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 alrededor de 1,7 a 1,8 Tesla, mientras que la densidad de flujo de saturación de la chapa de acero CRGD de núcleo del transformador es del orden de 1,9 a 2 Tesla, lo que corresponde a aproximadamente 1,1 veces el valor nominal. Si durante la operación, un transformador de energía eléctrica está sujeto a llevar más que la mencionada densidad de flujo según sus limitaciones de diseño, el transformador se dice que se ha enfrentado sobre el flujo 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 del S.I. para el transformador de potencia eléctrica no estipula el corto tiempo permitido de sobre-excitación, aunque de forma redondeada indica que el máximo sobre el flujo en el transformador no excederá del 110%.
La densidad de flujo en un transformador puede ser expresada por
El flujo magnético la densidad es, por lo tanto, proporcional al cociente de voltaje y la frecuencia (V/f). El exceso de flujo puede, por lo tanto, ocurrir ya sea debido al aumento del voltaje o a la disminución de la frecuencia de ambos. La probabilidad de que se produzca un exceso de flujo es relativamente alta en los transformadores elevadores de las centrales eléctricas en comparación con transformadores de bajada en Subestacionesdonde el voltaje y la frecuencia suelen permanecer constantes. Sin embargo, bajo condiciones muy anormales del sistema, los problemas de sobreflujo pueden surgir en los transformadores de subestación también. Los relés de sobreflujo están tan ajustados, que por cada condición de sobreflujo transitorio el transformador no se dispara para mantener la estabilidad del sistema de energía. Pero hasta que se dispare tan pronto como la duración y la gravedad de la condición cruce el límite de seguridad especificado.
Hay varias causas de la sobrecarga de los transformadores, pero a continuación se indican algunas causas comunes para obtener información
- El sobrevoltaje causa un rechazo repentino de la carga
- Generación de energía de baja frecuencia
- La línea de transmisión está ligeramente cargada
- No se proporciona una compensación adecuada de la derivación en el sistema de transmisión, etc.
Efecto del exceso de flujo en los transformadores
El flujo en un transformador, en condiciones normales se limita a la núcleo del transformador debido a su alta permeabilidad en comparación con el volumen circundante. Cuando la densidad de flujo en el aumenta más allá del punto de saturación, una cantidad sustancial de flujo se desvía a las partes estructurales de acero y al aire. A la densidad del flujo de saturación, el núcleo de acero se sobrecalentará.
Las partes de acero estructural que están nu-laminadas y no están diseñadas para llevar el flujo magnético se calentarán rápidamente. El flujo que fluye en rutas de aire no planificadas puede enlazar bucles conductores en los bobinados, cargas, base del tanque en el fondo del núcleo y partes estructurales y las corrientes circulantes resultantes en estos bucles pueden causar un aumento peligroso de la temperatura. En condiciones de excesivo exceso de flujo, el calentamiento de la parte interior de los devanados puede ser lo suficientemente extremo como para que el excitante actual es rico en armonías. Es evidente que los niveles de pérdida que se producen en el devanado con una alta excitación no pueden ser tolerados por mucho tiempo si el daño va a ser anulado.
Las evidencias físicas de daños debidos a la sobreexcitación se verán muy influidas por el grado de sobreexcitación, el tiempo aplicado y el diseño particular del transformador. En el cuadro que figura a continuación se resumen esos daños físicos y sus probables consecuencias.
| SL | Componente involucrado | Evidencias físicas | Consecuencias |
| 1 | Soporte metálico y estructura de superficie para el núcleo y las bobinas | Decoloración o partes metálicas y aislamiento adyacente. Posible material carbonizado en aceite. Evolución del gas combustible. | Contaminación de un aceite y de las superficies de aislamiento. Debilitamiento mecánico del aislamiento. Pérdida de estructura. Estructura mecánica |
| 2 | Bobinados | La decoloración de la evolución del aislamiento del gas. | El debilitamiento eléctrico y mecánico del aislamiento de las bobinas |
| 3 | Conductores principales. | Decoloración del aislamiento o soporte del conductor, evolución del gas. | Debilitamiento eléctrico y mecánico del aislamiento, Debilitamiento mecánico del soporte. |
| 4 | Laminación del núcleo. | Decoloración del material aislante en contacto con el núcleo. Decoloración y carbonización del aislamiento orgánico/laminado Evaluación del gas. | El debilitamiento eléctrico del aislamiento principal (del bobinado al núcleo) aumentó la pérdida de remolinos interlaminares. |
| 5 | Tanque | Las ampollas de las pinturas… | Contaminación de aceite si la pintura dentro del tanque está ampollada. |
Se puede observar que las estructuras metálicas de soporte del núcleo y la bobina, los bobinados, los conductores de plomo, el laminado del núcleo, el depósito, etc. pueden alcanzar una temperatura suficiente con la evolución del gas combustible en cada caso debido al exceso de flujo del transformador y el mismo gas puede ser recogido en Relevo de Buchholz con la consiguiente alarma/tripulación dependiendo de la cantidad de gas recogido que, a su vez, depende de la duración del tiempo que el transformador está sujeto a un exceso de flujo.
