Un estudio preliminar sobre la configuración de protección del transformador de distribución de 10KV

1. Formas de Conexión de la Unidad de Anillo - Principal
1.1 Composición de la Unidad de Anillo - Principal

La Unidad de Anillo - Principal (RMU) está compuesta por compartimentos. Generalmente, tiene al menos tres compartimentos, incluyendo dos para la entrada y salida del cable de anillo y uno para el circuito del transformador.

1.2 Configuración de Modos de Protección para la Unidad de Anillo - Principal

Tanto los compartimentos de alimentación del cable de anillo como los compartimentos de alimentación del transformador adoptan interruptores de carga, generalmente interruptores de carga de tres posiciones con funciones de conexión, desconexión y tierra. Los compartimentos de alimentación del transformador también están equipados con fusibles limitadores de corriente de alta capacidad de interrupción para protección. La operación práctica ha demostrado que este es un método de distribución de energía simple, confiable y económico.

1.3 Características de la Configuración de Protección para la Unidad de Anillo - Principal

El interruptor de carga se utiliza para conmutar las corrientes de carga nominal. Tiene características como una estructura simple y bajo costo, pero no puede interrumpir las corrientes de cortocircuito. El fusible limitador de corriente de alta capacidad de interrupción sirve como elemento protector e interrumpe las corrientes de cortocircuito. La combinación orgánica de estos dos elementos puede satisfacer los requisitos de operación y protección del sistema de distribución de energía en diversos modos de operación normales y de falla. La determinación de los parámetros del interruptor y el diseño y fabricación de su estructura se realizan estrictamente de acuerdo con las normas.

Tiene tanto funciones de operación como de protección, por lo que su estructura es compleja y su costo es alto, lo que hace que su uso a gran escala sea poco práctico. En las unidades de anillo - principal, se utilizan una gran cantidad de dispositivos combinados de interruptores de carga y fusibles limitadores de corriente de alta capacidad. Las funciones de operación y protección para el equipo eléctrico, que no son exactamente iguales, se realizan mediante dos componentes simples y económicos. Es decir, el interruptor de carga se utiliza para realizar una gran cantidad de operaciones de conmutación de carga, mientras que el fusible limitador de corriente de alta capacidad de interrupción se utiliza para proteger equipos donde rara vez ocurren cortocircuitos. Esto resuelve bien el problema, evitando el uso de interruptores complejos y caros, mientras se cumplen con los requisitos de operación reales.

• Los interruptores tienen todas las funciones de protección y operación, pero son caros.

• Los interruptores de carga tienen básicamente el mismo rendimiento que los interruptores, pero no pueden interrumpir las corrientes de cortocircuito.

• La combinación de un interruptor de carga y un fusible limitador de corriente de alta capacidad de interrupción puede interrumpir las corrientes de cortocircuito. La capacidad de interrupción de algunos fusibles es incluso mayor que la de los interruptores. Por lo tanto, usar esta combinación es tan efectiva como usar un interruptor, pero el costo se puede reducir significativamente.

1.4 Ventajas de la Combinación de Interruptor de Carga y Fusible Limitador de Corriente de Alta Capacidad de Interrupción

La combinación de un interruptor de carga y un fusible limitador de corriente de alta capacidad tiene las siguientes ventajas:

1.4.1 Buen Rendimiento en la Conmutación de Transformadores sin Carga

La mayoría de las cargas en las unidades de anillo - principal son transformadores de distribución. Generalmente, la capacidad no supera los 1250 KVA, y en casos raros, llega a 1600 KVA. La corriente sin carga de un transformador de distribución es generalmente alrededor del 2% de la corriente nominal, y la corriente sin carga de un transformador de distribución más grande es menor. Cuando la unidad de anillo - principal conmuta la pequeña corriente de un transformador sin carga, se desempeña bien y no genera un sobretensión alta.

1.4.2 Protección Efectiva de los Transformadores de Distribución

Especialmente para transformadores sumergidos en aceite, usar un interruptor de carga con un fusible limitador de corriente de alta capacidad de interrupción es más efectivo que usar un interruptor. A veces, este último ni siquiera puede proporcionar protección efectiva. La información relevante muestra que cuando un transformador sumergido en aceite tiene un fallo de cortocircuito, la presión generada por el arco aumenta, y las burbujas formadas por la vaporización del aceite ocuparán el espacio que originalmente pertenecía al aceite. El aceite transferirá la presión al tanque de aceite del transformador. A medida que el cortocircuito continúa, la presión aumenta aún más, causando que el tanque se deforme y se agriete.

