Seção 3. Proteção e automação

Proteção do relé. Proteção de transformadores (autotransformadores) com enrolamento de alta tensão 3 kV e acima e reatores shunt 500 kV

Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Regras para a instalação de instalações elétricas (PUE)

Comentários do artigo

3.2.51. Para transformadores¹⁾ Dispositivos de proteção de relés devem ser fornecidos contra os seguintes tipos de danos e condições operacionais anormais:

1) curtos-circuitos multifásicos em enrolamentos e terminais;

2) faltas à terra monofásicas no enrolamento e nos terminais conectados à rede com neutro solidamente aterrado;

3) Curto-circuito nos enrolamentos;

4) correntes nos enrolamentos devido a curtos-circuitos externos;

5) correntes nos enrolamentos por sobrecarga;

6) baixar o nível do óleo;

7) ruptura parcial da isolação das buchas de 500 kV;

8) faltas à terra monofásicas em redes 3-10 kV com neutro isolado, se o transformador alimentar uma rede na qual a desconexão das faltas à terra monofásicas seja necessária de acordo com os requisitos de segurança (ver 3.2.96).

Além disso, recomenda-se o uso de proteção contra faltas à terra monofásicas no lado 6-35 kV de autotransformadores com tensão superior de 220 kV e superior.

1. Aqui e mais adiante na seção. 3º, o termo “transformadores” aplica-se também aos autotransformadores (de tensões e potências correspondentes), salvo cláusula especial no texto.

3.2.52. Para reatores shunt de 500 kV, dispositivos de proteção de relés devem ser fornecidos contra os seguintes tipos de danos e condições operacionais anormais:

1) faltas à terra monofásicas e bifásicas em enrolamentos e terminais;

2) Curto-circuito nos enrolamentos;

3) baixar o nível do óleo;

4) ruptura parcial do isolamento das entradas.

3.2.53. Deve ser fornecida proteção de gás contra danos no interior da carcaça, acompanhados de liberação de gás, e contra diminuição do nível de óleo:

• para transformadores com capacidade de 6,3 MVA e mais;
• para reatores shunt com tensão de 500 kV;
• para transformadores abaixadores de fábrica com capacidade de 630 kVA e mais.

A proteção de gás também pode ser instalada em transformadores com capacidade de 1-4 MVA.

A proteção de gás deve atuar por sinal em caso de fraca formação de gás e diminuição do nível de óleo e desligar em caso de intensa formação de gás e nova diminuição do nível de óleo.

A proteção contra danos no interior da carcaça do transformador, acompanhados de liberação de gás, também pode ser obtida por meio de um pressostato.

A proteção de baixo nível de óleo também pode ser implementada como um relé de nível separado no expansor do transformador.

Para proteger o dispositivo contator do comutador de derivação em carga contra uma ruptura de arco no óleo, um relé de gás e um relé de pressão separados devem ser fornecidos.

Para proteger comutadores localizados em um tanque separado, um relé de gás separado deve ser fornecido.

Deve ser possível transferir a ação do elemento seccionador da proteção de gás para um sinal e realizar sinalização separada do sinal e dos elementos seccionadores do relé de gás (que diferem na natureza do sinal).

É permitida a realização de proteção de gás com a ação do elemento seccionador somente no sinal:

• em transformadores instalados em áreas propensas a terremotos;
• em transformadores abaixadores intra-loja com capacidade igual ou inferior a 2,5 MVA, que não possuem interruptores no lado de alta tensão.

3.2.54. Para proteger contra danos nos terminais, bem como contra danos internos, deve ser previsto o seguinte:

1. Proteção de corrente diferencial longitudinal sem retardo em transformadores com potência igual ou superior a 6,3 MVA, em reatores shunt de 500 kV, bem como em transformadores com potência de 4 MVA quando estes últimos operam em paralelo para desconectar seletivamente o transformador danificado.

