Los transformadores-inmersos en aceite, como equipo clave en los sistemas de distribución de energía para empresas industriales y mineras y edificios civiles, asumen la importante tarea de reducir el voltaje de las redes de alto-voltaje de 10(6)kV o 35kV a un voltaje de bus de 230/400V para satisfacer las necesidades de energía de los usuarios. Este tipo de transformador es adecuado para fuentes de alimentación de CA de 50 (60) Hz, con una capacidad nominal trifásica máxima de 2500 kVA y una capacidad nominal monofásica máxima de 833 kVA (pero generalmente no se recomiendan transformadores monofásicos). Se puede utilizar en interiores o instalar en exteriores. Para transformadores con una capacidad de 315 kVA o menos, incluso se puede instalar directamente en un poste. Además, tiene ciertos requisitos con respecto a las condiciones ambientales, incluido el rango de temperatura ambiente, la temperatura promedio máxima diaria, la temperatura promedio máxima anual, la humedad relativa y la altitud. Si las condiciones de uso reales no se ajustan a estas normas, se deben realizar los ajustes de cuota adecuados de acuerdo con el estándar GB6450-86.
1. Distinción de fases Los transformadores sumergidos en aceite-se pueden dividir en transformadores trifásicos-y transformadores monofásicos-. En los sistemas de energía trifásicos,-los transformadores trifásicos son la opción convencional. Sin embargo, cuando la capacidad es demasiado grande o las condiciones de transporte son limitadas, se pueden usar tres transformadores monofásicos-para formar un banco de transformadores para satisfacer la demanda.
2. Clasificación del devanado
Los transformadores se pueden clasificar en transformadores de dos-devanados y transformadores de tres-devanados según el número de devanados. Los transformadores de dos-devanados son del tipo común, con dos devanados en su núcleo: uno como devanado primario y el otro como devanado secundario. Los transformadores de tres-devanados suelen ser adecuados para capacidades mayores (más de 5600 kVA) y estos transformadores se pueden conectar a tres líneas de transmisión de voltaje diferentes. Además, en algunas aplicaciones especiales se utilizan incluso transformadores Satons con más devanados.
3. Clasificación estructural
Los transformadores se pueden clasificar en transformadores de tipo núcleo-y transformadores de tipo carcasa- según sus características estructurales. En los transformadores de tipo núcleo-, los devanados generalmente están enrollados alrededor del exterior del núcleo, mientras que en los transformadores de tipo cáscara-, el núcleo está ubicado alrededor de los devanados. Estos dos tipos de transformadores tienen ligeras diferencias estructurales, pero sus principios de funcionamiento no son fundamentalmente diferentes. En la práctica, la gran mayoría de los transformadores que se utilizan comúnmente en los sistemas de energía son de tipo núcleo-.
Además, los transformadores también contienen otros componentes clave, como el núcleo, los devanados, el tanque de aceite, el conservador de aceite, los casquillos aislantes, los cambiadores de tomas y los relés de gas, que en conjunto constituyen la estructura completa del transformador.
4. Núcleo Como núcleo del circuito magnético del transformador, el núcleo desempeña un papel crucial. Durante la operación del transformador, el núcleo genera calor debido a la histéresis y las pérdidas por corrientes parásitas. Para reducir eficazmente esta pérdida de calor y minimizar el tamaño y el peso del transformador, normalmente se utilizan láminas de acero al silicio-laminadas en frío-con alta permeabilidad y un espesor de menos de 0,35 mm para construir el núcleo. Además, según la disposición de los devanados dentro del núcleo, los transformadores se pueden clasificar en dos tipos: tipo núcleo-y tipo carcasa-.
En los transformadores-de gran capacidad, para garantizar que el calor generado por las pérdidas del núcleo sea efectivamente transportado por el aceite aislante durante la circulación, logrando así una buena refrigeración, el núcleo suele diseñarse con canales de aceite de refrigeración dedicados.
