17 Preguntas Comúns Sobre Transformadores Eléctricos

1 Por que o núcleo do transformador debe estar aterrado?
Durante a operación normal dos transformadores de potencia, o núcleo debe ter unha conexión a terra fiable. Sen aterramento, unha tensión flotante entre o núcleo e a terra causaría descargas intermitentes por ruptura. O aterramento en un único punto elimina a posibilidade de potencial flotante no núcleo. No entanto, cando existen dous ou máis puntos de aterramento, os potenciais desiguais entre as seccións do núcleo crean correntes circulantes entre os puntos de aterramento, causando fallos de calentamento por múltiples puntos de aterramento. Os fallos de aterramento do núcleo poden causar sobrecalentamentos localizados. En casos graves, a temperatura do núcleo aumenta significativamente, activando alarmas de gas ligeiro e, potencialmente, provocando a activación da protección contra gas pesado. As seccións do núcleo fundidas crean curtos circuitos entre as laminacións, aumentando as perdas no núcleo e afectando seriamente ao rendemento e á operación do transformador, a veces requirindo a substitución das láminas de silicio do núcleo. Polo tanto, os núcleos dos transformadores deben ter exactamente un punto de aterramento - nin máis nin menos.

2 Por que se usan lámicas de acero siliciado para os núcleos dos transformadores?
Os núcleos comúns de transformadores están feitos de lámicas de acero siliciado. O acero siliciado é acero que contén silicio (tamén chamado areia) nun 0,8-4,8%. Usa-se acero siliciado porque ten excelentes propiedades magnéticas e pode xerar unha densidade de fluxo magnético alta nas bobinas energizadas, permitindo un tamaño menor do transformador. Os transformadores sempre funcionan baixo condicións AC, con perdas de potencia que non só ocorren na resistencia das bobinas, senón tamén no núcleo baixo magnetización alternada. As perdas de potencia no núcleo chámanse "perdas de ferro", que consisten en "perdas de histerese" e "perdas por correntes de Foucault". As perdas de histerese ocorren durante a magnetización debido á histerese magnética, con perdas proporcionais á área encerrada polo ciclo de histerese do material. O acero siliciado ten un ciclo de histerese estreito, resultando en perdas de histerese menores e redución do calentamento.

Se o acero siliciado ten estas vantaxes, por que non usar bloques sólidos? Porque os núcleos laminados reducen outro tipo de perda de ferro - as perdas por correntes de Foucault. Durante a operación, a corrente alternada nas bobinas crea un fluxo magnético alternado, inducindo correntes no núcleo. Estas correntes inducidas fluem en lazos cerrados perpendiculares á dirección do fluxo, formando correntes de Foucault que causan calentamento. Para reducir as perdas por correntes de Foucault, os núcleos dos transformadores usan lámicas de acero siliciado aisladas empilhadas, forzando as correntes de Foucault a atravesar camiños estreitos con seccións transversais máis pequenas para aumentar a resistencia. Ademais, o silicio no acero aumenta a resistividade, reducindo ainda máis as correntes de Foucault. Os núcleos de transformador típicamente usan lámicas de acero siliciado frio laminado de 0,35 mm de espesor, cortadas a tamaño e empilhadas en formas "E-I" ou "C". En teoría, lámicas máis finas e tiras máis estreitas reducirían mellor as correntes de Foucault. Isto reduciría as perdas por correntes de Foucault, diminuiría o aumento de temperatura e ahorraría material. No entanto, a fabricación práctica do núcleo considera múltiples factores - lámicas excesivamente finas aumentarían enormemente os custos de man de obra e reducirían a área transversal efectiva do núcleo. Polo tanto, as dimensións das lámicas de acero siliciado para os núcleos de transformador deben equilibrar varias consideracións para lograr un deseño óptimo.

