Differentiële bescherming van een transformatie

Differentiële bescherming van een transformator

Transformators behoren tot de belangrijkste componenten in elektriciteitsnetwerken. Als statische, volledig afgesloten en meestal olie-geïmpregneerde apparaten komen er relatief weinig storingen voor. Echter, zelfs een zeldzame storing kan ernstige gevolgen hebben voor een krachttransformator. Daarom is het van groot belang om krachttransformators te beschermen tegen potentiële storingen.

Storingen in transformators worden voornamelijk ingedeeld in twee typen: externe storingen en interne storingen. Externe storingen worden snel door het relaisysteem buiten de transformator geneutraliseerd om schade aan de transformator te voorkomen. Voor interne storingen in dit type transformator wordt een differentiële beschermingsysteem gebruikt.

Differentiële beschermingssystemen worden vooral gebruikt om fase-aan-fase en fase-aan-aarde storingen te voorkomen. De differentiële bescherming voor krachttransformators is gebaseerd op het Merz-Prize circulerende stroomprincipe. Deze bescherming wordt doorgaans toegepast op transformators met een vermogen dat 2 MVA overschrijdt.

Aansluiting voor differentiële bescherming van transformator

Krachttransformators zijn aan één kant ster verbonden en aan de andere kant delta verbonden. De stroomtransformatoren (CT's) aan de ster-verbonden kant zijn delta verbonden, terwijl die aan de delta-verbonden kant ster verbonden zijn. De neutralen van zowel de stroomtransformatorster verbinding als de krachttransformatorster verbinding zijn aangesloten op aarde.

Een remmende spoel is aangesloten tussen de secundaire windingen van de stroomtransformatoren. Deze remmende spoel reguleert de gevoeligheid van het systeem. De werkspoel bevindt zich tussen het aftappunt van de remmende spoel en het sterpunt van de secundaire windingen van de stroomtransformator.

Functie van het differentiële beschermingssysteem

Onder normale omstandigheden draagt de werkspoel geen stroom omdat de stromen aan beide zijden van de krachttransformator in balans zijn. Wanneer echter een interne storing optreedt in de windingen van de krachttransformator, wordt deze balans verstoord. Hierdoor dragen de werkspulen van het differentiële relais een stroom die overeenkomt met het verschil in stroom tussen de twee zijden van de transformator. Dit resulteert in het uitschakelen van de hoofdschakelaars aan beide zijden van de krachttransformator.

Problemen met het differentiële beschermingssysteem

Wanneer een transformator wordt ingeschakeld, stroomt er een tijdelijke inrush van magnetiseringsstroom doorheen. Deze stroom kan zo hoog zijn als 10 keer de volledige belastingstroom en neemt met de tijd af. Deze magnetiseringsstroom stroomt door de primaire winding van de krachttransformator, waardoor er een discrepantie ontstaat in de uitvoer van de stroomtransformatoren. Dit kan ertoe leiden dat de differentiële bescherming van de transformator onjuist werkt.

Om dit probleem te verhelpen, wordt een kickfuse aangebracht over het relaispoel. Deze fuses zijn van het tijdgelimiteerde type met een inverse karakteristiek en werken niet tijdens de korte duur van de inrushgolf. Bij het optreden van een storing springen de fuses, waardoor de foutstroom door de relaispoelen kan stromen en het beveiligingssysteem activeert. Dit probleem kan ook worden verminderd door een relais met een inverse en definitieve minimale karakteristiek te gebruiken in plaats van een direct-werkend relais.