Un estudo preliminar sobre a configuración de protección do transformador de distribución de 10KV

1. Formas de Conexión da Unidade Principal en Anel
1.1 Composición da Unidade Principal en Anel

A Unidade Principal en Anel (RMU) está composta por compartimentos. Xeralmente, ten polo menos tres compartimentos, incluíndo dous compartimentos para a entrada e saída do cabo en anel e un compartimento para o circuito do transformador.

1.2 Configuración dos Modos de Protección para a Unidade Principal en Anel

Tanto os compartimentos de alimentación do cabo en anel como os compartimentos de alimentación do transformador adoptan interruptores de carga, xeralmente interruptores de carga de tres posicións con funcións de conexión, desconexión e aterramento. Os compartimentos de alimentación do transformador tamén están equipados con fusibles limitadores de corrente de alta capacidade de interrupción para protección. A operación práctica demostrou que esta é un método de distribución de enerxía simple, fiable e económico.

1.3 Características da Configuración de Protección para a Unidade Principal en Anel

O interruptor de carga empregase para cambiar as correntes de carga nominais. Ten características como estrutura simple e baixo custo, pero non pode interromper as correntes de cortocircuito. O fusible limitador de corrente de alta capacidade de interrupción serve como elemento protector e pode interromper as correntes de cortocircuito. Combinar estes dous elementos organicamente pode satisfacer os requisitos de operación e protección do sistema de distribución de enerxía en varios modos de operación normais e de fallo. A determinación dos parámetros do interruptor e o deseño e fabricación da súa estrutura realizanse en estrita conformidade con as normas.

Ten tanto funcións de operación como de protección, polo que a súa estrutura é complexa e o seu custo é alto, facendo que o uso a gran escala sexa impracticable. Nas unidades principais en anel, úsanse un gran número de dispositivos combinados de interruptores de carga e fusibles limitadores de corrente de alta capacidade. As funcións de operación e protección para equipos eléctricos, que non son exactamente as mesmas, realizanse mediante dous componentes simples e económicos. É dicir, o interruptor de carga empregase para realizar un gran número de operacións de cambio de carga, mentres que o fusible limitador de corrente de alta capacidade de interrupción empregase para protexer equipos onde os cortocircuitos ocorren raramente. Isto resolve ben o problema, evitando o uso de interruptores complexos e caros mentres se satisfacen os requisitos de operación reais.

• Os interruptores tienen todas as funcións de protección e operación, pero son caros.

• Os interruptores de carga teñen case o mesmo rendemento que os interruptores, pero non poden interromper as correntes de cortocircuito.

• A combinación dun interruptor de carga cun fusible limitador de corrente de alta capacidade de interrupción pode interromper as correntes de cortocircuito. A capacidade de interrupción de algúns fusibles é incluso maior que a dos interruptores. Polo tanto, usar esta combinación non é menos eficaz que usar un interruptor, pero o custo pode reducirse significativamente.

1.4 Ventajas da Combinación de Interruptor de Carga e Fusible Limitador de Corrente de Alta Capacidade de Interrupción

A combinación dun interruptor de carga cun fusible limitador de corrente de alta capacidade ten as seguintes vantaxes:

1.4.1 Bo Rendemento no Cambio de Transformadores Sen Carga

A maioría das cargas nas unidades principais en anel son transformadores de distribución. Xeralmente, a capacidade non supera os 1250 KVA, e en casos raros, alcanza os 1600 KVA. A corrente sen carga dun transformador de distribución é xeralmente aproximadamente o 2% da corrente nominal, e a corrente sen carga dun transformador de distribución maior é menor. Cando a unidade principal en anel cambia a pequena corrente dun transformador sen carga, realiza bo rendemento e non xera unha sobretensión alta.

1.4.2 Protección Efectiva de Transformadores de Distribución

Especialmente para transformadores de aceite, usar un interruptor de carga cun fusible limitador de corrente de alta capacidade de interrupción é máis efectivo que usar un interruptor. Ás veces, este último pode nin sequera proporcionar protección efectiva. Información relevante indica que cando un transformador de aceite ten un fallo de cortocircuito, a presión xerada polo arco aumenta, e as burbujas formadas pola vaporización do aceite ocuparán o espazo orixinalmente pertencente ao aceite. O aceite trasladará a presión ao tanque do transformador. A medida que o cortocircuito continúa, a presión aumenta máis, causando que o tanque se deforme e rasgue.

