Seguridad y fallos de los transformadores de potencia

Seguridad de los transformadores de potencia y variedad de fallos

En nuestra versión anterior, hemos mencionado los Programas, unidades y elementos de seguridad eléctrica. En este punto vamos a hablar de programas totalmente diferentes tipos de seguridad de los transformadores y fracasos en particular.

Fallos en los transformadores de potencia

Transformers son equipo muy importante en comunidad de transmisión y distribución y así el seguridad frente a los fallos internos y externos es un cuestión clave en el diseño de estas redes.

Pueden producirse fallos en los transformadores:

  • Dentro del material dieléctrico (aislante), especialmente dentro del aceite.
  • Dentro de las bobinas.
  • Dentro del núcleo (con mucha menos frecuencia).

Aislamiento del aceite y fallos del bobinado

Aceites para transformadores están diseñados para proporcionar aislamiento eléctrico debajo de campos eléctricos excesivoscualquier descuento importante dentro de la potencia dieléctrica podría señalar que el el aceite no es capaz de realizar esta operación tan importante.

Algunas de las cuestiones que pueden llevar a un descuento en la aceptación de la energía dieléctrica contaminantes polares, correspondientes al agua, a la degradación del aceite de los productos básicos y a la degradación del papel celulósico.

Las averías de los transformadores pueden producirse en el aceite como consecuencia de la acumulación de combustible, el envejecimiento, la contaminación con aire y la falta de grado y tensión.

Con motivo de un pequeño fallo como daños en el aislamiento del núcleo del tornillo, sobrecalentamiento nativo, y muchos otros., o camber causa tecnología de combustible gradual dentro del petróleo.

Todos fallos en el núcleo del transformador y en el devanado resultado dentro de la calentamiento localizado y ruptura de lail.

Cuando el el fallo es de un tipo mucho menor correspondiente a carbón abrasador, el combustible se libera lentamente e se eleva en dirección al conservador.

A fallo grave el lugar arco extremo tiene lugar provoca liberación rápida de una gran cantidad de combustible y vapores de aceite.

Este evolución violenta de los vapores de combustible y aceite no tiene tiempo para huir y como sustituto, aumenta la tensión y el cuerpo desplaza el aceiteinfligiendo ola de petróleo para los conservadores.

Los fallos pueden producirse dentro de la materiales de aislamiento del bobinado, como consecuencia del fallo del aceite, el envejecimiento, sobrecalentamiento y ruptura del aislamiento.

Fallos en el núcleo

Si alguna parte del aislamiento del núcleo se convierte en defectuoso o el construcción de núcleo laminado é unidos por cualquier material conductor que puede permitir foucault presente adecuado para moverseactivará sobrecalentamiento severo.

O pernos de núcleo aislado se utilizan para apretar el núcleo. Si el aislamiento de estos tornillos fallo e ofrece un camino sencillo hacia el don perdidoesto puede dar lugar a sobrecalentamiento.

Impactos mecánicos en manejar y transportar podría aplicarse al transformador a igual presión por encima de 3g (el lugar g es la aceleración de la gravedad; g = 9,81 m/s2.)qué puede desencadenar distorsión del núcleo.

Fallos del bobinado

Los fallos frecuentes del bobinado son:

  • Fallos entre devanados principal y secundario (circuito rápido) del parte idéntica.
  • Circuito rápido entre el vueltas de la cuerda.

Estos fallos suelen ser el resultado de fallo dieléctricocada entre devanados y entre vueltas del mismo devanadocomo consecuencia de envejecimiento de los materiales de aislamientoque puede mejorar como consecuencia de sobrecarga.

Además, hay que pensar que la bobinas son temas para cada fuerza radial y axial asociado a interacciones actuales y de flujo Fuerzas radiales dentro de la acorde interno (normalmente LV rizado) están en compresión mientras que el cuerda exterior (normalmente la cadena HV) las fuerzas están en rigidez.

Dibujo de bobinas y puntales debe tener en cuenta la magnitud de esas fuerzas y proporcionar un servicio satisfactorio energía para resistirlos sin una gran deformación mecánica que puede terminar en un fallo dieléctrico.

