Protecţia transformatoarelor şi autotransformatoarelor electrice PROTECŢIA TRANSFORMATOARELOR ŞI AUTOTRANSFORMATOARELOR ELECTRICE

Transcript

1 0-03 Protecţa transformatoarelor ş autotransformatoarelor electrce PROTECŢA TRANSFORMATOARELOR Ş AUTOTRANSFORMATOARELOR ELECTRCE. Protecţle maxmale de curent împotrva scurtcrcutelor exteroare ş a suprasarcnlor Protecţa maxmală de curent împotrva scurtcrcutelor exteroare ş a suprasarcnlor dferă după cum transformatorul este cu două sau tre înfăşurăr... Cazul transformatoarelor cu două înfăşurăr B K Semnalzare Semnalzare ardere sguranţe TT TC T K T RT RC 3 R 5 - U< RV RC 4 6 RC FCS 7 Decl., T RT 9 R 8 RdS S Δt B De la TT { Fg.. Schema prncpală a protecţe maxmale de curent a transformatoarelor cu două înfăşurăr împotrva scurtcrcutelor exteroare ş a suprasarcnlor, în varanta cu FCS. pp. nomt t a8 ta max. ext t K sens,5 ) pp3 (.3...4) nomt ) ta t ) () K sens, pp3 ( ) nomt t 0.6sec În cazul almentăr transformatoarelor dntr-o sngură parte, transformatoarele de curent TC pentru almentarea protecţe maxmale de curent se nstalează pe partea almentăr, astfel încât protecţa prn relee să acţoneze ca rezervă împotrva defectelor nterne (fg. ). La transformatoare racordate pe ambele tensun la surse de almentare transformatoarele de curent TC se nstalează pe partea almentăr prncpale, acolo unde aportul la un defect ntern este ma mare. Protecţle sunt: -, protecţa împotrva suprasarcnlor; - 3, 4, 5, 8 - protecţa împotrva scurtcrcutelor trfazate cu blocaj de tensune mnmă; /

2 0-03 Protecţa transformatoarelor ş autotransformatoarelor electrce - 6, 7, 8 - protecţa împotrva scurtcrcutelor exteroare nesmetrce bazată pe detectarea componentelor de secvenţă nversă de curent. Se utlzează un fltru de curent de secvenţă nversă (FCS) - fgura. Reglajele de curent ş tmp sunt cele menţonate în relaţle (), ar protecţa se desensblzează în raport cu un curent de sarcnă maxmă: unde: n n sarc max ntrafo () n = numărul de transformatoare de putere în paralel, ar: ntrafo = curentul nomnal al transformatorulu. La reglajele de tmp (relaţle ) t a max ext reprezntă cel ma mare tmp al protecţlor maxmale de curent temporzate al elementelor următoare spre consumator. Condţle dn relaţle asgură selectvtatea declanşărlor. Se verfcă coefcenţ de sensbltate (condţle dn relaţle ) care trebue să fe pentru funcţa de bază a protecţe de cel puţn,5, ar pentru funcţa de rezervă a protecţe (la un defect pe bara următoare înspre consumator) de cel puţn,... Cazul transformatoarelor cu tre înfăşurăr Se poate utlza shema prncpala dn fgura. Condţ ce trebue avute în vedere: - pentru mărrea sensbltaţ protecţe se recomandă ntroducerea blocajelor de tensune mnmă (u<); - reglaje de tmp: t t a5,6 a4 t a max. ext. t max.( ta5., ta6 ) t t 0,6sec (3) La un defect exteror pe una dn tensun protecţa trebue să comande numa declanşarea întreruptorulu de la tensunea respectvă, transformatorul rămânând în funcţune cu celelalte două înfăşurăr la tensunea barelor. Pentru creşterea sensbltaţ se prevede blocajul de tensune mnmă U < ( nu este fgurat în schemă). Reglajele de tmp se aleg în aşa fel încât funcţonarea protecţe să fe selectvă (relaţle 3). De retnut ca t a max ext are aceeas semnfcate ca n relatle. /

