Come funziona la protezione differenziale in un trasformatore immerso in olio?

La protezione differenziale è una salvaguardia fondamentale nei trasformatori immersi in olio. In qualità di affermato fornitore di trasformatori immersi in olio, ho potuto constatare in prima persona l'importanza di questo meccanismo di protezione nel garantire il funzionamento affidabile e sicuro di queste apparecchiature elettriche vitali.

Comprendere l'olio: trasformatori immersi

Prima di approfondire il funzionamento della protezione differenziale, è essenziale comprendere le nozioni di base sui trasformatori immersi in olio. Questi trasformatori utilizzano l'olio sia come mezzo isolante che di raffreddamento. L'olio aiuta a dissipare il calore generato durante il funzionamento del trasformatore, garantendo che funzioni entro un intervallo di temperatura sicuro. Sono disponibili diversi tipi di trasformatori immersi in olio nella nostra gamma di prodotti, come ad esempio ilTrasformatore trifase,Trasformatore di tipo sigillato ermeticamente immerso in olio, ETrasformatore autoraffreddato a bagno d'olio. Ciascun tipo ha le sue caratteristiche e applicazioni uniche, ma tutti si affidano a sistemi di protezione efficienti per funzionare in modo ottimale.

Il concetto di protezione differenziale

Il principio fondamentale della protezione differenziale si basa sulla legge attuale di Kirchhoff, la quale afferma che la somma delle correnti che entrano in un nodo di un circuito elettrico è uguale alla somma delle correnti che escono dal nodo. Nel contesto di un trasformatore immerso in olio, il sistema di protezione differenziale confronta le correnti in entrata e in uscita dagli avvolgimenti del trasformatore.

Consideriamo una semplice rappresentazione di un trasformatore. Un trasformatore ha avvolgimenti primari e secondari. Le correnti che fluiscono attraverso questi avvolgimenti sono monitorate da trasformatori di corrente (CT) installati sui lati di ingresso e di uscita del trasformatore. I TA riducono le correnti di elevata entità negli avvolgimenti del trasformatore a un livello che può essere facilmente misurato ed elaborato dal relè di protezione.

Componenti di un sistema di protezione differenziale

1. Trasformatori di corrente (TA): Sono installati sui lati primario e secondario del trasformatore. La loro funzione principale è quella di fornire una rappresentazione in scala ridotta della corrente effettiva che scorre attraverso gli avvolgimenti del trasformatore. La precisione dei TA è della massima importanza poiché qualsiasi errore nella misurazione della corrente può portare a un funzionamento errato del sistema di protezione differenziale. Ad esempio, se un TA presenta un errore di rapporto elevato, il relè di protezione potrebbe interpretare erroneamente una normale condizione operativa come un guasto.
2. Relè differenziale: Questo è il cervello del sistema di protezione differenziale. Il relè riceve i segnali di corrente dai TA su entrambi i lati del trasformatore. Quindi calcola la differenza tra le correnti in entrata e in uscita dal trasformatore. Se la differenza supera una soglia preimpostata, il relè funzionerà e invierà un segnale di intervento agli interruttori automatici collegati al trasformatore.
3. Interruttori automatici: Sono i dispositivi preposti a isolare il trasformatore dalla rete elettrica in caso di guasto. Quando il relè differenziale invia un segnale di intervento, gli interruttori automatici si aprono, interrompendo l'alimentazione al trasformatore ed evitando ulteriori danni.

Come la protezione differenziale rileva i guasti

In condizioni operative normali, le correnti in entrata e in uscita dagli avvolgimenti del trasformatore dovrebbero essere bilanciate. La differenza tra queste correnti, misurata dal relè differenziale, è molto piccola e rientra in un intervallo accettabile.

Tuttavia, quando si verifica un guasto all'interno del trasformatore, come un cortocircuito tra le spire degli avvolgimenti, l'equilibrio della corrente viene interrotto. Ad esempio, se si verifica un cortocircuito nell'avvolgimento primario, la corrente che fluisce nel lato primario aumenterà in modo significativo, mentre la corrispondente variazione di corrente sul lato secondario potrebbe non essere proporzionale. Ciò provoca una grande differenza nelle correnti misurate dai TA sul lato primario e secondario, che viene rilevata dal relè differenziale.

