PROTECTIA TRANSFORMATOARELOR TRANSFORMATOARELOR DE PUTERE Transformatoarele Transformatoarele trebuie echipate cu protec ţii împotriva - defectelor interioare şi a -regimurilor anormale de func ţionare, cauzate de defecte exterioare din re ţea. În general, zona protejat ă este cuprins ă între întrerupătoarele care leag ă transformatorul sau autotransformatorul de sistem, incluzând şi conductoarele de leg ătură spre barele colectoare .
TIPURI DE PROTECŢII Se prevăd cu următoarele tipuri de protecţii: • Protec ţ ia ia cu relee de gaze , împotriva scăderii nivelului uleiului şi degajării de gaze provocate de defecte defecte interioare. Se protejeaz ă prin protecţii de gaze toate transformatoarele transformatoarele cu ulei cu puteri S 1000 KVA; • Protec ţ ia ia diferen ţ ial ial ă longitudinal ă , împotriva defectelor ce apar ca urmare a scurtcircuitelor interne şi la bornele transformatorului , , ca o completare a protec ţiei de gaze (în cazul transformatoarelor de putere aparentă S ≥ 10 MVA sau cu puteri S < 10 MVA dar lucrând în paralel, în scopul deconectării selective a transformatorului defect); • Protec ţ ia ia de cuvă numit ă şi protec ţ ia ia Chevalier , împotriva , împotriva defectelor interne însoţite de puneri la pământ; SE PREVĂD CU URMĂTOARELE TIPURI DE PROTECŢII: • Protec ţ ia ia maximal ă de curent temporizate cu sau f ăr ă blocaj de tensiune minimă , şi protec ţ ia ia de distan ţă, împotriva supracurenţilor provocaţi de scurtcircuite polifazate exterioare. Protecţiile de distanţă se prevăd la transformatoare având tensiunea U ≥ 220 kV. • Protec ţ iiii maximale de curent sau de tensiune homopolare temporizate , împotriva scurtcircuitelor exterioare cu punere la p ământ;
• Protec ţ ie ie maximal ă de curent f ăr ă blocaj de tensiune minim ă temporizat ă, împotriva suprasarcinilor. Aceast ă protecţie se execut ă pentru a comanda semnalizarea şi se prevede de obicei pe o singur ă fază; 1
• Protec ţ ia ia împotriva supratemperaturii supratemperaturii se se prevede, la transformatoarele cu putere aparent ă S ≥ 10 MVA, şi comandă numai semnalizarea. În stadiul incipient al unor unor defecte în transformator transformator are loc o degajare lent ă de gaze , acesta se ridică ridică spre suprafa ţ suprafa ţ a uleiului din conservator şi şi trecând prin releu Gazele se adun ă la partea superioar ă a acestuia, provocând coborârea coborârea nivelului nivelului uleiului din
releu
Ca urmare coboar ă şi flotorul F1 , se schimbă schimbă pozi ţ pozi ţ ia ia întrerupă întrerupătorului cu mercur ş mercur şii mercurul închide contactele , stabilind un circuit de semnalizare la bornele a1- a2
Ţ IA CU RELEE DE GAZE(BUCHHOLTZ) PROTEC Ţ GAZE(BUCHHOLTZ) Numai în cazul defectelor din interiorul cuvei
PROTECŢIA CU RELEE DE GAZE( BUCHHOLTZ ) La defecte grave grave în transformator, degajarea de gaze este violent ă , amestecul de gaze cu ulei trece cu vitez ă prin releu, lovind flotorul F2 aflat chiar în fa ţ fa ţ a orificiului de intrare şi şi provocând rotirea acestuia în jurul axului să s ău şi întrerupătorul basculant cu mercur şi antrenând şi şi întrerupă
Mercurul stabileşte contactul b1-b2 care închide circuitul bobinei unui releu intermediar RI2 pentru declanşarea întrerup ătoarelor transformatorului 2
Avantajele importante ale protec ţiei de gaze sunt: -simplitatea, -sensibilitatea, -rapiditatea în cazul defectelor grave, -comanda semnaliz ării sau a declan şării în funcţie de caracterul defectelor.
