Curs 41112

Protecia instalaiilor electroenergetice Curs nr. 4

1

4. PROTECIA TRANSFORMATOARELOR ELECTRICE

4.1. Defecte posibile, regimuri anormale de funcionare i protecii prevzute la transformatoare Transformatoarele trebuie echipate cu protecii mpotriva defectelor interioare i a regimurilor anormale de funcionare, cauzate de defecte exterioare din reea, cum ar fi:

mpotriva scderii nivelului i degajrii de gaze provocate de defecte interioare (scurtcircuite ntre spirele aceleiai faze, scurtcircuite polifazate n nfurri) prin protecii de gaze pentru toate transformatoarele cu S 100 kVA;

mpotriva defectelor ce apar ca urmare a scurtcircuitelor interne i la bornele trafo: - protecia longitudinal trifazat; - prin secionri de curent montate la partea alimentrii;

mpotriva defectelor interne nsoite de puneri la pmnt: - protecia de cuv (o protecie simpl maximal de curent (Chevalier));

mpotriva supracurenilor provocai de scurtcircuite polifazate exterioare: - protecia maximal de curent temporizat cu sau fr blocaj de tensiune

minim; - protecii de distan; - protecii maximale de curent sau de tensiune homopolare temporizate;

mpotriva suprasarcinilor: - protecie maximal de curent fr blocaj minimal de tensiune temporizat;

mpotriva supratemperaturii: - o protecie de semnalizare prevzut la transformatoarele S 100 kVA.

4.2. Protecia mpotriva defectelor interioare 4.2.1. Protecia cu relee de gaze

Este folosit numai la transformatoarele cu ulei i cu conservator de ulei, acionnd

numai n cazul defectelor din interiorul cuvei. Arcul electric sau cldura dezvoltat de scurtcircuitul din interiorul cuvei au ca urmare

descompunerea uleiului i a materialelor organice ale pieselor izolante i formarea de gaze. Acestea fiind mai uoare dect uleiul, se ridic spre conservator n cazul defectelor mai

grave, formarea gazelor poate fi att de violent, nct presiunea interioar care ia natere poate imprima i uleiului o deplasare ctre conservator. Aparatul care sesizeaz formarea gazelor sau a curentului de ulei este releul de gaze, cunoscut sub numele de releu Buchholz, care se monteaz pe conducta de legtur dintre cuv i conservator. Acest releu se monteaz la transformatoare cu puteri pn la 1000 kVA (RB1) i la transformatoare cu puteri > 1000 kVA (RB2). Sensibilitatea acestor relee este 0,5 ... 1,5.


2

Conform schemei electrice a proteciei de gaze (fig. 4.1), aceast protecie acioneaz astfel: - contactul superior al releului de gaze 1 comand semnalizarea, care poate fi acustic i optic. Contactul inferior comand declanarea tuturor ntreruptoarelor transformatorului. Deoarece impulsul dat de acest contact poate fi de scurt durat (n funcie de caracterul deplasrii uleiului sau a gezelor n releu), schema electric trebuie s asigure prelungirea acestui impuls pn la declanarea ntreruptoarelor. Aceasta se realizeaz prin releul 3 al crei contact este temporizat la revenire. Contactul releului 3 transmite impulsul de declanare releului general de ieire al proteciei transformatorului 4. Releul de semnalizare 2, de tip serie, permite semnalizarea acionrii proteciei cu impuls pentru declanare, iar dispozitivul de deconectare 5, protecia poate fi comutat pentru a comanda semnalizarea n cazul n care s-au constatat declanri intempestive ale proteciei.

n ultimul timp au aprut relee de gaze bazate pe msurarea vitezei de deplasare a uleiului

n conducta de legtur ntre cuv i conservator cu ajutorul unei diafragme i a unui manometru diferenial cu mercur. Un astfel de releu acioneaz la viteze cuprinse ntre (0,7 ... 1) mls, nchiznd circuitul de declanare n 0,2 s. 4.2.2. Protecia diferenial longitudinal

Este utilizat pe scar larg, ca o completare a proteciei de gaze, mpotriva scurtcircuitelor interne i la bornele transformatorului. Se aplic la toate transformatoarele cu puteri S MVA, ct i la transformatoarele cu puteri mai mici care funcioneaz n paralel, cu scopul deconectrii selective a transformatorului avariat. Ea comand deconectarea tuturor transformatoarelor.