A proteção diferencial pode ser fornecida em transformadores de menor potência, mas não inferior a 1 MVA, se:

• o corte de corrente não atende aos requisitos de sensibilidade e a proteção de corrente máxima tem um atraso superior a 0,5 s;
• O transformador está instalado em uma área propensa a terremotos.

2. Corte de corrente sem retardo, instalado no lado da alimentação e cobrindo parte do enrolamento do transformador, caso não seja fornecida proteção diferencial.

As proteções especificadas devem atuar para desligar todas as chaves do transformador.

3.2.55. A proteção de corrente diferencial longitudinal deve ser realizada usando relés de corrente especiais, projetados para proteger contra surtos de corrente magnetizante, correntes de desequilíbrio transitórias e estacionárias (por exemplo, transformadores de corrente saturáveis, enrolamentos de freio).

Em transformadores com potência de até 25 MVA, é permitida a realização de proteção com relés de corrente, ajustados para a corrente de operação contra surtos de corrente magnetizante e valores transitórios de correntes de desequilíbrio (corte diferencial), desde que a sensibilidade necessária seja garantida.

A proteção diferencial longitudinal deve ser projetada de modo que sua área de cobertura inclua as conexões do transformador com os barramentos.

É permitida a utilização de transformadores de corrente embutidos no transformador para proteção diferencial se houver proteção que garanta o desligamento (com a velocidade necessária) de curtos-circuitos nas conexões do transformador com os barramentos.

Se um reator for instalado no circuito de baixa tensão do transformador e a proteção do transformador não fornecer os requisitos de sensibilidade para um curto-circuito atrás do reator, é permitido instalar transformadores de corrente na lateral dos terminais de baixa tensão do reator. transformador para proteger o reator.

3.2.56. A proteção diferencial e de gás de transformadores, autotransformadores e reatores shunt não deve receber as funções de sensores de partida de instalações de extinção de incêndio. O circuito de extinção de incêndio destes elementos deve ser acionado a partir de um dispositivo especial de detecção de incêndio.

3.2.57. O dispositivo de monitoramento do isolamento de entrada de 500 kV (IMC) deve ser projetado para atuar sobre um sinal no caso de quebra parcial do isolamento de entrada, o que não requer desligamento imediato, e para desligar quando o isolamento de entrada estiver danificado (antes de um ocorre a quebra completa do isolamento).

Deve ser previsto um bloqueio para evitar falsos disparos do dispositivo KIV em caso de interrupções nos circuitos que ligam o KIV aos terminais.

3.2.58. Nos casos em que os transformadores (exceto os intra-shop) são conectados a linhas sem interruptores (por exemplo, de acordo com um diagrama de blocos do transformador de linha), uma das seguintes medidas deve ser fornecida para desconectar falhas no transformador:

1. Instalação de curto-circuito para curto-circuito artificial à terra de uma fase (para rede com neutro solidamente aterrado) ou duas fases entre si (para rede com neutro isolado) e, se necessário, um separador que desliga automaticamente durante um período de tempo morto da linha de religamento automático. O contator de curto deve ser instalado fora da zona de proteção diferencial do transformador.

2. Instalação de fusíveis abertos no lado de alta tensão do transformador abaixador, desempenhando as funções de curto-circuito e separador, em combinação com religamento automático da linha.

3. Transmitir um sinal de disparo para o comutador (ou comutadores) de linha; neste caso, se necessário, é instalado um separador; Para reservar a transmissão do sinal de desligamento é possível instalar um curto-circuito.

Ao decidir se deve ser utilizada a transmissão de um sinal de desligamento em vez das medidas previstas nos parágrafos 1 e 2, deve-se levar em consideração o seguinte:

• responsabilidade da linha e a permissibilidade de criação artificial de um curto-circuito metálico nela;
• potência do transformador e tempo admissível de eliminação de danos nele;
• a distância da subestação ao terminal de alimentação da linha e a capacidade do disjuntor de desconectar curtos-circuitos não remotos;
• a natureza do consumidor em termos da velocidade necessária de restauração da tensão;
• probabilidade de falhas de curto-circuito em baixas temperaturas e gelo.

