¡Preguntas y respuestas sobre el transformador de potencia número 17! Pon a prueba tus conocimientos...

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¿Por qué debe estar conectado a tierra el núcleo del transformador?

En el funcionamiento normal de un transformador de potencia, el núcleo de hierro debe estar conectado a tierra de forma segura. Si no hay conexión a tierra, la tensión de suspensión del núcleo provocará descargas intermitentes, eliminando la posibilidad de que se genere un potencial de suspensión en el núcleo una vez conectado a tierra. Sin embargo, cuando el núcleo está conectado a tierra en más de dos puntos, la diferencia de potencial entre ellos generará una circulación entre los puntos de conexión y provocará un sobrecalentamiento por puesta a tierra multipunto en el núcleo.

La falla a tierra del núcleo de hierro del transformador provocará un sobrecalentamiento localizado del mismo. En casos graves, el aumento de temperatura local del núcleo de hierro provocará una ligera sobrecarga de gas e incluso un disparo accidental por sobrecarga de gas. El cortocircuito entre las virutas de hierro se forma por la quema parcial del núcleo, lo que incrementa las pérdidas de hierro y afecta gravemente el rendimiento y el funcionamiento normal del transformador. Por ello, es necesario reemplazar la lámina de acero al silicio del núcleo de hierro para su reparación. Por consiguiente, los transformadores no admiten puesta a tierra multipunto, sino únicamente puesta a tierra monopunto.

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¿Por qué los transformadores utilizan láminas de acero al silicio como núcleos?

El núcleo de un transformador común suele estar hecho de chapa de acero al silicio. El acero al silicio es un tipo de acero al silicio (también conocido como silicio) con un contenido de silicio de entre 0,8 y 4,8 %. El núcleo del transformador se fabrica con acero al silicio porque este material es magnético y posee una alta conductividad magnética. En la bobina energizada, genera una gran inducción magnética, lo que permite reducir el volumen del transformador.

Como sabemos, el transformador real siempre funciona en corriente alterna, y la pérdida de potencia no solo se produce en la resistencia de la bobina, sino también en el núcleo de hierro magnetizado por dicha corriente. Esta pérdida de potencia en el núcleo de hierro se conoce como "pérdida de hierro". La pérdida de hierro se debe a dos causas: la "pérdida por histéresis" y la "pérdida por corrientes parásitas".

La pérdida por histéresis es la pérdida de hierro causada por el fenómeno de histéresis durante el proceso de magnetización del núcleo de hierro. La magnitud de esta pérdida es proporcional al área delimitada por el ciclo de histéresis del material. El ciclo de histéresis del acero al silicio es estrecho, y la pérdida por histéresis del núcleo de hierro utilizado en el transformador es pequeña, lo que reduce considerablemente su calentamiento.

Dado que el acero al silicio presenta las ventajas mencionadas, ¿por qué no utilizar el acero al silicio en su totalidad como núcleo y, además, procesarlo en láminas?

Esto se debe a que el núcleo de láminas reduce otro tipo de pérdida de hierro llamada pérdida por corrientes parásitas. En el funcionamiento del transformador, hay corriente alterna en la bobina, que produce un flujo magnético que, por supuesto, también es alterno. Este flujo variable crea una corriente inducida en el núcleo de hierro. La corriente inducida generada en el núcleo de hierro circula en el plano perpendicular a la dirección del flujo magnético, por lo que se denomina corriente parásita. Las pérdidas por corrientes parásitas también calientan el núcleo. Para reducir las pérdidas por corrientes parásitas, el núcleo de hierro del transformador está recubierto con láminas de acero al silicio aisladas entre sí, de modo que la corriente parásita pasa por una sección pequeña en un circuito largo y estrecho, aumentando así la resistencia en su trayectoria. Al mismo tiempo, el silicio en el acero al silicio aumenta la resistividad del material y también contribuye a reducir las corrientes parásitas.

Para el núcleo de hierro utilizado en transformadores, generalmente se emplea chapa de acero al silicio laminada en frío de 0,35 mm de espesor. Según el tamaño del núcleo requerido, se corta en láminas largas que luego se superponen formando una especie de "sol" o "boca". En principio, para reducir las corrientes parásitas, cuanto más delgada sea la chapa de acero al silicio, más estrecha será la tira de empalme y mejor será el resultado. Esto no solo reduce las pérdidas por corrientes parásitas y el aumento de temperatura, sino que también ahorra material. Sin embargo, al fabricar un núcleo de hierro con chapa de acero al silicio, además de las ventajas mencionadas, se requiere un aumento considerable en las horas de trabajo y una disminución en la sección transversal efectiva del núcleo. Por lo tanto, al fabricar un núcleo de transformador con chapa de acero al silicio, se debe considerar cada caso particular, sopesar las ventajas y desventajas, y elegir el tamaño óptimo.