Además mecánico impactos en manejar y transportar podría aplicarse al transformador a igual presión por encima de 3gqué puede desencadenar distorsión y/o desplazamiento de los devanados e aislamiento del devanado más bajo.

Fallos de sobrecarga

O carga del transformador se define por aumento de temperatura admisible de los devanados y del aceite Temperatura admisible del aceite é 65 °C e punto de ignición temperatura del bobinado é 80 °C en carga nominal.

Porque carga del transformador no se mantiene estable e varía en función de la curva de cargao carga del transformador se convierte en un discapacidad laboral requerida.

O potencia nominal de un transformador de potencia se habla en su placa de identificación con referencia para aumento de temperatura especificado que se especifica a continuación, se trata de situaciones.

O salida que puede obtenerse de un transformador con un deterioro indebido del aislamiento podría ser tanto más como menos que la clasificación de las placas de identificación contando la situaciones de trabajocorrespondiente a la temperatura ambiente, la carga previa, el suministro de refrigeración, la vida útil y muchos otros.

Fallos de sobrecalentamiento

Sobrecalentamiento en el transformador también puede ser atribuible a sobrecargas por encima de sobrecargas admisibles especificado por el productoresen respuesta a Requisitos de la CEI (60354 para transformadores llenos de aceite y 60905 para transformadores de tipo seco), e fallos externoscorrespondiente a cortocircuitos en las instalaciones posteriores. La mayoría de estas averías también pueden limitarse mediante el mantenimiento correcto de un transformador.

El sobrecalentamiento puede provocar la rotura del aislamiento de los bobinados.

Seguridad de los transformadores de potencia

Seguridad incorporada

Transformers se suministran con la bala conectada (dentro de guardias) para fallo dieléctrico (formación de combustible), temperatura, tensión del aceite, grado, temperatura de bobinado e al cambiar el grifo de carga.

Según el construir un tipo de transformadores siguiente escudos debe proporcionarse:

Transformadores llenos de aceite con conservador

  • Relé de Buccholz para el fallo dieléctrico (2 pasos alarma y viaje)
  • Las cepas de aceite y los interruptores de grado (2 pasos alarma y viaje)
  • Termostato para la temperatura del aceite (2 pasos alarma y viaje)
  • Cargador de seguridad en el grifo (2 pasos alarma y viaje)

Relevo de Buccholz tiene una serie de estrategias para detectar un transformador que falla.

  • Sobre un acumulación gradual de combustibledebido, quizás, a ligera sobrecarga, combustible producido por la descomposición del aceite aislante se acumula dentro de la parte superior del relé e obliga a bajar el grado de aceite. A cambio de flotador dentro de la relé se utiliza para provocar una señal de alarma. Apoyándose en el diseño, un segundo flotador puede servir para detectar gradualmente fugas de aceite.
  • Si un variedades arqueadas, la acumulación de combustible es rápidae aceite fluye rápidamente en conservador. Este movimiento del petróleo gestiona una bolsa vinculado a un veleta situado en camino del aceite móvil.

Los relevos de Buchholz tener un mira el puerto para permitir combustible acumulado para ser retirado para su comprobación Combustible inflamable descubierto dentro de la relé significa algún defecto interior correspondiente a sobrecalentamiento o arco eléctricomientras que aire descubierto dentro de la relé podría señalar bajo grado de aceite o una fuga.

Para transformadores equipados con rastreadores y bombas de refrigeracióno unidades de temperatura se utilizan para inicia y detiene rutinariamente la refrigeración presurizada. Además, están equipados para activar una alarma y una visita a temperaturas del transformador demasiado excesivas.

Transformadores sellados llenos de aceite

  • Detección de grado de combustible y aceite, tensión y temperatura en una marcha (DGPT 2Detección de combustible, estrés y temperatura) con 2 rangos (alarma y viaje)

Transformadores de tipo seco

  • Temperatura del bobinado con 2 rangos (alarma y viaje) – detector de temperatura por resistencia ES 100 (sonda de platino) o PTCCoeficiente de temperatura constructiva«), que podría ser una termistor (materiales semiconductores sensibles a la temperatura).

