Como escolher a unidade de combinação correta para a proteção do transformador

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Como escolher a unidade de combinação correta para a proteção do transformador
FKN12-12D Interruptor-seccionador de carga de ar 12kV 630A - Ar comprimido operado por motor LBS 50kA 1250kVA
LBS interior

Introdução

A proteção de transformadores em sistemas de distribuição de energia de média tensão exige uma arquitetura de dispositivo de comutação que satisfaça simultaneamente três requisitos de engenharia que se movem em direcções diferentes: interrupção fiável de falhas em toda a gama de correntes de falha do transformador, comutação segura da carga para operações normais de energização e desenergização e capacidade de isolamento visível para acesso de manutenção - tudo dentro das restrições físicas de um painel de comutação de média tensão e das restrições económicas de um orçamento de capital de atualização da rede. A unidade combinada - um conjunto integrado de interrutor seccionador de carga interior, fusível de alta tensão e interrutor de ligação à terra - existe precisamente porque nenhum dispositivo de comutação único satisfaz simultaneamente os três requisitos. Escolher a unidade combinada certa para a proteção do transformador não é um exercício de seleção de catálogo: é uma decisão de engenharia de quatro parâmetros que requer que a potência nominal do transformador, o nível de falha do sistema, a filosofia de coordenação da proteção e as projecções de carga de atualização da rede sejam resolvidos antes de se poder escrever uma especificação da unidade combinada. Para engenheiros de modernização da rede, projectistas de subestações e gestores de compras que especificam equipamento de proteção de transformadores, este guia de seleção fornece o enquadramento técnico completo - desde a base das normas IEC para a conceção de unidades combinadas até à avaliação passo a passo da aplicação que determina os parâmetros nominais corretos para cada posição de proteção do transformador.

Índice

O que é uma unidade combinada e como é que a sua arquitetura satisfaz os requisitos de proteção dos transformadores de média tensão?

Representação técnica isométrica complexa de um painel aberto de unidade combinada de média tensão. A vista em corte revela três componentes principais com funções de proteção anotadas com base em dados de texto: o interrutor-seccionador de corte em carga lida com a 'Carga normal (10-100%)', os fusíveis de alta tensão gerem as gamas de corrente de 'Sobrecarga (110-600%)' e 'Curto-circuito (600-40,000%)' e o interrutor de ligação à terra fornece a 'Ligação à terra de segurança para o pessoal'. As etiquetas técnicas com ortografia inglesa exacta e normas IEC são visíveis.
Arquitetura funcional de uma unidade combinada de média tensão

Uma unidade combinada de média tensão é um dispositivo de comutação montado na fábrica e testado quanto ao tipo, que integra três componentes funcionalmente distintos numa única unidade montada em painel: um interrutor seccionador de carga interior (LBS) para comutação e isolamento de carga normal, um conjunto de fusíveis limitadores de corrente de alta tensão para proteção contra sobreintensidades e curto-circuitos e um interrutor de ligação à terra para ligação à terra de segurança do pessoal durante a manutenção. A integração destes três componentes num único conjunto testado é a caraterística definidora que distingue uma unidade combinada de um conjunto de dispositivos especificados individualmente - o ensaio de tipo valida a interação entre componentes em condições de falha, e não apenas o desempenho individual de cada elemento.

Porque é que a proteção do transformador requer os três componentes

A proteção de transformadores em sistemas de média tensão abrange uma gama de correntes de defeito que nenhum dispositivo de comutação isolado consegue gerir de forma fiável em toda a sua extensão:

  • Gama de corrente de carga (funcionamento normal): 10-100% da corrente nominal do transformador - gerida pelo LBS interior, que cria e interrompe a corrente de carga durante a energização e desenergização normais
  • Gama de sobrecargas (110-600% da corrente nominal): Sobrecarga térmica e falhas menores - tratadas pelo fusível HV, que fornece proteção de sobreintensidade inversa no tempo1 coordenado com a curva de resistência térmica do transformador
  • Gama de curto-circuitos (600-40,000% da corrente nominal): Falhas internas do transformador e falhas externas aparafusadas - tratadas pelo fusível limitador de corrente de AT, que interrompe as correntes de falha até à capacidade de rutura nominal no primeiro meio-ciclo, limitando a energia de passagem a níveis que o transformador e o quadro de distribuição podem suportar

O interrutor de ligação à terra fornece a função de ligação à terra de segurança que nem o LBS nem o fusível podem satisfazer - confirmando a desenergização do circuito e protegendo o pessoal de manutenção que trabalha no transformador ou no equipamento a jusante.

