¿Cuáles son las pruebas de rutina para los transformadores de voltaje al aire libre?

1. Introducción

Los transformadores de tensión al aire libre son equipos clave para garantizar la seguridad de los aparatos eléctricos. Se requiere un análisis de pruebas científico y completo para evitar riesgos y pérdidas de propiedad causados por operaciones incorrectas. El análisis de las pruebas puede guiar la formulación de estrategias de operación y precauciones, asegurar el funcionamiento estable del equipo y maximizar los beneficios económicos y sociales.

2. Concepto de Transformadores de Tensión al Aire Libre

Un transformador de tensión al aire libre es esencialmente un transformador reductor al aire libre, con la función principal de aislar la electricidad de alta tensión:

• Convertir la electricidad de alta tensión en una tensión secundaria de 100V o menos, en proporción, para satisfacer las necesidades de los instrumentos de medición y la protección por relés.

• Usado para el control/supervisión de la salida de línea en centrales eléctricas y subestaciones, así como para la liquidación de electricidad entre la red y los usuarios, y entre centrales y estaciones.
  Tiene un alto valor y aplicabilidad y debe usarse razonablemente para maximizar su valor.

2.1 Métodos de Prueba y Principios de Funcionamiento

El método de conexión inversa se utiliza a menudo para probar transformadores de tensión al aire libre. El método de conexión inversa detecta la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica de la aislación de las siguientes tres partes:

• Aislación entre la pantalla electrostática primaria (terminal X) y los devanados secundario y terciario.

• Aislación entre el devanado primario y los extremos de los devanados secundario y terciario.

• Aislación entre el soporte aislante y el suelo.

2.2 Análisis de Defectos del Método de Conexión Inversa

El método de conexión inversa tiene tres deficiencias:

• Limitación de Medición: Principalmente refleja la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica de la aislación entre la pantalla electrostática primaria y los devanados secundario y terciario. Dado que la capacitancia de esta parte alcanza 1000pF, que es mucho mayor que la de las otras dos partes (decenas de picofaradios), es difícil reflejar el cambio del ángulo de pérdida dieléctrica de las dos últimas partes.

• Baja Tensión de Prueba: El nivel de aislación del extremo de tierra del devanado de alta tensión del transformador de tensión en cascada es bajo. La tensión de prueba diseñada por el fabricante es de 2000V, y generalmente solo se pueden aplicar 1600V en pruebas preventivas (algunas unidades han utilizado 2500 - 3000V. Aunque puede detectar la entrada de agua y humedad, la tensión general es relativamente baja, lo que afecta la sensibilidad de medición del puente).

• Interferencia por Contaminación: La contaminación de la placa terminal y la pequeña manga de porcelana llevada desde el terminal X aumentará el error de medición. Aunque se puede utilizar el método de conexión directa para reducir el impacto (el método de conexión directa también mide la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica entre la pantalla electrostática primaria y los devanados secundario y terciario), el error de medición del método de conexión directa en sí sigue siendo grande.

Para ser precisos, los transformadores de tensión y los transformadores de potencia tienen aproximadamente el mismo principio de funcionamiento. Su estructura básica consta de tres partes: el núcleo de hierro, el devanado primario y el devanado secundario. La función principal de un transformador de potencia es transmitir energía eléctrica, por lo que generalmente tiene una gran capacidad. Un transformador de tensión tiene principalmente la función de transformar la tensión, asegurando el suministro de energía para los instrumentos de medición y los dispositivos de protección por relés, y midiendo la tensión, la potencia y la energía eléctrica en los circuitos. Es importante destacar que los transformadores de tensión también pueden analizar y monitorear fallas en la línea. Estos factores determinan que los transformadores de tensión al aire libre tengan capacidades relativamente pequeñas. Normalmente, los transformadores de tensión al aire libre operan en condiciones sin carga. El diagrama de análisis del principio de funcionamiento del transformador de tensión se muestra en la Figura 1.

Como se ve en el diagrama, el devanado de alta tensión de un transformador de tensión está en paralelo con otros circuitos relevantes en el circuito primario. La tensión secundaria es proporcional a la tensión primaria y refleja su valor. La relación entre las tensiones nominales de los devanados primario y secundario es la relación de transformación nominal, generalmente K_n = U₁/U₂. Además, el devanado primario está en paralelo en el circuito primario, por lo que el lado secundario no puede cortocircuitarse; un cortocircuito generaría una corriente fuerte, dañando el transformador e incluso paralizando la línea en casos graves. De manera similar, durante las pruebas de transformadores de tensión al aire libre, para evitar tensiones excesivamente altas o bajas, se debe conectar a tierra el devanado secundario, el núcleo de hierro y la carcasa. Esto asegura que el transformador y el equipo al aire libre permanezcan seguros incluso si ocurren accidentes.

3. Clasificación de Transformadores de Tensión al Aire Libre

• Clasificados por el principio de funcionamiento de los transformadores de tensión: Transformadores de tensión electromagnéticos y transformadores de tensión capacitivos.

