Una guia per a les tecnologies més recents de proves de transformadors

Els transformadors venen en molts tipus, principalment immersos en oli i de tipus sec. Les seves manifestacions de fallada són diverses, però la majoria de les fallades es concentren en els enrolaments, el nucli, els components de connexió i la contaminació de l'oli. Per exemple, danys a l'aïllament dels enrolaments, circuits oberts, circuits curts i circuits curts entre voltes als punts de connexió. Els símptomes externs comuns de les fallades dels transformadors inclouen sobrecalentament sever, augment excessiu de temperatura, soroll anòmal i desequilibri trifàsic.

La manteniment rutinari dels transformadors inclou principalment proves d'aïllament (resistència d'aïllament, ràtio d'absorció dielèctric, etc.), mesura de la resistència CC (per detectar falles relacionades amb els enrolaments), inspecció amb elevació del nucli i proves sense càrrega. Algunes empreses també analitzen la qualitat de l'oli dels transformadors immersos en oli per assegurar-se que el seu aïllament elèctric i les seves prestacions tèrmiques romanguin íntegres.

A continuació, es presenten diversos mètodes avançats de prova de transformadors per a referència.

1. Mètode ALL-Test

El nucli del mètode ALL-Test consisteix en utilitzar senyals d'alta freqüència i baixa tensió - en lloc de senyals d'alta tensió - per mesurar paràmetres interns com la resistència CC, la impedància, l'angle de fase de l'inductància dels enrolaments i la relació corrent-freqüència (I/F) de l'equipament basat en enrolaments. Això permet una avaluació precisa de les fallades internes i les seves fases de desenvolupament. Les avantatges d'aquest mètode són:

• Permet un diagnòstic ràpid de fallades in situ, ajudant a determinar si són necessàries inspeccions més laborioses i intensives, com l'elevació del nucli.

• Alta precisió de mesura. Com que la resistència CC dels enrolaments dels transformadors és típicament molt baixa, l'ús de senyals d'alta freqüència i baixa tensió evita l'aggravació de defectes existents. Amb una precisió de tres decimals, es poden detectar fins i tot circuits curts intervoltes minuts mitjançant canvis notables en la resistència CC (R) - algo que no es pot aconseguir amb les proves de resistència CC convencionals.

• Facilita la monitorització basada en l'estat. Cada mesura es pot registrar i emmagatzemar. Realitzant proves regulars i traçant corbes de tendència, es poden monitorar els canvis en els paràmetres clau a lo llarg del temps, proporcionant dades fiables per a la detecció prèvia de fallades i el manteniment predictiu - suportant la gestió quantitativa de fallades en instal·lacions industrials.

• L'anàlisi exhaustiva de paràmetres (R, Z, L, tgφ, I/F) ofereix una descripció més completa, oportuna i precisa de les fallades internes dels transformadors.

Procediment bàsic per a l'ALL-Test:
Després de desconnectar l'alimentació al transformador, connecteu a terra el costat secundari (o primari). A continuació, connecteu els cables de senyal de l'instrument als terminals primaris (o secundaris) (H1, H2, H3) un per un, mesurant els paràmetres entre fases (R, Z, L, tgφ, I/F). Comparant els resultats entre fases o amb dades històriques de la mateixa fase en diferents moments, es pot determinar l'estat de fallada del transformador.

Com a referència, es recomana el següent criteri d'avaluació empíric:

• Resistència (R):

• Si R > 0,25 Ω, una diferència entre fases superior al 5% indica un desequilibri trifàsic.

• Si R ≤ 0,2 Ω, utilitzeu un llindar del 7,5% per a la valoració del desequilibri.

• Impedància (Z):

• El desequilibri entre fases no hauria de superar el 5%.

• Els transformadors fallats sovint mostren un desequilibri que tendeix a superar el 100%.

• Inductància (L):

• El desequilibri no hauria de superar el 5%.

