Principales causas de fallo del transformador de distribución H59

1. Sobrecarga

En primer lugar, con la mejora del nivel de vida de las personas, el consumo de electricidad ha aumentado rápidamente en general. Los transformadores de distribución H59 originales tienen una capacidad pequeña—“un caballo pequeño tirando de un carro grande”—y no pueden satisfacer las demandas de los usuarios, lo que provoca que los transformadores operen en condiciones de sobrecarga. En segundo lugar, las variaciones estacionales y las condiciones meteorológicas extremas llevan a un pico en la demanda de electricidad, causando aún más que los transformadores de distribución H59 funcionen sobrecargados.

Debido a la operación a largo plazo en condiciones de sobrecarga, los componentes internos, los devanados y el aislamiento del aceite envejecen prematuramente. Las cargas de los transformadores son en gran medida estacionales y dependientes del tiempo—especialmente en áreas rurales durante las temporadas de cultivo intensivo, cuando los transformadores operan a plena capacidad o en sobrecarga, mientras que por la noche funcionan con carga ligera. Esto resulta en una gran variación de la curva de carga, con temperaturas de operación que alcanzan los 80 °C en su punto máximo y caen hasta los 10 °C en su mínimo.

Además, las inspecciones de los transformadores rurales muestran que cada transformador acumula más de 100 gramos de humedad en el fondo en promedio. Esta humedad entra a través de la acción respiratoria del aceite del transformador durante la expansión y contracción térmica y luego se precipita fuera del aceite. Además, los niveles insuficientes de aceite bajan la superficie del aceite, aumentando el área de contacto entre el aceite aislante y el aire, lo que acelera la absorción de humedad atmosférica. Esto reduce la resistencia del aislamiento interno, y una vez que el aislamiento se degrada por debajo de un umbral crítico, ocurren fallos internos y cortocircuitos.

2. Recarga No Autorizada de Aceite en Transformadores de Distribución H59

Un electricista agregó aceite a un transformador de distribución H59 mientras estaba energizado. Una hora después, el fusible de caída de alta tensión explotó en dos fases, acompañado de un ligero rociado de aceite. La inspección en el sitio confirmó la necesidad de una reparación mayor. Las principales causas de la quema del transformador fueron:

• El aceite de transformador recién añadido era incompatible con el aceite existente en el tanque. Los aceites de transformador tienen diferentes formulaciones base, y generalmente se prohíbe mezclar diferentes tipos.

• Se añadió aceite sin desenergizar el transformador. Mezclar aceite caliente y frío aceleró la circulación interna, removiendo la humedad del fondo y distribuyéndola en los devanados de alta y baja tensión, reduciendo el aislamiento y causando fallos.

• Se utilizó aceite de transformador de calidad subestándar.

3. Compensación Inadecuada de Potencia Reactiva Causando Sobretensión Resonante

Para reducir las pérdidas en línea y mejorar la utilización del equipo, las regulaciones recomiendan instalar dispositivos de compensación de potencia reactiva en transformadores de distribución H59 con una capacidad nominal superior a 100 kVA. Sin embargo, si la compensación está configurada inadecuadamente—de tal manera que la reactancia capacitiva total sea igual a la reactancia inductiva total en el circuito—puede ocurrir ferroresonancia en la línea y en el equipo conectado, lo que conduce a sobretensiones y sobrecorrientes que pueden quemar el transformador H59 y otros dispositivos eléctricos.

4. Sobretensión Resonante del Sistema

En redes de distribución rurales de 10 kV, las líneas varían en longitud, altura sobre el suelo y tamaño del conductor. Combinado con el encendido y apagado frecuente de transformadores H59, máquinas de soldar, condensadores y grandes cargas, los parámetros del sistema cambian significativamente. Además, la tierra monofásica intermitente en un sistema de neutro no aterrizado de 10 kV puede desencadenar sobretensión resonante. Cuando esto ocurre, casos menores resultan en fusibles de alta tensión fundidos; casos graves causan la quema del transformador, y en casos raros, un flashover o explosión de la cubierta.

5. Sobretensión por Rayo

Los transformadores de distribución H59 deben, según las regulaciones, estar equipados con pararrayos calificados en ambos lados, de alta y baja tensión, para mitigar el daño de rayos y sobretensiones resonantes a los devanados y cubiertas. Las causas comunes de daños relacionados con la sobretensión incluyen:

• Instalación o prueba inadecuada de pararrayos. Típicamente, tres pararrayos comparten un solo punto de tierra. Con el tiempo, la corrosión debido a la exposición a la intemperie o el mantenimiento deficiente puede romper o degradar esta conexión a tierra. Durante eventos de rayo o sobretensión resonante, la mala conexión a tierra impide la descarga efectiva a tierra, lo que lleva al fallo del transformador.

