Fallos externos e internos no transformador

É fundamental protexer os transformadores de alta capacidade contra fallos eléctricos externos e internos.

Fallos externos no transformador de potencia

Curto circuito externo do transformador de potencia

O curto circuito pode ocorrer en dous ou tres fases do sistema eléctrico de potencia. O nivel da corrente de fallo é sempre suficientemente alto. Dependendo da tensión que foi curta-circuitada e da impedancia do circuito ata o punto de fallo. A perda de cobre do transformador que alimenta o fallo aumenta bruscamente. Este aumento das perdas de cobre causa un calentamento interno no transformador. Unha corrente de fallo grande tamén produce fortes estreses mecánicos no transformador. Os máximos estreses mecánicos ocorren durante o primeiro ciclo da corrente de fallo simétrica.

Perturbación de alta tensión no transformador de potencia

As perturbacións de alta tensión nos transformadores de potencia son de dous tipos,

1. Tensión de sobremullido transitoria

2. Sobretensión de frecuencia de rede

Tensión de sobremullido transitoria

Unha tensión de sobremullido de alta tensión e alta frecuencia pode xurdir no sistema eléctrico debido a calquera das seguintes causas,

• Arco ao chao se o punto neutro está aislado.

• Operación de conmutación de diferentes equipos eléctricos.

• Impulso atmosférico de raio.

Independentemente das causas da tensión de sobremullido, é, no fondo, unha onda viaxante cunha forma de onda alta e escarpada e tamén de alta frecuencia. Esta onda viaxa na rede do sistema eléctrico de potencia, ao chegar ao transformador de potencia, provoca unha ruptura da aislación entre espiras adxacentes ao terminal de liña, que pode crear un curto circuito entre espiras.

Sobretensión de frecuencia de rede

Sempre hai unha posibilidade de sobre tensión do sistema debido á desconexión súbita dunha carga grande. Aínda que a amplitud desta tensión sexa maior que o seu nivel normal, a súa frecuencia é a mesma que estaba en condicións normais. A sobretensión no sistema causa un aumento do estrés na aislación do transformador. Como sabemos, a tensión, unha tensión aumentada causa un aumento proporcional no fluxo de traballo.
Isto, polo tanto, causa un aumento nas perdas de ferro e un aumento proporcionalmente grande na corrente de magnetización. O fluxo aumentado é desviado do núcleo do transformador a outras partes estructurais de acero do transformador. Os parafusos do núcleo, que normalmente transportan pouco fluxo, poden estar suxeitos a un gran compoñente de fluxo desviado da rexión saturada do núcleo adxacente. Ba tal condición, o parafuso pode ser rapidamente aquecido e destruir a súa propia aislación así como a aislación do enrolamento.

Efecto de baixa frecuencia no transformador de potencia

Como a tensión, xa que o número de espiras no enrolamento está fixo.
Por tanto,
A partir desta ecuación, é claro que se a frecuencia diminúe nun sistema, o fluxo no núcleo aumenta, os efectos son mais ou menos similares aos da sobretensión.

Fallos internos no transformador de potencia

Os principais fallos que ocorren dentro dun transformador de potencia están categorizados como,

1. Ruptura da aislación entre o enrolamento e a terra

2. Ruptura da aislación entre diferentes fases

3. Ruptura da aislación entre espiras adxacentes, isto é, fallo inter-espiras

4. Fallo no núcleo do transformador

Fallos internos de terra no transformador de potencia

Fallos internos de terra nun enrolamento conectado en estrela con punto neutro aterrado a través dunha impedancia

Neste caso, a corrente de fallo depende do valor da impedancia de aterramento e tamén é proporcional á distancia do punto de fallo do punto neutro, xa que a tensión neste punto depende do número de espiras que pasan polo punto neutro e o punto de fallo. Se a distancia entre o punto de fallo e o punto neutro é maior, o número de espiras nesta distancia tamén é maior, polo que a tensión entre o punto neutro e o punto de fallo é alta, o que causa unha corrente de fallo maior. En poucas palabras, pódese dicir que, o valor da corrente de fallo depende do valor da impedancia de aterramento así como da distancia entre o punto de fallo e o punto neutro. A corrente de fallo tamén depende da reactancia de fuga da porción do enrolamento entre o punto de fallo e o neutro. Pero comparado coa impedancia de aterramento, é moi baixa e obviamente ignórase porque está en serie con unha impedancia de aterramento moito máis alta.