• Tangent de l'angle de fase (tgφ):

• La diferència entre fases hauria de ser d'un dígit (per exemple, 0,1 vs 0,2 és acceptable; 0,1 vs 0,3 no ho és).

• Relació corrent-freqüència (I/F):

• La diferència entre fases no hauria de superar dos dígits (per exemple, 1,23 vs 1,25 és acceptable).

Basant-nos en l'experiència en terreny, durant la progressió des del desequilibri a la fallada, les dades de prova dels transformadors experimenten canvis dràstics. Per als transformadors crítics, es recomana realitzar mesures ALL-Test almenys una vegada al mes.

Taula 1 Dades experimentals d'un bon transformador de 2500 kVA, 28800:4300, prova del costat secundari

Taula 2 Dades experimentals d'un transformador defectuós de 500kVA, 13800:240V, prova del costat primari

2. Mètode de prova de la relació de voltatges

En les proves de camp dels transformadors, la mesura directa de la relació de voltatges és un mètode efectiu i ràpid per detectar errors interns, com ara la connexió incorrecta, els circuits tancats o oberts. Durant l'operació, degut a variacions en la fabricació o a la degradació de l'aïllament amb el temps, la relació de voltatges real d'un transformador pot desviar-se del seu valor de placa. Si es mesura amb precisió, la relació de voltatges pot servir com a indicador clau de la condició per identificar i seguir l'evolució de defectes interns. Per això, s'utilitza un analitzador de relació de voltatges de transformador (TTR), que sol requerir una precisió de mesura molt alta.

3. Prova de la qualitat de l'oli del transformador

Els transformadors immersos en oli són molt utilitzats, i una part crítica del seu manteniment és avaluar l'estat de l'oli aïllant. Senyals de degradació de l'oli, com ara un color foscos, olor àcida, força dielèctrica reduïda (tensió de ruptura) o formació de fang, sovint es poden identificar mitjançant inspecció visual. A més, l'anàlisi quantitativa de les propietats clau de l'oli, incloent la viscositat, el punt d'ignició i el contingut d'aigua, és essencial per a una avaluació completa. Consulteu la taula següent per als criteris d'avaluació.

El següent introdueix breument com realitzar l'anàlisi i la inspecció utilitzant cromatografia de gas. Quan l'oli del transformador es deteriora o es produeixen faults, l'enfocament bàsic d'aquest mètode és extreure una mostra d'oli del transformador sense interrompre l'energia, analitzar els tipus i concentracions de gassos dissolts, i després determinar la condició de la fault. En condicions normals, el contingut de gas a l'oli és molt baix, especialment els gassos combustibles, que representen només un 0,001% a 0,1% del total.

No obstant això, a mesura que augmenta la severitat de les faults del transformador, l'oli i els materials d'aislament sòlid generen diversos gassos sota efectes tèrmics i electromagnètics deguts a faults tèrmiques. Per exemple, quan hi ha sobrecalentament localitzat, els materials aïllants produeixen grans quantitats de CO i CO₂; quan l'oli mateix es sobrecalenta, genera quantitats significatives d'etilè i metà. Utilitzant el contingut de gassos combustibles com a criteri de jutjament, es poden aplicar les següents pautas: un contingut de gas inferior al 0,1% indica condició normal; entre 0,1% i 0,5% indica una fault lleu; superior al 0,5% indica una fault greu.

Els gassos principalment produïts per faults elèctriques en transformadors són hidrogen i acetilè (C₂H₂), causats principalment per descàrregues d'arc o esclatar. Es poden utilitzar els següents indicadors de referència per al jutjament: contingut d'H₂ <0,01% és normal, 0,01–0,02% requereix atenció, i >0,02% indica una fault; C₂H₂ <0,0005% és normal, i >0,001% indica una fault.

Després que un transformador es humiteixi, el contingut d'H₂ (hidrogen) tendeix a ser alt, ja que el gas hidrogen s'engendra mitjançant electròlisi sota corrent. Aquests dades de gas poden ser analitzades de manera integral per avaluar la condició del transformador.