17 Preguntes freqüents sobre transformadors elèctrics

1 Per què el nucli del transformador ha de estar connectat a terra?
Durant l'operació normal dels transformadors d'energia, el nucli ha de tenir una connexió a terra fiable. Sense aquesta connexió, una tensió flotant entre el nucli i la terra podria causar descàrregues intermittenents. La connexió a terra en un sol punt elimina la possibilitat de potencial flotant al nucli. Tanmateix, quan hi ha dos o més punts de connexió a terra, els potencials desiguals entre les seccions del nucli creen corrents circulants entre els punts de connexió, causant falles de càlida per múltiples punts de terra. Les falles de connexió a terra del nucli poden causar sobrecalor localitzada. En casos greus, la temperatura del nucli augmenta significativament, activant alarms de gas lleuger, i potencialment provocant que la protecció de gas pesant es dispare. Les seccions del nucli fondues creen curts circuits entre les laminacions, incrementant les pèrdues del nucli i afectant greument el rendiment i l'operació del transformador, en alguns casos necessitant la substitució de les fulles d'acer siliciós del nucli. Per tant, els nusos dels transformadors han de tenir exactament un punt de terra, ni més ni menys.

2 Per què s'utilitzen fulles d'acer siliciós per als nusos dels transformadors?
Els nusos comuns dels transformadors estan fets de fulles d'acer siliciós. L'acer siliciós és acer que conté silici (també anomenat sorra) en un 0,8-4,8%. S'utilitza l'acer siliciós degut a les seves excel·lents propietats magnètiques i la capacitat de generar una densitat de flux magnètic alta en bobines energitzades, permetent un mida més petita del transformador. Els transformadors sempre operen en condicions d'AC, amb pèrdues d'energia no només en la resistència de les bobines, sinó també en el nucli sota magnetització alternada. Les pèrdues d'energia del nucli es coneixen com "pèrdues de ferro", consistint en "pèrdues de histeresis" i "pèrdues de corrents de Foucault". Les pèrdues de histeresis ocorren durant la magnetització degut a la histeresis magnètica, amb pèrdues proporcionals a l'àrea tancada pel bucle de histeresis del material. L'acer siliciós té un bucle de histeresis estret, resultant en pèrdues de histeresis més baixes i menor calenta.

Si l'acer siliciós té aquests avantatges, per què no s'utilitzen blocs sòlids? Perquè els nusos laminats reduïxen un altre tipus de pèrdues de ferro - les pèrdues de corrents de Foucault. Durant l'operació, la corrent alternada en les bobines crea un flux magnètic alternat, induint corrents al nucli. Aquestes corrents induïdes fluixen en circuits tancats perpendiculars a la direcció del flux, formant corrents de Foucault que causen calor. Per reduir les pèrdues de corrents de Foucault, els nusos dels transformadors utilitzen fulles d'acer siliciós aïllades apilades, forçant els corrents de Foucault a travessar camins estrets amb seccions transversals més petites per augmentar la resistència. Addicionalment, el silici en l'acer augmenta la resistivitat, reduint encara més els corrents de Foucault. Normalment, els nusos dels transformadors utilitzen fulles d'acer siliciós lamiat fred de 0,35 mm d'espessor, tallades a mida i apilades en formes "E-I" o "C". Teòricament, fulles més fines i taules més estretes reduirien millor els corrents de Foucault. Això reduiria les pèrdues de corrents de Foucault, baixaria l'augment de temperatura i economitzaria material. No obstant això, la fabricació pràctica del nucli considera diversos factors - fulles excessivament fines incrementarien enormement els costos de treball i reduirien l'àrea efectiva transversal del nucli. Per tant, les dimensions de les fulles d'acer siliciós per als nusos dels transformadors han de equilibrar diverses consideracions per assolir un disseny òptim.