4. Instalação de fusíveis no lado de alta tensão do transformador abaixador.

As medidas dos parágrafos 1-4 não podem ser previstas para unidades transformadoras de linha, se com alimentação bilateral o transformador estiver protegido pela proteção geral da unidade (alta frequência ou diferencial longitudinal para fins especiais), bem como com uma potência de transformador de 25 MVA ou menos com fonte de alimentação unidirecional, se a proteção da linha de alimentação também fornecer proteção para o transformador (a proteção de linha rápida protege parcialmente o transformador e a proteção de linha de backup com um tempo não superior a 1 s protege o transformador inteiro); neste caso, a proteção do gás é realizada com a ação do elemento seccionador apenas sobre o sinal.

No caso de aplicação das medidas dos parágrafos 1 ou 3, deverá ser instalado no transformador:

• se houver transformadores de corrente embutidos no lado de maior tensão do transformador (110 kV e acima) - proteção conforme 3.2.53, 3.2.54, 3.2.59 e 3.2.60;
• na ausência de transformadores de corrente embutidos - proteção diferencial (conforme 3.2.54) ou sobrecorrente, realizada por meio de transformadores de corrente aéreos ou magnéticos, e proteção a gás conforme 3.2.53.

Danos aos terminais de alta tensão dos transformadores podem ser eliminados pela proteção da linha.

Em alguns casos, na ausência de transformadores de corrente integrados, o uso de transformadores de corrente remotos é permitido se as características de proteção exigidas não forem fornecidas ao usar transformadores de corrente aéreos ou magnéticos.

Para proteção de transformadores com tensão superior a 35 kV, no caso de aplicação da medida do n.º 1, devem ser previstos transformadores de corrente remotos; neste caso, a viabilidade de instalação de curto-circuito e transformadores de corrente remotos ou de disjuntor com transformadores de corrente incorporados deverá ser justificada por cálculo técnico e econômico.

Se forem utilizados fusíveis abertos (ver parágrafo 2), então para aumentar a sensibilidade, a ação da proteção do gás pode ser realizada realizando mecanicamente um curto-circuito artificial nos insertos.

Se as cargas dos transformadores da subestação contiverem motores elétricos síncronos, devem ser tomadas medidas para evitar que o separador desconecte (durante um curto-circuito em um dos transformadores) a corrente dos motores elétricos síncronos que passam pelos outros transformadores.

3.2.59. Em transformadores com potência igual ou superior a 1 MV A, deve ser fornecida a seguinte proteção com ação de desligamento como proteção contra correntes nos enrolamentos causadas por curtos-circuitos multifásicos externos:

1. Em transformadores elevadores com alimentação bilateral - proteção de corrente de seqüência negativa contra curtos-circuitos assimétricos e proteção de corrente máxima com irrupção de tensão mínima contra curtos-circuitos simétricos ou proteção de corrente máxima com irrupção de tensão combinada (ver 3.2.43).

2. Em transformadores abaixadores - proteção de corrente máxima com ou sem partida com tensão combinada; em potentes transformadores abaixadores com alimentação bilateral, é possível utilizar proteção de corrente de seqüência negativa contra curtos-circuitos assimétricos e proteção de corrente máxima com irrupção de tensão mínima contra curtos-circuitos simétricos.

Ao escolher a corrente de operação da proteção de corrente máxima, é necessário levar em consideração possíveis correntes de sobrecarga ao desconectar transformadores de operação paralela e a corrente de partida automática de motores elétricos alimentados por transformadores.

