Protecția termică a transformatoarelor de putere

1. Introducere:

Instalaţiile de joasă tensiune se alimentează din cele de medie tensiune peste un transformator de medie - joasă tensiune. În cazul Postului de Transformare Aerian (PTA) de 20 0,4 kV, selectivitatea aparatelor de protecţie trebuie să fie asigurată de la celula de medie tensiune (m.t.) a staţiei de transformare de 110/20 kV din care este alimentată linia aeriană de 20 kV la care este racordat postul de transformare, până la ultimul receptor de joasă tensiune (j.t.), fără vreo discontinuitate în zona transformatorului. Având în vedere specificul postului de transformare aerian, pe partea de m.t. a transformatorului nu se poate monta un aparat de comutaţie cu capacitate de rupere (întrerupător automat tripolar) şi se montează doar siguranţe fuzibile, care să asigure protecţia transformatorului la defecte interne (scurtcircuit între spire sau între înfăşurări, atingeri la masă, etc.) şi la defecte externe care pot apărea pe legăturile cuprinse între bornele transformatorului şi bornele de intrare ale aparatelor de protecţie, atât pe partea de m.t., cât şi pe partea de j.t. Pe partea de j.t. a transformatorului se pot monta siguranţe fuzibile sau un întrerupător automat, echipat cu declanşatoare magnetotermice sau relee electronice, aparate care să asigure protecţia la suprasarcină şi scurtcircuit împotriva defectelor externe care pot apărea în avalul bornelor lor de ieşire.

2. Siguranţă – Siguranţă- Siguranţă

2.1. Siguranţa 20 kV – siguranţa pe coloana 0,4 kV

Siguranţele fuzibile de pe partea de m.t. a transformatorului servesc exclusiv la protecţia acestuia împotriva scurtcircuitelor interne şi externe. În esenţă, siguranţele de pe partea de j.t. trebuie să asigure protecţia transformatorului împotriva scurtcircuitelor şi a suprasarcinilor. Prin urmare, curentul nominal al siguranţei de j.t. se recomandă să se aleagă cât mai apropiat de curentul nominal al înfăşurării de j.t. a transformatorului. Această diferenţiere de "sarcini" între siguranţele fuzibile de m.t. şi cele de j.t. de pe un transformator are două aspecte contradictorii:

- pe de o parte, este o împrejurare care favorizează comportarea lor selectivă;

- pe de alta parte, corespunzător "sarcinilor" ce le revin în protecţia transformatorului, este indicat ca siguranţele de j.t. să aibă caracteristica timp-curent lentă sau lent-rapidă, cât timp cele de m.t. se recomandă să aibă caracteristica timp-curent rapidă, ceea ce reprezintă o dificultate în asigurarea comportării lor selective. La alegerea siguranţei fuzibile de m.t. se adaugă necesitatea de a lua în considerare vârful (şocul) de curent care se produce la conectarea transformatorului la reţea, vârf care poate determina intervenţia nedorită a protecţiei. Curentul de şoc la conectarea la reţea a transformatorului depinde de materialului miezului feromagnetic (vârf foarte înalt la miez cu pierderi reduse) şi de puterea transformatorului, respectiv

se micşorează cu puterea acestuia.

Notă: Raportul între curentul de şoc şi curentul nominal are valorea, în medie, de 14 pentru transformatoare cu puteri sub 220 kVA şi usc= 4%, şi de 6 pentru puteri de peste 250 kVA şi usc= 6% [1].

Alegerea siguranţelor fuzibile de m.t. se va face în funcţie de curentul nominal pe partea de medie tensiune al transformatorului, în baza relaţiei:

Insig ≈ (1,3 … 2 ) Intrafo [A]

Cunoaşterea curentului de şoc (şi a materialul miezului magnetic) constituie un avantaj pentru a decide alegerea unui factor de multiplicare mai mic sau mai mare. Valorile recomandate diferă în funcţie de sursa de documentare, conform Tabelului 1; se observă că un fabricant de siguranţe recomandă valori mai mari pentru Insig faţă de instrucţiunea MEE, în baza observaţiei că respectivul curent "asigură suportarea unei suprasarcini de 30% a transformatorului şi o funcţionare sigură la scurtcircuitele de pe bornele secundare ale transformatorului".

Şi fabricanţii de siguranţe fuzibile de m.t. atrag atenţia asupra faptului că acestea trebuie să suporte curentul de şoc la conectarea transformatorului. Iată câteva recomandări [6]:

- valoarea curentului prezumat de pe caracteristica timp-curent a siguranţei fuzibile la momentul 100 ms, trebuie să fie de cca. 12 ori mai mare decât curentul nominal al transformatorului;

- curentul de întrerupere al siguranţei trebuie să fie mai mic, iar capacitatea de rupere să fie mai mare decât puterea de scurtcircuit a reţelei în locul de montare al transformatorului;