Normas CEI que regem a conceção e o ensaio de unidades combinadas

PadrãoÂmbito de aplicaçãoRequisitos essenciais para unidades combinadas
IEC 62271-1052Combinações interrutor-fusível de corrente alternadaEnsaio de tipo para interação LBS-fusível, funcionamento do pino riscador, transferir a coordenação atual3
IEC 62271-103Interruptores de corte em cargaCorrente normal nominal LBS, resistência à comutação de carga, desempenho de extinção de arco
IEC 60282-1Fusíveis de alta tensãoTensão nominal do fusível limitador de corrente, capacidade de corte, caraterísticas tempo-corrente
IEC 62271-102Interruptores de ligação à terraClassificação de avarias, resistência mecânica, requisitos de encravamento
IEC 62271-200Aparelhos de distribuição metal-enclosedIntegração do painel, classificação interna do arco, esquema de encravamento

O requisito crítico da norma IEC 62271-105: O ensaio de tipo da unidade combinada deve verificar se, quando um fusível funciona em condições de falha, o mecanismo do percutor dispara de forma fiável o LBS para abrir as três fases simultaneamente - evitando a perigosa condição de energização monofásica ou bifásica que ocorreria se o LBS permanecesse fechado após uma operação de fusível monofásico.

Variantes da arquitetura da unidade combinada

ArquiteturaComponentesAplicaçãoLimitação
LBS + fusível (sem interrutor de ligação à terra)LBS, fusível HVInstalações com restrições de espaço, baixa frequência de manutençãoSem ligação à terra integrada - é necessária uma ligação à terra separada
LBS + fusível + interrutor de ligação à terraLBS, fusível HV, interrutor de ligação à terraProteção padrão do transformador - mais comumPegada padrão
LBS + fusível + interrutor de ligação à terra + para-raiosLBS, fusível HV, interrutor de ligação à terra, para-raios MOVTransformadores alimentados por linhas aéreas, exposição a raiosMaior área de cobertura
LBS motorizado + fusível + interrutor de ligação à terraLBS motorizado, fusível HV, interrutor de ligação à terraSubestações de atualização da rede integrada SCADANecessita de energia auxiliar

Como é que os três componentes principais de uma unidade combinada interagem para proteger os transformadores de média tensão?

Infografia técnica que mostra como um LBS interior, um fusível limitador de corrente AT e um interrutor de ligação à terra se coordenam para proteger os transformadores de média tensão através de comutação de carga, interrupção de falha do fusível, encravamento mecânico e ligação à terra de segurança com classificação E1.
Proteção de unidades combinadas de transformadores de média tensão

O desempenho da proteção de uma unidade combinada não depende dos valores nominais individuais dos seus três componentes, mas da interação coordenada entre eles - especificamente a coordenação entre a caraterística tempo-corrente do fusível AT e os perfis de corrente de arranque e de defeito do transformador, e a transferência fiável da energia do pino de arranque do fusível para o mecanismo de disparo do LBS.

Componente 1: O LBS interior - Comutação e isolamento de cargas

O LBS interior numa unidade combinada desempenha três funções distintas durante o ciclo de vida da proteção do transformador:

Serviço de comutação normal: Cria e interrompe a corrente de magnetização do transformador e a corrente de carga total durante a energização e a desenergização. A corrente de inrush de magnetização do transformador - tipicamente 8-12× a corrente nominal do transformador para o primeiro ciclo - está dentro da capacidade de corrente nominal do LBS, mas não deve ser confundida com a corrente de falha. O LBS não está classificado para interromper a corrente de falha; essa função pertence exclusivamente ao fusível HV.