Protecţia de gaze este cea mai sensibil ă dintre protecţiile transformatorului în cazul scurtcircuitelor între spire
PROTECŢIA DIFERENŢIALĂ LONGITUDINALĂ -Protecţia diferenţială longitudinală a transformatorului electric este utilizat ă, ca o completare a protecţiei de gaze, împotriva scurtcircuitelor interne şi la bornele transformatorului transformatoarele cu -Se aplică la toate transformatoarele puteri S 10 MVA, cât şi la transformatoarele transformatoarele de puteri mai mici care func ţionează în paralel, cu scopul deconect ării selective a transformatorului avariat -Ea comandă deconectarea tuturor întreruptoarelor transformatorului. transformatorului.
-Principiul ei de func ţionare este principiul compar ării curenţilor de la capetele zonei protejate. • -Se compară valorile şi sensurile curen ţilor acelora şi faze din cele dou ă sau trei ăşurări ale transformatorului protejat. înf ăş I p2 I p1 nTC2 nTC1
•
Is1
Is2
A
3
ăţ ii cu Compararea inegalit ăţ curen ţ ilor ilor
Pentru ca protec ţia să nu acţioneze în regim normal de func ţionare este necesar ca curen ţii secundari de la cele dou ă capete ale zonei protejate s ă fie egali; în acest scop, rapoartele rapoartele de transformare transformare nTC1 şi nTC2 ale celor dou ă grupuri de transformatoa toare de cu rent trebuie ales lese astfel fel încât s ă se obţină Is1=Is2
I s1 =
I p 2 I p1
I p1 nTC 1
= I s 2 =
I p 2
nTC 2
nTc 2
nTC 1
nTC 2
≅ N
nTC 1
=
I p 2 I p1
≅ N
N fiind raportul de transformare al transformatorului protejat PROTECŢIA DIFERENŢIALĂ LONGITUDINALĂ ăţ ii Compararea inegalit ăţ ii curen ţ ilor ilor
•
-Condi ţ ia ia nu poate fi întotdeauna realizat ă , întrucât pentru transf transf ormatoarele de curent şi pentru transformatorul transformatorul protejat nu dispunem dispunem decât de valori standardizate standardizate ale rapoartelor de transformare
•
-Dacă pentru regimul normal rezult ă o diferenţă între curen ţ iiii secundari care dep ăşeşte 5% din valoarea acestor curen ţ i,i, se folosesc: – fie autotransformatoare de egalizare, – fie bobine de egalizare ale transformatoarelor cu satura ţie rapidă (TSR) sau ale unor bobine de frânare care sunt prev ăzute şi cu bobine de egalizare .
Weg Is2 = Wl (Is1 – Is2)
W eg =
I s1 − I s 2 I s 2
W l
Transformatoarele ransformatoarele cu satura ţie rapidă (TSR) se intercaleaz ă între circuitul diferen ţial şi releu, 4
iar curba de magnetiz magnetizare are a miezului miezului lor lor prezint prezint ă cotul de saturaţie la valori mici ale curentului.
I p1
nTC2
nTC TSR
Is
I
I p2
Is We
W Is1 – Is2 Fig. 7.4 Schema de principiu a protec ţ protec ţ iei iei diferen ţ diferen ţ iale iale a unui transformator realizat cu TSR
PROTECŢIA DIFERENŢIALĂ LONGITUDINALĂ ăţ ii Compararea inegalit ăţ ii curen ţ ilor-TSR ilor-TSR In cazul cazul unui scurtcircuit scurtcircuit exterior. exterior. Prin primarul primarul TSR va circula curentul de dezechilibru Idez,deplasat Idez,deplasat în raport cu axa tim pului, datorită importantei componente aperiodice.Nu va avea loc descrierea întregului ciclu de histerezis în fiecare perioad ă, ci punctul de funcţionare de pe curbele de mag netizare va descrie o elips ă deformat ă, Corespunzătoare coborârii punctului de func ţionarre la scăderea curentului de dezechilibru (curba superioara) şi revenirii (pe curba inferioar ă) la creşterea curentului de dezechilibru. Variaţia totală a inducţiei va fi deci : B = Bsat - Brem unde: Bsat este valoarea de satura ţie a induc ţiei; Brem este valoarea induc ţiei remanente. ăşurarea secundar ă a TSR va Î ntrucât varia ţ ia ia total ă a induc ţ iei iei B este mică ,t.e.m. indusă în înf ăş fi redusă şi deci curentul care va circula prin releu va fi mult mai mic decât în cazul absen ţ ei ei TSR.
