En la intrincada red de sistemas de energía, las subestaciones juegan un papel fundamental para garantizar la transmisión y distribución confiables y eficientes de la energía eléctrica. En el corazón de estas subestaciones hay transformadores de corriente (CT), que son esenciales para medir y proteger los circuitos eléctricos. Sin embargo, los circuitos cortos del sistema pueden tener impactos significativos en estos transformadores de corriente. Como proveedor deSubestación del transformador actual, He sido testigo de primera mano los desafíos e implicaciones que los circuitos cortos representan para CTS.
Comprensión del sistema corto - circuitos
Un circuito corto del sistema ocurre cuando hay una conexión anormal de baja resistencia entre dos o más puntos en un circuito eléctrico que normalmente están a diferentes voltajes. Esto puede ser causado por una variedad de factores, como falla de aislamiento, mal funcionamiento del equipo o daños externos. Durante un evento corto de circuito, una gran cantidad de corriente fluye a través del circuito, excediendo con creces la corriente de funcionamiento normal.
La magnitud de la corriente corta del circuito depende de varios factores, incluida la impedancia de la fuente, el tipo de circuito corto (p. Ej., Tres fase, una sola fase a tierra) y la ubicación de la falla en el sistema de alimentación. Las corrientes cortas de circuito pueden ser varias veces más grandes que la corriente nominal del equipo, lo que coloca un estrés significativo en los componentes eléctricos, incluidos los transformadores de corriente.
Impacto en el rendimiento del transformador actual
Saturación
Uno de los efectos más significativos de los circuitos cortos del sistema en los transformadores de corriente es la saturación. Los CT están diseñados para operar dentro de una cierta gama de corrientes. Cuando se produce un circuito corto, la alta corriente puede hacer que el núcleo magnético de la TC se sature. En un estado saturado, la densidad de flujo magnético en el núcleo alcanza su valor máximo, y la TC ya no puede transformar con precisión la corriente primaria en la corriente secundaria.
Durante la saturación, la corriente secundaria de la TC ya no tiene una relación lineal con la corriente primaria. Esto puede conducir a funciones de medición y protección inexactas. Por ejemplo, en un sistema de protección, una TC saturada puede no proporcionar una representación precisa de la corriente de falla, lo que puede resultar en la apertura de los relés protectores. Los relés pueden no hacer tropezar cuando ocurre una falla o tropezar innecesariamente, lo que provoca cortes de energía y daños en el equipo.
Estrés térmico
Otro gran impacto de los circuitos cortos en los transformadores de corriente es el estrés térmico. La corriente alta de circuito corto genera una gran cantidad de calor en los devanados de CT. El calor es proporcional al cuadrado de la corriente y la resistencia de los devanados. Si el evento de circuito corto dura un tiempo relativamente largo, el calor excesivo puede hacer que el aislamiento de los devanados se deteriore.
El deterioro del aislamiento puede conducir a circuitos cortos dentro de la misma CT, comprometiendo aún más su rendimiento y seguridad. En casos severos, el estrés térmico puede incluso causar daño físico a la TC, como la fusión de los devanados o la deformación del núcleo. Los CT generalmente se diseñan con una determinada calificación térmica, lo que especifica la duración máxima de corriente y tiempo que la TC puede soportar sin daños significativos. Sin embargo, en el caso de un circuito corto de alta magnitud, se puede exceder esta calificación, lo que lleva a una posible falla de la TC.
Estrés mecánico
Los circuitos cortos también imponen estrés mecánico en los transformadores de corriente. La corriente alta de circuito corto crea fuerzas electromagnéticas entre los giros de los devanados y entre las diferentes partes de la TC. Estas fuerzas pueden ser sustanciales y pueden causar una deformación mecánica de los devanados y el núcleo.
Por ejemplo, los devanados pueden ser desplazados o dañados, y el núcleo puede agrietarse o desalinearse. El daño mecánico a la TC puede afectar su rendimiento eléctrico y también puede conducir a problemas de confiabilidad a largo plazo. Además, el estrés mecánico puede aflojar las conexiones dentro de la TC, aumentando la resistencia de contacto y contribuyendo aún más a los problemas térmicos.
Tipos de transformadores actuales y su susceptibilidad a los circuitos cortos
Tipo de herida CT
Tipo de herida CTes un tipo común de transformador de corriente. En un tipo de herida, la TC, el devanado primario está conectado directamente al circuito que transporta la corriente a medir. Estos CT son generalmente más susceptibles a la saturación durante los circuitos cortos porque sus núcleos magnéticos tienen una capacidad de carga magnética limitada.
