Os transformadores de corrente de baixa tensión, como dispositivos de medida e protección indispensables nos sistemas eléctricos, suelen encontrar varias fallas ao combinarse con outro equipamento eléctrico debido a factores ambientais, problemas de ligazón do equipamento e mala instalación e manutención. Estas fallas non só afectan a operación normal do equipamento eléctrico, senón que tamén poden poner en perigo a seguridade persoal. Polo tanto, é necesario ter un coñecemento profundo dos tipos de fallas, métodos de xuízo e medidas preventivas para garantir a operación estable e fiable das redes eléctricas rurais e dos sistemas de distribución de baixa tensión.
I. Escenarios típicos de conexión de los transformadores de corriente de baja tensión con otro equipo eléctrico
Los transformadores de corriente de baja tensión se utilizan principalmente en conexión con el siguiente equipo en los sistemas eléctricos, formando diferentes escenarios de aplicación:
Sistemas de medición de energía eléctrica: Conectados con instrumentos de medición como contadores de watios y vatímetros para medir con precisión el consumo de electricidad de los usuarios. En las redes eléctricas rurales, se encuentran comúnmente en cajas de contadores de agricultores o en el lado de baja tensión de transformadores de distribución, encargados de convertir grandes corrientes en señales de corriente estándar de 5A o 1A para fines de medición.
Dispositivos de protección por relés: Conectados con dispositivos de protección como interruptores automáticos, protectores de corriente residual y protectores contra sobrecargas para monitorear el estado de la corriente en la línea y cortar las corrientes de falla de manera oportuna. En las cajas de distribución rurales, a menudo se usan 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 eléctrico. 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. Fallas comunes cuando los transformadores de corriente de baja tensión se utilizan en combinación con otro equipo eléctrico
1. Fallo de circuito abierto en el circuito secundario
Un circuito abierto en el circuito secundario es una de las fallas más peligrosas de los transformadores de corriente de baja tensión, caracterizada principalmente por:
Características fenoménicas: La indicación de amperímetros y vatímetros se vuelve repentinamente cero o fluctúa significativamente; el cuerpo del transformador emite un zumbido anormal o sonidos de descarga; hay marcas visibles de quemaduras en la placa terminal; el contador de watios se detiene o gira de forma anormal.
Causas de la falla: Terminales sueltas en el circuito secundario; cables secundarios rotos durante la instalación del contador; desconexión accidental del circuito secundario durante el mantenimiento; mal contacto debido a la oxidación de la placa terminal; daño mecánico a los cables secundarios que causa rotura.
Peligros de la falla: Cuando se produce un circuito abierto, el lado secundario generará un voltaje elevado de varios miles de voltios, lo que amenaza la seguridad de los operadores; la saturación severa del núcleo de hierro provoca 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 transformadores de un pueblo, los cables secundarios del transformador de corriente en la caja de contadores se aflojaron en las terminales debido a la vibración a largo plazo. Cuando los agricultores usaron electrodomésticos de alta potencia, un circuito abierto en el circuito secundario generó un alto voltaje, causando que el contador se quemara y creando un peligro de incendio.
2. Fallo de mal contacto
El mal contacto es una de las fallas más comunes cuando los transformadores de corriente de baja tensión se conectan con otro equipo:
Características fenoménicas: Indicación inestable del amperímetro, presencia intermitente; aumento de temperatura anormal en las terminales del transformador; mal funcionamiento frecuente de los dispositivos de protección; aumento de errores de medición; oxidación y ennegrecimiento visibles en la placa terminal.
Causas de la falla: Tornillos sueltos en la placa terminal; área de contacto insuficiente entre cables y terminales; oxidación o corrosión de los cables; envejecimiento de los materiales de la placa terminal; par de apriete no conforme; resistencia de contacto aumentada acelerada por un entorno húmedo.
Peligros de la falla: El aumento de la resistencia de contacto lleva al sobrecalentamiento local, acelerando el envejecimiento del aislamiento; el aumento de los errores de medición afecta la precisión de la medición; los dispositivos de protección fallan 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 los 0.65mΩ, el aumento de temperatura en la terminal puede alcanzar más de 40℃; cuando la resistencia de contacto supera los 1mΩ, el aumento de temperatura puede alcanzar más de 70℃, superando con creces el límite de seguridad.
3. Sobrecarga y fallos de saturación del núcleo de hierro
La sobrecarga y la saturación del núcleo de hierro son tipos de fallas comunes en las redes eléctricas rurales, caracterizadas principalmente por:
Características fenoménicas: La indicación del amperímetro supera el valor nominal; el cuerpo del transformador se calienta significativamente; los dispositivos de protección fallan o no funcionan; aumento de errores de medición; ruido anormal del núcleo de hierro.
Causas de la falla: 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 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 la temperatura.