5
B
P ∆B
Q B
Brem
I Im -Br
-Bsat
I Isc Im
Compensarea defazajului curen ţ ilor ilor • La transformatoarele transformatoarele cu conexiunea conexiunea stea-triun ghi, ăşur ări, au unghiuri de curen ţ ii ii Ipl şi Ipll ai celor două înf ăş faz ă diferite, între ace şti curen ţ i primari existând un defazaj de 30 0 sau multiplu de 30 0 (de exemplu, la un transformator cu conexiunea Y/ -11 diferen ţ a de faz ă între curen ţ i este de 30 0 , curentul pe partea în fiind defazat în urma curentului de pe partea în Y). • Dacă acest defazaj s-ar p ăstra şi între curen ţ ii ii secundari de la cele dou ă capete ale circuitelor diferen ţ iale, iale, prin relee ar circula -în regim normal de func ţ ionare ionare – curen ţ i egali cu diferen ţ a Isl – Isll a c ărui valoare este Ir = /Isl - Isll/ = 2 Isl Isl sin 150 care ar provoca ac ţ ionarea ionarea protec ţ iei iei în regim normal de func ţ ionare. ionare. Din aceast ă cauz ă , este necesar ă compensarea defazaju lui curen ţ ilor ilor primari, astfel încât curen ţ ii ii secundari să fie în faz ă – Compensarea se realizeaz ă conectând secun darele celor dou ă grupuri de transformatoare de curent curent în mod diferit: la un grup, secundarele se con ectează în stea, iar la cel ălalt în triunghi, cu aceea şi schemă de conexiuni ca şi a triunghiului transfor matorului protejat.
6
– În acest mod se realizeaz ă o rotire în sens invers a fazelor curen ţilor secundari, care compensează rotirea curen ţilor primari provocat ă de conexiunea stea-triunghi a transformatorului prote jat. Ţ ILOR COMPENSAREA DEFAZAJULUI CUREN Ţ
Se vor conecta în triunghi secundarele tra nsformatoarelor de curent montate pe partea bobinajelor legate în stea ale transformat orului protejat, şi respectiv în stea secundarele secundarele TC montate pe partea b obinajelor legate în triunghi ale transformatorului protejat
nTC =
I P Υ I s
K sch =
I pΥ I s
3
(7.8)
Ksch = este coeficientul coeficientul de schem ă, definit ca raportul dintre curentul prin bobina releulu i şi curentul din secundarul TC (cazul TC conectat în stea rezult ă Ksch = 1); Is – curentul secundar nominal al TC; IpY – curentul primar pe partea stelei transformatorului transformatorului protejat.
nTC =
I p∆
(7.9)
I s
IpY – curentul primar pe pa rtea stelei transformatorului protejat . Pentru transformatoarele conect ate în stea, rezult ă deci rela ţia (7.9) unde Ip este curentul primar pe partea triunghiului transformatorului prote jat.
7
+ I p
I
I
I
I p
Fig. 7.6 Legarea TC pentru compensarea compensarea diferen ţ diferen ţ ei ei de faz ă a curen ţ curen ţ ilor, ilor, în schema protec ţ protec ţ iei iei diferen ţ iale. iale.
