¿Cómo manejar emergencias de cortocircuito en transformadores?

—Advertencia de riesgos y soluciones inteligentes reveladas

Con la creciente complejidad de los sistemas eléctricos industriales globales, los cortocircuitos en los transformadores se han convertido en una amenaza crítica para la seguridad de los equipos y la continuidad operativa. Según datos de la AIE, las pérdidas económicas directas anuales causadas por cortocircuitos en los transformadores superan los 12 35 millones de dólares, y el XNUMX % de los accidentes se deben a la insuficiencia de advertencias de riesgo y medidas de emergencia.

Según la norma IEC 60076-5 (Norma de Resistencia a Cortocircuitos) y la IEEE C37.91 (Directrices para Relés de Protección), las corrientes de cortocircuito pueden alcanzar de 20 a 30 veces su valor nominal, lo que provoca picos de temperatura instantáneos superiores a 1000 °C, lo que provoca la fusión de devanados, explosiones de aceite aislante y fallos en cascada en la red. Este artículo integra casos prácticos globales y normas técnicas para proponer una estrategia de defensa de bucle cerrado que reduce el tiempo de respuesta en un 90 % y las pérdidas económicas en más del 50 %.

Contenido

1. Causas principales de los cortocircuitos en los transformadores

1.1 Degradación del aislamiento: desde la descarga parcial hasta la avería eléctrica

• Mecanismo: La sobrecarga prolongada, el aumento excesivo de temperatura o factores ambientales (p. ej., polvo, humedad) aceleran el envejecimiento del aislamiento. Cadena molecular.断裂Bajo tensión eléctrica y térmica, las descargas parciales (DP) se intensifican y forman canales conductores. Una energía de DP superior a 1000 pC (según IEC 60270) reduce la vida útil del aislamiento en un 80 %.

• Caso: Un transformador de una planta química china sufrió cortocircuitos entre fases debido a grietas en la capa de resina epoxi (>0.5 mm de ancho), lo que redujo la resistencia de aislamiento de 5000 MΩ a 50 MΩ y generó pérdidas de 2 millones de dólares.

1.2 Estrés mecánico: vibración e impacto

• Desplazamiento del devanado: la vibración reduce el espacio de aislamiento entre los devanados, lo que crea intensidades de campo eléctrico >30 kV/mm (umbral de ruptura del aire).

• Rotura de cables: La inclinación de 5° de una subestación japonesa causada por un terremoto provocó una fractura de cable de bajo voltaje, generando una corriente de cortocircuito a tierra de 45 kA y parálisis de la red.

2. Advertencia de riesgos: de la respuesta pasiva a la prevención activa

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• Detección de arco eléctrico: los sensores ultravioleta (longitud de onda de 300 a 700 nm) identifican fallas de arco en 2 ms.

• Análisis de gases disueltos (DGA): monitorea las concentraciones de gases (por ejemplo, H₂ >150 ppm para PD; C₂H₂ >5 ppm para fallas térmicas) utilizando el análisis del Triángulo de Duval.

• Detección de corriente de alta frecuencia: detecta resonancia armónica (por ejemplo, 250 Hz) y anomalías de corriente antes de la ruptura del aislamiento.

3. Soluciones de emergencia inteligentes

3.1 Protección diferencial de alta velocidad

• Principio: Los relés diferenciales comparan las desviaciones de corriente (umbral: 20 %) entre los lados de alto y bajo voltaje, provocando el disparo del disyuntor en 10 ms.

• Caso: Una refinería china adoptó relés GE T60, logrando una eliminación de fallas de 12 ms y una preservación de la integridad del equipo del 80%.

3.2 Registro y localización de fallas

• Localización de ondas viajeras: identifica fallas dentro de un radio de ±5 m utilizando diferencias de tiempo de propagación de ondas actuales.

• Extracción de características de cortocircuito: analiza la corriente pico y di/dt para clasificar los tipos de falla (por ejemplo, fallas de fase a fase frente a fallas a tierra).

3.3 Sistema de extinción de incendios sumergido

• Rociado de líquido fluorado: Libera líquido extintor en 500 ms, cumpliendo con la norma NFPA 15. Las subestaciones estadounidenses redujeron las pérdidas por incendio en un 95%.

4. Estudios de casos globales

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