Comprensión de la protección del transformador: del relé Buchholz a la protección diferencial

Los transformadores son activos estáticos críticos que funcionan continuamente y son conocidos por su alta confiabilidad. Sin embargo, al instalarse a menudo al aire libre y estar sujetos a cargas y corrientes de falla del sistema variables, siguen siendo vulnerables a fallas. Esta guía explora los fundamentos de la protección de transformadores, destacando fallas comunes y los sistemas de protección avanzados que garantizan la estabilidad de la red y evitan daños costosos.

 

Fallas y anomalías comunes de los transformadores

 

Las fallas de transformadores se clasifican ampliamente en tipos internos y externos.

Fallas internasocurren dentro del tanque, incluidos cortocircuitos de devanado de fase-a-fase, cortocircuitos de espira-a-espira, fallas de núcleo de devanado-a-y conductores rotos.

Fallos externosimplican cortocircuitos entre los terminales de los casquillos externos o descargas disruptivas a través de los casquillos a tierra.

Los fallos internos son especialmente peligrosos. El arco de alta-energía puede dañar gravemente el núcleo y el aislamiento del devanado. También descompone el aceite aislante, generando gases que pueden provocar la ruptura o explosión del tanque. Por lo tanto, el aislamiento inmediato es crucial tras la detección de fallas.

Condiciones de funcionamiento anormales, como sobrecarga, niveles bajos de aceite, sobrecorriente debido a fallas externas, temperaturas o presiones excesivas y fallas del sistema de enfriamiento, requieren alarmas oportunas para impulsar la intervención del operador y evitar una escalada.

 

Configuración del sistema de protección del transformador

 

Esquemas de protección eléctrica no-

 

 

1. Relé Buchholz (protección del flujo de gas y aceite)

Esta protección clave detecta fallas al detectar la acumulación de gas (de la descomposición del petróleo) y los aumentos repentinos del flujo de petróleo dentro del tanque.

Fallas menores (etapa de alarma):La lenta acumulación de gas debido a un ligero sobrecalentamiento activa el mecanismo de flotación y emite una alarma.

Fallas mayores (etapa de disparo):La intensa generación de gas y el rápido flujo de aceite debido a fallas internas graves desvían una aleta y activan instantáneamente el disyuntor.

Papel crítico:El relé Buchholz es una protección primaria vital, altamente sensible a fallas como cortocircuitos entre-vueltas que pueden no generar diferenciales de corriente significativos.

 

2. Protección de presión

Los dispositivos como los dispositivos de alivio de presión y los relés de presión repentina sirven como protección primaria al responder a aumentos peligrosos de presión dentro del tanque causados ​​por arcos.

 

3. Monitoreo de temperatura y nivel de aceite

Estos sistemas activan alarmas por altas temperaturas del aceite/devanado o niveles anormales de aceite, lo que permite el mantenimiento preventivo y evita la degradación del aislamiento.

 

4. Protección contra fallas del sistema de enfriamiento

Una pérdida total de enfriamiento conduce a un rápido aumento de temperatura. Esta protección genera una alarma y, después de un retraso que permite la acción correctiva, dispara el transformador para evitar daños térmicos.

 

Protección diferencial: el escudo primario eléctrico

 

Esta protección compara las corrientes que entran y salen del transformador. Cualquier diferencia significativa (corriente diferencial) indica una falla interna dentro de la zona protegida.

 

1. Gestión de la corriente de irrupción

Energizar un transformador provoca una corriente de entrada magnetizante temporal de alta-magnitud (6 a 8 veces la corriente nominal), que fluye solo a través del lado primario, creando una señal diferencial falsa. La corriente de irrupción tiene características distintas:
a. Alta amplitud con un fuerte componente DC.
b. Forma de onda pico con un ángulo muerto significativo (intermitencia).
do. Alto contenido de armónicos, especialmente el 2º armónico.

Los relés modernos utilizan técnicas de restricción armónica (por ejemplo, bloqueo de segundo armónico) o análisis de forma de onda para distinguir las corrientes de irrupción de las corrientes de falla genuinas, evitando un mal funcionamiento.

 

2. Elemento diferencial de conjunto alto instantáneo-

Para fallas internas graves que causan la saturación del transformador de corriente (CT), el contenido armónico puede bloquear el elemento diferencial principal. La función de diferencial alto-establece una solución. Opera exclusivamente con la magnitud de la corriente diferencial, evitando toda lógica de restricción armónica para garantizar un disparo ultra-rápido en caso de fallas críticas.

 

Estrategias de protección de copias de seguridad

 

La protección de respaldo garantiza la resolución de fallas si fallan los sistemas primarios.

 

1. Protección contra sobrecorriente controlada/restringida de voltaje-

Este esquema es un respaldo sensible para fallas de fase. Combina elementos de sobrecorriente con detección de subvoltaje y/o voltaje de secuencia-negativa. La restricción de voltaje permite una configuración de captación de corriente más baja, lo que mejora la sensibilidad y al mismo tiempo permanece seguro durante condiciones de carga estables.

 

 

 

 

 

Neutral desenterrado (aislado): Para limitar la corriente de falla a tierra, algunos transformadores no están conectados a tierra. Estos están protegidos por protección contra desplazamiento de voltaje neutro (sobretensión residual - 3U0), que opera si una falla a tierra del sistema persiste después de que se hayan desconectado los transformadores puestos a tierra.

 

Conectado a tierra mediante una resistencia de puesta a tierra neutra (NGR): Un método común para limitar la corriente de falla. La protección normalmente monitorea la corriente a través del NGR.

 

Conclusión
Un sistema de protección de múltiples-capas bien-diseñado es fundamental para la confiabilidad y longevidad del transformador. Comprender estos principios-desde el monitoreo fundamental de presión y gas hasta esquemas diferenciales y de respaldo avanzados-es clave para garantizar la seguridad del sistema eléctrico. Asóciese con expertos para implementar la estrategia de protección adecuada para sus activos críticos.