3 0-03 Protecţa transformatoarelor ş autotransformatoarelor electrce 0 (0) kv B TC RC T 4 RT 7 S R B TC 0 (35) kv 5 T RC - S RT T TC 3 6 T RC RT S 3 6 kv B 3 Fg.. Schema prncpală a protecţe împotrva scurtcrcutelor exteroare ş a suprasarcnlor pentru transformatoarele cu tre înfăşurăr. Protecţa prn relee, 4, 7 ce declanşează întreruptoarele de pe toate tensunle este protecţa de rezervă ş pentru defecte nterne în transformator. Protecţa împotrva suprasarcnlor este uncă ş se nstalează pe partea almentăr transformatorulu la transformatoare almentate dntr-o sngură parte. La cele almentate dn două sau tre parţ pot f necesare relee de curent maxmale pe fecare tensune, dar toate comandând un sngur releu de tmp cu acţonare la semnalzare cu temporzare.. Protecţa dferenţală longtudnală a transformatoarelor ş autotransformatoarelor Exstă anumte partculartăţ ale protecţe dferentale longtudnale la transformatoare (autotransformatoare) în raport cu generatoarele: - necestatea compensăr negaltăţ curenţlor secundar; - necestatea compensăr defazajulu curenţlor secundar; - compensarea şoculu de curent de magnetzare; - compensarea curenţlor de dezechlbru dn schema protecţe dferenţale... Compensarea negaltăţ curenţlor secundar Curentul prn crcutul dferenţal (fg 3) va f cel dn relaţa (4): 3 /

4 0-03 Protecţa transformatoarelor ş autotransformatoarelor electrce R DF/Kext = - 0 (4) (la fel ca la regm normal de funcţonare). B U n ntc N T TC T R B U K ext R DF Transformatoarele de curent cu care se alcătueşte crcutul dferenţal TC ş TC au rapoartele de transformare n TC s n TC, ar raportul de transformare al transformatorulu de putere este N T. Pentru a se asgura egaltatea curenţlor secundar ş, dec, pentru a face ca în regm normal sau la un defect exteror curentul prn releul dferenţal R DF să fe 0, trebue să exste relaţle (5), care conduc la determnarea raportulu n TC / n TC : U N T ; U ntc n TC (5) ntc N T, n TC condţe greu de îndeplnt cu exacttate deoarece valorle rapoartelor de transformare n TC, n TC ş N T sunt standardzate ş în consecnţă pot apare curenţ de dezechlbru prn bobna R DF. Or de câte or la regm normal sau la un defect extern apare un curent de dezechlbru ma mare decât 5 % n trebue să se ntroducă măsur de compensare a negaltăţ curenţlor secundar. În prncpal, acestea sunt: utlzarea de transformatoare cu saturaţe rapdă TSR cu bobne de egalzare care să Fg.3. Prncpul protecte dferentale longtudnale la transformatoare (autotransformatoare) compenseze fluxul dat prn bobna de lucru (fg.4.) cu W L spre; folosrea R DF cu bobne de frânare ş bobne de egalzare de tp RDS, n doua sect dentce cu un numar de spre W eg. n fgura 4 W L repreznta sprele bobne de lucru, ar W eg, sprele bobne secundare a releulu. Compensarea fluxurlor (ampersprelor) este cea prezentată în relaţa (6) : W eg = w L ( - ) (6) 4 /

