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- - Transformadores Transformadores Transformadores Transformadores - - Transformadores Conceitos Constituição Tipos e ligações Refrigeração Autotransformador Modelo elétrico Acessórios Princípio de funcionamento Equações vetoriais Sumário Polaridade e defasamento angular Proteção 3º Harmônico Equipamentos de Usinas e subestações Módulo Transformadores - - Transformadores Equipamentos de Usinas e subestações Módulo Transformadores Assunto: Proteção - - Transformadores Proteção de Transformadores - - Transformadores Sumário Proteção de transformadores Introdução Proteção contra Sobre cargas Proteção contra Sob recorrente Proteção contra Sobre temperatura Proteção por meio de Relés de pressão e/ou de gás Proteção contra Falta de óleo Dispositivo de Alívio de pressão Proteção Diferencial - - Transformadores O transformador é o equipamento que apresenta maior segurança de serviço. Pode estar sujeito aos seguintes tipos de defeitos: Curto-circuito entre espiras Curto-circuito entre enrolamentos Sobre aquecimento Circuito aberto (sem proteção específica) Introdução Proteção - - Transformadores Basicamente a proteção para os defeitos que podem ocorrer em transformadores é feita através de: Proteção diferencial Relé Buchholz Relé “J” Relés Térmicos Relés de sobre corrente. Introdução Proteção - - Transformadores A política de sobre carga adotada por Furnas, protege o transformador contra sobrecarga e também contra curto- circuitos. Critérios gerais para sobre cargas, adotados por Furnas; Não admitir sobre carga contínua nos transformadores durante os meses de setembro a abril Admitir uma sobre carga contínua de até 10% nos transformadores durante os meses de maio a agosto (região sudeste) Proteção contra sobre cargas - - Transformadores A política de sobre carga adotada por Furnas... Critérios gerais para sobre cargas, adotados por Furnas; Cargas programadas: permitem a utilização de valores reais da curva de carga Cargas não programadas - critérios adotados: Sobre cargas igual ou superior a 50%: desligamento automático em 20 segundos. Sobre cargas inferiores a 50%: utilizar todos os recursos operativos, visando trazer o transformador á sua condição nominal ou a 110% do valor nominal, caso seja inverno, e a temperatura ainda não tenha atingido o nível de alarme de advertência. Proteção contra Sobre cargas - - Transformadores A política de sobre carga adotada por Furnas... Critérios gerais para sobre cargas, adotados por Furnas; Esgotamento dos recursos operativos, sem eliminação completa da sobrecarga: pode ser tolerada até que opere o alarme de urgência de temperatura do enrolamento ou do óleo, quando, então, a carga deverá ser reduzida, solicitando-se redução de demanda. Implicação da não redução de carga : desligamento automático em 20 minutos. Risco de demora na redução de demanda: desligamento devido à inércia térmica. Proteção contra sobre cargas - - Transformadores Proteção contra sobre corrente Proteção contra sobre carga Relés de sobre corrente, de tempo definido Pick-up: 150% da corrente nominal; Tempo: 20 segundos Proteção contra sobre correntes elevadas Relés de sobre corrente de tempo inverso Pick-up: de 200% a 220% da corrente nominal Curva de tempo: tal que, para correntes da ordem de 300% a 330% da corrente nominal, o relé opera em 2 segundos ou menos. - - Transformadores Proteção contra sobre corrente Esquema e diagrama unifilar - - Transformadores Proteção contra sobre temperatura Utilizam relés térmicos ou indicadores de temperatura, para indicar os limites de temperatura do óleo ou enrolamentos. Relés - são ajustados em função de: Condições anteriores de carga Ciclo de carga que é submetido Condições de temperatura ambiente Sensores de sobre temperatura do óleo Utilizam o princípio da pressão hidrostática Com o aumento da temperatura, o mercúrio se expande no interior de um bulbo O mercúrio distende uma mola, que move um ponteiro. Este poderá acionar um contato, fazendo soar um alarme. - - Transformadores Ponteiro indicador Ponteiro de máxima (vermelho) Unidade indicadora Tubo capilar Sensor de temperatura Invólucro do sensor Conector de união Receptáculo Botão de resete do ponteiro de máxima Dispositivo de medição de temperatura Proteção contra sobre temperatura Indicador de temperatura de óleo - - Transformadores Exemplo de ajustes para transformadores de Furnas. Transformadores com termômetro de óleo tendo dois níveis de temperatura. Termômetro de Óleo Classe de Elevação de Temperatura 1o Nível - Alarme de Advertência 85ºC 85ºC 2o Nível - Alarme de Urgência e Desligamento após 20 minutos (se for o caso) 95ºC 95ºC 55ºC 65ºC Dispositivos de medição de temperatura Proteção contra sobre temperatura - - Transformadores Proteção contra sobre temperatura Utilizam relés térmicos ou indicadores de temperatura, para indicar os limites de temperatura do óleo ou enrolamentos. Sensores de sobre temperatura de enrolamento Deve-se medir o ponto mais quente do enrolamento Constante térmica do enrolamento – segundos Constante térmica do óleo – até em horas O método usual utilizado é através de uma resistência, alimentada por um TC (imagem térmica). - - Transformadores Dispositivos de medição de temperatura Proteção contra sobre temperatura Indicador de temperatura de enrolamento - - Transformadores Exemplo de ajustes para transformadores de Furnas. Transformadores com termômetro de óleo tendo três níveis de temperatura. Sensores de sobre temperatura de enrolamento Proteção contra sobre temperatura Dispositivo de Sobre temperatura Termômetro do enrolamento Classe de Elevação de Temperatura 55ºC 65ºC 1o nível – Partida ventiladores 80ºC 80ºC 85ºC 85ºC 3o nível – Alarme de advertência 95 ºC 105 ºC 4o nível – Alarme de urgência e desligamento em 20 min. (se for o caso) 110 ºC 120 ºC 2o nível – Partida das bombas de óleo ou 2o estágio de refrigeração - - Transformadores 2º Estágio de temperatura – parada das bombas 1º estágio de temperatura – parada dos ventiladores 1º Estágio de temperatura - partida de ventiladores 2º Estágio de temperatura - partida das bombas B B Convecção natural Ponteiro indicador de temperatura máxima Elevação de temperatura 55º Dispositivos de medição de temperatura Proteção contra sobre temperatura - - Transformadores Ventiladores Ventiladores Ventiladores Ventiladores Proteção contra sobre temperatura - - Transformadores B B Bombas Bombas Radiadores Bombas Bomba de óleo Indicador de funcionamento da bomba Bombas Proteção contra sobre temperatura - - Transformadores 1. Transformador de corrente 2. Tanque 3. Sensor 4. Unidade de ajuste 5. Indicador de temperatura 6. Caixa de comando 7. Cubículo de controle a distancia - sala de controle Dispositivos de medição de temperatura Proteção contra sobre temperatura - - Transformadores M Circuito de controle de partida automático de ventiladores Proteção contra sobre temperatura 440/220 ØA ØC OFF A A M OFF R R 63QF 4-1 4-2 86-T-Y 49T 49T 49T 49T 80ºC 80ºC 85ºC 85ºC 74 4-2 4-1 G Temp. ambiente + Elevação de temperatura 55º Temperatura ambiente 35º Circuito de partida de ventiladores 27 G - - Transformadores 4-2 Circuito de controle de partida automático de ventiladores Proteção contra sobre temperatura 4-1 52-1 52-2 52-3 TT TT TT V-2 B V-1 ØA ØC ØB Circuito de controle M OFF A 49T 80ºC 4-2 Ventiladores - Banco 1 Ventiladores - Banco 2 - - Transformadores M Circuito de controle de partida automático de bombas Proteção contra sobre temperatura 440/220 ØA ØC OFF A A M OFF R R 63QF 4-1 4-2 86-T-Y 49T 49T 49T 49T 80ºC 80ºC 85ºC 85ºC 74 4-2 4-1 G G Circuito de partida de bombas 27 - - Transformadores 4-2 Circuito de controle de partida automático de bombas Proteção contra sobre temperatura 4-1 52-1 52-2 52-3 TT TT TT V-2 B V-1 ØA ØC ØB Circuito de controle Ventiladores - Banco 1 Ventiladores - Banco 2 B Bombas A OFF 86-T-Y 49T 49T 85ºC 85ºC 4-1 - - Transformadores M Circuito de controle de partida manual de ventiladores Proteção contra sobre temperatura 440/220 ØA ØC OFF A A M OFF R R 63QF 4-1 4-2 86-T-Y 49T 49T 49T 49T 80ºC 80ºC 85ºC 85ºC 74 4-2 4-1 G Circuito de partida de ventiladores 27 G Clique na letra “M” - - Transformadores 4-2 Circuito de controle de partida manual de ventiladores Proteção contra sobre temperatura 4-1 52-1 52-2 52-3 TT TT TT V-2 B V-1 ØA ØC ØB Circuito de controle Ventiladores - Banco 1 Ventiladores - Banco 2 OFF A 49T 49T 80ºC 80ºC 4-2 M Clique na letra “M” - - Transformadores M Circuito de controle de partida manual de bombas Proteção contra sobre temperatura 440/220 ØA ØC OFF A A M OFF R R 63QF 4-1 4-2 86-T-Y 49T 49T 49T 49T 80ºC 80ºC 85ºC 85ºC 74 4-2 4-1 G G Circuito de partida de bombas 27 