5.Devanados Los devanados son un componente clave del transformador, responsable de convertir la energía eléctrica en energía magnética y luego nuevamente en energía eléctrica. En los transformadores, los devanados generalmente se construyen con alambre de cobre o aluminio aislado para reducir las pérdidas conductivas. Al mismo tiempo, se utilizan materiales aislantes para envolver y aislar los devanados para garantizar el rendimiento del aislamiento y la disipación del calor. Según la disposición de los devanados dentro del núcleo, los transformadores se pueden clasificar en dos tipos: tipo núcleo-y tipo carcasa-.
Los devanados y el núcleo juntos constituyen los componentes centrales de un transformador. Durante la operación del transformador, los devanados generan calor debido a su propia resistencia o resistencia de contacto en las juntas; Este fenómeno puede explicarse mediante la ley de Joule.
Los devanados son componentes críticos en un transformador y su funcionamiento adecuado es esencial para el rendimiento del transformador. Sin embargo, los devanados pueden encontrar varios problemas durante el funcionamiento. En primer lugar, el calor se genera debido a la propia resistencia de los devanados o a la resistencia de contacto en las uniones, un fenómeno físico revelado por la ley de Joule. Por lo tanto, los devanados deben evitar llevar corrientes que excedan su corriente nominal durante períodos prolongados para evitar el sobrecalentamiento. Además, cuando pasa una corriente de cortocircuito-, genera una fuerza electromagnética significativa en los devanados, lo que puede causar daños graves al transformador.
Existen varios tipos de devanados de transformadores, siendo los más básicos los devanados concéntricos y los entrelazados. Las principales fallas que estos devanados pueden enfrentar incluyen cortocircuitos entre espiras y cortocircuitos en la carcasa. Los cortocircuitos entre-vueltas pueden ser causados por el envejecimiento del aislamiento, el funcionamiento por sobrecarga o daños mecánicos durante los cortocircuitos entre-circuitos. Los cortocircuitos entre espiras también pueden ocurrir cuando el nivel de aceite en el transformador baja, lo que hace que partes de los devanados queden expuestas por encima de la superficie del aceite. Al mismo tiempo, la sobrecorriente durante un cortocircuito en el circuito-puede deformar los devanados, dañando aún más el aislamiento y provocando así un cortocircuito entre-vueltas.
Cuando se produce un cortocircuito entre-vueltas, la corriente en el devanado en cortocircuito-puede exceder el valor nominal, pero la corriente de todo el devanado aún puede estar dentro del límite. En este caso puede activarse el dispositivo de protección de gas, y en casos severos también puede intervenir el dispositivo de protección diferencial. Los cortocircuitos en la carcasa también pueden deberse al envejecimiento del aislamiento, la humedad del aceite, la caída del nivel de aceite o rayos y sobretensiones operativas. Además, la sobrecorriente durante un cortocircuito en el circuito-también puede provocar la deformación del devanado, lo que provoca un cortocircuito en la carcasa. Este tipo de cortocircuito suele provocar el funcionamiento del dispositivo de protección de gas y del dispositivo de protección de puesta a tierra.
6. Tanque de aceite Los componentes centrales de un-transformador sumergido en aceite-los devanados y el núcleo-están alojados en un tanque de aceite lleno de aceite de transformador. Este tipo de tanque de aceite suele estar soldado con placas de acero y está diseñado para proporcionar una protección mecánica robusta y una refrigeración excelente. Para transformadores medianos y pequeños, el tanque generalmente consta de dos partes: la carcasa del tanque y la cubierta del tanque. El cuerpo del transformador está alojado dentro de la carcasa, mientras que la apertura de la tapa del tanque facilita la inspección y el mantenimiento del cuerpo.