Estas protecciones tienen un movimiento directo sobre las bobinas de disparo de los disyuntores.

Seguridad diferencial

O forma perfecta de defender cualquier parte del sistema de energía es para evalúa el regalo que entra en ese kit, con el regalo que sale de él.

En situaciones normales de salud o dos son iguales. Si el dos corrientes normalmente no son igualespor lo que un debe existir.

Esto se consigue mediante «seguridad diferencial«(ANSI / IEEE / IEC código 87T), cuyo diagrama se comprueba en el Determinante 1 y el precepto de funcionamiento se basa en Kirchhoff presenta la legislación.

Es bueno saberlo:

IECcomisión Electrotécnica Mundial.

ANSIinstituto de Requisitos de la Nación Americana.

IEEEinstituto de Ingenieros Eléctricos y Digitales.

Diagrama de protección diferencial del transformador

Determina 1 – Diagrama de seguridad diferencial

EHV e HV transformadores y autotransformadores para volatges por encima de 49,5 kV e MV transformadores con potencia nominal por encima de 3-4 MVA a menudo tienen como la más alta seguridad a seguridad diferencial para huecos sinuososcortocircuitos entre espiras de un devanado o entre devanados que se corresponden para cortocircuitos entre fases o trifásicos.

Si no hay puesta a tierra / puesta a tierra a nivel de la ubicación del transformadoreste protection también puede utilizarse para defiende frente a las faltas a tierra.

Si el fallo a tierra presente é limitado por la impedancianormalmente es no se puede ajustar o umbral actual a un precio inferior al actual.

Esta seguridad está relacionada con transformadores de corriente TC (Transformadores actuales) en cada aspecto del transformador (principal y secundario), ya que se ha demostrado en la Determinación 1.

El uso de la seguridad diferencial de los transformadores plantea algunas cuestiones que hay que tener en cuenta:

Drawback en referencia a la relación de transformación y a la técnica de acoplamiento

O las corrientes principal y secundaria tienen amplitudes totalmente diferentes debido a la relación de transformación y a las fases totalmente diferentes en función de la técnica de acoplamiento (el transformador estrella-triángulo hace un desfase de la parte de 30°). Posteriormente, hay que reajustar los valores reales medidos para que las advertencias de contraste sean iguales durante el funcionamiento regular.

Este se termina con los correspondientes transformadores auxiliares, cuya posición es para estabilidad las amplitudes y las fases.

Cuando un aspecto del transformador está conectado en estrella con una conexión a tierra imparcial, los transformadores correspondientes de este aspecto están conectados en triángulo, de modo que se eliminan las corrientes residuales que pueden detectarse en la incidencia de un fallo a tierra fuera del transformador.

La determinación 16 exhibe una instancia de la conexión de la seguridad diferencialutilizando transformadores auxiliares de adaptación.

Esquema de protección diferencial del transformadorDeterminar – Esquema de protección diferencial del transformador

Hoy en día, con elementos de seguridad digitales y microprocesadosesta indemnización se extingue por medio de programa de software.

Accionar la seguridad se basa en la relación de transformación «n«que puede expresarse mediante la ecuación

n = (U1 / U2) = (I2 / I1)

(U1: alta tensión U2: tensión del secundario I1: gran regalo I2: secundario presente).

La relación anterior es una consecuencia de la ecuación de la energía nominal (S) del transformador:

S = √3 x U1 x I1 = √3 x U2 x I2

Drawback en referencia al actual transformador de entrada

Transformador cambiando provoca una presencia de transitorios muy excesivos (de 8 a quince In), que fluye sólo por el primer devanado y dura unas décimas de segundo.

É é así se detecta de seguridad como regalo diferencial y dura mucho más que el tiempo de trabajo de seguridad (30 ms) Detección basada únicamente en la distinción entre las corrientes principal y secundaria del transformador activaría el seguridad a activar. Posteriormente, la seguridad deberá ser capaz de distinguir entre un diferencial presente como consecuencia de una avería y un diferencial de arranque presente.

Especialización demostró que onda de entrada presente tiene capacidad para nada menos que 20% de segunda parte armónica (presente en un frecuencia de 100 Hz), mientras que esta parte es de ninguna manera aumentó que 5% en incidencia de una sobrecorriente como consecuencia de un fallo contenido en el transformador.

