Proteção de Sequência Zero do Transformador 110kV: Problemas e Medidas de Melhoria

Problemas com a Proteção de Sequência Zero em Transformadores de 110 kV

Em um sistema efetivamente aterrado, a tensão de deslocamento entre o neutro e o solo do transformador é limitada a um certo nível, e a proteção de gap no ponto neutro não opera. O objetivo da instalação da proteção de gap é evitar danos à isolação do transformador causados por uma elevação da tensão de sequência zero em sistemas não efetivamente aterrados. O gap só opera quando ocorre um defeito de fase única, todos os transformadores com ponto neutro diretamente aterrado são desligados, e os transformadores energizados com ponto neutro não aterrado permanecem conectados à rede defeituosa. Nesse caso, o gap descarrega para reduzir a tensão neutro-terra e evitar danos à isolação.

No entanto, a quebra do gap gera ondas cortadas, que são prejudiciais à isolação de espira a espira do transformador. Portanto, quando a tensão de sequência zero aumenta devido a um defeito de fase única, é preferível que a proteção de sobretensão de sequência zero, e não a proteção de corrente de gap, dispare o transformador. Por outro lado, a proteção de corrente de gap envolve um grau de aleatoriedade e pode falhar por várias razões. Sob essa perspectiva, para a proteção da isolação do ponto neutro do transformador, a proteção de sobretensão de sequência zero é mais crítica do que a proteção de corrente de gap.

Geralmente, a proteção de sobretensão de sequência zero e a proteção de corrente de gap são usadas juntas para formar um esquema completo de proteção da isolação do ponto neutro. Portanto, instalar apenas a proteção de corrente de gap sem a proteção de sobretensão de sequência zero é inadequado, especialmente durante a quebra intermitente do gap, onde a corrente de descarga não pode ser sustentada, tornando a proteção de corrente de gap ineficaz.

A maioria das subestações de 110 kV atualmente em operação está equipada apenas com gaps de hastes no ponto neutro, mas falta a correspondente proteção relé. Essa configuração é desfavorável. Quando a tensão de sequência zero da rede se aproxima da tensão de fase nominal, todos os transformadores com neutro não aterrado experimentam simultaneamente sobretensão de sequência zero. Se um transformador terminal sem proteção de corrente de gap tiver sua descarga no ponto neutro prematuramente - e a descarga não puder ser sustentada - o transformador energizado com neutro não aterrado permanecerá conectado à rede defeituosa.

Portanto, para transformadores terminais sem fontes de energia na parte de baixa tensão, se a proteção completa de corrente de gap e sobretensão de sequência zero não estiver instalada, o gap de haste no ponto neutro deve ser removido ou seu espaçamento intencionalmente aumentado para evitar a descarga prematura.

Para subestações com conexões internas de ponte, a prática convencional de usar a primeira configuração de tempo da proteção de corrente de sequência zero do transformador aterrado para disparar os disjuntores 900 e a barra de acoplamento 100 não é ótima. Quando as partes de baixa tensão estão operando em paralelo, disparar o disjuntor 900 resulta na perda desnecessária de uma seção de barra. Enquanto isso, o disjuntor de baixa tensão do transformador não aterrado permanece fechado.

Na ausência de proteção de sobretensão de sequência zero, se existir uma fonte de energia temporária de baixa tensão (por exemplo, devido à transferência de energia de 10 kV), o transformador não aterrado está em risco de sobretensão. Portanto, considerando que já estão instalados transformadores de potencial (TPs) trifásicos no lado de 110 kV, adicionar proteção de sobretensão de sequência zero é uma medida de segurança simples e eficaz.

Controle dos Métodos de Aterramento do Neutro do Transformador e Medidas de Melhoria para a Proteção de Sequência Zero

Primeiro, é essencial garantir que o sistema de 110 kV opere como um sistema efetivamente aterrado. Prevenir a operação indevida é a abordagem mais fundamental - garantindo que o ponto neutro de 110 kV do transformador da extremidade de alimentação esteja efetivamente aterrado. Se permitido pelas configurações de coordenação de proteção, ambos os transformadores da extremidade de alimentação podem ter seus pontos neutros aterrados simultaneamente.

Se um transformador de fornecimento perder seu ponto neutro aterrado, o sistema pode se tornar não efetivamente aterrado. Portanto, na fase de projeto, os transformadores da extremidade de alimentação - ou aqueles que possam fornecer energia no futuro - devem ser equipados com proteção completa de gap no ponto neutro, incluindo proteção de sobrecorrente de sequência zero no ponto neutro, proteção de corrente de gap no ponto neutro e proteção de sobretensão de sequência zero em delta aberto na barra.

Nos alimentadores de saída de 110 kV, independentemente de quantos transformadores estejam conectados em paralelo, os transformadores terminais podem operar com pontos neutros não aterrados, desde que o ponto neutro da extremidade de alimentação esteja aterrado. Na operação real, para mitigar riscos potenciais, um ponto neutro de transformador pode ser aterrado. Ao selecionar qual ponto neutro aterrar, a seguinte ordem de prioridade deve ser aplicada:

• Preferir transformadores cujo lado de baixa tensão forneça energia temporariamente;

• Em seguida, considerar transformadores cujo lado de alta tensão não tenha disjuntor;

• Finalmente, selecionar o transformador mais próximo da fonte de energia.

Para a maioria das subestações terminais de 110 kV já em operação, que atualmente carecem de proteção de sobretensão de sequência zero (de TPs de barra) e proteção de corrente de gap no ponto neutro, os gaps de hastes no ponto neutro originalmente instalados devem ser removidos ou seu espaçamento intencionalmente aumentado para evitar a descarga prematura.

Para projetos futuros de subestações de 110 kV, devem ser considerados transformadores de potencial trifásicos no lado de alta tensão, junto com proteção de sobretensão de sequência zero e proteção de corrente de gap no ponto neutro do transformador. Essa configuração oferece flexibilidade operacional e se adapta a mudanças futuras na estrutura da rede.

Para subestações com conexões internas de ponte, a primeira configuração de tempo da proteção de corrente de sequência zero no ponto neutro do transformador principal deve disparar o outro transformador não aterrado para evitar a ampliação da área de desligamento ou a ocorrência de sobretensão de frequência de rede.