Lurraldeko transformatorren baten beroteko babeserako relearen maloperazioaren kasu analisia

Neutroa lortu modua sistema elektrikoaren puntu neutroaren eta lurra arteko konexioari deritzaile. Txinako 35 kVtik beherako sistemetan, metodo arruntak dira puntu neutroa lortu gabe, arkua ezabatzeko espiralarekin lortu, eta resistentzia txikiarekin lortu. Puntu neutroa lortu gabea askotan erabiltzen da, zirkuitu bat bakarreko lorturako arazoren bitartean funtzionamendua bermatzeagatik, eta resistentzia txikiarekin lortua oraindik ere ohizkoa izan da arazoen kendurako azkarra eta tensio handiak murrizteagatik. Askotan, subestazio askok instalatzen dute lortu transformadoreak puntu neutroaren lortura berrikusitzeko, baina arazuen ezaugarri aldatzen dituzte, eta horrek errazaki malfuncionamendu edo ez-funtzioa eragin dezake.

Lan honetan, aurkeztuko ditugu lortu transformadoreen oinarriak eta ezaugarriak, azalduko ditugu uneko sistemen babesa konfigurazioa/ezarpena, analiziko ditugu malfuncionamenduaren arrazoia, eta kasu bat bilakaera bat emanda, azteruko ditugu babesaren ekintza eta arazoen erroak. Horrek erreferentziak ematen dizkigu arazoen kudeaketarako eta gainontzeko, mantenu-zerrendako taldeak ulertzeko, eta arazuen azterketarako efizientzia handiagoa eta arrisku posibleak kendu.

Lortu Transformadorearen Oinarrizko Printzipioa

Subestazio baten transformazioan, delta-konexio duen, puntu neutroa lortu gabeko sistema bat, resistentzia txikiko lortura sistemara, puntu neutroa sartzea beharrezkoa denean, praktika arrunta barra elektrikoan lortu transformadore bat gehitu da. Une honetan, Z-mota lortu transformadorea hartzen da gehienetan puntu neutroa sartzeko. Hurrengo urratsan, Z-mota lortu transformadorearen oinarrizko printzipioa aztertuko da.

Z-mota lortu transformadorea estrukturalki transformadore elektriko arrunt bati antolakorra da. Baina, fasa bakoitzaren nukleuan, birabailekuak bi zatitan banatzen dira, goian eta behean, zatien maiztasuna berdina da, eta zig-zag moduan konektatuta daude. Konektatze modua irudian ikusten da (irudia 1).

Lortu laburbilaketa gertatzen denean, sekuentzia nuloko korronteak puntu neutroaren bidez pasatzen ditu. Z-mota lortu transformadorearen zig-zag konektatzeak, goiko eta beheko birabailekuen sekuentzia nuloko korronteak elkarren aurka doaz, magnetismoak kendu eta sekuentzia nuloko impedimentua minimizatzen du, arku-lortuaren tensio handiak saihesteko. Positiboa/negatibo-sekuentziako korronteentzat, bere transformadore arrunt bezalako propietate elektromagnetikoak sortzen ditu, impedimentu altua egiten duena, korronteen pasaldiak murriztuz.

Funtzio normalan, lortu transformadorea higidura gutxi duten moduan (bigarren mailako carga gabe) dabil. Lortu arazoren bitartean, positiboa, negatiboa eta nuloko sekuentziako arazoen korronteak pasatzen ditu. "Positiboa/negatiboa-sekuentziako impedimentu altua, nuloko sekuentziako impedimentu baxua" delako, babesa gailuak osasun elektrikoaren sekuentzia nuloko korrontea neurtzen du.

2 Lortu Transformadoreen Korronte Babesaren Konfigurazioa eta Analisi

Lortu transformadoreen korronte babesak normalki erabiltzen ditu fase arteko eta sekuentzia nuloko korronte babesak. Hona hemen zehaztapena:

2.1 Fase Arteko Korronte Babesaren Ezarpena
2.1.1 Ezarpenaren Oinarrizko Printzipioak

Babesa honek barne du jarduera momentaneoa eta korronte handiko babesak:

• Jarduera Momentaneoa: Koordinatu behar da ondoriozko korronte handiko babesekin aldetik. Sensibilitatea egon behar da bi faseko lorturako (modu funtzionala minimoa), eta inrush korronteei (7-10 aldiz lortu transformadorearen korronte adierazgarria) eta tensio baxuko aldeko arazoen korronteei saihestu behar zaie.

• Korronte Handiko Babesa: Ezarri behar da lortu transformadorearen korronte adierazgarria eta kanpoan gertatzen den fase bakarreko lorturako korronte handiena saihestu, segurtasuna garantizatzeko.

• Ekintza Logika: Jarduera momentaneoa jardueratzen da (denbora galera); korronte handiko babesak (fase arteko lorturako babes ondoriozkoak) denbora laburra dauka eta ezarpen txikiagoak koordinazioa hobetzeko.