3 Cal é o rango de protección da protecção Buchholz (gás)?

• Curtos circuitos multipolos internos no transformador
• Curtos circuitos entre espiras, entre bobinas e núcleo ou tanque
• Fallos no núcleo
• Descenso do nivel de aceite ou fuga de aceite
• Contacto deficiente nos selectores de derivación ou soldadura deficiente dos conductores

4 Cales son as diferenzas entre a protección diferencial principal do transformador e a protección Buchholz?

• A protección diferencial principal do transformador funciona segundo os principios de corrente circulante, mentres que a protección Buchholz funciona baseada na xeración de gases durante os fallos internos do transformador.
• A protección diferencial serve como a protección principal para os transformadores, mentres que a protección Buchholz é a protección principal para os fallos internos do transformador.
• Os rangos de protección son diferentes:
  A) A protección diferencial cubre:
  • Curtos circuitos multipolos nos conductores e bobinas do transformador principal
  • Curtos circuitos severos entre espiras dunha única fase
  • Fallos de terra nas bobinas e conductores en sistemas de aterramento de alta corrente
• B) A protección Buchholz cubre:
• • Curtos circuitos multipolos internos no transformador
  • Curtos circuitos entre espiras, entre espiras e núcleo ou tanque
  • Fallos no núcleo (dano por sobrecalentamento)
  • Descenso do nivel de aceite ou fuga de aceite
  • Contacto deficiente nos selectores de derivación ou soldadura deficiente dos conductores

5 Como manejar os fallos dos refrescadores do transformador principal?

• Cando se perden as fontes de alimentación de traballo para as secções I e II dos refrescadores, aparece unha sinal de "falha de enerxía #1, #2" e actívase o circuito de disparo total dos refrescadores do transformador principal. Informe inmediatamente ao despacho e desactiva este conxunto de protección.
• Se a conmutación entre as fontes de alimentación I e II falla durante a operación, o indicador "refrescador parado" ilumínase, activando o circuito de disparo total dos refrescadores do transformador principal. Informe inmediatamente ao despacho para desactivar este conxunto de protección e realice rapidamente a conmutación manual. Se os contactores KM1 ou KM2 fallaron, non force a excitación.
• Cando falle calquera circuito de refrescador individual, aísle o circuito de refrescador defectuoso.

6 Que consecuencias ocorren cando se operan en paralelo transformadores que non cumpren as condicións de operación en paralelo?
Cando os transformadores con diferentes razóns de transformación operan en paralelo, desenvólvense correntes circulantes, afectando a capacidade de saída do transformador. Cando os transformadores con diferentes impedancias porcentuais operan en paralelo, as cargas non poden distribuírse segundo as razóns de capacidade dos transformadores, tamén afectando a capacidade de saída. Cando os transformadores con diferentes grupos de conexión operan en paralelo, ocorrerán cortocircuitos nos transformadores.

7 Que causa sons anómalos nos transformadores?

• Sobrecarga
• Contactos internos deficientes que causan arcos de descarga
• Compoñentes sueltos
• Aterramento ou cortocircuitos no sistema
• Arranque de motores grandes que causa fluctuacións significativas de carga

8 Cando non se debe axustar o cambiador de tomas dun transformador con cambio de tomas baixo carga?

• Durante a operación de sobrecarga do transformador (excepto en circunstancias especiais)
• Cando a protección de gas leve do cambiador de tomas baixo carga se activa frecuentemente
• Cando o manómetro de aceite do cambiador de tomas baixo carga indica ausencia de aceite
• Cando o número de cambios de tomas excede os límites especificados
• Cando o dispositivo de cambio de tomas presenta anomalias

9 Que representan os valores nominais na placa de identificación dun transformador?
Os valores nominais dos transformadores son especificacións establecidas polos fabricantes para a operación normal do transformador. Operar dentro destes valores nominais asegura un funcionamento confiable a longo prazo con bo desempeño. Os valores nominais inclúen:

