Elaumento de temperatura de un transformador de tipo seco-es uno de esos detalles técnicos que pueden parecer simples en una hoja de datos pero que en realidad le dicen mucho sobre cómo funcionará el transformador en funcionamiento real.

Cada vez que se energiza un transformador, produce calor. Parte proviene del núcleo magnético, mientras que generalmente se genera más calor en los devanados a medida que aumenta la carga. Ese calor tiene que salir. Si permanece atrapado dentro del transformador, las temperaturas aumentan, el aislamiento envejece más rápido y la confiabilidad puede verse afectada con el tiempo.

En términos básicos:

Aumento de temperatura=Temperatura del transformador − Temperatura ambiente

Entonces, si el aire circundante está a 40 grados y la temperatura promedio del devanado alcanza los 140 grados, el aumento de temperatura del devanado es de 100 K.

Los transformadores de tipo seco-son enfriados poraire más bienque el aceite aislante. Eso hace que el flujo de aire, la ventilación, la construcción de los devanados, los materiales de aislamiento y los conductos de refrigeración sean especialmente importantes. En la práctica, el propio transformador y el local donde está instalado deben considerarse como un solo sistema térmico.

¿Qué causa el aumento de temperatura en un transformador de tipo seco-?

Hay varias fuentes de calor, peropérdida del núcleo y pérdida del devanadoson los grandes.

La pérdida del núcleo ocurre cada vez que se energiza el transformador. Proviene principalmente de histéresis y corrientes parásitas en el núcleo magnético. A diferencia de las pérdidas en el devanado, no desaparece cuando el transformador está ligeramente cargado.

La pérdida del devanado está más estrechamente relacionada con la corriente de carga. El componente resistivo se expresa comúnmente como:

P = I²R

Vale la pena prestar atención a esto porque la corriente está al cuadrado. Si la corriente aumenta, el calentamiento del devanado puede aumentar mucho más rápido de lo que cabría esperar.Al 80% de la corriente nominal, por ejemplo, el componente I²R de la pérdida del devanado es aproximadamente el 64% del valor a la corriente nominal, suponiendo que las demás condiciones sigan siendo similares.

También haypérdidas extraviadas y adicionales. El flujo de fuga puede inducir corrientes en piezas estructurales metálicas, creando un calentamiento localizado. Las corrientes armónicas también pueden complicar la situación. Equipos como sistemas UPS, variadores-de frecuencia variable, inversores solares, cargadores de vehículos eléctricos y otras cargas electrónicas-de energía pueden introducir armónicos y aumentar el calentamiento del transformador.

Entonces, la temperatura final es básicamente un equilibrio:Cuánto calor produce el transformador versus cuánto calor puede eliminar.

La temperatura ambiente también importa. Un transformador que funciona en una sala eléctrica caliente tiene menos margen térmico que el mismo transformador instalado en un espacio más fresco y bien-ventilado.

Aumento de temperatura de transformadores de tipo seco-sin resina-

Los transformadores de tipo sin-resina seca-utilizan sistemas de aislamiento que no dependen de una encapsulación completa de resina epoxi. Dependiendo del diseño, los devanados pueden usar barniz, fibra de vidrio, Nomex, aislamiento de aire u otros materiales aislantes sólidos.

Debido a que no hay una capa gruesa-de resina fundida alrededor de los devanados, el flujo de aire puede desempeñar un papel particularmente importante. El diseño debe proporcionar suficiente espacio para que el calor se aleje de las partes activas sin crear cuellos de botella térmicos innecesarios.

Superficie de disipación de calor de transformadores de tipo seco-sin resina-

ElSuperficie de disipación de calor de transformadores de tipo seco sin-resina-es esencialmente el área disponible para transferir calor al aire circundante.

El calor generado en el núcleo y los devanados tiene que viajar a través del aislamiento y los componentes estructurales antes de llegar al aire. Un buen diseño térmico le da a este calor un camino razonablemente directo hacia afuera del transformador.

