Che cos'è un dispositivo di protezione per trasformatori?

1. Che cos'è un dispositivo di protezione per trasformatori?

• Il dispositivo di protezione del trasformatore è un sistema di automazione integrato, progettato per monitorare continuamente lo stato operativo del trasformatore e, in caso di rilevamento di guasti interni o anomalie esterne (come cortocircuito, sovraccarico, surriscaldamento), può inviare rapidamente e con precisione segnali di allarme o interrompere automaticamente l'alimentazione del trasformatore, in modo da prevenire danni alle apparecchiature, salvaguardare la stabilità della rete elettrica e la sicurezza del personale. È equivalente al “centro nevralgico” e al “guardiano” del trasformatore, è indispensabile per garantire il funzionamento affidabile del sistema di alimentazione.

2. Componenti dei dispositivi di protezione dei trasformatori

• elemento sensoreApparecchiatura utilizzata per raccogliere i dati di funzionamento dei trasformatori.

  • Trasformatore di corrente (CT)Misura della corrente che attraversa gli avvolgimenti del trasformatore.

  • Trasformatori di tensione (PT)Misurare la tensione sul trasformatore.

  • Relè del gasRileva il flusso di gas e olio anomalo nel serbatoio a causa di malfunzionamenti.

  • sensore di temperatura: monitoraggio delle temperature degli avvolgimenti e dell'olio del trasformatore.

  • Sensori di pressione/valvole di rilascio:: monitorare la pressione interna del serbatoio.

• Attuatore centrale (relè di protezione): il “cervello” del sistema, utilizzato per analizzare i dati rilevati e prendere decisioni.

  • dispositivo di protezione per microcomputer (MPPD)Un'unità digitale che integra più funzioni di protezione ed è il cuore di un moderno sistema di protezione.

• attuatoreDispositivo che riceve comandi da un relè di protezione ed esegue operazioni fisiche.

  • Interruttore automatico: Eseguire il comando finale di “scatto” per interrompere il circuito.

• sottosistema:

  • Alimentazione in c.c.Fornisce un'alimentazione affidabile per il funzionamento dei dispositivi di protezione e degli interruttori automatici.

  • Circuiti di controllo e segnalazione: rete di cavi per la trasmissione di dati, allarmi e comandi di intervento.

3. Caratteristiche dei dispositivi di protezione dei trasformatori

• selettivitàRisponde solo ai guasti all'interno dell'area di protezione e non influisce su altre apparecchiature normalmente in funzione.

• rapidità:: Eliminare i guasti il più rapidamente possibile per ridurre al minimo i danni alle apparecchiature e le scosse al sistema.

• sensibilitàReagisce in modo affidabile anche ai guasti più piccoli all'interno del campo di protezione.

• affidabilitàDeve funzionare in modo affidabile quando è richiesto e non deve essere mal indirizzato quando non è richiesto.

4. Principi di funzionamento dei dispositivi di protezione del nucleo

• protezione differenzialeDeterminare la presenza di un guasto interno da cortocircuito confrontando accuratamente l'ampiezza e la fase delle correnti sul lato primario e secondario del trasformatore. Quando si verifica un guasto interno, le correnti su entrambi i lati perdono l'equilibrio, generando una corrente differenziale; quando questa corrente supera il valore impostato, la protezione interviene immediatamente.

• protezione dal gasSfrutta il principio secondo cui i guasti interni al trasformatore causano la decomposizione dell'olio isolante e la produzione di gas. Una piccola quantità di gas che si raccoglie lentamente fa scattare un allarme gas leggero; mentre un guasto grave che genera una grande quantità di gas istantaneo e l'impatto del flusso di olio fa scattare un allarme gas pesante.

• Protezione da sovracorrente/sovraccarico: monitora la corrente che scorre nel trasformatore. Quando la corrente supera il carico normale ma non raggiunge il livello di cortocircuito e continua per un certo periodo di tempo (sovraccarico), viene emesso un allarme o un intervento ritardato. Intervento istantaneo quando la corrente aumenta drasticamente a causa di un cortocircuito esterno.

• protezione della temperaturaMonitoraggio in tempo reale delle temperature dell'avvolgimento e dell'olio superiore mediante sensori di temperatura integrati. Quando la temperatura supera il valore di allarme, si attiva il sistema di raffreddamento o viene emesso un allarme; se la temperatura continua a salire fino al valore di intervento, l'alimentazione del trasformatore viene interrotta, evitando danni permanenti all'isolamento dovuti al surriscaldamento.

5. Utilizzo dei dispositivi di protezione dei trasformatori

• applicazione principale: utilizzato per proteggere tutti i tipi di trasformatori di potenza (sia a bagno d'olio che a secco) del sistema elettrico da danni dovuti a guasti elettrici o meccanici e per ridurre al minimo l'impatto dei guasti sull'intera rete elettrica.

