Els transformadors de corrent de baixa tensió, com a dispositius de mesura i protecció indispensables en els sistemes elèctrics, sovint es troben amb diversos problemes quan s'utilitzen en combinació amb altres equips elèctrics degut a factors ambientals, problemes de connectivitat d'equips i instal·lació i manteniment inadequats. Aquests errors no només afecten l'operació normal dels equips elèctrics, sinó que també poden posar en perill la seguretat personal. Per tant, és necessari adquirir un coneixement profúnd de tipus d'errors, mètodes de diagnòstic i mesures preventives per assegurar el funcionament estable i fiable de les xarxes elèctriques rurals i els sistemes de distribució de baixa tensió.
I. Escenaris típics de connexió dels transformadors de corrent de baixa tensió amb altres equips elèctrics
Els transformadors de corrent de baixa tensió es fan servir principalment en connexió amb els següents equips en els sistemes elèctrics, formant diferents escenaris d'aplicació:
Sistemes de mesura d'energia elèctrica: Connectats amb instruments de mesura com els contadors de energia i els wattmetres per mesurar amb precisió el consum d'electricitat dels usuaris. En les xarxes rurals, es troben sovint en caixes de comptadors de pagesos o al costat de baixa tensió de transformadors de distribució, responsables de convertir corrents grans en senyals de corrent estàndard petits de 5A o 1A per a finalitats de mesura.
Dispositius de protecció: Connectats amb dispositius protectors com els disjuntores, els protectors de corrent residual i els protectors de sobrecàrrega per monitoritzar l'estat de la corrent de la línia i tallar la corrent de fallada a temps. En les caixes de distribució rurals, sovint es fan servir per monitoritzar sobrecàrregues de línia, curts circuits o fugides.
Sistemes de control d'automatització: Connectats amb equips d'automatització com els PLCs i RTUs per monitoritzar i controlar remotament l'estat operatiu dels equips elèctrics. Són comuns en petites plantes de processament rurals, estacions de bombament d'irrigació i altres llocs.
Transformadors de distribució: Connectats amb les línies de sortida al costat de baixa tensió dels transformadors per monitoritzar l'estat operatiu i les condicions de càrrega dels transformadors. Són comuns a les línies de sortida al costat de baixa tensió dels transformadors de distribució rural.
II. Errors habituals quan els transformadors de corrent de baixa tensió s'utilitzen en combinació amb altres equips elèctrics
1. Error de circuit obert en el circuit secundari
Un circuit obert en el circuit secundari és un dels errors més perillosos dels transformadors de corrent de baixa tensió, caracteritzat principalment per:
Característiques fenomenològiques: L'indicador dels ampermetres i els wattmetres es converteix repentinament en zero o fluctua significativament; el cos del transformador emet un soroll anormal "zumbant" o de descàrrega; hi ha marques visibles de cremat al terminal; el contador de energia satura o gira de manera anormal.
Causa de l'error: Terminales suaus en el circuit secundari; fils secundaris trencats durant l'instal·lació del comptador; desconexió accidental del circuit secundari durant el manteniment; contacte deficient degut a l'oxidació del terminal; dany mecànic als fils secundaris causant la ruptura.
Perills de l'error: Quan hi ha un circuit obert, el costat secundari genera una alta tensió de diverses milers de volts, amenaçant la seguretat dels operadors; la saturació severa del nucli ferromagnètic provoca un sobrecalentament, que pot cremar materials aïllants; els dispositius de protecció funcionen malament o no funcionen a causa de la pèrdua de senyal.
Cas típic en un escenari rural: En una zona de transformadors d'un poble, els fils secundaris del transformador de corrent a la caixa de comptadors es van alliberar dels terminals a causa de la vibració a llarg termini. Quan els pagesos utilitzaven electrodomèstics d'alta potència, un circuit obert al circuit secundari va generar una alta tensió, provocant que el comptador es cremés i creant un risc d'incendi.
2. Error de contacte deficient
El contacte deficient és un dels errors més comuns quan els transformadors de corrent de baixa tensió es connecten amb altres equips:
Característiques fenomenològiques: Indicador inestable de l'ampermetre, present de forma intermitent; augment de temperatura anormal als terminals del transformador; malfuncionament freqüent dels dispositius de protecció; augment de l'error de mesura; oxidació i fosqueig visibles al terminal.