2.1.2 Jarduera Moduak

Lortu transformadorearen konexioaren arabera:

• Konexioa tensio baxuko barrarekin: Jarduera momentaneoa/korronte handiko babesak aldetik itzaltzen du itsaskiak arazoa azkar isolatzeko.

• Konexioa tensio baxuko ateratzeko: Babesa guztien itsaskiak mozten ditu arazoko bidea mozteko eta arazoen eskalatuaz saihesteko.

2.2 Lortu Transformadoreen Sekuentzia Nuloko Korronte Babesaren Ezarpena
2.2.1 Ezarpenaren Oinarrizko Printzipioak

• Korrontearen ezarpen-balioak beharrezkoa da sensibilitate handia izan fase bakarreko lorturako.

• Ezarpen-balioak zerrendan behera dauden sekuentzia nuloko korronte babesen osoaren sensibilitatea jasotzeko kooperatzen du.

• Sekuentzia nuloko korrontearen lehen denbora-muga kontuan hartu behar da bi lerroko fase bakarreko lorturako jarraitasuna saihesteko.

• Denbora jakin behar da zerrendan kokaturiko elementuen sekuentzia nuloko korrentea II ataleko denboraren jakin handiarena baino luzeagoa.

Lortu transformadorearen sekuentzia nuloko korronte babesak ez datorlarik babesa nagusia izan, hiru denbora-mugak ditu, hauek dira:

Formula honetan: t0¹, t0², t0³ lortu transformadorearen sekuentzia nuloko korronte babesaren 1., 2. eta 3. denbora-mugak dira; t_0I' sekuentzia nuloko korrontearen I ataleko denbora ezarpen-balioa da; t_0II' zerrendan kokaturiko elementuetako guztien sekuentzia nuloko korronte babesaren II ataleko denbora ezarpen-balio handiena da, lortu transformadorea izan ezik; Δt 0.2-0.5 s. ezar da.

2.2.2 Jarduera Moduak

• Lortu transformadorea subestazioaren barra elektriko erdikoari lotuta dagoenean, sekuentzia nuloko korronte babesak jardueratzen da: 1. denbora-muga barra elektriko erdiko itsaskiak edo zatien itsaskiak itzaltzen ditu, eta automatikoki ondoriozko indar osagarriaren sarrera gaitasuna blokeatzen du (laburpen gisa "automatikoki ondoriozko indarra" deitzen da); 2. denbora-muga lortu transformadorearen eta indar osagarriaren itsaskiak aldetik itzaltzen ditu.

• Lortu transformadorea indar osagarriaren ateratzeko barra elektriko erdikoari lotuta dagoenean, sekuentzia nuloko korronte babesak jardueratzen da: 1. denbora-muga barra elektriko erdiko itsaskiak edo zatien itsaskiak itzaltzen ditu, eta automatikoki ondoriozko indar osagarriaren sarrera gaitasuna blokeatzen du; 2. denbora-muga indar osagarriaren itsaskiak aldetik itzaltzen ditu; 3. denbora-muga indar osagarriaren itsaskiak guztitik itzaltzen ditu.

2.3 Lortu Transformadoreen Korronte Babesaren Ekintza Azterketa

Lortu transformadoreen babesaren konfigurazioaren azterketa jarduera modu desberdinak ditu fase arteko eta sekuentzia nuloko korronte babesen artean: sekuentzia nuloko babesak automatikoki ondoriozko indar osagarriaren sarrera gaitasuna blokeatzen du, baina fase arteko babesak ez.

Babesa gailuak neurtzen duen sekuentzia nuloko korrontea balio jakin batetik gorakada, eta lortu arazoa gertatzen denean (lortu transformadorea bakarrik dagoen sekuentzia nuloko korrontearen bide bakarra resistentzia txikiko lortura sisteman), gailuak arazoa detektatzen du, baina ezin du kokapena ezagutu. Arazoa kanpoan badago, lortu transformadorea itzaltzen denean, automatikoki ondoriozko indar osagarria ordezko barrarekin aldatzen da. Ordezko barrak kanpoan dagoen lerroko arazoei berriz lotzen diola, lortu transformadoreak sekuentzia nuloko korrontea berriro detektatzen du, eta berriz itzaltzen da. Automatikoki ondoriozko indar osagarria amaitu ez badu kargatzen, tenperatura aldatzen da. Beraz, sekuentzia nuloko babesak automatikoki ondoriozko indar osagarriaren sarrera gaitasuna blokeatu behar du.

Fase arteko babesak jardueratzen denean (baina sekuentzia nuloko babesak ez), gailuak fase arteko lortu laburra bat detektatzen du lortu transformadorean. Lortu transformadorea itzaltzen du, paraleloan indar osagarriaren itsaskiak aldetik itzaltzen ditu, eta automatikoki ondoriozko indar osagarria ordezko barrarekin aldatzen da. Arazoa itzalitako lortu transformadorean dagoenez, ordezko barrak kanpoan dagoen lerro normalera berriz lotzen da, eta indar osagarria berreskuratzen da.

