Download - PT 06 - Proteção de Tranformadores
PROTEÇÃO DE TRANSFORMADORES
As principais falhas que podem afetar um transformador
são:
SOBRECARGA;
CURTO-CIRCUITO;
FALHA DE CARCAÇA;
SUBTENSÃO E SOBRETENSÃO;
PRESENÇA DE GÁS;
SOBREPRESSÃO;
TEMPERATURA NO PONTO MAIS QUENTE E NO TOPO
DO ÓLEO.
PROTEÇÃO DE TRANSFORMADORES As funções adequadas à proteção dos transformadores de potência são:
Função 23: dispositivo de controle de temperatura.
Função 26: proteção térmica.
Função 27: proteção contra subtensão.
Função 30: dispositivo anunciador de eventos.
Função 49 RMS: proteção de sobrecarga por imagem térmica.
Função 50: proteção de sobrecorrente instantânea de fase.
Funções 50N: proteção de sobrecorrente instantânea de neutro.
Função 51: proteção de sobrecorrente temporizada de fase.
Função 51N: proteção de sobrecorrente temporizada de neutro.
Função 51 NS: proteção de neutro sensível.
Função 51G: proteção contra sobrecorrente de terra temporizada.
Função 59: proteção contra sobretensão.
Função 63: proteção contra a presença de gás (relé de Buchholz).
Função 63A: proteção contra sobrepressão de gás do transformador.
Função 63C: proteção contra a presença de gás no comutador de derivação.
Função 63A/C: proteção contra sobrepressão de gás no comutador de derivação.
Função 64: proteção de terra
Função 71: detector de nível de óleo do transformador.
Função 71C: detector de nível de óleo do comutador de derivação.
Função 80: proteção para fluxo de óleo do comutador de derivação do regulador de tensão.
Função 81: proteção contra subfrequência e sobrefrequência (dispensada quando instalada na geração).
Função 87T: proteção diferencial de sobrecorrente.
Função 90: regulação de tensão.
PROTEÇÃO DE TRANSFORMADORES
As principais proteções intrínsecas:
Termômetros.
Rele de gás (Buchholz).
Rele de pressão súbita.
Válvula de alivio de pressão.
Indicador de fluxo de óleo.
Indicador de nivel de óleo.
PROTEÇÃO DE TRANSFORMADORES
ANÁLISE TÉCNICO-ECONÔMICA PARA A
PROTEÇÃO DE TRANSFORMADORES
Custo do reparo.
Perda de faturamento pela energia não fornecida.
Perda da qualidade do serviço.
Perda de produção em unidades fabris.
PROTEÇÃO DE TRANSFORMADORES
Faltas internas aos transformadores 1. Faltas associadas à temperatura e pressão
Falha no sistema de ventilação forçada.
Falha no sistema de bombas de circulação do líquido refrigerante (transformadores especiais).
Falha nas conexões internas: conexões frouxas que elevam a resistência de contato provocando sobreaquecimento naqueles pontos.
Perda do óleo refrigerante devido a vazamento pelos radiadores ou do próprio tanque do transformador.
Obstrução de circulação do fluxo do líquido refrigerante devido ao acúmulo de resíduos sólidos nos canais dos radiadores.
PROTEÇÃO DE TRANSFORMADORES
Faltas internas aos transformadores
2. Sobrepressão
Normalmente, é o resultado de um curto-circuito entre duas espiras com baixa corrente de defeito, queimando vagarosamente a isolação e aumentando a área de defeito, tendo como consequência a formação de gases que se acumulam no interior do tanque do transformador.
3. Sobrefluxo do líquido refrigerante
É o resultado de um curto-circuito franco de alta corrente que causa a queima da isolação, provocando a formação de uma grande quantidade de gases e o aquecimento abrupto. Isso leva à queima do liquido refrigerante em tomo do ponto de defeito, cuja expansão desloca uma massa considerável de óleo no sentido do tanque conservador de óleo.
PROTEÇÃO DE TRANSFORMADORES
Falhas ativas São aquelas que ocorrem subitamente e necessitam da intervenção
do sistema de proteção para retirar de operação o transformador a fim de reduzir os danos nesse equipamento. São elas:
Curtos-circuitos entre espiras do enrolamento
Curtos-circuitos entre fases e entre qualquer parte viva interna ao transformador e a carcaça
Curtos-circuitos nos enrolamentos conectados em delta
Curtos-circuitos nos enrolamentos conectados em estrela
Flashovers sobre as buchas de maior e de menor tensão
Avaria na isolação entre as chapas do núcleo
Avaria no tanque
Avarias nas buchas primárias e secundárias
PROTEÇÃO DE TRANSFORMADORES
As principais proteções intrínsecas:
Termômetros de top de óleo e imagem térmica.
