Peligros de la operación frecuente del cambiador de tomas en carga y análisis de los límites de frecuencia de cambio de tomas

Campo: Fabricación

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China

El cambiador de tomas en carga es el componente central que mantiene la estabilidad de la tensión de la red y permite la regulación de tensión de los transformadores en carga. Sin embargo, dado que cada operación de conmutación implica inevitablemente la formación de arcos eléctricos y acciones mecánicas, una operación excesivamente frecuente no solo acelera el envejecimiento del equipo, sino que también puede provocar graves accidentes de seguridad. Este artículo se centra en los cambiadores de tomas en carga de transición resistiva sumergidos en aceite, con un alcance consistente con DL/T 574-2021.

Regulador de tensión cilíndrico montado en poste equipado con dial de presión y bujes aislantes

1. Principales peligros causados por la operación frecuente

Las operaciones frecuentes de cambio de tomas aceleran el deterioro del interruptor desde las perspectivas eléctrica, de aislamiento y mecánica, como se resume a continuación:

Peligro	Mecanismo	Consecuencia
Desgaste de los contactos y aumento del calentamiento	La regulación frecuente de la tensión provoca un desgaste mecánico severo, erosión eléctrica y contaminación de los contactos; a mayores corrientes de carga, el efecto térmico de la corriente debilita la elasticidad del resorte, reduciendo la presión de contacto entre los contactos móviles y fijos y aumentando la resistencia de contacto, lo que a su vez provoca el calentamiento de los contactos	La corrosión por oxidación y la deformación mecánica en la superficie de los contactos se aceleran, creando un círculo vicioso que en última instancia puede provocar daños en el conmutador bajo carga
Fallo de la resistencia de transición y riesgo de cortocircuito	La resistencia de transición soporta una gran sobrecorriente y produce instantáneamente altas temperaturas en cada operación de conmutación; la operación frecuente puede volver frágil su material, cambiar su valor de resistencia o incluso quemarla	Si la conmutación bajo carga continúa después de que la resistencia se haya quemado, se genera un arco intenso en la ruptura, lo que provoca un cortocircuito entre las tomas, quemando la sección de tomas del devanado de alta tensión e incluso causando daños irreparables en el conmutador
Deterioro de la calidad del aceite y degradación del aislamiento	El arco eléctrico provocado por la conmutación frecuente causa el craqueo del aceite aislante en el conmutador, produciendo impurezas como carbono libre y humedad	La calidad del aceite se deteriora y la rigidez dieléctrica disminuye, lo que no solo limita el número de operaciones de conmutación, sino que también puede desencadenar descargas parciales o descargas disruptivas que ponen en peligro el funcionamiento seguro del equipo
Fatiga de los componentes mecánicos y rechazo de operación	La operación frecuente a largo plazo fatiga los componentes mecánicos, como el resorte principal del mecanismo de accionamiento rápido, lo que puede provocar daños en el sistema de transmisión, atascos mecánicos y fallos en los finales de carrera	El conmutador no puede operar o falla a mitad de la operación (rechazo de operación)

2. Límites estrictos en la frecuencia de cambio de tomas

El número de cambios de toma de un cambiador de tomas en carga está limitado por su vida mecánica y eléctrica. Según los estándares de productos del fabricante y la práctica de la industria, la vida eléctrica de un cambiador de tomas en carga generalmente no es inferior a 200.000 operaciones y la vida mecánica no inferior a 500.000 operaciones, con los métodos de prueba basados en IEC 60214-1:2014 (correspondiente al estándar nacional vigente GB/T 10230.1-2019, Cambiadores de tomas – Parte 1: Requisitos de comportamiento y métodos de ensayo). En la operación real, se aplican los siguientes límites de acuerdo con los reglamentos de mantenimiento:

Límites de mantenimiento y vida útil (según el estándar de industria vigente DL/T 574-2021, Guía para la operación y mantenimiento de cambiadores de tomas de transformadores de potencia):

Un cambiador de tomas recién puesto en servicio debe someterse a una inspección del núcleo cuando lleve de 1–2 años en servicio o después de 5000 cambios de toma.
Una vez que el número acumulado de cambios de tomas alcance el límite del ciclo de mantenimiento prescrito, se debe llevar a cabo una revisión general; si no se especifica un límite explícito, generalmente también se justifica una inspección del núcleo cada 10.000–20.000 cambios de tomas o cada 3–5 años.

Límite de frecuencia diaria de cambio de tomas ：Seguir los reglamentos de operación de cada operador de red (los límites varían según la clase de tensión y la región; en general, la frecuencia diaria de cambio de tomas de los transformadores principales de 110 kV y superior se controla estrictamente).

Intervalo de operación ：Se debe mantener un intervalo suficiente entre dos operaciones consecutivas de cambio de tomas; los requisitos específicos siguen los reglamentos de operación y las instrucciones del fabricante.

Límite de sobrecarga：La operación de cambio de tomas está prohibida cuando el transformador está funcionando bajo sobrecarga (excepto en circunstancias especiales).

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3. Otros casos en los que está prohibido el cambio de tomas

Además de exceder el límite de conteo de cambios de tomas, el cambio de tomas del cambiador de tomas en carga tampoco está permitido bajo las siguientes condiciones:

Condición prohibida	Descripción
Transformador operando en sobrecarga	Excepto en circunstancias especiales
El relé de gas ligero del cambiador de tomas en carga emite una alarma	—
La rigidez dieléctrica del aceite del cambiador de tomas no cumple los requisitos	Tensión de ruptura inferior al valor especificado o ausencia de aceite en el indicador de nivel de aceite
Fallos de funcionamiento del cambiador de tomas	—

Resumen

Como componente central para la regulación de la tensión del transformador, el cambiador de tomas en carga sufre una serie de peligros graves derivados de su funcionamiento frecuente, que incluyen el desgaste de los contactos, la quema de la resistencia de transición, el deterioro del aceite aislante y la fatiga mecánica.

Para garantizar la seguridad de la red, las operaciones de cambio de tomas deben seguir estrictamente los límites de frecuencia establecidos en los reglamentos de mantenimiento (por ejemplo, se debe realizar una inspección del núcleo entre 1 y 2 años después de la puesta en servicio o tras 5000 cambios de tomas, y se debe llevar a cabo una revisión general al alcanzar el límite del ciclo de mantenimiento prescrito), y la frecuencia diaria de cambio de tomas debe controlarse de acuerdo con los reglamentos del operador.

Al mismo tiempo, se debe prohibir el cambio de tomas bajo condiciones anormales como sobrecarga del equipo, alarma del relé de gas o calidad del aceite no conforme.

Editado desde：Garca

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