Protección contra sobreflujo del transformador

La protección contra sobreflujo del transformador se proporciona para proteger el núcleo del transformador contra el sobreflujo. Un transformador está diseñado para operar a un nivel de flujo particular. En caso de que el flujo en el núcleo del transformador exceda un cierto nivel, la pérdida del núcleo aumenta, lo que puede provocar el sobrecalentamiento de los componentes, lo que a su vez puede provocar una falla interna. Por lo tanto, se proporciona protección contra sobreflujo.

Un transformador está diseñado para operar en o por debajo de una densidad de flujo magnético máxima en el núcleo del transformador. Por encima de este límite de diseño, las corrientes de Foucault en el núcleo y los componentes conductores cercanos provocan un sobrecalentamiento que, en muy poco tiempo, puede provocar daños graves. El flujo magnético en el núcleo es proporcional al voltaje aplicado al devanado dividido por la impedancia del devanado. El flujo en el núcleo aumenta con el aumento del voltaje o con la disminución de la frecuencia. Durante el arranque o apagado de los transformadores conectados al generador, o luego de un rechazo de carga, el transformador puede experimentar una relación excesiva de Voltios a Hertz (V/f), es decir, sobreexcitarse. Cuando el núcleo de un transformador está sobreexcitado, el núcleo está operando en una región magnética no lineal y crea componentes armónicos en la corriente de excitación. Una cantidad significativa de corriente en el quinto armónico es característica de sobreexcitación.

Suponiendo que el número de vueltas es constante, el flujo es directamente proporcional a V/f. Aquí V es el voltaje de suministro y f es la frecuencia de suministro.

En el caso de cualquier Transformador, la señal para la tensión de alimentación V se toma del PT. Supongamos que el Transformador Primario está conectado con 220 kV. Así, la tensión normal del primario del Transformador será de 220 kV a una frecuencia de 50 Hz. Suponga también que la relación PT es de 220 kV/110 V.

Por lo tanto,

Relación V/f = 110/50 = 2,2

Por lo tanto, con una relación V/f de 2,2, el transformador funcionará satisfactoriamente. Entonces surge la pregunta de qué relación V/f puede causar el sobreflujo. Para responder a esto, debemos observar la curva de histéresis del material del núcleo y, a partir de la curva, podemos juzgar a qué nivel de flujo puede estar sujeto el transformador durante un tiempo determinado de manera segura.

Normalmente el ajuste de sobreflujo se mantiene al 110% del valor nominal o 1,1 pu. Esto significa que a un nivel de flujo de 1,1 × 2,2 = 2,42, el transformador funcionará de forma segura, pero por encima de 2,42, el núcleo del transformador estará sujeto a sobreflujo.

¿Significa esto que a una relación V/f de 2,5 el transformador se disparará instantáneamente? No, no significa eso. Debido a que el núcleo del transformador puede tolerar tal sobreflujo durante un breve período de tiempo y, por lo tanto, no se requiere un disparo instantáneo. Por lo tanto, una sabia decisión es dar un INVERSO características al disparo lo que significa que a mayor relación V/f menor será el tiempo de disparo.

Ahora consideramos dos casos:

Caso 1: Transformador El voltaje primario aumenta a 247 kV mientras que la frecuencia es de 50,1 Hz

Como primario del Transformador asciende a 247 kV a una frecuencia f = 50,1 Hz

El voltaje secundario del PT = 247×110/220 = 123,5 V

Por tanto, V/f = 123,5/50,1 = 2,465

Así el Relé arranca y como las características son inversas, el relé se dispara después de un tiempo porque hemos mantenido el ajuste 2.42. Si el voltaje primario se mantiene en 247 kV, entonces no podemos hacer nada y el relé definitivamente se disparará.

Caso 2: el transformador se proporciona con cambiador de tomas

Supongamos que el transformador se proporciona con cambiador de tomas. Como el transformador cuenta con un cambiador de tomas en el lado primario, podemos aumentar la posición de la toma desde el valor nominal, lo que dará como resultado un aumento en el valor de N1 (número primario de vueltas) y, por lo tanto,

Pero esto no nos va a ayudar ya que hemos tomado la señal de voltaje del PT que está conectado al lado primario, es decir, y el voltaje del lado primario se mantiene a 247 kV, por lo que V/f será el mismo.

Por lo tanto, observamos que, a pesar de que tenemos un cambiador de tomas, en el escenario actual no podemos hacer nada para evitar que el transformador se dispare por sobreflujo, aunque el transformador no está realmente en condición de sobreflujo (ya que hemos aumentado el número de vueltas en el lado primario). )

Por lo tanto, para aprovechar el cambiador de tomas, podemos hacer una provisión para tomar la señal de voltaje del PT del lado secundario del relé del transformador. En tal caso, si se aumenta el giro primario del transformador, se observará proporcionalmente su reflejo en el PT del lado secundario y se puede evitar el disparo de la protección contra sobreflujo.

En caso de operación sin carga del Transformador, podemos dar señal de voltaje al Relé desde el PT del lado Primario.

De esta forma, se cumplirá el propósito sin comprometer la protección contra el sobreflujo. Por lo tanto, vemos cuán importante es el cambiador de tomas para evitar que el transformador se dispare por sobreflujo.