Desenvolupament i característiques tècniques dels transformadors de sec en diferents regions

Abans dels anys 60, els transformadors secos principalment utilitzaven aïllament de classe B en dissenys de ventilació oberta, amb el model de producte designat com SG. En aquell moment, les bobines de full no estaven disponibles, per tant, les bobines de baixa tensió solien construir-se utilitzant conductors de diversos fils en configuracions estratificades o espirals, mentre que les bobines d'alta tensió adoptaven un disseny de disc. Els conductors utilitzats eren fils envoltats doblement amb fibra de vidre o fils envoltats amb fibra de vidre i recuberts amb vernís alquidà.

La majoria dels altres components d'aïllament estaven fets de materials de fibra de vidre fenòlics. El procés d'impregnació implicava utilitzar vernís d'aïllament de classe B per impregnar les bobines d'alta i baixa tensió a temperatura i pressió ambientals, seguit d'un secatge a temperatura mitjana (amb temperatures que no superaven els 130°C). Encara que aquest tipus de transformador sec representava una millora significativa en la resistència al foc en comparació amb els transformadors immersos en oli, la seva prestació en termes de resistència a l'humitat i la contaminació era insuficient.

Com a resultat, la producció d'aquest tipus s'ha interromput. No obstant això, el disseny exitós dels seus càlculs elèctrics, magnètics i tèrmics, juntament amb la disposició estructural, va posar les bases per al desenvolupament posterior de nous transformadors secs d'aïllament de classe H i ventilació oberta.

Els Estats Units, alguns fabricants, com la FPT Corporation a Virginia, van desenvolupar transformadors secs utilitzant material aramid NOMEX® de DuPont com a aïllament principal. La FPT ofereix dos models de producte: el tipus FB, amb un sistema d'aïllament classificat a 180°C (classe H), i el tipus FH, classificat a 220°C (classe C), amb augment de temperatura de les bobines de 115K (125K a Xina) i 150K, respectivament. Les bobines de baixa tensió utilitzen bobines de full o estratificacions de diversos fils, amb aïllament entre voltes i estrates fet de NOMEX®.

Les bobines d'alta tensió són de tipus disc, amb conductors envoltats en paper NOMEX®. En lloc de blocs espaiadors convencionals entre els discs de bobina, s'utilitzen espaiadors en forma de peine, reduint efectivament la tensió màxima entre discs i millorant significativament la resistència a curtcircuïts axials de les bobines d'alta tensió, encara que això incrementa la complexitat de l'enrotllament i el temps de fabricació. Les bobines d'alta i baixa tensió s'enrotllen concèntricament per millorar la resistència mecànica. Alguns dissenys també incorporan taules d'aïllament NOMEX® com a espaiadors i blocs.

Els cilindres d'aïllament entre els enrotllaments d'alta i baixa tensió estan fets de cartó NOMEX® d'0,76 mm d'espessor. El procés d'impregnació utilitza múltiples cicles d'impregnació a vacum i pressió (VPI) seguits d'un secatge a alta temperatura (que arriba als 180-190°C). A la FPT, aquests transformadors es fabriquen amb una classificació de tensió màxima de 34,5 kV i una capacitat màxima de 10.000 kVA. Aquesta tecnologia ha rebut la certificació UL als Estats Units.

A Xina, alguns fabricants de transformadors han adoptat els materials d'aïllament NOMEX® de DuPont i les especificacions de fabricació rellevants (com HV-1 o HV-2) juntament amb les normes tècniques de transformadors Reliatran® per produir transformadors secs de classe H aïllats SG, similars al tipus FB de la FPT. No obstant això, en contrast amb la FPT, els fabricants nacionals solen impregnar només les bobines en lloc de tot l'ensamblat del transformador. Tot i que l'impregnació total proporciona un sellat millor en general, és menys atractiva visualment i requereix que totes les proves del producte s'hagin de completar abans del tractament. Addicionalment, el vernís d'impregnació és més propens a la contaminació, fent que l'impregnació només de les bobines sigui una opció més pràctica i raonable en el context xinès.

A Europa, el desenvolupament dels transformadors secs ha seguit un camí més divers. A més de les tecnologies de col·locació a vacum d'epòxi i enrotllament, han emergit altres tipus, incloent-hi transformadors encapsulats sòlidament aïllats SCR sense col·locació i transformadors secs de ventilació oberta de tipus SG similars als de Xina. A la dècada dels 70, un fabricant suec desenvolupà transformadors secs de ventilació oberta utilitzant aïllament NOMEX®. Més tard, un altre fabricant substituí el NOMEX® per fibra de vidre i DMD, reduint els costos dels materials.

L'estructura de les bobines semblava a la dels primers productes aïllats de classe B, amb bobines de baixa tensió enrotllades amb diversos fils o full i bobines d'alta tensió de tipus disc. L'aïllament entre voltes estava fet de fibra de vidre, i els espaiadors eren de ceràmica. Altres components d'aïllament utilitzaven laminats de tela de vidre amb resina modificada d'éter difenil (per a cilindres) o tauler de vidre laminat amb poliamida-imide modificat (per a cilindres), DMD, SMC i materials similars. El mètode de processament de les bobines utilitzava VI (impregnació a vacum) sense aplicació de pressió durant l'impregnació.

Els aspectes tècnics clau d'aquest procés inclouen la selecció adequada del vernís d'impregnació (resina) i els paràmetres del procés, així com la producció de peces de ceràmica. Les ceràmiques ordinàries són fràgils, sense esmaltar, sensibles a l'humitat i propenses a trencar-se sota tensions desuniformes o gradients tèrmics. Per tant, han de tenir una densitat i duresa molt altes, qualitats actualment assolibles només amb materials importats.