Características y aplicación de los transformadores de tipo seco

Actualmente, los transformadores de potencia secos de China son en su mayoría de la serie SC de forma sólida trifásica, como: el transformador de bobinado trifásico de la serie SCB9, el transformador de lámina trifásico de la serie SCB10 y el transformador de lámina trifásico de la serie SCB9. Su nivel de voltaje generalmente está en el rango de 6 a 35 kV, con una capacidad máxima de hasta 25 MVA. Los transformadores secos se dividen principalmente en dos categorías: transformadores secos impregnados y transformadores secos de resina.

1. Transformador de tipo seco impregnado

El cable del transformador seco impregnado en China está recubierto con alambre de vidrio, y la almohadilla se prensa en caliente con el material aislante correspondiente. Se utiliza principalmente en centrales hidroeléctricas y edificios de gran altura con buena resistencia al fuego.

Debido a la diferencia de pintura impregnante, el aislamiento del transformador se divide en B, F, H, C, aislamiento principal y vertical (aislamiento principal entre bobinado y bobinado y entre bobinado y aislamiento del núcleo.

El aislamiento vertical se refiere al aislamiento entre diferentes puntos y diferentes partes del devanado del transformador con diferentes potenciales, incluyendo principalmente el rendimiento del aislamiento entre espiras, capas y secciones del devanado. Se utiliza aire como medio aislante.

Este tipo de transformador se ve más afectado por el entorno que el transformador seco de resina, su apariencia y peso también son mayores, y su potencia de salida tiende a disminuir tanto a nivel nacional como internacional.

Hay sellos de extremo en ambos extremos del bobinado, no teme a la marea, fuerte resistencia al fuego, prevención de incendios en fuego abierto a 750 ℃, es un tipo relativamente nuevo de transformador seco. 1.2 El transformador seco de resina representa los productos líderes de transformadores de fundición de resina nacionales de hoy en día que se pueden dividir en las siguientes tres categorías.

El primer tipo, denominado transformador de fundición de bobinado de alambre, su alta tensión es de fundición de cilindro de ruptura de bobinado de alambre, la baja tensión es de fundición de cilindro de bobinado de alambre (o cilindro segmentado); Li Qian, Shaanxi provincial Electric Power (group) Co., LTD. Nota para fundición sin relleno.

El segundo tipo, denominado transformador de fundición con bobinado de lámina, tiene un bobinado de alta tensión de tipo segmentado con bobinado de lámina, mientras que el de baja tensión es de tipo bobinado de lámina de cobre (o de aluminio); la fundición se realiza con material de relleno.

El tercer tipo, de alta presión para el tipo de vertido de cilindro de ruptura de alambre enrollado, y de baja presión para el tipo de bobinado de lámina de cobre (o lámina de aluminio); la fundición se realiza sin relleno.

Los tres tipos de productos mencionados anteriormente presentan características propias en su fabricación y rendimiento, y actualmente ocupan una cuota de mercado considerable. En este artículo, nos centramos en el análisis de los transformadores de bobinado por vertido.

2. Transformador de fundición bobinado

2.1. Características estructurales

En la segunda central eléctrica de Baoji, provincia de Shaanxi, los transformadores secos utilizados en la fábrica son todos transformadores de vertido con envoltura de alambre, con una tensión nominal de 6 kV, una capacidad de 100 kVA a 1600 kVA y para instalación en interiores.

Los devanados de alta y baja tensión del producto están fabricados con hilo de cobre, completamente enrollados, reforzados con fibra de vidrio, con aislamiento fino, resina sin relleno, impregnados mediante vertido al vacío y curados según la curva de curado de temperatura específica.

El devanado de alta tensión adopta una estructura especial de cilindro segmentado, y el devanado de baja tensión adopta un tipo de cilindro multicapa, un tipo de cilindro segmentado o un tipo de cilindro segmentado especial, según el nivel de tensión.

