Um estudo preliminar sobre a configuração de proteção do transformador de distribuição de 10kV

1. Formas de Conexão do Unidade Principal em Anel
1.1 Composição da Unidade Principal em Anel

A Unidade Principal em Anel (RMU) é composta por compartimentos. Geralmente, possui pelo menos três compartimentos, incluindo dois para entrada e saída do cabo em anel e um para o circuito do transformador.

1.2 Configuração dos Modos de Proteção para a Unidade Principal em Anel

Tanto os compartimentos de alimentação do cabo em anel quanto os compartimentos de alimentação do transformador adotam interruptores de carga, geralmente interruptores de carga de três posições com funções de ligar, desligar e aterrar. Os compartimentos de alimentação do transformador também são equipados com fusíveis limitadores de corrente de alta capacidade de interrupção para proteção. A operação prática comprovou que esta é uma forma simples, confiável e econômica de distribuição de energia.

1.3 Características da Configuração de Proteção para a Unidade Principal em Anel

O interruptor de carga é usado para comutar correntes de carga nominais. Ele tem características como estrutura simples e baixo custo, mas não pode interromper correntes de curto-circuito. O fusível limitador de corrente de alta capacidade de interrupção atua como elemento de proteção e pode interromper correntes de curto-circuito. A combinação orgânica desses dois elementos pode atender aos requisitos de operação e proteção do sistema de distribuição de energia sob diversos modos de operação normais e de falha. A determinação dos parâmetros do disjuntor e o projeto e fabricação de sua estrutura são realizados em estrita conformidade com padrões.

Ele possui funções de operação e proteção, portanto, sua estrutura é complexa e seu custo é alto, tornando o uso em larga escala impraticável. Nas unidades principais em anel, são usados uma grande quantidade de dispositivos combinados de interruptor de carga e fusível limitador de corrente de alta capacidade de interrupção. As funções de operação e proteção para equipamentos elétricos, que não são exatamente as mesmas, são realizadas por dois componentes simples e baratos. Ou seja, o interruptor de carga é usado para realizar uma grande quantidade de operações de comutação de carga, enquanto o fusível limitador de corrente de alta capacidade de interrupção é usado para proteger equipamentos onde curtos-circuitos raramente ocorrem. Isso resolve bem o problema, evitando o uso de disjuntores complexos e caros, ao mesmo tempo em que atende aos requisitos reais de operação.

• Os disjuntores possuem todas as funções de proteção e operação, mas são caros.

• Os interruptores de carga têm desempenho praticamente idêntico aos disjuntores, mas não podem interromper correntes de curto-circuito.

• A combinação de um interruptor de carga e um fusível limitador de corrente de alta capacidade de interrupção pode interromper correntes de curto-circuito. A capacidade de interrupção de alguns fusíveis é até maior do que a dos disjuntores. Portanto, usar essa combinação é tão eficaz quanto usar um disjuntor, mas o custo pode ser muito reduzido.

1.4 Vantagens da Combinação de Interruptor de Carga e Fusível Limitador de Corrente de Alta Capacidade de Interrupção

A combinação de um interruptor de carga e um fusível limitador de corrente de alta capacidade de interrupção tem as seguintes vantagens:

1.4.1 Bom Desempenho na Comutação de Transformadores Sem Carga

A maioria das cargas nas unidades principais em anel são transformadores de distribuição. Geralmente, a capacidade não ultrapassa 1250 KVA, e em casos raros, chega a 1600 KVA. A corrente sem carga de um transformador de distribuição é geralmente cerca de 2% da corrente nominal, e a corrente sem carga de um transformador de distribuição maior é menor. Quando a unidade principal em anel comuta a pequena corrente de um transformador sem carga, ela se comporta bem e não gera uma sobretensão alta.

1.4.2 Proteção Eficaz de Transformadores de Distribuição

Especialmente para transformadores a óleo, usar um interruptor de carga com um fusível limitador de corrente de alta capacidade de interrupção é mais eficaz do que usar um disjuntor. Às vezes, este último pode nem sequer fornecer proteção eficaz. Informações relevantes mostram que, quando um transformador a óleo tem uma falha de curto-circuito, a pressão gerada pelo arco aumenta, e as bolhas formadas pela vaporização do óleo ocuparão o espaço originalmente pertencente ao óleo. O óleo transferirá a pressão para o tanque do transformador. À medida que o curto-circuito continua, a pressão aumenta ainda mais, causando a deformação e fissura do tanque.