Receção de disparo do pino riscador: Quando um fusível de AT funciona em condições de defeito, o pino do percutor liberta a energia mecânica armazenada que acciona o mecanismo de disparo do LBS, abrindo as três fases dentro do tempo de abertura nominal do LBS (normalmente 30-60 ms). Esta abertura trifásica é obrigatória - uma condição de abertura monofásica num alimentador de transformador cria um desequilíbrio de tensão perigoso e uma potencial ferrorressonância.

Função de isolamento: Após a abertura do LBS - seja por comutação normal ou disparo do pino riscador - ele fornece o espaço de isolamento visível exigido pela IEC 62271-102 para o acesso de manutenção ao transformador. O interrutor de ligação à terra só pode ser fechado após a confirmação da abertura do LBS, reforçada pelo encravamento mecânico entre os dois dispositivos.

Componente 2: O fusível limitador de corrente de AT - Interrupção de falha

O fusível limitador de corrente de AT é o elemento de interrupção de falha da unidade combinada. A sua seleção é regida por dois limites que definem a classificação correta do fusível para cada aplicação do transformador:

Limite inferior - corrente de rutura mínima (IminI_{min}):
O fusível deve funcionar de forma fiável para todas as correntes de defeito acima da corrente de corte mínima. Para a proteção do transformador, este limite é definido pela corrente de defeito secundária do transformador reflectida no primário:

Iminprimary=Ifaultsecondaryntransformer×1ZtransformerI_{min_primary} = \frac{I_{fault_secondary}}{n_{transformer}} \times \frac{1}{Z_{transformer}}

A corrente mínima de corte do fusível deve ser inferior a este valor - assegurando que as falhas internas do transformador geram corrente primária suficiente para acionar o fusível.

Limite superior - corrente de rutura máxima (ImaxI_{max}):
O fusível deve interromper as correntes de defeito até à corrente de defeito prevista para o sistema no ponto de instalação, sem exceder os limites de energia de passagem do transformador e do aparelho de distribuição. Os fusíveis limitadores de corrente interrompem no primeiro meio-ciclo, limitando a corrente de pico de passagem a:

Iletthrough=k×IfaultprospectiveI_{let-through} = k \times \sqrt{I_{fault_prospective}}

Onde kk é o fusível fator limitador de corrente4 (normalmente 2,0-3,5 para fusíveis limitadores de corrente AT normais).

Coordenação da energização do transformador: A caraterística tempo-corrente do fusível não deve operar durante a energização do transformador. O perfil da corrente de inrush é o seguinte:

iinrush(t)=Iinrushpeak×et/τi_{inrush}(t) = I_{inrush_peak} \times e^{-t/\tau}

Onde IinrushpeakI_{inrush_peak} é tipicamente 8-12× a corrente nominal do transformador e τ\tau é a constante de tempo de decaimento da corrente de partida (normalmente 0,1-0,5 segundos para transformadores de distribuição). O fusível deve ter um tempo mínimo de fusão que exceda a duração da corrente de inrush na magnitude da corrente de inrush - um requisito de coordenação que determina a classificação mínima do fusível para cada tamanho de transformador.

Componente 3: O interrutor de ligação à terra - Ligação à terra de segurança do pessoal

O interrutor de ligação à terra numa unidade combinada está mecanicamente encravado com o LBS através de uma ligação mecânica direta - o interrutor de ligação à terra não pode ser fechado a menos que o LBS esteja na posição totalmente aberta, e o LBS não pode ser fechado enquanto o interrutor de ligação à terra estiver na posição fechada. Este encravamento é um constrangimento físico mecânico e não um encravamento elétrico - funciona independentemente da alimentação auxiliar e não pode ser anulado por uma falha do circuito de controlo.

Classificação de falhas para interruptores de terra de proteção de transformadores:

O interrutor de ligação à terra numa unidade combinada de proteção do transformador deve ser classificado para E1 capacidade de efetuar falhas5 (IEC 62271-102) - e não E0. A razão é a retroalimentação do enrolamento terciário do transformador: mesmo com o LBS primário aberto e o fusível de AT intacto, um transformador com um enrolamento terciário ligado a um barramento sob tensão pode manter a tensão no enrolamento primário através do acoplamento eletromagnético. Um interrutor de ligação à terra E0 fechado para esta tensão de retroalimentação será destruído. Um interrutor de ligação à terra E1 está classificado para se ligar a esta condição de falha e sobreviver.