PROBLEMA SOCULUI DE MAGNETIZARE
Curentul de magnetizare trece numai prin înf ăşurarea de pe partea sursei de alimentare, valoarea sa în regim normal de func ţionare fiind de ordinul 1-3% din curentul nominal. – La punerea sub tensiune a transformatorului sau la restabilirea tensiunii la bornele sale, dup ă deconectarea unui scurtcircuit în re ţea, are loc un şoc al curentului de magnetizare, a c ărui valoare atinge în primul moment 6-8 In. – Durata curentului de şoc de magnetizare depinde de parametrii transformatorului şi ai reţelei, putând atinge 2-3 s şi creşte cu puterea transformatorului. Curentul de magnetizare are: – componentă aperiodică aproximativ (40…60%) din armonica fundamental ă – armonică a doua pronun ţată – (30…70%) din armonica fundamental ă, care se manifestă în bobinajele TC de pe partea aliment ării transformatorului protejat. In cazul unui curent de scurtcircuit, componenta aperiodic aperiodic ă a acestuia se amortizeaz ă repede, în numai 2-3 perioade, perioade, iar valoarea valoarea armonicii a doua este mult redus ă. ăşurările în î nf ăş – Armonica a treia şi armonicele multiplu de 3 se închid în înf triunghi ale transformatorului protejat şi prin TC conectate în triunghi ale protecţiei diferenţiale, f ără a mai ajunge în bobina releului. •
8
DESENSIBILIZAREA DESENSIBILIZAREA PDL IN RAPORT CU SOCUL DE MAGNETIZARE MAGNETIZARE Pentru desensibilizarea desensibilizarea protec ţ iei iei diferen ţ iale iale fa ţă de şocurile curentului de magnetizare se poate proceda în mai multe multe moduri: ăţ ii, · temporizarea protec ţ iei iei diferen ţ iale iale la un timp de (0,5 - 1)s, solu ţ ie ie în detrimentul rapidit ăţ ii, din care cauz ă utilizarea acestei metode s-a restrâns mult în ultimul timp; · desensibilizarea prin curent curent a protec protec ţ iei iei diferen ţ iale, iale, care const ă în reglarea releului la un curent de pornire I pp = (3…4) I n Protec ţ ia ia reglat ă astfel se nume şte protec ţ ie ie diferen ţ ial ial ă cu t ăiere de curent. desensibilizarea protec ţ iei iei cu transformatorul cu satura ţ ie ie rapid ă . Proprietatea TSR de a nu l ăsa să treacă în secundarul lor, decât în foarte mic ă măsur ă , componenta aperiodic aperiodică , care reprezint ă cea mai mare parte a curentului de magnetizare; ·
· desensibilizarea protec ţ iei iei fa ţă de armonica a doua din curentul de magnetizare, care utilizeaz ă un releu diferen ţ ial ial prevă zut cu filtru de armonica armonica a doua PROBLEMA CURENTULUI DE DEZECHILIBRU. Din punct de vedere vedere al curen ţ ilor ilor de dezechilibru,exist dezechilibru,exist ă mai multe cauze care dau na ştere la asemenea curen ţ i.i. Ca urmare curentul de dezechilibru Idez are mai multe componente. componente. Componenta Idez TC - are valori mai mari, mari, întrucât transformatoarele transformatoarele de curent curent de la cele dou ă capete ale zonei protejate sunt de tensiuni diferite, cu rapoarte de transformare diferite, de celemai multe ori legate în scheme de conexiuni diferite – unele în stea,celelalte în triunghi - şi în multe cazuri sunt şi de construc ţ ii ii diferite. Componenta Idez eg, eg, se datore datore şte fie absen ţ ei ei egaliz ării curen ţ ilor ilor secundari, când diferen ţ a lor nu depăşeşte 5%, fie - când diferen ţ a men ţ ionat ionat ă este mai mare decât 5% - egaliz ării imperfecte a curen ţ ilor ilor secundari, datorit ă numărului limitat de posibilit ăţ ăţ i de conectare al dispozitivului de egalizare folosit. Componenta Idez mT, provocat ă de curentul de magnetizare al transformatorului protejat,circul ă numai prin primarul acestuia; valoarea acestei componente fiind îns ă în regim normal de numai 3-5% 3-5% din curentul nominal,ea nominal,ea poate fi neglijat ă . Componenta Idez reg, datorit ă reglajului tensiunii se modifică raportul de transformare al transformatorului protejat şi deci raportul dintre curen ţ iiii primari de la cele dou ă capete ale zonei protejate, respectiv respectiv dintre curen ţ ii ii secundari din circuitul circuitul diferen ţ ial. ial. •
În cazul cel mai dezavantajos,când dezavantajos,când toate componentele men ţionate ar exista şi ar fi în fază,curentul de dezechilibru Idez va fi egal cu suma algebric ă a componen-telor men ţionate • Idez = Idez TC + Idez eg + Idez mT + Idez reg Idez TC + Idez eg + Idez reg • Dacă transformatorul nu este prev ăzut cu reglaj sub sarcin ă a tensiunii Idez reg =0. =0. • Curentul de dezechilibru va avea valoare maxim ă la scurtcircuite exterioare, întrucât componentele sale pot fi considerate propor ţionale cu curentul primar, care la defecte exterioare în regim maxim are valoarea a componentei periodice, la t = 0. I”sc max ext ext a
Astfel pentru componenta Idez TC raportată la primar, notată cu Idez TC p se obţine Idez TC p = Kid Kaper fi I”sc max ext ext unde : fI = 0,1; Kid =1 9
Kaper = 1, în cazul folosirii TSR.
