Transformadores de tensión de medida en circuitos para protección y automatización de relés
Este artículo describe cómo las corrientes de grandes cantidades de equipos de potencia de alto voltaje se modelan con alta precisión para un uso seguro en circuitos de protección de relés. Transformadores de corriente de medida en circuitos para protección y automatización de relés.
También describe cómo convertir voltajes en decenas y cientos de kilovoltios para controlar la operación de dispositivos de protección y automatización de relés con base en dos principios:
1. transformación de electricidad;
2. separación capacitiva.
El primer método permite una visualización más precisa de los vectores de las cantidades primarias y, por lo tanto, está muy extendido. El segundo método se utiliza para monitorear una fase específica del voltaje de la red de 110 kV en las barras de derivación y en algunos otros casos. Pero en los últimos años ha encontrado cada vez más aplicación.
Cómo se fabrican y operan los transformadores de voltaje para instrumentos
La principal diferencia fundamental entre la medición de transformadores de tensión (VT) de transformadores de corriente (TC) es que, como todos los modelos de fuente de alimentación, están diseñados para un funcionamiento normal sin cortocircuitar el devanado secundario.
Al mismo tiempo, si los transformadores de potencia están diseñados para transmitir la potencia transportada con pérdidas mínimas, los transformadores de tensión de medida están diseñados con el objetivo de repetir con alta precisión en la escala de los vectores de tensión primaria.
Principios de funcionamiento y dispositivos.
El diseño de un transformador de tensión, similar a un transformador de corriente, se puede representar mediante un circuito magnético con dos bobinas enrolladas a su alrededor:
-
primario;
-
segundo.
Se seleccionan grados especiales de acero para el circuito magnético, así como el metal de sus devanados y capa de aislamiento, para la conversión de voltaje más precisa con las pérdidas más bajas. El número de vueltas de los devanados primario y secundario se calcula de modo que el valor nominal de la tensión línea a línea de alta tensión aplicada al devanado primario siempre se reproduzca como un valor secundario de 100 voltios con la misma dirección del vector para el sistemas con neutro a tierra.
Si el circuito de transmisión de energía primaria está diseñado con un neutro aislado, habrá 100 / √3 voltios en la salida de la bobina de medición.
Para crear diferentes métodos de simulación de voltajes primarios en el circuito magnético, no se puede ubicar uno, sino varios devanados secundarios.
Circuitos de conmutación de TT
Los transformadores de medida se utilizan para medir magnitudes primarias lineales y/o de fase. Para ello, las bobinas de potencia incluyen entre:
-
conductores de línea para controlar voltajes de línea;
-
bus o cable y tierra para tomar el valor de fase.
Un importante elemento de protección de los transformadores de tensión de medida es la puesta a tierra de su carcasa y del devanado secundario. Se debe tener precaución porque cuando el aislamiento del devanado primario se rompe en la caja o en los circuitos secundarios, aparecerá en ellos el potencial de altos voltajes, que pueden lesionar a las personas y quemar los equipos.
La puesta a tierra deliberada de la carcasa y un devanado secundario lleva este potencial peligroso a tierra, lo que evita que el accidente siga desarrollándose.
1. Equipo eléctrico
En la foto se muestra un ejemplo de conexión de un transformador para medir voltaje en una red de 110 kilovoltios.
Se destaca aquí que el cable de alimentación de cada fase está conectado por un ramal al terminal del devanado primario de su transformador, ubicado sobre un soporte común de hormigón armado puesto a tierra, elevado a una altura segura para el personal eléctrico.
El cuerpo de cada VT de medición con la segunda terminal del devanado primario se conecta a tierra directamente en esta plataforma.
Las salidas de los devanados secundarios se ensamblan en una caja de terminales ubicada en la parte inferior de cada VT. Están conectados a los conductores de los cables recogidos en una caja de distribución eléctrica ubicada cerca a una altura conveniente para el servicio desde el suelo.