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¿Cuál es el alcance de la protección contra gases?

1) Cortocircuito multifásico dentro del transformador.

2) Cortocircuito entre espiras, cortocircuito entre el bobinado y el núcleo o la carcasa de hierro.

3) Fallo del núcleo de hierro.

4) Petróleo bajo la superficie o fuga de petróleo.

5) Mal contacto del interruptor de derivación o soldadura del cable no firme.

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¿Cuáles son las diferencias entre la protección diferencial del transformador principal y la protección contra gases?

1. La protección diferencial del transformador principal está diseñada y fabricada según el principio de corriente circulante, y la protección de gas está diseñada y fabricada según las características del gas generado o descompuesto cuando falla internamente el transformador.

2. La protección diferencial es la protección principal del transformador, y la protección contra fallas internas del transformador es la protección principal.

3, según el alcance de protección:

Protección diferencial:

1) La línea de conducción principal del transformador y la bobina del transformador presentan un cortocircuito multifásico.

2) Cortocircuito monofásico grave entre espiras.

3) Falla de puesta a tierra de la bobina de protección y del cable conductor en un sistema de puesta a tierra de alta corriente.

B Protección contra gases:

1) Cortocircuito multifásico interno del transformador.

2) cortocircuito entre espiras, entre espiras y núcleo o exterior y cortocircuito.

3) Fallo del núcleo de hierro (pérdida por calentamiento y combustión).

4) Petróleo bajo la superficie o fuga de petróleo.

5) Mal contacto del interruptor de derivación o mala soldadura del cable.

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¿Cómo solucionar la avería del enfriador del transformador principal?

1. Cuando se interrumpe el suministro eléctrico de las secciones I y II del enfriador, se envía la señal de "fallo de alimentación n.° 1, n.° 2". El transformador principal del enfriador se detiene y se activa el circuito de protección.

2. En caso de fallo de la alimentación conmutada en las secciones I y II durante el funcionamiento, se iluminará la luz de "parada total del enfriador" y se activará el circuito de parada total y disparo del enfriador del transformador principal. El conjunto de protecciones deberá ser notificado inmediatamente a la central de despacho y desactivado, procediéndose a la conmutación manual con rapidez.

3. Cuando falle alguno de los circuitos del enfriador, aísle el circuito del enfriador defectuoso.

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¿Cuáles son las consecuencias del funcionamiento en paralelo de transformadores que no cumplen las condiciones para dicho funcionamiento?

Cuando la relación de variación no es la misma y se opera en paralelo, se produce una circulación que afecta la salida del transformador. Si la impedancia porcentual no es uniforme y se opera en paralelo, no se puede distribuir la carga según la proporción de la capacidad del transformador, lo que también afecta su salida. Cuando los grupos de cableado no son iguales y se conectan en paralelo, el transformador sufre un cortocircuito.

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¿Qué causa el ruido anormal del transformador?

1) sobrecarga;

2) Mal contacto interno, ignición por descarga;

3) Algunas piezas están sueltas;

4) Existe una conexión a tierra o un cortocircuito en el sistema;

5) El arranque de motores grandes provoca cambios de carga relativamente grandes.

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¿Cuándo no está permitido ajustar el interruptor de derivación del regulador de tensión bajo carga del transformador?

1) Operación con sobrecarga del transformador (excepto en casos especiales)

2) Cuando aparece con frecuencia la señal de protección de gas ligero del dispositivo regulador de presión bajo carga.

3) cuando no hay aceite en la marca de aceite del dispositivo regulador de presión bajo carga.

4) Cuando el número de presión de regulación excede el número especificado.

5) Fallo en el dispositivo regulador de presión.

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¿Cuáles son las especificaciones que figuran en la placa de características del transformador?

