- Protección de transformadores para diferentes tipos de transformadores
- Tipos comunes de protección de transformadores
- Protección contra sobrecalentamiento en transformadores
- Protección contra sobrecorriente en transformador
- Protección diferencial del transformador
- Protección de falla a tierra restringida
- Relé Buchholz (detección de gas)
- Protección contra exceso de flujo
Los transformadores son uno de los componentes más críticos y costosos de cualquier sistema de distribución. Es un dispositivo estático encerrado generalmente empapado en aceite y, por lo tanto, las fallas que se le presentan son limitadas. Pero el efecto de una falla poco común puede ser muy peligroso para el transformador, y el largo tiempo de espera para la reparación y reemplazo de los transformadores empeora las cosas. Por lo tanto , la protección de los transformadores de potencia se vuelve muy crucial.
Las fallas que ocurren en un transformador se dividen principalmente en dos tipos, que son, fallas externas y fallas internas, para evitar cualquier peligro para el transformador, una falla externa es despejada por un complejo sistema de relés en el menor tiempo posible. Las fallas internas se basan principalmente en sensores y sistemas de medición. Hablaremos de esos procesos más adelante en el artículo. Antes de llegar allí, es importante comprender que hay muchos tipos de transformadores y en este artículo, discutiremos principalmente sobre el transformador de potencia que se utiliza en los sistemas de distribución. También puede aprender sobre el funcionamiento del transformador de potencia para comprender sus conceptos básicos.
Las características de protección básicas como la protección contra sobreexcitación y la protección basada en temperatura pueden reconocer condiciones que eventualmente conducen a una condición de falla, pero la protección completa del transformador proporcionada por relés y transformadores de corriente es apropiada para transformadores en aplicaciones críticas.
Entonces, en este artículo, hablaremos sobre los principios más comunes utilizados para proteger los transformadores de fallas catastróficas.
Protección de transformadores para diferentes tipos de transformadores
El sistema de protección utilizado para un transformador de potencia depende de las categorías del transformador. Una tabla a continuación muestra que,
| Categoría | Clasificación del transformador - KVA | |
| 1 fase | 3 fases | |
| yo | 5 - 500 | 15 - 500 |
| II | 501 - 1667 | 501 - 5000 |
| III | 1668 - 10,000 | 5001 - 30 000 |
| IV | > 10,000 | > 30.000 |
- Los transformadores dentro del rango de 500 KVA se incluyen en (Categoría I y II), por lo que están protegidos con fusibles, pero para proteger transformadores de hasta 1000 kVA (transformadores de distribución para 11 kV y 33 kV), generalmente se usan interruptores de media tensión.
- Para los transformadores de 10 MVA y superiores, que se incluyen en (Categoría III y IV), se tuvieron que usar relés diferenciales para protegerlos.
Además, los relés mecánicos como los relés Buchholtz y los relés de presión repentina se aplican ampliamente para la protección de transformadores. Además de estos relés, la protección de sobrecarga térmica a menudo se implementa para extender la vida útil de un transformador en lugar de para detectar fallas.
Tipos comunes de protección de transformadores
- Protección contra sobrecalentamiento
- Protección contra la sobretensión
- Protección diferencial del transformador
- Protección contra fallas a tierra (restringida)
- Relé Buchholz (detección de gas)
- Protección contra el flujo excesivo
Protección contra sobrecalentamiento en transformadores
Los transformadores se sobrecalientan debido a sobrecargas y condiciones de cortocircuito. La sobrecarga permitida y la duración correspondiente dependen del tipo de transformador y la clase de aislamiento utilizado para el transformador.
Se pueden mantener cargas más altas durante un período de tiempo muy corto si es por mucho tiempo, puede dañar el aislamiento debido al aumento de temperatura por encima de una temperatura máxima asumida. La temperatura en el transformador enfriado por aceite se considera máxima cuando es de 95 ° C, más allá de los cuales la esperanza de vida del transformador disminuye y tiene efectos perjudiciales en el aislamiento del cable. Es por eso que la protección contra el sobrecalentamiento se vuelve esencial.
Los transformadores grandes tienen dispositivos de detección de temperatura del aceite o del devanado, que miden la temperatura del aceite o del devanado; por lo general, hay dos formas de medición, una se denomina medición de puntos calientes y la segunda se denomina medición de aceite superior, la siguiente imagen muestra una termómetro con caja de control de temperatura de reinhausen utilizado para medir la temperatura de un transformador de tipo conservador con aislamiento líquido.
La caja tiene un indicador de cuadrante que indica la temperatura del transformador (que es la aguja negra) y la aguja roja indica el punto de ajuste de la alarma. Si la aguja negra sobrepasa la aguja roja, el dispositivo activará una alarma.
