Protezione differenziale di un trasformatore

Protezione differenziale di un trasformatore

I trasformatori sono tra i componenti chiave dei sistemi di potenza. Essendo dispositivi statici, completamente chiusi e generalmente immersi in olio, le guasti su di essi sono relativamente infrequenti. Tuttavia, anche un guasto raro può avere conseguenze gravi per un trasformatore di potenza. Pertanto, la protezione dei trasformatori di potenza da eventuali guasti è di estrema importanza.

I guasti sui trasformatori sono principalmente categorizzati in due tipi: guasti esterni e guasti interni. I guasti esterni vengono rapidamente eliminati dal sistema di relè esterno al trasformatore per prevenire qualsiasi danno al trasformatore da tali guasti. Per i guasti interni in questo tipo di trasformatore, viene impiegato un sistema di protezione differenziale.

Le configurazioni di protezione differenziale sono prevalentemente utilizzate per proteggere contro i guasti tra fasi e tra fase e terra. La protezione differenziale per i trasformatori di potenza si basa sul principio della corrente circolante di Merz-Price. Questa protezione è generalmente applicata ai trasformatori con una potenza superiore a 2 MVA.

Collegamento per la protezione differenziale del trasformatore

I trasformatori di potenza sono collegati a stella su un lato e a triangolo sull'altro. I trasformatori di corrente (CT) sul lato collegato a stella sono collegati a triangolo, mentre quelli sul lato collegato a triangolo sono collegati a stella. I neutrali sia del collegamento a stella dei trasformatori di corrente che del collegamento a stella del trasformatore di potenza sono collegati a terra.

Una bobina di restrizione è collegata tra gli avvolgimenti secondari dei trasformatori di corrente. Questa bobina di restrizione regola la sensibilità del sistema. La bobina operativa è posizionata tra il punto di presa della bobina di restrizione e il punto stella degli avvolgimenti secondari dei trasformatori di corrente.

Funzionamento del sistema di protezione differenziale

In condizioni normali, la bobina operativa non porta corrente poiché le correnti su entrambi i lati del trasformatore di potenza sono in equilibrio. Tuttavia, quando si verifica un guasto interno all'interno degli avvolgimenti del trasformatore di potenza, questo equilibrio viene interrotto. Di conseguenza, le bobine operative del relè differenziale portano una corrente che corrisponde alla differenza di corrente tra i due lati del trasformatore. Come risultato, il relè attiva i principali interruttori automatici su entrambi i lati del trasformatore di potenza.

Problemi del sistema di protezione differenziale

Quando un trasformatore viene alimentato, scorre attraverso di esso una corrente di magnetizzazione transitoria. Questa corrente può essere fino a 10 volte la corrente a pieno carico e decade nel tempo. Questa corrente di magnetizzazione scorre nell'avvolgimento primario del trasformatore di potenza, causando una discrepanza nell'uscita dei trasformatori di corrente. Ciò, a sua volta, può causare un funzionamento errato della protezione differenziale del trasformatore.

Per risolvere questo problema, viene posizionato un fusibile a scatto attraverso la bobina del relè. Questi fusibili sono di tipo a limitazione temporale con caratteristica inversa e non operano durante la breve durata dell'onda di inrush. Quando si verifica un guasto, i fusibili si rompono, permettendo alla corrente di guasto di fluire attraverso le bobine del relè e attivare il sistema di protezione. Questo problema può essere inoltre mitigato utilizzando un relè con caratteristica inversa e minima definita invece di un relè di tipo istantaneo.