Optimización de aislamiento del transformador: materiales, mecanismos y mantenimiento

El aislamiento del transformador forma la columna vertebral de una distribución de energía segura y eficiente. Ya sea enterrado en bóvedas subterráneas o elevadas en postes de servicios públicos, los transformadores dependen de medios aislantes cuidadosamente elegidos para evitar fallas eléctricas, manejar el calor y soportar fuerzas mecánicas. Este artículo profundiza en la selección y el rendimiento de los materiales aislantes, examina las tensiones que enfrentan, describe las vías de degradación típicas y ofrece orientación para extender la vida útil del aislamiento, todos adaptados tanto a la almohadilla como para de transformador montadas en polos . Aplicaciones

1. Funciones centrales del aislamiento del transformador

1.1 Barrera eléctrica

El aislamiento crea un velo protector entre los componentes conductores. En Los transformadores montados en la almohadilla , donde los voltajes a menudo exceden 15 kV, las barreras dieléctricas robustas protegen contra los cortocircuitos de fase a fase y de devanado a núcleo. En las unidades montadas en el poste, los devanados compactos dependen de combinaciones de papel de fluido para mantener el espacio libre incluso bajo clima extremo o sobretensiones transitorias.

1.2 Transferencia de calor

Los devanados de cobre y los núcleos de hierro generan calor bajo carga. Los fluidos aislantes, como aceites minerales o ésteres ecológicos, absorben este calor y lo pasan a radiadores o al entorno circundante. Los materiales sólidos como el papel de celulosa y las películas de polímeros suplementan el enfriamiento de fluidos al proporcionar vías térmicas lejos de los puntos calientes, asegurando las clasificaciones de temperatura (Clase F, H) no se exceden.

1.3 Soporte estructural

Los eventos de cortocircuito producen fuerzas electrodinámicas intensas. Los espaciadores de placa de prensa, las hojas de Nomex® y las barreras epoxi ayudan a preservar la geometría de la bobina y a evitar el movimiento del devanado. En las instalaciones aéreas, el aislamiento también debe resistir la vibración del viento o el balanceo de poste sin agrietarse o delaminar.

2. Estresores que afectan la integridad del aislamiento

2.1 tensiones eléctricas

• Voltaje continuo: la exposición a largo plazo al voltaje de operación nominal debilita la resistencia dieléctrica durante los años.

• Overvoltaciones de impulso: las huelgas de rayos y las operaciones de conmutación introducen pulsos de frente empinado (1.2/50 μs), desafiantes límites de impulso.

2.2 tensiones térmicas

• Calentamiento relacionado con la carga: las pérdidas R y la histéresis del núcleo elevan las temperaturas. Sin un flujo de aceite adecuado o una conductividad en papel, los puntos calientes localizados aceleran el envejecimiento.

• Extremas ambientales: los transformadores montados en el polo al aire libre enfrentan columpios de temperatura anchos (–40 ° C a +65 ° C), exigentes materiales que permanecen estables en este rango.

2.3 tensiones mecánicas

• FULS-CONDICIÓN FUERZAS: empuje electrodinámico durante las fallas Comprime y cizallan capas de aislamiento.

• Fatiga vibratoria: vibración prolongada en líneas aéreas o durante el transporte puede reducir el aislamiento sólido, lo que lleva a la exposición de los conductores.

3. Vías de degradación de aislamiento común

3.1 Envejecimiento térmico

La exposición al calor prolongada altera la estructura molecular de las moléculas de celulosa y éster, produciendo ácidos y lodo. Con el tiempo, el papel pierde flexibilidad y aumentos de viscosidad del aceite, lo que impide la eficiencia de enfriamiento.

3.2 Erosión eléctrica

Los vacíos microscópicos dentro de aislamiento sólido o en las interfaces de aceite -papel pueden desencadenar descargas parciales. El micro-arco repetitivo erosiona el material hasta que se produce una descomposición dieléctrica.

3.3 Entrada de humedad

Las moléculas de agua, atraídas por papel higroscópico, menor resistencia dieléctrica general. En las instalaciones montadas en el poste, las fallas o los respiradores de los sellos pueden permitir la entrada de humedad, componir tensiones térmicas y eléctricas.

3.4 Daño mecánico

Las cargas mecánicas de alta magnitud durante las fallas o la vibración continua pueden fracturar el tablero de prensa, las películas de polímeros de agrupamiento o delaminar fundiciones epoxi, creando rutas para fallas eléctricas.

4. Selección de materiales y mejores prácticas

1. Elección de fluido:

• Los aceites minerales sobresalen en costo y disponibilidad, con buenas propiedades dieléctricas y de enfriamiento.

• Los ésteres naturales/sintéticos ofrecen puntos de inflamación más altos y biodegradabilidad, adecuados para sitios ambientalmente sensibles.

2. Aisladores sólidos:

• Los documentos de celulosa siguen siendo estándar de la industria, equilibrando la fuerza y ​​la flexibilidad.

• Las películas de polímeros (p. Ej., Nomex®, poliimida) proporcionan clasificaciones térmicas superiores para aplicaciones de alta temperatura.

3. Diseños compuestos:
   la combinación de fluidos con espaciadores sólidos y barreras de resina fundida optimiza el rendimiento: el fluido circula el calor, mientras que los sólidos mantienen eliminaciones precisas y rigidez mecánica.

4. Monitoreo de la condición:

• El análisis de gas disuelto (DGA) detecta fallas eléctricas incipientes.

• Las pruebas de humedad (p. Ej., Titulación de Karl Fischer) evalúan el contenido de agua en aceite y papel.

• La imagen térmica viene de calentamiento desigual o radiadores bloqueados.

5. Mejora de la vida útil del aislamiento

• Mantenimiento regular: la filtración de aceite programada, la desgasificación y el reemplazo de documentos degradados evitan el envejecimiento acelerado.

• Controles ambientales: el sellado adecuado y el uso de respiradores de gel de sílice minimizan la entrada de humedad.

• Manejo de la carga: evitar sobrecargas continuas reduce el estrés térmico y extiende la vida dieléctrica.

La confiabilidad y la vida útil de un transformador están inextricablemente vinculados a su sistema de aislamiento. Al comprender la interacción de las tensiones eléctricas, térmicas y mecánicas, seleccionar combinaciones apropiadas de fluido-sólido e implementar el monitoreo proactivo, los operadores pueden reducir significativamente el riesgo de falla en los transformadores montados en la almohadilla y el polo. Para una oferta aerodinámica de tubos y sábanas de aislamiento premium, productos de papel y películas de polímeros avanzados, Los materiales de aislamiento de Fenhar ofrecen soluciones a medida que cumplan con el rendimiento riguroso y los estándares ambientales.