Debido a sobre el flujo en el transformador su núcleo se satura como tal inducido voltaje en el circuito primario se vuelve más o menos constante. Si el voltaje de suministro al primario se incrementa a un valor anormalmente alto, debe haber una alta corriente magnetizadora en el circuito primario. Bajo tal estado magnético de condición del núcleo del transformador se pierden las relaciones lineales entre las cantidades primarias y secundarias (es decir, para el voltaje y las corrientes). Por lo tanto, puede que no haya una reflexión suficiente y apropiada de esta alta corriente magnetizadora primaria al circuito secundario, ya que es probable que se produzca un desajuste de las corrientes primarias y secundarias, causando un diferencial Relevo para operar ya que no tenemos protección de sobreflujo para los transformadores de subestrato.
Estipulado con la duración del exceso de flujo en los transformadores
El exceso de flujo en el transformador tiene suficiente efecto dañino para su vida, como se ha explicado. Como la protección contra el exceso de flujo no se proporciona generalmente en transformadores de reducción de la subestación, debe haber un tiempo estipulado que se puede permitir que coincida con el diseño del transformador para soportar tal exceso de flujo sin causar daños apreciables al transformador y otras protecciones serán lo suficientemente sensibles para disparar bien el transformador dentro de tal tiempo estipulado, si la causa del exceso de flujo no se elimina para este momento.
Ya se ha mencionado que la densidad de flujo B en el núcleo del transformador es proporcional a la relación v/f. Transformadores de potencia están diseñados para soportar (Vn/fn x 1,1) continuamente, donde Vn es el voltaje r.m.s. normal más alto y fn es la frecuencia estándar. El diseño del núcleo es tal que una mayor v/f causa una mayor pérdida de núcleo y un mayor calentamiento del mismo. La capacidad de un transformador para soportar valores v/f más altos, es decir, el efecto de sobreflujo, se limita a unos pocos minutos, como se muestra a continuación en la Tabla.
| F = (V/f)/(V)n/fn) | 1.1 | 1.2 | 1.25 | 1.3 | 1.4 |
| Duración de con el límite de espera (minutos) | continuo | 2 | 1 | 0.5 | 0 |
De la tabla anterior se desprende que cuando el exceso de flujo debido a los peligros del sistema alcanza un factor F tal que el factor F alcanza un valor de 1,4, el transformador se disparará fuera de servicio instantáneamente, de lo contrario puede haber un daño permanente.
Protección contra el exceso de flujo (v/f Protección) en el transformador
La condición que surge del sobreflujo no requiere un disparo de alta velocidad. El funcionamiento instantáneo es indeseable ya que esto causaría disparos en perturbaciones momentáneas del sistema que pueden ser soportadas con seguridad pero la condición normal debe ser restaurada o la transformador deben ser aislados 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 la protección contra el exceso de flujo, el sistema voltaje según la medición de la transformador de voltaje se aplica a un resistencia para producir una corriente proporcional; esta corriente al pasar por un condensador, produce una Caída de tensión que es proporcional al funcionamiento en cuestión, es decir, V/f y por lo tanto a flujo en el transformador de potencia. Esto se acompaña de un voltaje de referencia fijo de CC obtenido a través de un Diodo Zener. Cuando el pico de la señal de CA supera la referencia de CC, se activa un circuito de transistores que opera dos elementos auxiliares electromecánicos. Uno se inicia tras un retardo de tiempo fijo, el otro tras un retardo de tiempo adicional que es ajustable. La protección contra sobreflujo funciona cuando la relación entre la tensión terminal y la frecuencia supera un ajuste predeterminado y se restablece cuando la relación cae por debajo del 95 al 98% de la relación de funcionamiento. Mediante el ajuste de un potenciómetroel ajuste está calibrado de 1 a 1,25 veces la relación entre los voltios nominales y la frecuencia nominal. La salida del primer elemento auxiliar, que funciona después de un retardo de tiempo fijo disponible entre 20 y 120 segundos, el segundo relé de salida funciona y realiza la función de disparo.
Ya se ha señalado que la alta V/f se produce en los transformadores del generador y en los transformadores auxiliares de la unidad si se aplica una exaltación completa al generador antes de que se alcance la velocidad sincrónica total. El relé V/f se proporciona en el regulador automático de voltaje del generador. Este relé bloquea e impide el aumento de la corriente de excitación antes de que se alcance la plena frecuencia.
Al aplicar el relé V/f a transformador de bajada es preferible conectarlo al secundario (L.V. dijo de la transformador para que el cambio de la posición del grifo en el H.V. se haga automáticamente. Además, el relé debería iniciar una alarma y la operación de corrección se hará/se hará por el operador. En una eventualidad extrema, el transformador que controla el interruptor puede dispararse.