Um caso de cliente que demonstra a consequência da distinção E0/E1: Um engenheiro de projeto de atualização da rede numa empresa de distribuição nas Filipinas contactou a Bepto após uma falha de um interrutor de terra durante uma sequência de comutação de manutenção de um transformador numa subestação de 33 kV. A unidade combinada tinha sido fornecida com um interrutor de ligação à terra E0 - especificado pelo empreiteiro EPC sem uma avaliação de risco de retroalimentação terciária. Quando o interrutor de ligação à terra foi fechado após a abertura do LBS, o enrolamento terciário do transformador (ligado a um barramento de 11 kV em tensão) manteve 33 kV no primário através da ação do autotransformador. O conjunto de contactos do interrutor de ligação à terra E0 foi destruído ao fechar-se. A Bepto forneceu unidades combinadas de substituição com classificação E1 para todas as seis posições de alimentação do transformador na subestação e forneceu um modelo de avaliação de risco de retroalimentação terciária para a especificação padrão da concessionária.

Como selecionar os parâmetros corretos da unidade de combinação para cada aplicação de proteção do transformador?

Dois engenheiros confiantes da Bepto e de um cliente contratante EPC do Sudeste Asiático colaboram num moderno gabinete de engenharia durante uma atualização da rede, analisando uma 'Folha de cálculo de avaliação de parâmetros' com cálculos técnicos anotados com precisão, como a corrente de falha do sistema$$I_{fault}$$ e uma tabela comparativa de fusíveis do guia de seleção em cinco etapas.
Colaboração técnica da Bepto para uma seleção precisa dos parâmetros da unidade de combinação na modernização da rede do Sudeste Asiático

A seleção dos parâmetros da unidade combinada segue uma avaliação sequencial em cinco etapas - cada etapa resolve um conjunto de parâmetros antes de a etapa seguinte ser avaliada. Saltar etapas ou resolver parâmetros fora da sequência produz especificações que parecem completas, mas que contêm falhas de coordenação ocultas.

Passo 1: Definir os parâmetros nominais do transformador

Recolha os seguintes dados do transformador antes de iniciar a seleção da unidade combinada:

  • Potência nominal (kVA ou MVA)
  • Tensão nominal primária (kV)
  • Corrente nominal primária (A): Irated=Srated3×UprimaryI_{rated} = \frac{S_{rated}}{\sqrt{3} \times U_{primary}}
  • Impedância do transformador (% em base MVA nominal)
  • Grupo de vectores (Dyn11, Yyn0, etc.) - determina o risco de retroalimentação terciária
  • Multiplicador da corrente de irrupção (× corrente nominal) e constante de tempo de atenuação (segundos)
  • Curva de resistência térmica - necessária para a verificação da coordenação do fusível

Passo 2: Determinar o nível de falha do sistema no ponto de instalação

A corrente de defeito prospetiva do sistema no ponto de instalação da unidade combinada determina:

  • A corrente de resistência de curta duração nominal exigida para o LBS (Ik) - o LBS tem de suportar a corrente de defeito até o fusível de alta tensão se extinguir
  • A capacidade máxima de corte do fusível de alta tensão exigida - deve exceder a corrente de defeito prevista para o sistema
  • A corrente nominal de resistência de curta duração do interrutor de ligação à terra exigida deve corresponder ou exceder a classificação LBS

Cálculo da corrente de defeito do sistema:

Ifault=Usystem3×ZtotalI_{defeito} = \frac{U_{sistema}}{\sqrt{3} \times Z_{total}}

Onde ZtotalZ_{total} inclui a impedância da fonte, a impedância do transformador e a impedância do cabo até ao ponto de instalação da unidade combinada. Para projectos de atualização da rede, utilize o nível de falha pós-adaptação - as actualizações da rede que aumentam a capacidade da fonte aumentam os níveis de falha em todos os pontos a jusante.