Causa de l'error: Roretes suaus en el terminal; àrea de contacte insuficient entre els fils i els terminals; oxidació o corrosió dels fils; envelleciment dels materials del terminal; torques de rorades no conformes; resistència de contacte accelerada per un entorn humit.
Perills de l'error: L'augment de la resistència de contacte provoca un sobrecalentament local, accelerant l'envelleciment de l'aïllament; l'augment de l'error de mesura afecta la precisió de la mesura; els dispositius de protecció funcionen malament o no funcionen a causa de senyals anormals; el contacte deficient a llarg termini pot causar curts circuits o incendis.
Dades típiques en un escenari rural: En un circuit de mesura connectat amb fils de cobre de 2.5mm², quan la resistència de contacte supera 0.65mΩ, l'increment de temperatura del terminal pot arribar a més de 40℃; quan la resistència de contacte supera 1mΩ, l'increment de temperatura pot arribar a més de 70℃, molt per sobre del límit de seguretat.
3. Errors de sobrecàrrega i saturació del nucli ferromagnètic
La sobrecàrrega i la saturació del nucli ferromagnètic són tipus d'errors habituals en les xarxes rurals, caracteritzats principalment per:
Característiques fenomenològiques: L'indicador de l'ampermetre supera el valor nominal; el cos del transformador es calenta significativament; els dispositius de protecció funcionen malament o no funcionen; augment de l'error de mesura; soroll anormal del nucli ferromagnètic.
Causa de l'error: Fluctuacions importants en la càrrega de la xarxa rural (com el consum màxim d'electricitat durant el Festival de Primavera i múltiples bombes d'aigua operant simultàniament durant la temporada d'irrigació) que fan que el transformador funcioni en estat de sobrecàrrega a llarg termini; selecció inadeguada del factor límit d'exactitud del transformador; corrent de curt circuit que supera la capacitat de suport del transformador; degradació del rendiment del material del nucli ferromagnètic; reducció de la permeabilitat magnètica deguda a l'increment de la temperatura.
Perills de l'error: La saturació del nucli ferromagnètic provoca un increment de l'error de mesura, afectant la precisió de la mesura; els dispositius de protecció funcionen malament o no funcionen a causa de la distorsió del senyal; reducció del rendiment aïllant del transformador; la sobrecàrrega a llarg termini pot cremar el transformador.
Dades típiques en un escenari rural: El transformador de corrent al costat de baixa tensió d'un transformador de distribució rural va arribar al 120% de la corrent nominal durant la temporada d'irrigació estival, causant la saturació del nucli ferromagnètic, un error de mesura del 8%, i un increment de tres vegades en el nombre de malfuncionaments dels dispositius de protecció.
4. Error de degradació del rendiment aïllant
Els errors d'aïllament són particularment prominents en les xarxes rurals, caracteritzats principalment per:
Característiques fenomenològiques: Reducció de la resistència aïllant (hauria de ser ≥1000MΩ en condicions normals); fenòmen de descàrrega parcial; marques de descàrrega superficial; increment de la corrent de fuga; humitat o vestigis d'aigua a la superfície de l'equip.
Causa de l'error: Entorns rurals humits i aïllament deficient del transformador que permet l'entrada d'aigua; dany a l'aïllament causat per la roeda d'animals petits; envelleciment accelerat de l'aïllament degut a l'operació a altes temperatures a llarg termini; reducció del rendiment aïllant degut a l'accumulació de pols al terminal; ruptura de l'aïllament causada per sobretensions de raig.
Perills de l'error: El rendiment aïllant degradat provoca fugides o curts circuits; malfuncionament dels dispositius de protecció; increment de l'error de mesura; i fins i tot pot causar incendis en casos greus.
Dades típiques en un escenari rural: En les zones rurals del sud, l'humitat es manté per sobre del 80% tot l'any. La resistència aïllant dels transformadors sense mesures antihumedat pot passar de 2000MΩ a menys de 500MΩ en 2-3 anys.
III. Mètodes de diagnòstic d'errors habituals
1. Diagnòstic de l'error de circuit obert en el circuit secundari
Mètode d'observació del comptador: Comprova si l'indicador dels ampermetres i els wattmetres connectats es converteix repentinament en zero o fluctua significativament; si el comptador de energia satura o gira de manera anormal.