Para evitar dañar el tanque, el fallo debe ser eliminado dentro de 20 ms. Si se usa un interruptor, debido a la presencia de protección por relé, más su propio tiempo de operación y tiempo de extinción del arco, el tiempo total de apertura generalmente no es inferior a 60 ms, lo que no puede proteger eficazmente el transformador. Sin embargo, el fusible limitador de corriente de alta capacidad de interrupción tiene una función de interrupción rápida. Junto con su función de limitación de corriente, puede eliminar el fallo y limitar la corriente de cortocircuito en 10 ms, protegiendo eficazmente el transformador. Por lo tanto, se deben utilizar fusibles limitadores de corriente de alta capacidad de interrupción para proteger el equipo eléctrico en la medida de lo posible en lugar de interruptores. Incluso si la carga es un transformador seco, la protección por fusible actúa rápidamente y es mejor que usar un interruptor.

1.4.3 En Términos de Coordinación de la Protección por Relé

En la mayoría de los casos, no es necesario usar un interruptor en la unidad de anillo - principal. Esto se debe a que las configuraciones de protección del interruptor en el extremo de la red de distribución en anillo (es decir, el interruptor de alimentación de 10 kV en una subestación de 110 kV o 220 kV) son generalmente las siguientes: el tiempo de protección instantánea es 0s, el tiempo de protección por sobrecorriente es 0.5s, y el tiempo de protección por secuencia cero es 0.5s. Si se usa un interruptor en la unidad de anillo - principal, incluso si el tiempo de configuración es 0s para la operación, debido a la dispersión del tiempo de operación inherente del interruptor, es difícil garantizar que el interruptor en la unidad de anillo - principal, y no el interruptor superior, actúe primero.

1.4.4 El Fusible Limitador de Corriente de Alta Capacidad de Interrupción Puede Proporcionar Protección para el Equipo Downstream

Como transformadores de corriente, cables, etc. El rango de protección del fusible limitador de corriente de alta capacidad de interrupción puede ir desde la corriente de fusión mínima (generalmente 2-3 veces la corriente nominal del fusible) hasta la máxima capacidad de interrupción. La característica corriente-tiempo del fusible limitador de corriente es generalmente una curva inversa temporal empinada. Después de que ocurra un cortocircuito, puede fundirse y eliminar el fallo en un tiempo muy corto. Si se usa un interruptor para la protección, inevitablemente aumentará en gran medida los requisitos de estabilidad térmica de otros componentes eléctricos como cables, transformadores de corriente y embocaduras de transformadores, aumentando el costo del equipo eléctrico y el costo del proyecto. Aquí, debe señalarse que al usar la combinación de un interruptor de carga y un fusible limitador de corriente de alta capacidad, ambos deben coordinarse bien. Cuando el fusible no se funde en las tres fases, el percutor del fusible debe hacer saltar inmediatamente el interruptor de carga para evitar la operación monofásica.

2. Formas de Conexión de Cámaras de Alta Tensión para Usuarios Finales

La norma GB14285-1993 "Código Técnico para Dispositivos de Protección por Relés y Dispositivos Automáticos de Seguridad" establece que al seleccionar el equipo de protección para un transformador de distribución, cuando la capacidad es igual o superior a 800 KVA, se debe seleccionar un interruptor con un dispositivo de protección por relés. Esta regulación se puede entender basándose en las siguientes dos necesidades:

• Cuando la capacidad del transformador de distribución alcanza 800 KVA o más, en el pasado, la mayoría eran transformadores sumergidos en aceite y estaban equipados con relés de gas. Usar un interruptor puede cooperar con el relé de gas para proteger eficazmente el transformador.

• Para usuarios con una capacidad de dispositivo superior a 800 KVA, debido a diversas razones, un fallo de tierra monofásico puede causar que la protección por secuencia cero actúe, haciendo que el interruptor se abra y aísle el fallo, para que no cause que el interruptor de alimentación de la subestación principal actúe e interfiera con el suministro normal de energía a otros usuarios. Además, la norma también establece claramente que, incluso si un solo transformador no alcanza esta capacidad, pero si la capacidad total de los transformadores de distribución del usuario alcanza 800 KVA, también se debe cumplir con este requisito. Actualmente, el esquema de conexión de la mayoría de las cámaras de interruptores de alta tensión de los usuarios es un método básico de conexión, y a partir de esto, se pueden derivar métodos de conexión como líneas de entrada principal y de respaldo o dobles líneas de entrada con seccionamiento de barras.

3. Conclusión

Las configuraciones de protección para transformadores de distribución de 10 kV incluyen principalmente interruptores, interruptores de carga o interruptores de carga con fusibles. Considerando los factores técnicos, económicos y de gestión operativa de manera integral, ya sea en una unidad de anillo - principal de 10 kV o en una unidad de distribución de alta tensión para usuarios finales, la configuración de protección de un interruptor de carga combinado con un fusible limitador de corriente de alta capacidad de interrupción no solo puede proporcionar corriente de carga nominal, sino también interrumpir corrientes de cortocircuito y tiene el rendimiento de conmutación de transformadores sin carga, lo que puede proteger eficazmente los transformadores de distribución. Por lo tanto, se recomienda la configuración de un interruptor de carga combinado con un fusible limitador de corriente de alta capacidad de interrupción como el modo de protección para la protección de transformadores de distribución.