Fallos internos de terra nun enrolamento conectado en estrela con punto neutro solidamente aterrado

Neste caso, a impedancia de aterramento é idealmente cero. A corrente de fallo depende da reactancia de fuga da porción do enrolamento que pasa polo punto de fallo e o punto neutro do transformador. A corrente de fallo tamén depende da distancia entre o punto neutro e o punto de fallo no transformador. Como se dixo no caso anterior, a tensión entre estes dous puntos depende do número de espiras que pasan polo punto de fallo e o punto neutro. Polo tanto, nun enrolamento conectado en estrela con punto neutro solidamente aterrado, a corrente de fallo depende de dous factores principais, primeiro a reactancia de fuga do enrolamento que pasa polo punto de fallo e o punto neutro, e segundo a distancia entre o punto de fallo e o punto neutro. Pero a reactancia de fuga do enrolamento varía de maneira complexa coa posición do fallo no enrolamento. Observase que a reactancia diminúe moi rapidamente para o punto de fallo que se aproxima ao neutro, polo que a corrente de fallo é a máis alta para o fallo preto do extremo neutro. Así, neste punto, a tensión dispoñible para a corrente de fallo é baixa e ao mesmo tempo a reactancia que opón a corrente de fallo tamén é baixa, polo que o valor da corrente de fallo é suficientemente alto. Novamente, para o punto de fallo afastado do punto neutro, a tensión dispoñible para a corrente de fallo é alta, pero ao mesmo tempo a reactancia ofrecida pola porción do enrolamento entre o punto de fallo e o punto neutro é alta. Pódese notar que a corrente de fallo manteuse nun nivel moi alto a lo largo do enrolamento. En outras palabras, a corrente de fallo mantense unha magnitude moi alta independentemente da posición do fallo no enrolamento.

Fallos internos fase a fase no transformador de potencia

Os fallos fase a fase no transformador son raros. Se tal fallo ocorre, dará lugar a unha corrente substancial para activar o rele de sobre corrente instantánea no lado primario así como o rele diferencial.

Fallos inter-espiras no transformador de potencia

O transformador de potencia conectado con un sistema de transmisión de alta tensión eléctrica, é moi susceptible de estar suxeito a unha magnitude alta, fronte escarpada e impulsos de alta frecuencia debido ao sobremullido de raio na liña de transmisión. As tensións entre as espiras do enrolamento tornanse tan grandes que non poden sostener o estrés e provocan unha falla de aislación entre as espiras en algúns puntos. Tamén o enrolamento de baixa tensión está sometido ao sobremullido transferido. Un número moi grande de fallos de transformadores de potencia xorde de fallos entre espiras. Os fallos inter-espiras tamén poden ocorrer debido a forzas mecánicas entre espiras orixinadas por un curto circuito externo.

Fallo no núcleo do transformador de potencia

Se calquera parte da laminación do núcleo está danada, ou a laminación do núcleo está ponteada por calquera material conductor, iso causa unha corrente suficiente de corriente de Foucault para fluir, polo que esta parte do núcleo queda superaquecida. Ás veces, a aislación dos parafusos (utilizados para apertar as laminacións do núcleo xuntas) falla, permitindo que unha corrente suficiente de Foucault flua a través do parafuso e cause superaquecemento. Este fallo de aislación na laminación e nos parafusos do núcleo causa un calentamento local severo. Aínda que este calentamento local causa un