Mètode d'identificació sonora: Acosta't al cos del transformador i escolta sorolls anormals "zumbants" o de descàrrega; el soroll hauria de ser petit i uniforme durant l'operació normal.
Mètode de detecció de temperatura: Utilitza un termòmetre infraroig per detectar la temperatura del cos del transformador, que hauria de ser ≤40℃ en condicions normals; pot arribar a més de 60℃ quan hi ha un circuit obert.
Mètode de prova de impedància: Utilitza un instrument especial per mesurar la impedància del circuit secundari. L'angle de impedància és independent de la freqüència quan està connectat normalment; la impedància augmenta significativament (>10000Ω) quan hi ha un circuit obert.
Habilitat de diagnòstic en un escenari rural: En les caixes de mesura de baixa tensió rurals, si es constata que el comptador d'electricitat satura repentinament mentre el consum d'electricitat dels pagesos és normal, primer s'hauria de sospitar que el circuit secundari del transformador de corrent té un circuit obert.
2. Diagnòstic de l'error de contacte deficient
Mètode de prova de resistència de bucle: Utilitza un microohmímetre per mesurar la resistència del circuit secundari, que hauria de ser ≤0.65mΩ en condicions normals; la resistència pot superar 1mΩ quan hi ha un contacte deficient.
Mètode de monitorització de l'increment de temperatura: Utilitza un termòmetre infraroig per monitoritzar l'increment de temperatura del terminal, que hauria de ser ≤15℃ en condicions normals; l'increment de temperatura pot superar 30℃ quan hi ha un contacte deficient.
Mètode de detecció de vibració: Utilitza un sensor de vibració per detectar vibracions anormals. Quan hi ha un contacte deficient, l'amplitud de la vibració pot superar 2g i durar més de 10 segons.
Mètode de prova de càrrega: Connecta una càrrega estàndard al circuit secundari del transformador i observa si la corrent de sortida és estable; la corrent pot fluctuar quan hi ha un contacte deficient.
Habibilitat de diagnòstic en un escenari rural: En les caixes de mesura després de la transformació de lectura centralitzada de la xarxa rural, si es constata que la mesura d'un comptador d'electricitat d'una casa és anormal mentre que la d'altres cases és normal, l'accent s'hauria de posar en comprovar l'estat de connexió del circuit secundari del transformador de corrent per aquesta casa.
3. Diagnòstic de l'error de sobrecàrrega i saturació del nucli ferromagnètic
Mètode de monitorització de la corrent: Comprova si la corrent real de càrrega al costat primari supera el valor nominal; especial atenció s'ha de prestar als períodes de consum màxim d'electricitat en les xarxes rurals, com el Festival de Primavera i la temporada d'irrigació.
Mètode de prova d'error: Utilitza un calibrador de transformadors per provar l'error de relació i l'error de fase, que haurien de complir els requisits de nivell d'exactitud en condicions normals; els errors poden augmentar significativament durant la sobrecàrrega o la saturació.
Prova de característiques d'excitació: Mesura la tensió secundària en diferents corrents i dibuixa la corba d'excitació; la pendent de la corba canviarà significativament quan el nucli ferromagnètic estigui saturat.
Mètode d'identificació sonora: El nucli ferromagnètic pot produir sorolls anormals quan estigui saturat; el soroll hauria de ser petit i uniforme durant l'operació normal.
Habibilitat de diagnòstic en un escenari rural: Al costat de baixa tensió dels transformadors de distribució rurals, si es constata que els dispositius de protecció funcionen malament freqüentment quan diversos electrodomèstics d'alta potència estan operant simultàniament, s'hauria de sospitar que el transformador de corrent està sobrecarregat o té la saturació del nucli ferromagnètic.
4. Diagnòstic de l'error de degradació del rendiment aïllant
Mètode de prova de resistència aïllant: Utilitza un megohmímetre de 2500V per mesurar la resistència aïllant entre el costat primari i secundari, secundari a terra i primari a terra; hauria de ser ≥1000MΩ en condicions normals.
Mètode de prova de descàrrega parcial: Utilitza un detector de descàrrega parcial per detectar la descàrrega interna del transformador; la quantitat de descàrrega augmentarà quan el rendiment aïllant es degrade.
Mètode d'inspecció visual: Comprova si hi ha vestigis d'aigua, suc o danys a la superfície del transformador; si hi ha acumulació de pols o signes de roeda d'animals al terminal.