Para evitar danos no tanque, o fallo debe limparse dentro de 20 ms. Se se usa un interruptor, debido á presenza de protección relé, máis o seu propio tempo de operación e tempo de extinción do arco, o tempo total de apertura xeralmente non é inferior a 60 ms, o que non pode proteger eficazmente o transformador. No entanto, o fusible limitador de corrente de alta capacidade de interrupción ten unha función de interrupción rápida. Xunto coa súa función limitadora de corrente, pode limpar o fallo e limitar a corrente de cortocircuito dentro de 10 ms, protexendo eficazmente o transformador. Polo tanto, deben usarse fusibles limitadores de corrente de alta capacidade de interrupción para protexer o máximo posible os equipos eléctricos en lugar de interruptores. Incluso se a carga é un transformador seco, a protección do fusible actúa rapidamente e é mellor que usar un interruptor.

1.4.3 En Términos de Coordinación da Protección Relé

Na maioría dos casos, non é necesario usar un interruptor na unidade principal en anel. Isto é porque as configuracións de protección do interruptor no extremo inicial da rede de distribución en anel (é dicir, o interruptor de alimentación de 10KV nunha subestación de 110KV ou 220KV) xeralmente son as seguintes: o tempo para a protección instantánea é 0s, o tempo para a protección de sobre-corriente é 0.5s, e o tempo para a protección de secuencia cero é 0.5s. Se se usa un interruptor na unidade principal en anel, mesmo que o tempo de configuración sexa 0s para a operación, debido á dispersión do tempo de operación inerente do interruptor, é difícil asegurar que o interruptor na unidade principal en anel, en vez do interruptor superior, actúe primeiro.

1.4.4 O Fusible Limitador de Corrente de Alta Capacidade de Interrupción Pode Proporcionar Protección para Equipos Descendentes

Como transformadores de corrente, cabos, etc. O rango de protección do fusible limitador de corrente de alta capacidade de interrupción pode ir desde a corrente de fusión mínima (xeralmente 2-3 veces a corrente nominal do fusible) ata a máxima capacidade de interrupción. A característica corrente-tempo do fusible limitador de corrente é xeralmente unha curva inversa temporal pronunciada. Despois de producirse un cortocircuito, pode fundirse e limpar o fallo nun tempo moi curto. Se se usa un interruptor para a protección, inevitavelmente aumentará significativamente os requisitos de estabilidade térmica de outros componentes eléctricos como cabos, transformadores de corrente e terminales de transformador, aumentando o custo dos equipos eléctricos e o custo do proxecto. Aquí, debe destacarse que cando se usa a combinación dun interruptor de carga cun fusible limitador de corrente de alta capacidade de interrupción, os dous deben coordinarse ben. Cando o fusible non fonde en tres fases, o percutor do fusible debe desactivar inmediatamente o interruptor de carga para evitar a operación monofásica.

2. Formas de Conexión das Cámaras de Alta Tensión para Usuarios Finais

A norma GB14285-1993 "Código Técnico para Protección Relé e Dispositivos Automáticos de Seguridade" estipula que ao seleccionar o equipo de protección para un transformador de distribución, cando a capacidade é igual ou superior a 800 KVA, debe seleccionarse un interruptor con un dispositivo de protección relé. Esta regulación pode entenderse a partir dos seguintes dous aspectos de necesidade:

• Cando a capacidade do transformador de distribución alcanza 800 KVA ou máis, no pasado, a maioría eran transformadores de aceite e estaban equipados con relés de gas. Usar un interruptor pode cooperar co relé de gas para protexer eficazmente o transformador.

• Para usuarios cunha capacidade de dispositivo superior a 800 KVA, debido a varias razóns, un fallo de terra monofásico pode provocar que a protección de secuencia cero actúe, provocando que o interruptor se dispare e isole o fallo, para non provocar que o interruptor de alimentación da subestación principal actúe e afecte ao suministro normal de enerxía de outros usuarios. Ademais, a norma tamén establece claramente que mesmo se un transformador único non alcanza esta capacidade, pero se a capacidade total dos transformadores de distribución do usuario alcanza 800 KVA, tamén debe cumprirse este requisito. Actualmente, o esquema de conexión da maioría das cámaras de alta tensión dos usuarios é un método básico de conexión, e a partir disto, pódense derivar métodos de conexión como líneas de entrada unha principal e unha de reserva ou dúas líneas de entrada con sección de barra.

3. Conclusión

As configuracións de protección para transformadores de distribución de 10kV inclúen principalmente interruptores, interruptores de carga ou interruptores de carga con fusibles. Considerando factores técnicos, económicos e de xestión operativa de forma comprehensiva, tanto nunha unidade principal en anel de 10kV como nunha unidade de distribución de alta tensión para usuarios finais, a configuración de protección dun interruptor de carga combinado cun fusible limitador de corrente de alta capacidade de interrupción non só pode proporcionar a corrente de carga nominal, senón que tamén pode interrumpir as correntes de cortocircuito e ten o rendemento de cambiar transformadores sen carga, podendo protexer eficazmente os transformadores de distribución. Polo tanto, recoméndase a configuración dun interruptor de carga combinado cun fusible limitador de corrente de alta capacidade de interrupción como o modo de protección para a protección de transformadores de distribución.