Què són els defectes en un transformador?

Què són els errors en el transformador?

Definició d'errors en el transformador

Els errors en el transformador es referen a problemes com la ruptura de l'aïllament i els errors del nucli que poden ocurrir a l'interior o a l'exterior del transformador.

Errors externs en el transformador de potència

Curtcircuït extern en el transformador de potència

Els curtcircuïts poden ocurrir en dues o tres fases del sistema elèctric de potència. La corrent de l'error és normalment alta, depenent de la tensió del curtcircuït i de la impedància del circuit fins al punt de l'error. Aquesta alta corrent d'error augmenta la pèrdua de cobre, causant un escalfament intern en el transformador. També crea tensions mecàniques severes, especialment durant el primer cicle de la corrent d'error.

Pertorbació de tensió elevada en el transformador de potència

Les pertorbacions de tensió elevada en el transformador de potència són de dos tipus,

• Sobretensió transitoria

• Sobretensió de freqüència de la xarxa

Sobretensió transitoria

Una sobretensió d'alta tensió i alta freqüència pot aparèixer en el sistema elèctric per qualsevol de les següents causes,

• Arc a terra si el punt neutre està aïllat.

• Operacions de commutació de diferents equips elèctrics.

• Impuls de llamp atmosfèric.

Quina sigui la causa de la sobretensió, és, en definitiva, una ona de propagació amb una forma d'ona alta i escarpada i també amb alta freqüència. Aquesta ona es desplaça en la xarxa elèctrica de potència, i quan arriba al transformador de potència, provoca la ruptura de l'aïllament entre les voltes adjacents al terminal de línia, el que pot crear un curtcircuït entre voltes.

Sobretensió de freqüència de la xarxa

Sempre hi ha una possibilitat de sobretensió del sistema a causa de la desconexió súbita d'una gran càrrega. Tot i que l'amplitud d'aquesta tensió és més alta que el seu nivell normal, la freqüència és la mateixa que en condicions normals. La sobretensió en el sistema causa un augment de la tensió sobre l'aïllament del transformador. Com sabem, la tensió, una tensió incrementada causa un increment proporcional en el flux de treball.

Això, per tant, causa un increment en la pèrdua de ferro i un increment proporcionalment gran en la corrent de magnetització. El flux incrementat es desvia del nucli del transformador a altres parts estructurals d'acer del transformador. Les taques del nucli, que normalment porten poc flux, poden estar subjectes a una gran component de flux desviat de la regió saturada del nucli al costat. En aquesta condició, la taca pot escalfar-se ràpidament i destruir la seva pròpia aïllament, així com l'aïllament de les bobines.

Efecte de baixa freqüència en el transformador de potència

Com, la tensió pel nombre de voltes en la bobina és fixa. D'aquesta equació, queda clar que si la freqüència disminueix en un sistema, el flux en el nucli augmenta, els efectes són més o menys similars als de la sobretensió.

Errors interns en el transformador de potència

Els principals errors que ocorren a l'interior d'un transformador de potència es categoritzen com,

• Ruptura de l'aïllament entre la bobina i la terra

• Ruptura de l'aïllament entre diferents fases

• Ruptura de l'aïllament entre voltes adjacents, és a dir, error inter-volta

• Error del nucli del transformador

Errors interiors a terra en el transformador de potència

Errors interiors a terra en una bobina connectada en estrella amb el punt neutre a terra a través d'una impedància

En una bobina connectada en estrella amb el punt neutre a terra a través d'una impedància, la corrent d'error depèn de la impedància de terra i de la distància des del punt d'error al neutre. La tensió al punt d'error és més alta si està més allunyada del neutre, cosa que porta a una corrent d'error més alta. La corrent d'error també depèn de la reactància de fuite de la porció de la bobina entre el punt d'error i el neutre, però això sol ser baix en comparació amb la impedància de terra.

Errors interiors a terra en una bobina connectada en estrella amb el punt neutre solidament a terra

En aquest cas, la impedància de terra és idealment zero. La corrent d'error depèn de la reactància de fuite de la porció de la bobina que passa pel punt defectuós i el punt neutre del transformador. La corrent d'error també depèn de la distància entre el punt neutre i el punt defectuós en el transformador.

Com s'ha dit en el cas anterior, la tensió entre aquests dos punts depèn del nombre de voltes que passen pel punt defectuós i el punt neutre. Per tant, en una bobina connectada en estrella amb el punt neutre solidament a terra, la corrent d'error depèn de dos factors principals: primer, la reactància de fuite de la porció de la bobina que passa pel punt defectuós i el punt neutre, i segon, la distància entre el punt defectuós i el punt neutre. 

Però la reactància de fuite de la bobina varia de manera complexa amb la posició de l'error en la bobina. Es veu que la reactància disminueix molt ràpidament per a punts d'error que s'aproximen al neutre i, per tant, la corrent d'error és la més alta per a errors propers al final neutre. A aquest punt, la tensió disponible per a la corrent d'error és baixa i, alhora, la reactància que oposa la corrent d'error també és baixa, per tant, el valor de la corrent d'error és prou alt. 

Un cop més, en punts d'error allunyats del punt neutre, la tensió disponible per a la corrent d'error és alta, però alhora la reactància oferida per la porció de la bobina entre el punt d'error i el punt neutre és alta. Es pot notar que la corrent d'error es manté a un nivell molt alt a tota la bobina. En altres paraules, la corrent d'error manté una magnitud molt alta, independent de la posició de l'error en la bobina.

Errors fase a fase interns en el transformador de potència

Els errors fase a fase en el transformador són rars. Si un error així ocorre, provocarà una corrent substancial per operar el relè de sobrecorrent instantània al costat primari, així com el relè diferencial.

Error inter-volta en el transformador de potència

El transformador de potència connectat amb un sistema de transmissió de tensió extra-alta, és molt probable que estigui subjecte a impulsos de tensió d'alta magnitud, front escarpat i alta freqüència a causa de l'impuls de llamp en la línia de transmissió. Les tensions entre les voltes de la bobina esdevenen tan grans que no poden sostenir la tensió i causen un error d'aïllament entre les voltes intermitents en alguns punts. També la bobina de baixa tensió està sotmesa degut a la tensió d'impuls transferida. Un nombre molt gran de fallides del transformador de potència surten de l'error entre voltes. L'error inter-volta també pot ocurrir a causa de forces mecàniques entre voltes originades per un curtcircuït extern.

Error del nucli en el transformador de potència

Si alguna part de la laminació del nucli està dañada o connectada per un material conductor, pot causar corrents d'Eddy i escalfament local. Això també pot succeir si l'aïllament de les taques utilitzades per apretar les laminacions del nucli falla. Aquests errors causen un escalfament local sever, però no afecten significativament la corrent d'entrada i sortida del transformador, fent-los difícils de detectar amb esquemes de protecció elèctrica estàndard. L'escalfament excessiu pot romandre l'oli del transformador, liberant gasos que s'acumulen en el relè Buchholz i trigueren una alarma.