La clasificación del transformador es la normativa del fabricante para el uso normal del transformador. En el estado de funcionamiento especificado, el transformador garantiza un funcionamiento fiable a largo plazo y un buen rendimiento. Su clasificación incluye lo siguiente:

1. Capacidad nominal: transformador en estado nominal de la capacidad de salida del valor garantizado, unidad con voltio-amperio (VA), kilovoltio-amperio (kVA) o megavoltio-amperio (MVA), debido a que el transformador tiene una alta eficiencia operativa, por lo general el valor de diseño de la capacidad nominal del devanado original y secundario es igual.

2. Tensión nominal: se refiere al valor garantizado de la tensión en los terminales del transformador sin carga, expresado en voltios (V) y kilovoltios (kV). Salvo que se especifique lo contrario, la tensión nominal es la tensión entre los terminales.

3. Corriente nominal: se refiere a la corriente de línea calculada a partir de la capacidad nominal y la tensión nominal, expresada en amperios (A).

4, corriente en vacío: corriente de excitación de funcionamiento en vacío del transformador en porcentaje de corriente nominal.

5, pérdida por cortocircuito: un lado del devanado sufre un cortocircuito, el otro lado del devanado tiene un voltaje tal que ambos lados del devanado alcanzan la pérdida activa de corriente nominal, expresada en vatios (W) o kilovatios (kW).

6, pérdida en vacío: se refiere a la pérdida de potencia activa del transformador en funcionamiento sin carga, expresada en vatios (W) o kilovatios (kW).

7, tensión de cortocircuito: también conocida como tensión de impedancia, se refiere a un lado del devanado en cortocircuito, el otro lado del devanado para alcanzar la tensión aplicada de corriente nominal y el porcentaje de tensión nominal.

8. Grupo de conexión: indica el modo de conexión de los devanados primario y secundario y la diferencia de fase entre las tensiones de línea, que se representa mediante un reloj.

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¿Por qué los convertidores de fuente de corriente necesitan una gran capacidad de transformador?

Los transformadores suelen diseñarse para su capacidad nominal, no para su potencia nominal, ya que su corriente solo está relacionada con dicha capacidad. En el caso de los convertidores de fuente de tensión, la capacidad nominal y la potencia nominal son prácticamente iguales, dado que el factor de potencia de entrada es cercano a 1. En cambio, en los convertidores de fuente de corriente, el factor de potencia de su transformador de entrada es, como máximo, igual al factor de potencia de la carga del motor asíncrono; por lo tanto, para la misma carga del motor, su capacidad nominal es mayor que la del transformador del convertidor de fuente de tensión.

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¿A qué se refiere la capacidad de un transformador?

La elección del núcleo de hierro está relacionada con el voltaje, y la elección del cable con la corriente; es decir, el grosor del cable está directamente relacionado con el poder calorífico. En otras palabras, la capacidad del transformador depende únicamente del poder calorífico. Para un transformador diseñado de 1000 kVA, si la disipación de calor en el entorno es deficiente, es posible que funcione a 1250 kVA si se mejora su capacidad de disipación de calor.

Además, la capacidad nominal del transformador también está relacionada con el aumento de temperatura admisible. Por ejemplo, si un transformador de 1000 kVA tiene un aumento de temperatura admisible de 100 K, y en circunstancias especiales puede operar hasta 120 K, su capacidad es superior a 1000 kVA. Asimismo, se observa que si se mejoran las condiciones de disipación de calor del transformador, su capacidad nominal puede incrementarse. Por el contrario, para la misma capacidad del convertidor, se puede reducir el volumen del armario del transformador.

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¿Cómo mejorar la eficiencia de los transformadores?

1) Intente elegir un transformador de bajas pérdidas, alta eficiencia y ahorro de energía.

2) Según la carga, elija un transformador de capacidad adecuada.

3) El factor de carga promedio del transformador debe ser superior al 70%.

4) Cuando el coeficiente de carga promedio sea frecuentemente inferior al 30%, el transformador de pequeña capacidad deberá ser reemplazado según corresponda.

5) Mejorar el factor de potencia de carga para mejorar la capacidad del transformador para transmitir potencia activa.

6) Configuración razonable de la carga, en la medida de lo posible para reducir el número de transformadores en funcionamiento.

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¿Por qué acelerar la transformación técnica de los transformadores de distribución de alto consumo energético?

Los transformadores de distribución de alto consumo energético se refieren principalmente a: SJ, SJL, SL7, S7 y otros transformadores de la serie. Las pérdidas en el hierro y en el cobre son mucho mayores que las de los transformadores de la serie S9, ampliamente utilizados en la actualidad. Por ejemplo, en comparación con el S9, el S7 presenta pérdidas en el hierro un 11 % mayores y pérdidas en el cobre un 28 % mayores.