5 0-03 Protecţa transformatoarelor ş autotransformatoarelor electrce B U TC decl. W S T R W eg W L TC TSR B U L Fg.4. Utlzarea TSR cu bobne de egalzare ş de frânare.. Compensarea defazajulu curenţlor În cazul în care transformatorul protejat are conexune stea trungh, ar între curenţ prmar de la cele două capete ale zone protejate exstă un defazaj de 30 (sau multplu de 30) atunc prn releu ar crcula în regm normal curenţ: R S T R S T valor care nu ma sunt nule Corecţa este urmatoarea: se conectează secundarele celor două grupur de TC în mod dfert, astfel: - în trungh pe partea conexun stea ; - în stea pe partea conexun trungh. Se produce astfel o rotaţe în sens nvers a fazorlor curenţlor secundar care compensează defazajul curenţlor prmar..3. Problema şoculu de curent de magnetzare În regm normal de funcţonare, curentul de magnetzare al unu transformator de putere nu depăşeşte 5% n, dar la revenrea tensun după lchdarea unu scurtcrcut exteror sau la conectarea sub tensune a transformatorulu, apare un curent de magnetzare de şoc ce poate atnge (68)n. Un exemplu de astfel de curent de magnetzare este prezentat n fgura 5. Acest 5 /

6 0-03 Protecţa transformatoarelor ş autotransformatoarelor electrce curent are două componente: curentul perodc de magnetzare ş curentul aperodc (tranztoru). () Fg. 5: Exemplu de curbă de varaţe a curentulu de magnetzare (t) Factor care controlează durata ş ampltudnea curentulu de magnetzare sunt: - puterea transformatorulu; - rezstenţa în sstemul electroenergetc de la sursă pînă la transformatorul respectv; - caracterstcle fzce ale transformatorulu; - fluxul rezdual ş momentul puner sub tensune. Dn analza ecuaţlor care caracterzează acest curent, rezultă: - valoarea componente aperodce ş dec a curentulu de magnetzare depnde de momentul conectăr: va f maxmă atunc când tensunea trece prn zero ş va f nulă (curentul de magnetzare va avea numa componentă perodcă) când tensunea are valoarea maxmă; - tmpul în care se amortzează componenta aperodcă depnde de constanta de tmp a înfăşurăr. Rezstenţa electrcă de la sursă pîna la transformator determnă amortzarea curentulu. Transformatoarele dn aproperea generatoarelor vor avea un curent de magnetzare de lungă durată pentru că rezstenţa este foarte mcă. De asemenea, transformatoarele mar au un curent de magnetzare de lungă durată pentru că nductanţa L este foarte mare în comparaţe cu rezstenţa R. În realtate, însă, valoarea curentulu în momentul conectăr depnde ş de starea de magnetzare nţala, respectv de exstenţa unu flux remanent, care poate contrbu la mărrea sau mcşorarea valor curentulu. Rezultă, dec, ca stuaţa cea ma defavorablă apare atunc când tensunea trece prn valoarea zero ş fluxul remanent are valoarea maxmă ş de sens opus fluxulu remanent, fnd atnsă valoarea maxmă totală după o semperoadă. În prmele cateva peroade, curentul de magnetzare descreşte rapd, apo scade foarte lent dacă rezstenţa este mcă. În relaţa care defneşte constanta de tmp a crcutulu (L/R) nductanţa L varază ca rezultat al saturăr transformatorulu. În tmpul prmelor peroade, fenomenul de saturaţe este accentuat ş nductanţa L este mcă. Conform lteratur de specaltate, constanta de tmp are valor cuprnse între 00ms, pentru transformatoare mc, pîna la un mnut, pentru transformatoare mar. Cele prezentate sunt valable atât pentru transformatorul monofazat cât ş pentru fecare fază a transformatorulu trfazat. Pentru transformatoarele trfazate, curentul de magnetzare în regm tranztoru ma este nfluenţat atât de smetra/nesmetra crcutulu magnetc cât ş de grupele de conexun. 6 /