PROTEÇÃO DE TRANSFORMADORES
As principais proteções intrínsecas:
Tanque de expansão
Conservador com bolsa de borracha
PROTEÇÃO DE TRANSFORMADORES
As principais proteções intrínsecas:
Secador de ar (Desumidificador de ar)
Curva de operação Os relés digitais de sobrecorrente são fabricados em
unidades compactas e podem ser fornecidos nas versões para montagem de embutir ou para montagem de sobrepor. Podem ser construídos nas versões monofásicas e trifásicas, substituindo normalmente os quatro relés de indução ou estáticos. Podem ser configurados para operarem como um relé de sobrecorrente monofásico instantâneo, evoluindo até para a proteção trifásica com neutro e terra. São fabricados no mínimo com as seguintes partes componentes: • Sistema de aquisição e avaliação.
• Painel frontal onde podem ser realizadas as diversas operações de ajuste, através de teclas de membrana.
• Saídas de eventos, alarmes e comando.
• Interfaces seriais.
• Conversor de alimentação.
Proteção relé de sobrecorrente 50/51
Unidade temporizada
Para transformadores de potencia não superiores a 7,5
MVA/138 kV os avies dc sobrecorrente são empregados
muitas vezes em subestações de baixo nível de
confiabilidade como (mica proteção, tanto para faltas
internas como para faltas externas.
Proteção relé de sobrecorrente 50/51
Unidade temporizada
Ha de se considerar que tanto os fusíveis como os reles de sobrecorrente
instalados do lado primário dos transformadores de potencia oferecem
proteção muito limitada para faltas monopolares ocorridas do lado
secundário. E que as correntes de defeito que circulam do lado de major
tensão são 57% do valor das correntes de defeito que circulam do lado de
menor tensão. Isso significa que são I/ 3 inferiores as correntes de defeito
fase e terra ocorridas do lado de menor tensão para transformadores
ligados cm delta no primário e estrela no secundário
Proteção relé de sobrecorrente 50/51
Unidade temporizada
No caso de proteção secundária do transformador:
Proteção relé de sobrecorrente 50/51
Unidade instantânea
O ajuste da unidade instantânea de fase deve ser selecionado para defeitos
trifásicos externos ao transformador no valor da máxima corrente de curto-
circuito, valor assimétrico.
Deve-se considerar para o ajuste da unidade instantânea de fase a corrente de
curto-circuito assimétrica, valor eficaz, no barramento do Quadro Geral de
Forca.
Curva de operação
Os relés podem ser ajustados no local da sua
instalação ou remotamente, por exemplo, no Centro
de Operação do Sistema. Possuem, em geral, duas
interfaces seriais. A primeira é destinada à conexão
com computadores do tipo PC, onde está residente
uni software de supervisão e controle que pode
transferir e avaliar informações das últimas três
faltas, analisar a forma de onda das correntes
armazenadas durante a última falta e realizar o
comissionamento do próprio relé. Já a segunda
interface é destinada à ligação ao sistema de
controle da subestação, podendo receber
diretamente a conexão por meio de condutores
metálicos ou cabos de fibra óptica.
Relé digital PEXTRON
Dependendo do fabricante, os relés digitais de sobrecorrente dispõem
de várias funções. Relacionamos aqui as mais ofertadas:
• Proteção de sobrecorrente a tempo definido e/ou tempo inverso.
• Intertravamento reverso, utilizado na proteção de barra.
• Proteção de falha do disjuntor.
• Indicação dos valores de corrente de carga.
• Oscilografia de falhas.
• Disparo com rearme elétrico.
• Sinalização por fase e neutro.
• Entradas e saídas programáveis.
• Funções programáveis.
• Indicação de corrente.
• Registro de eventos e diagnóstico.
• Autossupervisão.
• Comunicação serial.
Relé digital PEXTRON
Um relé digital típico é formado por uma unidade de sobrecorrente de tempo e uma
unidade instantânea com temporização ajustável. Relativamente aos ajustes dessas
unidades, pode-se ter:
• Ajuste da unidade temporizada de fase.
• Ajuste da unidade temporizada de neutro.
• Ajuste da unidade instantânea de fase.
• Ajuste da unidade instantânea de neutro.
Relé digital PEXTRON
a) Unidade temporizada de fase
De forma geral, a unidade de sobrecorrente de um relé de fase opera de
acordo com o valor eficaz da corrente que chega aos seus terminais de
entrada, ocorrendo a partida ou arranque quando o valor da corrente medida
supera 1,05 vez o valor da corrente ajustado e voltando ao estado normal a 1
vez o seu valor. Sendo ativada a partida do relé, ocorre a habilitação da
função de temporização por meio de um contador de tempo, que realiza a
integração dos valores medidos, determinando o tempo de atuação da
proteção.