No solo conmuta el circuito, sino que también instala interruptores automáticos en los circuitos de voltaje secundario e interruptores o bloques para realizar la conmutación operativa y realizar el mantenimiento seguro de los equipos.
Las barras colectoras de tensión recopiladas aquí se alimentan a los dispositivos de protección y automatización de relés con un cable de alimentación especial, que está sujeto a mayores requisitos para reducir las pérdidas de tensión. Este parámetro muy importante de los circuitos de medición se cubre en un artículo separado aquí: Pérdida y caída de voltaje
Las rutas de cables para medir VT también están protegidas por cajas de metal o losas de hormigón armado contra daños mecánicos accidentales, al igual que CT.
En la foto a continuación se muestra otra opción para conectar un transformador de medición de voltaje del tipo NAMI, ubicado en una celda de red de 10 kV.
El transformador de tensión del lado de alta tensión está protegido por fusibles de vidrio en cada fase y puede separarse del actuador manual del circuito de alimentación para realizar comprobaciones de rendimiento.
Cada fase de la red primaria está conectada a la entrada correspondiente del devanado de suministro. Los conductores de los circuitos secundarios salen con un cable separado al bloque de terminales.
2. Devanados secundarios y sus circuitos.
A continuación se muestra un diagrama simple para conectar un transformador a la tensión de red del circuito de alimentación.
Este diseño se puede encontrar en circuitos de hasta 10 kV inclusive. Está protegido en cada lado por fusibles de la potencia adecuada.
En una red de 110 kV, dicho transformador de voltaje se puede instalar en una fase del sistema de bus de derivación para proporcionar un control síncrono de los circuitos de conexión conectados y SNR.
En el lado secundario, se utilizan dos devanados: el principal y el adicional, que aseguran la implementación del modo síncrono cuando los interruptores automáticos son controlados por la placa de bloque.
Para conectar el transformador de tensión a dos fases del sistema de bus de derivación cuando se controlan los interruptores automáticos desde la placa principal, se utiliza el siguiente esquema.
Aquí, el vector «uk» se suma al vector secundario «kf» formado por el esquema anterior.
El siguiente esquema se denomina «triángulo abierto» o estrella incompleta.
Permite simular un sistema de tensiones bifásicas o trifásicas.
La conexión de tres transformadores de voltaje de acuerdo con el esquema de estrella completo tiene las mayores posibilidades. En este caso, puede obtener tanto voltajes de fase como de línea en los circuitos secundarios.
Debido a esta posibilidad, esta opción se utiliza en todas las subestaciones críticas, y los circuitos secundarios para dichos TT se crean con dos tipos de devanados incluidos según el circuito en estrella y triángulo.
Los esquemas dados para encender las bobinas son los más típicos y están lejos de ser los únicos. Los transformadores de medida modernos tienen diferentes capacidades y se han realizado ciertos ajustes en el esquema de diseño y conexión de los mismos.
Clases de precisión de los transformadores de medida de tensión
Para determinar los errores en las medidas metrológicas, los TT se guían por un circuito equivalente y un diagrama vectorial.
Este método técnico bastante complejo permite determinar los errores de cada medición de TT en términos de amplitud y ángulo de desviación de la tensión secundaria del primario y determinar la clase de precisión para cada transformador ensayado.
Todos los parámetros se miden a cargas nominales en los circuitos secundarios para los que se crea el TT. Si se exceden durante la operación o inspección, entonces el error excederá el valor del valor nominal.
Los transformadores de tensión de medida tienen 4 clases de precisión.
Clases de precisión de los transformadores de medida de tensión
Clases de precisión de medición de VT Límites máximos para errores permisibles FU,% δU, min 3 3.0 no definido 1 1.0 40 0.5 0.5 20 0.2 0.2 10
La Clase No. 3 se utiliza en modelos que operan en dispositivos de protección y automatización de relés que no requieren alta precisión, por ejemplo, para disparar elementos de alarma por la ocurrencia de modos de falla en circuitos de potencia.