La seguridad debería deberse a este hecho sólo se puede cerrar cuando el proporción del segundo elemento armónico con respecto al elemento armónico básico (presente en 50 Hz) es mayor que 15%, por ejemplo, «I2 / I1 > 15%«.

Drawback sobre la magnetización presente en la incidencia de una sobretensión externa

Presencia de magnetismoo regalo emocionanteé el regalo que pasa por el primer devanado de un transformador de influencia cuando ninguna masa está relacionada con el devanado secundarioeste estados actuales o área magnética dentro de la núcleo e proporciona vitalidad para las pérdidas de potencia en vacío dentro del núcleo. Es responsable de «pérdidas de hierro«.

O regalo magnetizador constituye una distinción entre las corrientes principal y secundaria del transformador. É debido a este hecho detectado como un fallo presente por la seguridad diferencial aunque no sea como consecuencia de un fallo.

En situaciones regulares de trabajoeste regalo magnetizador é muy bajo e no alcanza el umbral de seguridad de trabajo.

Sin embargo, cuando un sobretensión sucede al aire libre el transformadoro materiales magnéticos saturados (normalmente los transformadores están dimensionados para poder funcionar en saturación restringida para la tensión nominal de alimentación), y el regalo magnetizador de valor aumentará drásticamente. O seguridad el umbral de trabajo puede ser alcanzado debido a esta.

La experiencia ha demostrado que la regalo magnetizador como resultado de saturación magnética tiene un tasa excesiva de la quinta parte armónica (presente en un frecuencia de 250 Hz).

El transformador diferencial, debido a este hecho, requiere unas características bastante avanzadas, ya que debe ser capaz de medir los segundos y quintos armónicos presentes o, con la intención de no medir el quinto armónico, debe ser capaz de detectar sobretensiones de origen externo.

O características de seguridad diferencial del transformador se asocian al transformador especificaciones:

  • Tasa de transformación
  • Grupo vectorial
  • Presencia de la corriente de aire
  • Magnetización eterna presente

La seguridad por encima del presente

Transformadores de MT con potencia nominal hasta 2,5 MVA a menudo sólo se protegen, a diferencia de las sobrecorrientes, con relés de corriente.

  • Circuito rápido trifásico o fase a fase, instantáneo (Código ANSI/IEEE/IEC 50).
  • Circuito rápido trifásico o de fase a fase, con retardo de tiempo (Código 51 ANSI/IEEE/IEC).
  • Circuito rápido parte-tierra, instantáneo (Código ANSI/IEEE/IEC 50N).
  • Circuito rápido parte-tierra, con retardo de tiempo (Código ANSI/IEEE/IEC 51N).

Este conjunto de protecciones se utiliza en Transformadores de AT y MT con potencia nominal por encima de 3-4 MVA como un «apoyo» seguridadjunto con seguridad diferencial.

En algunas instalaciones y redes Transformadores de MT con potencia nominal tanto como 630 kVA también podría ser protegido contra la sobrecorriente por fusibles relacionados con los interruptores de enlacecomo se demuestra en el Determinante 2.

En estas condiciones, la interruptores-seccionadores debe tener un bobina de disparo para permitir el movimiento del salvaguardias integradas de los transformadores.

Interruptor-seccionador asociado a los fusiblesDetermina 2 – Interruptor-seccionador relacionado con el fusible

Los fusibles deben tener un pestillo mecánico para señalar el fusión y para impresionar apertura del interruptor tripolarpara mantenerse alejado de la funcionamiento del conjunto sólo con dos fases.

Productores presentes tablas para decidir sobre la presente nominal de un fusibleteniendo en cuenta la tensión y potencia nominalcomo se demuestra en la Tabla 1, en respuesta a Requisitos de la CEI.

Tablas varían de un productor a otroen respuesta a requisitos utilizados, será realmente útil hacer uso del escritorio proporcionado por el productor elegido.

