- Proteção de transformador para diferentes tipos de transformadores
- Tipos comuns de proteção de transformador
- Proteção contra superaquecimento em transformadores
- Proteção de sobrecorrente no transformador
- Proteção Diferencial do Transformador
- Proteção Restrita de Falha à Terra
- Relé Buchholz (detecção de gás)
- Proteção contra fluxo excessivo
Os transformadores são um dos componentes mais críticos e caros de qualquer sistema de distribuição. É um dispositivo estático fechado geralmente encharcado de óleo e, portanto, as falhas que ocorrem nele são limitadas. Mas o efeito de uma falha rara pode ser muito perigoso para o transformador, e o longo tempo de espera para reparo e substituição de transformadores torna as coisas ainda piores. Portanto, a proteção dos transformadores de potência torna-se muito importante.
As falhas que ocorrem em um transformador são divididas principalmente em dois tipos, que são, falhas externas e falhas internas, para evitar qualquer perigo para o transformador, uma falha externa é eliminada por um sistema de relé complexo dentro do menor tempo possível. As falhas internas são baseadas principalmente em sensores e sistemas de medição. Falaremos sobre esses processos mais adiante neste artigo. Antes de chegarmos lá, é importante entender que existem muitos tipos de transformadores e neste artigo, discutiremos principalmente sobre transformadores de potência que são usados em sistemas de distribuição. Você também pode aprender sobre o funcionamento do transformador de energia para entender os fundamentos dele.
Os recursos básicos de proteção, como proteção de sobreexcitação e proteção baseada na temperatura, podem reconhecer condições que eventualmente levam a uma condição de falha, mas a proteção completa do transformador fornecida por relés e transformadores de corrente é apropriada para transformadores em aplicações críticas.
Portanto, neste artigo, falaremos sobre os princípios mais comuns usados para proteger os transformadores de falhas catastróficas.
Proteção de transformador para diferentes tipos de transformadores
O sistema de proteção usado para um transformador de potência depende das categorias do transformador. A tabela abaixo mostra que,
| Categoria | Classificação do transformador - KVA | |
| 1 fase | 3 fases | |
| Eu | 5 - 500 | 15 - 500 |
| II | 501 - 1667 | 501 - 5.000 |
| III | 1668 - 10.000 | 5001 - 30.000 |
| IV | > 10.000 | > 30.000 |
- Os transformadores na faixa de 500 KVA se enquadram na (Categoria I e II), portanto, são protegidos com fusíveis, mas para proteger transformadores de até 1000 kVA (transformadores de distribuição para 11kV e 33kV) disjuntores de média tensão são normalmente usados.
- Para transformadores de 10 MVA e acima, que se enquadram na (Categoria III e IV), relés diferenciais tiveram que ser usados para protegê-los.
Além disso, relés mecânicos, como relés Buchholtz e relés de pressão repentina, são amplamente utilizados para proteção de transformadores. Além desses relés, a proteção contra sobrecarga térmica é frequentemente implementada para estender a vida útil do transformador, em vez de detectar falhas.
Tipos comuns de proteção de transformador
- Proteção contra superaquecimento
- Proteção de sobrecorrente
- Proteção Diferencial do Transformador
- Proteção de falha de aterramento (restrito)
- Relé Buchholz (detecção de gás)
- Proteção contra fluxo excessivo
Proteção contra superaquecimento em transformadores
Os transformadores superaquecem devido às sobrecargas e às condições de curto-circuito. A sobrecarga permitida e a duração correspondente dependem do tipo de transformador e da classe de isolamento usada para o transformador.
Cargas mais altas podem ser mantidas por um período muito curto de tempo, se for muito longo, pode danificar o isolamento devido ao aumento da temperatura acima de uma temperatura máxima assumida. A temperatura no transformador resfriado a óleo é considerada máxima quando é 95 * C, além da qual a expectativa de vida do transformador diminui e tem efeitos prejudiciais no isolamento do fio. É por isso que a proteção contra superaquecimento se torna essencial.
Transformadores grandes têm dispositivos de detecção de temperatura de óleo ou enrolamento, que medem a temperatura do óleo ou do enrolamento, normalmente existem duas formas de medição, uma é referida como medição de ponto quente e a segunda é referida como medição de óleo de topo, a imagem abaixo mostra um típico termômetro com uma caixa de controle de temperatura de reinhausen usado para medir a temperatura de um tipo conservador de líquido isolado de transformador.
A caixa possui um medidor com mostrador que indica a temperatura do transformador (que é a agulha preta) e a agulha vermelha indica o ponto de ajuste do alarme. Se a agulha preta ultrapassar a agulha vermelha, o dispositivo ativará um alarme.