Además, los transformadores se pueden dividir en dos categorías principales según sus métodos de aislamiento y enfriamiento: tipo-inmerso en aceite y seco-. En los transformadores-inmersos en aceite, el núcleo y los devanados se sumergen juntos en aceite de transformador, lo que mejora el rendimiento del aislamiento y optimiza las condiciones de enfriamiento. Sin embargo, los transformadores de tipo seco-también se utilizan en ciertas aplicaciones específicas, como el alumbrado público y el de minas.
1. Los transformadores no-inmersos en aceite-no cerrados, como las series S8, S9 y S10, se utilizan comúnmente en empresas industriales y mineras, agricultura y construcción civil.
2. Los transformadores cerrados-inmersos en aceite, incluidos modelos como S9, S9-M y S10-M, son particularmente adecuados para entornos complejos con altos niveles de aceite y sustancias químicas, como los de las industrias química y del petróleo.
3. Los transformadores sellados-inmersos en aceite, como las series BS9, S9-, S10-, S11-MR, SH y SH12-M, se utilizan ampliamente para la distribución de energía en diversos lugares, incluidas empresas industriales y mineras, agricultura y edificios civiles.
Además, existen transformadores diseñados para fines específicos, como transformadores de alto-voltaje para pruebas, transformadores para hornos eléctricos, transformadores para soldadura y transformadores utilizados en circuitos de tiristores. También son indispensables los transformadores de tensión y los transformadores de corriente para instrumentos de medida.
a. El devanado de bajo-voltaje de un transformador-inmerso en aceite, a menos que se utilice un conductor de cobre en un modelo de pequeña-capacidad, normalmente utiliza un diseño cilíndrico con un devanado de lámina de cobre. El devanado de alto-voltaje utiliza una estructura cilíndrica de múltiples-capas. Este diseño ayuda a mantener una distribución equilibrada de amperios-vueltas, reduce el flujo de fuga y mejora la resistencia mecánica y la capacidad de resistencia a cortocircuitos-.
b. Para garantizar la estabilidad, tanto el núcleo como los devanados están asegurados con tuercas auto-para resistir golpes durante el transporte. Además, la estructura sin núcleo permite que el transformador resista mayores impactos durante el transporte.
do. Durante la fabricación, tanto las bobinas como el núcleo se someten a un secado al vacío, y se emplean procesos de inyección y filtración de aceite al vacío para garantizar que se minimicen los niveles de humedad interna.
d. El tanque de aceite presenta un ingenioso diseño con láminas corrugadas, que tienen una función de respiración para compensar los cambios de volumen de aceite causados por las variaciones de temperatura, eliminando así la necesidad de un conservador de aceite y reduciendo la altura del transformador.
mi. Debido al uso de láminas corrugadas, el aceite del transformador se aísla del aire exterior, evitando eficazmente la intrusión de oxígeno y humedad, manteniendo así un excelente rendimiento de aislamiento.
F. En resumen, estas características de diseño garantizan colectivamente que los transformadores-inmersos en aceite no requieran cambios de aceite en condiciones de carga normales, lo que reduce significativamente los costos de mantenimiento y extiende sustancialmente su vida útil.
En situaciones con una gran cantidad de cargas primarias o secundarias, se recomienda configurar dos o más transformadores. De esta manera, incluso si un transformador se desconecta, la capacidad de los transformadores restantes puede satisfacer las demandas de energía de las cargas primarias y secundarias. Al mismo tiempo, las cargas primarias y secundarias deben concentrarse lo más posible para evitar una dispersión excesiva.
Cuando la capacidad de carga estacional es grande, se recomiendan transformadores dedicados. Los ejemplos incluyen cargas de refrigeración de aire acondicionado y cargas de calefacción eléctrica en grandes edificios civiles. En aplicaciones con cargas altamente concentradas, se recomiendan transformadores dedicados. Esto incluye grandes equipos de calefacción, grandes máquinas de rayos X-y hornos de arco eléctrico.
