¿Por qué se produce una corriente de irrupción de excitación cuando un transformador se energiza sin carga?

Cuando un transformador se energiza sin carga, la corriente de excitación sufre inmediatamente una fase transitoria y su valor máximo puede exceder varias veces la corriente de carga nominal. En comparación con la corriente de excitación normal, la corriente sin carga en estado estacionario del transformador es varias decenas de veces mayor. Esta corriente transitoria se conoce como corriente de irrupción de excitación. Una corriente de entrada excesiva puede provocar un mal funcionamiento del relé, impidiendo la energización suave del transformador en el circuito. La magnitud de la corriente de irrupción depende de la fase del voltaje de línea en el momento de la energización del transformador y del estado del flujo residual del núcleo magnético. El proceso de cierre sin carga se manifiesta principalmente como el cambio transitorio del flujo magnético del transformador.

Cuando el núcleo magnético no tiene flujo residual, si el voltaje en el momento del cierre es máximo, el flujo magnético adelanta el voltaje 90 grados, lo que hace que el flujo sea cero. En este caso, no hay flujo en el núcleo magnético antes y después del cierre y no se produce ningún proceso de transición. Si la tensión en el momento del cierre es cero, el flujo alcanza su valor máximo. Para mantener el flujo instantáneo en cero al cerrar, se forma un contraflujo (flujo componente de CC) dentro del núcleo para cancelar el flujo instantáneo (flujo en estado estacionario), y su magnitud es igual pero de dirección opuesta. Como resultado, el flujo magnético sintetizado es cero en el momento del cierre, pero se convierte en el doble del flujo en estado estacionario después de medio ciclo.

Esta duplicación del valor del flujo provoca una saturación significativa del núcleo, lo que genera una gran corriente de excitación debido a la naturaleza no lineal de la curva de magnetización del núcleo. Cuando el núcleo tiene flujo residual φ y se alinea con la dirección del flujo magnético del primer medio ciclo, el flujo instantáneo aumentará a 2×φ+φ. Esto da como resultado una mayor corriente de entrada de excitación.

Dado que el flujo del componente de CC decae, la corriente de entrada de excitación también disminuye y se atenúa hasta el valor de la corriente de excitación de estado estable normal en unos pocos ciclos. Por tanto, el daño al transformador no es significativo. En realidad, la probabilidad de que se produzca una corriente de irrupción tan grande es pequeña debido a las siguientes razones: a. La probabilidad de que el disyuntor se active en el punto de cruce por cero de tensión es baja. b. Durante el flujo de corriente de irrupción, el voltaje en el propio circuito externo disminuye. C. Es posible que el flujo residual no esté necesariamente en fase con la dirección del cambio de voltaje y puede disminuir según el estado del circuito externo.

Una fase del banco de transformadores trifásicos siempre experimenta un fenómeno de transición, ya que la corriente de entrada es inevitable cada vez que se energiza. Normalmente, el devanado interno de un transformador de tipo núcleo tiene una reactancia más pequeña, lo que resulta en una corriente de irrupción mayor al excitar el devanado interno. Para evitar el mal funcionamiento del relé, se pueden emplear métodos como el uso de relés de enclavamiento durante un cierto período después de la energización del transformador.

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