Geometría sinuosaimporta aquí. Los canales de aire radiales y axiales pueden ayudar a que el aire más frío ingrese a las secciones inferiores del transformador mientras que el aire más caliente sube y sale por las secciones superiores. En los transformadores enfriados naturalmente, esta circulación ocurre principalmente a través deconvección.

Suena simple, pero la instalación puede entorpecer fácilmente.

Si un transformador se instala demasiado cerca de una pared, las aberturas de ventilación están bloqueadas o la sala eléctrica tiene mala circulación de aire, la temperatura de funcionamiento real puede ser mucho más alta de lo esperado.

Para unidades más grandes, se puede usar refrigeración por aire-forzado para aumentar el flujo de aire y proporcionar capacidad adicional. Pero no basta con poner un ventilador al lado del transformador. El aire debe llegar a las vías de refrigeración previstas dentro del transformador.

Carga de calor de transformadores de tipo seco-sin resina-

Elcarga de calor de transformadores de tipo no-seco-de resinase relaciona principalmente con sus pérdidas totales en las condiciones reales de operación.

La pérdida en el núcleo está presente siempre que se energiza el transformador, mientras que la pérdida en el devanado cambia con la carga. A medida que la corriente se acerca al valor nominal, el calentamiento del devanado aumenta considerablemente debido a la relación I²R.

La propia carga conectada también merece atención. Un transformador que suministra una carga lineal sencilla puede tener un perfil térmico bastante predecible. Un transformador que alimenta equipos UPS, variadores-de velocidad variable, rectificadores u otras cargas no lineales puede ser una historia diferente.

Las corrientes armónicas pueden aumentar las pérdidas adicionales y provocar un calentamiento adicional en los devanados y las piezas metálicas. Esto es particularmente relevante en centros de datos, plantas industriales, proyectos de energía renovable e instalaciones de carga de vehículos eléctricos.

Para estas aplicaciones, la selección del transformador no debe basarse únicamente en los kVA de la placa de identificación. Es posible que sea necesario considerar el contenido armónico, el perfil de carga, las horas de funcionamiento esperadas y el crecimiento futuro de la carga.

Aumento de temperatura de transformadores de tipo seco-sin resina-

Elaumento de temperatura de transformadores de tipo seco-sin resina-Está determinada por el equilibrio entre la generación de calor y la disipación de calor.

Cuando un transformador se energiza por primera vez, su temperatura aumenta gradualmente. A medida que aumenta la diferencia de temperatura entre el transformador y el aire circundante, también aumenta la disipación de calor. Finalmente, el transformador alcanza una condición térmica relativamente estable.

Pero la temperatura no es la misma en todas partes.

El núcleo, los devanados, el aislamiento, las abrazaderas y los componentes estructurales pueden funcionar a diferentes temperaturas. Algunas secciones del devanado pueden calentarse considerablemente más que la temperatura promedio del devanado. Estas áreas generalmente se denominan puntos calientes.

Esa distinción es importante porque el envejecimiento del aislamiento está fuertemente influenciado por las áreas más calientes. Medir el exterior del transformador puede proporcionar información útil durante el mantenimiento, pero no necesariamente indica lo que sucede dentro del devanado.

IEC 60076-11 proporciona requisitos para pruebas de aumento de temperatura-de transformadores de tipo seco. Los valores de referencia comunes incluyen aproximadamente80 K para aislamiento Clase B, 100 K para Clase F y 125 K para Clase H, dependiendo de la norma aplicable y del diseño del transformador.

Aumento de temperatura de transformadores de tipo seco-de resina

Transformadores de tipo seco-de resina, especialmentetransformadores-de resina fundida, utilice resina epoxi como parte importante del sistema de aislamiento del devanado.

La resina proporciona aislamiento eléctrico y soporte mecánico al mismo tiempo que ayuda a proteger los devanados de la humedad, el polvo y otros contaminantes ambientales. Al mismo tiempo, se convierte en parte de la ruta de transferencia de calor-.

Eso significa que las propiedades térmicas de la resina importan. Lo mismo ocurre con la disposición de los devanados, el tamaño del conductor, el espesor de la resina, los conductos de refrigeración y las pérdidas totales del transformador.