Si la carga de iluminación es grande, o si compartir un transformador para energía e iluminación afecta significativamente la calidad de la iluminación y la vida útil de la bombilla, se puede instalar un transformador de iluminación exclusivo. Normalmente, la energía y la iluminación comparten un único transformador.
7. Entorno operativo:
En condiciones ambientales normales, tanto los transformadores de tipo-inmersos en aceite como los de tipo seco- son opciones viables. Estos transformadores son adecuados para empresas industriales y mineras, subestaciones independientes o adjuntas en agricultura y subestaciones independientes en áreas residenciales. Los modelos de transformadores disponibles incluyen S8, S9, S10, SC(B)9 y SC(B)10. Además, se debe considerar el impacto de la temperatura en la selección del transformador.
① Estos transformadores pueden mantener un funcionamiento estable-a largo plazo a 220 grados.
② Pueden soportar fácilmente choques-de alta-temperatura a corto plazo de 350 grados.
③ Estos transformadores mantienen un rendimiento excelente independientemente de grandes variaciones de temperatura o fluctuaciones de humedad.
④ A 250 grados, no se derretirán, fluirán ni favorecerán la combustión.
⑤ Aún más sorprendente es que estos transformadores no liberarán gases tóxicos o corrosivos incluso a temperaturas extremas de hasta 750 grados.
Además, estos transformadores tienen una excelente capacidad de carga, capaces de satisfacer las demandas de energía en diversas condiciones operativas complejas.
Al determinar la capacidad de los transformadores de distribución, se debe considerar de manera integral la capacidad de varios equipos eléctricos y calcular la carga (generalmente excluyendo la carga de protección contra incendios). La capacidad aparente compensada es la base principal para seleccionar la capacidad y el número de transformadores. Normalmente, el factor de carga del transformador se mantiene en aproximadamente el 85%. Este método es relativamente simple y adecuado para la estimación de capacidad.
De acuerdo con las recomendaciones de GB/T17468-1998 "Pautas de selección para transformadores de potencia", la selección de capacidad de los transformadores de distribución debe combinarse con GB/T15164-94 "Pautas de carga para transformadores de potencia sumergidos en aceite" o GB/T17211-1998 "Pautas de carga para transformadores de potencia de tipo seco" y determinarse en función de la carga calculada. Las dos pautas mencionadas anteriormente proporcionan programas de computadora y diagramas de carga de ciclo normal para determinar con mayor precisión la capacidad de los transformadores de distribución.
El aceite para transformadores se prefiere por su excelente aislamiento y conductividad térmica, y su precio es relativamente asequible.
El aceite para transformadores resuelve eficazmente los problemas de disipación de calor y aislamiento de alto-voltaje en transformadores de gran-capacidad.
Sin embargo, también tiene algunos inconvenientes:
El aceite de transformador es inflamable; El contacto con una llama puede causar potencialmente combustión o incluso explosión, lo que requiere un manejo cuidadoso.
Este aceite presenta riesgos potenciales para la salud y requiere medidas de protección adecuadas durante el funcionamiento.
El aceite de transformador requiere una inspección profesional periódica para garantizar su rendimiento estable y seguro.
Los transformadores-inmersos en aceite se caracterizan por un rendimiento de sellado deficiente y una susceptibilidad al envejecimiento, lo que puede provocar fugas graves de aceite en el lugar de operación. Esto no sólo afecta el funcionamiento normal del equipo sino que también puede tener efectos adversos en el medio ambiente circundante.
Los transformadores-inmersos en aceite tienen clases de aislamiento relativamente bajas y, por lo general, están diseñados y fabricados de acuerdo con los estándares de aislamiento de Clase A. Por lo tanto, se debe prestar especial atención a la evaluación de su vida útil durante la selección y uso.