El diseño de CTS de tipo de herida también los hace más vulnerables al estrés térmico y mecánico. La naturaleza cerrada de la herida de los devanados significa que cualquier movimiento mecánico o deformación puede interrumpir fácilmente el aislamiento eléctrico y el acoplamiento magnético entre los devanados primarios y secundarios.
Tipo de barra CT
Los CT de tipo bar, por otro lado, tienen un diseño más simple. El devanado primario es un conductor único, generalmente una barra colectiva. Los CT de tipo de barra tienden a tener una mejor capacidad para resistir los circuitos cortos en comparación con los CT de tipo de herida. El devanado primario de un solo giro tiene una resistencia más baja y es menos probable que experimente un estrés térmico significativo durante un circuito corto.
Sin embargo, las CT de tipo de barra no son inmunes a los efectos de los circuitos cortos. Todavía pueden saturarse bajo corrientes de circuito cortos de alta magnitud, y las fuerzas mecánicas generadas por el circuito corto también pueden causar daños en la carcasa y las conexiones de la TC.
Estrategias de mitigación
Dimensionamiento y selección adecuados
Para minimizar el impacto de los circuitos cortos del sistema en los transformadores de corriente, el tamaño y la selección adecuados son cruciales. Los CT deben seleccionarse en función de las corrientes de circuito cortas esperadas en el sistema de alimentación. La corriente nominal de la CT, la clase de precisión y las características de saturación deben considerarse cuidadosamente para garantizar que pueda operar de manera confiable durante las condiciones normales y de falla.
Por ejemplo, los CT con un límite de saturación más alto pueden resistir mejor las corrientes de circuito cortas sin saturar. Además, se deben elegir CTS con una calificación térmica adecuada para manejar el calor generado durante los circuitos cortos.
Transmisión protectora
El retransmisión protectora también se puede usar para mitigar los efectos de los circuitos cortos en los transformadores de corriente. Los relés se pueden diseñar para detectar condiciones cortas de circuito rápidamente y aislar la sección defectuosa del sistema de energía. Al reducir la duración del circuito corto, el estrés en el CTS se puede minimizar.
Los esquemas de protección avanzada, como la protección diferencial y la protección de distancia, pueden proporcionar una detección de fallas más precisa y confiable. Estos esquemas pueden ayudar a garantizar que el CTS no esté expuesto a corrientes altas de circuito corto durante un período prolongado.
Monitoreo y mantenimiento
El monitoreo y el mantenimiento regulares de los transformadores actuales son esenciales para detectar cualquier problema potencial causado por circuitos cortos. Las técnicas de monitoreo, como medir la corriente secundaria y el voltaje, pueden proporcionar información valiosa sobre el rendimiento de la TC. Cualquier desviación de las condiciones de funcionamiento normales puede ser una indicación de un problema, como el deterioro de la saturación o el aislamiento.
Las actividades de mantenimiento, como la inspección visual, las pruebas de aislamiento y la calibración, pueden ayudar a identificar y abordar los problemas antes de que conduzcan a fallas graves. Al mantener el CTS en buenas condiciones, se puede mejorar su capacidad para resistir los circuitos cortos.
Conclusión
Sistema corto: los circuitos pueden tener un profundo impacto en el rendimiento y la confiabilidad de los transformadores actuales en las subestaciones. La saturación, el estrés térmico y el estrés mecánico son los principales desafíos que enfrenta CTS durante los eventos de cortocircuito corto. Como proveedor deSubestación del transformador actual, Entendemos la importancia de proporcionar CT de alta calidad que puedan resistir los rigores de los circuitos cortos.
Al implementar el tamaño y la selección adecuados, la transmisión de protección y las estrategias de monitoreo y mantenimiento, se pueden minimizar los efectos negativos de los circuitos cortos en los transformadores de corriente. Si necesita transformadores actuales confiables para su subestación, lo invitamos a contactarnos para más discusiones y adquisiciones. Nuestro equipo de expertos puede proporcionarle las mejores soluciones adaptadas a sus requisitos específicos.
Referencias
- Blackburn, JL (2013). Relevo protector: principios y aplicaciones. CRC Press.
- Gross, CA (2007). Análisis del sistema de energía. Wiley - Interscience.
- IEC 60044 - 1: 2017, Transformadores de instrumentos - Parte 1: Transformadores actuales.