La precisión más alta de 0,2 se logra con instrumentos utilizados para mediciones críticas de alta precisión al configurar dispositivos complejos, realizar pruebas de aceptación, configurar el control automático de frecuencia y trabajos similares. Los TT con clases de precisión 0.5 y 1.0 se instalan con mayor frecuencia en equipos de alto voltaje para la transferencia de voltaje secundario a tableros de distribución, medidores de control y regulación, conjuntos de relés de enclavamientos, protecciones y sincronización de circuitos.
Método de consumo de voltaje capacitivo
El principio de este método consiste en la liberación de tensión inversamente proporcional en un circuito de placas de condensadores de diferentes capacidades conectadas en serie.
Luego de calcular y seleccionar los valores nominales de los capacitores conectados en serie con la tensión de barra o fase de línea Uph1, es posible obtener en el capacitor final C3 el valor secundario Uph2, el cual es extraído directamente del contenedor o a través de un dispositivo transformador conectado a facilitar los ajustes con número de bobinas ajustable.
Características de rendimiento de los transformadores de tensión de medida y sus circuitos secundarios.
Requerimientos de instalación
Por razones de seguridad, todos los circuitos secundarios de TT deben estar protegidos. disyuntores automáticos tipo AP-50 y conectado a tierra con un cable de cobre con una sección transversal de al menos 4 mm2.
Si se utiliza un sistema de doble bus en la subestación, los circuitos de cada transformador de medición deben conectarse a través del circuito de relé de los repetidores de la posición del seccionador, lo que excluye el suministro simultáneo de voltaje a un dispositivo de protección de relé desde diferentes VT.
Todos los circuitos secundarios desde el nodo terminal VT hasta los dispositivos de protección y automatización del relé deben realizarse con un cable de alimentación para que la suma de las corrientes de todos los núcleos sea igual a cero. A tal efecto, queda prohibido:
-
separe las barras colectoras «B» y «K» y combínelas para una puesta a tierra conjunta;
-
conecte el bus "B" a los dispositivos de sincronización a través de contactos de interruptores, interruptores, relés;
-
conmutar el bus «B» de los contadores con los contactos RPR.
Conmutación operativa
Todo el trabajo con equipos operativos es realizado por personal especialmente capacitado bajo la supervisión de funcionarios y de acuerdo con los formularios de conmutación. Para ello, se instalan disyuntores, fusibles e interruptores automáticos en los circuitos del transformador de tensión.
Cuando se ponga fuera de servicio una determinada sección de los circuitos de tensión, se deberá indicar el método de verificación de la medida adoptada.
Mantenimiento periódico
Durante la operación, los circuitos primario y secundario de los transformadores están sujetos a varios períodos de inspección, que están ligados al tiempo transcurrido desde que el dispositivo se puso en funcionamiento e incluyen un alcance diferente de mediciones eléctricas y limpieza del equipo por parte de personal de reparación especialmente capacitado. .
El principal mal funcionamiento que puede ocurrir en los circuitos de tensión durante su funcionamiento es la aparición de corrientes de cortocircuito entre los devanados. En la mayoría de los casos, esto sucede cuando los electricistas no trabajan con cuidado en los circuitos de voltaje existentes.
En caso de un cortocircuito accidental de los devanados, los interruptores de protección ubicados en la caja de terminales del VT de medición se apagan y los circuitos de voltaje que alimentan los relés de potencia, conjuntos de enclavamientos, sincronismo, protecciones de distancia y otros dispositivos desaparecen.
En este caso, es posible la activación falsa de las protecciones existentes o el mal funcionamiento de su funcionamiento en caso de fallas en el bucle primario. Dichos cortocircuitos no solo deben eliminarse rápidamente, sino que también deben incluir todos los dispositivos desactivados automáticamente.
Los transformadores de medida de corriente y tensión son obligatorios en toda subestación eléctrica. Son necesarios para el funcionamiento fiable de los dispositivos de protección y automatización de relés.