Peligros de la falla: La saturación del núcleo de hierro lleva a un aumento de los errores de medición, afectando la precisión de la medición; los dispositivos de protección fallan o no funcionan debido a la distorsión de la señal; reducción 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 malfuncionamientos de los dispositivos de protección.
4. Fallo de degradación del rendimiento aislante
Las fallas de aislamiento son particularmente prominentes en las redes eléctricas rurales, caracterizadas principalmente por:
Características fenoménicas: Resistencia aislante reducida (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 de la falla: Entorno rural húmedo 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 larga temperatura; reducción del rendimiento aislante debido a la acumulación de polvo en la placa terminal; ruptura del aislamiento causada por sobrevoltaje de rayo.
Peligros de la falla: El rendimiento aislante degradado lleva a fugas o cortocircuitos; malfuncionamiento de los dispositivos de protección; aumento de los errores de medición; y en casos graves, puede incluso causar incendios.
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 juicio para fallos comunes
1. Juicio 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 watios se detiene o gira de forma anormal.
Método de identificación por sonido: Acercarse al cuerpo del transformador y escuchar si hay zumbidos anormales o sonidos de 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℃ en condiciones normales; puede alcanzar más de 60℃ 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.
Consejo de juicio en escenario rural: En las 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, primero se debe sospechar de un circuito abierto en el circuito secundario del transformador de corriente.
2. Juicio 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 superar los 1mΩ cuando hay mal contacto.
Método de monitoreo de aumento de temperatura: Usar un termómetro infrarrojo para monitorear el aumento de temperatura de la placa terminal, que debe ser ≤15℃ en condiciones normales; el aumento de temperatura puede superar los 30℃ 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 superar los 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.
Consejo de juicio en escenario rural: En las cajas de medición después de la transformación de lectura centralizada de la red rural, si se encuentra que la medición de un determinado contador de electricidad de un hogar es anormal mientras que la de otros hogares es normal, se debe centrar en verificar el estado de conexión del circuito secundario del transformador de corriente para ese hogar.
3. Juicio de fallos de sobrecarga y saturación del núcleo de hierro
Método de monitoreo de corriente: Verificar si la corriente real de carga en el lado primario supera el valor nominal; se debe prestar especial atención a los períodos de consumo pico de electricidad en las redes eléctricas rurales, como el Año Nuevo Chino y la temporada de riego.
Método de prueba de error: Usar un calibrador de transformadores 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 por sonido: El núcleo de hierro puede emitir ruidos anormales cuando está saturado; el sonido debe ser pequeño y uniforme durante la operación normal.
Consejo de juicio en escenario rural: En el lado de baja tensión de los transformadores de distribución rurales, si se encuentra que los dispositivos de protección fallan frecuentemente cuando se están utilizando simultáneamente varios electrodomésticos de alta potencia, se debe sospechar que el transformador de corriente está sobrecargado o tiene saturación del núcleo de hierro.
4. Juicio 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, el secundario a tierra, y el 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 la placa terminal.
Método de detección de humedad: Usar un higrómetro para detectar la humedad del entorno de instalación del transformador; un entorno húmedo en áreas rurales puede llevar a la degradación del rendimiento aislante.
Consejo de juicio en escenario rural: En las áreas 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 aislantes para cortocircuitar el lado secundario en las terminales cerca del transformador; si hay chispas durante el cortocircuito, indica que el punto de falla está en el circuito debajo del punto de cortocircuito; si no hay chispas durante el cortocircuito, el punto de falla 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 evitar el aflojamiento por vibración; revisar regularmente el estado de conexión del circuito secundario.
Sugerencias de manejo en escenario rural: En las 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 tornillos de terminales según especificaciones (como 0.8-1.2N·m para tornillos M4); limpiar regularmente la capa de óxido en las terminales; aplicar pasta conductora en las superficies de contacto de las terminales; inspeccionar y reemplazar bloques de terminales envejecidos o dañados.
Medidas preventivas: Instalar calentadores antihumedad en las conexiones de bloques de terminales (iniciar 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; inspeccionar y mantener regularmente los bloques de terminales.
Sugerencias de manejo en escenario rural: En las cajas de medición de la red rural, se pueden usar materiales de terminales chapados en oro o estañados; adoptar bloques de terminales antivibración; se debe verificar el estado de conexión de las terminales 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 límites de precisión adecuados (como 10P15 pueden soportar 15 veces la corriente nominal); configurar interruptores diferenciales residuales que coincidan con la sección 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 eléctricas rurales, se pueden seleccionar materiales de núcleo de hierro con buen rendimiento antisaturación (como permalloy).
Sugerencias de manejo en 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 el estado operativo de los transformadores en tiempo real.
4. Manejo de fallos 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 de resistencia aislante periódicas.
Sugerencias de manejo en 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 materiales de sellado envejecidos; instalar pararrayos en áreas propensas a rayos.