7 0-03 Protecţa transformatoarelor ş autotransformatoarelor electrce o Curentul de magnetzare în regm tranztoru se caracterzează prn: o componentă aperodcă mportantă (aproxmatv 40-60% dn fundamentală) care are valoarea maxmă în prmele două peroade urmată de o scădere ma rapdă până se atnge, n. De la această valoare amortzarea se produce ma lent, tmpul fnd în general de ordnul secundelor. Curentul de magnetzare în regm stablzat reprezntă aproxmatv 5% dn n. Comparatv cu acest curent, curentul de scurtcrcut are o amortzare mult ma rapdă, respectv în prmele -3 peroade, după care urmează regmul stablzat. Pentru funcţonarea eronată a protecţe dferenţale, numa peroada de început a fenomenulu este crtcă. un conţnut de armonc superoare -în specal a doua ş a trea- destul de însemnat. Armonca a doua poate să atngă pâna la 70% dn fundamentala (în mod curent însă 30-40%), armonca a trea până la 5%. Celelalte armonc sunt cu mult ma mc; aproxmatv 5% armonca a patra, 4% armonca a cncea, etc. Curentul de scurtcrcut, char dacă conţne armonc superoare, este pe departe dfert de curentul de magnetzare. o Şocul de curent de magnetzare este cunoscut ca fnd o cauză mportantă de funcţonare ncorectă a protecţlor la transformatoare sau la elemente de reţea care au în vecnătate transformatoare. Acest curent, prezent numa pe o parte a protecţe dferenţale (pe partea almentăr), produce un efect smlar cu un defect n nterorul transformatorulu. Şocul curentulu de magnetzare ma poate apărea ş după revenrea tensun la bornele transformatorulu/bobne ca urmare a elmnăr unu scurtcrcut apropat. Curenţ dferenţal nedorţ pot rezulta ş prn conectarea în paralel al transformatoarelor, sau prn supraexctarea transformatorulu/bobne datortă tensun peste valoarea nomnală, ş/sau a frecvenţe scăzute. Având în vedere cele prezentate în legătură cu fenomenele ce pot să apară la punerea sub tensune a transformatoarelor, curentul de magnetzare poate nduce un fals curent de lucru pentru protecţa dferenţală de transformator. Dn acest motv, echpamentele de protecţe dferenţală au înglobate ssteme de blocare a acţonăr protecţe la aparţa şoculu de magnetzare. Prncpala metodă de realzare a acestu blocaj este calculul raportulu dntre ampltudnea componente de armoncă a doua ş a cele fundamentale. Când acest raport depaşeşte o anumtă valoare, protecţa se blochează. Valoarea pragulu de blocaj al acestu raport poate f fxă sau varablă. Un prag cu o valoare fxă sau un prag cu valoare reglablă dar reglată necorespunzator pot f surse de acţonare eronată a protecţe dferenţale..4. Compensarea curenţlor de dezechlbru Se asgură compensarea efectulu curenţlor de dezechlbru, care în cazul trafo (autotrafo) au ma multe componente (relaţle 7): dez dez. TC dez egalzare dezrat k * ; k..5; ppdf sg dezcalcp sg (7) unde: dez. TC - curentul de dezechlbru datorat nedenttăţ caracterstclor magnetce ale TC; - curentul de dezechlbru datorat neegaltăţ perfecte a curenţlor secundar char dez egalzare dacă se ntroduc bobne de egalzare; 7 /