Astfel pentru componenta Idez TC raportată la primar, notată cu Idez TC p se obţine Idez TC p = Kid Kaper fi I”sc max ext • unde : fI = 0,1; • Kid =1 • Kaper = 1, în cazul folosirii TSR. Pentru componenta Idez eg raportat raportată la primar, notat ă cu Idez eg p se obţine valoarea maximă feg % este diferen ţa curenţilor secundari exprimat ă în procente; dac ă iniţial feg % 5%, se folosesc dispozitive de egalizare egalizare a curen ţilor secundari, r ămânând însă şi după aceea o valoare redus ă feg 0, întrucât a şa cum s-a men ţionat bobinele au borne numai pentru anumite valori întregi ale numărului de spire, care pot diferi întrucâtva de valorile rezultate din calcul. Componenta Idez reg raportat raportată la primar şi notată cu Idez reg p are valoarea maxim ă I dez reg p =
∆ U %
I sc" max ext
(7.13) 100 unde U% este varia ţia maximă posibilă, exprimat ă în procente, a raportului de transformare al transformatorului protejat, în raport cu valoarea sa nominală. Valoarea maxim ă de calcul a curentului curentului de dezechilibru dezechilibru raportat la primar: primar: ⎛ ⎝
I dez calc p = I sc" max ext ⎜ K id K aper f i +
∆ f %
100
+
∆ U % ⎞ ⎟ (7.14) 100 ⎠
Curentul de pornire al protec ţiei trebuie desensibilizat în raport cu valoarea curentului de dezechilibru Ipp = Ksig Idez calc
unde: Ksig = 1,2…1,5
PROTECTIA MAXIMALA DE CURENT =1,1…1,2 este coeficientul coeficientul de siguran ţă; Ksig =1,1…1,2 Krev = 0,85 coeficientul de revenire al releelor; Is.max este curentul de sarcin ă maxim; I pp =
K sig K rev
⋅ I s.max
(7.22)
Is max = Is.n + Is.s curentul de sarcin ă normală a transformatorului; Is.n este curentul Is.s - curentul corespunzător unei sarcini suplimentare pe care transformatorul va trebui să o preia în cursul exploat ării,f ără ca protecţia sa maximal ă să acţioneze. I s. s =
n
(7.24)
I st n −1
10
Ist-este curentul de sarcin ă al transformatorului deconectat n - este numărul de transformatoare care func ţionau în paralel 110 kV
I
+
+
S
I
II
II
T
+ -
TC
20 kV Fig. 7.13 Schema protec ţ protec ţ iei iei maximale temporizate a unui transformator
PROTECTIA MAXIMALA CU BLOCAJ DE I p =
u p =
k sig k rev
TENSIUNE MINIMA
(7.29)
I n
U min
(7.30)
k sig k rev nTT
tensiunea de func ţionare Umin = (0,9…0,95) Un este tensiunea minimă admisă pe bare; 1,1…1,2 este coeficientul de siguran ţă ksig = 1,1…1,2 releului; krev = 1,15…1,2 este coeficientul de revenire al releului; nTT - este raportul de transformare al transformatoarelor de tensiune. Sensibilitatea protec ţiei se verifică cu formula:
k sens =
U p U sc max
(7.31) 11
Up = up nTT ; tensiunea corespunz ătoare unui scurtcircuit în regim maxim Usc.max tensiunea
TT
+
+ I U
I
TI
TC
-
-
T
Fig. 7.14 Protec ţ Protec ţ ia ia maximal ă cu blocaj de tensiune minimă minimă
PROTECŢIEI MAXIMALE TEMPORIZATE A UNUI TRANSFORMATOR CU TREI ÎNFĂŞUR ĂRI 110 kV
12
35 kV
I
I
+
II
4 T
7
+
I
5 T
-
I
6 TT
