Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
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Causas del exceso de flujo en el transformador
Según la práctica actual de diseño de transformadores, el valor nominal máximo de la densidad de flujo se mantiene entre 1,7 y 1,8 Tesla, mientras que la densidad de flujo de saturación de la hoja de acero CRGD del núcleo del transformador es del orden de 1,9 a 2 Tesla, que corresponde a aproximadamente 1,1 veces el valor nominal. Si durante la operación, un transformador de energía eléctrica está sujeto a llevar en lugar de tragar más densidad de flujo que la mencionada anteriormente según sus limitaciones de diseño, se dice que el transformador se ha enfrentado a un flujo excesivo.problema y los consiguientes efectos negativos para su funcionamiento y vida. Dependiendo del diseño y las densidades de flujo de saturación y las constantes de tiempo térmico de las partes componentes calentadas, un transformador tiene cierta capacidad de sobreexcitación. La especificación IS para transformadores de potencia eléctrica no estipula el corto tiempo permisible de sobreexcitación, aunque de manera indirecta indica que el sobreflujo máximo en el transformador no debe exceder el 110%.
La densidad de flujo en un transformador se puede expresar mediante 
La densidad de flujo magnético es, por lo tanto, proporcional al cociente de voltaje y frecuencia (V / f). Por lo tanto, el sobreflujo puede ocurrir debido al aumento de voltaje o la disminución de la frecuencia de ambos. La probabilidad de fundente sobre es relativamente alta en transformadores elevadores en las estaciones de energía en comparación con paso hacia abajo transformadores en Sub-estaciones , donde el voltaje y la frecuencia normalmente permanecen constantes. Sin embargo, en condiciones muy anormales del sistema, también pueden surgir problemas de sobreflujo en los transformadores reductores de la subestación. los relés de sobreflujo están tan ajustados, que por cada condición transitoria de sobreflujo, el transformadorno se dispara para mantener la estabilidad del sistema de energía. Pero hasta que debería dispararse tan pronto como la duración y la gravedad de la condición crucen el límite de seguridad especificado.
Hay varias causas de sobreflujo del transformador, pero a continuación se indican algunas causas comunes para obtener información.
- Causas de sobretensión debido al rechazo repentino de la carga
- Generación de energía de baja frecuencia
- La línea de transmisión está ligeramente cargada
- No se proporciona una compensación de derivación adecuada en el sistema de transmisión. etc.
Efecto del exceso de flujo en transformadores
El flujo en un transformador, en condiciones normales, está confinado al núcleo del transformador debido a su alta permeabilidad en comparación con el volumen circundante. Cuando la densidad de flujo aumenta más allá del punto de saturación, una cantidad sustancial de flujo se desvía a las piezas estructurales de acero y al aire. A la densidad de flujo de saturación, el acero del núcleo se sobrecalentará.
Las piezas de acero estructural que están laminadas con nu y no están diseñadas para transportar flujo magnético se calentarán rápidamente. El flujo que fluye en trayectos de aire no planificados puede vincular los bucles conductores en los devanados, las cargas, la base del tanque en la parte inferior del núcleo y las partes estructurales, y las corrientes circulantes resultantes en estos bucles pueden causar un aumento de temperatura peligroso. En condiciones de sobreflujo excesivo, el calentamiento de la parte interior de los devanados puede ser suficientemente extremo ya que la corriente de excitación es rica en armonías. Es obvio que los niveles de pérdida que se producen en el devanado a alta excitación no pueden tolerarse durante mucho tiempo si se quiere eliminar el daño.
Las evidencias físicas de daño debido a un exceso de flujo dependerán del grado de sobreexcitación, el tiempo aplicado y el diseño particular del transformador. La tabla que figura a continuación resume dichos daños físicos y las probables consecuencias.
| SL | Componente involucrado | Evidencias físicas | Consecuencias |
| 1 | Estructura metálica de soporte y superficies para núcleo y bobinas | Decoloración o partes metálicas y aislamiento adyacente Posible material carbonizado en aceite. Evolución de gas combustible. | La contaminación del aceite y las superficies del aislamiento. Debilitamiento mecánico del aislamiento Pérdida de estructura. Estructura mecanica |
| 2 | Bobinados | Decoloración del aislamiento del devanado por desprendimiento de gas. | Debilitamiento eléctrico y mecánico del aislamiento del devanado. |
| 3 | Conductores de plomo. | Decoloración del aislamiento o soporte del conductor, desprendimiento de gas. | Debilitamiento eléctrico y mecánico del aislamiento, Debilitamiento mecánico del soporte. |
| 4 | Laminación de núcleos. | Decoloración del material aislante en contacto con el núcleo. Decoloración y carbonización de aislamiento orgánico / laminado Evaluación de gas. | El debilitamiento eléctrico del aislamiento principal (devanado al núcleo) aumentó la pérdida por remolinos interlaminares. |
| 5 | Tanque | Ampollas de pinturas | Contaminación de aceite si la pintura dentro del tanque tiene ampollas. |
Se puede ver que las estructuras metálicas de soporte para el núcleo y la bobina, devanados, conductores de plomo, laminación del núcleo, tanque, etc., pueden alcanzar una temperatura suficiente con la evolución de gas combustible en cada caso debido al flujo excesivo del transformador y se puede recolectar el mismo gas. en el relé Buchholz con la consiguiente alarma / disparo, dependiendo de la cantidad de gas recolectado, lo que nuevamente depende del tiempo que el transformador está sometido a sobreflujo.