3 Quin és el rang de protecció de la protecció Buchholz (de gas)?

• Curts circuits multipolars interns al transformador
• Curts circuits entre espires, curts circuits entre bobines i nucli o tanque
• Falles del nucli
• Baixada del nivell d'oli o fugida d'oli
• Contacte deficient en els canviadors de toma o soldadura deficiente dels conductors

4 Quines són les diferències entre la protecció diferencial principal del transformador i la protecció Buchholz?

• La protecció diferencial principal del transformador opera segons els principis de corrents circulants, mentre que la protecció Buchholz opera basant-se en la generació de gas durant les falles internes del transformador.
• La protecció diferencial serveix com a protecció principal dels transformadors, mentre que la protecció Buchholz és la protecció principal per a les falles internes dels transformadors.
• Els rangs de protecció són diferents:
  A) La protecció diferencial cobreix:
  • Curts circuits multipolars en els conductors principals i bobines del transformador
  • Curts circuits severes entre espires d'una sola fase
  • Falles a terra en bobines i conductors en sistemes de terra de corrent alta
• B) La protecció Buchholz cobreix:
• • Curts circuits multipolars interns al transformador
  • Curts circuits entre espires, curts circuits entre espires i nucli o tanque
  • Falles del nucli (dany per sobrecalor)
  • Baixada del nivell d'oli o fugida d'oli
  • Contacte deficient en els canviadors de toma o soldadura deficiente dels conductors

5 Com gestionar les falles dels refrigeradors del transformador principal?

• Quan es perden les fonts d'alimentació de treball per a les seccions I i II dels refrigeradors, apareix un senyal de "falla d'energia #1, #2", i es dispara el circuit de parada total dels refrigeradors del transformador principal. Informeu immediatament a la central i inhabiliteu aquest conjunt de proteccions.
• Si la commutació entre les fonts d'alimentació I i II falla durant l'operació, s'encercla l'indicador de "refrigeració total parada", activant el circuit de parada total dels refrigeradors del transformador principal. Informeu immediatament a la central per inhabilitar aquest conjunt de proteccions i realitzeu ràpidament la commutació manual. Si els contactors KM1 o KM2 han fallat, no forceu l'excitació.
• Quan qualsevol circuit de refrigeració individual falli, aïlleu el circuit de refrigeració defectuós.

6 Quines són les conseqüències quan es fan funcionar en paral·lel transformadors que no compleixen les condicions d'operació en paral·lel?
Quan es fan funcionar en paral·lel transformadors amb ràtios de transformació diferents, es produeixen corrents cícliques, afectant la capacitat de sortida dels transformadors. Quan es fan funcionar en paral·lel transformadors amb impedàncies percentuals diferents, la càrrega no es pot distribuir segons les raons de capacitat dels transformadors, també afectant la capacitat de sortida. Quan es fan funcionar en paral·lel transformadors amb grups de connexió diferents, es produeixen circuits tancats als transformadors.

7 Quins són els causants dels sons anòmals en els transformadors?

• Sobrecàrrega
• Contactes interns defectuosos que causen arcs elèctrics
• Components individuals alliberats
• Aterraments o circuits tancats al sistema
• Inici de motors grans que provoca fluctuacions significatives de càrrega

8 En quins casos no s'hauria de regular el canviador de toma d'un transformador amb canvi de toma sota càrrega?

• Durant l'operació de sobrecàrrega del transformador (excepte en circumstàncies especials)
• Quan la protecció de gas lleuger del canviador de toma sota càrrega es dispara freqüentment
• Quan el nivell d'oli del canviador de toma sota càrrega indica que no hi ha oli
• Quan el nombre de canvis de toma excedeix els límits especificats
• Quan el dispositiu de canvi de toma mostra anormalitats

9 Què representen els valors de referència a la placa de dades d'un transformador?
Els valors de referència dels transformadors són especificacions establertes pels fabricants per a l'operació normal del transformador. Operar dins d'aquests valors de referència assegura una operació fiable a llarg termini amb un bon rendiment. Els valors de referència inclouen:

• Capacitat de referència: La capacitat de sortida garantida en condicions de referència, expressada en volt-amperes (VA), quilovolt-amperes (kVA) o megavolt-amperes (MVA). Degut a l'alta eficiència dels transformadors, les capacitats de referència de les bobines primària i secundària solen estar dissenyades per ser iguals.
• Voltatge de referència: El voltatge terminal garantit en condicions sense càrrega, expressat en volts (V) o quilovolts (kV). A menys que es digui el contrari, el voltatge de referència fa referència al voltatge de línia.
• Corrent de referència: El corrent de línia calculat a partir de la capacitat de referència i el voltatge de referència, expressat en amperes (A).
• Corrent sense càrrega: El corrent d'excitació com a percentatge del corrent de referència durant l'operació sense càrrega.
• Pèrdua en curto circuit: La pèrdua de potència activa quan una bobina està en curto circuit i es li aplica un voltatge a l'altra bobina per assolir el corrent de referència en ambdós, expressat en watts (W) o quilowatts (kW).
• Pèrdua sense càrrega: La pèrdua de potència activa durant l'operació sense càrrega, expressada en watts (W) o quilowatts (kW).
• Voltatge en curto circuit: També anomenat voltatge d'impedància, el percentatge del voltatge aplicat respecte al voltatge de referència quan una bobina està en curto circuit i l'altra porta el corrent de referència.
• Grup de connexió: Indica els mètodes de connexió de les bobines primària i secundària i la diferència de fase entre els voltatges de línia, representat utilitzant notació horària.

10 Per què els inversors de font de corrent requereixen una major capacitat de transformador?
El disseny del transformador normalment considera la capacitat de referència en lloc de la potència de referència, ja que la corrent només està relacionada amb la capacitat de referència. Per als inversors de font de tensió, el factor de potència d'entrada és proper a 1, per tant, la capacitat de referència i la potència de referència són gairebé iguals. Els inversors de font de corrent són diferents: el seu factor de potència d'entrada del costat d'entrada del transformador és com a molt el factor de potència del motor d'inducció de càrrega. Per tant, per al mateix motor de càrrega, la capacitat de referència ha de ser més gran que per als transformadors utilitzats amb inversors de font de tensió.

11 Quins factors afecten la capacitat del transformador?
La selecció del nucli està relacionada amb la tensió, mentre que la selecció del conductor està relacionada amb la corrent: l'amplada del conductor afecta directament la generació de calor. En altres paraules, la capacitat del transformador només està relacionada amb la generació de calor. Per a un transformador ben dissenyat que opera en condicions de dissipació de calor deficients, una unitat de 1000 kVA podria operar a 1250 kVA amb un refredament millorat. A més, la capacitat de referència està relacionada amb l'augment de temperatura permès. Per exemple, un transformador de 1000 kVA amb un augment de temperatura permès de 100K podria superar la capacitat de 1000 kVA si es permet que operi a 120K en circumstàncies especials. Això mostra que millorar les condicions de refredament del transformador pot augmentar la seva capacitat de referència. A l'inrevés, per a la mateixa capacitat d'inversor, la mida de la caixa del transformador es pot reduir.

12 Com millorar l'eficiència del transformador?

• Sempre que sigui possible, seleccione transformadors d'alta eficiència i baixa pèrdua energètica
• Esculli la capacitat del transformador de manera raonable basant-se en les condicions de càrrega
• Mantenir el factor de càrrega mitjà del transformador per sobre del 70%
• Considerar la substitució per transformadors de menor capacitat quan el factor de càrrega mitjà és consistentment inferior al 30%
• Millorar el factor de potència de la càrrega per augmentar la capacitat del transformador de lliurar potència activa
• Configura raonablement les càrregues per minimitzar el nombre de transformadors en funcionament

13 Per què accelerar la renovació tècnica dels transformadors de distribució de alt consum energètic?
Els transformadors de distribució de alt consum energètic es referixen principalment als transformadors de sèries SJ, SJL, SL7, S7, els quals tenen pèrdues de ferro i cobre molt més altes que els actuals transformadors de sèrie S9. Per exemple, comparat amb el S9, el S7 té un 11% més de pèrdues de ferro i un 28% més de pèrdues de cobre. Els transformadors més nous com els S10 i S11 són encara més eficients energèticament que el S9, mentre que els transformadors d'aleació amorfa tenen pèrdues de ferro equivalents només al 20% dels transformadors S7. Els transformadors solen tenir una vida útil de diverses dècades. Reemplaçar els transformadors de alt consum energètic amb models d'alta eficiència no només millora l'eficiència de conversió d'energia, sinó que també aconsegueix un considerable estalvi d'electricitat durant la seva vida útil.