Em autotransformadores redutores de 330 kV e superiores, deve ser fornecida proteção de distância para operação durante curtos-circuitos multifásicos externos nos casos em que isso seja necessário para garantir backup de longo alcance ou coordenação de proteção de tensões adjacentes; nestes casos, a proteção especificada pode ser instalada em autotransformadores de 220 kV.

3.2.60. Em transformadores com potência inferior a 1 MVA (elevadores e redutores), como proteção contra correntes causadas por curtos-circuitos multifásicos externos, deve ser fornecida proteção máxima de corrente para disparo.

3.2.61. Deve ser instalada proteção contra correntes causadas por curtos-circuitos multifásicos externos:

1) em transformadores de dois enrolamentos - do lado da fonte de alimentação principal;

2) em transformadores multienrolamento conectados por três ou mais chaves - em todos os lados do transformador; é permitido não instalar proteção em um lado do transformador, mas realizá-la no lado da fonte de alimentação principal, para que desligue as chaves com menor retardo do lado onde não há proteção;

3) em um transformador abaixador de dois enrolamentos alimentando seções operacionais separadas - no lado da alimentação e no lado de cada seção;

4) ao usar transformadores de corrente aéreos no lado de alta tensão - no lado de baixa tensão em um transformador de dois enrolamentos e no lado de baixa e média tensão em um transformador de três enrolamentos.

É permitido fornecer proteção contra correntes causadas por curtos-circuitos multifásicos externos apenas para redundância de proteção de elementos adjacentes e não prever ação em caso de falha das proteções principais do transformador, se a implementação de tal ação levar a uma complicação significativa da proteção.

Ao realizar proteção contra correntes causadas por curtos-circuitos multifásicos externos, conforme 3.2.59, cláusula 2, a necessidade e possibilidade de complementá-la com um corte de corrente, projetado para desconectar curtos-circuitos em barramentos de média e baixa tensão com menor retardo ( com base no nível de correntes) também deve ser considerado curto-circuito, presença de proteção de barramento separada, possibilidade de coordenação com a proteção de elementos de saída).

3.2.62. Se a proteção dos transformadores elevadores contra correntes causadas por curtos-circuitos multifásicos externos não fornece a sensibilidade e seletividade necessárias, então para proteger o transformador é possível utilizar um relé de corrente para a proteção correspondente dos geradores.

3.2.63. Nos transformadores elevadores com potência igual ou superior a 1 MVA, nos transformadores com alimentação bi e tripartida e nos autotransformadores, sujeita à necessidade de reservar o desligamento de faltas à terra em elementos adjacentes, e nos autotransformadores, adicionalmente , para garantir a seletividade da proteção contra faltas à terra No terra de redes de diferentes tensões, deve ser fornecida proteção de corrente de seqüência zero contra faltas externas à terra, instalada no lado do enrolamento conectado à rede com grandes correntes de falta à terra.

Se houver uma parte dos transformadores (entre aqueles com isolamento incompleto do enrolamento no lado do terminal neutro) com neutro isolado, deve-se garantir que o modo inaceitável do neutro desses transformadores seja evitado de acordo com 3.2.28. XNUMX. Para tanto, nos casos em que transformadores com neutro aterrado e isolado, alimentados pelos lados de baixa tensão, sejam instalados em uma usina ou subestação, deverá ser fornecida proteção para garantir a desconexão do transformador com neutro isolado ou seu aterramento automático antes desconectar transformadores com neutro aterrado operando nas mesmas barras ou seção da rede.

3.2.64. Nos autotransformadores (transformadores multienrolamentos) com alimentação por vários lados, a proteção contra correntes causadas por curtos-circuitos externos deve ser direcional, caso isso seja exigido pelas condições de seletividade.

3.2.65. Nos autotransformadores de subestações de 220-500 kV, unidades gerador-transformadoras de 330-500 kV e autotransformadores de comunicação de usinas de 220-500 kV, deve ser possível acelerar rapidamente a proteção contra correntes causadas por curto-circuitos externos, quando a proteção diferencial de barramentos ou barramentos que fornecem desligamento são desativados danos em elementos deixados sem proteção de ação rápida com um atraso de cerca de 0,5 s.