Para evitar danificar o tanque, a falha deve ser eliminada em 20 ms. Se um disjuntor for usado, devido à presença de proteção relé, além do seu próprio tempo de operação e tempo de extinção do arco, o tempo total de abertura geralmente não é inferior a 60 ms, o que não pode proteger eficazmente o transformador. No entanto, o fusível limitador de corrente de alta capacidade de interrupção tem uma função de interrupção rápida. Juntamente com sua função de limitação de corrente, ele pode eliminar a falha e limitar a corrente de curto-circuito em 10 ms, protegendo eficazmente o transformador. Portanto, fusíveis limitadores de corrente de alta capacidade de interrupção devem ser usados para proteger equipamentos elétricos tanto quanto possível, em vez de disjuntores. Mesmo se a carga for um transformador seco, a proteção por fusível age rapidamente e é melhor do que usar um disjuntor.

1.4.3 Em Termos de Coordenação da Proteção Relé

Na maioria dos casos, não há necessidade de usar um disjuntor na unidade principal em anel. Isso porque as configurações de proteção do disjuntor no extremo inicial da rede de distribuição em anel (ou seja, o disjuntor de alimentação de 10KV em uma subestação de 110KV ou 220KV) geralmente são as seguintes: o tempo de proteção instantânea é 0s, o tempo de proteção por sobrecorrente é 0,5s, e o tempo de proteção de seqüência zero é 0,5s. Se um disjuntor for usado na unidade principal em anel, mesmo que o tempo de configuração seja 0s para operação, devido à dispersão do tempo de operação inerente do disjuntor, é difícil garantir que o disjuntor na unidade principal em anel, e não o disjuntor de nível superior, atue primeiro.

1.4.4 O Fusível Limitador de Corrente de Alta Capacidade de Interrupção Pode Fornecer Proteção para Equipamentos Downstream

Como transformadores de corrente, cabos, etc. A faixa de proteção do fusível limitador de corrente de alta capacidade de interrupção pode variar desde a corrente de fusão mínima (geralmente 2 a 3 vezes a corrente nominal do fusível) até a capacidade máxima de interrupção. A característica corrente-tempo do fusível limitador de corrente é geralmente uma curva inversa de tempo íngreme. Após a ocorrência de um curto-circuito, ele pode derreter e eliminar a falha em um tempo muito curto. Se um disjuntor for usado para proteção, isso inevitavelmente aumentará muito os requisitos de estabilidade térmica de outros componentes elétricos, como cabos, transformadores de corrente e buchas de transformador, aumentando o custo dos equipamentos elétricos e o custo do projeto. Aqui, deve-se apontar que, ao usar a combinação de um interruptor de carga e um fusível limitador de corrente de alta capacidade de interrupção, os dois devem estar bem coordenados. Quando o fusível não derreter em três fases, o striker do fusível deve imediatamente acionar o interruptor de carga para evitar a operação monofásica.

2. Formas de Conexão de Câmaras de Alta Tensão para Usuários Finais

O padrão GB14285 - 1993 "Código Técnico para Dispositivos de Proteção Relé e Dispositivos Automáticos de Segurança" estipula que, ao selecionar o equipamento de proteção para um transformador de distribuição, quando a capacidade for igual ou superior a 800 KVA, deve-se selecionar um disjuntor com dispositivo de proteção relé. Esta regulamentação pode ser entendida com base nas seguintes duas necessidades:

• Quando a capacidade do transformador de distribuição atinge 800 KVA ou mais, no passado, a maioria era de transformadores a óleo e eram equipados com relés de gás. Usar um disjuntor pode cooperar com o relé de gás para proteger eficazmente o transformador.

• Para usuários com capacidade de equipamento superior a 800 KVA, devido a várias razões, uma falha de aterramento monofásico pode causar a atuação da proteção de seqüência zero, fazendo com que o disjuntor dispare e isole a falha, para que o disjuntor de alimentação da subestação principal não atue e afete o fornecimento normal de energia a outros usuários. Além disso, o padrão também estipula claramente que, mesmo que um único transformador não atinja essa capacidade, mas se a capacidade total dos transformadores de distribuição do usuário atingir 800 KVA, essa exigência também deve ser atendida. Atualmente, o esquema de conexão de muitos quartos de painéis de alta tensão de usuários é um método básico de conexão, e a partir disso, podem ser derivados métodos de conexão como linhas de entrada principal e reserva ou linhas de entrada dupla com seccionamento de barramento.

3. Conclusão

As configurações de proteção para transformadores de distribuição de 10kV incluem principalmente disjuntores, interruptores de carga ou interruptores de carga com fusíveis. Considerando fatores técnicos, econômicos e de gestão operacional de forma abrangente, tanto em uma unidade principal em anel de 10kV quanto em uma unidade de distribuição de alta tensão para usuários finais, a configuração de proteção de um interruptor de carga combinado com um fusível limitador de corrente de alta capacidade de interrupção não apenas pode fornecer corrente de carga nominal, mas também pode interromper correntes de curto-circuito e tem o desempenho de comutação de transformadores sem carga, podendo proteger eficazmente os transformadores de distribuição. Portanto, recomenda-se a configuração de um interruptor de carga combinado com um fusível limitador de corrente de alta capacidade de interrupção como o modo de proteção para a proteção de transformadores de distribuição.