Si miramos hacia abajo, podemos ver cuatro flechas a través de las cuales podemos configurar el dispositivo para que actúe como alarma o disparo o se pueden utilizar para arrancar o parar bombas o ventiladores de refrigeración.
Como puede ver en la imagen, el termómetro está montado en la parte superior del tanque del transformador sobre el núcleo y el devanado, se hace así porque la temperatura más alta va a estar en el centro del tanque debido al núcleo y los devanados.. Esta temperatura se conoce como la temperatura superior del aceite. Esta temperatura nos da una estimación de la temperatura del punto caliente del núcleo del transformador. Los cables de fibra óptica actuales se utilizan dentro del devanado de baja tensión para medir con precisión la temperatura del transformador. Así es como se implementa la protección contra sobrecalentamiento.
Protección contra sobrecorriente en transformador
El sistema de protección contra sobrecorriente es uno de los primeros sistemas de protección desarrollados que existen, el sistema de sobrecorriente graduado se desarrolló para proteger contra condiciones de sobrecorriente. Los distribuidores de energía utilizan este método para detectar fallas con la ayuda de los relés IDMT. es decir, los relés que tienen:
- Característica inversa, y
- Tiempo mínimo de funcionamiento.
Las capacidades del relé IDMT están restringidas. Este tipo de relés deben configurarse entre el 150% y el 200% de la corriente nominal máxima; de lo contrario, los relés funcionarán en condiciones de sobrecarga de emergencia. Por lo tanto, estos relés brindan una protección menor para fallas dentro del tanque del transformador.
Protección diferencial del transformador
La protección diferencial de corriente sesgada porcentual se utiliza para proteger transformadores de potencia y es uno de los esquemas de protección de transformadores más comunes que proporciona la mejor protección general. Estos tipos de protección se utilizan para transformadores de clasificación superior a 2 MVA.
El transformador está conectado en estrella en un lado y delta conectado en el otro lado. Los TC del lado de la estrella están conectados en triángulo y los del lado conectado en triángulo están conectados en estrella. El neutro de ambos transformadores está conectado a tierra.
El transformador tiene dos bobinas, una es la bobina de operación y la otra es la bobina de restricción. Como su nombre lo indica, la bobina de restricción se usa para producir la fuerza de restricción y la bobina de operación se usa para producir la fuerza de operación. La bobina de restricción está conectada con el devanado secundario de los transformadores de corriente, y la bobina de operación está conectada entre el punto equipotencial del TC.
Funcionamiento de la protección diferencial del transformador:
Normalmente, la bobina de operación no lleva corriente ya que la corriente se iguala en ambos lados de los transformadores de potencia, cuando ocurre una falla interna en los devanados, el equilibrio se altera y las bobinas de operación del relé diferencial comienzan a producir una corriente diferencial entre los dos lados. del transformador. Por lo tanto, el relé dispara los disyuntores y protege el transformador principal.
Protección de falla a tierra restringida
Puede fluir una corriente de falla muy alta cuando ocurre una falla en el buje del transformador. En ese caso, la falla debe resolverse lo antes posible. El alcance de un dispositivo de protección en particular debe limitarse solo a la zona del transformador, lo que significa que si ocurre una falla a tierra en una ubicación diferente, el relé asignado para esa zona debe activarse y los demás relés deben permanecer iguales. Entonces, es por eso que el relé se denomina relé de protección de falla a tierra restringida.
En la imagen de arriba, el Equipo de Protección está en el lado protegido del transformador. Supongamos que este es el lado primario y también supongamos que hay una falla a tierra en el lado secundario del transformador. Ahora, si hay una falla en el lado de tierra, debido a la falla de tierra, un Componente de Secuencia Cero estará allí y que circulará solo en el lado secundario. Y no se reflejará en el lado primario del transformador.
Este relé tiene tres fases, si ocurre una falla, tendrán tres componentes, los componentes de secuencia positiva, los componentes de secuencia negativa y los componentes de secuencia cero. Debido a que los componentes positivos de las lentejuelas se desplazan 120 *, en cualquier instante, la suma de todas las corrientes fluirá a través del relé de protección. Entonces, la suma de sus corrientes será igual a cero, ya que están desplazadas por 120 *. Similar es el caso de los componentes de secuencia negativa.
Ahora supongamos que ocurre una condición de falla. Esa falla será detectada por los TC ya que tiene un componente de secuencia cero y la corriente comienza a fluir a través del relé de protección, cuando eso sucede, el relé se disparará y protegerá el transformador.
Relé Buchholz (detección de gas)
La imagen de arriba muestra un relevo de Buchholz. El relé Buchholtz se instala entre la unidad principal del transformador y el tanque conservador cuando ocurre una falla dentro del transformador, detecta el gas resuelto con la ayuda de un interruptor de flotador.
