Compreendendo a proteção do transformador: do relé Buchholz à proteção diferencial

Os transformadores são ativos estáticos críticos e de operação contínua, conhecidos por sua alta confiabilidade. No entanto, instalados frequentemente no exterior e sujeitos a cargas e correntes de falha do sistema variáveis, permanecem vulneráveis ​​a falhas. Este guia explora os fundamentos da proteção de transformadores, destacando falhas comuns e os sistemas de proteção avançados que garantem a estabilidade da rede e evitam danos dispendiosos.

 

Falhas e anormalidades comuns do transformador

 

As falhas do transformador são amplamente categorizadas em tipos internos e externos.

Falhas Internasocorrem dentro do tanque, incluindo curtos-circuitos entre-fases-fases, curtos-circuitos-entre{3}}espiras, falhas entre{4}}enrolamento-no núcleo e condutores quebrados.

Falhas Externasenvolvem curto-circuitos entre os terminais das buchas externas ou descargas elétricas entre as buchas e o terra.

Falhas internas são particularmente perigosas. O arco-de alta energia pode danificar gravemente o isolamento do núcleo e do enrolamento. Também decompõe o óleo isolante, gerando gases que podem causar ruptura ou explosão do tanque. Portanto, o isolamento imediato é crucial na detecção de falhas.

Condições operacionais anormais, como sobrecarga, baixos níveis de óleo, sobrecorrente de falhas externas, temperaturas ou pressões excessivas e falhas no sistema de refrigeração, exigem alarmes oportunos para solicitar a intervenção do operador e evitar o agravamento.

 

Configuração do sistema de proteção do transformador

 

Esquemas de proteção não{0}}elétrica

 

 

1. Relé Buchholz (proteção de fluxo de gás e óleo)

Esta proteção chave detecta falhas detectando o acúmulo de gás (da decomposição do óleo) e picos de fluxo de óleo dentro do tanque.

Falhas Menores (Estágio de Alarme):O lento acúmulo de gás devido ao leve superaquecimento aciona o mecanismo de flutuação, emitindo um alarme.

Falhas Graves (Estágio de Trip):A intensa geração de gás e o rápido fluxo de óleo provenientes de falhas internas graves desviam uma aba, desarmando instantaneamente o disjuntor.

Papel crítico:O relé Buchholz é uma proteção primária vital, altamente sensível a falhas como curtos-entre espiras que podem não gerar diferenciais de corrente significativos.

 

2. Proteção contra pressão

Dispositivos como dispositivos de alívio de pressão e relés de pressão repentina servem como proteção primária, respondendo a aumentos perigosos de pressão dentro do tanque causados ​​por arcos.

 

3. Monitoramento de temperatura e nível de óleo

Esses sistemas acionam alarmes para altas temperaturas do óleo/enrolamento ou níveis anormais de óleo, permitindo a manutenção preventiva e evitando a degradação do isolamento.

 

4. Proteção contra falhas do sistema de resfriamento

Uma perda completa de resfriamento leva a um rápido aumento de temperatura. Esta proteção emite um alarme e, após um atraso de tempo que permite ação corretiva, desarma o transformador para evitar danos térmicos.

 

Proteção Diferencial: A Blindagem Elétrica Primária

 

Esta proteção compara as correntes que entram e saem do transformador. Qualquer diferença significativa (corrente diferencial) indica uma falta interna dentro da zona protegida.

 

1. Gerenciando a corrente de irrupção

A energização de um transformador causa uma corrente de irrupção magnetizante temporária e de alta{0}magnitude (6 a 8 vezes a corrente nominal), que flui apenas pelo lado primário, criando um sinal diferencial falso. A corrente de irrupção tem características distintas:
um. Alta amplitude com forte componente DC.
b. Forma de onda de pico com um ângulo morto significativo (intermitência).
c. Alto conteúdo harmônico, especialmente o 2º harmônico.

Os relés modernos usam técnicas de Restrição Harmônica (por exemplo, bloqueio de 2º harmônico) ou Análise de Forma de Onda para distinguir correntes de inrush de correntes de falta genuínas, evitando mau funcionamento.

 

2. Elemento diferencial de conjunto-alto instantâneo

Para faltas internas graves que causem saturação do Transformador de Corrente (TC), o conteúdo harmônico pode bloquear o elemento diferencial principal. A função High-Set Differential fornece uma solução. Ele opera puramente na magnitude da corrente diferencial, ignorando toda a lógica de restrição harmônica para garantir disparo ultra{3}}rápido para faltas críticas.

 

Estratégias de proteção de backup

 

A proteção de backup garante a eliminação de falhas se os sistemas primários falharem.

 

1. Proteção-de sobrecorrente restrita/controlada de tensão

Este esquema é um backup sensível para faltas de fase. Ele combina elementos de sobrecorrente com detecção de subtensão e/ou tensão de sequência-negativa. A restrição de tensão permite uma configuração de pickup de corrente mais baixa, aumentando a sensibilidade e permanecendo segura durante condições de carga estáveis.

 

 

 

 

 

Neutro desenterrado (isolado): Para limitar a corrente de falta à terra, alguns transformadores não são aterrados. Eles são protegidos pela proteção de deslocamento de tensão neutra (sobretensão residual - 3U0), que opera se uma falta à terra do sistema persistir após os transformadores aterrados terem sido desconectados.

 

Aterrado através de um resistor de aterramento neutro (NGR): Um método comum para limitar a corrente de falta. A proteção normalmente monitora a corrente através do NGR.

 

Conclusão
Um sistema de proteção-em múltiplas{1}}camadas bem projetado é fundamental para a confiabilidade e longevidade do transformador. Compreender esses princípios,-desde o monitoramento fundamental de gás e pressão até esquemas diferenciais e de backup avançados-é fundamental para garantir a segurança do sistema de energia. Faça parceria com especialistas para implementar a estratégia de proteção correta para seus ativos críticos.