Relé digital
Unidade de tempo definido de fase
Nos reles digitais, a unidade de tempo definido possui um
temporizador ajustável. Assim, quando a corrente no relé atinge a
corrente ajustada na unidade de tempo definido, o relé conta o
tempo programado e gera um pulso de disparo nos seus bornes.
Relé digital
Unidade instantânea de fase
Em geral, a unidade instantânea de fase opera a partir de dois
diferentes critérios:
• Valor da corrente eficaz
O relé atua quando o valor eficaz da corrente é superior a
5% do valor da corrente ajustada.
• Valor da corrente de pico
O relé atua quando a diferença entre os valores medidos é
superior a 2,1 vezes o valor de pico correspondente ao valor
eficaz ajustado.
As faixas de ajuste dos relés digitais são características de cada
modelo e fabricante.
Relé digital Unidades de sobrecorrente de neutro
As unidades operacionais dos relés digitais de sobrecorrente de
neutro podem ser caracterizadas das seguintes maneiras:
a) Unidade temporizada de neutro
De forma geral, a unidade de sobrecorrente de um relé de neutro
opera de acordo com o valor eficaz da corrente que chega aos seus
terminais de entrada, ocorrendo a partida ou arranque quando o
valor da corrente medida supera a 1,05 vez o valor da corrente
ajustado e voltando ao estado normal a 1 vez o seu valor.
Relé digital B)Unidade de tempo definido de neutro
Nus relés digitais a unidade dc tempo definido possui um
temporiudor ajustável. Assim, quando a corrente no relé atinge a
corrente ajustada da unidade de tempo definido, o relé conta o
tempo programado e gera um pulso de disparo nos seus bornes.
c)Unidade instantânea de neutro
Em geral, a unidade instantânea opera a partir de dois diferentes
critérios:
• Valor da corrente eficaz
O relé atua quando o valor eficaz da corrente é superior a 5% do
valor da corrente ajustada.
• Valor da corrente de pico
O relé atua quando a diferença entre os valores medidos é superior
a 2,1 vezes o valor dc pico correspondente ao valor eficaz ajustado.
Relé digital d) Unidade instantânea e temporizada de neutro sensível
(50/51NS)
A função de neutro sensível é empregada nas sisienias elétricos para
detectar defeitos à terra de alta impedância, o que, na maioria dos
casos, não pode ser visto pelos relés de sobrecorrente de neutro.
Relé digital
Dimensionar os transformadores de
corrente e ajustar o relé URPE 7185 —
Pextron, disjuntar 52.2, proteção geral
de média tensão do transformador de
12,5 MVA-69/13,8 kV, relativo ao
diagrama unifilar da Figura 3,41. A
corrente de curto-circuito trifásica no
baramento (PAC) de 13,80 kV vale
11.000 A, enquanto a corrente de
curto-circuito fase-terra vale 1.800 A.
Será indicada a curva de temporização
muito inversa.
PAC
Ou PCC
Relé digital
Dimensionar os transformadores de corrente e ajustar o relé URPE
7185 — Pextron, disjuntar 52.2, proteção geral de média tensão do
transformador de 12,5 MVA-69/13,8 kV, relativo ao diagrama unifilar
da Figura 3,41. A corrente de curto-circuito trifásica no baramento
(PAC) de 13,80 kV com impedância de 4,5%, enquanto a corrente de
curto-circuito fase-terra vale 500 A. Será indicada a curva de
temporização muito inversa.
Proteção diferencial A lógica diferencial é uma das principais metodologias aplicadas à proteção
de transformadores de potência, cuja base é a comparação entre as
correntes que entram e saem do equipamento, conforme ilustra a Fig. A
figura mostra também o esquema de conexão dos Transformadores de
Corrente (TC´s) acoplados em série aos ramos primário e secundário.
Neste, Np:Ns é a relação de transformação entre o primário e o secundário
do transformador protegido.
Proteção diferencial
Y
69KV
I p
I p
T
Y
PC
BO
Relé diferencialI =
0
A
I p
BR
I s
B
BR
I s
T C S
I s
F
13,8KV
I cc
Relé diferencial na condição de não-operação
Proteção diferencial Proteção diferencial
Relé diferencial na condição de operação
BO
= I
- I
I
TCP
I 1
I cc
I 1 BR
I 2
A
I 1
sp
BR
Y
B
F
I 2
I 2
TCS
I cc
Proteção diferencial Proteção diferencial
Os relés diferenciais são a mais importante forma de proteção de
transformadores de potência, e podem estar submetidos a diferentes fatores que
propiciam uma operação indesejada do disjuntor, ou seja:
• Correntes de magnetização transitória do transformador;
• Defasamentos angulares;
• Diferenças de corrente em função dos erros introduzidos pelos transformadores de
corrente;
• Diferenças de correntes no circuito de conexão do relé em função dos tapes do
transformador de potência.
