Faltes externes i internes en el transformador
És essencial protegir els transformadors de gran capacitat contra errors externs i interns elèctrics.
Errors externs en el transformador d'alta potència
Curtcircuit extern del transformador d'alta potència
El curtcircuit pot produir-se en dues o tres fases del sistema elèctric de potència. El nivell de corrent d'error és sempre prou elevat. Depèn de la tensió que ha estat curt-circuitada i de l'impedància del circuit fins al punt d'error. La pèrdua de cobre del transformador que alimenta l'error augmenta bruscament. Aquest increment de pèrdues de cobre provoca un escalfament intern en el transformador. Una gran corrent d'error també produeix tensions mecàniques severes en el transformador. Les tensions mecàniques màximes es produeixen durant el primer cicle de la corrent d'error simètrica.
Pertorbació de tensió elevada en el transformador d'alta potència
Les pertorbacions de tensió elevada en el transformador d'alta potència són de dos tipus,
Tensió de surtida transitoria
Sobretensió a freqüència de xarxa
Tensió de surtida transitoria
Una sobretensió de alta tensió i alta freqüència pot aparèixer en el sistema elèctric per qualsevol de les següents causes,
Arrencament si el punt neutre està aïllat.
Operacions de commutació de diferents equips elèctrics.
Impuls de llamp atmosfèric.
Quina sigui la causa de la tensió de surtida, és en definitiva una ona de propagació amb una forma d'ona alta i abrupta i també amb una alta freqüència. Aquesta ona viatja en la xarxa del sistema elèctric de potència, i quan arriba al transformador d'alta potència, provoca un trencament de l'aïllament entre les voltes adjacents al terminal de línia, el que pot crear un curtcircuit entre voltes.
Sobretensió a freqüència de xarxa
Sempre hi ha una possibilitat de sobretensió del sistema deguda a la desconexió súbita d'una càrrega gran. Encara que l'amplitud d'aquesta tensió sigui més elevada que el seu nivell normal, la seva freqüència és la mateixa que en condicions normals. La sobretensió en el sistema provoca un increment de la tensió sobre l'aïllament del transformador. Com sabem, la tensió
, incrementada, provoca un increment proporcional en el flux de treball.
Això, per tant, provoca un increment en la pèrdua de ferro i un increment proporcionalment gran en la corrent de magnetització. L'increment del flux es desvia del nucli del transformador a altres parts estructurals d'acer del transformador. Els bolts del nucli, que normalment porten poc flux, podrien estar subjectes a una gran component de flux desviat de la regió saturada del nucli al costat. En aquesta condició, el bolt pot escalfar-se ràpidament i destruir la seva pròpia aïllament, així com l'aïllament de les voltes.
Efecte de baixa freqüència en el transformador d'alta potència
Com, la tensió ja que el nombre de voltes en la bobina és fixe.
Per tant,
A partir d'aquesta equació, és 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 d'alta potència
Els principals errors que ocorren dins d'un transformador d'alta potència es categoritzen com,
Trencament de l'aïllament entre la bobina i la terra
Trencament de l'aïllament entre diferents fases
Trencament de l'aïllament entre voltes adjacents, és a dir, error inter-volta
Error en el nucli del transformador
Errors interns a terra en el transformador d'alta potència
Errors interns a terra en una bobina connectada en estrella amb el punt neutre a terra a través d'una impedància
En aquest cas, la corrent d'error depèn del valor de l'impedància de terra i també és proporcional a la distància del punt d'error respecte al punt neutre, ja que la tensió en aquest punt depèn del nombre de voltes que hi ha entre el punt neutre i el punt d'error. Si la distància entre el punt d'error i el punt neutre és més gran, el nombre de voltes en aquesta distància també ho serà, per tant, la tensió entre el punt neutre i el punt d'error és més elevada, el que provoca una corrent d'error més gran. Per tant, en poques paraules, es pot dir que el valor de la corrent d'error depèn del valor de l'impedància de terra, així com de la distància entre el punt d'error i el punt neutre. La corrent d'error també depèn de la reactància de fuga de la porció de la bobina entre el punt d'error i el punt neutre. Però, comparada amb l'impedància de terra, és molt baixa i, evidentment, es desestima ja que va en sèrie amb una impedància de terra relativament més elevada.
Errors interns a terra en una bobina connectada en estrella amb el punt neutre solidament a terra
En aquest cas, l'impedància de terra és idealment zero. La corrent d'error depèn de la reactància de fuga de la porció de la bobina que hi ha entre el punt d'error i el punt neutre del transformador. La corrent d'error també depèn de la distància entre el punt neutre i el punt d'error en el transformador. Com s'ha dit en el cas anterior, la tensió entre aquests dos punts depèn del nombre de voltes que hi ha entre el punt d'error 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 fuga de la bobina que hi ha entre el punt d'error i el punt neutre, i segon, la distància entre el punt d'error i el punt neutre. Però, la reactància de fuga de la bobina varia de manera complexa amb la posició de l'error en la bobina. Es veu que la reactància disminueix molt ràpidament quan el punt d'error s'apropa al neutre, i per tant, la corrent d'error és la més elevada per a l'error proper al final neutre. En 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 elevat. Un altre cop, per a un punt d'error allunyat del punt neutre, la tensió disponible per a la corrent d'error és elevada, però, alhora, la reactància oferida per la porció de la bobina entre el punt d'error i el punt neutre és elevada. Es pot notar que la corrent d'error es manté a un nivell molt elevat a través de tota la bobina. En altres paraules, la corrent d'error manté una magnitud molt elevada independent de la posició de l'error en la bobina.
Errors fase a fase interns en el transformador d'alta potència
Els errors fase a fase en el transformador són rars. Si un tal error ocorre, provocarà una corrent substancial per operar el relé de sobrecorrent instantani al costat primari, així com el relé diferencial.
Error inter-volta en el transformador d'alta potència
El transformador d'alta potència connectat amb un sistema de transmissió d'alta tensió extra, és molt probable que estigui subjecte a impulsos de tensió d'alta magnitud, amb front abrupte i alta freqüència, deguts a l'embolcallament de llamps a la línia de transmissió. Les tensions entre les voltes esdevenen tan grans, que no poden sostenir la tensió i causen el trencament de l'aïllament entre voltes en alguns punts. També la bobina de baixa tensió es troba sotmesa a causa de la tensió d'impuls transferida. Un nombre molt gran de fallides dels transformadors d'alta potència sorgeixen d'errors entre voltes. L'error inter-volta també pot ocórrer degut a forces mecàniques entre voltes originades per un curtcircuit extern.