Clique na letra “M” - - Transformadores 4-2 Circuito de controle de partida manual de bombas Proteção contra sobre temperatura 4-1 52-1 52-2 52-3 TT TT TT V-2 B V-1 ØA ØC ØB Circuito de controle B Bombas Clique na letra “M” A M OFF 86-T-Y 49T 49T 85ºC 85ºC 4-1 - - Transformadores Medição de temperatura do óleo Medidor de temperatura de bulbo Tampa do tanque do transformador Tubo capilar Termômetro Câmara estanque com óleo isolante Bulbo Localização do sensor de temperatura – Bulbo Proteção contra sobre temperatura - - Transformadores Medição de temperatura do óleo Proteção contra sobre temperatura - - Transformadores Medição de temperatura do enrolamento – imagem térmica Dispositivo de imagem térmica com bulbo metálico e Transformador de corrente de ajuste Bulbo Imagem térmica Proteção contra sobre temperatura - - Transformadores Medição de temperatura do enrolamento – imagem térmica Dispositivo de imagem térmica com bulbo metálico e Resistor de corrente de ajuste Proteção contra sobre temperatura - - Transformadores Medição de temperatura do enrolamento – imagem térmica Termômetro do enrolamento 1º nível – partida dos ventiladores 2º nível – partida das bombas 3º nível – alarme de advertência 4º nível – alarme de urgência de desligamento em 20 minutos (se for o caso) Proteção contra sobre temperatura - - Transformadores Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Relé de pressão “J” - Localização - - Transformadores Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Relé de pressão “J” - Localização - - Transformadores Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Relé de pressão “J” O Relé de pressão “J” opera quando há aumento anormal na pressão do óleo no interior do transformador. Esta sobre pressão acontece devido à formação de arcos e/ou sobrecargas. O relé não percebendo lentas variações da pressão opera. - - Transformadores MICROCHAVE TOMADA PARA CABO PISTÃO COM CAVIDADE EQUALIZADORA VÁLVULA DE DESCOMPRESSÃO FOLE MOLA RELÉ DE PRESSÃO DE ÓLEO – Tem finalidade semelhante á do relé Buchholz. Diferencia na maneira de operação e procedência. Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Relé de pressão “J” - Constituição - - Transformadores Como funciona ? Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Relé de pressão “J” - A contração de um “fole” provoca o fechamento de um contato elétrico - - Transformadores Relé buchholz Relé buchholz Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Relé Buchholz - localização - - Transformadores Relé buchholz Relé buchholz Relé Buchholz Visor do Relé Buchholz Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Relé Buchholz - localização - - Transformadores Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Relé Buchholz O Relé Buchholz, pode ser analisado como uma combinação do relé “J” e o relé detector de gás. É utilizado em transformadores com tanque de expansão, protegendo contra falhas tais como: Formação de arcos Perda de isolamento entre as chapas do núcleo Alta resistência nas ligações - - Transformadores Montagem do relé no Transformador Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Relé Buchholz - - Transformadores Dispositivo para retirada de amostra de gás Dispositivo para teste Válvula para drenagem Válvula para saída de ar Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Relé Buchholz - - Transformadores Contato de mercúrio Contato de mercúrio Alarme Desligamento Para o tanque de compensação Circuito de alarme Circuito de desligamento (Trip) Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Relé Buchholz – ampolas de mercúrio - - Transformadores Desliga Fluxo Alarme Óleo isolante Funcionamento do relé em caso de operação normal. Bóias levantadas, contatos desoperados Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Relé Buchholz - bóias - - Transformadores Desliga Fluxo Alarme Óleo isolante Funcionamento do relé em caso de aparecimento de pequenos defeitos, tais como entrada ar, ou captura de gases. A bóia inferior levantada e contato aberto, a bóia superior abaixada e o seu contato fechado. Alarme. Alarme Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Relé Buchholz com bóias - circuito de alarme - - Transformadores Desliga Fluxo Alarme Óleo isolante Funcionamento do relé em caso de aparecimento de um grande defeito no equipamento, como um curto circuito com grande formação de gases e aumento do fluxo de óleo no relé proveniente do tanque para o conservador. As bóias estão abaixadas e os seus contatos fechados. Alarme e trip. Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Relé Buchholz com bóias – circuito de alarme e de trip - - Transformadores Fotografia do relé com de ampolas de mercúrio Posição armado Posição operado Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Relé Buchholz - - Transformadores B B Válvula de segurança Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Dispositivo de alívio de pressão - - Transformadores B B Válvula de segurança Válvula de alívio de sobre pressão Válvula de alívio Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Dispositivo de alívio de pressão - - Transformadores Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Dispositivo de alívio de pressão Na ocorrência de um curto-circuito interno, o arco da origem a uma transformação gasosa rápida com consequente aumento de pressão. Essa sobre pressão deve ser eliminada em alguns milésimos de segundo, para evitar a explosão do tanque. A válvula de alívio de pressão é o dispositivo utilizado para esta finalidade. - - Transformadores A sobre pressão é aliviada quando o óleo sob a pressão elevada bruscamente, vence a ação de molas da válvula de segurança (dispositivo), abrindo-a . Essa ação faz com que o óleo sob pressão seja expelido para fora do transformador, além de comandar o isolamento elétrico do transformador. Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Dispositivo de alívio de pressão - - Transformadores Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Relé detector de gás Relé Detector de gás - localização - - Transformadores Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Em transformadores com tanque de expansão, utiliza-se também o relé de gás. Seu funcionamento se baseia na identificação de formação de gás no interior do transformador, por faltas incipientes. Relé Detector de gás - - Transformadores Proteção contra sobre pressão de óleo ou de gás Relé Detector de gás - constituição/funcionamento - - Transformadores Sílica Gel Tanque de compensação Tanque de compensação Indicador de nível de óleo Indicador de nível de óleo Sílica Gel Proteção contra Falta de óleo Indicador de Nível de óleo - - Transformadores Proteção contra Falta de óleo Indicador de Nível de óleo O óleo no transformador tem a finalidade de isolar e refrigerar Internamente suas partes constituintes. Transformadores de menor porte possuem indicação visual do nível de óleo. Transformadores maiores utilizam indicadores que possibilitam a visualização e também acionam alarme. - - Transformadores Proteção contra Falta de óleo Indicador de Nível de óleo - - Transformadores - - Transformadores Indicador de nível de óleo do tanque de expansão Proteção contra Falta de óleo Indicador de Nível de óleo - - Transformadores Proteção Diferencial A proteção diferencial tem a finalidade de fazer a proteção do transformador contra curtos internos. Pode ser: Proteção diferencial percentual Proteção com restrição harmônica - - Transformadores I2 I1 I2 I1 I1 I2 Proteção Diferencial 87 TC2 TC1 IL IL I1 I2 I1 – I2 Circulação de corrente em funcionamento normal ou para falta externa à malha supervisionada pelos TC’s - - Transformadores I2 I1 I2 I1 I1 I2 Proteção Diferencial 87 TC2 TC1 IL IL I1 I2 I1 – I2 Circulação de corrente para falta interna à malha supervisionada pelos TC’s - - Transformadores I2 I1 I2 I1 I1 I2 Proteção Diferencial 87 TC2 TC1 IL IL I2 I1 – I2 Relé diferencial percentual - - Transformadores Proteção Diferencial Características de operação do relé diferencial percentual - - Transformadores Proteção Diferencial Diagrama simplificado da proteção diferencial percentual com restrição harmônica - HU Finalidade: Proteção para correntes de magnetização – inrush, que possui 63% de componente de 2º harmônica. Métodos utilizados: filtros - - Transformadores Proteção Diferencial Esquemático CC de proteção diferencial – relé HU - - Transformadores Proteção Diferencial Esquemático CC de proteção diferencial – relé BDD - - Transformadores Transformador ou Reator Proteção contra sobre corrente - - Transformadores Transformador ou Reator Proteção contra sobre corrente - - Transformadores Fim FINALIZAR
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