Causas i solucions per a una alta taxa de fallida dels transformadors de distribució

1. Causa de fallida en els transformadors de distribució agrícola

(1) Dany a l'aislament

El subministrament elèctric rural sol utilitzar sistemes de subministrament mixt de 380/220V. A causa de la gran proporció de càrregues monofàsiques, els transformadors de distribució sovint operen sota un desequilibri significatiu de càrrega trifàsica. En molts casos, aquest desequilibri excedeix l'abast permès establert per les normes, causant un envelleiment prematur, deteriorament i fallida de l'aislament dels voltants del transformador, que finalment porta a la cremació.

Quan els transformadors de distribució experimenten condicions prolongades de sobrecàrrega, faults en la línia de baixa tensió o augment significatiu de la càrrega de manera súbita, pot produir-se dany a causa de la falta de protecció adequada. La manca de dispositius de protecció al costat de baixa tensió, juntament amb els fusibles de caiguda al costat de alta tensió que no funcionen a temps (o no ho fan), permet als transformadors portar corrents molt superiors als seus valors noms (de vegades diverses vegades el valor nominal). Això provoca augment dràstic de temperatura, accelerant l'envelleiment de l'aislament i portant a la cremació dels voltants.

Després d'un llarg període d'operació, els components d'estanqueïtat com els cordons de goma i les juntes es deterioren, es crequen i fallen. Si no es detecten i substitueixen prontament, això porta a la fuga d'oli i a la disminució del nivell d'oli. L'humitat de l'aire entra llavors en grans quantitats a l'oli aïllant, reduint drasticament la seva resistència dielèctrica. Un deficiència severa d'oli pot exposar el selector de toma a l'aire, causant absorció d'humitat, descàrregues, curts circuits i fallida del transformador.

Els defectes de fabricació també contribueixen a les fallides. Processos de producció inadequats, impregnació incompleta de vernís als voltants (o vernís aïllant de mala qualitat), secat insuficient i soldadures de juntes de voltants insegures poden crear vulnerabilitats en l'aislament. A més, afegir oli aïllant de baixa qualitat durant la manteniment o permetre que l'humitat i les impuretes entren durant les reparacions degraden la qualitat de l'oli i la fortalesa de l'aislament, eventualment causant la fallida de l'aislament i la fallida del transformador.

(2) Sobretensió

La protecció contra els raigs sovint falla a causa de valors de resistència de terra que no compleixen els requisits. Encara que inicialment siguin conformes, els sistemes de terra es poden deteriorar amb el temps a causa de la corrosió de l'acer, l'òxid, la ruptura o les soldadures defectuoses, causant augment dràstic de la resistència de terra i deixant els transformadors vulnerable a danys per raigs.

La configuració inadeguada de la protecció contra els raigs és comuna. Molts transformadors de distribució agrícola tenen paratrius instal·lats només al costat de alta tensió. Com que el subministrament rural utilitza principalment transformadors connectats Yyn0, els raigs poden generar sobretensions de transformació positiva i inversa. Sense protecció contra els raigs al costat de baixa tensió, els transformadors es tornen significativament més propensos a danys per aquestes sobretensions.

Els sistemes de 10kV rurals sovint experimenten ressonància ferromagnètica. Durant els esdeveniments de sobretensió de ressonància, la corrent primària dels transformadors de distribució pot augmentar dràsticament, cremant els voltants o causant flashovers en els bushings i fins i tot explosions.

(3) Condicions de funcionament pobres

Durant els períodes d'alta temperatura estival o quan els transformadors operen continuament sota condicions de sobrecàrrega, la temperatura de l'oli augmenta excessivament. Això impacta greument la dissipació de calor i accelera l'envelleiment, el deteriorament i la fallida de l'aislament, reductant significativament la vida útil del transformador.

(4) Operació inadeguada del selector de toma o qualitat pobra

El consum elèctric rural presenta càrregues disperses, patrons de temporada forts, diferències de punta-valle gran, línies de baixa tensió llargues i caigudes de tensió significatives, resultant en fluctuacions de tensió substancials. Això porta els electricistes rurals a ajustar sovint els selectors de toma dels transformadors. La majoria d'aquests ajustos no segueixen procediments adequats, i els valors de resistència DC no es mesuren ni comparen després de l'operació abans de retornar al servei. Com a conseqüència, molts transformadors fallen a causa de la posició inadeguada del selector de toma, contacte deficient, augment de la resistència de contacte i selectors de toma cremats.