3.2.66. Em transformadores abaixadores e unidades de linha de transformador com tensão mais alta de até 35 kV e conexão estrela do enrolamento de baixa tensão com neutro aterrado, deve ser fornecida proteção contra faltas à terra monofásicas na rede de baixa tensão usando:

1) proteção máxima de corrente contra curto-circuitos externos, instalada no lado de alta tensão e, se exigido pelas condições de sensibilidade, em projeto de três relés;

2) disjuntores ou fusíveis nos terminais de baixa tensão;

3) proteção especial de sequência zero instalada no fio neutro do transformador (se a sensibilidade da proteção conforme cláusulas 1 e 2 for insuficiente).

Para instalações elétricas industriais, se o conjunto do lado de baixa tensão com dispositivos de proteção de conexão estiver localizado próximo ao transformador (até 30 m) ou a conexão entre o transformador e o conjunto for feita com cabos trifásicos, a proteção de acordo com a cláusula 3 não pode ser usado.

Ao aplicar a proteção conforme cláusula 3, é permitido não coordená-la com a proteção dos elementos que se estendem da montagem no lado de baixa tensão.

Para o circuito do transformador de linha, no caso de aplicação da proteção conforme cláusula 3, é permitido não instalar um cabo de controle especial para garantir o efeito desta proteção no disjuntor do lado de alta tensão e realizá-lo no o disjuntor instalado no lado de baixa tensão.

Os requisitos deste parágrafo também se aplicam à proteção destes transformadores por fusíveis instalados no lado de alta tensão.

3.2.67. No lado de baixa tensão dos transformadores abaixadores com tensão mais alta de 3-10 kV, devem ser instalados conjuntos de alimentação com conexões protegidas por fusíveis, fusível principal ou disjuntor.

Se os fusíveis nas conexões de baixa tensão e os fusíveis (ou proteção do relé) no lado de alta tensão forem mantidos e operados pelo mesmo pessoal (por exemplo, apenas pessoal da concessionária ou apenas pessoal do cliente), então o fusível principal ou disjuntor ligado o lado de baixa tensão do transformador não pode ser instalado.

3.2.68. A proteção contra faltas à terra monofásicas de acordo com 3.2.51, cláusula 8, deve ser realizada de acordo com 3.2.97.

3.2.69. Em transformadores com potência igual ou superior a 0,4 MVA, dependendo da probabilidade e do valor de uma possível sobrecarga, deve ser fornecida proteção máxima de corrente contra correntes causadas por sobrecarga que afetem o sinal.

Para subestações sem plantão constante de pessoal, é permitido prever o efeito desta proteção no descarregamento ou desligamento automático (caso seja impossível eliminar a sobrecarga por outros meios).

3.2.70. Se houver um transformador adicional separado no lado neutro do transformador para regular a tensão sob carga, é necessário fornecer a seguinte proteção além daquelas especificadas em 3.2.51 - 3.2.57, 3.2.59, 3.2.63 :

• proteção de gás do transformador adicional;
• proteção de corrente máxima com frenagem durante curtos-circuitos externos contra danos no enrolamento primário do transformador adicional, exceto nos casos em que este enrolamento esteja incluído na área de cobertura da proteção de corrente diferencial dos circuitos do lado de baixa tensão do autotransformador ;
• proteção diferencial, que cobre o enrolamento secundário do transformador adicional.

3.2.71. A proteção do transformador linear adicional instalado no lado de baixa tensão do autotransformador deve ser realizada:

• proteção a gás do próprio transformador adicional e proteção do dispositivo contator do comutador de derivação em carga, que pode ser realizada por meio de um pressostato ou de um relé de gás separado;
• proteção de corrente diferencial dos circuitos laterais de baixa tensão do autotransformador.

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