Il relè confronta questa differenza di corrente calcolata con il valore di attivazione preimpostato. Se la differenza supera il valore di soglia indica la presenza di un guasto interno al trasformatore. Una volta che il relè determina l'esistenza di un guasto, invia un segnale di intervento agli interruttori automatici, che si aprono rapidamente per disconnettere il trasformatore dalla rete elettrica.

Sfide nella protezione differenziale per trasformatori immersi in olio

1. Correnti di spunto: Quando un trasformatore immerso in olio viene messo sotto tensione, una grande corrente di spunto può fluire attraverso gli avvolgimenti. Questa corrente di spunto può essere molte volte maggiore della normale corrente nominale e può durare da pochi cicli a diversi secondi. La corrente di spunto può imitare le caratteristiche di una corrente di guasto, causando potenzialmente il malfunzionamento del sistema di protezione differenziale. Per superare questa sfida, i moderni relè differenziali sono dotati di algoritmi di blocco della corrente di spunto. Questi algoritmi sono in grado di distinguere tra correnti di spunto e correnti di guasto reali in base alle loro forme d'onda e caratteristiche.
2. Saturazione TC: I trasformatori di corrente possono saturarsi in condizioni di corrente di guasto elevata. Quando un TA è saturato, non può rappresentare con precisione la corrente effettiva che scorre attraverso l'avvolgimento del trasformatore. Ciò può portare ad un funzionamento errato del sistema di protezione differenziale. Per prevenire la saturazione dei TA, i TA sono accuratamente selezionati e progettati per avere precisione e gamma dinamica sufficienti per gestire le correnti di guasto previste. Inoltre, alcuni sistemi di protezione differenziale utilizzano tecniche avanzate, come la limitazione delle armoniche, per mitigare gli effetti della saturazione del TA.

Applicazioni pratiche e vantaggi

La protezione differenziale è ampiamente utilizzata nei trasformatori immersi in olio in vari sistemi di alimentazione, inclusi impianti industriali, sottostazioni e impianti di produzione di energia. Il vantaggio principale della protezione differenziale è la sua elevata sensibilità ai guasti interni del trasformatore. Può rilevare e isolare rapidamente i guasti, minimizzando i danni al trasformatore e riducendo i tempi di inattività del sistema di alimentazione.

Per i clienti industriali, un affidabile sistema di protezione differenziale garantisce il funzionamento continuo dei loro processi produttivi. Prevenendo gravi guasti ai trasformatori, si evitano costose interruzioni della produzione e danni alle apparecchiature. Nei sistemi di generazione e trasmissione di energia, la protezione differenziale svolge un ruolo fondamentale nel mantenimento della stabilità e dell’affidabilità dell’intera rete.

Conclusione

In conclusione, la protezione differenziale è una parte essenziale dello schema di protezione dei trasformatori immersi in olio. Funziona sulla base del principio del confronto delle correnti in entrata e in uscita dagli avvolgimenti del trasformatore per rilevare guasti interni. Nonostante le sfide quali le correnti di spunto e la saturazione dei TA, i moderni sistemi di protezione differenziale sono progettati per superare questi problemi e fornire una protezione affidabile e precisa.

In qualità di fornitore di trasformatori immersi in olio, comprendiamo l'importanza di fornire trasformatori di alta qualità dotati di efficaci sistemi di protezione differenziale. I nostri prodotti, incluso ilTrasformatore trifase,Trasformatore di tipo sigillato ermeticamente immerso in olio, ETrasformatore autoraffreddato a bagno d'olio, sono progettati per soddisfare i più elevati standard di sicurezza e prestazioni.

Se hai bisogno di trasformatori immersi in olio o hai domande sulla protezione differenziale, ti invitiamo a contattarci per una discussione sull'approvvigionamento. Il nostro team di esperti è pronto ad assistervi nella ricerca delle soluzioni più adatte alle vostre specifiche esigenze.

Riferimenti

• Blackburn, JL (2014). Relè protettivi: principi e applicazioni. Marcel Dekker.
• Lordo, California (2019). Sistemi di energia elettrica. Wiley.