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AISLAMIENTOS EN EL TRANSFORMADOR

AISLAMIENTOS EN EL TRANSFORMADOR

En el artículo de hoy hablaremos acerca de aislamientos en el transformador, sus clasificaciones, funciones del aceite, tipos de aceites, factores que afectan su degradación y más.

MATERIALES DE AISLAMIENTO DE TRANSFORMADORES Y ENVEJECIMIENTO

Las bobinas primaria y secundaria de un transformador son los componentes clave en el desempeño de su función básica de transformar voltaje y corriente. Se utilizan materiales para aislar las bobinas primarias y secundarias. En los transformadores, además de las bobinas primarias y secundarias, hay varios otros componentes y accesorios importantes. El material aislante es uno de los componentes más críticos de un transformador. Es necesario un aislamiento suficiente entre las diferentes partes activas del transformador para su funcionamiento seguro. Un aislamiento adecuado no solo es necesario para aislar las bobinas de otra, o del núcleo y el tanque, sino que también garantiza la seguridad del transformador contra sobretensiones accidentales.

El sistema de aislamiento en un transformador se puede clasificar de la siguiente manera.

Mayor aislamiento

  • Entre el núcleo y el devanado de baja tensión (BT);
  • Entre bobinados de BT y de alta tensión (AT);
  • Entre la parte superior e inferior del devanado y el yugo;
  • Entre HV y tanque;

Aislamiento menor

  • Entre conductores;
  • Entre turnos;
  • Entre capas;
  • Entre laminaciones;
  • Entre uniones y conexiones.

El material de aislamiento comúnmente utilizado entre el núcleo conectado a tierra y la bobina de baja tensión a tierra, y también entre las bobinas de alta tensión y baja tensión, es cartón prensado sólido impregnado de aceite. El aislamiento sólido, incluido el cartón prensado o el papel, puede tener un pequeño vacío de aire interno. Esto reduce la resistencia aislante del aislamiento sólido y reduce su capacidad de disipación de calor. Cuando se utiliza aceite de transformador para impregnar el aislamiento sólido, los huecos se llenan de aceite, lo que mejora tanto la resistencia del aislamiento como la capacidad de disipación de calor del aislamiento sólido. En transformadores más grandes, la cinta de papel a base de celulosa generalmente se envuelve sobre conductores individuales. El aislamiento capa a capa o disco a disco se proporciona principalmente con papel Kraft impregnado de aceite o incluso cartón prensado grueso o cartón transformador en el caso de transformadores de mayor potencia.

Aislamiento líquido – Aceite

El aceite es una parte igualmente importante de los aislamientos generales de un transformador. El aceite, como el papel / cartón prensado, es un producto de la naturaleza que contiene una variedad de impurezas de naturaleza y cantidad especulativas.

Funciones del aceite – Aislamientos eléctricos

La función principal del aceite aislante en un transformador es proporcionar aislamiento eléctrico entre las diversas partes energizadas; también actúa como una capa protectora para evitar la oxidación de las superficies metálicas.

Disipación de calor

Otra función importante del aceite es mejorar la disipación de calor. Los núcleos y devanados de los transformadores se calientan durante el funcionamiento debido a diversas pérdidas de potencia. El aceite quita calor del núcleo y los devanados mediante el proceso de conducción y lo transporta al tanque circundante, que luego se irradia a la atmósfera. Para que el aceite mineral pueda disipar el calor de manera efectiva, es necesario mantener ciertas especificaciones, que incluyen viscosidad, punto de fluidez y punto de inflamación.

Fines diagnósticos

La tercera función (muy útil) del aceite aislante en un transformador es que actúa como indicador de salud del dispositivo. Tanto las condiciones químicas como eléctricas del transformador se pueden monitorear examinando el aceite periódicamente. Las muestras de aceite se recolectan de los puntos de muestreo designados del tanque y se llevan a los laboratorios para realizar varias pruebas.

Cuando se desarrolla una falla dentro del transformador, la energía se disipa a través del aceite, lo que provoca la degradación química del líquido. El análisis de muestras de aceite para detectar productos de degradación puede proporcionar información útil sobre la naturaleza y la gravedad de las posibles fallas dentro de un transformador.

Tipos de aceite
Los líquidos aislantes que se pueden utilizar para transformadores son:

  • Aceites minerales a base de petróleo
  • Aceites vegetales
  • Ésteres orgánicos
  • Líquidos de polihidrocarburos
  • Líquidos fluorados
  • Líquidos de silicona

ENVEJECIMIENTO DEL AISLAMIENTO
El sistema de aislamiento de un transformador sufre envejecimiento debido a las condiciones de funcionamiento del transformador. Las tensiones térmicas, eléctricas y químicas actúan sobre el sistema de aislamiento durante el funcionamiento del equipo para provocar un cambio irreversible en las propiedades del sistema de aislamiento. Tales tensiones de envejecimiento pueden causar una degradación intrínseca o extrínseca de los materiales de aislamiento. En la mayoría de los sistemas de aislamiento, predomina el envejecimiento extrínseco debido a la presencia de imperfecciones y contaminantes.

El aislamiento sólido y el aceite mineral forman un sistema de aislamiento inseparable en un transformador. El aislamiento a base de celulosa y el aceite mineral que se utilizan en los transformadores se degradan con el tiempo. El grado de envejecimiento del aislamiento depende de las tensiones térmicas, eléctricas, químicas y mecánicas dentro del transformador. La temperatura del aislamiento de aceite-celulosa juega un papel importante al influir en las propiedades mecánicas, químicas y eléctricas del material. La temperatura del aislamiento depende del patrón de carga del transformador y de las condiciones ambientales de funcionamiento.

