Un estudi preliminar sobre la configuració de protecció del transformador de distribució de 10kV

1. Formes de cablació de l'Unitat Principal en Anell
1.1 Composició de l'Unitat Principal en Anell

L'Unitat Principal en Anell (RMU) està composta per compartiments. Generalment, té almenys tres compartiments, incloent dos compartiments per a l'entrada i sortida del cable en anell i un compartiment per al circuit del transformador.

1.2 Configuració dels Modes de Protecció per a l'Unitat Principal en Anell

Tant els compartiments d'alimentació del cable en anell com els compartiments d'alimentació del transformador utilitzen interruptors de càrrega, generalment interruptors de càrrega de tres posicions amb funcions de tancament, apertura i aterrament. Els compartiments d'alimentació del transformador també estan equipats amb fusibles limitadors de corrent de gran capacitat de ruptura per a la protecció. La pràctica ha demostrat que aquesta és una mètode de distribució d'energia simple, fiable i econòmic.

1.3 Característiques de la Configuració de Protecció de l'Unitat Principal en Anell

L'interruptor de càrrega s'utilitza per commutar corrents de càrrega nominals. Té característiques com una estructura simple i un cost baix, però no pot interrompre corrents de curtcircuït. El fusible limitador de corrent de gran capacitat de ruptura serveix com a element de protecció i pot interrompre corrents de curtcircuït. La combinació orgànica d'aquests dos elements pot satisfer els requisits d'operació i protecció del sistema de distribució d'energia en diversos modes d'operació normals i de fallada. La determinació dels paràmetres dels interruptors automàtics i el disseny i fabricació de la seva estructura es realitzen estrictament segons les normes.

Té tant funcions d'operació com de protecció, per tant la seva estructura és complexa i el seu cost elevat, fet que fa impracticable el seu ús a gran escala. En les unitats principals en anell, s'utilitzen molts dispositius combinats d'interruptors de càrrega i fusibles limitadors de corrent de gran capacitat de ruptura. Les funcions d'operació i protecció per a l'equipament elèctric, que no són exactament iguals, es realitzen mitjançant dos components simples i econòmics. És a dir, l'interruptor de càrrega s'utilitza per completar un gran nombre d'operacions de commutació de càrrega, mentre que el fusible limitador de corrent de gran capacitat de ruptura s'utilitza per protegir l'equipament on rarament ocorren curtcircuïts. Això resol bé el problema, evitant l'ús d'interruptors automàtics complexos i caros, mentre satisfa els requisits d'operació reals.

• Els interruptors automàtics tenen totes les funcions de protecció i operació, però són caros.

• Els interruptors de càrrega tenen gairebé el mateix rendiment que els interruptors automàtics, però no poden interrompre corrents de curtcircuït.

• La combinació d'un interruptor de càrrega i un fusible limitador de corrent de gran capacitat de ruptura pot interrompre corrents de curtcircuït. La capacitat de ruptura de alguns fusibles és fins i tot superior a la dels interruptors automàtics. Per tant, utilitzar aquesta combinació no és menys efectiva que utilitzar un interruptor automàtic, però el cost es pot reduir considerablement.

1.4 Avantatges de la Combinació d'Interruptor de Càrrega i Fusible Limitador de Corrent de Gran Capacitat de Ruptura

La combinació d'un interruptor de càrrega i un fusible de gran capacitat de ruptura té els següents avantatges:

1.4.1 Bon Rendiment en la Commutació de Transformadors sense Càrrega

La major part de les càrregues en les unitats principals en anell són transformadors de distribució. Generalment, la capacitat no supera els 1250 KVA, i en casos rars arriba als 1600 KVA. La corrent sense càrrega d'un transformador de distribució és generalment d'aproximadament el 2% de la corrent nominal, i la corrent sense càrrega d'un transformador de distribució més gran és menor. Quan l'unitat principal en anell commuta la petita corrent d'un transformador sense càrrega, ho fa bé i no genera una sobretensió elevada.

1.4.2 Protecció Efectiva dels Transformadors de Distribució

Especialment per als transformadors immergits en oli, utilitzar un interruptor de càrrega amb un fusible limitador de corrent de gran capacitat de ruptura és més eficient que utilitzar un interruptor automàtic. Algunes vegades, aquest darrer pot no oferir protecció efectiva. Informacions rellevants mostren que quan un transformador immergit en oli té un defecte de curtcircuït, la pressió generada per l'arc augmenta, i els bombolles formades per la vaporització de l'oli ocupen l'espai originalment pertanyent a l'oli. L'oli transferirà la pressió al dipòsit d'oli del transformador. Com el curtcircuït continua, la pressió augmenta encara més, causant la deformació i creixement del dipòsit d'oli.

Per evitar danificar el dipòsit d'oli, el defecte s'ha de solucionar en menys de 20 ms. Si s'utilitza un interruptor automàtic, degut a la presència de protecció per relé, més el temps d'operació i extinció de l'arc propi, el temps total d'obertura és generalment no inferior a 60 ms, el que no pot protegir eficacement el transformador. Tanmateix, el fusible limitador de corrent de gran capacitat de ruptura té una funció de ruptura ràpida. Juntament amb la seva funció de limitació de corrent, pot solucionar el defecte i limitar la corrent de curtcircuït en menys de 10 ms, protegint eficacement el transformador. Per tant, es hauria d'utilitzar tan sovint com sigui possible fusibles limitadors de corrent de gran capacitat de ruptura per protegir l'equipament elèctric en lloc d'interruptors automàtics. Fins i tot si la càrrega és un transformador de tipus sec, la protecció per fusible actua ràpidament i és millor que utilitzar un interruptor automàtic.

