Com es diagnostiquen i eliminen els errors de massa a terra del transformador

Les bobines i el nucli d'un transformador són els components principals responsables de la transmissió i transformació de l'energia electromagnètica. Assegurar el seu funcionament fiable és una qüestió fonamental. Les dades estadístiques mostren que els problemes relacionats amb el nucli representen la tercera causa més freqüent de fallades en transformadors. Els fabricants han prestat cada cop més atenció als defectes del nucli i han implementat millores tècniques en relació amb la connexió a terra fiable del nucli, la monitorització de la connexió a terra del nucli i l’assegurament de la connexió a terra en un sol punt. Els departaments d'explotació també han posat especial èmfasi en la detecció i identificació de fallades del nucli. Tanmateix, les fallades del nucli en transformadors encara es produeixen sovint, principalment degudes a la connexió a terra multipunt i una mala connexió a terra del nucli. Aquest article presenta els mètodes de diagnòstic i tractament per a aquests dos tipus de fallades.

1. Eliminació de les fallades de connexió a terra multipunt

1.1 Mesures temporals quan no es pot treure el transformador de servei

• Si hi ha un conductor extern de connexió a terra i el corrent de fallada és relativament elevat, el cable de terra es pot desconnectar temporalment durant l'explotació. Tanmateix, és essencial una supervisió estreta per evitar que el nucli desenvolupi un potencial flotant després de la desaparició del punt de fallada.

• Si la fallada de connexió a terra multipunt és inestable, es pot inserir una resistència variable (reostat) al circuit de connexió a terra de treball per limitar el corrent per sota de 1 A. El valor de la resistència es determina dividint la tensió mesurada entre els extrems del cable de terra normal obert pel corrent que circula pel cable de terra.

• S'hauria d'utilitzar l'anàlisi cromatogràfica per monitoritzar la taxa de generació de gas al punt de fallada.

• Després de localitzar amb precisió el punt de fallada mitjançant mesures, si no es pot reparar directament, la banda de connexió a terra normal del nucli es pot traslladar a la mateixa posició que el punt de fallada per reduir significativament els corrents circularis.

1.2 Mesures de manteniment complet

Un cop el sistema de monitoratge confirma una fallada de connexió a terra multipunt, els transformadors que puguin aturar-se haurien de desconnectar-se promptament i reparar-se completament per eliminar totalment la fallada. S'haurien de seleccionar mètodes adequats de manteniment segons el tipus i la causa de la connexió a terra multipunt. Tanmateix, en alguns casos, fins i tot després de l'aturada i extracció del nucli, no es pot trobar el punt de fallada. Per localitzar amb precisió el punt de connexió a terra in situ, es poden utilitzar els següents mètodes:

• Mètode DC: Desconnecteu la banda de connexió entre el nucli i la brida fixadora. Apliqueu una tensió contínua de 6 V a través de les làmines d'acer silici situades als dos costats de la culata. A continuació, utilitzeu un voltímetre de corrent continu per mesurar seqüencialment la tensió entre làmines adjacents. Lloc on la tensió sigui zero o canviï de polaritat indica el punt de connexió a terra defectuós.

• Mètode AC: Apliqueu una tensió alternativa de 220–380 V al bobinatge de baixa tensió, creant així un flux magnètic al nucli. Amb la banda de connexió entre el nucli i la brida fixadora desconnectada, utilitzeu un miliamperímetre per detectar el pas de corrent indicatiu d'una fallada de connexió a terra multipunt. Moveu la sonda del miliamperímetre al llarg de cada nivell de làmina de la culata; el punt on el corrent caigui a zero és la ubicació de la fallada.

2. Fenòmens anormals causats per la connexió a terra multipunt

• Es generen corrents paràsits al nucli, augmentant les pèrdues del nucli i provocant escalfament localitzat.

• Si una connexió a terra multipunt greu roman sense tractar durant un període prolongat, l'operació contínua escalfarà l'oli i les bobines, envellant progressivament l'aïllament oli-paper. Això pot fer que el recobriment aïllant entre làmines s'alteri i es despengi, provocant un escalfament més sever del nucli i, finalment, la seva combustió.

• La connexió a terra multipunt prolongada deteriora l'oli aïllant en transformadors immersos en oli, generant gasos inflamables que poden activar el relé Buchholz (relé de gas).

• L'escalfament del nucli pot carbonitzar els blocs de fusta i els components de suport dins del dipòsit del transformador.

• Una connexió a terra multipunt greu pot cremar el conductor de terra, resultant en la pèrdua de la connexió a terra en un sol punt normal del transformador—una condició extremadament perillosa.

• La connexió a terra multipunt també pot provocar fenòmens de descàrrega parcial.

3. Raó per la qual el nucli ha de tenir connexió a terra en un sol punt durant el funcionament normal

Durant el funcionament normal, existeix un camp elèctric entre els bobinatges sota tensió i el dipòsit del transformador. El nucli i altres peces metàl·liques es troben dins d’aquest camp. A causa de la distribució desigual de la capacitància i de diferents intensitats de camp, si el nucli no té una connexió a terra fiable, es produiran fenòmens de càrrega i descàrrega, danyant tant l’aïllament sòlid com l’oli. Per tant, el nucli ha de tenir connexió a terra exactament en un sol punt.

El nucli està compost per làmines d’acer silici. Per reduir els corrents paràsits, cada làmina està aïllada de les adjacents amb una petita resistència (normalment només uns pocs fins a diverses desenes d’ohms). Tanmateix, degut a la capacitància molt elevada entre làmines, aquestes actuen com un camí conductor sota camps elèctrics alterns. Per tant, connectar el nucli a terra en un sol punt és suficient per mantenir tot el paquet a potencial de terra.

Si el nucli o algun dels seus components metàl·lics té dos o més punts de connexió a terra (connexió a terra multipunt), es forma un bucle tancat entre aquests punts. Aquest bucle acoblaria part del flux magnètic, induint una força electromotriu i corrents circularis, provocant escalfament localitzat i podent arribar a cremar el nucli.

Només la connexió a terra en un únic punt del nucli del transformador constitueix una connexió a terra fiable i normal—és a dir, el nucli ha de tenir connexió a terra, i ha de tenir connexió a terra exactament en un sol punt.

Els errors principals es deuen principalment a dos factors: (1) pràctiques de construcció defectuoses que porten a circuits curts, i (2) accessoris o factors externs que causen un aterrament multipunt.