformadores de tensão de medição é o aterramento de sua carcaça e do enrolamento secundário. Cuidado é dado a isso porque quando o isolamento do enrolamento primário se rompe para o caso ou para os circuitos secundários, o potencial para altas tensões aparecerá neles, o que pode ferir pessoas e queimar equipamentos.

O aterramento deliberado do invólucro e um enrolamento secundário leva esse potencial perigoso à terra, o que impede o desenvolvimento do acidente.

1. Equipamento elétrico

Um exemplo de conexão de um transformador para medir tensão em uma rede de 110 quilovolts é mostrado na foto.

Ressalta-se aqui que o fio de alimentação de cada fase é conectado por um ramal ao terminal do enrolamento primário de seu transformador, localizado em um suporte comum de concreto armado aterrado, elevado a uma altura segura para o pessoal eletricista.

O corpo de cada TP de medição com o segundo terminal do enrolamento primário é aterrado diretamente nesta plataforma.

As saídas dos enrolamentos secundários são montadas em uma caixa de terminais localizada na parte inferior de cada TP. Eles são conectados aos condutores dos cabos coletados em uma caixa de distribuição elétrica localizada próxima a uma altura conveniente para manutenção do solo.

Ele não apenas comuta o circuito, mas também instala interruptores automáticos em circuitos de tensão secundária e interruptores ou blocos para realizar a comutação operacional e realizar a manutenção segura do equipamento.

Os barramentos de tensão coletados aqui são alimentados aos dispositivos de proteção e automação do relé com um cabo de alimentação especial, que está sujeito a requisitos maiores para reduzir as perdas de tensão. Este parâmetro muito importante dos circuitos de medição é abordado em um artigo separado aqui - Perda e queda de tensão

As rotas de cabos para medição de VT também são protegidas por caixas de metal ou lajes de concreto armado contra danos mecânicos acidentais, assim como o CT.

Outra opção para conectar um transformador de medição de tensão do tipo NAMI, localizado em uma célula de rede de 10 kV, é mostrada na foto abaixo.

O transformador de tensão no lado de alta tensão é protegido por fusíveis de vidro em cada fase e pode ser separado do atuador manual do circuito de alimentação para verificações de desempenho.

Cada fase da rede primária é conectada à entrada correspondente do enrolamento de alimentação. Os condutores dos circuitos secundários são trazidos com um cabo separado para o bloco de terminais.

2. Enrolamentos secundários e seus circuitos

Abaixo está um diagrama simples para conectar um transformador à tensão de rede do circuito de alimentação.

Este projeto pode ser encontrado em circuitos de até 10 kV inclusive. É protegido em cada lado por fusíveis de potência apropriada.

Em uma rede de 110 kV, esse transformador de tensão pode ser instalado em uma fase do sistema de barramento de desvio para fornecer controle síncrono dos circuitos de conexão conectados e SNR.

No lado secundário são utilizados dois enrolamentos: o principal e o adicional, que garantem a implementação do modo síncrono quando os disjuntores são controlados pela placa do bloco.

Para conectar o transformador de potencial a duas fases do sistema de barramento de bypass ao controlar os disjuntores da placa principal, o seguinte esquema é usado.

Aqui, o vetor «uk» é adicionado ao vetor secundário «kf» formado pelo esquema anterior.

O esquema a seguir é chamado de «triângulo aberto» ou estrela incompleta.

Permite simular um sistema de tensões bifásicas ou trifásicas.

A conexão de três transformadores de potencial de acordo com o esquema de estrela completa tem as maiores possibilidades. Nesse caso, você pode obter todas as tensões de fase e linha nos circuitos secundários.

Devido a essa possibilidade, esta opção é utilizada em todas as subestações críticas, sendo os circuitos secundários para tais TPs elaborados com dois tipos de enrolamentos inclusos de acordo com o circuito estrela e triângulo.

Os esquemas fornecidos para ligar as bobinas são os mais típicos e longe de serem os únicos. Os transformadores de medição modernos têm capacidades diferentes e certos ajustes foram feitos no projeto e no esquema de conexão para eles.

Classes de precisão de transformadores de medição de tensão

Para determinar erros em medições metrológicas, os VTs são guiados por um circuito equivalente e um diagrama vetorial.

Este método técnico bastante complexo permite determinar os erros de cada medição de TP em termos de amplitude e ângulo de desvio da tensão secundária do primário e determinar a classe de precisão para cada transformador testado.

