Los transformadores de corriente de baja tensión, como dispositivos de medición y protección indispensables en los sistemas de energía eléctrica, a menudo encuentran diversos fallos al combinarse con otros equipos eléctricos debido a factores ambientales, problemas de interacción de equipos e instalación y mantenimiento inadecuados. Estos fallos no solo afectan la operación normal del equipo eléctrico, sino que también pueden poner en peligro la seguridad personal. Por lo tanto, es necesario comprender a fondo los tipos de fallos, métodos de diagnóstico y medidas preventivas para garantizar el funcionamiento estable y confiable de las redes rurales de energía y los sistemas de distribución de baja tensión.
I. Escenarios típicos de conexión de transformadores de corriente de baja tensión con otros equipos eléctricos
Los transformadores de corriente de baja tensión se utilizan principalmente en conexión con los siguientes equipos en los sistemas de energía, formando diferentes escenarios de aplicación:
Sistemas de medición de energía: Conectados con instrumentos de medición como contadores de energía y vatímetros para medir con precisión el consumo de electricidad de los usuarios. En las redes rurales, se encuentran comúnmente en cajas de medidores de agricultores o en el lado de baja tensión de los transformadores de distribución, encargados de convertir corrientes grandes en señales de corriente estándar de 5A o 1A para fines de medición.
Dispositivos de protección por relé: Conectados con dispositivos de protección como interruptores automáticos, protectores de corriente residual y protectores contra sobrecarga para monitorear el estado de la corriente de la línea y cortar oportunamente las corrientes de fallo. En cajas de distribución rurales, se usan a menudo para monitorear sobrecargas, cortocircuitos o fugas en la línea.
Sistemas de control automático: Conectados con equipos de automatización como PLCs y RTUs para el monitoreo y control remoto del estado operativo del equipo de energía. Son comunes en pequeñas plantas de procesamiento rurales, estaciones de bombeo de riego y otros lugares.
Transformadores de distribución: Conectados con las líneas de salida en el lado de baja tensión de los transformadores para monitorear el estado operativo y las condiciones de carga de los transformadores. Se encuentran comúnmente en las líneas de salida del lado de baja tensión de los transformadores de distribución rurales.
II. Fallos comunes cuando los transformadores de corriente de baja tensión se utilizan en combinación con otros equipos eléctricos
1. Fallo de circuito abierto en el circuito secundario
Un circuito abierto en el circuito secundario es uno de los fallos más peligrosos de los transformadores de corriente de baja tensión, caracterizado principalmente por:
Características fenomenológicas: La indicación de los amperímetros y vatímetros se vuelve repentinamente cero o fluctúa significativamente; el cuerpo del transformador emite un sonido anormal de "zumbido" o de descarga; hay marcas visibles de quemaduras en el bloque de terminales; el contador de energía deja de girar o gira de manera anormal.
Causas del fallo: Terminales sueltas en el circuito secundario; cables secundarios rotos durante la instalación del medidor; desconexión accidental del circuito secundario durante el mantenimiento; contacto pobre debido a la oxidación del bloque de terminales; daño mecánico a los cables secundarios que causa ruptura.
Peligros del fallo: Cuando hay un circuito abierto, el lado secundario generará un alto voltaje de varios miles de voltios, amenazando la seguridad de los operadores; la saturación severa del núcleo de hierro lleva a un sobrecalentamiento, lo que puede quemar materiales aislantes; los dispositivos de protección fallan o no funcionan debido a la pérdida de señal.
Caso de escenario rural típico: En una zona de transformador de un pueblo, los cables secundarios del transformador de corriente en la caja de medidores se aflojaron en los terminales debido a la vibración prolongada. Cuando los agricultores usaron electrodomésticos de alta potencia, un circuito abierto en el circuito secundario generó un alto voltaje, causando que el medidor se queme y creara un riesgo de incendio.
2. Fallo de mal contacto
El mal contacto es uno de los fallos más comunes cuando los transformadores de corriente de baja tensión se conectan con otros equipos:
Características fenomenológicas: Indicación inestable del amperímetro, presencia intermitente; aumento de temperatura anormal en los terminales del transformador; funcionamiento erróneo frecuente de los dispositivos de protección; incremento de errores de medición; oxidación visible y ennegrecimiento en el bloque de terminales.
Causas del fallo: Tornillos sueltos en el bloque de terminales; área de contacto insuficiente entre cables y terminales; oxidación o corrosión de los cables; envejecimiento de los materiales del bloque de terminales; par de apriete no conforme; resistencia de contacto aumentada acelerada por un ambiente húmedo.
