Sistemas de Protección de Transformadores: Protección por Gas Sobrecorriente y Diseño de Relés Diferenciales
Para las fallas de cortocircuito en los cables de salida del transformador, las tapas y los componentes internos, se deben instalar dispositivos protectores adecuados, y estos deben cumplir con las siguientes disposiciones:
Los transformadores con una capacidad de 10 MVA o superior que operan individualmente, y los transformadores con una capacidad de 6.3 MVA o superior que operan en paralelo, deben estar equipados con protección diferencial piloto. Los transformadores importantes con una capacidad de 6.3 MVA o inferior que operan individualmente también pueden estar equipados con protección diferencial piloto.
Los transformadores por debajo de 10 MVA pueden estar equipados con protección contra sobrecorriente instantánea y protección contra sobrecorriente. Para transformadores de 2 MVA y superiores, si el factor de sensibilidad de la protección contra sobrecorriente instantánea no cumple con los requisitos, se recomienda la protección diferencial piloto.
Para transformadores con una capacidad de 0.4 MVA y superior, tensión primaria de 10 kV o inferior, y conexiones de bobinado delta-estrella, se puede utilizar la protección contra sobrecorriente de dos fases y tres relés.
Todos los dispositivos protectores especificados anteriormente deben actuar para abrir los interruptores en todos los lados del transformador.
Durante la operación del transformador, las fallas internas a veces pueden ser difíciles de detectar y manejar de manera oportuna, lo que potencialmente puede llevar a accidentes. La instalación de la protección por relé de gas puede ayudar a prevenir dichos incidentes en cierta medida.
Introducción a la Protección por Gas
La protección por gas es una de las principales protecciones para los transformadores y pertenece a la protección no eléctrica. Se divide en protección por gas ligero y protección por gas pesado. Los principios de funcionamiento difieren: la protección por gas ligero opera cuando las fallas internas menores causan que el aceite de aislamiento se descomponga y genere gas debido al calentamiento. El gas acumulado en la parte superior del relé hace que la taza abierta pierda flotabilidad y se hunda, actuando sobre el contacto reed y cerrándolo para enviar una señal de alarma. La protección por gas pesado opera cuando una falla interna grave causa que el aceite se expanda rápidamente debido al calentamiento o arco, generando un gran volumen de gas y un flujo rápido de aceite hacia el depósito de aceite. Este flujo impacta la aleta dentro del relé, venciendo la resistencia del resorte y moviendo el imán para cerrar el contacto reed, resultando en una orden de apertura. Normalmente debe estar configurada en modo de apertura. Además de la protección por gas, las protecciones no eléctricas para grandes transformadores de aceite sumergido suelen incluir la liberación de presión y la protección contra cambios bruscos de presión.
La principal diferencia entre la protección por gas ligero y la protección por gas pesado radica en los valores de ajuste del relé: la protección por gas ligero solo emite una señal de alarma sin abrir, mientras que la protección por gas pesado inicia directamente una apertura.
El voltaje cero secuencia es igual a la suma vectorial de los voltajes trifásicos. El método de cálculo para la corriente cero secuencia es similar.
El principio de la protección por gas pesado se basa en un diseño de flotador y relé reed. La cámara de aceite del relé está conectada al tanque del transformador. Cuando una falla genera gas, la acumulación de gas baja el flotador hasta una posición determinada, cerrando el contacto de primera etapa para activar una alarma de gas ligero. A medida que el gas sigue acumulándose, el flotador desciende aún más, activando el contacto de segunda etapa, cerrando el circuito de gas pesado y abriendo el interruptor.
Diferencia en los Principios de Funcionamiento entre la Protección por Gas Ligero y la Protección por Gas Pesado
Los relés de gas ligero consisten en una taza abierta y contactos reed, y operan para enviar una señal. Los relés de gas pesado consisten en una aleta, un resorte y contactos reed, y operan para abrir.
En operación normal, el relé está lleno de aceite, y la taza abierta flota debido a la flotabilidad, manteniendo los contactos reed abiertos. Cuando ocurre una falla interna menor, el gas que asciende lentamente entra en el relé, bajando el nivel de aceite. La taza abierta gira en sentido antihorario alrededor de su eje, cerrando el contacto reed y emitiendo una señal de alarma. Cuando ocurre una falla interna grave, se genera un gran volumen de gas rápidamente, causando un aumento súbito de la presión del tanque y un flujo rápido de aceite hacia el depósito de aceite. Este flujo impacta la aleta del relé, venciendo la resistencia del resorte, moviendo el imán hacia el contacto reed, cerrando el contacto y activando una apertura.
La característica del relé se refiere a la relación entre sus cantidades de entrada y salida durante todo el proceso de operación. Ya sea en operación o retorno, el relé se mueve directamente desde su posición inicial a su posición final sin detenerse en ninguna posición intermedia. Esta característica de "cambio abrupto" se conoce como la característica del relé.