Proteção diferencial Proteção diferencial
Os relés diferenciais são a mais importante forma de proteção de
transformadores de potência, e podem estar submetidos a diferentes fatores que
propiciam uma operação indesejada do disjuntor, ou seja:
• Correntes de magnetização transitória do transformador;
• Defasamentos angulares;
• Diferenças de corrente em função dos erros introduzidos pelos transformadores de
corrente;
• Diferenças de correntes no circuito de conexão do relé em função dos tapes do
transformador de potência.
Proteção diferencial Proteção diferencial
Esses relés são os mais empregados nos esquemas de proteção diferencial,
independentemente da grandeza do sistema ou de sua responsabilidade. Utilizam,
além da restrição percentual, as harmônicas presentes na corrente de
magnetização dos transformadores durante a sua energização, a fim de bloquear a
sua operação ou elevar o valor da corrente de acionamento, tornando-se viável o
ajuste de corrente de baixo valor e tempos de retardo reduzidos, sem o
inconveniente de se ter uma operação indesejada.
Os relés diferenciais são também dotados de um determinado número de
derivações para se ajustar o balanceamento da corrente. Além disso, há outro
número de derivações para o ajuste da inclinação característica entre 15 a 50%.
O emprego desses relés é justificado pelas seguintes razões:
• elimina a possibilidade de operação do disjuntor durante a energização do
transformador ou mesmo durante o seu período de funcionamento normal;
• apresenta um tempo de operação cerca de cinco vezes maior do que os relés sem
restrição;
• apresenta corrente de operação cerca de 2,5 vezes menor do que os relés sem
restrição.
Proteção diferencial Proteção diferencial
A bobina de restrição, BR, do relé apresenta, em geral, os seguintes valores de
percentagem de harmônicos que consegue restringir, ou seja:
2ª harmônica: 24%;
3ª harmônica: 23%;
5ª harmônica: 22%;
7ª harmônica: 21%.
Quando houver uma diferença de 10 a 15% entre as correntes dos secundários
dos transformadores de correntes instalados em ambos os lados do
transformador de força em condições normais de operação, deve-se empregar
transformadores de corrente auxiliares.
Os relés diferenciais eletromecânicos são fabricados em unidades monofásicas,
enquanto os mesmos relés na versão eletrônica são normalmente comercializados
em unidades contendo a proteção das três fases.
Proteção diferencial Proteção diferencial
Quando houver uma diferença de 10 a 15% entre as correntes dos secundários
dos transformadores de correntes instalados em ambos os lados do
transformador de força em condições normais de operação, deve-se empregar
transformadores de corrente auxiliares. É aconselhável
D I S J U N T O R - 52 - H
Tra
nsfo
rmad
or
D I S J U N T O R - 52 - L
TCp
TCs
BR
BO
Rel
é di
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l
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D I S J U N T O R - 52 - L
B
D I S J U N T O R - 52 - H
A C
TR
AN
SF
OR
MA
DO
R
TC auxiliar
Relé
diferencial
BO
TC auxiliar
Esquema trifilar
Ligação diferencial com TC auxiliar
Proteção diferencial Proteção diferencial
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
1
2
3
4
7
5
6
8
9
10
Corrente de Restrição I r (Múltiplos da Nominal)
40%
30%
20%
Co
rre
nte
de
Ope
raçã
o
(Mú
ltip
los
da
No
min
al)
Declividade
Proteção diferencial Proteção diferencial
Tapes Acionamento Circuito de operação Circuito de restrição
mínimo sem Cargas Impedância Cargas Impedância
restrição VA VA
2,9 0,87 3,2 0,128 1,3 0,052
3,2 0,96 2,7 0,108 1,2 0,048
3,5 1,05 2,4 0,096 1,1 0,044
3,8 1,14 2,0 0,080 1,0 0,040
4,2 1,26 1,9 0,076 0,9 0,036
4,6 1,38 1,6 0,064 0,8 0,032
5,0 1,50 1,5 0,060 0,7 0,028
8,7 2,61 0,7 0,028 0,5 0,020
Proteção diferencial
Tapes Tapes disponíveis no relé lado de BT
lado AT 2,9 3,2 3,5 3,8 4,2 4,6 5,0 8,7
2,9 1,000 1,103 1,207 1,310 1,448 1,586 1,724 3,000
3,2 1,000 1,094 1,188 1,313 1,438 1,563 2,719
3,5 1,000 1,086 1,200 1,314 1,429 2,486
3,8 1,000 1,105 1,211 1,316 2,289
4,2 1,000 1,095 1,190 2,071
4,6 1,000 1,087 1,891
5,0 1,000 1,740
8,7 1,000