• Clasificados por las características de las condiciones de trabajo específicas al aire libre: Transformadores de tensión al aire libre convencionales y transformadores de tensión al aire libre especiales.

• Clasificados por el número de fases de los transformadores de tensión: Tipo de fase única y tipo trifásico. En general, un transformador de tensión de fase única se refiere a uno que se puede fabricar para cualquier nivel de tensión y puede realizar la conversión según sea necesario en diferentes condiciones para garantizar todos los cambios necesarios; mientras que un transformador de tensión trifásico está limitado a niveles de tensión de 10 kV o menos.Aunque este tipo de transformador de tensión tiene ciertas limitaciones en gran medida, es relativamente adecuado para desempeñar su valor y función en situaciones específicas.

• Clasificados por el número de devanados de los transformadores de tensión: Tipo combinado de doble devanado y tipo combinado de triple devanado.

• Clasificados por la estructura de aislamiento: Tipo seco, tipo de resina, tipo de gas y tipo de aceite. Por supuesto, para determinar qué tipo de transformador de tensión al aire libre usar, es necesario considerar completamente el entorno de trabajo y las características reales del transformador de tensión en su totalidad para un análisis específico.

4. Análisis de los Modos de Conexión de Transformadores de Tensión al Aire Libre en Pruebas Rutinarias

En toda la prueba de transformadores de tensión al aire libre, el modo de conexión es un enlace relativamente clave e importante en todo el transformador de tensión, y necesitamos analizarlo para garantizar la seguridad y estabilidad de toda la prueba.

4.1 Conexión de Un Hilo

Es un modo de conexión que utiliza un transformador de tensión de fase única para medir la tensión de una fase específica a tierra o la tensión entre fases. El método de conexión de este transformador de tensión se utiliza principalmente para circuitos trifásicos relativamente simétricos.

4.2 Modo de Conexión V - V

El llamado modo de conexión V - V se refiere a conectar dos transformadores de fase única en una estructura incompleta. Este modo de conexión se puede utilizar para medir mejor la tensión entre fases, pero también tiene una desventaja, es decir, no puede medir la tensión a tierra. Más notablemente, se utiliza ampliamente en redes eléctricas con una tensión de 20 kV o menos donde el punto neutro no está conectado a tierra o está conectado a tierra mediante un reactor de extinción de arcos.

4.3 Conexión Y0 - Y0

Este modo de conexión conecta tanto el lado primario como el secundario del transformador de fase única en el tipo Y0. Este modo de conexión tiene una gran ventaja, es decir, puede suministrar energía a medidores y relés que requieren tensión y a medidores de monitoreo de aislamiento que requieren tensión de fase. Generalmente, este modo de conexión se utiliza solo en sistemas de 35 kV o menos.

5 Análisis de Precauciones Durante las Pruebas Rutinarias de Transformadores de Tensión al Aire Libre

• Durante el proceso de prueba, antes de la prueba formal del transformador de tensión, se requiere un tratamiento y prueba científica de la polaridad y la medición de la resistencia de aislamiento del transformador de tensión. Esto es para asegurar que el transformador de tensión no sufra pérdidas innecesarias debido a factores externos durante la prueba.

• La conexión del transformador de tensión al aire libre debe ser correcta. En particular, se debe tener en cuenta que el devanado primario y el circuito bajo prueba deben estar conectados en paralelo, y el devanado secundario y los devanados de tensión de los instrumentos de medición y dispositivos de protección por relés conectados deben estar en paralelo. También se debe tener en cuenta que se debe garantizar la corrección de la polaridad simultáneamente.

• Durante la prueba, la carga en el lado secundario del transformador de tensión no debe superar su capacidad nominal especificada en condiciones normales. Si se supera, conducirá a un gran error de datos en todo el transformador, y no se podrán obtener los valores normales requeridos.

• El lado secundario del transformador de tensión no debe cortocircuitarse. Esto se debe a que la impedancia interna del transformador de tensión es muy pequeña. Si el circuito se cortocircuita, se generará una corriente muy grande, lo que causará un gran daño a todo el equipo del transformador de tensión. En casos graves, incluso puede amenazar la seguridad personal del personal de prueba. Además, si es posible, se deben instalar ciertos equipos de protección y monitoreo en el lado primario para garantizar la estabilidad de todo el sistema de prueba y evitar situaciones innecesarias.

• Para garantizar mejor la medición de las pruebas relevantes y la seguridad del personal de experimentación, el devanado secundario debe estar conectado a tierra en un punto durante el experimento. La ventaja de esto es que, incluso si se produce un daño en el aislamiento, puede garantizar bien la seguridad de la propiedad y las personas.

6 Conclusión

A través del análisis de pruebas de transformadores de tensión al aire libre, se formulan métodos de prueba y precauciones relativamente completos y científicos. Se asegura realmente el progreso normal de toda la prueba, protege la seguridad del equipo y el personal, y proporciona una base confiable para la aplicación de transformadores de tensión al aire libre en el campo del suministro de electricidad para maximizar su valor.