Principios de Fallos y Diagnóstico en Línea de Circuitos Secundarios de Transformadores de Corriente Electrónicos

1 Principio y Función de los Transformadores Electrónicos de Corriente
1.1 Principio de Funcionamiento del ECT

Un Transformador Electrónico de Corriente (ECT) es un dispositivo clave para la gestión de operaciones seguras en sistemas de potencia, convirtiendo corrientes grandes en señales de corriente manejables para medición y control. A diferencia de los transformadores tradicionales (que dependen de la interacción directa del campo magnético entre las bobinas primaria y secundaria), los ECT utilizan sensores (por ejemplo, sensores de efecto Hall) para detectar cambios en el campo magnético de la bobina primaria. Estos sensores emiten señales analógicas (proporcionales a la corriente primaria) para su procesamiento por circuitos electrónicos (amplificación, filtrado o digitalización). Los ECT modernos a menudo emiten señales digitales para uso directo por sistemas de protección, medición y control. Los ECT superan a los transformadores electromagnéticos tradicionales en precisión, rango dinámico y velocidad de respuesta, mientras que son más pequeños, más ligeros y permiten un procesamiento/ comunicación de datos avanzados.

1.2 Función del ECT en Sistemas de Potencia

Los ECT proporcionan mediciones de corriente de alta precisión cruciales para el monitoreo, control y protección de los sistemas de potencia (por ejemplo, prevención de sobrecargas/cortocircuitos). Garantizan la seguridad del equipo/personal y reducen las interrupciones de energía. Para la medición/facturación, la precisión del ECT asegura una tarificación justa de la electricidad en líneas de alto voltaje/grandes corrientes. Los datos precisos también ayudan a optimizar la eficiencia y estabilidad del sistema.

1.3 Estructura del Circuito Secundario

El circuito secundario del ECT (componente central) incluye sensores (por ejemplo, de efecto Hall), circuitos de procesamiento de señales, convertidores analógico-digitales (ADCs) e interfaces de comunicación. Los componentes trabajan juntos para capturar y transmitir señales con precisión. Los ECT modernos cuentan con autodiagnóstico para monitorear el rendimiento/fallas, adaptándose a las demandas de sistemas de potencia más inteligentes.

2 Tipos de Fallas en el Circuito Secundario de los ECT
2.1 Fallas de Circuito Abierto

Causadas por cables rotos, uniones sueltas o aislamiento envejecido, las fallas de circuito abierto interrumpen el flujo de corriente, llevando a mediciones anormales (por ejemplo, cero/bajas). Esto arriesga acciones de protección/control incorrectas, poniendo en peligro la seguridad del sistema.

2.2 Fallas de Cortocircuito

Ocurren cuando conexiones no deseadas de conductores (por ejemplo, daño al aislamiento) causan picos de corriente agudos, arriesgando el sobrecalentamiento/incendio del equipo. Destabilizan los sistemas, potencialmente dañando dispositivos o provocando malfuncionamientos de protección.

2.3 Fallas a Tierra

Surgen de una mala conexión a tierra del circuito secundario (por ejemplo, fallo del aislamiento). Alteran las rutas de corriente, causando errores de medición, malfuncionamientos de protección o descargas eléctricas (peligrosas durante el mantenimiento).

2.4 Fallas por Sobrecarga

Ocurren cuando la corriente excede la capacidad de diseño (por ejemplo, debido a anomalías del sistema). Las sobrecargas causan sobrecalentamiento de componentes, degradación del aislamiento o quema de equipos. Se identifican mediante monitoreo de corriente/temperatura, arriesgando daños a largo plazo del sistema.

2.5 Interferencia de Ruido Eléctrico

De fuentes externas/internas (por ejemplo, EMI, RFI), el ruido distorsiona las señales, causando errores de medición o malfuncionamientos del sistema de protección (por ejemplo, apagados innecesarios).

2.6 Fallas Influenciadas por la Temperatura

Las temperaturas extremas interrumpen el rendimiento: el calor elevado degrada semiconductores/aislamiento (aumentando los riesgos de cortocircuitos); las bajas temperaturas dañan componentes. Esto causa errores de medición o fallas de protección.

2.7 Fallas por Corrosión/Envejecimiento

La degradación gradual de componentes (cables, aislamiento) debido a factores ambientales (por ejemplo, humedad, químicos) reduce el rendimiento eléctrico, aumentando los riesgos de cortocircuitos/fallas a tierra.

3 Métodos de Diagnóstico en Línea para Fallas en el Circuito Secundario de los ECT
3.1 Adquisición de Señales

Depende de sensores (por ejemplo, de efecto Hall/transformadores de corriente) y ADCs. Los sensores de efecto Hall miden la corriente de manera no invasiva, garantizando seguridad/precisión. Los ADCs convierten las señales analógicas a forma digital para su procesamiento. Los ADCs de alta velocidad capturan cambios sutiles en la señal, permitiendo la detección rápida de fallas.

3.2 Análisis en el Dominio del Tiempo

Involucra análisis de formas de onda/análisis estadístico. El análisis de formas de onda verifica irregularidades (por ejemplo, asimetría/picos, indicativos de fallas de componentes). El análisis estadístico (por ejemplo, media/desviación estándar) identifica la estabilidad/distribución de la señal, marcando fluctuaciones inducidas por fallas.

3.3 Detección de Fallas Basada en Modelos

La detección de umbrales utiliza límites preestablecidos para activar alarmas ante señales anormales (basadas en datos históricos/conocimientos expertos). La comparación de modelos (avanzada) compara los datos en tiempo real con un modelo de sistema “sano”, detectando desviaciones para un diagnóstico preciso de fallas.

3.4 Localización de Fallas Basada en Conocimientos

El Análisis de Árbol de Fallos (FTA) mapea la lógica de fallas para identificar causas raíz mediante un análisis jerárquico de sub-fallas. Los sistemas expertos (simulando el conocimiento humano) usan reglas (datos históricos/conocimientos previos) para una localización precisa de fallas, manejando escenarios complejos.

3.5 Monitoreo por Imagen Térmica

Los termógrafos infrarrojos detectan calor anormal (por ejemplo, debido a sobrecargas/aislamiento envejecido) en los ECT. No invasivo y en tiempo real, permiten un diagnóstico seguro de fallas sin interrumpir las operaciones. Combinados con otros métodos, mejoran la precisión (abordando limitaciones como fallas no relacionadas con la temperatura).

Notas Clave

Los ECT ofrecen ventajas sobre los transformadores tradicionales pero enfrentan fallas en el circuito secundario (por ejemplo, circuitos abiertos/cortocircuitos, ruido). El diagnóstico en línea (adquisición de señales, análisis en el dominio del tiempo, métodos basados en modelos/conocimientos, imagen térmica) asegura una operación confiable, adaptándose a las demandas modernas de los sistemas de potencia.