1.4.3 En Què es Refereix a la Coordinació de la Protecció per Relé

En la majoria de casos, no cal utilitzar un interruptor automàtic en l'unitat principal en anell. Això és degut a que les configuracions de protecció de l'interruptor automàtic a l'extrem del xarxat en anell (és a dir, l'interruptor automàtic de la línia d'alimentació de 10KV en una subestació de 110KV o 220KV) són generalment les següents: el temps de protecció instantània és 0s, el temps de protecció per sobre-corrent és 0,5s, i el temps de protecció de seqüència zero és 0,5s. Si s'utilitza un interruptor automàtic en l'unitat principal en anell, encara que el temps de configuració sigui 0s per a l'operació, degut a la dispersió del temps inherent d'operació de l'interruptor automàtic, és difícil assegurar que l'interruptor automàtic en l'unitat principal en anell, en lloc de l'interruptor automàtic de nivell superior, actui primer.

1.4.4 El Fusible Limitador de Corrent de Gran Capacitat de Ruptura Pot Ofereix Protecció per a l'Equipament Downstream

Com ara els transformadors de corrent, els cables, etc. El rang de protecció del fusible limitador de corrent de gran capacitat de ruptura pot ser des de la corrent mínima de fusió (generalment 2-3 vegades la corrent nominal del fusible) fins a la capacitat màxima de ruptura. La característica corrent - temps del fusible limitador de corrent és generalment una corba inversa pronunciada. Després que ocorre un curtcircuït, pot fonir i solucionar el defecte en molt poc temps. Si s'utilitza un interruptor automàtic per a la protecció, inevitablement augmentarà els requisits de estabilitat tèrmica d'altres components elèctrics com cables, transformadors de corrent i caps de transformador, augmentant el cost de l'equipament elèctric i el cost del projecte. Aquí, cal destacar que quan s'utilitza la combinació d'un interruptor de càrrega i un fusible limitador de corrent de gran capacitat de ruptura, aquests dos han de coordinar-se bé. Quan el fusible no fon en tres fases, el percutor del fusible hauria de triplicar immediatament l'interruptor de càrrega per evitar la operació monofàsica.

2. Formes de Cablació de les Cameres d'Alta Tensió per a Usuaris Finals

La norma GB14285-1993 "Codi Tècnic per a la Protecció per Relé i Dispositius Automàtics de Seguretat" estipula que en seleccionar l'equip de protecció per a un transformador de distribució, quan la capacitat sigui igual o superior a 800 KVA, s'ha de seleccionar un interruptor automàtic amb un dispositiu de protecció per relé. Aquesta regulació es pot entendre basant-se en les següents dues necessitats:

• Quan la capacitat del transformador de distribució arriba a 800 KVA o més, en el passat, la majoria eren transformadors immergits en oli i estaven equipats amb relés de gas. Utilitzar un interruptor automàtic pot col·laborar amb el relé de gas per protegir eficacement el transformador.

• Per a usuaris amb una capacitat de dispositiu superior a 800 KVA, per diverses raons, un defecte de terra monofàsic pot fer que la protecció de seqüència zero actui, fent que l'interruptor automàtic tripi i isole el defecte, així no causant que l'interruptor automàtic de la línia d'alimentació de la subestació principal actui i afecti el subministrament normal d'energia d'altres usuaris. A més, la norma també estipula clarament que fins i tot si un sol transformador no arriba a aquesta capacitat, però si la capacitat total dels transformadors de distribució de l'usuari arriba a 800 KVA, aquest requisit també s'ha de complir. Actualment, l'esquema de cablació de la majoria de les cameres d'interruptors d'alta tensió dels usuaris és un mètode de cablació bàsic, i a partir d'això, es poden derivar mètodes de cablació com línies d'entrada principal i de reserva o dobles línies d'entrada amb secció de bus.

3. Conclusió

Les configuracions de protecció per a transformadors de distribució de 10kV inclouen principalment interruptors automàtics, interruptors de càrrega o interruptors de càrrega amb fusibles. Considerant factors tècnics, econòmics i de gestió d'operacions de manera integral, ja sigui en una unitat principal en anell de 10kV o en una unitat de distribució d'alta tensió per a usuaris finals, la configuració de protecció d'un interruptor de càrrega combinat amb un fusible limitador de corrent de gran capacitat de ruptura no només pot proporcionar corrents de càrrega nominals, sinó també interrompre corrents de curtcircuït i té el rendiment de commutació de transformadors sense càrrega, el que pot protegir eficacement els transformadors de distribució. Per tant, es recomana la configuració d'un interruptor de càrrega combinat amb un fusible limitador de corrent de gran capacitat de ruptura com a mode de protecció per a la protecció dels transformadors de distribució.