Aparte del envejecimiento normal, las tensiones operativas suelen estar dominadas por rayos y cortocircuitos. Los devanados de un nuevo transformador están bien sujetos, por lo que tienen suficiente resistencia mecánica. Pero a medida que envejece el aislamiento, el aislamiento de papel se contrae, lo que resulta en una reducción de la presión de sujeción; por tanto, se obstaculiza la estabilidad mecánica del devanado.

Estos devanados mecánicamente débiles sufren tensiones mecánicas mejoradas debido a las fuerzas que surgen de fallas de cortocircuito.

A altas temperaturas de funcionamiento, el oxígeno disuelto en el aceite también acelera la velocidad de degradación del aislamiento sólido y del aceite, particularmente en presencia de agua. Los productos de oxidación del aceite son alcoholes, ácidos orgánicos, aldehídos, cetonas, ésteres saturados, lactonas, peróxidos, productos inestables, hidrocarburos polimerizados, lodos, monóxido de carbono, dióxido de carbono y agua. Como consecuencia de la oxidación del aceite en presencia de cobre, hierro y agua, la cantidad de oxígeno disuelto (proveniente de los peróxidos disueltos y otros productos) aumenta durante la vida útil de un transformador.

El tercer factor que afecta la degradación del aislamiento del transformador es el contenido de agua del aislamiento sólido y el aceite. La tasa de degradación térmica del papel suele ser directamente proporcional a su contenido de agua. En el momento de la fabricación de un transformador, el aislamiento sólido se seca primero a un nivel de humedad en el rango de 0,3 -1,0% y luego se impregna y finalmente se sumerge en aceite desgasificado y seco. El límite superior generalmente recomendado para el nivel de humedad en el aislamiento de unidades nuevas es de aproximadamente 0,5%. Sin embargo, el contenido de agua de los aislamientos sólidos y del aceite aumenta durante la vida útil del transformador. Este aumento de agua proviene en parte de la degradación de la celulosa provocada por las altas temperaturas y la oxidación, y en parte por la entrada de agua de la atmósfera.

Como el transformador respira bajo diferentes ciclos de carga, existe la posibilidad de que entre humedad atmosférica. Los transformadores de potencia están equipados con un conservador para adaptarse al mayor volumen de aceite. El conservador exhala, ya sea directamente a la atmósfera o mediante respiradores deshidratantes. A medida que el transformador se enfría durante los ciclos de carga baja, el volumen de aceite en el conservador se reduce y el transformador inhala a través del respiradero. El gel de sílice presente en la cámara de ventilación se utiliza para absorber la humedad del aire ambiente a medida que fluye hacia el conservador. La eficiencia de los respiradores de tipo gel de sílice depende de la temperatura y la humedad del aire y del desecante, junto con la velocidad del flujo de aire. Otro tipo de respiradero, conocido como deshidratador de congelador o drycol, seca el aislamiento automáticamente. Esto también permite el secado continuo del aire dentro del conservador. El contenido de agua del transformador puede acumularse hasta un 2-5% durante su vida útil, dependiendo de su sistema de ventilación, ciclo de carga y características de diseño.

FACTORES QUE CONTRIBUYEN AL ENVEJECIMIENTO
El envejecimiento del aislamiento del transformador puede ocurrir debido a una combinación de varios factores que incluyen mecanismos de envejecimiento eléctricos, térmicos, químicos, mecánicos y ambientales. Estos factores de envejecimiento pueden actuar de forma independiente o puede haber interacciones directas entre las tensiones. El envejecimiento de un sistema de aislamiento práctico puede ser complejo y la falla suele ser causada por una combinación de mecanismos de envejecimiento, aunque puede haber solo un factor de envejecimiento dominante. Para considerar el aislamiento del transformador, los siguientes factores son importantes.

Envejecimiento Térmico
El mecanismo más dominante responsable del envejecimiento del aislamiento de los transformadores es el envejecimiento térmico, que implica cambios químicos y físicos en el aislamiento. Dicho envejecimiento se produce como consecuencia de reacciones de degradación química, polimerización, despolimerización, difusiones, etc. Los efectos termomecánicos provocados por fuerzas debidas a la expansión y / o contracción térmica son también un factor importante responsable de la degradación del aislamiento. Ambos efectos del cambio químico y la tensión termomecánica están muy influenciados por la temperatura de funcionamiento.

Envejecimiento eléctrico
El envejecimiento eléctrico, ya sea bajo tensión o impulso de CA de funcionamiento, también conduce a la degradación del aislamiento durante años de funcionamiento. Estos factores involucran la influencia de descargas parciales en el dieléctrico líquido o gaseoso adyacente a la fuente de descarga, o los efectos del rastreo y la formación de árboles en el aislamiento sólido y líquido bajo altos esfuerzos eléctricos. Además, las altas pérdidas eléctricas y los efectos de las cargas espaciales también contribuyen a la degradación del aislamiento. También tiene lugar una combinación de efectos de degradación eléctrica y química en forma de electrólisis del aislamiento líquido, especialmente cuando está contaminado con impurezas polares.

Envejecimiento ambiental

Además de los procesos de degradación química y térmica destacados anteriormente, otros factores ambientales externos incluyen las influencias del polvo y otra contaminación en el comportamiento eléctrico del equipo.

Esperamos que esta información haya sido de utilidad para ti.

En Dinamik Eléctrica somos una empresa especializada en soluciones de media y alta tensión, realizamos pruebas eléctricas a transformadores que son analizados por un laboratorio acreditado ante la EMA. .

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