Relé de proteção e automação de transformadores a óleo de potência 110 kV

Os transformadores a óleo são os equipamentos mais caros para subestações de distribuição. Os transformadores são projetados para uma longa vida útil, desde que operem normalmente e não estejam sujeitos a sobrecargas de corrente inaceitáveis, surtos e outros modos de operação indesejáveis.

Vários dispositivos de proteção e automação são necessários para evitar danos ao transformador, prolongar sua vida útil e garantir seu funcionamento normal.

Considere quais dispositivos de proteção e automação são fornecidos em transformadores de óleo de potência.

Proteção de gás do transformador

A proteção de gás é uma das principais proteções do transformador. Esta proteção destina-se a desconectar o transformador de 110 kV da rede em caso de falhas internas no tanque do transformador de potência.

Este dispositivo de proteção é instalado na linha de óleo que liga o tanque do transformador ao seu conservador.O principal elemento estrutural do relé de gás é uma bóia e dois pares de contatos que são conectados quando a bóia é abaixada. Em operação normal, o relé de gás é preenchido com óleo de transformador e a bóia está na posição para cima com os dois pares de contatos abertos.

No caso de um curto-circuito entre espiras nos enrolamentos do transformador, ou no caso do chamado Queima de aço (violação do isolamento das chapas de aço do circuito magnético), aparecem gases no tanque, formados durante a decomposição de materiais elétricos sob a influência de um arco elétrico.

O gás resultante entra no relé de gás e desloca o óleo dele. Neste caso, a bóia desce e fecha os contatos. Dependendo da quantidade de gás acumulado, os contatos podem fechar, afetando o sinal ou desconectando completamente o transformador da rede.

O acionamento do relé de gás também pode ser devido a uma diminuição significativa do nível de óleo no tanque do transformador de potência, o que indica a total ausência de óleo no conservador. Ou seja, esse dispositivo também atua como proteção contra redução excessiva do nível de óleo no transformador.

Proteção de tanque de comutação de carga

Os transformadores de potência de 110 kV geralmente possuem um regulador de tensão em carga (OLTC) integrado. Interruptor de alternância em carga localizado em um compartimento separado do tanque do transformador, isolado do tanque principal por enrolamentos. Portanto, um dispositivo de proteção separado - um relé reativo - é fornecido para este dispositivo.

Todas as falhas no tanque do comutador em carga são acompanhadas por uma descarga de óleo do transformador no conservador, portanto, em caso de vazamento de óleo, a proteção do jato é acionada imediatamente, desligando automaticamente o transformador de potência da rede elétrica.

Interruptor de nível de óleo (RUM)

O relé de gás sinaliza a ausência total de óleo no conservador do transformador de potência, mas é necessário detectar uma diminuição inaceitável do nível de óleo a tempo - essa função é realizada pelo relé de nível de óleo (RUM).

A chave de nível de óleo é instalada, via de regra, no conservador do tanque principal do transformador, bem como no conservador da chave de carga. O dispositivo é configurado de forma que a bóia, principal elemento estrutural do relé, feche os contatos do relé se o nível do óleo cair abaixo do valor mínimo permitido para este transformador de potência.

Este dispositivo de segurança fornece um sinal para ativar um alarme, o que permite detectar a tempo uma queda no nível do óleo.

Proteção do Transformador Diferencial (DZT)

A proteção diferencial do transformador (DZT) é a principal proteção do transformador e serve para proteger contra curtos-circuitos dos enrolamentos do transformador e dos condutores de corrente que estão na área de abrangência desta proteção.

O princípio de funcionamento desta proteção é baseado na comparação das correntes de carga de cada um dos enrolamentos do transformador. Em operação normal, não há corrente de desequilíbrio na saída do relé de proteção diferencial.No caso de um curto-circuito bifásico ou trifásico, ocorre uma corrente de desequilíbrio - a corrente diferencial e o relé agem para desconectar completamente o transformador da rede.

O escopo desta proteção são os transformadores de corrente em cada lado da tensão do transformador de potência. Por exemplo, em um transformador com três enrolamentos 110/35/10 kV, a zona do revestimento protetor, além do próprio transformador, inclui um barramento (cabo) que passa das buchas do transformador para a corrente 110 kV, 35 kV e transformadores de 10 kV.

Proteção de corrente de transformadores

Para maior confiabilidade, além da proteção principal do transformador de potência, é fornecida proteção de backup - proteção de corrente escalonada para cada um dos enrolamentos.

