Cómo Diagnosticar y Eliminar Fallos de Aterrizaje del Núcleo del Transformador

Los devanados y el núcleo de un transformador son los componentes principales responsables de transmitir y transformar la energía electromagnética. Garantizar su funcionamiento confiable es una preocupación importante. Datos estadísticos muestran que los problemas relacionados con el núcleo representan la tercera causa más frecuente de fallas en transformadores. Los fabricantes han prestado cada vez más atención a los defectos del núcleo e implementado mejoras técnicas respecto a la conexión a tierra confiable del núcleo, monitoreo de la conexión a tierra del núcleo y garantía de conexión a tierra en un solo punto. Los departamentos de operación también han puesto gran énfasis en la detección e identificación de fallas del núcleo. Sin embargo, las fallas del núcleo en transformadores aún ocurren con frecuencia, principalmente debido a la conexión a tierra en múltiples puntos y una mala conexión a tierra del núcleo. Este artículo presenta los métodos de diagnóstico y tratamiento para estos dos tipos de fallas.

1. Eliminación de fallas por conexión a tierra en múltiples puntos

1.1 Medidas temporales cuando no se puede retirar el transformador del servicio

• Si existe un conductor externo de conexión a tierra y la corriente de falla es relativamente grande, el cable de tierra puede desconectarse temporalmente durante la operación. Sin embargo, es esencial un monitoreo cercano para evitar que el núcleo desarrolle un potencial flotante después de que desaparezca el punto de falla.

• Si la falla por conexión a tierra en múltiples puntos es inestable, se puede insertar una resistencia variable (reostato) en el circuito de conexión a tierra de trabajo para limitar la corriente por debajo de 1 A. El valor de resistencia se determina dividiendo el voltaje medido entre los extremos del cable de tierra normal abierto por la corriente que fluye a través del cable de tierra.

• Debe utilizarse análisis cromatográfico para monitorear la tasa de generación de gases en el punto de falla.

• Después de localizar con precisión el punto de falla mediante mediciones, si no puede repararse directamente, la correa de conexión a tierra normal del núcleo puede trasladarse a la misma posición que el punto de falla para reducir significativamente las corrientes circulantes.

1.2 Medidas de mantenimiento exhaustivo

Una vez que el monitoreo confirme una falla por conexión a tierra en múltiples puntos, los transformadores que puedan apagarse deben desenergizarse oportunamente y repararse completamente para eliminar totalmente la falla. Deben seleccionarse métodos de mantenimiento adecuados según el tipo y causa de la conexión a tierra en múltiples puntos. Sin embargo, en algunos casos, incluso después del apagado y extracción del núcleo, no puede encontrarse el punto de falla. Para localizar con precisión el punto de conexión a tierra en el sitio, pueden usarse los siguientes métodos:

• Método DC: Desconecte la correa de conexión entre el núcleo y el marco de sujeción. Aplique un voltaje DC de 6 V a través de las laminaciones de acero al silicio en ambos lados de la culata. Luego, use un voltímetro DC para medir secuencialmente el voltaje entre laminaciones adyacentes. La ubicación donde el voltaje marque cero o invierta polaridad indica el punto de conexión a tierra defectuoso.

• Método AC: Aplique un voltaje AC de 220–380 V al devanado de baja tensión, estableciendo flujo magnético en el núcleo. Con la correa de conexión entre núcleo y abrazadera desconectada, use un miliamperímetro para detectar el flujo de corriente indicativo de una falla por conexión a tierra en múltiples puntos. Mueva la sonda del miliamperímetro a lo largo de cada nivel de laminación de la culata; el punto donde la corriente caiga a cero es la ubicación de la falla.

2. Fenómenos anormales causados por la conexión a tierra en múltiples puntos

• Se inducen corrientes parásitas en el núcleo, aumentando las pérdidas en el núcleo y provocando sobrecalentamiento local.

• Si una conexión a tierra severa en múltiples puntos permanece sin tratar durante un período prolongado, la operación continua sobrecalentará el aceite y los devanados, envejeciendo gradualmente el aislamiento papel-aceite. Esto puede hacer que el recubrimiento aislante entre laminaciones se deteriore y se desprenda, llevando a un sobrecalentamiento más grave del núcleo y eventual quemadura del mismo.

• La conexión a tierra prolongada en múltiples puntos degrada el aceite aislante en transformadores sumergidos en aceite, produciendo gases inflamables que pueden activar el relé Buchholz (relé de gas).

• El sobrecalentamiento del núcleo puede carbonizar bloques de madera y componentes de sujeción dentro del tanque del transformador.

• Una conexión a tierra severa en múltiples puntos puede quemar el conductor de tierra, resultando en la pérdida de la conexión a tierra normal en un solo punto del transformador—una condición extremadamente peligrosa.

• La conexión a tierra en múltiples puntos también puede causar fenómenos de descarga parcial.

3. Razón por la cual el núcleo debe conectarse a tierra en un solo punto durante la operación normal

Durante la operación normal, existe un campo eléctrico entre los devanados energizados y el tanque del transformador. El núcleo y otras partes metálicas están situadas dentro de este campo. Debido a la distribución desigual de la capacitancia y diferentes intensidades del campo, si el núcleo no está conectado a tierra de manera confiable, ocurrirán fenómenos de carga-descarga, dañando tanto el aislamiento sólido como el aislamiento por aceite. Por lo tanto, el núcleo debe conectarse a tierra exactamente en un punto.

El núcleo está compuesto por laminaciones de acero al silicio. Para reducir las corrientes parásitas, cada laminación está aislada de las adyacentes con una pequeña resistencia (típicamente solo unos pocos hasta varias decenas de ohmios). Sin embargo, debido a la muy alta capacitancia entre laminaciones, las laminaciones actúan como un camino conductor bajo campos eléctricos alternos. Así, conectar el núcleo a tierra en un solo punto es suficiente para fijar toda la pila al potencial de tierra.

Si el núcleo o sus componentes metálicos tienen dos o más puntos de conexión a tierra (conexión a tierra en múltiples puntos), se forma un bucle cerrado entre estos puntos. Este bucle enlaza parte del flujo magnético, induciendo fuerza electromotriz y corrientes circulantes, lo que provoca sobrecalentamiento local y puede incluso quemar el núcleo.

Solo la conexión a tierra en un solo punto del núcleo del transformador constituye una conexión a tierra confiable y normal, es decir, el núcleo debe estar conectado a tierra, y debe estar conectado a tierra exactamente en un punto.

Los fallos principales se deben principalmente a dos factores: (1) prácticas de construcción deficientes que llevan a cortocircuitos, y (2) accesorios o factores externos que causan un multipunto de puesta a tierra.