Como equipo clave en el sistema eléctrico, la confiabilidad operativa del transformador está directamente relacionada con la seguridad y estabilidad de la red eléctrica. Sin embargo, el transformador puede enfrentar varios riesgos de fallas, como cortocircuitos internos, sobrecargas, rayos y envejecimiento del aislamiento durante el funcionamiento-a largo plazo. Para encontrar y eliminar fallas a tiempo y garantizar la seguridad personal y del equipo, el transformador deberá estar equipado con un conjunto completo de sistemas de protección. El sistema está compuesto por múltiples dispositivos de protección que monitorean el estado de funcionamiento del transformador desde diferentes ángulos. Una vez que se detecta una anomalía, se activará una alarma o se cortará automáticamente el suministro de energía. El equipo de protección del transformador generalmente se puede dividir en dos categorías: uno es el equipo de protección de cantidad eléctrica no-instalado directamente en el cuerpo del transformador, y el otro es el equipo de protección de cantidad eléctrica instalado en el gabinete de distribución o panel de control.
La protección de cantidad no-eléctrica es la línea de defensa más directa y confiable del transformador. Puede juzgar la falla monitoreando el cambio de cantidad física dentro del transformador. El criterio para este tipo de protección no es la corriente ni el voltaje, sino cantidades no-eléctricas, como la velocidad, la temperatura y la presión del aceite, por lo que se denomina protección de cantidades no-eléctricas. Entre ellas, la protección del gas es la más importante de todas las protecciones no eléctricas, conocida como la protección principal de fallas internas del transformador. El elemento central de la protección de gas es el relé de gas, que normalmente se instala en el tubo de conexión entre el tanque del transformador y el conservador de aceite. Cuando ocurre una falla leve en el transformador, el gas generado por la descomposición del aceite del transformador debido al calentamiento se acumula en el relé y se realiza el contacto del gas ligero para dar una señal de alarma; Cuando ocurre una falla grave, una gran cantidad de flujo de gas y aceite se precipita hacia el conservador de aceite a alta velocidad, y el contacto pesado del gas actúa para activar directamente el disyuntor para que se dispare y retire el transformador de la red eléctrica. El valor único de la protección de gas es que puede detectar fallas tempranas que son difíciles de detectar mediante la protección de cantidad eléctrica, como cortocircuitos menores entre espiras o sobrecalentamiento local del núcleo de hierro, y estas fallas reflejan cambios muy débiles en la corriente del lado primario antes de que se conviertan en cortocircuitos graves, por lo que los dispositivos de protección de cantidad eléctrica, como la protección diferencial, pueden no responder a tiempo. Generalmente se requiere un relé de gas para transformadores sumergidos en aceite-con una capacidad nominal de 800 kVA y superior según los estándares técnicos de China.
Además de la protección del gas, la protección de la presión, la protección de la temperatura y la protección del nivel de aceite también son componentes importantes en el sistema de protección no eléctrica. La protección de presión toma como actuador la válvula limitadora de presión o el relé de presión. En caso de una falla grave dentro del transformador, el arco eléctrico vaporizará rápidamente el aceite del transformador y la presión dentro del tanque de aceite aumentará bruscamente. La válvula de alivio de presión se abrirá automáticamente cuando la presión exceda el valor establecido para liberar la mezcla de gas-aceite-a alta presión y evitar que el tanque de aceite explote; El relé de presión activará directamente la señal de disparo cuando se sienta el impacto de la presión. La protección de la temperatura se realiza mediante el termómetro de aceite y el termómetro de devanado instalados en el transformador. La temperatura del nivel de aceite se puede medir directamente, mientras que la temperatura del devanado generalmente se obtiene indirectamente mediante la resistencia de calentamiento del termómetro de suministro de corriente secundario del transformador de corriente del aislador. Cuando la temperatura del aceite o la temperatura del devanado excede el límite especificado, el termómetro conecta el contacto y envía una señal de alarma. Cabe señalar que para evitar disparos falsos debido a una medición anormal de la temperatura, generalmente se especifica que el contacto del controlador de temperatura no esté conectado directamente al circuito de disparo, sino que solo se use como alarma. La protección del nivel de aceite es responsable de monitorear el cambio del nivel de aceite aislante en el tanque de aceite. Cuando el nivel de aceite del transformador es demasiado bajo debido a una fuga de aceite o una fuga de aceite, se enviará una señal de alarma para solicitar al personal de operación y mantenimiento que complemente o maneje el punto de fuga a tiempo. En transformadores grandes, la protección de parada total del refrigerador también es una importante función de protección no-eléctrica - cuando el sistema de enfriamiento está completamente apagado, la temperatura del transformador continuará aumentando, el dispositivo de protección enviará una señal de alarma y el transformador se apagará después de un retraso para evitar daños en el aislamiento debido al sobrecalentamiento.