Peligros del fallo: El aumento de la resistencia de contacto conduce a un sobrecalentamiento local, acelerando el envejecimiento del aislamiento; el aumento de errores de medición afecta la precisión de la medición; los dispositivos de protección funcionan erróneamente o no funcionan debido a señales anormales; el mal contacto a largo plazo puede causar cortocircuitos o incendios.
Datos de escenario rural típico: En un circuito de medición conectado con cables de cobre de 2.5mm², cuando la resistencia de contacto supera 0.65mΩ, el aumento de temperatura en el terminal puede alcanzar más de 40°C; cuando la resistencia de contacto supera 1mΩ, el aumento de temperatura puede alcanzar más de 70°C, superando con creces el límite de seguridad.
3. Fallos de sobrecarga y saturación del núcleo de hierro
La sobrecarga y la saturación del núcleo de hierro son tipos de fallos comunes en las redes rurales, caracterizados principalmente por:
Características fenomenológicas: La indicación del amperímetro supera el valor nominal; el cuerpo del transformador se calienta significativamente; los dispositivos de protección funcionan erróneamente o no funcionan; aumento de errores de medición; ruido anormal del núcleo de hierro.
Causas del fallo: Grandes fluctuaciones en las cargas de la red rural (como el consumo pico de electricidad durante el Año Nuevo Chino y la operación simultánea de múltiples bombas de agua durante la temporada de riego) hacen que el transformador trabaje en estado de sobrecarga durante mucho tiempo; selección inadecuada del factor de límite de precisión del transformador; corriente de cortocircuito que supera la capacidad de soporte del transformador; degradación del rendimiento del material del núcleo de hierro; reducción de la permeabilidad magnética debido al aumento de temperatura.
Peligros del fallo: La saturación del núcleo de hierro conduce a un aumento de los errores de medición, afectando la precisión de la medición; los dispositivos de protección funcionan erróneamente o no funcionan debido a la distorsión de la señal; disminución del rendimiento aislante del transformador; la sobrecarga a largo plazo puede quemar el transformador.
Datos de escenario rural típico: El transformador de corriente en el lado de baja tensión de un transformador de distribución rural alcanzó el 120% de la corriente nominal durante el período de riego de verano, causando la saturación del núcleo de hierro, un error de medición del 8% y un aumento de tres veces en el número de funcionamientos erróneos de los dispositivos de protección.
4. Fallo de degradación del rendimiento aislante
Los fallos de aislamiento son particularmente prominentes en las redes rurales, caracterizados principalmente por:
Características fenomenológicas: Reducción de la resistencia aislante (debe ser ≥1000MΩ en condiciones normales); fenómeno de descarga parcial; marcas de descarga superficial; aumento de la corriente de fuga; humedad o manchas de agua en la superficie del equipo.
Causas del fallo: Ambientes rurales húmedos y sellado deficiente del transformador que permite la entrada de agua; daño aislante causado por roedores; envejecimiento acelerado del aislamiento debido a la operación a altas temperaturas durante mucho tiempo; disminución del rendimiento aislante debido a la acumulación de polvo en el bloque de terminales; ruptura del aislamiento causada por sobrevoltajes de rayos.
Peligros del fallo: El deterioro del rendimiento aislante conduce a fugas o cortocircuitos; funcionamiento erróneo de los dispositivos de protección; aumento de errores de medición; y puede incluso causar incendios en casos graves.
Datos de escenario rural típico: En las áreas rurales del sur, la humedad se mantiene por encima del 80% durante todo el año. La resistencia aislante de los transformadores sin medidas antihumedad puede disminuir desde el valor inicial de 2000MΩ a menos de 500MΩ en 2-3 años.
III. Métodos de diagnóstico de fallos comunes
1. Diagnóstico de fallo de circuito abierto en el circuito secundario
Método de observación del medidor: Verificar si la indicación de los amperímetros y vatímetros conectados se vuelve repentinamente cero o fluctúa significativamente; si el contador de energía deja de girar o gira de manera anormal.
Método de identificación de sonidos: Acercarse al cuerpo del transformador y escuchar sonidos anormales de "zumbido" o descarga; el sonido debe ser pequeño y uniforme durante la operación normal.
Método de detección de temperatura: Usar un termómetro infrarrojo para detectar la temperatura del cuerpo del transformador, que debe ser ≤40°C en condiciones normales; puede alcanzar más de 60°C cuando hay un circuito abierto.
