Análisis de fallas y medidas de protección del transformador H59/H61

1.Causas de Daño en Transformadores de Distribución Sumergidos en Aceite H59/H61 para Agricultura

1.1 Daño en el Aislamiento
El suministro eléctrico rural utiliza comúnmente un sistema mixto de 380/220V. Debido a la alta proporción de cargas monofásicas, los transformadores de distribución sumergidos en aceite H59/H61 a menudo operan con un desequilibrio significativo de carga trifásica. En muchos casos, el grado de desequilibrio de la carga trifásica supera en gran medida los límites permitidos por las regulaciones operativas, causando un envejecimiento prematuro, deterioro y eventual fallo del aislamiento de los devanados, lo que lleva a su quemado.

Cuando los transformadores de distribución sumergidos en aceite H59/H61 experimentan sobrecargas prolongadas, fallas en la línea del lado de baja tensión o aumentos súbitos de carga importantes, y no se instalan dispositivos protectores en el lado de baja tensión—mientras que los fusibles de caída del lado de alta tensión no funcionan de manera oportuna (o en absoluto)—los transformadores se ven forzados a soportar corrientes de falla que superan en gran medida su corriente nominal (a veces varias veces el valor nominal) durante períodos prolongados. Esto resulta en un aumento brusco de la temperatura, acelerando el envejecimiento del aislamiento y, en última instancia, quemando los devanados.

Después de un funcionamiento a largo plazo, los componentes de sellado como cuentas de goma y juntas en los transformadores de distribución sumergidos en aceite H59/H61 envejecen, se agrietan y pierden eficacia. Si no se detectan y reemplazan a tiempo, esto lleva a fugas de aceite y una disminución del nivel de aceite. La humedad del aire entonces entra en grandes cantidades en el aceite aislante, reduciendo drásticamente su resistencia dieléctrica. En condiciones severas de falta de aceite, el interruptor de derivación puede quedar expuesto al aire, absorber humedad y causar descargas o cortocircuitos, quemando el transformador.

Procesos de fabricación inadecuados—como la impregnación incompleta de barniz entre capas de devanado (o barniz aislante de mala calidad), secado insuficiente o soldaduras de uniones de devanado poco confiables—dejan defectos ocultos en el aislamiento de los transformadores de distribución sumergidos en aceite H59/H61. Además, durante la puesta en marcha o el mantenimiento, puede agregarse aceite aislante de mala calidad, o pueden entrar humedad y contaminantes en el aceite, degradando la calidad del aceite y reduciendo la resistencia del aislamiento. Con el tiempo, esto puede llevar a la ruptura del aislamiento y el quemado del transformador de distribución sumergido en aceite H59/H61.

1.2 Sobretensión
La resistencia de tierra de protección contra rayos no cumple con los estándares requeridos. Incluso si cumplía inicialmente con los estándares al ponerse en marcha, la corrosión, oxidación, rotura o soldadura deficiente de los componentes de acero del sistema de tierra con el tiempo puede causar un aumento dramático en la resistencia de tierra, resultando en daños al transformador durante los rayos.

La configuración inadecuada de la protección contra rayos es común: muchos transformadores de distribución sumergidos en aceite H59/H61 rurales están equipados solo con un conjunto de pararrayos de alta tensión en el lado de alta tensión. Dado que los sistemas de energía rurales utilizan casi exclusivamente transformadores conectados Yyn0, los rayos pueden inducir sobretensiones tanto de transformación directa como inversa. Sin pararrayos en el lado de baja tensión, estas sobretensiones aumentan significativamente el riesgo de daño al transformador.

El sistema de energía rural de 10kV tiene una probabilidad relativamente alta de ferroresonancia. Durante eventos de sobretensión resonante, la corriente primaria de los transformadores de distribución sumergidos en aceite H59/H61 aumenta bruscamente, potencialmente quemando los devanados o causando flashover en los terminales—even explosiones.

1.3 Condiciones de Operación Adversas
Durante los períodos de altas temperaturas en verano o cuando los transformadores de distribución sumergidos en aceite H59/H61 operan continuamente bajo sobrecarga, la temperatura del aceite aumenta excesivamente. Esto perjudica gravemente la disipación de calor, acelera el envejecimiento, deterioro y fallo del aislamiento, y finalmente reduce la vida útil del transformador.

1.4 Operación Incorrecta del Interruptor de Derivación o Mala Calidad
Las cargas eléctricas rurales están dispersas, son altamente estacionales, con grandes diferencias entre picos y valles, y líneas de baja tensión largas, lo que resulta en fluctuaciones de voltaje significativas. Como resultado, los electricistas rurales a menudo ajustan manualmente los interruptores de derivación de los transformadores de distribución sumergidos en aceite H59/H61. La mayoría de estos ajustes no siguen procedimientos prescritos, y después del ajuste, rara vez se miden y comparan los valores de resistencia DC de cada fase antes de volver a energizar. Por lo tanto, muchos transformadores sufren de interruptores de derivación mal posicionados o contacto deficiente, causando un aumento brusco en la resistencia de contacto y quemando el interruptor de derivación.