Passo 3: Selecionar a classificação do fusível HV

A classificação do fusível AT é a seleção tecnicamente mais exigente na especificação da unidade combinada - tem de satisfazer simultaneamente quatro restrições:

RestriçãoRequisitoMétodo de verificação
Corrente de rutura mínimaAbaixo da corrente de defeito primário do transformador para um defeito secundário mínimoCálculo da impedância do transformador
Coordenação de inrushTempo mínimo de fusão > duração da corrente de inrushSobreposição da curva tempo-corrente
Proteção contra sobrecargaO fusível actua antes do dano térmico do transformador com uma sobrecarga de 150-200%Sobreposição da curva de resistência térmica do transformador
Capacidade máxima de ruturaCorrente de defeito prospetiva acima do sistemaEstudo do nível de falha do sistema

Tabela de seleção de classificação de fusíveis standard para tamanhos de transformadores comuns:

Classificação do transformadorTensão primáriaCorrente nominal do transformadorClassificação recomendada do fusívelVerificação da coordenação de irrupção
315 kVA11 kV16.5 A25 AVerificar a 8× a potência nominal, 0,1 s
630 kVA11 kV33 A50 AVerificar a 10× a potência nominal, 0,1 s
1.000 kVA11 kV52.5 A80 AVerificar a 10× a potência nominal, 0,15 s
1.600 kVA11 kV84 A125 AVerificar a 12× a potência nominal, 0,2 s
2.000 kVA33 kV35 A50 AVerificar a 10× a potência nominal, 0,15 s
5.000 kVA33 kV87.5 A125 AVerificar a 12× a potência nominal, 0,2 s

Nota crítica: Estas são recomendações de ponto de partida - cada seleção de fusível deve ser verificada em relação à caraterística específica de tempo-corrente do transformador e ao nível de falha específico do sistema. As tabelas genéricas de classificação de fusíveis não substituem o estudo de coordenação.

Passo 4: Selecionar os parâmetros de avaliação do LBS

Com a classificação do fusível estabelecida, os parâmetros LBS são determinados por:

  • Corrente normal nominal: ≥ 1,25 × corrente nominal primária do transformador - fornece uma margem de 25% para o crescimento da carga e aumentos de carga de atualização da rede
  • Corrente nominal de resistência de curta duração (Ik): ≥ corrente de defeito prevista para o sistema no ponto de instalação - o LBS deve suportar a corrente de defeito durante o tempo de pré-arco e arco do fusível (normalmente 20-50 ms para fusíveis limitadores de corrente)
  • Corrente nominal de fecho (Ip): ≥ 2,5 × Ik (relação X/R normalizada) - A LBS tem de suportar a energização do transformador sem ressalto de contacto
  • Classe de resistência mecânica: M1 (1.000 operações) para alimentadores de transformadores normais com < 2 operações de comutação por semana; M2 (2.000 operações) para alimentadores com comutação frequente

Passo 5: Verificar a classificação e o encravamento do interrutor de ligação à terra

  • Classe de culpados: E1 obrigatório para todas as posições de alimentador de transformador - E0 não é aceitável quando existe risco de retroalimentação terciária
  • Resistência nominal de curta duração: Deve corresponder à classificação Ik do LBS - o interrutor de ligação à terra deve suportar qualquer corrente de defeito que apareça após o fecho num circuito de retroalimentação
  • Encravamento mecânico: Verificar se o encravamento entre o LBS e o interrutor de ligação à terra é uma ligação mecânica direta - e não um encravamento elétrico que pode ser anulado por uma perda da alimentação de controlo
  • Fornecimento de cadeado: Confirmar que o ferrolho do interrutor de ligação à terra comporta, no mínimo, um ferrolho de 6 fechos múltiplos para equipas de manutenção com várias pessoas

Quadro recapitulativo da seleção completa

Parâmetro de seleçãoDados de origemCálculo / CritérioValor de especificação
Tensão nominal LBSTensão do sistema≥ tensão máxima do sistema UmRegisto
Corrente normal nominal LBSCorrente nominal do transformador≥ 1,25 × corrente nominal primária do transformadorRegisto
LBS classificou IkEstudo do nível de falha do sistema≥ corrente de defeito prevista na instalaçãoRegisto
Tensão nominal do fusível HVTensão do sistema= Tensão nominal LBSRegisto
Corrente nominal do fusível HVClassificação do transformador + coordenação de inrushDe acordo com o quadro da etapa 3 + estudo de coordenaçãoRegisto
Capacidade de corte dos fusíveis ATNível de falha do sistema≥ corrente de defeito prospetivaRegisto
Classe de avaria do interrutor de ligação à terraAvaliação do risco de retroalimentação terciáriaE1 obrigatório para alimentadores de transformadoresE1
Interruptor de ligação à terra IkLBS Ik= LBS rated IkRegisto
Coordenação do pino riscadorEnsaio do tipo IEC 62271-105É necessário um certificado de ensaio de tipo de fábricaVerificar