Método de prueba de impedancia: Usar un instrumento especial para medir la impedancia del circuito secundario. El ángulo de impedancia es independiente de la frecuencia cuando está conectado normalmente; la impedancia aumenta significativamente (>10000Ω) cuando hay un circuito abierto.
Habilidad de diagnóstico de escenario rural: En cajas de medición de baja tensión rurales, si se encuentra que el medidor de electricidad se detiene repentinamente mientras el uso de electricidad de los agricultores es normal, se debe sospechar primero de un circuito abierto en el circuito secundario del transformador de corriente.
2. Diagnóstico de fallo de mal contacto
Método de prueba de resistencia de bucle: Usar un microohmímetro para medir la resistencia del circuito secundario, que debe ser ≤0.65mΩ en condiciones normales; la resistencia puede exceder 1mΩ cuando hay mal contacto.
Método de monitoreo de aumento de temperatura: Usar un termómetro infrarrojo para monitorear el aumento de temperatura del bloque de terminales, que debe ser ≤15°C en condiciones normales; el aumento de temperatura puede exceder 30°C cuando hay mal contacto.
Método de detección de vibración: Usar un sensor de vibración para detectar vibraciones anormales. Cuando hay mal contacto, la amplitud de la vibración puede exceder 2g y durar más de 10 segundos.
Método de prueba de carga: Conectar una carga estándar al circuito secundario del transformador y observar si la corriente de salida es estable; la corriente puede fluctuar cuando hay mal contacto.
Habilidad de diagnóstico de escenario rural: En cajas de medición después de la transformación de lectura centralizada de la red rural, si se encuentra que la medición de un medidor de electricidad de un hogar es anormal mientras que la de otros hogares es normal, se debe enfocar en verificar el estado de conexión del circuito secundario del transformador de corriente para ese hogar.
3. Diagnóstico de fallos de sobrecarga y saturación del núcleo de hierro
Método de monitoreo de corriente: Verificar si la corriente de carga real en el lado primario supera el valor nominal; se debe prestar especial atención a los períodos de consumo pico de electricidad en las redes rurales, como el Año Nuevo Chino y la temporada de riego.
Método de prueba de error: Usar un calibrador de transformador para probar el error de relación y el error de fase, que deben cumplir con los requisitos de nivel de precisión en condiciones normales; los errores pueden aumentar significativamente durante la sobrecarga o la saturación.
Prueba de características de excitación: Medir el voltaje secundario bajo diferentes corrientes y trazar la curva de excitación; la pendiente de la curva cambiará significativamente cuando el núcleo de hierro esté saturado.
Método de identificación de sonidos: El núcleo de hierro puede emitir ruidos anormales cuando está saturado; el sonido debe ser pequeño y uniforme durante la operación normal.
Habilidad de diagnóstico de escenario rural: En el lado de baja tensión de los transformadores de distribución rurales, si se encuentra que los dispositivos de protección funcionan erróneamente con frecuencia cuando múltiples electrodomésticos de alta potencia están en operación, se debe sospechar que el transformador de corriente está sobrecargado o tiene saturación del núcleo de hierro.
4. Diagnóstico de fallo de degradación del rendimiento aislante
Método de prueba de resistencia aislante: Usar un megohmmetro de 2500V para medir la resistencia aislante entre el primario y el secundario, secundario a tierra, y primario a tierra; debe ser ≥1000MΩ en condiciones normales.
Método de prueba de descarga parcial: Usar un probador de descarga parcial para detectar la descarga interna en el transformador; la cantidad de descarga aumentará cuando el rendimiento aislante se degrade.
Método de inspección visual: Verificar si hay manchas de agua, suciedad o daños en la superficie del transformador; si hay acumulación de polvo o signos de roedores en el bloque de terminales.
Método de detección de humedad: Usar un higrómetro para detectar la humedad del entorno de instalación del transformador; un ambiente húmedo en zonas rurales puede llevar a la degradación del rendimiento aislante.
Habilidad de diagnóstico de escenario rural: En las zonas rurales del sur, si se encuentra que la resistencia aislante del transformador ha disminuido significativamente, se debe centrar en verificar si la estructura de sellado está intacta y si la humedad ambiental es demasiado alta.