Los transformadores-de resina fundida se utilizan comúnmente en edificios comerciales, plantas industriales, instalaciones de energía renovable, infraestructura de transporte y otras aplicaciones donde la protección ambiental y el aislamiento confiable son importantes.

Aumento de temperatura del núcleo de transformador de tipo seco-de resina

ElAumento de temperatura del núcleo de un transformador de tipo seco-de resina.proviene principalmente depérdidas centrales.

Histéresis y pérdidas por corrientes parásitas-ocurren siempre que el núcleo está energizado. Su nivel depende del material magnético, la frecuencia de operación, la densidad de flujo, el espesor de la laminación y el diseño general del núcleo.

Usar acero eléctrico de alta-calidad y mantener la densidad del flujo magnético dentro de un rango adecuado puede ayudar a reducir las pérdidas en el núcleo. Pero reducir las pérdidas es sólo una parte del trabajo. El calor restante aún necesita una buena salida del transformador.

Un flujo parásito excesivo o un diseño magnético deficiente también pueden crear un calentamiento localizado en el núcleo y los componentes metálicos cercanos. Esta es la razón por la que el diseño electromagnético y térmico deben considerarse juntos y no por separado.

Durante la prueba de aumento de temperatura-en fábrica, el transformador funciona hasta que alcanza una condición térmica estable. Los resultados medidos ayudan a confirmar que puede funcionar en sus condiciones nominales sin exceder los límites especificados.

Aumento de temperatura de los devanados de transformadores de tipo seco-de resina

ElAumento de temperatura de los devanados del transformador de tipo seco-de resina.es una de las consideraciones térmicas más importantes en el diseño de transformadores-de resina fundida.

La corriente que fluye a través de los conductores produce calor. Luego, ese calor tiene que viajar a través del aislamiento y la resina antes de poder llegar al aire circundante.

Como resultado, el tamaño del conductor, la densidad de corriente, la disposición del devanado, el espesor del aislamiento, las propiedades térmicas de la resina, las rutas de enfriamiento y las pérdidas de carga afectan la temperatura final del devanado.

Y nuevamente, la temperatura dentro de un devanado no es perfectamente uniforme. Un punto caliente interno puede estar significativamente más caliente que la superficie exterior de la resina.

Esta es la razón por la que un termómetro infrarrojo es útil para comprobar las condiciones externas durante el mantenimiento, pero no puede determinar por sí solo la temperatura interna real-del punto caliente.

Esto se vuelve aún más importante con cargas exigentes. La maquinaria industrial, los centros de datos, los equipos de energía renovable y los sistemas electrónicos-de energía pueden crear niveles de carga que cambian rápidamente o son relativamente altos. Un transformador seleccionado para estas aplicaciones debe evaluarse en función de su perfil operativo real, no solo de su clasificación nominal de kVA.

Aumento de temperatura y clase de aislamiento

La clase térmica del aislamiento es otra parte importante del panorama del aumento de temperatura.

Por ejemplo, si la temperatura ambiente es de 40 grados y el aumento de temperatura especificado es de 100 K, la temperatura promedio del devanado sería de aproximadamente 140 grados.

Eso no significa que cada punto del devanado esté exactamente a 140 grados. Los puntos calientes internos pueden ser más altos.

Una clase de aislamiento más alta proporciona una mayor capacidad térmica, pero no debe interpretarse como una razón para operar deliberadamente el transformador a mayor temperatura. Mantener las temperaturas de funcionamiento bajo control ayuda a reducir el envejecimiento del aislamiento y proporciona un mayor margen térmico.

Aumento de temperatura del transformador de tipo resina versus no -resina seca-

Tanto los transformadores de tipo seco-de resina como los que no lo son- pueden proporcionar un rendimiento térmico confiable cuando se diseñan correctamente.

No existe una regla simple que diga que un tipo siempre tiene un aumento de temperatura más bajo.