El grado de polimerización (DP) de los materiales de aislamiento de transformadores es un indicador clave para medir el grado de envejecimiento del aislamiento, y su precisión y confiabilidad son ampliamente reconocidas. Para determinar el nivel de envejecimiento de los transformadores, normalmente utilizamos el grado promedio de polimerización (DP) del cartón aislante como estándar. Nuestros criterios son los siguientes: un DP promedio inferior a 450 indica una calificación de vida útil; un DP promedio inferior a 250 indica un grado peligroso.
1) Estándares de resistencia a la tracción para la vida útil y los grados de peligro
En el grado de vida útil, el papel aislante conserva el 60 % de su resistencia máxima a la tracción inicial en condiciones de cortocircuito externo-. Una vez que se alcanza el grado peligroso, esta resistencia residual cae al 15%.
2) Estándares de probabilidad de falla de DP para fibras de papel aislante japonesas
Cuando el valor de DP es mayor o igual a 450, la probabilidad de falla de la fibra de papel aislante es 0; cuando el valor de DP está entre 450 y 250, la probabilidad de falla es inversamente proporcional al valor de DP, específicamente (450 - DP)/200; y cuando el valor de DP es menor que 250, la probabilidad de falla es 1.
3) Fórmula para estimar la vida restante de un transformador usando DP promedio
Podemos estimar la vida restante de un transformador utilizando su valor DP promedio inicial (n0), el DP promedio después de L años (nL) y el número de años L. La fórmula específica es: Vida restante (nL/n0)=(1 - r)L, donde r es la tasa de disminución del DP promedio.
Durante el funcionamiento de un transformador de potencia sumergido en aceite-, el calor generado por los devanados y el núcleo se transfiere primero al aceite del transformador y luego, a través del aceite, al medio de enfriamiento. Dependiendo de la capacidad del transformador, existen varios métodos de enfriamiento:
1. Enfriamiento por circulación de aceite natural, es decir, autoenfriamiento-inmerso en aceite.
2. Enfriamiento por aire con circulación de aceite natural, es decir, enfriamiento por aire sumergido en aceite-.
3. Refrigeración por agua con circulación forzada de aceite.
4. Refrigeración por aire con circulación forzada de aceite.
Estos son métodos de enfriamiento comunes para transformadores de potencia sumergidos en aceite-. Es fundamental elegir el método de refrigeración adecuado en función del uso real.
1. Ámbito de aplicación: Adecuado para altitudes no superiores a 1000 metros, uso en interiores o exteriores.
2. Condiciones ambientales: Operación estable en condiciones de temperatura ambiente máxima +40 grados y temperatura promedio diaria máxima +30 grados.
3. Rango de temperatura: temperatura promedio anual +20 grados, temperatura mínima -25 grados.
4. Personalización: Se pueden proporcionar soluciones de transformadores para condiciones de funcionamiento especiales según las necesidades del usuario.
A continuación, profundizaremos en el análisis de fallos de estos métodos de refrigeración en aplicaciones prácticas.
Los transformadores pueden encontrar varias fallas durante la operación, incluidas fallas en los devanados, casquillos, cambiadores de tomas y accesorios como el núcleo y el tanque. Las fallas de devanado se manifiestan principalmente como cortocircuitos entre-vueltas, puesta a tierra de devanados, cortocircuitos de fase-a-fase, circuitos abiertos y fallas de soldadura. Las fallas en los bujes generalmente son causadas por la acumulación de incrustaciones, que pueden desencadenar fácilmente una descarga eléctrica durante una niebla intensa o una lluvia ligera, lo que provoca una conexión a tierra monofásica o cortocircuitos entre fases-a{7}}fases en el lado de alto-voltaje del transformador. Además, las fugas graves también son un problema importante, que puede deberse a grietas en la soldadura, fallas en el sello, vibraciones durante la operación, impactos externos al tanque y daños por corrosión. Si se detecta una fuga, el transformador debe apagarse inmediatamente para su reparación y lubricación. Al mismo tiempo, también es necesario vigilar de cerca las averías del cambiador de tomas.