Principiul de funcionare al acestei protecii este cel al comparrii curenilor. n cazul

transformatorului se compar valorile i sensurile curenilor acelorai faze din cele dou sau trei

-

T

It2 BD

CB

B

It1

A -

Semnal 4 Semnal + -

1 2 3

-

De la alte protecii ale trafo

Figura 4.1. Schema electric de conectare a releului de gaze

5

CB

BD bobin de declanare; CB contactor bloc; 1 releu de gaze; 2 releu de semnalizare; 3, 4 releu intermediar; 5 dispozitivul de deconectare.


nfurri ale transformatorului protejat. Transformatorul trebuie s aibe pe fiecare faz a tuturor nfurrilor sale trafo de curent (TC), a cror nfurri sunt legate ntre ele astfel nct releul (n cazul unui trafo cu dou nfurri) s msoare diferena:

SIISIr III = (4.1)

La o funcionare normal sau n cazul scurtcircuitelor exterioare schema proteciei trebuie s asigure egalitatea curenilor SIISI II deci, curentul n releu s fie 0=rI i acesta s nu acioneze. n cazul apariiei unui scurtcircuit n zona protejat (sensul cu sgei punctate) curentul n releu este egal cu suma:

SIISIr III += (4.2)

Dac curentul de pornire al releului rpr II releul acioneaz i comand deconectarea transformatorului.

AVANTAJELE acestei protecii difereniale longitudinale sunt: asigur deconectarea rapid i selectiv a transformatoarelor n cazul defectelor interne i

n cazul scurtcircuitelor la borne sau pe circuitele de legtur cu ntreruptoarele; DEZAVANTAJELE proteciei difereniale longitudinale sunt:

necesit instalarea la toate nfurrile transformatoarelor, a unor TC care s ndeplineasc condiii speciale;

pentru ndeplinirea tuturor condiiilor de selectivitate i rapiditate a transformatoarelor cu reglaj sub sarcin sunt necesare msuri i echipamente care complic i scumpesc protecia.

3

Figura 4.2. Schema principial monofilar a proteciei difereniale longitudinale a transformatorului

IPI

I-I

ISII

Scurtcircuit exterior

ISI -

+

+

IPII


4.2.3. Secionarea de curent Numit i protecia prin tiere de curent, se folosete mpotriva defectelor (scurtcircuirte

interne) pentru completarea proteciei de gaze la transformatoare de puteri relativ mici. Este o protecie maximal, reglat n funcie de curentul de scurtcircuit la captul elementului protejat (fig. 4.3).

4

1/I

TC

Figura 4.3 Schema proteciei prin secionare de curent

-

+ I1 1/I

+ I1

1/I

+

2

+

-

S TC

- In1

-

Protecia prin secionare de curent se realizeaz cu releele 1 (fie simple, fie electromagnetice) sau cu relee RTpC (relee temporizate de curent) la care elementele electromagnetice sunt prevzute pentru secionare, iar elementul de inducie pentru protecia maximal temporizat.

Curentul de pornire al releelor de curent pentru secionare se calculeaz cu relaia:

TC

exscsigpr n

IkI .max.= (4.3) unde:

ksig = (1,2 ... 1,4) pentru relee de tip RC (electromagnetice) care acioneaz prin releu intermediar;

ksig = (1,5 ... 1,6) pentru relee cu caracteristica semidependent; nTC = raportul de transformare al TC. Pentru ca releele s nu fie acionate de ocul curentului de magnetizare trebuie ca Ipp (3...5) In. Dintre cele dou valori de reglaj se alege valoarea maxim.

