El transformador en el gabinete de alta tensión se quemó durante el funcionamiento. ¿Cuál es la razón?

1. Fenómenos de sobretensión

La sobretensión es el principal culpable detrás de las fallas de los PT, abarcando dos escenarios principales:

• Resonancia ferromagnética: Prevalente en sistemas desterrados o de menos de 10 kV, la resonancia ferromagnética se produce cuando las perturbaciones del sistema (por ejemplo, puesta a tierra monofásica, mal funcionamiento del interruptor) desencadenan oscilaciones anormales entre la inductancia del PT y la capacitancia de la línea. Esto genera sobretensiones varias veces el valor nominal, dañando los devanados y el aislamiento. La explosión de un PT de 10 kV en una planta química se rastreó a la sobretensión resonante causada por un cableado incorrecto del delta abierto, que amplificó las fluctuaciones de voltaje.

• Truenos y sobretensiones transitorias: Los rayos directos o inducidos inyectan grandes voltajes de sobretensión en los PT. Dado que la mayoría de los PT están aterrados a través de los devanados secundarios, carecen de aislamiento suficiente para soportar tales pulsos. De manera similar, el conmutador de condensadores induce sobretensiones transitorias que superan los límites dieléctricos del PT, lo que conduce a la ruptura del aislamiento.

2. Errores de cableado y fallas en el circuito secundario

El cableado incorrecto representa una parte significativa de las explosiones de PT, a menudo desatendido durante la instalación y el mantenimiento:

• Cortocircuitos secundarios: Los devanados secundarios mal encaminados (por ejemplo, cortocircuitos fase a fase o fase a tierra) crean una corriente excesiva, calentando en exceso los devanados e inflamando el aislamiento. Una explosión en una subestación GIS de 110 kV ocurrió 43 segundos después de la puesta en servicio cuando los devanados auxiliares de la fase C se conectaron incorrectamente, causando un cortocircuito que fundió el aislamiento y provocó una acumulación de presión inducida por arco.

• Configuración incorrecta de delta abierta: Intercambiar los terminales L y N en los devanados de delta abierta (utilizados para la monitorización del aislamiento) crea cortocircuitos virtuales. Esto llevó a quemaduras repetidas de PT y una explosión catastrófica en el tablero de distribución de 10 kV de una planta de urea.

• Descuido de devanados no utilizados: Los devanados auxiliares no conectados, si se dejan sin terminar, pueden actuar como cavidades resonantes, amplificando las tensiones de voltaje.

3. Calidad del equipo y degradación del aislamiento

Los defectos de fabricación y el envejecimiento aumentan significativamente los riesgos de explosión:

• Defectos de aislamiento: Impurezas, burbujas de aire o mala fundición de epoxi en los devanados de los PT reducen la resistencia dieléctrica, causando descargas parciales y eventual ruptura. Una explosión de un PT en un segmento de seguridad de 10kV se atribuyó a la degradación del aislamiento en el devanado primario, lo que provocó cortocircuitos entre fases.

• Clase de aislamiento inadecuada: Los PT semi-aislados son propensos a fallar si la resistencia a tierra supera los límites. La actualización a PT completamente aislados resuelve los problemas recurrentes de fusibles fundidos y los riesgos de explosión.

• Envejecimiento y desgaste: El funcionamiento a largo plazo a temperaturas elevadas o humedad acelera el envejecimiento del aislamiento. Una explosión de un PT en una central térmica de 35kV se relacionó con 15 años de servicio sin renovación del aislamiento, lo que condujo a una ruptura progresiva.

4. Perturbaciones del sistema y factores externos

• Impacto de la corriente de arranque: El conmutador de bancos de condensadores genera corrientes de arranque de hasta 50 veces el valor nominal, lo que produce tensiones mecánicas en los devanados del PT y daña el aislamiento. La instalación de reactores limitadores de sobretensiones o interruptores síncronos mitiga este riesgo.

• Resonancia armónica: Las cargas no lineales (por ejemplo, variadores de frecuencia) introducen armónicos que llevan los núcleos del PT a una saturación profunda, lo que aumenta la corriente de excitación y la generación de calor. Esto crea un bucle de retroalimentación que se intensifica hasta causar la falla del aislamiento.

Estrategias de prevención y mitigación

Para minimizar las explosiones del PT, implemente estas medidas proactivas:

1. Instale dispositivos de supresión de armónicos: Añada amortiguadores de resonancia en delta abierta (resistores o supresores electrónicos) para disipar la energía resonante. Para la protección del lado primario, utilice resistores no lineales de punto neutro de óxido de zinc.

1. Verificación rigurosa del cableado: Realizar comprobaciones exhaustivas del circuito secundario, incluyendo pruebas de continuidad y verificación de polaridad. Etiquetar claramente los terminales y seguir los diagramas del fabricante.

1. Aseguramiento de calidad: Seleccionar PTs con sistemas de aislamiento certificados y realizar pruebas dieléctricas previas a la instalación. Evitar los PTs semi-aislados en entornos de puesta a tierra inestables.

1. Monitoreo de condiciones: Desplegar termografía infrarroja para detectar calentamiento anormal y descargas parciales. Integrar registradores de fallas para analizar las formas de onda de voltaje/corriente en busca de firmas resonantes.

1. Protección contra sobretensiones: Instalar arrestadores de sobretensión de óxido metálico (MOSAs) en los lados primarios de los PTs para desviar los rayos y las sobretensiones transitorias.

Conclusión

Las explosiones de PTs en los tableros de distribución en funcionamiento se deben a factores interconectados: eventos de sobretensión, errores de cableado, defectos de equipos y perturbaciones del sistema. Al comprender estos mecanismos e implementar estrategias de prevención específicas, como la supresión de resonancia, protocolos estrictos de cableado y monitoreo proactivo, las instalaciones pueden proteger a su personal, minimizar los tiempos de inactividad y garantizar la confiabilidad de la red. El mantenimiento regular y el cumplimiento de las normas industriales son imprescindibles para mitigar estos riesgos de alto impacto.