1. Definición
La deformación del devanado se refiere al desplazamiento mecánico, distorsión, abultamiento, torsión o compresión de los devanados del transformador causados por fuerzas electrodinámicas, impacto mecánico u otras tensiones.
Esta deformación altera la geometría diseñada de las bobinas, afectando así la distancia de aislamiento, la resistencia mecánica y las características eléctricas del transformador.
Durante la operación del transformador, las fallas por cortocircuito son inevitables, particularmente en o cerca de los terminales de salida del transformador.
Un cortocircuito repentino genera impulsos de corriente extremadamente grandes, haciendo que los devanados experimenten fuerzas electrodinámicas decenas a cientos de veces mayores que durante la operación normal.
Estas fuerzas producen:
Calentamiento rápido, ablandando el material conductor (cobre o aluminio).
Fuerte tensión mecánica, que excede la resistencia mecánica del devanado.
Las fuerzas que actúan sobre los devanados del transformador se pueden dividir en dos categorías:
Fuerzas Radiales (Transversales):
Actúan desde el centro hacia afuera o hacia adentro.
Las bobinas externas experimentan fuerzas de expansión.
Las bobinas internas están sujetas a fuerzas de compresión.
Si el refuerzo interno o el cilindro aislante no son suficientemente fuertes, las bobinas pueden abultarse o doblarse, formando deformaciones en "flor de ciruelo" o hinchazones.
Fuerzas Axiales (Longitudinales):
Actúan a lo largo de la altura del devanado.
Comprimen los espaciadores aislantes, causan flexión de las espiras de la bobina y pueden desplazar los devanados verticalmente en relación con el núcleo de hierro.
Las alturas desiguales de las bobinas (por ejemplo, debido a cambiadores de tomas o desequilibrio magnético) amplifican aún más la tensión axial, lo que a menudo conduce a accidentes graves.
Conclusión:
Las corrientes de cortocircuito repentinas someten a los devanados del transformador a fuerzas combinadas intensas, tanto radiales como axiales.
Los devanados internos—especialmente en autotransformadores—son los más vulnerables, lo que resulta en deformación irreversible, como abombamiento, torsión y desplazamiento.
Estas deformaciones pueden evolucionar hacia fallos de aislamiento, cortocircuitos entre espiras o fallos catastróficos.
Durante el transporte, izado o instalación de la cubierta, los devanados pueden sufrir colisiones, vibraciones o impactos accidentales, lo que conduce a deformación física.
Si el sistema de relés de protección tiene una zona muerta o falla en operar, el transformador puede quedar expuesto a una corriente de cortocircuito sostenida.
El estrés electrodinámico prolongado puede deformar los devanados.
Datos estadísticos indican que alrededor del 30% de los daños en transformadores resultan de la falta de disparo durante cortocircuitos externos.
Si el diseño del transformador o el proceso de fabricación no garantizan una rigidez mecánica adecuada, su capacidad de soportar cortocircuitos disminuye con el tiempo.
Estadísticas recientes sobre fallos en transformadores de 110 kV muestran que la insuficiente resistencia al cortocircuito se ha convertido en una causa interna principal de accidentes en transformadores.
La deformación del devanado es un gran peligro oculto para la operación segura de los transformadores de potencia.
Es difícil de detectar mediante las pruebas convencionales de resistencia de aislamiento o dieléctricas del aceite, lo que la convierte en una falla latente.
Los cambios en la distancia de aislamiento o el daño al aislamiento sólido pueden causar descargas parciales (PD).
Bajo sobretensiones por rayos o maniobra, la PD puede provocar una ruptura entre espiras o entre discos.
Incluso bajo tensión normal, la PD a largo plazo puede dar lugar a una falla del aislamiento.
Una vez deformado, el devanado pierde su resistencia mecánica.
Si ocurre otro cortocircuito, la estructura debilitada ya no puede soportar el esfuerzo electrodinámico, lo que conduce a una deformación adicional o a una falla total.
Dado que la deformación del devanado no se puede evitar por completo, el diagnóstico temprano es crucial.
Una detección precisa puede determinar:
Si ha ocurrido una deformación
El grado y la ubicación de la deformación
Si el transformador puede continuar operando de manera segura
Si se requiere mantenimiento o desmontaje.
El diagnóstico proactivo no solo ahorra costos de mano de obra y materiales, sino que también previene accidentes mayores en transformadores.
La investigación global ha reconocido la importancia de la detección de deformación del devanado.
En muchos países, se considera una prueba clave de mantenimiento predictivo.
Según el Documento No. I20001589 de la Corporación Estatal de Energía — "25 Requisitos Clave para Prevenir Accidentes Mayores en la Producción de Energía", la prueba de deformación del devanado es un ítem de inspección obligatorio bajo las siguientes condiciones:
Después de la aceptación en fábrica y entrega
Después de un evento de falla por cortocircuito
Cláusulas Relevantes:
Cláusula 15.6:
Después de que un transformador sufra una falla por cortocircuito en el área cercana, se debe realizar una prueba de impedancia de cortocircuito de baja tensión o un análisis de respuesta en frecuencia (FRA).
Los resultados deben compararse con los datos originales de fábrica antes de que el transformador vuelva a ponerse en servicio.
Cláusula 20.2.9:
Al solicitar transformadores, el fabricante debe proporcionar:
La curva característica de respuesta en frecuencia de los devanados
El informe de prueba de resistencia al cortocircuito
El informe de cálculo dinámico de fuerzas electromecánicas
También se debe realizar el FRA:
Durante la instalación y puesta en marcha
Después de cualquier falla operativa por cortocircuito
Los resultados de la prueba deben servir como uno de los criterios clave para determinar la idoneidad para continuar en operación.
La deformación del devanado es un fenómeno electromecánico complejo directamente relacionado con la seguridad y confiabilidad del transformador.
Su causa principal es el impulso de corriente de cortocircuito, pero también contribuyen el impacto mecánico externo y la falla de protección.
La detección temprana—especialmente mediante el análisis de respuesta en frecuencia—es esencial para prevenir el deterioro oculto del aislamiento, el colapso mecánico y accidentes mayores en el transformador.
Kingrun Transformer Instrument Co.,Ltd.
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