14 Què són les corrents de Foucault? Quin mal fan les corrents de Foucault?
Quan una corrent alternada passa a través d'un conductor, crea un camp magnètic alternat al voltant del conductor. Aquest camp alternat induix corrents dins dels conductors sòlids. Com que aquestes corrents induïdes formen bucles tancats dins del conductor similars a vòrtexs d'aigua, se les anomena corrents de Foucault. Les corrents de Foucault no només despesen energia elèctrica, reduint l'eficiència de l'equipament, sinó que també causen escalfament en dispositius elèctrics (com ara els nuclis dels transformadors), podent afectar l'operació normal de l'equipament quan són severes.

15 Per què la protecció instantània del transformador ha d'evitar la corrent de curtcircuït de baixa tensió?
Això es considera principalment per a la selectivitat en l'operació de la protecció relacional. La protecció instantània del costat d'alta tensió protegeix principalment contra faults externes greus del transformador. En la configuració, si la protecció no evita la corrent màxima de curtcircuït al costat de baixa tensió del transformador, l'àmbit de protecció s'estendria a les línies de sortida de baixa tensió, ja que els valors de corrent de curtcircuït no canvien significativament en un rang curt prop de la sortida de baixa tensió. Això compromet la selectivitat. Si bé la protecció no selectiva és més fiable, crea inconvenients operatius. Per exemple, molts parcs industrials tenen habitacions principals de distribució de 10kV (bus de 10kV + interruptors de sortida), amb cada taller tenint anells de distribució de baixa tensió (unitats de bus en anell + transformadors). Si els interruptors no eviten la corrent màxima de curtcircuït al costat de baixa tensió del transformador, els interruptors principals de baixa tensió (interruptors de càrrega de l'unitat de bus en anell) i els interruptors de alta tensió actuarien tots dos, causant dificultats operatives.

16 Per què no es permet que dos transformadors en paral·lel tinguen els punts neutres a terra simultàniament?
En sistemes de corrent elevada, per satisfacer els requisits de coordinació de sensibilitat de la protecció relacional, alguns transformadors principals han de ser a terra mentre que d'altres romandran sense aterrissar. En una estació amb dos transformadors principals, no aterrissar els dos punts neutres simultàniament s'aborda principalment per a la coordinació de la protecció de corrent zero-sequencial i tensió zero-sequencial. En subestacions amb diversos transformadors en paral·lel, generalment alguns punts neutres dels transformadors estan a terra mentre que d'altres no ho estan. Això limita la corrent de fault a nivells raonables i minimitza l'impacte dels canvis en el mode operatiu en la magnitud i distribució de les corrents zero-sequencials a la xarxa, millorant la sensibilitat dels sistemes de protecció de corrent zero-sequencial.

17 Per què es realitzen proves de tancament impulsiu abans de posar en funcionament transformadors nous o revisats?
Desconnectar un transformador buit de la xarxa crea sobretensions de commutació. En sistemes de aterrissatge de corrent petita, aquestes sobretensions poden arribar a 3-4 vegades la tensió nominal de fase; en sistemes de aterrissatge de corrent elevada, poden arribar a 3 vegades la tensió nominal de fase. Per tant, per verificar si l'aislament del transformador pot suportar la tensió nominal i les sobretensions de commutació operativa, cal realitzar diverses proves de tancament impulsiu abans de la puesta en servicio. A més, alimentar transformadors buits produeix una corrent de saturació magnètica, que pot arribar a 6-8 vegades la corrent nominal. Com que la corrent de saturació crea forces electromagnètiques significatives, les proves de tancament impulsiu també verifiquen efectivament la resistència mecànica del transformador i si la protecció relacional podria actuar incorrectament.