Anàlisi de quatre casos majors de cremat de transformadors elèctrics

Cas Un

El 1 d’agost de 2016, un transformador de distribució de 50kVA en una estació d’alimentació va començar a vessar oli durant el funcionament, seguit per la combustió i destrucció del fusible d’alta tensió. Les proves d’aïllament van revelar zero megohms des del costat de baixa tensió a terra. La inspecció del nucli va determinar que els danys en l’aïllament de l’enrotllament de baixa tensió havien provocat un curtcircuit. L’anàlisi va identificar diverses causes principals d’aquesta avaria del transformador:

Sobrecàrrega: La gestió de càrrega ha estat tradicionalment un punt feble en les estacions d’alimentació de base. Abans de les reformes del sistema elèctric rural, el desenvolupament era en gran part planificat. Les cremades de transformadors eren incidents freqüents durant el Cap d’Any xinès, les temporades agrícoles i períodes de sequera quan es necessitava reg. Tot i que s’han implementat sistemes de gestió, les capacitats de gestió dels electricistes rurals necessiten millora. Les càrregues elèctriques rurals creixen ràpidament amb patrons forts de temporada i manquen d’una gestió planificada. La sobrecàrrega prolongada provoca la cremada del transformador. A més, com que els ingressos dels pagesos han augmentat significativament, les càrregues dels electrodomèstics domèstics han crescut ràpidament, i les indústries de processament individuals rurals centrades al voltant dels habitatges han evolucionat ràpidament, resultant en un creixement substancial de la càrrega elèctrica. Tot i que la inversió en equipaments de distribució és considerable, els fons limitats fan que el reemplaçament de transformadors no pugui anar al ritme del creixement de la càrrega, provocant que els transformadors es cremessin per sobrecàrrega.

A més, les càrregues elèctriques rurals són difícils de gestionar, i la conscienciació sobre l’ús planificat de l’electricitat és feble. Durant períodes de màxima càrrega com el reg, les temporades agrícoles i les hores vesprals, la competència per l’ús de l’electricitat esdevé problemàtica, contribuint a la cremada del transformador.

Desequilibri de Càrrega Trifàsic: Quan les càrregues trifàsiques estan desequilibrades, es produeixen corrents trifàsics asimètrics, creant un corrent de seqüència zero en la línia neutra. El flux magnètic de seqüència zero generat per aquest corrent indueix un potencial de seqüència zero en els enrotllaments del transformador, desplaçant el potencial del punt neutre. La fase amb corrent més alt es sobrecarrega, danyant l’aïllament de l’enrotllament, mentre que la fase amb corrent més baix no pot assolir la seva capacitat nominal, reduint l’eficiència de sortida del transformador. Les connexions defectuoses als terminals de baixa tensió i al terminal neutre dels enrotllaments sobrecarregats poden provocar escalfament, envelliment i deformació dels segells de goma i juntes d’oli, provocant fuites d’oli i cremades de terminals.

Avaries per Curtcircuit: Tant si es tracta de falles monofàsiques a terra com de curtcircuits entre fases, la petita impedància dels enrotllaments de baixa tensió del transformador de distribució produeix corrents de curtcircuit extremadament alts. Especialment en curtcircuits propers, els corrents de falla poden arribar a més de 20 vegades el corrent nominal del transformador. Aquests corrents de curtcircuit poderosos generen forces electromagnètiques d’impacte i calor substancials que danyen els transformadors de distribució, convertint el curtcircuit en el mode d’avaria més destructiu per als transformadors.

Les causes principals actuals d’averia per curtcircuit inclouen:

• Separació inadequada en les línies de distribució de baixa tensió, on arbres caiguts o vehicles que colpegen pals causen curtcircuits

• Instal·lació, operació o manteniment inadequats dels interruptors automàtics de baixa tensió, provocant curtcircuits als terminals de l’interruptor

• Instal·lació inadequada o manteniment deficient de les caixes de mesurament de baixa tensió muntades als transformadors, provocant curtcircuits propers

Contramesures:

• Configurar correctament els fusibles de baixa tensió perquè es fonguin quan el corrent de baixa tensió superi el corrent nominal del transformador, protegint així el transformador. Els fusibles de baixa tensió haurien de tenir una mida 1,5 vegades la capacitat del transformador.

• Mesurar les càrregues del transformador durant períodes d’alta demanda i substituir immediatament els transformadors sobrecarregats.

• Fortalir l’explotació i el manteniment canviant aïlladors trencats, netejant els passadissos de línia i prevenint curtcircuits entre fases per protegir els transformadors.

Cas Dos

L’any 2015, una oficina elèctrica va patir 32 cremades de transformadors. La majoria van ser fabricats per un sol fabricant. Després d’extenses inspeccions del nucli i mostrejos d’oli, es va descobrir que el 80% de les mostres d’oli dels transformadors contenien aigua. L’anàlisi addicional va revelar que les canonades de subministrament d’oli dels conservadors d’aquests transformadors tenien un segellat deficicient. Durant les pluges, l’aigua s’acumulava a les canonades durant llargs períodes i gradualment infiltrava als transformadors. Amb el temps, el contingut d’aigua a l’oli del transformador va anar augmentant contínuament, reduint les seves propietats aïllants i provocant avaries del transformador.

Contramesures:

• Instal·lar copes metàl·liques sobre les canonades de subministrament d’oli per aïllar-les del contacte directe amb aigua. Després d’instal·lar aquestes copes a tots els transformadors d’aquest tipus, el nombre de cremades va disminuir notablement.