8 0-03 Protecţa transformatoarelor ş autotransformatoarelor electrce dezrat - curentul de dezechlbru determnat de funcţonarea regulatorulu automat de tensune la transformatoare sub sarcnă. Curentul de pornre al protecţe dferenţale ppdf se calculează conform relaţlor (7) prn desensblzarea (K sg >) în raport cu curentul de dezechlbru de calcul raportat la prmar dez calcp, dat de suma celor tre componente (relatle 7). 3. Protecţa cu relee de gaze a transformatoarelor de putere În fgura 6 este reprezentată schema de prncpu a protecţe de gaze a transformatoarelor. Releul Buchholz se aplcă la toate transformatoarele în cuva de ule, prevazute cu conservator ş acţonează la defecte nterne în nterorul cuve transformatorulu care sunt însoţte de degajarea unor gaze ca urmare a descompuner materalelor electrozolante. Releul se nstalează pe conducta de legatură dntre cuvă ş conservatorul de ule ş este prevăzut cu o paletă rottoare cu două pluttoare cu contacte n mercur (fgura 7, a ş b). Astfel, la defecte în fază ncpentă se produce o degajare lentă de gaze care se acumulează în partea superoară a releulu. Dacă defectul se agravează, degajarea de gaze devne volentă, amestecul de gaze cu ule trece în vteză prn releu, determnă coborârea celu de-al dolea pluttor ş închderea celu de al dolea contact al releulu, ceea ce face ca prn releul ntermedar de eşre (fg. 7) să se transmtă comanda de declanşare. Pentru a menţne un mpuls prelungt de declanşare ş a se evta funcţonarea ntermtentă a contactulu sub efectul turbulenţe amesteculu de gaze ş ule releul este prevăzut cu autoreţnere prn contactul nferor. Autoreţnerea se anulează manual prn butonul BD, ar dspoztvul de deconectare DD (fg.7.) se comută atunc când se fac verfcăr ale protecţe sau când se schmbă sau se completează uleul dn cuva transformatorulu protejat. Releul 3 este un releu de semnalzare a funcţonăr protecţe de gaze. Semnal Releu BUCHHOLZ RB-5 3 S - R } declanşare,. BD DD 4 Semnal Fg.6 Protecţa cu relee de gaze (BUCHHOLZ) În cazul transformatoarelor fără cuvă, detecţa gazelor rezultate dn dstrugerea progresvă a zolaţe la defectele nterne se realzează cu traductoare (senzor) de gaze. 8 /

9 0-03 Protecţa transformatoarelor ş autotransformatoarelor electrce a a b b Conservator Releu de gaze O F TR O F Cuvă transformator O O a) b) Fg. 7. Releu de gaze BUCHHOLZ: a) construcţe; b) nstalare. 4.Protecţa transformatoarelor împotrva scurtcrcutelor monofazate Se realzează cu o protecţe maxmală de curent homopolar (fg.8) sau cu o maxmală de tensune de secvenţă homopolară (fg. 9) ş depnde de modul de tratare al neutrulu transformatoarelor. Astfel: - pentru transformatoare cu neutrul legat la pământ (fg. 8.), se prevede o protecţe maxmală de curent de secvenţă hompolară temporzată ce acţonează la declanşare, prn releul ntermedar cu funcţe de releu de eşre 3; - dacă transformatoarele nu au neutrul legat la pământ (fg.9) se prevede o protecţe maxmală de tensune de secvenţă homopolară temporzată ce acţonează la declanşare prn releul ntermedar de eşre 3. 9 /

10 0-03 Protecţa transformatoarelor ş autotransformatoarelor electrce K L L 0 (0) kv B R S T TC FCSH 3 0 h T S 4 3 Decl. Decl. R T R SEP 6kV B Fg. 8. Protecţa maxmală de curent de secvenţă homopolară. L B T R Uh T S 4 3 R SEP }decl, 0(0)kV Ω Uh T T 0(6)kV B Fg. 9. Protecţa maxmală de tensune de secvenţă homopolară. Releul de tensune homopolară U h este almentat dn secundarul în trungh deschs al transformatorulu de tensune TT legat la bare. Ambele protecţ sunt sensble, se reglează conform valorlor menţonate în relaţle 8 în care pentru asgurarea selectvtăţ, temporzarea releulu trebue să fe ma mare cu 0 /

11 0-03 Protecţa transformatoarelor ş autotransformatoarelor electrce t=0,6 secunde decât t a max reprezentând cea ma mare temporzare a protecţlor de curent homopolare ale lnlor care pleacă de la aceleaş bare: pph ( ) ; nomtr ta tamax t pp h =( ) nomtr ; (8) unde K sens,5 (pentru un scurtcrcut monofazat, în regm mnm de funcţonare, la capătul opus al cele ma lung ln racordate la barele de înaltă tensune). /