AVANTAJUL acestei protecii const n simplitatea de execuie.

DEZAVANTAJUL este c zona de acionare variaz n funcie de regimul reelei i, chiar n cazul cel mai favorabil, protecia nu acoper ntreaga nfurare.


4.3. Protecia mpotriva defectelor exterioare i regimurilor anormale 4.3.1. Protecia maximal de curent temporizat

5

Curetul de pornire al releului de protecie se calculeaz cu relaia:

TC

sarc

rev

sigpr n

Ikk

I max.= (4.4) unde:

Isarc.max.= curentul ce poate circula prin transformatorul protejat; ksig = 1,2 ... 1,25; krev = 0,85; nTC = raportul de transformare al TC care se leag totdeauna n stea complet sau incomplet. Timpul de acionare al proteciei maximale de curent a transformatoarelor tT se regleaz

dup condiia de selectivitate, cu o treapt peste cel mai mare timp al proteciilor elementelor alimentate de transformator, tL, adic:

tT = tL + t (4.5)

4.3.2. Protecia maximal de curent cu blocaj de tensiune minim Protecia se realizeaz pentru a mri sensibilitatea proteciei maximale. Blocajul are i rolul de a evita acionarea proteciei maximale n cazul suprasarcinii care nu provoac, paralel cu creterea curenilor, i o scdere nsemnat a tensiunii.

I

T

Figura 4.4. Schema principal a proteciei maximale de curent temporizat

+ 1

k1 k2

TC

- In1

-

2 I

+

6 3 I 4 T 5

+ S

-

+

De la alte protecii ale T

110 kV

6 kV


TC

n

rev

sigpr n

Ikk

I = (4.6) Cum TCprpp nII = impussens

pp

scsens kI

Ik .min. =

TT

Figura 4.5. Schema monofilar a unei protecii maximale de curent cu blocaj de tensiune minim temporizat

- I1

-

U< +

I T

+ S

-

+

De la alte protecii ale

transformatorului

I2

-

+

T

TC -

Coeficientul de sensibilitate a proteciei a crescut deoarece, curentul de pornire a sczut fa de cel de la protecia maximal fr blocaj.

Pentru un releu de tensiune valoarea de pornire este:

TTrevsigpr nkk

UU =min (4.7)

unde: Umin = (0,9 ... 0,95)Un - tensiunea de funcionare minim admis pe bare; ksig = (1,1 ... 1,2); krev > 1 coeficientul de revenire al releului de tensiune; nTT raportul de transformare al releului de tensiune. 4.3.3. Protecia maximal de curent cu filtru de secven invers temporizat Se prevede n cazul transformatoarelor ridictoare i la autotransformatoare.

6


Figura 4.6. Schema unei protecii maximale cu filtru de curent de secven invers (FCSI)

In1 +

I T

+ S

-

+


transformatorului

In2

-

TC

-

FCSI

+

De la PMCT U<

Decl. In1

Decl. In2 -

Aceste protecii sunt prevzute a aciona la circuite exterioare nesimetrice, fiind folosite pentru protecia transformatoarelor att protecia maximal de curent cu sau fr blocaj de tensiune minim.

