¿Por qué se considera que el núcleo del transformador es el corazón principal de un transformador de potencia?

Como aparato central y equipo central dentro de la industria energética, el núcleo de hierro de un transformador de potencia constituye un componente funcional y estructural vital para garantizar el flujo sin obstáculos del circuito magnético, la conversión de energía y la seguridad eléctrica. Desde la perspectiva de los equipos de potencia y la seguridad eléctrica, no se pueden pasar por alto las fallas en los núcleos de hierro de los transformadores.

Comenzando con una descripción del estado operativo de los núcleos de hierro de los transformadores, este artículo aclara el principio de conexión a tierra de un solo punto para los núcleos de hierro de los transformadores, analiza las causas de las fallas de conexión a tierra en los núcleos de hierro de los transformadores y proporciona métodos para el manejo y detección de fallas.

1 Descripción de las condiciones de funcionamiento del núcleo del transformador de potencia

El núcleo constituye el corazón estructural de un transformador de potencia y proporciona un soporte esencial para el flujo magnético y la conversión de energía. Durante el funcionamiento normal, el núcleo genera un campo magnético alterno extremadamente fuerte debido al alto voltaje y las grandes corrientes, lo que resulta en una diferencia de potencial significativa con respecto a tierra. Esta diferencia de potencial puede provocar fenómenos de descarga entre el núcleo y el tanque de aceite. Las descargas severas pueden dañar directamente el núcleo, los devanados y la carcasa del transformador, lo que podría provocar accidentes y riesgos operativos en el transformador.

2 Principio de puesta a tierra de un solo punto para núcleos de transformadores de potencia

La puesta a tierra de un solo punto para los núcleos de transformadores de potencia implica asegurar las laminaciones para formar un plano potencial unificado. Esto se logra conectando una sección del núcleo a una placa de sujeción del núcleo fijada a la pared interior del tanque mediante alambres o pernos de sujeción. Esto asegura una uniformidad potencial tanto dentro del núcleo como entre el núcleo y el tanque. Si el núcleo presenta irregularidades, deformaciones o flexiones, facilita fácilmente la conexión a tierra eléctrica a través de las laminaciones. Dentro de un campo electromagnético alterno, esto induce corrientes alternas dentro del núcleo, formando potencialmente circuitos localizados. En consecuencia, se produce una liberación de calor transitoria y localizada dentro del núcleo, lo que provoca temperaturas internas excesivas, una liberación significativa de gases nocivos, la activación de los sistemas de protección de gas y la parada del transformador. Estos problemas afectan la funcionalidad del transformador dentro de los sistemas y redes de energía.

3 causas principales de fallas de conexión a tierra del núcleo del transformador de potencia

(1) Presencia de objetos extraños dentro del transformador de potencia

 Cronológicamente, la existencia de objetos extraños se manifiesta en varias etapas:

En primer lugar, durante la fabricación, una precisión inadecuada en la fabricación del núcleo y una limpieza insuficiente de las áreas internas y los componentes del núcleo pueden dejar residuos residuales, comprometiendo la eficacia de la conexión a tierra del núcleo.

En segundo lugar, durante la instalación, las fuerzas mecánicas externas pueden causar deformación del núcleo y distorsión de la carcasa, desalojando materiales y creando múltiples puntos de conexión a tierra. Esto provoca cortocircuitos, circuitos cerrados y sobrecalentamiento.

En tercer lugar, durante el llenado de aceite, una calidad deficiente del aceite puede introducir contaminantes metálicos que se adhieren cerca del núcleo, alterando el control de los puntos de puesta a tierra y formando múltiples puntos de puesta a tierra.

En cuarto lugar, durante el mantenimiento y la operación, el desgaste, la corrosión y la vibración dentro del transformador generan desechos metálicos granulares y contaminantes en polvo. Estas partículas se infiltran en el núcleo, alterando su funcionamiento normal y creando fallos operativos y peligros latentes.