Un transformador sin resina bien-diseñado-puede disipar el calor de manera eficaz a través de estructuras de bobinado abiertas y un buen flujo de aire. Mientras tanto, un transformador de resina fundida-puede combinar una fuerte protección mecánica y ambiental con un buen rendimiento térmico cuando su diseño de resina y devanado está diseñado adecuadamente.

La mejor elección depende de la aplicación, el entorno de instalación, el sistema de aislamiento requerido, las condiciones de carga y las especificaciones del proyecto.

Cómo controlar el aumento de temperatura del transformador de tipo seco-

La idea básica es bastante sencilla:generar menos calor y eliminar el calor que se genera de manera más efectiva.

Los materiales del núcleo-de baja pérdida, los conductores del tamaño adecuado, las estructuras de devanado optimizadas y los canales de refrigeración eficaces pueden ayudar a reducir el aumento de temperatura durante la etapa de diseño.

El tamaño correcto del transformador es igualmente importante. Un transformador que funciona continuamente a plena carga o cerca de ella experimentará naturalmente un mayor estrés térmico que uno con cierta capacidad adicional.

El entorno de instalación también importa. Debe haber suficiente espacio alrededor del transformador para la circulación del aire y las aberturas de ventilación deben permanecer despejadas. Si el transformador está instalado dentro de una sala eléctrica, el sistema de ventilación o aire-de la sala debe tener en cuenta el calor liberado por el transformador.

Para los transformadores diseñados para funcionamiento AN/AF, la refrigeración por aire-forzado puede proporcionar capacidad adicional durante períodos de alta demanda. Los ventiladores y los controles deben revisarse periódicamente para que la refrigeración adicional esté realmente disponible cuando sea necesario.

El mantenimiento de rutina puede prevenir muchos problemas térmicos evitables. La acumulación de polvo puede restringir el flujo de aire, mientras que las conexiones eléctricas flojas pueden crear puntos calientes localizados. Cuando hay cargas no lineales, verificar las corrientes armónicas también puede ayudar a identificar fuentes inesperadas de calentamiento del transformador.

Por qué el aumento de temperatura es importante para la vida útil del transformador

La temperatura tiene una relación directa con el envejecimiento del aislamiento. El funcionamiento continuo a temperaturas excesivas puede acelerar el deterioro del aislamiento y eventualmente acortar la vida útil del transformador.

Aun así, el aumento de temperatura no debe considerarse por sí solo. La clase de aislamiento, la temperatura ambiente, la carga, el método de enfriamiento y el diseño del transformador trabajan juntos.

Por lo tanto, al seleccionar un transformador de tipo seco-, es mejor mirar más allá del voltaje básico y las clasificaciones de kVA. Las especificaciones térmicas importantes incluyen aumento de temperatura, clase de aislamiento, método de enfriamiento, pérdida sin carga, pérdida de carga, temperatura ambiente, altitud de instalación, carga armónica y perfil de carga esperado.

Conclusión

Elaumento de temperatura de transformadores de tipo seco-es una parte importante de la evaluación del rendimiento y la confiabilidad del transformador. Las pérdidas del núcleo, del devanado, parásitas y adicionales generan calor, mientras que la construcción y el entorno de instalación del transformador determinan la eficacia con la que se elimina ese calor.

ParaTransformadores de tipo seco-sin resina-En este caso, la superficie de disipación de calor, el flujo de aire y los conductos de refrigeración sinuosos desempeñan un papel especialmente importante. Paratransformadores tipo seco-de resina, las propiedades térmicas de la resina y el diseño de los devanados encapsulados son igualmente importantes.

El valor de aumento de temperatura-nunca debe verse como una cifra aislada. Tiene mucho más sentido cuando se considera junto con la clase de aislamiento, la temperatura ambiente, la carga del transformador, el método de enfriamiento, las pérdidas, la altitud y el contenido de armónicos.

Para plantas industriales, edificios comerciales, proyectos de energía renovable, centros de datos y otras aplicaciones exigentes, elegir un transformador de tipo seco-con el diseño térmico adecuado puede ayudar a mantener las temperaturas de funcionamiento bajo control, retardar el envejecimiento del aislamiento y respaldar un funcionamiento confiable durante la vida útil del transformador.

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