Los nuevos transformadores, como el S10 y el S11, ofrecen un ahorro energético superior al del S9. La pérdida de hierro del transformador de aleación amorfa es solo un 20% equivalente a la del S7. Los transformadores suelen tener una vida útil de varias décadas. Sustituir un transformador de alta energía por uno de alta eficiencia no solo mejora la eficiencia de conversión de energía, sino que también permite ahorrar electricidad durante su vida útil.

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¿Qué son las corrientes de Foucault? ¿Cuáles son los efectos nocivos de la generación de vórtices?

Cuando una corriente alterna circula por un conductor, se genera un campo magnético alterno a su alrededor. Este campo magnético induce una corriente en todo el conductor, formando un circuito cerrado similar a un remolino de agua. Las corrientes parásitas no solo desperdician energía y reducen la eficiencia de los equipos eléctricos, sino que también provocan el calentamiento de los aparatos (como el núcleo del transformador), afectando gravemente su funcionamiento normal.

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¿Por qué la protección contra transitorios del transformador debería evitar las corrientes de cortocircuito de baja tensión?

Considerando principalmente la selectividad del movimiento de protección de relé, principalmente la protección de ruptura rápida del lado alto, la protección externa severa de fallas del transformador es si no se evita el lado de baja tensión del transformador al configurar la corriente de cortocircuito máxima, debido a que el lado de baja tensión no está lejos de la exportación de un rango de valor de corriente de cortocircuito no es grande, básicamente igual, esto hará que la protección de ruptura rápida del lado alto se expanda a baja presión, por lo que se pierde la selectividad. Después de perder la protección selectiva más confiable, pero permite inconvenientes, como ahora hay muchos industriales que siempre establecen sala de transformadores de 10 kV (barra de 10 kV + interruptor de circuito de salida), cada taller establece sala de transformadores de baja tensión (gabinete de red de anillo + transformador), si el interruptor de circuito no escapa de la corriente de cortocircuito máxima del lado de baja tensión del transformador causará interruptor principal de baja tensión, (fusible de interruptor de carga del gabinete de red de anillo), acción del interruptor de circuito de alta tensión, causando inconvenientes en la operación.

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¿Por qué no se pueden conectar a tierra dos transformadores en paralelo al mismo tiempo?

En sistemas de alta corriente, para cumplir con los requisitos de coordinación de la sensibilidad de la protección del relé, una parte del transformador principal está conectada a tierra y la otra parte no.

Los puntos neutros de dos transformadores principales en una misma estación no están conectados a tierra simultáneamente, por lo que se considera principalmente la coordinación de la protección contra la corriente de secuencia cero y la protección contra la tensión de secuencia cero.

En una subestación con varios transformadores funcionando en paralelo, una parte de los puntos neutros del transformador está conectada a tierra y la otra no. De esta forma, se puede limitar el nivel de corriente de falla a tierra a un rango razonable, y la magnitud y el escalón de la corriente de secuencia cero de toda la red no se ven afectados por el cambio de modo de operación, lo que permite mejorar la sensibilidad de la protección contra corriente de secuencia cero del sistema.

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¿Por qué un transformador recién instalado o reacondicionado debe someterse a una prueba de cierre por impacto antes de entrar en funcionamiento?

La desconexión de transformadores en vacío conectados a la red eléctrica produce sobretensiones. En sistemas con puesta a tierra de baja corriente, la amplitud de estas sobretensiones puede ser de 3 a 4 veces la tensión nominal de fase; en sistemas con puesta a tierra de gran tamaño, la sobretensión puede llegar a ser de hasta 3 veces la tensión nominal de fase. Por lo tanto, para comprobar si el aislamiento del transformador soporta la tensión nominal y las sobretensiones, se deben realizar varias pruebas de impacto antes de su puesta en funcionamiento. Además, la entrada de un transformador en vacío genera una corriente de irrupción que puede alcanzar de 6 a 8 veces la corriente nominal. Debido a que esta corriente de irrupción produce una gran cantidad de energía eléctrica, es fundamental realizar pruebas de impacto o evaluar la resistencia mecánica del transformador y la protección del relé para garantizar su eficacia.

Fuente: Windows on Power