pt 06 - proteção de tranformadores

Proteção de transformadores I

Prof. José Batista

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.


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.


Furnas


ANÁLISE TÉCNICO-ECONÔMICA PARA A


Custo do reparo.

Perda de faturamento pela energia não fornecida.

Perda da qualidade do serviço.

Perda de produção em unidades fabris.


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.


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.


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



Termômetros de top de óleo e imagem térmica.



Rele de gás (Buchholz).



Válvula de alivio de pressão.



Rele de pressão súbita.



Indicador de nível de óleo.



Tanque de expansão

Conservador com bolsa de borracha



Secador de ar (Desumidificador de ar)


As principais proteções intrínsecas: Barreira de fogo

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.

Curva de operação

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.


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


Unidade temporizada


Unidade temporizada

No caso de proteção secundária do transformador:


Unidade temporizada


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.


Unidade instantânea

Relé digital PEXTRON

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.


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.


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.


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

Relé digital

0,5s

17,5s

Relé digital

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

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


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.


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.


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%;



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.


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

fere

ncia

l

TC p

TCs

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


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


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


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

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