Si mira de cerca, puede ver una flecha, el gas fluye desde el tanque principal al tanque conservador, normalmente no debería haber gas en el transformador. La mayor parte del gas se conoce como gas disuelto y se pueden producir nueve tipos diferentes de gases dependiendo de la condición de falla. Hay dos válvulas en la parte superior de este relé, estas válvulas se usan para reducir la acumulación de gas y también se usan para tomar una muestra de gas.
Cuando ocurre una condición de falla, tenemos chispas entre los devanados, o entre los devanados y el núcleo. Estas pequeñas descargas eléctricas en los devanados calentarán el aceite aislante, y el aceite se descompondrá, por lo que produce gases, la severidad de la rotura detecta qué vidrios se crean.
Una gran descarga de energía producirá acetileno y, como sabrá, el acetileno requiere mucha energía para producirse. Y siempre debes recordar que cualquier tipo de falla producirá gases, analizando la cantidad de gas podemos encontrar la severidad de la falla.
¿Cómo funciona el relé Buchholz (detección de gas)?
Como puede ver en la imagen, tenemos dos flotadores: un flotador superior y un flotador inferior, también tenemos una placa deflectora que empuja hacia abajo el flotador inferior.
Cuando ocurre una gran falla eléctrica, se produce mucho gas del que el gas fluye a través de la tubería, lo que desplaza la placa deflectora y eso obliga a la inferior flotando hacia abajo, ahora tenemos una combinación, la flotación superior está arriba y la flotador inferior está hacia abajo y la placa deflectora se ha inclinado. Esta combinación indica que ha ocurrido una falla masiva. que apaga el transformador y también genera una alarma. La siguiente imagen muestra exactamente eso,
Pero este no es el único escenario donde este relé puede ser útil, imagine una situación en la que dentro del transformador se está produciendo un arco menor, estas arcas están produciendo una pequeña cantidad de gas, este gas produce una presión dentro del relé y el el flotador superior baja desplazando el aceite en su interior, ahora el relé genera una alarma en esta situación, el flotador superior está abajo, el flotador inferior no cambia y la placa deflectora no cambia si se detecta esta configuración, podemos estar seguros de que tenemos una lenta acumulación de gas. La siguiente imagen muestra exactamente eso,
Ahora sabemos que tenemos una falla, y purgaremos parte del gas usando la válvula sobre el relé y analizaremos el gas para averiguar la razón exacta de esta acumulación de gas.
Este relé también puede detectar condiciones donde el nivel de aceite aislante cae debido a fugas en el chasis del transformador, en esa condición, el flotador superior cae, el flotador inferior cae y la placa deflectora permanece en la misma posición. En esta condición, obtenemos una alarma diferente. La siguiente imagen muestra el funcionamiento.
Con estos tres métodos, el relé Buchholz detecta fallas.
Protección contra exceso de flujo
Un transformador está diseñado para operar a un nivel de flujo fijo que excede ese nivel de flujo y el núcleo se satura, la saturación del núcleo provoca un calentamiento en el núcleo que sigue rápidamente a través de las otras partes del transformador que conduce al sobrecalentamiento de los componentes, por lo tanto la protección de flujo se vuelve necesaria, ya que protege el núcleo del transformador. Pueden producirse situaciones de sobreflujo debido a una sobretensión o una reducción en la frecuencia del sistema.
Para proteger el transformador de sobreflujo, se utiliza el relé de sobreflujo. El relé de sobreflujo mide la relación de voltaje / frecuencia para calcular la densidad de flujo en el núcleo. Un aumento rápido en el voltaje debido a transitorios en el sistema de energía puede causar un exceso de flujo, pero los transitorios se apagan rápidamente, por lo tanto, el disparo instantáneo del transformador es indeseable.
La densidad de flujo es directamente proporcional a la relación de voltaje a frecuencia (V / f) y el instrumento debe detectar la relación si el valor de esta relación es mayor que la unidad, esto se hace mediante un relé basado en un microcontrolador que mide el voltaje y la frecuencia en tiempo real, luego calcula la tasa y la compara con los valores precalculados. El relé está programado para un tiempo mínimo definido inverso (características IDMT). Pero la configuración se puede realizar manualmente si es un requisito. De esta forma, el propósito se cumplirá sin comprometer las protecciones contra el flujo excesivo. Ahora, vemos lo importante que es evitar el disparo del transformador por exceso de flujo.
Espero que hayas disfrutado del artículo y hayas aprendido algo útil. Si tiene alguna pregunta, déjela en la sección de comentarios o utilice nuestros foros para otras consultas técnicas.