Todos os parâmetros são medidos em cargas nominais nos circuitos secundários para os quais o VT é criado. Se eles forem excedidos durante a operação ou inspeção, o erro excederá o valor do valor nominal.

Os transformadores de tensão de medição têm 4 classes de precisão.

Classes de precisão de transformadores de medição de tensão

Classes de precisão da medição de VT Limites máximos para erros permitidos FU,% δU, min 3 3,0 não definido 1 1,0 40 0,5 0,5 20 0,2 0,2 ​​10

A classe nº 3 é utilizada em modelos que operam em dispositivos de proteção e automação de relés que não requerem alta precisão, por exemplo, para acionar elementos de alarme para a ocorrência de modos de falha em circuitos de potência.

A maior precisão de 0,2 é alcançada por instrumentos usados ​​para medições críticas de alta precisão ao configurar dispositivos complexos, conduzir testes de aceitação, configurar controle automático de frequência e trabalhos semelhantes. Os TPs com classes de precisão 0,5 e 1,0 são mais frequentemente instalados em equipamentos de alta tensão para a transferência de tensão secundária para quadros de distribuição, medidores de controle e regulação, conjuntos de relés de intertravamentos, proteções e sincronização de circuitos.

Método de consumo de tensão capacitiva

O princípio deste método consiste na liberação de tensão inversamente proporcional em um circuito de placas de capacitores de diferentes capacidades conectadas em série.

Após calcular e selecionar os valores nominais dos capacitores conectados em série com a tensão Uph1 da fase da barra ou da linha, é possível obter no capacitor final C3 o valor secundário Uph2, que é retirado diretamente do contêiner ou através de um dispositivo transformador conectado a facilitar as configurações com número ajustável de bobinas.

Características de desempenho de transformadores de tensão de medição e seus circuitos secundários

Requerimentos de instalação

Por motivos de segurança, todos os circuitos secundários do VT devem ser protegidos. disjuntores automáticos tipo AP-50 e aterrado com um fio de cobre com seção transversal de pelo menos 4 mm quadrados.

Se um sistema de barramento duplo for usado na subestação, os circuitos de cada transformador de medição devem ser conectados através do circuito de relé dos repetidores da posição do seccionador, o que exclui o fornecimento simultâneo de tensão a um dispositivo de proteção de relé de diferentes TPs.

Todos os circuitos secundários do nó terminal VT aos dispositivos de proteção e automação do relé devem ser executados com um cabo de alimentação para que a soma das correntes de todos os núcleos seja igual a zero. Para tanto, é proibido:

• separar os barramentos «B» e «K» e combiná-los para aterramento conjunto;

• conecte o barramento “B” aos dispositivos de sincronização por meio de contatos de chave, chaves, relés;

• comutar o bus «B» dos contadores com os contactos RPR.

comutação operacional

Todo o trabalho com equipamentos operacionais é realizado por pessoal especialmente treinado sob a supervisão de funcionários e de acordo com os formulários de comutação. Para isso, disjuntores, fusíveis e interruptores automáticos são instalados nos circuitos do transformador de potencial.

Quando uma determinada seção de circuitos de tensão é retirada de serviço, o método de verificação da medida tomada deve ser indicado.

Manutenção periódica

Durante a operação, os circuitos secundário e primário dos transformadores são submetidos a vários períodos de inspeção, que estão vinculados ao tempo decorrido desde que o dispositivo foi colocado em operação e incluem um escopo diferente de medições elétricas e limpeza do equipamento por pessoal de reparo especialmente treinado .

O principal mau funcionamento que pode ocorrer nos circuitos de tensão durante sua operação é a ocorrência de correntes de curto-circuito entre os enrolamentos. Na maioria das vezes, isso acontece quando os eletricistas não trabalham com cuidado nos circuitos de tensão existentes.

No caso de um curto-circuito acidental dos enrolamentos, as chaves de proteção localizadas na caixa de terminais do TP de medição são desligadas e os circuitos de tensão que alimentam os relés de potência, conjuntos de intertravamentos, sincronismo, proteções de distância e outros dispositivos desaparecem.

Neste caso, é possível uma falsa ativação das proteções existentes ou mau funcionamento de seu funcionamento em caso de falhas no loop primário. Esses curtos-circuitos não devem apenas ser rapidamente eliminados, mas também incluir todos os dispositivos desativados automaticamente.

Os transformadores de medição de corrente e tensão são obrigatórios em todas as subestações elétricas. Eles são necessários para a operação confiável de dispositivos de proteção e automação de relés.