Para cada um dos enrolamentos do transformador, separadamente proteção contra sobrecorrente (MTZ) alguns passos. Cada estágio de proteção tem seu próprio horário de embarque e desembarque.

Se o transformador alimenta muitos consumidores com altas correntes de irrupção, então, para evitar falsas operações, a proteção de sobrecorrente tem o chamado bloqueio de voltímetro - bloqueio de proteção de tensão.

Para a seletividade da operação de proteção do transformador, cada um dos estágios de proteção tem um tempo de resposta diferente, enquanto as proteções básicas do transformador acima têm o menor tempo de resposta. Assim, em caso de falha do transformador ou curto-circuito na zona de proteção, as principais proteções são acionadas imediatamente, e em caso de falha ou condição de retirada, o transformador é protegido por proteções de backup de corrente.

Além disso, as MTZs do transformador de potência mantêm a proteção das conexões de saída alimentadas por esse transformador, disparando em caso de falha.

O MTZ oferece proteção contra curtos-circuitos bifásicos e trifásicos. Para proteção contra faltas à terra monofásicas, o enrolamento de alta tensão de 110 kV possui proteção de corrente de sequência zero (TZNP).

O enrolamento de média tensão do transformador de potência de 35 kV e o enrolamento de baixa tensão de 6-10 kV redes de alimentação com um neutro isolado no qual as faltas à terra monofásicas são registradas por transformadores de potencial.

A maioria das redes de 6-35 kV com neutro isolado opera em um modo no qual uma falta à terra monofásica não é considerada uma emergência e, portanto, não é automaticamente excluída da operação da proteção de falta à terra. O pessoal de serviço recebe um sinal sobre a presença de uma falha à terra monofásica e começa a procurar e desconectar da rede a área danificada, pois a operação prolongada neste modo é inaceitável.

Exceções são feitas nos casos em que a exclusão de faltas monofásicas nas redes é necessária para requisitos de segurança. Neste caso, a proteção de falta à terra pode atuar para desconectar completamente o transformador ou desconectar um de seus enrolamentos.

Proteção contra sobretensão do transformador

Para proteger o transformador contra sobretensão, são instalados pára-raios ou pára-raios (SPDs) no barramento em cada lado do transformador.

Se o transformador operar no modo neutro aterrado no lado de alta tensão de 110 kV, o neutro é conectado à terra por meio de um pára-raios ou pára-raios para proteger o enrolamento de danos se a tensão exceder os valores permitidos em caso de falha no a rede de abastecimento.

Proteção adicional do transformador

Para proteger o transformador de potência, várias proteções adicionais são fornecidas para excluir o desenvolvimento de pequenos defeitos, desvios da operação normal em uma situação de emergência maior.

Proteção contra sobrecarga — atua no sinal para reduzir imediatamente a carga no transformador.

O relé de controle de temperatura sinaliza um aumento na temperatura das camadas superiores de óleo acima dos valores definidos (permitidos). Esta proteção inclui automaticamente sistemas adicionais de resfriamento do transformador, se houver. Por exemplo, estão incluídos os ventiladores blow-by e as bombas para circulação forçada de óleo nos resfriadores. Se a temperatura do óleo subir ainda mais, o relé atua para desconectar o transformador da rede.

A proteção de sobretensão desliga o disjuntor do enrolamento secundário do transformador em caso de queda de tensão para valores inaceitáveis.

Automação de transformadores de potência 110 kV

Se houver dois transformadores na subestação, quando a tensão cair para valores inaceitáveis ​​ou quando o transformador for desconectado, a proteção contra subtensão afeta chave de transferência automática (ATS)… Este dispositivo inclui interruptores seccionais ou de barramento que fornecem energia aos consumidores a partir de uma fonte de energia de backup — um transformador de energia.

Nos interruptores de entrada de média e baixa tensão do transformador podem ser implementados religamento automático do disjuntor (AR), restauração única da alimentação do transformador em caso de desconexão da ação de uma ou outra proteção.

Se o transformador de potência for construtivo regulador de tensão em carga (OLTC), então um Regulador Automático de Tensão (AVR) pode ser instalado para ele. Este dispositivo monitora a tensão dos enrolamentos do transformador e fornece comutação automática do comutador em carga para garantir o nível de tensão necessário dos enrolamentos.