Tabla 1 – Presencia nominal de los fusibles para la seguridad de los transformadores de potencia

Transformador de potencia nominal

(KVA)

Tensión de la línea (KV)
6 – 7.210 – 1215 – 17.520 – 2430 – 36
Fusible nominal presente (A)
5010-16106.3 – 106.34 – 6.3
10016-31.516 – 2516106.3 – 10
12520-4016 – 31.52010 – 166.3 – 10
16031.5-5020 – 31.520 – 2516 – 2010 – 16
20031.5-6325 – 4020 – 31.516 – 2010 – 16
25040-8025 – 4031.516 – 2510 – 20
31550-10031.5 – 5031.5 – 5016 – 2516 – 25
40063-10040 – 6331.5 – 6320 – 4016 – 25
50080-12550 – 8040 – 8025 – 5020 – 31.5
630100-16063 – 10063 – 10031.5 – 6320 – 40
800125-16080 – 12563 – 10040 – 6325 – 50
1000160-200100 – 16010050 – 8031.5 – 50
12502501601258050

Corriente nominal de los fusibles para la protección de los transformadores de potencia

Seguridad de fallo a tierra restringida

Seguridad de fallo a tierra restringida (Código ANSI/IEEE/IEC 64G/64REF) se utiliza como complemento o a seguridad diferencial sustitutiva para fallos en el devanado de tierra.

A fallo externo dentro de la aspecto de estrella terminará en presente que fluye dentro del transformador presente en la línea de la parte afectada y en el tiempo idéntico a equilibrar los flujos actuales dentro del transformador actual no sesgadopor lo tanto, el presente en el interior del relé se debe a este cero.

Entonces esta seguridad no se activará por un fallo a tierra externo. Sin embargo, durante fallo interno o transformador de presente sin sesgo sólo lleva el desequilibrar el fallo actual e operación de seguridad tiene lugar.

Este esquema de seguridad restringida de fallo a tierra é muy delicada a falta de tierra interior {transformador de potencia. O esquema de seguridad é comparativamente más barato que esquema de seguridad diferencial.

Seguridad de fallo a tierra restringida se suministra en el transformador de potencia para la detección fallo a tierra del transformador interno. En este esquema, el TC secundario de cada parte {del transformador de potencia} son relacionados colectivamente como se demuestra en la Determinación 3.

Esquema de la protección de falta a tierra restringida del transformador

Determina 3 – Diagrama de seguridad de fallo a tierra restringido

Cada vez puede haber una desequilibrio en entre tres fases del transformador de la instalación, un presentar el movimiento de desequilibrio resultante a través de la vía cerrada relacionados con la generalización terminales secundarios del TC.

A desequilibrio presente se además, mueve a través del transformador de potencia imparcial, por lo que probablemente habrá un presente secundario en TC Imparcial debido a esto desequilibrar el presente imparcial.

En falta a tierra restringida esquema los terminales generalizados de pieza de TC están relacionadas con las secundarias de TC Imparcial de tal manera que desequilibrio secundario presente de parte CT y presente secundario de TC Imparcial se se oponen entre sí.

Si estos cada corriente es igual en amplitud no habrá cualquier flujo actual resultante hacia el interior a través de la trayectoria cerrada declarada. O falta a tierra restringida seguridad está relacionado con esto camino cerrado. Por lo tanto, el relé no responde incluso puede haber un desequilibrio en una parte presente del transformador de la instalación.

Sobrecarga de seguridad

O criterio principal para carga del transformador es el punto más popular temperatura de aislamiento fuerte (punto caliente). É no deberá superar el valor prescritocon la intención de aléjate de los fallos de aislamientodesde la lfuncionalidad de la carga del transformador de potencia está prohibida principalmente por temperatura del bobinado.

La fuerte temperatura de aislamiento es el principal problema del envejecimiento de los transformadores

Con temperatura y tiempoo aislamiento de celulosa pasa por un curso de despolimerización de. Porque el la cadena celulósica se acortaráo propiedades mecánicas del papel correspondiente a energía de tracción y elasticidad degradar. Finalmente el el papel se vuelve frágil y es no soportan las fuerzas del circuito rápido e incluso las vibraciones regulares que pueden formar parte de la vida de un transformador. Este caso características o terminando la vida del aislamiento fuerte Como no es reversibleademás define o final que cambia la vida.