Curentul de pornire al acestei protecii se alege avnd n vedere dou condiii: a) Coordonarea sensibilitii cu proteciile elementelor urmtoare, coordonarea fcndu-se cu protecia maximal de curent i cu protecia homopolar a liniilor care pleac de la barele transformatorului spre consumatori:

calc isigpp IkI = (4.8) unde: ksig = 1,2 Ii calc= valoarea de calcul a curentului de secven invers care circul prin locul de instalare al FCSI la defecte pe elementele urmtoare, pentru care proteciile acestor elemente se afl la limita de acionare. b) Desensibilizarea n raport cu curentul de dezechilibru al FCSI, n regim de sarcin maxim a transformatorului datorit erorii transformatoarelor de curent care alimenteaz FCSI, erorii de acordare a filtrului i variaiilor de frecven n sistem.

pdezrtv

sigpp Ik

kI .= (4.9)

unde: ksig = 1,2 krev = 0,85 Idez.p = curentul de dezechilibru raportat la primarul transformatoarelor de curent Se va alege valoarea maxim dintre cele dou rezultate ale rel. (4.8) i (4.9). 4.3.4. Protecia maximal de curent homopolar Acioneaz n cazul scurtcircuitelor monofazate exterioare transformatorului sau a punerilor la pmnt. Se prevede la transformatoare cu S 3 MVA conectate la o reea cu neutrul legat la pmnt, avnd surse de alimentare ntr-una din reelele de la celelalte tensiuni (fig. 4.7).

7


Figura 4.7. Schema principal a proteciei de curent homopolar pentru un transformator

+

Ih T

+ S

-

+


transformatorului

T

-

FCSH

+

Decl. In1

- FCSH filtru de

curent de secven

homopolar

-

Alimentare

Curentul de pornire al proteciei se calculeaz cu relaia innd seama de curenii de dezachilibru:

npp II )8,0...4,0(= (4.10) Reglarea proteciei se face:

AI pr )3...5,2(= 4.3.5. Protecia maximal de tensiune homopolar

8

Reglajul releului se face la: Upr = 15 V; ThT = thLmax + t

Figura 4.7. Schema principal a unei protecii de tensiune homopolar pentru un transformator

Uh T

-

+ +

- DD

Semnalizarea

FTSH


Protecia homopolar se folosete ca rezerv mpotriva scurtcircuitelor FN (firului de nul). Se refer protecia de tensiune homopolar pentru c acionarea ei nu depinde de regimul momentan de exploatare al punctului neutrului al transformatorului protejat. La transformatorul care funcioneaz n bloc cu o linie se folosete protecia de curent homopolar pentru c la asemenea blocuri nu este economic instalarea a trei TT de 110 sau 220 kV, numai pentru protecii de tensiune. Ambele protecii homopolare (de curent i de tensiune) nu se folosesc simultan. 4.3.6. Protecia de distan Se prevede la transformatoarele cu surse pe ambele pri (cu U220) pentru fiecare dintre nfurrile conectate la surse. Treapta instantanee a fiecrei protecii de distan va fi direcionat spre transformator. Una din treptele cu temporizare scurt va fi direcionat spre barele de pe partea unde este instalat protecia respectiv. 4.3.7. Protecia mpotriva suprasarcinilor Suprasarcinile care perturb funcionarea unui transformator pot avea diverse cauze: autopornirea motoarelor; deconectarea unui trafo care funcioneaz n paralel, conectarea unor consumatori suplimentari, pendulri etc. n funcie de raportul:

n

sarcsarc I

Ik = suprasarcina poate fi suportat unui anumit interval de timp. Schema de protecie mpotriva suprasarcinilor este prevzut cu un releu maximal de curent pe o singur faz pentru c suprasarcinile pentru care se asigur protecia se presupun c sunt simetrice. Ea comand semnalizarea. Curentul de pornire al releului se determin cu relaia:

TC

n

rev

sigpr n

Ikk

I = (4.10) unde: ksig = 1,05 krev = 0,85 S

9

Timpul de acionare al proteciei se regleaz de obicei la 10 s. Dac suprasarcina este mare, treapta a II-a a proteciei de suprasarcin poate comanda declanarea.

Figura 4.9. Schema proteciei transformatorului mpotriva suprasarcinilor

I T

+

-

+

-

+ R S T

T S R

T

TC

4. PROTECIA TRANSFORMATOARELOR ELECTRICE

Curs 41112

Documents

Transcript of Curs 41112