2.2 Características técnicas

2.2.1 El bobinado de alta tensión del transformador con resistencia al impacto adopta una estructura cilíndrica seccional especial. Esta estructura se basa en el bobinado de bobina de sección común y el tipo de cilindro subseccional ordinario, que hereda las ventajas de la resistencia al impacto del bobinado de bobina y resuelve la contradicción entre la capa de bobinado de alta tensión. Es una estructura de bobinado ideal, a menudo denominada estructura de bobinado no resonante.

En comparación con el cilindro segmentado ordinario, el cilindro segmentado especial puede reducir aún más el voltaje entre las capas, mejorar la distribución del voltaje y aumentar considerablemente la resistencia al impacto para soportar sobretensiones atmosféricas y sobretensiones de funcionamiento.

La resistencia al impacto no solo está relacionada con la estructura del bobinado, sino que también depende de la calidad de la fundición del bobinado y de las propiedades eléctricas del material aislante.

Una vez finalizado el bobinado del producto, se vierte resina pura al vacío, sin añadir ningún tipo de relleno, para que no se reduzca la fluidez de la resina.

Y debido a que el bobinado se realiza con alambre, la resina puede saturar completamente el bobinado, ya sea desde la dirección axial o radial del mismo, y no hay burbujas en su interior.

Resumen: Este artículo presenta la clasificación y las características de los transformadores secos, y se centra en las características estructurales de los transformadores de fundición bobinados, las características técnicas, el sistema de refrigeración, el sistema de control de temperatura, etc., resumiendo las perspectivas de desarrollo de los transformadores secos. Palabras clave: transformador seco; clasificación de transformadores de fundición bobinados.

El aislamiento sólido, compuesto de resina y fibra de vidrio, no solo ofrece una buena resistencia al impacto, sino que además la descarga localizada es muy pequeña.

2.2.2. Buena resistencia mecánica y fuerte resistencia a cortocircuitos. Para el tipo de bobinado de alambre cilíndrico segmentado, después del vertido al vacío, la resina se puede impregnar entre capas, vueltas y secciones del bobinado al mismo tiempo.

Tras el curado, la resina, el alambre y la fibra de vidrio se combinan firmemente para formar una estructura de cuerpo rígido y resistente. Las elevadas propiedades mecánicas de resistencia de la estructura determinan que los productos de fundición bobinados con alambre tengan una buena resistencia a los cortocircuitos.

El coeficiente de expansión térmica del material aislante compuesto formado por resina de curado y fibra de vidrio es de (18 ~ 20)×10⁻⁶/K, y el coeficiente de expansión del cobre utilizado en el bobinado es de 17×10⁻⁶/K, valores prácticamente idénticos. Esto elimina la tensión mecánica entre el conductor del bobinado y el material aislante causada por la expansión térmica y la contracción térmica durante el funcionamiento del transformador, eliminando así el fenómeno de agrietamiento desde la raíz.

Dado que el producto se moldea con resina a alta y baja presión y el núcleo de hierro está recubierto de resina, posee una gran resistencia a la humedad y a la corrosión. Incluso con una humedad relativa del aire del 100%, puede seguir funcionando durante mucho tiempo.

Debido a que el aislamiento compuesto de resina pura y fibra de vidrio tiene una rigidez dieléctrica extremadamente alta, el espesor del aislamiento superficial del producto es de solo 1,5 a 2 mm, lo que mejora enormemente la eficiencia de disipación de calor de la superficie del bobinado.

2.3. Sistema de refrigeración y protección

Los transformadores secos se enfrían mediante refrigeración por aire natural y refrigeración por circulación forzada de aire. La refrigeración por aire natural se utiliza para garantizar el funcionamiento normal del transformador bajo carga nominal. Todos los transformadores secos utilizados en la central eléctrica Baoji n.º 2 se enfrían mediante aire forzado con un ventilador radial.

Tras el enfriamiento mediante circulación forzada de aire, la capacidad de los transformadores de tipo seco de 800 kVA o menos puede incrementarse en un 40 %, y la de los transformadores de tipo seco de 800 kVA o más puede incrementarse en un 50 %, pudiendo funcionar de forma continua.

Los transformadores de tipo seco generalmente tienen protección IP00, es decir, no tienen carcasa y son para uso en interiores. La segunda central eléctrica de Baoji utiliza este modo de protección. También se puede añadir una carcasa protectora según los requisitos del usuario.