• Realitzar anualment proves de mostreig d’oli als transformadors de distribució i substituir immediatament l’oli del transformador quan els resultats de les proves siguin insatisfactoris.

Cas Tres

L’any 2018, un transformador elèctric en una estació d’alimentació es va cremar en un dia clar i assolellat quan la càrrega no era elevada. La inspecció del nucli va revelar punts obvis d’arc de curtcircuit a la bobina d’alta tensió, causats per un aïllament deficicient que va provocar un curtcircuit.

Anàlisi: Aquest tipus de falla del transformador no té factors externs evidents, el que fa difícil identificar la causa sense una inspecció del nucli. La majoria d'aquestes fallades es produeixen perquè el rendiment aïllant del transformador es degrada amb el temps de funcionament prolongat, i no es prenen mesures oportunes. Finalment, l'aïllament no compleix els requisits operatius, causant que el transformador s'escorri.

Mesures correctores:

• Realitza anualment proves de resistència aïllant en els transformadors de distribució, mantén registres i analitza les tendències. Reemplaça prontament els transformadors quan els valors d'aïllament caiguin per davall dels requisits per evitar escoriments.

• Monitoritza regularment l'aïllament dels transformadors situats en àrees propenses a les tempestes electriques per prevenir fallades degudes a l'aïllament degradat.

Cas quatre

El 6 de juliol de 2017, durant una tempesta, un transformador situat al cim d'una muntanya en una estació d'aprovitament elèctric va experimentar un incendi del fusible d'alta tensió i un spritz d'oli. Les proves d'aïllament van mostrar zero megohms des de l'alta tensió a terra, indicant danys al transformador.

Anàlisi: La causa d'aquesta falla del transformador va ser la sobretensió induïda per la llampada, que va trencar l'aïllament del transformador, provocant un curt circuit.

Mesures correctores:

• Millora la resistència a terra dels paral·lels de llamps dels transformadors per assegurar que els valors romanguin dins límits raonables.

• Realitza anualment proves d'aïllament tant dels paral·lels de llamps d'alta com de baixa tensió en els transformadors de distribució, reemplaçant ràpidament qualsevol que no compleixi els estàndards.

Reforçar la gestió del personal per prevenir accidents

La condició operativa dels transformadors de distribució està inextricablement relacionada amb la qualitat de la gestió. Amb una gestió meticulosa, els incidents d'escoriment dels transformadors es poden prevenir eficàciment.

• Comprendeix les condicions de càrrega de cada àrea de transformador: El personal de gestió de l'energia hauria de valorar regularment les càrregues dels usuaris, monitoritzant tant l'augment d'electrodomèstics per als usuaris residencials com l'expansió de fàbriques i mines, maquinària addicional i equipaments de càlida/refredament. Aquesta informació es pot recopilar a través de la lectura de comptadors i visites de camp regulars per mantenir una consciència precisa.

• Resumeix experiències i leccions passades: Comprendeix els patrons de com els canvis climàtics estacionals afecten l'equipament. Reforca i milloreu punts febles i perillosos revelats durant catàstrofes, implementant mesures preventives específiques com ajustar la protecció contra sobrecàrrega dels transformadors basant-se en les condicions reals per millorar la resiliència de l'equipament contra desastres naturals.

• Realitza anàlisis i previsions de càrrega proactives: Utilitzant les dades de primera mà recopilades dels dos punts anteriors, realitza científicament previsions de càrrega i implementa actualitzacions adequades, incloent modificacions de línia, redistribució de càrrega i increment de la capacitat dels transformadors. Reforca les inspeccions de l'equipament durant desastres de vent, neu, pluja gairexida i períodes de fred extrem per prevenir fallades i millorar la fiabilitat de l'equipament mentre es redueix l'escoriment dels transformadors.

• Enfatitza la responsabilitat del personal: Primer, establir una forta consciència de servei centrada en el servei a l'usuari i garantint una tensió estable de qualitat. El personal hauria de ser habilitat per identificar perillosos potencials i escoltar la retroacció dels usuaris, abordant els problemes prontament sense demora. L'equipament no s'hauria de fer funcionar amb errors coneguts o ignorant problemes. La gestió hauria de passar d'una resposta passiva a una execució proactiva i d'una execució rutinària a una implementació creativa. Segon, s'ha d'imposar la responsabilitat. Sense mecanismes de responsabilitat, les responsabilitats laborals i regulacions esdevinguin sense sentit. S'ha d'imposar estrictament la responsabilitat als empleats que negligisquen les seves responsabilitats, utilitzen l'autoritat per benefici personal, fan treballs perfunctoris o no implementen efectivament mesures—resultant en problemes no resolts dels usuaris, perillosos no abordats o danys a l'equipament. Només integrant la complimentació de responsabilitats amb mecanismes rigorosos de responsabilitat, es pot reforçar la responsabilitat laboral, augmentar l'eficiència operativa, millorar l'efectivitat de la implementació, servir millor les necessitats dels usuaris, prevenir incidents elèctrics causats pels humans i mantenir la integritat operativa de l'equipament.

Conclusió

En resum, els transformadors d'energia poden fallar per moltes raons durant la seva operació, però amb una gestió i manteniment reforçats, les fallades dels transformadors causades per humans es poden reduir significativament. Això millora la fiabilitat de l'aprovitament elèctric mentre es redueixen els costos de manteniment per a les companyies elèctriques, beneficiant tant les empreses com els usuaris. Això demostra la gran importància pràctica d'anàlisis de les fallades dels transformadors i la implementació de mesures correctores adequades.