Mètode de detecció d'humitat: Utilitza un higròmetre per detectar l'humitat de l'entorn d'instal·lació del transformador; un entorn humit en zones rurals pot portar a la degradació del rendiment aïllant.
Habibilitat de diagnòstic en un escenari rural: En les zones rurals del sud, si es constata que la resistència aïllant del transformador ha disminuït significativament, l'accent s'hauria de posar en comprovar si l'estructura d'estanqueïtat està intacta i si l'humitat ambiental és massa alta.
IV. Solucions a errors habituals
1. Tractament de l'error de circuit obert en el circuit secundari
Tractament d'emergència: Després de descobrir un error de circuit obert, desactiva immediatament els dispositius de protecció rellevants; utilitza eines aïllantes per fer un curt-circuit al costat secundari als terminals propers al transformador; si hi ha una escintilla durant el curt-circuit, indica que el punt d'error està en el circuit a sota del punt de curt-circuit; si no hi ha cap escintilla durant el curt-circuit, el punt d'error pot estar en el circuit abans del punt de curt-circuit.
Solucions a llarg termini: Reemplaça els terminals de fil secundari amb terminals de qualitat fiable; utilitza materials de terminal d'or o estanitzats per reduir l'oxidació; instal·la juntes anti-alliberament o limitadors de clic per evitar l'alliberament per vibració; revisa regularment l'estat de connexió del circuit secundari.
Suggeriments de tractament en un escenari rural: En les caixes de mesura de baixa tensió rurals, es poden instal·lar dispositius de protecció contra curts circuits al circuit secundari per fer un curt-circuit automàticament quan es detecti un circuit obert; es haurien de realitzar inspeccions regulars per part d'electricistes, especialment abans dels períodes de consum màxim d'electricitat.
2. Tractament de l'error de contacte deficient
Mesures de manteniment: Utilitza una clau dinamomètrica per apretar les rorades dels terminals segons les especificacions (com 0.8-1.2N·m per rorades M4); neteja regularment la capa d'òxid dels terminals; aplica pasta conductora a les superfícies de contacte dels terminals; inspecciona i reemplaça els terminals vells o dañats.
Mesures preventives: Instal·la calorífers antihumedat a les connexions dels terminals (s'inicien automàticament quan l'humitat >60% RH); utilitza cotó filtrant de grau G4 per bloquejar el pols (reemplaça cada 6 mesos); adopta caixes de mesura amb nivell de protecció IP65; revisa i manté regularment els terminals.
Suggeriments de tractament en un escenari rural: En les caixes de mesura de la xarxa rural, es poden utilitzar materials de terminals d'or o estanitzats; es poden adoptar terminals antisismes; s'ha de comprovar l'estat de connexió dels terminals una vegada al trimestre; la freqüència d'inspecció s'hauria d'incrementar durant la temporada humida.
3. Tractament de l'error de sobrecàrrega i saturació del nucli ferromagnètic
Configuració de protecció: Seleccioneu transformadors amb raons de transformació adequades segons la càrrega real de la línia; els transformadors de corrent de protecció han de seleccionar factors límits d'exactitud adequats (com 10P15 que pot suportar 15 vegades la corrent nominal); configureu disjuntores de corrent residual que coincideixin amb la secció transversal dels cables a la línia d'entrada (com cables de cobre de 2.5mm² amb protectors C20A).
Suggeriments de selecció: Seleccioneu transformadors amb una corrent secundària nominal de 1A o 5A segons la longitud de la línia i les condicions de càrrega; els transformadors de 1A són adequats per a la mesura a llarga distància; en les xarxes rurals, es poden seleccionar materials de nucli ferromagnètic amb bones prestacions antisaturació (com l'iperferrite).
Suggeriments de tractament en un escenari rural: A les línies d'entrada de les cases de pagesos, seleccioneu dispositius de protecció adequats segons el diàmetre del fil (com cables de cobre de 1.5mm² amb C10A, 2.5mm² amb C20A, 4mm² amb C25A); al costat de baixa tensió dels transformadors de distribució, reserveu capacitat suficient del transformador segons les condicions de càrrega; adopteu dispositius de monitorització intel·ligents per monitoritzar l'estat operatiu dels transformadors en temps real.
4. Tractament de l'error de degradació del rendiment aïllant