La carcasa con protección IP20 impide la entrada de cuerpos extraños sólidos de más de 12 mm y proporciona una barrera para las partes con tensión. Cuando se adopta la protección IP23, además de la función de protección IP20, también tiene la función de evitar salpicaduras de agua.

2.4. Sistema de control de temperatura

El funcionamiento seguro y fiable, así como la vida útil de un transformador de potencia, dependen en gran medida del aislamiento seguro y fiable de su bobinado. Una de las principales razones por las que el aislamiento se destruye y el transformador no puede funcionar con normalidad es que la temperatura del bobinado supere la temperatura de aislamiento.

El transformador de fundición bobinado de la serie SC adopta el sistema de protección de control automático de temperatura XMTB. Un elemento de medición de temperatura de resistencia térmica de platino está incrustado en la primera espira del bobinado de baja tensión para detectar automáticamente el aumento de temperatura del bobinado, mostrar la temperatura del bobinado trifásico de baja tensión y proporcionar protección térmica para el mismo.

Con la variación de la temperatura ambiente y la carga, cuando el bobinado alcanza la temperatura límite, el controlador de temperatura envía automáticamente una señal para controlar el arranque del ventilador (110 ℃), la parada del ventilador (90 ℃), la alarma (120 ℃) ​​y el disparo (145 ℃), de modo que el producto cuente con una protección fiable contra sobrecargas durante su funcionamiento.

Los transformadores de fundición bobinados de la serie SC3 adoptan la tecnología patentada de M&C para la detección y el control de la temperatura de los devanados del transformador, y producen un controlador de temperatura que puede detectar directamente la temperatura de los devanados y realizar el control de refrigeración por aire forzado (AF), la alarma de sobretemperatura y la desconexión por sobretemperatura del transformador.

Tras la depuración habitual del controlador de temperatura, primero se conecta el transformador a la red eléctrica y, a continuación, se activa el controlador de temperatura. El controlador de temperatura se encuentra en modo de control automático y se lleva a cabo la detección y protección de la temperatura del transformador. Cuando la temperatura del devanado supera los 110 °C, el controlador de temperatura activa el ventilador para la refrigeración forzada; si la temperatura del devanado desciende por debajo de los 90 °C con refrigeración forzada, el ventilador se detiene.

Si la temperatura del bobinado aumenta aún más, el controlador de temperatura emitirá una alarma de sobretemperatura (155 ℃) y una señal de disparo por sobretemperatura (170 ℃). Si el controlador de temperatura falla y no se puede retirar temporalmente, retírelo; el transformador puede seguir funcionando, solo es necesario supervisar y garantizar que el transformador se encuentre en estado de funcionamiento normal.

3. Comparación entre transformador seco y transformador sumergido en aceite.

Las importantes ventajas y el bajo coste de los transformadores sumergidos en aceite dificultan su sustitución por otros transformadores. En los requisitos de protección contra incendios y para exteriores en lugares generales, tanto en la actualidad como en el futuro durante un período prolongado, seguirán predominando los transformadores sumergidos en aceite.

Pero para lugares con altos requisitos de protección contra incendios, se utilizan transformadores de tipo seco o de líquido no inflamable. El transformador seco tiene una mayor capacidad de sobrecarga que el transformador sumergido en aceite, principalmente porque la densidad de corriente del transformador seco es menor, la capacidad calorífica es mayor y la constante de tiempo del bobinado es mayor.

En comparación con los transformadores sumergidos en aceite, las condiciones de funcionamiento del aislamiento de los transformadores secos son mejores. Los transformadores sumergidos en aceite se utilizan en más lugares y se instalan más en exteriores.

El rango de alimentación de los transformadores secos es pequeño y se utilizan más en interiores. En comparación con los transformadores sumergidos en aceite, presentan una menor amplitud de voltaje de rayo, una menor amplitud de onda y una menor probabilidad de impacto de rayo.

Los transformadores secos suelen estar protegidos por pararrayos de óxido metálico, que no solo limitan la sobretensión atmosférica, sino también la sobretensión interna.