Um segundo caso de um cliente demonstra o valor total do processo de seleção. O engenheiro de projeto de uma subestação de um empreiteiro EPC no Sudeste Asiático estava a especificar unidades combinadas para uma subestação de atualização da rede de 33 kV com 12 compartimentos, servindo uma mistura de transformadores de distribuição de 2.000 kVA e 5.000 kVA. A especificação inicial tinha selecionado um único tipo de unidade combinada para todas as 12 posições - fusíveis de 125 A em todas as posições, com base no maior transformador. A equipa técnica da Bepto realizou o processo de seleção em cinco etapas para cada posto: os seis postos de transformadores de 2.000 kVA exigiam fusíveis de 50 A (e não de 125 A) - os fusíveis de 125 A não funcionariam para falhas internas do transformador que gerassem menos de 40% da corrente de falha nominal nas unidades de 2.000 kVA, deixando uma lacuna de proteção para falhas internas de alta impedância. A especificação diferenciada - fusíveis de 50 A para posições de 2.000 kVA, fusíveis de 125 A para posições de 5.000 kVA - adicionou custo zero (fusíveis menores são mais baratos) e eliminou a lacuna de proteção que a supervalorização uniforme havia criado.

Que considerações sobre o ciclo de vida e a atualização da rede determinam a fiabilidade da unidade combinada a longo prazo?

Infografia que mostra o planeamento da fiabilidade do ciclo de vida das unidades combinadas de média tensão, incluindo a reverificação dos parâmetros de atualização da rede, as verificações de manutenção dos fusíveis LBS e HV, os accionadores de substituição dos fusíveis e os requisitos de redução ambiental.
Fiabilidade do ciclo de vida da unidade combinada

Impacto da carga de atualização da rede nos parâmetros da unidade combinada

Os projectos de melhoramento da rede que aumentam a carga do transformador ou substituem os transformadores por unidades de maior potência alteram o ponto de funcionamento de cada unidade combinada no corredor de alimentação afetado. Os parâmetros das unidades combinadas que requerem nova verificação após uma atualização da rede são

  • Corrente normal nominal da LBS: Se a classificação do transformador aumentar, verifique se a corrente nominal do LBS é ≥ 1,25 × a corrente nominal primária do novo transformador - se não for, é necessária a substituição do LBS
  • Classificação do fusível HV: A alteração da classificação do transformador requer uma nova seleção completa do fusível de acordo com o Passo 3 - o fusível que coordenou corretamente com o transformador original pode não coordenar com a unidade de substituição
  • Aumento do nível de avaria: As actualizações da rede que aumentam a capacidade da fonte aumentam a corrente de defeito prevista - verificar se as classificações Ik do LBS e do interrutor de ligação à terra permanecem acima do novo nível de defeito

O requisito de re-seleção do fusível de atualização da rede é a revisão mais frequentemente negligenciada dos parâmetros da unidade de combinação. Um fusível corretamente dimensionado para um transformador de 1000 kVA pode ser sobredimensionado para a unidade de substituição de 630 kVA (deixando uma lacuna de proteção) ou subdimensionado para uma unidade de substituição de 2000 kVA (não se coordenando com a corrente de arranque e disparos incómodos durante a energização).