Se olharmos para baixo, podemos ver quatro setas através das quais podemos configurar o dispositivo para atuar como um alarme ou desarme ou podem ser usadas para iniciar ou parar bombas ou ventiladores de resfriamento.
Como você pode ver na foto, o termômetro é montado no topo do tanque do transformador acima do núcleo e do enrolamento, isso é feito porque a temperatura mais alta será no centro do tanque por causa do núcleo e dos enrolamentos. Essa temperatura é conhecida como a temperatura do óleo superior. Essa temperatura nos dá uma estimativa da temperatura do ponto quente do núcleo do transformador. Os cabos de fibra ótica atuais são usados no enrolamento de baixa tensão para medir com precisão a temperatura do transformador. É assim que a proteção contra superaquecimento é implementada.
Proteção de sobrecorrente no transformador
O sistema de proteção de sobrecorrente é um dos primeiros sistemas de proteção desenvolvidos, o sistema de sobrecorrente graduado foi desenvolvido para proteger contra condições de sobrecorrente. distribuidores de energia utilizam esse método para detectar falhas com a ajuda dos relés IDMT. ou seja, os relés tendo:
- Característica inversa, e
- Tempo mínimo de operação.
As capacidades do relé IDMT são restritas. Esses tipos de relés devem ser ajustados de 150% a 200% da corrente nominal máxima, caso contrário, os relés irão operar em condições de sobrecarga de emergência. Portanto, esses relés fornecem proteção mínima para falhas dentro do tanque do transformador.
Proteção Diferencial do Transformador
A proteção diferencial de corrente com polarização percentual é usada para proteger transformadores de potência e é um dos esquemas de proteção de transformador mais comuns que fornecem a melhor proteção geral. Esses tipos de proteção são usados para transformadores com classificação superior a 2 MVA.
O transformador é conectado em estrela de um lado e em delta do outro lado. Os TCs no lado estrela são conectados em delta e aqueles no lado conectado em triângulo são conectados em estrela. O neutro de ambos os transformadores é aterrado.
O transformador tem duas bobinas, uma é a bobina de operação e a outra é a bobina de restrição. Como o nome indica, a bobina de restrição é usada para produzir a força de restrição e a bobina de operação é usada para produzir a força de operação. A bobina de restrição é conectada com o enrolamento secundário dos transformadores de corrente, e a bobina de operação é conectada entre o ponto equipotencial do TC.
Funcionamento da proteção diferencial do transformador:
Normalmente, a bobina operacional não carrega corrente, pois a corrente é casada em ambos os lados dos transformadores de potência, quando ocorre uma falha interna nos enrolamentos, o equilíbrio é alterado e as bobinas operacionais do relé diferencial passam a produzir corrente diferencial entre os dois lados do transformador. Assim, o relé desarma os disjuntores e protege o transformador principal.
Proteção Restrita de Falha à Terra
Uma corrente de falha muito alta pode fluir quando ocorre uma falha na bucha do transformador. Nesse caso, a falha deve ser eliminada o mais rápido possível. O alcance de um determinado dispositivo de proteção deve ser limitado apenas à zona do transformador, o que significa que se qualquer falta à terra ocorrer em um local diferente, o relé alocado para aquela zona deve ser acionado e os outros relés devem permanecer os mesmos. Portanto, é por isso que o relé é denominado relé de proteção de falta à terra restrita.
Na foto acima, o Equipamento de Proteção está no lado protegido do transformador. Vamos supor que este seja o lado primário e também que haja uma falta à terra no lado secundário do transformador. Agora, se houver falta do lado do terra, por causa da falta do terra, estará ali um Componente de Seqüência Zero, que circulará apenas no lado secundário. E não será refletido no lado primário do transformador.
Este relé possui três fases, se ocorrer uma falha, eles terão três componentes, os componentes de seqüência positiva, os componentes de seqüência negativa e os componentes de seqüência zero. Como os componentes de lantejoulas positivas são deslocados em 120 *, a qualquer momento a soma de todas as correntes fluirá através do relé de proteção. Assim, a soma de suas correntes será igual a zero, pois estão deslocadas em 120 *. Semelhante é o caso para os componentes de seqüência negativa.
Agora, vamos supor que ocorra uma condição de falha. Essa falha será detectada pelos TCs, pois tem um componente de seqüência zero e a corrente começa a fluir pelo relé de proteção, quando isso acontecer, o relé irá desarmar e proteger o transformador.
Relé Buchholz (detecção de gás)
A imagem acima mostra um relé Buchholz. O relé Buchholtz é instalado entre a unidade principal do transformador e o tanque do conservador, quando ocorre uma falha no transformador, ele detecta o gás resolvido com a ajuda de um interruptor de bóia.
