Análisis de falla en la chapa de acero al silicio en transformadores de distribución. Efecto de la zona de precedencia de los transformadores

Failure analysis in silicon steel sheet in distribution transformers. Effect of the zone of precedence of the transformers

El análisis de falla en la chapa de acero al silicio en transformadores de distribución presenta un diagnóstico basado en la micro estructura y propiedades magnéticas de este material, con el cual se fabrica el núcleo de los transformadores de distribución monofásicos de poste. Tales diagnósticos, complementan estudios realizados para evaluar la vida útil de estos equipos, comparando la calidad de los materiales con los que son fabricados aplicando “métodos no convencionales”, cuando presentan condiciones de fallas, incrementando la experticia en los sistemas de distribución de energía eléctrica. El trabajo fue realizado aplicando técnicas de caracterización a la chapa de acero utilizando difracción de rayos X o XRD y microscopía electrónica de barrido en ambiente o E-SEM, lo que permitió una visión más clara de los fenómenos que intervienen en el comportamiento de la chapa de acero de silicio. Aunque previamente se había realizado análisis metalográfico a muestras de equipos fallados para verificar el tamaño de grano, impurezas o inclusiones que hubieran podido afectar a la calidad del material durante su funcionamiento, se aplica XRD y se utiliza la ecuación de Scherrer comprobando el tamaño de los cristales (granos) en escala nanométrica, y luego, con la fórmula de Steinmetz se evalúan las pérdidas debido a la histéresis magnética que también afecta de manera importante el funcionamiento del equipo. Las Pérdidas Totales del Núcleo se deben a presencia de óxidos Tipo D y cambios en el tamaño del cristal (grano)

Introducción

En la presente investigación se presentan resultados de una investigación que inició en el año 2006, para evaluar los elementos químicos con las cuales se fabricaba la chapa de acero al silicio que se utiliza en los núcleos de los transformadores de distribución monofásicos de poste. En esa oportunidad, ese estudio era para evaluar la factibilidad técnica y económica de fabricar ese material, que se había convertido en una materia prima de difícil consecución para las pequeñas empresas que fabrican o reparan dichos equipos. Luego de esa primera evaluación, se realizó otro proyecto de investigación que permitió el estudio metalográfico de este material, luego que hubiera presentado fallas de tipo térmicas, por arco eléctrico o descargas parciales, que para el sector eléctrico representan métodos de análisis no convencionales. Después de esos resultados, fueron aplicadas otras técnicas de caracterización en escala nanométrica cuyos resultados se muestran en la presente investigación, y que sirvieron para evaluar además, cuál era la influencia de las condiciones ambientales en las fallas que presentaban los transformadores de distribución.

Para realizar estas pruebas experimentales, fueron recolectadas muestras de  equipos fallados procedentes de diferentes regiones de Colombia: Bogotá, Cundinamarca, Antioquía, Caldas y Pacífico, las mismas fueron clasificadas de acuerdo al tipo de falla y  causas asociadas.