6 k Fig. 7.15 Schema protec ţ protec ţ iei iei maximale temporizate a unui transformator cu trei înf ăşur ăşur ări
Alimentat pe dou ă părţi (pe 110 kV şi 35 kV) temporizările sunt t 6 t5 t4. La un defect exterior pe 6 kV lucreaz ă selectiv releele 3 şi 6 şi transformatorul r ămâne în funcţiune pe 110 kV şi 35 kV. La un defect exterior exterior pe 35 kV releele 3 nu ac ţionează, ci acţionează releele 1 şi 2, iar releul 5 comandă declanşarea selectiv ă a întrerup ătorului de pe 35 kV, deoarece t5 t4. La un defect exterior pe 110 kV lucreaz ă releele 1 şi 2, dar contrar condi ţiei de declanşare selectivă, tot întrerup ătorul de pe 35 kV va fi declanşat deoarece t5 t4. În mod normal ar fi fost necesar s ă declanşeze numai întrerup ătorul de pe 110 kV, transformatorul r ămânând în func ţiune pe 35 kV şi pe 6 kV.
PROTECŢIEI MAXIMALE TEMPORIZATE A UNUI TRANSFORMATOR CU TREI ÎNFĂŞUR ĂRI CU ALIMENTARE DIN DOUĂ PĂR ŢI
13
110 kV
+
I
TI II
+ +
9
4 TT
+ II
5 T
+ II
6 T
35 kV
6 Fig. 7.16 Schema protec ţ protec ţ iei iei maximale temporizate a unui transformator cu trei înf ăşur dou ă pă păr ţ i ăşur ări cu alimentare din două
Se introduce pe partea de 35 kV un releu direc ţional care blocheaz ă funcţionarea acestei protec ţii la scurtcircuite pe 110 kV, pe 6 kV şi în interiorul transformatorului
PROTECŢIA DE DISTAN ŢĂ A TRANSFORMATOARELOR La transformatoarele cu surse pe ambele p ărţi, cu tensiunea superioar ă U 220 kV, se va prevedea, ăşurările conectate de obicei pe fiecare dintre înf ăş la surse, câte o protec ţie de distanta împotriva -scurtcircuitelor interioare, -la borne şi pe racorduri 14
-şi împotriva supracuren ţilor provocaţi de scurtcircuitele exterioare. -Treapta instantanee a fiec ărei protecţii de distanţă va fi direcţionată spre transformator -Una din treptele cu temporizare scurt ă va fi direc ţionată spre barele de pe partea unde este instalată protecţia respectiv ă.
500 -SERIA TERMINALE RET 521 FUNCTIONAL STRUCTURE AI
150 / 1
h t i w g n i l a c S , n T o C i s r e v n o C D / A
Ir1 = 120 A
145
150 / 1
30 11 kV √3
11
NUM
110 V √3
Ir2 = 1575 A
BOM
DIF
y r a m i r P n s i e F l u F a D v
TO RE TE TOV
1600 / 1
etc.
BI
>
B
Biblioteca Protectiilor Trafo (RET 521) & Controlul functiilor
15
Trip Bloc
BO
Trip
Function Description
Short Name
No of units
Transformer Di Differential Pr Protection (2 (2 or or 3 Wndg)
DIFP
1
Restricted Earth Fault Protection
REFx
3
(Directional) Three-phase Time Overcurrent Protection TOCx
3
(Directional) Ea Earth Fa Fault Ti Time Cu Current Pr Protection
TEFx
3
Time Overvoltage Protection
TOVx
6
Time Undervoltage Protection
TUVx
3
Thermal Overload Protection
THOL
1
Frequency Measurement
FRME
1
Overexcitation Protection (V/Hz)
OVEX
1
Voltage Control (Single or Parallel)
VCTR
1
Disturbance Recorder (Block for 1 analogue channel)
DRxx
10
Event Recorder (Block for 16 digital inputs)
DRPx
3
Trip Logic (Block with 16 digital inputs)
TRxx
6+6
16
