Protecţia transformatoarelor din pt caracteristici tehnice ale transformatoarelor din pt

2.6. Protecţia transformatoarelor din PT
2.6.1. Caracteristici tehnice ale transformatoarelor din PT
Conform datelor furnizate de către producători, pentru transformatoarele de putere, cu două înfăşurări, utilizate la echiparea PT, se cunosc următoarele mărimi:

- puterea aparentă, nominală S_Tn, în kVA;

- tensiunile nominale, de linie, de IT – U_n1 şi de JT - U_n2, în kV, precum şi posibilităţile de reglaj;

- raportul de transformare K₁₂;

- pierderile active la mers în gol DP₀, în kW;

- pierderile active la mersul în scurtcircuit DP_sc, în kW;

- curentul relativ de mers în gol i_0%, în %;

- tensiunea relativă de scurtcircuit u_sc%, în %;

- conexiunile înfăşurărilor şi numerele lor caracteristice.

În primul rând, pe baza acestor date, se obţin curentul nominal primar

, (2.1)
precum şi cel nominal, secundar
. (1.2)

2.6.2. Variante de protecţii

În ceea ce priveşte modul de realizare a protecţiei transformatoarelor din PT, pe partea de MT, se folosesc 1RE.11 următoarele trei soluţii, redate schematic şi în figura 2.6:

- cu siguranţe fuzibile de MT;

- protecţia transformatorului asigurată de protecţia liniei de MT, care îl alimentează;

- schemă de protecţie cu relee.

Majoritatea elementelor reprezentate în schemele din figura 2.6 au reperele de identificare completate cu literele A, B, C, şi D, corespunzătoare celor patru variante, pentru a putea fi reperate în mod distinct. Astfel, varianta de protecţie a transformatorului T2A, din PT considerat, prin siguranţele fuzibile de MT F1A (fig. 2.6, a), mai are pe partea de MT separatorul de intrare Q2A şi descărcătorul cu rezistenţă variabilă F2A. Un astfel de PT, care poate fi de tip PTA 16250(400) kVA, este alimentat din staţia amonte, redată prin transformatorul T1A, de IT/MT, la care tratarea neutrului se face cu bobina de stingere L1A. De asemenea, s-a considerat că linia electrică LE este protejată la plecarea din staţie de către întreruptorul Q1A. Pe partea de JT, s-au prevăzut siguranţele fuzibile F3A (tip MPR), care trebuie să prezinte selectivitate atât cu aparatele de protecţie, de curent nominal maxim, din aval (de pe plecările TGJT), cât şi cu siguranţele F1A, de MT, din amonte.

În cea de a doua variantă, când protecţia transformatorului T2B urmează să fie asigurată de protecţia liniei LE de MT, care îl alimentează, reprezentată pe figură (fig. 2.6, b) prin întreruptorul automat (disjunctorul) Q1B de MT, ceea ce nu exclude utilizarea în acelaşi scop a unor siguranţe fuzibile de MT. Separatorul de linie Q2B şi descărcătorul F1B sunt prezente în schemă, ca la varianta anterioară (fig. 2.6, a). În schimb, tratarea neutrului transformatorului T1B, din staţia de alimentare a PT considerat, se realizează cu rezistenţa (rezistorul) R1B. Întreruptorul automat Q3B, de pe partea de JT a transformatorului T2B, permite activarea de protecţii suplimentare; caracteristica de protecţie la supracurenţi a acestuia trebuie să prezinte selectivitate atât cu aparatele de protecţie, de curent nominal maxim, din aval (de pe plecările TGJT), cât şi cu întreruptorul Q1B.

Schema de protecţie cu relee este figurată în două variante (fig. 2.6, c şi d), justificate de practica realizării PT.

În cea de a treia variantă (fig. 2.6, c), aplicată la realizarea de PT de tip PTZ 160630(800) kVA, se utilizează schema de protecţie CQ, având la intrare relee primare maximale de curent, releu de temperatură (termostat), care joacă rolul protecţiei la suprasarcină şi releu Buchholz, pentru protecţia de gaze (numai pentru S_Tn 630 kVA). Schema de protecţie mai cuprinde circuite de temporizare a protecţiei maximale de curent, precum şi circuite de semnalizare şi comandă, realizate în c.c. 1RE.43. Acţiunea schemei de protecţie CQ este transmisă întreruptorului automat Q6C, prevăzut pe coloana generală de JT a PT, iar protecţia transformatorului T1C, pe partea de MT, se realizează prin siguranţele fuzibile F1C. Linia electrică LE, care alimentează PT, este de tip LP secţionată, fapt evidenţiat de prezenţa separatoarelor de linie Q2C şi Q3C.