Sobrecarga del transformador puede ocurrir durante situaciones de contingencia que puede ser el producto de uno, dos o varios componentes del sistema que deben ser retirados de las instalaciones del sistema. Además, se producirán cuando los transformadores ya están en 80%-90% de tu capacidad total de la placa de características e capacidad adicional es necesario, en particular durante los abrasadores veranos.

Históricamente, relés de sobreintensidad de tiempo inverso (a curva temporal inversa é caracterizado por variación inversa del presente con el tiempocomo se muestra en la Determinación 4) para seguridad contra sobrecargassin embargo, un edición es que los transformadores suelen estar en el exterior del lugar la temperatura ambiente afecta a su capacidad de cargay por lo tanto el ajustes óptimos de recogida de dichos relés.

Curva característica de tiempo inverso en la protección contra la sobrecarga del transformadorDetermina 4 – Curva característica de tiempo inverso

Sin embargo, para transformadores de potencia sumergidos en líquidoo temperatura del punto caliente del bobinado es el pregunta necesaria dentro de la transformador de larga duración.

O temperatura del aceite aislante é dependiendo de la temperatura del bobinadoy se utiliza para señala las situaciones de trabajo del transformador. Muchos relés de seguridad de transformadores numéricos que se puede obtener hoy adopta elementos de seguridad que trabajan en temperaturas del aceite aislantecalculado pérdida de la vida como consecuencia de temperatura excesiva del aceitee temperaturas del aceite previstas como consecuencia de la carga.

Este tipo de características normalmente no se utilizan de forma rutinariasin embargo, prácticas laborales utilitarias de moda intento de maximizar el uso de los transformadores de potenciaque podría mejorar la incidencia de las situaciones de sobretemperatura e envejecimiento del transformador Situaciones de sobretemperatura y envejecimiento acelerado son ocasiones del sistema contrario que debe ser reconocido y vigilado en contraposición a.

Los más comunes funcionan para seguridad térmica de los transformadores de potencia es el sobrecarga térmica (ANSI/IEEE/IEC código 49) ópera.

La capacidad térmica utilizada se calcula en función de un maniquí matemático que tiene en cuenta:

  • Presenta rms valores
  • Temperatura ambiente
  • Secuencia desfavorable presente.

La seguridad proporciona una orden de viaje cuando el cálida bienvenida Ecalculado en respuesta a la medición de un presentar igual Ieqé mejor que el conjunto de nivel Es.

O tiempo de tropezar con la seguridad é fija por tiempo fijo T.

O la seguridad por sobrecarga térmica funciona también puede utilizarse para almacenar equipos con dos cargas de trabajopor ejemplo, transformadores con dos modos de flujo de airecon o sin flujo de aire a presión (ONAN / ONAF).

Seguridad contra rayos

Seguridad contra el rayo de los transformadores de potencia se consigue mediante pararrayos colocado dentro del tanque del transformadorcomo se comprueba en el Determinante 5.

Protección contra el rayo de los transformadores de potencia por impulsos Determina 5 – Descargador de sobretensiones

Lo más común pararrayos son resistencias de óxido metálico no lineales ordenar en caja de porcelana o de goma de siliconay son instalada en paralelo con el elemento protegido y relacionada con la red de tierra.

Resistencia de resistencias no lineales é en proporción inversa al presentees decir, que el la resistencia es excesiva para los valores de servicio actuales e muy baja para las corrientes de descarga de los rayos principales.

Transformadores del sistema de seguridad del corazón

Ahora lo hemos mencionado íntimamente en nuestro anterior comunicado»Sistema de seguridad del corazón de los transformadores – Causas, variedades y necesidades«.

Sobre el escritor: Manuel Bolotinha

-Licenciado en Ingeniería Eléctrica – Programas de Vitalidad y Energía (1974 – Instituto Superior Técnico/Colegio de Lisboa)
– Diploma de Grado en Ingeniería de Sistemas Eléctricos e Informáticos (2022 – Facultad de Ciencia y Tecnología/Nueva Facultad de Lisboa)
– Guía superior en subestaciones y programas de energía; profesor experto

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