Se você olhar de perto, verá uma seta, o gás flui do tanque principal para o tanque do conservador, normalmente não deve haver nenhum gás no próprio transformador. A maior parte do gás é referido como gás dissolvido e nove tipos diferentes de gases podem ser produzidos dependendo da condição de falha. Existem duas válvulas no topo deste relé, essas válvulas são usadas para reduzir o acúmulo de gás e também são usadas para retirar uma amostra de gás.
Quando ocorre uma condição de falha, temos faíscas entre os enrolamentos ou entre os enrolamentos e o núcleo. Essas pequenas descargas elétricas nos enrolamentos vão aquecer o óleo isolante, e o óleo vai se decompor, produzindo gases, a gravidade da quebra, detecta quais vidros são criados.
Uma grande descarga de energia terá uma produção de acetileno e, como você deve saber, o acetileno requer muita energia para ser produzido. E você deve sempre lembrar que qualquer tipo de falha irá produzir gases, analisando a quantidade de gás, podemos encontrar a gravidade da falha.
Como funciona o relé Buchholz (detecção de gás)?
Como você pode ver na imagem, temos dois flutuadores: um flutuador superior e um flutuador inferior, também temos uma placa defletora que empurra para baixo o flutuador inferior.
Quando ocorre uma grande falha elétrica, ela produz muito gás do que o gás flui através do tubo, o que desloca a placa defletora e força o flutuador inferior para baixo, agora temos uma combinação, o flutuador superior está para cima e o flutuador inferior está para baixo e a placa defletora inclinada. Esta combinação indica que ocorreu uma falha massiva. que desliga o transformador e também gera um alarme. A imagem abaixo mostra exatamente isso,
Mas este não é o único cenário em que este relé pode ser útil, imagine uma situação onde dentro do transformador há um pequeno arco que está acontecendo, essas arcas estão produzindo uma pequena quantidade de gás, esse gás produz uma pressão dentro do relé e o o flutuador superior desce deslocando o óleo dentro dele, agora o relé gera um alarme nesta situação, o flutuador superior está para baixo, o flutuador inferior permanece inalterado e a placa defletora permanece inalterada se esta configuração for detectada, podemos ter certeza de que temos um lento acúmulo de gás. A imagem abaixo mostra exatamente isso,
Agora sabemos que temos uma falha e vamos sangrar parte do gás usando a válvula acima do relé e analisar o gás para descobrir a razão exata para esse acúmulo de gás.
Este relé também pode detectar condições em que o nível do óleo isolante cai devido a vazamentos no chassi do transformador, nessa condição, a boia superior cai, a boia inferior cai e a placa defletora permanece na mesma posição. Nesta condição, obtemos um alarme diferente. A imagem abaixo mostra o funcionamento.
Com esses três métodos, o relé Buchholz detecta falhas.
Proteção contra fluxo excessivo
Um transformador é projetado para operar em um nível de fluxo fixo que exceda esse nível de fluxo e o núcleo fica saturado, a saturação do núcleo causa aquecimento no núcleo que segue rapidamente através das outras partes do transformador que leva ao superaquecimento dos componentes, portanto, a proteção de fluxo torna-se necessária, pois protege o núcleo do transformador. Situações de fluxo excessivo podem ocorrer devido a sobretensão ou redução na frequência do sistema.
Para proteger o transformador de sobrefluxo, o relé de sobrefluxo é usado. O relé de sobrefluxo mede a razão de Tensão / Freqüência para calcular a densidade de fluxo no núcleo. Um rápido aumento na tensão devido a transientes no sistema de potência pode causar excesso de fluxo, mas os transientes morrem rapidamente, portanto, o desligamento instantâneo do transformador é indesejável.
A densidade do fluxo é diretamente proporcional à razão entre a tensão e a frequência (V / f) e o instrumento deve detectar a razão se o valor dessa razão se tornar maior que a unidade, isso é feito por um relé baseado em microcontrolador que mede a tensão e a frequência em tempo real, então ele calcula a taxa e a compara com os valores pré-calculados. O relé é programado para um tempo mínimo definido inverso (características IDMT). Mas a configuração pode ser feita manualmente se for um requisito. Desta forma, o propósito será atendido sem comprometer as proteções de sobrefluxo. Agora, vemos como é importante evitar o disparo do transformador por excesso de fluxo.
Espero que você tenha gostado do artigo e aprendido algo útil. Se você tiver alguma dúvida, deixe-a na seção de comentários ou use nossos fóruns para outras questões técnicas.