Como Diagnosticar e Eliminar Fallos de Aterramento no Núcleo do Transformador

As enrolamentos e o núcleo dun transformador son os componentes principais responsables pola transmisión e transformación da enerxía electromagnética. Asegurar a súa operación fiable é unha gran preocupación. Os datos estatísticos mostran que os problemas relacionados co núcleo representan a terceira causa máis común de fallos en transformadores. Os fabricantes prestaron cada vez máis atención aos defectos do núcleo e implementaron melloras técnicas en relación coa aterrazamento fiable do núcleo, a monitorización do aterramento do núcleo e o aseguramento dun único punto de aterramento. Os departamentos de operación tamén prestaron gran importancia á detección e identificación de fallos no núcleo. A pesar disto, os fallos no núcleo dos transformadores aínda ocorren con frecuencia, principalmente debido ao aterramento multi-punto e ao mal aterramento do núcleo. Este artigo introduce os métodos de diagnóstico e manejo para estes dous tipos de fallos.

1. Eliminación de fallos de aterramento multi-punto

1.1 Medidas temporais cando o transformador non pode ser retirado de servizo

• Se hai unha derivación de aterramento externa e a corrente de fallo é relativamente grande, o cable de aterramento pode ser desligado temporalmente durante a operación. No entanto, é esencial unha monitorización estreita para evitar que o núcleo desenvolva un potencial flotante despois de que o punto de fallo desaparezca.

• Se o fallo de aterramento multi-punto é inestable, pódese inserir un resistor variable (rheostat) no circuito de aterramento de traballo para limitar a corrente a menos de 1 A. O valor da resistencia determinase dividindo a tensión medida a través do cable de aterramento normal aberto pola corrente que circula polo cable de aterramento.

• A análise cromatográfica debe usarse para monitorizar a taxa de xeración de gas no lugar do fallo.

• Despois de localizar precisamente o punto de fallo mediante medidas, se non se pode reparar directamente, a tira de aterramento normal do núcleo pode trasladarse á mesma posición que o punto de fallo para reducir significativamente as correntes de circulación.

1.2 Medidas de manutención completas

Unha vez que a monitorización confirma un fallo de aterramento multi-punto, os transformadores que poden ser apagados deben ser desenerxizados prontamente e reparados completamente para eliminar o fallo por completo. Deberían seleccionarse métodos de manutención adecuados en función do tipo e causa do aterramento multi-punto. No entanto, en algúns casos, mesmo despois de apagar e retirar o núcleo, non se pode atopar o punto de fallo. Para localizar correctamente o punto de aterramento no lugar, poden usarse os seguintes métodos:

• Método DC: Desconectar a tira de ligazón entre o núcleo e o marco de presión. Aplicar 6 V de tensión DC a través das laminacións de silicio a ambos os lados do yugo. Logo, usar un voltímetro DC para medir secuencialmente a tensión entre laminacións adxacentes. O lugar onde a tensión lese cero ou cambia de polaridade indica o punto de aterramento de fallo.

• Método AC: Aplicar 220–380 V de tensión AC ao enrolamento de baixa tensión, establecendo fluxo magnético no núcleo. Con a tira de ligazón entre o núcleo e o marco de presión desconectada, usar un amperímetro milimétrico para detectar a corrente indicativa dun fallo de aterramento multi-punto. Mover a sonda do amperímetro milimétrico a lo largo de cada nivel de laminación do yugo; o punto onde a corrente cae a cero é a localización do fallo.

2. Fenómenos anómalos causados polo aterramento multi-punto

• Indúcense correntes de Foucault no núcleo, aumentando as perdas no núcleo e provocando sobrecalentamento localizado.

• Se o aterramento multi-punto grave permanece sen tratar durante un período prolongado, a operación continua sobrecalentará o óleo e os enrolamentos, envelecendo gradualmente o aislamento de óleo e papel. Isto pode provocar que o revestimento de aislamento entre laminacións se degrade e despele, levando a un sobrecalentamento do núcleo máis severo e finalmente ao incendio do núcleo.

• O aterramento multi-punto prolongado degrada o óleo aislante nos transformadores de óleo, producindo gases inflamables que poden activar o relé de Buchholz (gas).

• O sobrecalentamento do núcleo pode carbonizar os bloques de madeira e os compoñentes de presión dentro do tanque do transformador.

• O aterramento multi-punto grave pode queimar o conductor de aterramento, resultando na perda do aterramento normal de único punto do transformador, unha condición extremadamente perigosa.

• O aterramento multi-punto tamén pode causar fenómenos de descarga parcial.

3. Razón pola que o núcleo debe estar aterrado nun único punto durante a operación normal

Durante a operación normal, existe un campo eléctrico entre os enrolamentos energizados e o tanque do transformador. O núcleo e outras partes metálicas están situadas dentro deste campo. Debido á distribución desigual da capacitancia e ás diferentes intensidades do campo, se o núcleo non está aterrado de forma fiable, ocorrerán fenómenos de carga-descarga, danificando tanto o aislamento sólido como o de óleo. Polo tanto, o núcleo debe estar aterrado exactamente nun único punto.

O núcleo está composto por laminacións de acero de silicio. Para reducir as correntes de Foucault, cada laminación está aislada das adxacentes con unha pequena resistencia (tipicamente só uns poucos a varias decenas de ohms). No entanto, debido á moi alta capacitancia inter-laminación, as laminacións actúan como unha via conductora baixo campos eléctricos alternativos. Así, o aterramento do núcleo nun único punto é suficiente para clavar todo o paquete ao potencial de tierra.

Se o núcleo ou os seus compoñentes metálicos teñen dous ou máis puntos de aterramento (aterramento multi-punto), forma-se un bucle pechado entre estes puntos. Este bucle liga parte do fluxo magnético, inducindo forza electromotriz e correntes de circulación, que causan sobrecalentamento localizado e incluso poden queimar o núcleo.

Só o aterramento de único punto do núcleo do transformador constitúe un aterramento fiable e normal, é dicir, o núcleo debe estar aterrado, e debe estar aterrado exactamente nun único punto.

Os fallos no núcleo debense principalmente a dous factores: (1) prácticas deficientes de construción que provocan curto circuítos, e (2) accesorios ou factores externos que causan terra múltiple.