• scenario applicativoAmpiamente utilizzati nelle centrali elettriche, nelle sottostazioni a tutti i livelli, nelle imprese industriali, nei centri dati, nel trasporto ferroviario e in tutti gli altri luoghi in cui vengono utilizzati trasformatori di potenza di grandi e medie dimensioni.

6. Ruolo dei dispositivi di protezione dei trasformatori

• Isolamento dei guastiIsolare il trasformatore guasto dalla rete nel più breve tempo possibile per evitare che il guasto si propaghi.

• Attrezzatura di protezioneEvitare o ridurre i danni al trasformatore stesso, riducendo i costi di manutenzione e i tempi di fermo.

• Mantenere la stabilità del sistema: evitare che un guasto al trasformatore inneschi una reazione a catena che potrebbe portare a interruzioni di corrente diffuse.

• Sicurezza del personale: prevenire le lesioni al personale del sito dovute a incidenti catastrofici come esplosioni e incendi di trasformatori.

7. Funzioni dei dispositivi di protezione dei trasformatori

• Funzione di protezione principale: risposta rapida e sensibile a guasti gravi all'interno del trasformatore (ad es. protezione differenziale, protezione da gas pesanti).

• Funzione di protezione del backupAgisce come seconda linea di difesa in caso di guasto della protezione principale o della protezione di un'apparecchiatura adiacente (ad es. protezione da sovracorrente).

• Funzioni di monitoraggio e allarmeSegnali di allarme per condizioni anomale non di emergenza (ad esempio, sovraccarico, leggera sovratemperatura, gas leggero) per indurre l'operatore a controllare.

• Funzione di registrazione degli eventiRegistrazione automatica di corrente, tensione e altri dati prima e dopo il verificarsi di un guasto (registrazione dei guasti) per fornire una base per l'analisi degli incidenti.

8. Tipi di dispositivi di protezione dei trasformatori

• Per principio di protezione:

  • Protezione della quantità elettricaProtezione basata su variazioni di parametri elettrici come corrente e tensione (ad esempio, protezione differenziale, protezione da sovracorrente, protezione da sovraeccitazione).

  • Protezione delle quantità non elettriche: protezione basata su variazioni di parametri non elettrici come temperatura, pressione, gas, ecc. (ad es. protezione dal gas, protezione dalla temperatura, protezione dalla sovrappressione).

• Per ruolo:

  • protezione primariaProtezione primaria che risponde ai guasti nella zona, come la protezione differenziale.

  • protezione di backupIntegrazione della protezione principale in caso di guasto, ad esempio protezione da sovracorrente.

9. Livelli e standard di sicurezza per i dispositivi di protezione dei trasformatori

• La progettazione, la produzione e l'applicazione dei dispositivi di protezione dei trasformatori devono seguire rigorosi standard internazionali e nazionali per garantire prestazioni e affidabilità.

  • standard internazionale: come IEC 60255 Serie (Requisiti generali per relè di misura e dispositivi di protezione).

  • standard di settore: come IEEE C37.91(Guida all'applicazione dei relè di protezione dei trasformatori di potenza).

  • Questi standard prevedono disposizioni chiare per la precisione, il tempo di azione, la resistenza alle interferenze elettromagnetiche e l'adattabilità ambientale dei dispositivi di protezione.

10. Come scegliere il miglior programma di protezione dei trasformatori

• Valutazione dei parametri del trasformatoreConsiderare innanzitutto la capacità, la classe di tensione, il cablaggio e il tipo di trasformatore (a bagno d'olio o a secco). Maggiore è la capacità e la tensione del trasformatore, più completa e affidabile deve essere la protezione.

• Analisi dell'ambiente operativo: valutare l'importanza dei trasformatori nella rete. Per i trasformatori nelle sottostazioni hub o presso utenti importanti, è necessario prevedere una protezione primaria ridondante (doppia).

• Considerare l'equilibrio tra economia e affidabilità: selezionare l'opzione di configurazione della protezione più conveniente, rispettando al contempo i requisiti di base per un funzionamento sicuro.

• Ingegnere professionista consulente: collaborare con ingegneri professionisti della protezione dei relè per progettare il programma di protezione più ragionevole per la situazione specifica.

11. Conclusione

• Un dispositivo di protezione del trasformatore correttamente configurato e ad alte prestazioni è un investimento necessario per il trasformatore, un bene costoso e critico. Non solo prolunga efficacemente la vita del trasformatore, ma è la pietra miliare per garantire un funzionamento sicuro, affidabile ed efficiente dell'intero sistema elettrico. Scegliere il giusto schema di protezione significa scegliere di essere responsabili per l'asset, per la rete e per la sicurezza.