Laburra esanda, lortu transformadoreen fase arteko eta sekuentzia nuloko korronte babesen artean, arazoen arrazoi eta kokapenaren azterketan ezberdintasun handiak daude, ezarpen eta konfigurazio desberdinak behar dituzte. Baina, lortu arazoen bitartean, fase arteko babesak sekuentzia nuloko osagaiak neurtzen dituenez, malfuncionamendu bat gerta daiteke. Bereiztuak dauden automatikoki ondoriozko indar osagarrien logiken arabera, malfuncionamenduak arazoen eremua zabaltzen du edo subestazio osoa apurtu dezake.

3 Kasu Azterketa
3.1 Arazo Prozesua

110 kV subestazio baten diagrama elektriko primarioa irudian ikusten da (irudia 2). Arazoaren aurretik, Transformadore 1-en alde baxuko 018 itsaskiak itzalita zegoen, Transformadore 2-ren alde baxuko 032 itsaskiak itzalita zegoen, eta 034 itsaskiak proba posizioan zegoen.

2023ko uztailaren 30an, 06:14etan, No. 2 lortu transformadorearen korronte handiko I ataleko babesak jardueratzen hasi zuen, No. 2 lortu transformadorearen 022 itsaskiak itzaltzen ditu. Bat-bere, Transformadore 2-ren alde baxuko 032 itsaskiak itzaltzen ditu, 10 kV Barrak II eta III apurtzen ditu. Automatikoki ondoriozko indar osagarria (auto-ondoriozko) 10 kV Barra I/II erdiko 020 itsaskiak itzaltzen ditu.

06:36etan, No. 1 lortu transformadorearen korronte handiko I ataleko babesak jardueratzen hasi zuen, No. 1 lortu transformadorearen 015 itsaskiak itzaltzen ditu, eta Transformadore 1-en alde baxuko 018 itsaskiak itzaltzen ditu, 10 kV Barra I, II eta III guztiak apurtzen dira. Auto-ondoriozko indar osagarria orduan Transformadore 2-ren alde baxuko 032 itsaskiak eta No. 2 lortu transformadorearen 022 itsaskiak itzaltzen ditu. Baina arazoa jarraitzen da, No. 2 lortu transformadorearen korronte handiko I ataleko babesak berriz jardueratzen da. 022 itsaskiak itzaltzen ditu, eta 032 itsaskiak itzaltzen ditu, azkenik 10 kV sistema osoa subestazioan apurtzen da.

3.2 On-site Equipment Inspection Results
Primary equipment inspection findings:

• Earthing transformer body: No abnormalities were found in No.1 and No.2 earthing transformers, with no obvious fault traces in windings or cores.

• 10 kV Section III bus PT interval (040 switchgear):

• Obvious water stains on the top cover of the switchgear cabinet, indicating rainwater infiltration.

• Severe ablation at the C-phase position of the handcart chamber shutter baffle, with two through-holes on the upper shutter.

• The C-phase upper contact box and static contact were charred and damaged, with liquid water accumulated inside the box.

• Arc burn marks on the C-phase upper/lower moving contacts of the arrester handcart, annealed springs, and damaged contact arm insulating cylinders.

• The outer insulating sleeve of the C-phase busbar in the bus chamber was burned and cracked. Water stain penetration was observed in the C-phase area of the bus chamber backplate, and water droplets were condensed on the live display sensor.

• A small amount of water accumulated at the bottom of the voltage transformer chamber, while the three-phase PTs showed no obvious external abnormalities.

Rainwater leakage from the steel support above the 10 kV Section III bus PT chamber infiltrated the switchgear, degrading insulation and causing a C-phase discharge that evolved into a metallic ground fault. In the low-resistance grounding system, the No. 2 earthing transformer detected zero-sequence currents of ~4.3 A/phase (exceeding the 2.5 A overcurrent I-section setting), triggering tripping. The overcurrent protection does not block the 10 kV auto-standby, leading to repeated operations. The final trip left the auto-standby uncharged, causing a complete 10 kV outage.

Key contributing factor: The "phase current zero-sequence cancellation" control word was disabled (set to "0"), preventing software filtering of zero-sequence components in phase currents. With a 13 A zero-sequence current, the overcurrent protection misoperated. Properly enabled, this control would have prevented the fault. Instead, the zero-sequence overcurrent protection I-section (set at 1.4 A) operated: 1st time-limit tripped the bus tie and blocked auto-standby; 2nd time-limit tripped the earthing and main transformer breakers, isolating Sections II/III while Section I remained powered.

Root cause: Disabled zero-sequence cancellation control word allowed phase current misinterpretation.

4 Conclusion

This paper outlines earthing transformer protection settings, analyzes misoperation risks under high zero-sequence currents, and presents a case study. To prevent recurrence:

• Enable software-based zero-sequence cancellation features (e.g., "phase current zero-sequence cancellation" control word) in low-resistance grounding systems.

• If such features are unavailable, optimize coordination between overcurrent and zero-sequence protection settings.

Key takeaway: Proactive configuration of protection software is critical for preventing misoperations during ground faults.