IV. Soluciones a fallos comunes
1. Manejo de fallo de circuito abierto en el circuito secundario
Tratamiento de emergencia: Después de descubrir un fallo de circuito abierto, desactivar inmediatamente los dispositivos de protección relevantes; usar herramientas aisladas para cortocircuitar el lado secundario cerca de los terminales del transformador; si hay chispas durante el cortocircuito, indica que el punto de fallo está en el circuito debajo del punto de cortocircuito; si no hay chispas durante el cortocircuito, el punto de fallo puede estar en el circuito antes del punto de cortocircuito.
Soluciones a largo plazo: Reemplazar los terminales de cableado secundario con materiales de calidad confiable; usar materiales de terminales chapados en oro o estañados para reducir la oxidación; instalar arandelas antideslizantes o limitadores de enganche para prevenir el aflojamiento por vibración; realizar inspecciones regulares del estado de conexión del circuito secundario.
Sugerencias de manejo de escenario rural: En cajas de medición de baja tensión rurales, se pueden instalar dispositivos de protección de cortocircuito en el circuito secundario para cortocircuitar automáticamente cuando se detecta un circuito abierto; se deben realizar inspecciones regulares por parte de electricistas, especialmente antes de los períodos de consumo pico de electricidad.
2. Manejo de fallo de mal contacto
Medidas de mantenimiento: Usar una llave dinamométrica para apretar los tornillos de los terminales según las especificaciones (como 0.8-1.2N·m para tornillos M4); limpiar regularmente la capa de óxido en los terminales; aplicar pasta conductiva a las superficies de contacto de los terminales; inspeccionar y reemplazar bloques de terminales envejecidos o dañados.
Medidas preventivas: Instalar calentadores antihumedad en las conexiones del bloque de terminales (que se activan automáticamente cuando la humedad >60% RH); usar algodón filtrante de grado G4 para bloquear el polvo (reemplazar cada 6 meses); adoptar cajas de medición con nivel de protección IP65; realizar inspecciones y mantenimientos regulares de los bloques de terminales.
Sugerencias de manejo de escenario rural: En cajas de medición de la red rural, se pueden usar materiales de terminales chapados en oro o estañados; se pueden adoptar bloques de terminales a prueba de sacudidas; el estado de conexión de los terminales debe revisarse una vez al trimestre; la frecuencia de inspección debe aumentar durante la temporada húmeda.
3. Manejo de fallos de sobrecarga y saturación del núcleo de hierro
Configuración de protección: Seleccionar transformadores con relaciones de transformación adecuadas según la carga real de la línea; los transformadores de corriente de protección deben seleccionar factores de límite de precisión adecuados (como 10P15 que pueden soportar 15 veces la corriente nominal); configurar interruptores automáticos de corriente residual que coincidan con la sección transversal de los cables en la línea de entrada (como cables de cobre de 2.5mm² con protectores C20A).
Sugerencias de selección: Seleccionar transformadores con corriente secundaria nominal de 1A o 5A según la longitud de la línea y las condiciones de carga; los transformadores de 1A son adecuados para la medición a larga distancia; en las redes rurales, se pueden seleccionar materiales de núcleo de hierro con buen rendimiento antisaturación (como permalloy).
Sugerencias de manejo de escenario rural: En las líneas de entrada de las casas de los agricultores, seleccionar dispositivos de protección adecuados según el diámetro del cable (como cables de cobre de 1.5mm² con C10A, 2.5mm² con C20A, 4mm² con C25A); en el lado de baja tensión de los transformadores de distribución, reservar suficiente capacidad de transformador según las condiciones de carga; adoptar dispositivos de monitoreo inteligentes para monitorear en tiempo real el estado operativo de los transformadores.
4. Manejo de fallo de degradación del rendimiento aislante
Medidas de mantenimiento: Verificar regularmente si la estructura de sellado del transformador está intacta; usar juntas de silicona para mejorar el sellado; instalar calentadores antihumedad en las cajas de medición; limpiar la suciedad en la superficie del transformador.
Medidas preventivas: Seleccionar cajas de medición con nivel de protección IP65; usar materiales ABS ignífugos para la carcasa; usar terminales de conexión antihumedad en el bloque de terminales; realizar pruebas regulares de resistencia aislante.
Sugerencias de manejo de escenario rural: En las áreas rurales del sur, se pueden adoptar transformadores de resina epoxi; instalar dispositivos de monitoreo de temperatura y humedad en las cajas de medición; inspeccionar y reemplazar regularmente los materiales de sellado envejecidos; instalar pararrayos en áreas propensas a rayos.