Programa de manutenção do ciclo de vida para unidades combinadas

Atividade de manutençãoIntervaloMétodoCritério de aceitação
Medição da resistência de contacto LBSDe 3 em 3 anosMicro-ohmímetro ≥ 100 A DC≤ 150% de base para a entrada em funcionamento
Inspeção visual do fusível HVAnualVisual - verificar se há abaulamento, descoloração, estado da tampa da extremidadeSem danos físicos; substituir se houver alguma anomalia
Verificação da resistência do fusível HVDe 3 em 3 anosMedidor de miliohm através do corpo do fusívelDentro de ±10% do novo valor do fusível
Ensaio de funcionamento do interrutor de ligação à terraAnual3 ciclos de abertura e fechoFuncionamento suave, indicação correta da posição
Ensaio do mecanismo do percutorDe 5 em 5 anosTeste funcional de acordo com a norma IEC 62271-105O LBS abre dentro do tempo previsto na ativação do atacante
Ensaio de funcionamento do encravamentoAnualSequência de cinco testesTodos os testes passam
Imagem térmicaAnualInfravermelhos à corrente nominal≤ 65 K acima da temperatura ambiente nos contactos do fusível e do LBS
Resistência de isolamentoDe 3 em 3 anosmegômetro de 5 kV DC> 500 MΩ fase-terra

Gatilhos de substituição de fusíveis HV

Os fusíveis de alta tensão em unidades combinadas devem ser substituídos - e não inspeccionados e recolocados em serviço - nas seguintes condições

  • Após qualquer operação de avaria: Um fusível que tenha interrompido a corrente de defeito consumiu a sua capacidade de absorção de energia - mesmo que esteja visualmente intacto, a sua caraterística tempo-corrente alterou-se e deve ser substituído
  • Após eventos de inrush do transformador que excedam a corrente de coordenação de inrush nominal: Eventos repetidos de inrush de alta magnitude (por exemplo, de energização frequente do transformador) acumulam fusão parcial no elemento fusível - degradando a caraterística tempo-corrente sem evidência externa visível
  • No prazo de validade especificado pelo fabricante: Os fusíveis limitadores de corrente de AT têm uma vida útil de 15 a 20 anos, independentemente do número de operações - substituí-los durante a vida útil, mesmo que não tenham ocorrido operações de avaria
  • Após qualquer dano físico: Tampas de extremidade salientes, descoloração do corpo do fusível ou porcelana fissurada indicam danos internos que requerem substituição imediata

Derivação ambiental para unidades combinadas em aplicações de atualização da rede

Fator ambientalEfeito na unidade combinadaAção necessária
Temperatura ambiente > 40°CLBS e redução da corrente do fusível necessáriaAplicar factores de redução de temperatura IEC 62271-1 - aumentar a seleção da corrente nominal
Altitude > 1.000 mRedução da rigidez dieléctricaAplicar a redução de altitude de acordo com a IEC 62271-1 Cláusula 2.1 - verificar as classificações de tensão
Humidade elevada (> 95% RH)Risco de rastreio da superfície de isolamentoEspecificar o revestimento isolante anti-rastreio ou a variante com isolamento SF6
Atmosfera costeira / industrialCorrosão acelerada das tampas dos fusíveis e dos contactos LBSEspecificar ferragens em aço inoxidável e revestimento de contacto resistente à corrosão

Conclusão

A seleção da unidade combinada correta para a proteção do transformador de média tensão é um processo de engenharia de cinco passos que resolve os parâmetros nominais do transformador, o nível de falha do sistema, a coordenação do fusível AT, os parâmetros nominais do LBS e a classificação do interrutor de terra em sequência - com cada passo a fornecer os dados de entrada para o seguinte. O valor da unidade combinada como solução de proteção do transformador reside precisamente na interação, verificada na fábrica, entre os seus três componentes: o LBS que trata da comutação e isolamento normais, o fusível limitador de corrente AT que interrompe as correntes de defeito que o LBS não consegue interromper e o interrutor de ligação à terra que fornece ligação à terra de segurança para o pessoal com capacidade de criação de defeitos E1 para proteção de retroalimentação terciária do transformador. Realize o processo de seleção completo em cinco etapas para cada posição de proteção do transformador de forma independente, verifique novamente todos os parâmetros da unidade combinada após cada atualização da rede que altere a classificação do transformador ou o nível de falha do sistema, especifique a classificação do interrutor de ligação à terra E1 sem exceção para as posições de alimentação do transformador e verifique a coordenação do pino marcador através do certificado de teste de tipo IEC 62271-105 antes de aceitar qualquer unidade combinada numa aplicação de proteção do transformador - porque a unidade combinada que está corretamente especificada protege o transformador e a que não está corretamente especificada é o ponto de falha único mais perigoso do transformador.

