Protección de transformadores e fallos de transformadores

Hai diferentes tipos de transformadores como os de dúas ou tres bobinas transformadores eléctricos de potencia, autotransformador, transformadores reguladores, transformadores de terra, transformadores rectificadores, etc. Os diferentes transformadores requiren diferentes esquemas de protección do transformador dependendo da súa importancia, conexións de bobinas, métodos de aterramento e modo de operación, etc.
É práctica común proporcionar protección por relé Buchholz a todos os transformadores de 0,5 MVA en diante. En cambio, para todos os transformadores de distribución de pequeno tamaño, só se usan fusibles de alta tensión como dispositivo protector principal. Para todos os transformadores de distribución de maior calificación e importancia, aplica-se a protección contra sobrecorrente xunto coa protección contra fallos restrinxidos a terra.
A protección diferencial debe proporcionarse nos transformadores con calificación superior a 5 MVA.

Dependendo das condicións normais de servizo, a natureza dos fallos do transformador, o grao de sobrecarga sostenida, o esquema de cambio de tomas, e moitos outros factores, escóllense os esquemas adecuados de protección do transformador.

Natureza dos fallos do transformador

Aínda que un transformador eléctrico de potencia é un dispositivo estático, as tensións internas que se producen debido a condicións anormais do sistema deben terse en conta.
Un transformador xeralmente sufre os seguintes tipos de fallos de transformador-

1. Sobrecorrente debido a sobrecargas e cortocircuitos externos,

2. Fallos terminais,

3. Fallos nas bobinas,

4. Fallos incipientes.

Todos os mencionados fallos de transformador causan estreses mecánicos e térmicos dentro das bobinas do transformador e as súas terminais de conexión. Os estreses térmicos provocan un sobreaquecemento que, finalmente, afecta ao sistema de aislamento do transformador. A deterioración do aislamento leva a fallos nas bobinas. Algúns fracasos no sistema de refrigeración do transformador, levam tamén a un sobreaquecemento do transformador. Polo tanto, son moi necesarios os esquemas de protección do transformador.

A corrente de cortocircuito dun transformador eléctrico normalmente está limitada pola súa reactancia, e para baixa reactancia, o valor da corrente de cortocircuito pode ser excesivamente alto. A duración dos cortocircuitos externos que un transformador pode soportar sen danos, segundo BSS 171:1936.

Os fallos xerais nas bobinas do transformador son ou fallos a terra ou fallos entre espiras. Os fallos entre fases nas bobinas dun transformador son raros. Os fallos de fase nun transformador eléctrico poden ocorrer debido a descargas na bushing ou fallos no equipo de cambio de tomas. Sexa cual sexa o tipo de fallo, o transformador debe ser isolado instantaneamente durante o fallo, caso contrario, pode ocorrer unha gran avería no sistema eléctrico de potencia.
Os fallos incipientes son fallos internos que non constitúen ningún perigo inmediato. Pero se estes fallos son ignorados e non se lles presta atención, poden levar a fallos maiores. Os fallos deste grupo son principalmente cortocircuitos entre laminacións debido ao fallo do aislamento entre as laminacións do núcleo, a diminución do nivel de óleo debido a fugas de óleo, o bloqueo das vías de fluxo de óleo. Todos estes fallos levan a un sobreaquecemento. Polo tanto, tamén é necesario un esquema de protección do transformador para os fallos incipientes do transformador. O fallo a terra, moi próximo ao punto neutro da bobina en estrela do transformador, tamén pode considerarse como un fallo incipiente.
Influencia das conexións de bobinas e aterramento na magnitude da corrente de fallo a terra.
Hai principalmente dúas condicións para que a corrente de fallo a terra flua durante os fallos de bobina a terra,

1. Existe unha corrente para que a corrente flua cara á bobina e saia dela.

2. Mantéñese o equilibrio de ampere-voltas entre as bobinas.

O valor da corrente de fallo a terra da bobina depende da posición do fallo na bobina, o método de conexión da bobina e o método de aterramento. O punto neutro das bobinas pode estar aterrado solidamente ou a través dun resistor. No lado delta do transformador, o sistema está aterrado a través dun transformador de aterramento. O transformador de aterramento proporciona un camiño de baixa impedancia para a corrente de secuencia cero e alta impedancia para as correntes de secuencia positiva e negativa.

Bobina en estrela con resistencia aterrada no neutro

Neste caso, o punto neutro do transformador está aterrado a través dun resistor e o valor da impedancia do mesmo é moito máis alto que a impedancia da bobina do transformador. Isto significa que o valor da impedancia da bobina do transformador é negligible comparado coa impedancia do resistor de aterramento. O valor da corrente a terra, polo tanto, é proporcional á posición do fallo na bobina. Como a corrente de fallo na bobina primaria dos transformadores é proporcional á relación entre as voltas secundarias cortocircuitadas e o total de voltas na bobina primaria, a corrente de fallo primaria será proporcional ao cadrado do porcentaxe de bobina cortocircuitada. A variación da corrente de fallo tanto na bobina primaria como na secundaria amóstrase a continuación.

Bobina en estrela con neutro solidamente aterrado

Neste caso, a magnitude da corrente de fallo a terra limitase exclusivamente pola impedancia da bobina e o fallo xa non é proporcional á posición do fallo. A razón desta non linearidade é a ligazón desequilibrada de fluxo.

Declaración: Respetar o orixinal, artigos bons merecen compartirse, se hai algún dereito de autor, póñase en contacto para eliminar.