Debido al exceso de flujo en el transformador, su núcleo se satura como tal voltaje inducidoen el circuito primario se vuelve más o menos constante. Si el voltaje de suministro al primario aumenta a un valor anormalmente alto, debe haber una alta corriente de magnetización en el circuito primario. Bajo tal estado magnético de condición del núcleo del transformador, se pierden las relaciones lineales entre cantidades primarias y secundarias (es decir, voltaje y corrientes). Por lo tanto, es posible que no haya una reflexión suficiente y adecuada de esta alta corriente de magnetización primaria en el circuito secundario, ya que es probable que ocurra un desajuste de las corrientes primarias y secundarias, lo que hace que el relé diferencial funcione, ya que no tenemos protección de sobreflujo para sub-stn. transformadores.
Resistencia a la duración estipulada de sobreflujo en transformadores
El exceso de flujo en el transformador tiene un efecto perjudicial suficiente para su vida, como se ha explicado. Como generalmente no se proporciona protección contra sobreflujo en los transformadores reductores de la subestación, debe haber un tiempo estipulado durante el cual se pueda permitir que coincida con el diseño del transformador para resistir tal sobreflujo sin causar daños apreciables al transformador y se deben realizar otras protecciones. lo suficientemente sensible como para disparar bien el transformador dentro del tiempo estipulado, si la causa del flujo excesivo no se elimina en este momento.
Ya se mencionó que la densidad de flujo ‘B’ en el núcleo del transformador es proporcional a la relación v / f. Los transformadores de potencia están diseñados para soportar (V n / f nx 1,1) continuamente, donde Vn es el voltaje rms más alto normal y fn es la frecuencia estándar. El diseño del núcleo es tal que una v / f más alta provoca una mayor pérdida y calentamiento del núcleo. La capacidad de un transformador para soportar valores v / f más altos, es decir, efecto de sobreflujo, está limitada a unos pocos minutos, como se indica a continuación en la Tabla.
| F = (V / f) / (V n / f n ) | 1.1 | 1.2 | 1,25 | 1.3 | 1.4 |
| Duración de con límite de stand (minutos) | continuo | 2 | 1 | 0,5 | 0 |
En la tabla anterior se puede ver que cuando el sobreflujo debido a peligros del sistema llega a tal que el factor F alcanza un valor de 1.4, el transformador debe desconectarse instantáneamente de servicio, de lo contrario puede haber un daño permanente.
Protección contra el flujo excesivo (v / f – Protección) en el transformador
La condición que surge de un exceso de flujo no requiere un disparo a alta velocidad. La operación instantánea no es deseable ya que esto causaría un disparo en perturbaciones momentáneas del sistema que se pueden soportar de manera segura, pero se debe restablecer la condición normal o el transformador debe aislarse en uno o dos minutos como máximo.
La densidad de flujo es proporcional a V / f y es necesario detectar una relación de V / f que exceda la unidad, expresándose V y f en valor unitario de las cantidades nominales. En un esquema típico diseñado para protección contra sobreflujo, el voltaje del sistema medido por el transformador de voltaje se aplica a una resistencia para producir una corriente proporcional; esta corriente al pasar a través de un condensador, produce unacaída de tensión que es proporcional al funcionamiento en cuestión, es decir, V / fy, por tanto, al flujo en el transformador de potencia . Esto se acompaña de una tensión de CC de referencia fija obtenida a través de un diodo Zener . Cuando la señal de pico de CA excede la referencia de CC, activa un circuito de transistor que opera dos elementos auxiliares electromecánicos. Uno se inicia después de un retardo de tiempo fijo, el otro después de un retardo de tiempo adicional que es ajustable. La protección de sobreflujo opera cuando la relación entre el voltaje del terminal y la frecuencia excede un ajuste predeterminado y se restablece cuando la relación cae por debajo del 95 al 98% de la relación de operación. Por ajuste de un potenciómetro, el ajuste se calibra de 1 a 1,25 veces la relación entre los voltios nominales y la frecuencia nominal. La salida del primer elemento auxiliar, que opera después de un retardo de tiempo fijo disponible entre 20 y 120 segundos. El segundo relé de salida opera y realiza la función de disparo.
Ya se señaló que se producen altas V / f en los transformadores de generador y en los transformadores auxiliares de la unidad si se aplica una exaltación completa al generador antes de que se alcance la velocidad síncrona total. El relé V / f se proporciona en el regulador de voltaje automático del generador. Este relé bloquea y evita el aumento de la corriente de excitación antes de que se alcance la frecuencia completa.
Al aplicar el relé V / f al transformador reductor, es preferible conectarlo al secundario (LV dicho del transformadorde modo que el cambio en la posición de la toma en el HV se solucione automáticamente. Además, el relé debe iniciar una alarma y el operador debe realizar la operación correctiva. En una eventualidad extrema, se puede permitir que se dispare el interruptor que controla el transformador.