• Capacidade nominal: A capacidade de saída garantida baixo condicións nominais, expresada en voltio-amperios (VA), quilovoltio-amperios (kVA) ou megavoltio-amperios (MVA). Debido á alta eficiencia do transformador, as capacidades nominais das bobinas primaria e secundaria están xeralmente deseñadas para ser iguais.
• Voltaxe nominal: A voltaxe terminal garantida baixo condicións sen carga, expresada en voltios (V) ou quilovoltios (kV). A menos que se especifique lo contrario, a voltaxe nominal refírese á voltaxe de liña.
• Corrente nominal: A corrente de liña calculada a partir da capacidade nominal e a voltaxe nominal, expresada en amperios (A).
• Corrente sen carga: A corrente de excitación como porcentaxe da corrente nominal durante a operación sen carga.
• Perda de cortocircuito: A perda de potencia activa cando unha bobina está cortocircuitada e se aplica voltaxe á outra bobina para lograr a corrente nominal en ambas as bobinas, expresada en vatios (W) ou quilovatios (kW).
• Perda sen carga: A perda de potencia activa durante a operación sen carga, expresada en vatios (W) ou quilovatios (kW).
• Voltaxe de cortocircuito: Tamén chamada voltaxe de impedancia, a porcentaxe da voltaxe aplicada respecto á voltaxe nominal cando unha bobina está cortocircuitada e a outra bobina transporta a corrente nominal.
• Grupo de conexión: Indica os métodos de conexión das bobinas primaria e secundaria e a diferenza de fase entre as voltaxes de liña, representado usando notación de reloxo.

10 Por que os inversores de fonte de corrente requiren maior capacidade de transformador?
O deseño do transformador xeralmente ten en conta a capacidade nominal en lugar da potencia nominal, xa que a corrente só se relaciona coa capacidade nominal. Para os inversores de fonte de voltaxe, o factor de potencia de entrada é próximo a 1, polo que a capacidade nominal e a potencia nominal son case iguais. Os inversores de fonte de corrente son diferentes, o seu factor de potencia de entrada no lado de entrada é igual, como máximo, ao factor de potencia do motor de indución de carga. Polo tanto, para o mesmo motor de carga, a capacidade nominal debe ser maior que para os transformadores utilizados con inversores de fonte de voltaxe.

11 Que factores afectan a capacidade do transformador?
A selección do núcleo está relacionada coa voltaxe, mentres que a selección do conductor está relacionada coa corrente, a espesor do conductor afecta directamente a xeración de calor. En outras palabras, a capacidade do transformador só se relaciona coa xeración de calor. Para un transformador ben deseñado que opera en condicións pobres de dissipación de calor, unha unidade de 1000 kVA podería operar a 1250 kVA con un refrixerado mellorado. Ademais, a capacidade nominal está relacionada coa subida de temperatura permitida. Por exemplo, un transformador de 1000 kVA con unha subida de temperatura permitida de 100 K podería superar a capacidade de 1000 kVA se se permite operar a 120 K en circunstancias especiais. Isto mostra que mellorar as condicións de refrixerado do transformador pode aumentar a súa capacidade nominal. Ao contrario, para o mesmo inversor de capacidade, o tamaño do armario do transformador pode reducirse.

12 Como mellorar a eficiencia do transformador?

• Seleccionar transformadores ahorradores de enerxía de baixas perdas e alta eficiencia sempre que sexa posible
• Elixir razoablemente a capacidade do transformador en función das condicións de carga
• Manter o factor de carga medio do transformador por encima do 70%
• Considerar a substitución por transformadores de menor capacidade cando o factor de carga medio estea consistentemente por debaixo do 30%
• Mellorar o factor de potencia da carga para mellorar a capacidade do transformador para entregar potencia activa
• Configurar racionalmente as cargas para minimizar o número de transformadores en funcionamento

13 Por que acelerar a modernización técnica dos transformadores de distribución de alto consumo de enerxía?
Os transformadores de distribución de alto consumo de enerxía refírense principalmente aos transformadores das series SJ, SJL, SL7, S7, cuxas perdas de ferro e cobre son moito máis altas ca as dos actuais transformadores da serie S9. Por exemplo, comparados co S9, o S7 ten un 11% máis de perdas de ferro e un 28% máis de perdas de cobre. Transformadores máis novos como o S10 e o S11 son incluso máis eficientes energeticamente ca o S9, mentres que os transformadores de aleación amorfa teñen perdas de ferro equivalentes só ao 20% das perdas dun transformador S7. Os transformadores teñen normalmente vidas útiles de varias décadas. Substituír transformadores de alto consumo de enerxía por modelos de alta eficiencia non só mellora a eficiencia da conversión de enerxía senón que tamén permite consegui-loitros considerables de electricidade ao longo da súa vida útil.