• Dependencia excesiva de la cobertura de seguro. Muchos usuarios asumen que, ya que el transformador está asegurado, la instalación y prueba de pararrayos es innecesaria—creyendo que los aseguradores cubrirán los fallos. Este modo de pensar ha contribuido significativamente a la amplia propagación de daños en transformadores a lo largo de los años.

• Énfasis solo en los pararrayos del lado de alta tensión, mientras se descuida el lado de baja tensión. Sin pararrayos de baja tensión, un rayo en el lado de baja tensión puede inducir sobretensiones inversas que estresan el devanado de alta tensión y potencialmente dañan el devanado de baja tensión también.

6. Cortocircuito Secundario

Cuando ocurre un cortocircuito secundario, corrientes de cortocircuito varias a decenas de veces la corriente nominal fluyen en el lado secundario. Una corriente correspondientemente grande también fluye en el lado primario para contrarrestar el efecto desmagnetizador de la corriente de falla secundaria. Estas enormes corrientes:

• Generan un enorme estrés mecánico dentro de los devanados, comprimiendo bobinas, aflojando el aislamiento principal e intercapa, y causando deformaciones;

• Causa un aumento rápido de la temperatura en ambos devanados. Si los fusibles no están correctamente dimensionados o se reemplazan con alambre de cobre/aluminio, los devanados pueden quemarse rápidamente.

7. Contacto deficiente en el cambiador de tomas

• Cambiadores de tomas de baja calidad, con diseño deficiente, presión insuficiente de los resortes o contacto incompleto entre los contactos móviles y fijos, pueden reducir la distancia de aislamiento entre los contactos desalineados, lo que lleva a arcos eléctricos, cortocircuitos y una rápida quema de los devanados de toma o de toda la bobina.

• Error humano: Algunos electricistas malinterpretan los principios del cambio de tomas sin carga. Después del ajuste, los contactos pueden solo engancharse parcialmente. Alternativamente, la operación a largo plazo causa contaminación en los contactos fijos, lo que resulta en un mal contacto, arcos y, eventualmente, fallo del transformador.

8. Puerto de respiración obstruido
Los transformadores con una potencia nominal superior a 50 kVA suelen tener instalado un "respirador" en el tanque conservador. El alojamiento del respirador es generalmente un cilindro de vidrio transparente lleno de desecante. Es frágil durante el transporte, por lo que los fabricantes a menudo envían las unidades con una pequeña placa cuadrada de metal atornillada sobre el puerto de respiración en lugar de instalar el respirador real, para prevenir la entrada de humedad.

Al entrar en servicio, esta placa de metal debe ser retirada inmediatamente y reemplazada por el respirador funcional. Si no, el calor generado durante la operación causa la expansión del aceite e incrementa la presión interna. Sin un respirador funcional, el aceite no puede circular adecuadamente, el calor no puede disiparse y las temperaturas del núcleo y los devanados siguen aumentando. El aislamiento se degrada continuamente hasta que el transformador finalmente se quema.

9. Otros problemas
Los problemas comunes en la operación y mantenimiento diario de los transformadores de distribución H59 incluyen:

• Durante el mantenimiento o la instalación, apretar o aflojar la tuerca del varilla conductora puede causar que la varilla gire, lo que lleva a un contacto entre los conductores secundarios de cobre suave—causando cortocircuitos entre fases o rompiendo los conductores primarios.

• Dejar caer accidentalmente herramientas u objetos durante el trabajo en el transformador puede dañar los embocaduras, causando pequeños flashover a tierra o cortocircuitos severos.

• Después del mantenimiento, pruebas o reemplazo de cables en transformadores en paralelo, la falta de verificación de la secuencia de fase y la reconexión aleatoria pueden resultar en una fase incorrecta. Cuando se energiza, corrientes circulantes grandes fluyen, quemando el transformador.

• Las cajas de medición antirrobo instaladas en el lado de baja tensión a menudo sufren de limitaciones de espacio y mala mano de obra—algunas conexiones simplemente se envuelven con alambre. Esto crea una alta resistencia de contacto en los terminales de baja tensión, lo que lleva a sobrecalentamiento y arcos bajo carga pesada, eventualmente quemando las varillas conductoras.