(2) Espacio libre insuficiente en el núcleo del transformador de potencia

Una proximidad excesiva entre las abrazaderas del núcleo y las clavijas centrales puede resultar en una distancia de conexión a tierra inadecuada o una mala fijación durante la conexión a tierra del núcleo. El desplazamiento operativo puede provocar entonces fenómenos de descarga. El aflojamiento de los espaciadores del núcleo puede causar contacto entre el núcleo y la carcasa, lo que induce cortocircuitos.

(3) Ingreso de agua dentro del transformador de potencia.

Durante la instalación o el mantenimiento en clima húmedo, no implementar medidas de impermeabilización o aislamiento puede dañar el aislamiento del núcleo. Las laminaciones de papel saturado de humedad, cuando se someten a alto voltaje, causan fácilmente cortocircuitos entre el núcleo y tierra y fallas de descarga.

4 causas fundamentales del sobrecalentamiento del núcleo del transformador de potencia

(1) Estándares de fabricación deficientes. Cuanto más moderno y automatizado sea el transformador de potencia, mayor será la demanda de técnicas de fabricación avanzadas. Ciertas unidades de producción de transformadores carecen de las calificaciones necesarias para nuevas estructuras, materiales y especificaciones, lo que genera problemas prácticos como precisión insuficiente, limpieza incompleta y técnicas no conformes. Esto provoca un sobrecalentamiento del núcleo, comprometiendo la estabilidad general.

(2) Técnicas de instalación deficientes. Durante la instalación, el incumplimiento del principio de conexión a tierra de un solo punto para el núcleo provoca un ajuste inadecuado de los tornillos, una longitud insuficiente del cable de conexión a tierra o una ubicación incorrecta de la conexión a tierra. Esto hace que el núcleo entre en contacto con la carcasa, lo que finalmente resulta en una falla a tierra del núcleo y provoca un sobrecalentamiento durante la operación.

5. Métodos para abordar fallas a tierra en el núcleo del transformador de potencia

Los métodos principales para abordar fallas de puesta a tierra del núcleo en transformadores de potencia incluyen: manejar fallas de puesta a tierra multipunto intermitentes, administrar fallas de puesta a tierra multipunto con valores de resistencia de aislamiento medibles y resolver fallas de puesta a tierra multipunto sin valores de resistencia de aislamiento (también denominadas puesta a tierra muerta). Esta sección ilustra principalmente el enfoque para fallas de puesta a tierra multipunto intermitentes.

6 Detección de fallas a tierra en el núcleo del transformador de potencia

(1) Estandarizar los procedimientos de inspección. Durante la instalación, asegúrese de que los pasadores de posicionamiento estén invertidos o retirados. Verifique meticulosamente que todos los componentes tengan el tamaño correcto, estén alargados adecuadamente y tengan solo una placa de conexión cuando sea necesario. Además, confirme que todos los tornillos y tuercas estén bien sujetos e inspeccione si el proceso de fabricación de laminaciones de acero al silicio cumple con los estándares óptimos. Elimina fundamentalmente la posibilidad de múltiples puntos de conexión a tierra.

(2) Procedimientos de limpieza minuciosos. Después de la fabricación, instalación o modificaciones importantes de los transformadores de potencia, realice una limpieza exhaustiva de los componentes internos. Asegúrese de que no queden cables metálicos sobrantes o incluso partículas metálicas diminutas dentro del transformador, lo que podría predisponer las laminaciones de acero al silicio a múltiples puntos de conexión a tierra.

(3) Mantener la limpieza del tanque. Realice inspecciones de rutina de enfriadores y bombas de aceite durante la operación del transformador para evitar el sobrecalentamiento localizado del núcleo y fallas prematuras. Esto evita que las partículas metálicas generadas por la fricción entren al tanque a través del aceite. La acumulación excesiva de partículas con el tiempo conduce inevitablemente a múltiples puntos de conexión a tierra.

(4) Mejorar el seguimiento operativo. Esto permite tomar medidas correctivas rápidas al detectar fallas de conexión a tierra en transformadores de potencia o iniciar investigaciones cuando surgen factores sospechosos. Esta vigilancia garantiza que se eviten las fallas de puesta a tierra del núcleo antes de que ocurran.