14 Que é a corrente parasita? Que danos causa a corrente parasita?
Cando unha corrente alterna circula por un conductor, xera un campo magnético alterno ao seu redor. Este campo alterno induce correntes dentro de conductores sólidos. Dado que estas correntes inducidas forman bucles pechados no interior do conductor semellantes a vórtices de auga, chámanse correntes parásitas. As correntes parásitas non só desperdician enerxía eléctrica, reducindo a eficiencia dos equipos, senón que tamén provocan o escenzemento dos dispositivos eléctricos (como os núcleos dos transformadores), podendo afectar ao funcionamento normal do equipo cando o efecto é grave.

15 Por que debe evitarse a corrente de curto circuito no lado de baixa tensión na protección instantánea do transformador?
Isto considérase principalmente para garantir a selectividade na operación da proteción por relés. A protección instantánea no lado de alta tensión protexe principalmente contra fallas externas graves do transformador. Ao axustar, se a protección non evita a corrente máxima de curto circuito no lado de baixa tensión do transformador, o alcance da protección estenderíase ás liñas de saída de baixa tensión, xa que os valores de corrente de curto circuito non cambian significativamente nun tramo curto preto da saída de baixa tensión. Isto comprometería a selectividade. Aínda que unha protección non selectiva sexa máis fiadora, crea inconvenientes operativos. Por exemplo, moitos parques industriais teñen salas principais de distribución de 10 kV (bus de 10 kV + interruptores de saída), con cada taller tendo aneis de distribución de baixa tensión (unidades de anel principal + transformadores). Se os interruptores non evitan a corrente máxima de curto circuito no lado de baixa tensión do transformador, tanto os interruptores principais de baixa tensión (interruptor fusible da unidade de anel principal) como os interruptores de alta tensión operarían, causando dificultades operativas.

16 Por que non se permite que dous transformadores en paralelo teñan simultaneamente os seus puntos neutros conectados á terra?
Nos sistemas de alta corrente, para satisfacer os requisitos de coordinación de sensibilidade da proteción por relés, algúns transformadores principais deben estar conectados á terra mentres outros permanecen illados. Nunha estación con dous transformadores principais, non conectar ambos os puntos neutros simultaneamente aborda principalmente a coordinación da protección de corrente e tensión de secuencia cero. Nas subestacións con múltiples transformadores en paralelo, normalmente algúns puntos neutros de transformadores están conectados á terra mentres outros permanecen illados. Isto limita a corrente de falla á terra a niveis razoables e minimiza o impacto dos cambios no modo de operación sobre a magnitude e distribución das correntes de secuencia cero en toda a rede, mellorando a sensibilidade dos sistemas de protección de corrente de secuencia cero.

17 Por que realizar probas de peche impulsivo antes de poñer en funcionamento transformadores recén instalados ou reparados?
Desconectar un transformador descargado da rede provoca sobretensións de manobra. Nos sistemas de pequena corrente de terra, estas sobretensións poden acadar entre 3 e 4 veces a tensión de fase nominal; nos sistemas de alta corrente de terra, poden acadar 3 veces a tensión de fase nominal. Polo tanto, para verificar se o aillamento do transformador pode soportar a tensión nominal e as sobretensións operativas de manobra, deben realizarse múltiples probas de peche impulsivo antes da posta en servizo. Ademais, ao energizar transformadores descargados prodúcese unha corrente de magnetización inrush, que pode acadar entre 6 e 8 veces a corrente nominal. Dado que esta corrente inrush xera forzas electromagnéticas importantes, as probas de peche impulsivo tamén verifican de forma efectiva a resistencia mecánica do transformador e se a proteción por relés podería operar incorrectamente.