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1. Introducción
Los transformadores son uno de los componentes más críticos en los sistemas de energía eléctrica. Operan en silencio en subestaciones, fábricas y redes de transmisión, pisando voltajes hacia arriba o hacia abajo para garantizar una distribución de energía segura y eficiente.
A pesar de no tener partes móviles, los transformadores no están libres de mantenimiento; Uno de sus mayores desafíos es la gestión del calor. Sin un enfriamiento adecuado, su confiabilidad, eficiencia y vida útil están severamente comprometidas.
2. Fuentes de calor en transformadores
2.1 Pérdidas de cobre (pérdidas I²R)
Cuando la corriente fluye a través de los devanados, la resistencia eléctrica de los conductores provoca calentamiento de julio:
Proporcional al cuadrado de la corriente de carga.
El principal contribuyente a la calefacción en condiciones de carga pesada.
2.2 Pérdidas de núcleo
Incluso cuando se descarga el transformador, el flujo magnético alterno en el núcleo produce calor.
Pérdidas de histéresis
Debido a la fricción molecular como dominios magnéticos alinean y realinean con cada ciclo de CA.
Pérdidas actuales de Eddy
Las corrientes circulantes inducidas en el núcleo de acero laminado causan calentamiento resistivo.
Minimizado mediante el uso de laminaciones delgadas y aisladas.
2.3 Pérdidas callejeras
El flujo de fugas induce corrientes en piezas metálicas distintas de los devanados y el núcleo, produciendo calentamiento localizado adicional.
3. Por qué el calor excesivo es peligroso
3.1 Envejecimiento de aislamiento
Los devanados del transformador están aislados con materiales como papel de celulosa y barniz.
Ley de envejecimiento térmico (regla de Montsinger): un aumento de 6–10 ° C en la temperatura de funcionamiento se mueve la vida útil del aislamiento.
El aislamiento sobrecalentado se vuelve frágil, lo que lleva a la descomposición dieléctrica.
3.2 Deterioro del aceite
Aceite en transformadores inmersos en aceite:
Actúa como un refrigerante.
Proporciona aislamiento dieléctrico.
Disuelve los gases generados por fallas.
Causas de calor excesivo:
Desglose de las moléculas de petróleo.
Formación de lodo y ácidos.
Resistencia dieléctrica baja.
3.3 Daño estructural
La expansión y la contracción térmica pueden aflojar las estructuras de sujeción, los devanados de deformación y conducir a cortocircuitos.
3.4 caída de eficiencia
La resistencia aumenta con la temperatura:
Donde α ≈ 0.004 / ° C para cobre.
Esto conduce a mayores pérdidas y más calor, un bucle de modificación.
4. Requisitos de enfriamiento en el diseño del transformador
4.1 Límites de temperatura
Estándares (IEC 60076, IEEE C57) Definir aumentos de temperatura permitidos:
Devanado: típicamente 65 ° C se eleva por encima del ambiente.
Aceite: típicamente 55 ° C se eleva por encima del ambiente.
4.2 Factor de rendimiento de enfriamiento
El diseño de enfriamiento debe coincidir con la carga de carga con calificación más la capacidad de sobrecarga, asegurando un funcionamiento estable incluso durante la demanda máxima.
5. Métodos de enfriamiento
| Código | Método | Descripción |
| UN | Aire natural | Pequeños transformadores de tipo seco enfriados por circulación de aire natural. |
| AF | Forzado de aire | Los ventiladores empujan el aire a través de las devanadas. |
| Onan | Aceite de aire natural natural | La convección natural circula el aceite; Los radiadores disipan el calor al aire circundante. |
| ONAF | Aceite de aire natural forzado | El aceite circula naturalmente; Los ventiladores soplan aire sobre radiadores. |
| OFAF | Aire forzado de petróleo forzado | Las bombas circulan aceite; Los fanáticos ayudan a enfriar. |
| OFWF | Aceite de agua forzada forzada | Las bombas circulan aceite a través de un intercambiador de calor refrigerado por agua. |
6. Ejemplo de caso del mundo real
En 2019, un transformador de 220 kV en una subestación de potencia falló debido al enfriamiento inadecuado después de la falla del ventilador. La temperatura de devanar interna excedió los 140 ° C, lo que conduce a:
Desglose completo del aislamiento.
Cortocircuitos internos.
Fuego de petróleo catastrófico.
Siguieron un reemplazo de $ 3 millones y seis meses de interrupción. El análisis posterior mostró que si los ventiladores de enfriamiento redundantes hubieran estado operativos, el sobrecalentamiento podría haberse evitado.
7. Diseño de compensaciones
Los sistemas de enfriamiento agregan costos, complejidad y necesidades de mantenimiento. Los ingenieros deben equilibrar:
Tamaño vs. Método de enfriamiento: más enfriamiento permite un núcleo de transformador más pequeño para la misma calificación.
Ruido: el enfriamiento forzado agrega ruido acústico.
Confiabilidad: los ventiladores/bombas redundantes aumentan la confiabilidad pero también el costo.
8. Conclusión
El enfriamiento no es un lujo opcional en el diseño del transformador: es una protección esencial contra el fracaso.
Sin él:
El aislamiento se degrada rápidamente.
El aceite pierde propiedades aislantes.
La resistencia del devanado aumenta.
El transformador corre el riesgo de falla catastrófica.
El enfriamiento eficiente garantiza una larga vida útil, operación segura y una fuente de alimentación confiable.
© Zhejiang Detong Transformer Co., Ltd.
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