Correspondiente a la protección del cuerpo, se trata de una serie de equipos de protección eléctrica instalados en el exterior del transformador, que protegen el transformador en el circuito eléctrico. En el lado de alta tensión, el descargador es la primera barrera para evitar la sobretensión del rayo y la sobretensión de conmutación. Los pararrayos se conectan en paralelo en ambos extremos del equipo protegido, presentando alta impedancia en funcionamiento normal. Cuando se produce una onda de rayo o una sobretensión operativa, se encienden rápidamente para liberar energía de sobretensión a tierra, a fin de limitar la tensión aplicada al aislamiento del transformador dentro de un rango seguro. El pararrayos se seleccionará de acuerdo con el modo de puesta a tierra del sistema y la clase de voltaje para determinar el voltaje nominal y la corriente de descarga y otros parámetros. El fusible es otro tipo de elemento común de protección lateral de alto voltaje-. Cuando el transformador tiene una falla de cortocircuito, la masa fundida se fusionará rápidamente bajo el efecto térmico de la corriente de falla para cortar el circuito de falla. En el sistema de distribución de energía de 10 kV, cuando se adopta un interruptor de carga para el interruptor lateral de alta tensión, generalmente se adopta el modo de protección combinado de "fusible más interruptor de carga". La corriente nominal de la masa fundida generalmente se selecciona multiplicando la corriente máxima de trabajo del transformador por un cierto factor. En el lado de baja tensión, el disyuntor de aire y el protector de fugas realizan las tareas de distribución de energía y protección contra sobrecorriente.
Para transformadores de potencia medianos y grandes, se requiere un sistema de protección de relés más completo, en el que la protección diferencial sea la protección principal más utilizada y más sensible. La protección diferencial se basa en la ley actual de Kirchhoff y puede juzgar si hay falla dentro del transformador comparando la magnitud y fase de la corriente medida por el transformador de corriente en el lado primario y secundario del transformador. Durante el funcionamiento normal o una falla externa, las corrientes en ambos lados se compensan entre sí y casi no hay corriente en el circuito diferencial; Cuando se produce un cortocircuito entre fases o un cortocircuito grave entre vueltas en el transformador, la corriente en ambos lados ya no está equilibrada y el relé diferencial actúa para retirar rápidamente el transformador. Para evitar el mal funcionamiento de la protección diferencial causado por la corriente de entrada de excitación, el dispositivo de protección diferencial de microcomputadora moderno generalmente adopta el principio de bloqueo del segundo armónico para su identificación. Además de la protección diferencial, las protecciones de respaldo, como la protección contra sobrecorriente, la protección de secuencia cero, la protección contra sobrecarga y la protección contra sobretensión, a menudo se configuran en el dispositivo de protección del transformador para formar un sistema de protección multi-nivel. El moderno dispositivo de protección de transformadores se ha convertido en un dispositivo de protección integrado por microcomputadora que integra protección, monitoreo, control, comunicación y otras funciones. Hay docenas de programas de protección estándar integrados, a los que se puede acceder al sistema de automatización integrado de la subestación a través del módulo de comunicación para realizar monitoreo remoto y operación desatendida.
En el comercio de exportación, los equipos de protección de transformadores también deben cumplir con las normas técnicas aplicables al mercado objetivo. La norma IEC 60076-22-1 emitida por la Comisión Electrotécnica Internacional especifica especialmente regulaciones técnicas para dispositivos de protección de transformadores de potencia y reactores, cubriendo requisitos de rendimiento y métodos de prueba para diversos elementos de protección no eléctricos, como relés de gas, válvulas de alivio de presión, medidores de nivel de aceite y controladores de temperatura. Además, las normas de la serie IEC 60255 son aplicables a relés de medición y equipos de protección. Los productos que ingresen al mercado norteamericano deberán cumplir con las regulaciones pertinentes del sistema estándar IEEE y ANSI; Los productos que ingresan al mercado de la UE deben cumplir con los requisitos de la certificación CE y la directiva de diseño ecológico. La comprensión y el cumplimiento de estos estándares es la premisa básica para garantizar una exportación fluida de equipos de protección de transformadores y un funcionamiento seguro y confiable en redes eléctricas extranjeras.