Selectors de toma de qualitat pobra amb contacte estàtic i dinàmic insuficient, o indicadors de posició mal acomodats (on les marques externes no corresponen a les posicions internes reals), poden causar accidents de descàrrega i curts circuits després de la comissió, resultant en selectors de toma dañats o voltants enters.

(5) Problemes de terra del nucli del transformador

Els problemes de qualitat en els transformadors de distribució poden causar que el vernís aïllant entre les fulles de silici ferrosa envelleixi prematurament durant una llarga operació, resultant en múltiples punts de terra del nucli i fallida del transformador.

(6) Operació sota sobrecàrrega a llarg termini

Amb el desenvolupament econòmic rural, la demanda d'electricitat ha augmentat dràsticament. No obstant això, l'afegit insuficient de nous transformadors o la substitució amb unitats de capacitat superior ha obligat els transformadors existents a operar continuament sota condicions de sobrecàrrega. A més, la gran proporció de càrregues monofàsiques en zones rurals fa difícil aconseguir un equilibri de càrrega trifàsica, causant que certes fases experimentin sobrecàrrega a llarg termini mentre que les corrents de la línia neutra superen significativament els valors permesos. Aquestes condicions finalment porten a la cremació del transformador.

2. Mesures correctores

Segons les normes rellevants, cada transformador de distribució ha de disposar de tres proteccions fonamentals: protecció contra els raigs, protecció contra els curts circuits i protecció contra la sobrecàrrega.

Per a la protecció contra els raigs, cal instal·lar paratrius en els costats de alta i baixa tensió del transformador, amb els paratrius d'òxid de zinc com a opció preferida.

Les proteccions contra curts circuits i sobrecàrregues haurien de ser considerades separatament. Les fusibles de caiguda del costat d'alta tensió haurien de protegir principalment contra els errors de curt circuit intern en el transformador, mentre que les condicions de sobrecàrrega i els curts circuits de la línia de baixa tensió haurien de ser gestionats per mitjà de disjuntores o fusibles de baixa tensió instal·lats al costat de baixa tensió.

Durant l'operació, les corrents de càrrega de fase s'haurien de monitorar regularment amb ampères de morsa per verificar que el desequilibri de càrrega trifàsica roman dins dels límits permessos. Quan es detecti un desequilibri excessiu, és necessari redistribuir immediatament la càrrega per portar el desequilibri dins dels límits estàndard.

L'inspecció i la prova regulars dels transformadors de distribució segons els horaris prescrits són essencials. Els inspectors haurien de comprovar el color, el nivell i la temperatura de l'oli per a la normalitat, i cercar fuites d'oli. S'haurien d'examinar les superfícies de les isoladores per a marques de flashover o descàrrec. Cal atendre immediatament qualsevol anomalia. També es recomana la neteja periòdica de les exteriors dels transformadors per eliminar la suciedad i els contaminants de les isoladores i altres superfícies.

Abans de cada temporada de tempestes anual, s'ha de realitzar una inspecció exhaustiva tant dels paratrius d'alta com de baixa tensió i dels conductors de terra. Es han de substituir els paratrius no conformes. Els conductors de terra han de estar lliures de fils trencats, soldadures defectuoses o ruptures. No s'han d'utilitzar conductors d'alumini per als conductors de terra; en canvi, es recomana utilitzar barres d'acer de 10-12 mm de diàmetre o targes d'acer de 30×3 mm.

La resistència de terra s'ha de provar anualment durant l'hivern en condicions meteorològiques favorables (com a mínim una setmana de temps clar continu). Cal remeditar els sistemes de terra no conformes.

Les connexions entre els terminals del transformador i els conductors de línia aèria en els costats d'alta i baixa tensió haurien d'utilitzar components de transició cobre-alumini o grampes d'equipament cobre-alumini. Abans de la connexió, les superfícies d'aquests components haurien de ser polides amb paper de vidre fin i cobertes amb una quantitat adequada de graix conductor.

Quan es manipulin els selectors de tapes del transformador, s'han de seguir estrictament els procediments. Després de l'ajust, el transformador no s'ha de tornar immediatament a servir. En comptes, s'han de mesurar els valors de resistència CC de cada fase abans i després de l'operació amb un pont i comparar-los. Si no es constaten canvis significatius, s'han de comparar els valors de resistència CC fase a fase i línia a línia després de l'operació, amb diferències de fase inferiors al 4% i diferències de línia inferiors al 2%. Si no es compleixen aquests criteris, cal identificar i corregir la causa. Només després de complir aquests requisits, el transformador s'ha de tornar a servir.