Perguntas frequentes sobre a seleção de unidades combinadas para proteção de transformadores

P: Porque é que o fusível de alta tensão numa unidade combinada de média tensão tem de ser re-selecionado quando um transformador é substituído por uma unidade de classificação superior durante uma atualização da rede, mesmo que a classificação original do fusível pareça adequada?

A: Um transformador de classificação mais alta tem uma magnitude de corrente de irrupção maior e uma constante de tempo de decaimento mais longa - o fusível original pode disparar durante a energização se seu tempo mínimo de fusão estiver abaixo do novo perfil de irrupção. É obrigatória a re-verificação completa da coordenação do fusível em relação à caraterística tempo-corrente do transformador de substituição.

P: Qual é a consequência de especificar um interrutor de ligação à terra E0 numa unidade combinada para uma posição de alimentador de transformador com risco de retrocesso do enrolamento terciário?

A: O conjunto de contactos do interrutor de ligação à terra E0 será destruído quando fechado sobre a tensão de retroalimentação mantida pelo enrolamento terciário do transformador - a classificação E0 não permite a realização de falhas. A classificação E1 é obrigatória para todos os postos de alimentação do transformador, independentemente do estado de isolamento da fonte primária.

P: Como é que o requisito de coordenação do pino marcador da IEC 62271-105 protege contra a energização monofásica de um transformador após uma operação de fusível numa unidade combinada?

A: Quando um fusível monofásico funciona, o seu pino percussor liberta a energia mecânica armazenada que faz disparar o LBS para abrir as três fases simultaneamente - evitando a perigosa condição de energização monofásica que ocorreria se o LBS permanecesse fechado com um fusível a funcionar.

P: Que margem mínima de corrente normal nominal LBS deve ser aplicada acima da corrente nominal primária do transformador ao especificar uma unidade combinada para uma aplicação de proteção de transformador de atualização da rede?

A: Margem 25% - Corrente nominal da LBS ≥ 1,25 × corrente nominal primária do transformador - proporcionando margem de manobra para o crescimento da carga e aumentos de carga pós-adaptação sem exigir a substituição da LBS quando o transformador funciona acima da potência nominal durante os períodos de pico de procura.

P: Em que condições deve ser substituído um fusível limitador de corrente de AT numa unidade combinada de média tensão, independentemente do seu estado visual ou do seu número de funcionamento?

A: Depois de qualquer operação de interrupção por avaria, depois de repetidos eventos de irrupção de alta magnitude que possam ter causado a fusão parcial do elemento, no prazo de vida útil especificado pelo fabricante (normalmente 15-20 anos) e depois de qualquer dano físico, incluindo tampas de extremidade salientes, descoloração do corpo ou porcelana rachada.

  1. Uma caraterística de proteção em que o tempo de funcionamento diminui à medida que a magnitude da corrente aumenta.

  2. Especifica os requisitos de interação e de ensaio para combinações interrutor-fusível de corrente alternada.

  3. Define a corrente máxima que o interrutor-seccionador de corte em carga deve interromper quando um fusível actua.

  4. Uma constante numérica utilizada para calcular o pico da corrente de passagem durante um defeito de curto-circuito.

  5. Indica a capacidade de um interrutor para se fechar em segurança numa falha duas vezes sem ser destruído.

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Jack Bepto

Olá, eu sou o Jack, um especialista em equipamento elétrico com mais de 12 anos de experiência em distribuição de energia e sistemas de média tensão. Através da Bepto electric, partilho ideias práticas e conhecimentos técnicos sobre os principais componentes da rede eléctrica, incluindo comutadores, interruptores de corte em carga, disjuntores de vácuo, seccionadores e transformadores de instrumentos. A plataforma organiza estes produtos em categorias estruturadas com imagens e explicações técnicas para ajudar os engenheiros e profissionais da indústria a compreender melhor o equipamento elétrico e a infraestrutura do sistema de energia.

Pode contactar-me em [email protected] para questões relacionadas com equipamento elétrico ou aplicações de sistemas de energia.

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