Interruptores de derivación de mala calidad—con contacto inadecuado entre contactos fijos y móviles, o indicadores de posición externos que no coinciden con las posiciones internas reales—pueden causar descargas o cortocircuitos después de la energización, lo que lleva a la destrucción del interruptor de derivación o incluso del devanado entero.

1.5 Problemas de Tierra en el Núcleo del Transformador
Debido a problemas inherentes de calidad en los transformadores de distribución sumergidos en aceite H59/H61, el barniz aislante entre las láminas de acero silicio envejece con el tiempo o se deteriora prematuramente por otras razones, causando tierras múltiples en el núcleo y resultando en daños.

1.6 Operación Prolongada Bajo Sobrecarga
Con el desarrollo de la economía rural, la demanda de electricidad ha aumentado dramáticamente. Sin embargo, no se han instalado oportunamente nuevos transformadores de distribución sumergidos en aceite H59/H61, ni se han reemplazado las unidades existentes con modelos de mayor capacidad. Como resultado, los transformadores actuales operan bajo sobrecarga crónica. Combinado con la alta proporción de cargas monofásicas en áreas rurales—que impide la carga equilibrada trifásica—un fase a menudo experimenta sobrecarga severa a largo plazo, y la corriente de la línea neutra supera en gran medida los límites permitidos. Estas condiciones, en última instancia, llevan al quemado del transformador de distribución sumergido en aceite H59/H61.

2. Medidas correctivas
Según las regulaciones pertinentes, cada transformador de distribución sumergido en aceite H59/H61 debe estar equipado con tres protecciones fundamentales: contra rayos, cortocircuitos y sobrecargas. La protección contra rayos requiere pararrayos tanto en el lado de alta tensión como en el de baja tensión, siendo preferibles los pararrayos de óxido de zinc (ZnO). Las protecciones contra cortocircuitos y sobrecargas deben considerarse por separado: los fusibles de caída de alta tensión deben proteger principalmente contra cortocircuitos internos, mientras que las sobrecargas y los cortocircuitos en la línea de baja tensión deben ser manejados por interruptores automáticos o fusibles instalados en el lado de baja tensión.

Durante la operación, se deben usar amperímetros de pinza regularmente para medir las corrientes de carga trifásicas y verificar si el desequilibrio permanece dentro de los límites reglamentarios. Si el desequilibrio excede los valores permitidos, se debe realizar inmediatamente una redistribución de la carga para volver a cumplir con los estándares.

Las inspecciones rutinarias de los transformadores de distribución sumergidos en aceite H59/H61 deben realizarse según las regulaciones, verificando el color del aceite, el nivel del aceite y la temperatura del aceite para su normalidad y buscando fugas de aceite. Se deben examinar las superficies de los embutidos en busca de marcas de descarga o flashover. Cualquier anomalía debe ser abordada de inmediato. El exterior del transformador, especialmente los embutidos, debe limpiarse periódicamente para eliminar suciedad y contaminantes.

Antes de la temporada anual de tormentas eléctricas, los pararrayos de alta y baja tensión y los conductores de bajada a tierra deben someterse a una inspección exhaustiva. Los pararrayos no conformes deben ser reemplazados. Los conductores de bajada a tierra no deben mostrar hilos rotos, soldaduras deficientes ni fracturas. No se debe utilizar alambre de aluminio; en su lugar, los conductores de tierra deben estar hechos de acero redondo de 10-12 mm de diámetro o de acero plano de 30×3 mm.

La resistencia a tierra debe ser probada anualmente durante el clima seco del invierno (después de al menos una semana de cielos despejados continuos). Los sistemas de tierra no conformes deben ser rectificados. Al conectar los bornes del transformador a los conductores aéreos en los lados de alta y baja tensión, se deben utilizar conectores de transición cobre-aluminio o abrazaderas de equipo cobre-aluminio. Antes de la conexión, las superficies de contacto de estos conectores deben pulirse con papel de lija No. 0 y recubrirse con una cantidad apropiada de grasa conductora.

Las operaciones del cambiador de tomas en los transformadores de distribución sumergidos en aceite H59/H61 deben seguir estrictamente las regulaciones. Después del ajuste, el transformador no debe ser energizado inmediatamente. En cambio, se deben comparar las mediciones de resistencia directa de todas las fases antes y después de la operación utilizando un puente de Wheatstone. Si no se observa un cambio significativo, se deben comparar los valores de resistencia directa fase a fase y línea a línea después de la operación: las diferencias de fase no deben superar el 4%, y las diferencias de línea deben ser menores al 2%. Si estos criterios no se cumplen, se debe identificar y corregir la causa. Solo después de cumplir con estos requisitos, el transformador de distribución sumergido en aceite H59/H61 puede ser devuelto al servicio.