În sfârşit, cea de a patra schemă redată (fig. 2.6, d), reprezintă o a doua variantă de realizare a protecţiei transformatorului T1D, din PT considerat a fi de tip PTZ, cu S_Tn1.000 kVA, cu o schemă de protecţie cu relee, redată prin blocul CQD. Acţiunea acestei scheme, care beneficiază la intrare de informaţiile transmise de relee primare maximale, Bucholz şi eventual şi de tensiune, se transmite însă, spre deosebire de cazul anterior, la întreruptorul automat de MT Q5D, care realizează protecţia transformatorului T2D. Pe partea de JT, protecţia se realizează prin siguranţele fuzibile F1D, a căror selectivitate trebuie asigurată atât cu aparatele de protecţie din aval, cât şi cu întreruptorul Q5D, din amonte.
2.6.3. Protecţia cu siguranţe fuzibile de MT
a. Domeniul de utilizare al acestei soluţii este după cum urmează:

- PT de reţea sau abonat (irigaţii, MHC etc.), pe un stâlp, cu puteri nominale S_Tn40250 kVA;

- transformatoare cu puteri nominale S_Tn250630 kVA, montate în cabine de zidărie, supraterane sau subterane, utilizate pentru alimentarea reţelelor electrice de JT;

- transformatoare pe doi stâlpi, cu puteri nominale S_Tn400630 kVA, folosite în exclusivitate pentru alimentarea MHC;

- transformatoare din PT pentru irigaţii, situate la sol, cu puteri nominale S_Tn400630 kVA, protejate cu siguranţe montate pe stâlp 1RE.12.
b. Modul de realizare şi reglajul

În toate cazurile menţionate mai sus, siguranţele fuzibile de MT sunt de tipul FEn.

Determinarea domeniului de valori pentru curentului nominal al fuzibilului I_Fn se face în funcţie de curentul nominal al transformatorului, pe partea de MT I_Tn1, în baza relaţiei
. (2.58)
Alegerea siguranţei fuzibile se face pe baza datelor caracteristice, prezentate în tabelul 2.4, precum şi a caracteristicilor de protecţie.

După alegerea siguranţelor de protecţie de pe partea de MT, se verifică selectivitatea acestora cu protecţia din amonte, reprezentată de protecţia din staţia de plecare a liniei de MT.

c. Protecţii suplimentare

Protecţia de suprasarcină se prevede la PT de reţea, acţionînd prin declanşarea întreruptorului automat, montat pe partea de JT a transformatorului; protecţia maximală de curent a acestor întreruptoare se anulează, pentru păstrarea selecticvităţii faţă de protecţiile din aval. La transformatoarele pe un stâlp, această protecţie se exceptează.

Protecţia maximală, direcţională (realizată cu releu PPIr-5, fabricaţie ICEMENERG) se prevede pe partea de JT, în cazul în care PT respectiv alimentează reţele buclate. În acest caz, pe partea de JT a transformatorului se prevede ca aparat de protecţie un întreruptor de tip OROMAX.

Fig. 1.6. Protecţia transformatoarelor din PT pe partea de MT: a - cu siguranţe fuzibile,

pentru PTA 16 ÷ 250 (400) kVA; b – prin protecţia liniei, la PTA; c – schemă cu relee pentru

PTZ 160 ÷ 630 (800) kVA; d - schemă cu relee pentru PTZ cu S_n ≥ 1000 kVA.
2.6.4. Protecţia transformatorului de 160 kVA
Se consideră transformatorul cu puterea nominală S_Tn=160 kVA, 20/0,4 kV, conexiune Y (Dy), care echipează un PTA, montat pe un stâlp.

Curentul nominal pe partea de JT:

. (2.59)
Curentul nominal pe partea de MT, fără a lua în considerare şi pierderile:
. (2.60)
Celelalte date nominale ale transformatorului:

- pierderile active la mers în gol DP₀= 0,46 kW;

- pierderile active la mersul în scurtcircuit DP_sc= 2,35 kW;

- curentul relativ de mers în gol i_0%= 2,2 %;

- tensiunea relativă de scurtcircuit u_sc%= 6 %;

Curentul primar la sarcină nominală plus pierderile în transformator. Se determină, mai întâi, pierderile la sarcină nominală.

