Transformadores de resina epoxi de tipo seco frente a los sumergidos en aceite: ¿por qué una mayor elevación media de temperatura?

El mayor aumento de temperatura promedio en los transformadores de resina epoxi de tipo seco se debe a las diferencias fundamentales en los medios de refrigeración y los métodos de disipación de calor en los que se basan en comparación con los transformadores sumergidos en aceite. En términos simples, el aire es mucho menos eficiente para disipar el calor que el aceite para transformadores.

Específicamente, los siguientes factores clave contribuyen a esta diferencia:

1. Disparidad significativa en la eficiencia del medio de refrigeración

1.1 Diferencia inherente en la conductividad térmica

Esta es la razón más fundamental. La conductividad térmica del aire es aproximadamente una quinta parte de la del aceite mineral, y su capacidad calorífica específica es menos de la mitad de la del aceite. Esto significa que, en condiciones idénticas, el aire tiene una capacidad mucho menor para conducir y absorber calor. En consecuencia, los transformadores de tipo seco solo pueden depender de la convección del aire para su refrigeración, mientras que los transformadores sumergidos en aceite utilizan la circulación de aceite caliente para transferir eficientemente el calor a la pared del tanque mediante convección, donde luego se disipa hacia el exterior.

1.2 Reflejo directo en los límites estándar de aumento de temperatura

Esta diferencia en la eficiencia de refrigeración se refleja directamente en los distintos límites de aumento de temperatura especificados en las normas IEC para los dos tipos de transformadores. Tomando como ejemplo el transformador de tipo seco con aislamiento de clase F más utilizado  , su límite de aumento de temperatura promedio del devanado es de 100K. En contraste, el transformador sumergido en aceite con aislamiento de clase A  tiene un límite de aumento de temperatura promedio del devanado de 65K.

Vziman Transformador de distribución de tipo seco Serie SCB

Es evidente que el límite de aumento de temperatura permitido para los transformadores de tipo seco es en realidad más bajo. Esto refleja precisamente su menor capacidad de disipación de calor cuando se utiliza el aire como medio de refrigeración—para garantizar que la tasa de envejecimiento térmico del material de aislamiento se mantenga controlable durante el funcionamiento a largo plazo, la norma debe imponer controles más estrictos sobre su aumento de temperatura, salvaguardando así la vida útil del transformador.

2. El efecto de "aislamiento térmico" de la estructura de aislamiento

Otra característica de los transformadores de tipo seco moldeados en resina epoxi es que sus devanados de alta y baja tensión están encapsulados integralmente en una masa sólida de resina epoxi. Si bien esta estructura ofrece ventajas como la resistencia a la humedad y la retardancia de llama, introduce un nuevo desafío para la disipación de calor: el calor generado por los devanados debe pasar primero a través de la capa de resina epoxi, que no conduce muy bien el calor, antes de poder llegar a la superficie y ser disipado por el aire. Este proceso envuelve esencialmente los devanados en una "chaqueta de aislamiento térmico", lo que conlleva varias consecuencias:

• Respuesta térmica lenta: Debido a la conductividad térmica relativamente baja y la capacidad calorífica específica relativamente alta de la resina, el aumento de temperatura en los transformadores de tipo seco cambia más lentamente que en los transformadores sumergidos en aceite cuando fluctúan las cargas, y tardan más en alcanzar el equilibrio térmico.

• Distribución de temperatura desigual: Debido a que el calor tiende a acumularse internamente y no se disipa fácilmente, la distribución de temperatura dentro de los transformadores de tipo seco suele ser más desigual que en los transformadores sumergidos en aceite, con temperaturas de puntos calientes relativamente más altas.

Vziman Serie Transformador de potencia sumergido en aceite sellado

3. Diferentes filosofías subyacentes en la formulación de normas

Los enfoques para establecer los límites de aumento de temperatura para los dos tipos de transformadores son esencialmente opuestos. El límite más bajo para los transformadores de tipo seco es inherentemente una estrategia conservadora adoptada para proteger la vida útil de su sistema de aislamiento (resina epoxi). Los transformadores sumergidos en aceite, por otro lado, se benefician del aceite como un medio de refrigeración y aislamiento altamente eficiente, por lo que las normas les permiten operar a temperaturas más altas manteniendo la estabilidad.

4. Consideraciones para la selección de transformadores

Al seleccionar un tipo de transformador, se deben tener en cuenta el entorno de instalación y las condiciones de refrigeración:

• Priorizar los transformadores de tipo seco: Para instalación en interiores, en sótanos, edificios de gran altura u otras áreas con ventilación limitada o alta densidad de ocupación donde los requisitos de seguridad contra incendios son estrictos. Dado que dependen de la refrigeración por aire con una capacidad de disipación limitada (límite de aumento de temperatura promedio del devanado con aislamiento de clase F de 100K), se debe verificar la capacidad de ventilación durante la selección y se debe agregar refrigeración por aire forzado si es necesario.

Transformadores de tipo seco Vziman (Serie SCB) utilizan fundición al vacío con resina epoxi, ofreciendo retardancia de llama, resistencia a la humedad y operación sin mantenimiento. Están equipados con un sistema de control de temperatura inteligente que monitorea la temperatura en tiempo real y arranca/detiene automáticamente los ventiladores y activa alarmas de sobretemperatura. Bajo refrigeración por aire forzado, pueden soportar una carga del 120%–150% de forma continua, lo que los hace ideales para aplicaciones interiores de alta fiabilidad.

• Priorizar transformadores sumergidos en aceite: Para instalación en emplazamientos independientes al aire libre o áreas abiertas y bien ventiladas donde se pueda proporcionar un foso de retención de aceite. Con el aceite como medio de refrigeración, ofrecen una alta eficiencia de disipación de calor (límite de elevación de temperatura promedio del devanado para aislamiento de Clase A de 65K) y una fuerte capacidad de sobrecarga, lo que los hace adecuados para operaciones continuas de alta carga.

Transformadores sumergidos en aceite Vziman (Serie S-M) cuentan con una estructura de tanque corrugado totalmente sellado que mantiene fuera la humedad y el oxígeno, ralentizando el envejecimiento del aislamiento y permitiendo una operación sin mantenimiento. El núcleo utiliza láminas de acero al silicio de bajas pérdidas, logrando bajas pérdidas en vacío, lo que los hace ideales para subestaciones compactas al aire libre y aplicaciones que exigen economía operativa a largo plazo.

Breve guía de selección: Para instalaciones al aire libre, condiciones de alta carga y requisitos estrictos de control de elevación de temperatura, elija sumergidos en aceite (Vziman Serie S-M). Para instalaciones interiores con altas exigencias de seguridad contra incendios y limitaciones de espacio, elija de tipo seco (Vziman Serie SCB), y asegúrese de que se implementen medidas de refrigeración reforzadas.

5. Resumen

En resumen, el mayor límite de elevación de temperatura de los transformadores de tipo seco no significa necesariamente que generen más calor. Más bien, es el resultado combinado de las limitaciones inherentes de refrigeración (usando aire como medio) y las barreras estructurales para la disipación de calor (encapsulado en resina epoxi). Para garantizar una vida útil aceptable del transformador en este entorno "térmicamente aislado", la norma debe imponer límites de elevación de temperatura más estrictos y dejar un margen de diseño.
Editado de:Echo