Pierderile totale de putere activă la sarcină nominală (k_T=1):
kW. (2.61)

Pierderile de putere reactivă sunt calculabile cu relaţia:

kvar. (2.62)
Admiţând un factor de putere al consumatorilor cos_c=0,9, apropiat de cel neutral, rezultă curentul primar la sarcină secundară nominală, plus pierderile în transformator, dat de relaţia:
, (2.63)
din care, înlocuind cu datele corespunzătoare, se obţine:
, (2.64)
mai mare decât valoarea calculată cu relaţia (2.60) cu I_Tn%=5,4 %, adică situat în domeniul curenţilor de suprasarcină ai transformatorului.

Tensiunile nominale pe fază, ţinând seama de schemele de conexiuni:

; (2.65)
. (2.66)

Domeniul de valori al curentului nominal al fuzibilelor de MT, tip FEn (rel. 2.58)

. (2.67)
Alegerea siguranţei fuzibile MT. Dacă se ţine seama de valorile posibile ale curenţilor nominali ai fuzibilelor tip FEn (tab. 2.4), care se încadrează în domeniul definit de relaţia (2.65), se alege siguranţa FEn 20/6,3, reprezentând singura posibilitate, în acest caz.

Alegerea siguranţei fuzibile MT în raport cu intensitatea curentului, corespunzătoare sarcinii nominale plus pierderile, la sarcina nominală în transformator:

, (2.68)
ceea ce conduce la alegerea aceleiaşi siguranţe fuzibile FEn 20/6,3, pe partea de MT (tab. 2.4).

Siguranţa fuzibilă de curent nominal maxim, pe partea de JT, din condiţia de selectivitate cu siguranţa prevăzută pe partea de MT. Admiţând ca valabile condiţiile de selectivitate din 1, se începe examinarea variantelor posibile cu condiţiile minimale pentru timpii de deconectare, condiţii exprimate sub forma relaţiei generale:

, (2.69)
în care t_dmi reprezintă oricare dintre intervalele recomandate pentru analiza selectivităţii, t_dmi20; 50; 10³ ms, corespunzătoare, respectiv, indicelui curent i1; 2; 3;
Caracteristicile siguranţelor fuzibile de MT, de tipurile FIn şi FEn

Tabelul 2.4

Tipul patronului fuzibil	Tensiunea nominală UFn, kVef	Tensiunea maximă de serviciu UsM, kVef	Curentul nominal IFn, A	Curentul de rupere IFrup, kAef	Puterea de rupere, calculată SFrup, MVA
FIn 6/2,5	6	7,2	2,5	37,5	400
FIn 6/4			4
FIn 6/6,3			6,3
FIn 6/10			10
FIn 6/16			16
FIn 6/25			25
FIn 6/31,5			31,5
FIn 6/40			40
FIn 6/63			63
FIn 6/80			80		300
FIn 6/100			100
FIn 10/2,5	10	12	2,5	25,8	450
FIn 10/4			4
FI 10/6,3			6,3
FIn 10/10			10
FIn 10/16			16
FIn 10/25			25
FIn 10/31,5			31,3	17,9	325
FIn 10/40			40
FI 10/63			63
FIn 20/2,5	20	24	2,5	18,1	700
FIn 20/4			4
FIn 20/6,3			6,3
FIn 20/10			10
FIn 20/16			16
FIn 20/25			25	11,2	425
FIn 20/31,5			31,5
FIn 20/40			40

I(t_dmi) – curentul corespunzător intervalului de timp considerat mai sus, de pe caracteristica timp-curent a siguranţei fuzibile din amonte, în raport cu care se caută siguranţa selectivă din aval;

M_i – ordinul de multiplicitate al curentului nominal al siguranţei aval, din condiţia de selectivitate corespunzătoare, M_i30; 20;10, pentru a păstra corespondenţa cu indicele curent i. Concret, pentru siguranţa FEn 20/6,3, condiţiile de selectivitate au forma:
; (2.70)
; (2.71)
. (2.72)

În consecinţă, condiţia (2.70) fiind cea mai restrictivă, se verifică dacă siguranţa cu I_Fn= 63 A corespunde pentru curentul (30I_Fn):

, (2.73)
deci siguranţele fuzibile 0,5/63 şi FEn 20/6,3 prezintă selectivitate.

Siguranţa fuzibilă de curent nominal minim, pe plecarea LE din staţia de MT, din condiţia de selectivitate cu siguranţa prevăzută pe partea de MT a transformatorului considerat:

FEn 20/25.
Soluţia finală, de ansamblu, în această primă variantă, este ilustrată în figura 2.7, care evidenţiază faptul că pe coloana generală de JT a PT s-a prevăzut un întreruptor automat, de tip USOL 250, cu protecţia maximală anulată, pentru a conserva selectivităţile realizate.

Fig. 2.7. Schema monofilară a protecţiei transformatorului de 160 kVA,

cu siguranţe de MT tip FEn 20/6,3.