Desarrollo y Características Técnicas de los Transformadores Secos en Diferentes Regiones

Antes de los años 60, los transformadores de tipo seco empleaban principalmente aislamiento de Clase B en diseños de ventilación abierta, con el modelo de producto designado como SG. En ese momento, las bobinas de lámina no estaban disponibles, por lo que las bobinas de baja tensión se construían típicamente utilizando conductores de múltiples hilos en configuraciones en capas o espirales, mientras que las bobinas de alta tensión adoptaban un diseño de tipo disco. Los conductores utilizados eran cables doblemente envueltos en fibra de vidrio o cables envueltos en fibra de vidrio con recubrimiento de laca alquídica.

La mayoría de los otros componentes de aislamiento estaban hechos de materiales de fibra de vidrio fenólica. El proceso de impregnación implicaba usar barniz de aislamiento de Clase B para impregnar las bobinas de alta y baja tensión a temperatura y presión ambiente, seguido de secado a temperatura media (con temperaturas que no superaban los 130°C). Aunque este tipo de transformador de tipo seco representaba una mejora significativa en la resistencia al fuego en comparación con los transformadores sumergidos en aceite, su rendimiento en términos de resistencia a la humedad y la contaminación era insuficiente.

Como resultado, la producción de este tipo ha sido discontinuada. Sin embargo, el diseño exitoso de sus cálculos eléctricos, magnéticos y térmicos, junto con su disposición estructural, sentó las bases sólidas para el desarrollo posterior de nuevos transformadores de tipo seco de ventilación abierta aislados con Clase H.

En los Estados Unidos, ciertos fabricantes, como FPT Corporation en Virginia, desarrollaron transformadores de tipo seco utilizando el material aramida NOMEX® de DuPont como aislamiento principal. FPT ofrece dos modelos de productos: el tipo FB, con un sistema de aislamiento clasificado a 180°C (Clase H), y el tipo FH, clasificado a 220°C (Clase C), con incrementos de temperatura de las bobinas de 115K (125K en China) y 150K, respectivamente. Las bobinas de baja tensión usan bobinado de lámina o bobinado en capas de múltiples hilos, con aislamiento entre vueltas y capas hecho de NOMEX®.

Las bobinas de alta tensión son de tipo disco, con conductores envueltos en papel NOMEX®. En lugar de bloques espaciadores convencionales entre los discos de las bobinas, se utilizan espaciadores en forma de peine, lo que efectivamente reduce a la mitad la tensión pico entre discos y aumenta significativamente la resistencia a cortocircuitos axiales de las bobinas de alta tensión, aunque esto aumenta la complejidad del bobinado y el tiempo de fabricación. Las bobinas de alta y baja tensión están enrolladas concéntricamente para mejorar la resistencia mecánica. Algunos diseños también incorporan tableros de aislamiento NOMEX® como espaciadores y bloques.

Los cilindros de aislamiento entre los devanados de alta y baja tensión están hechos de cartón de papel NOMEX® de 0,76 mm de grosor. El proceso de impregnación utiliza múltiples ciclos de impregnación bajo vacío y presión (VPI) seguidos de secado a alta temperatura (alcanzando 180-190°C). En FPT, estos transformadores se fabrican con una calificación de voltaje máximo de 34,5 kV y una capacidad máxima de 10,000 kVA. Esta tecnología ha recibido certificación UL en los Estados Unidos.

En China, algunos fabricantes de transformadores han adoptado los materiales de aislamiento NOMEX® de DuPont y las especificaciones de fabricación relevantes (como HV-1 o HV-2) junto con los estándares técnicos de transformadores Reliatran® para producir transformadores de tipo seco aislados con Clase H del tipo SG, similares al tipo FB de FPT. Sin embargo, a diferencia de FPT, los fabricantes nacionales generalmente impregnan solo las bobinas en lugar de todo el conjunto del transformador. Aunque la impregnación completa proporciona un sellado mejor en general, es menos atractiva visualmente y requiere que todas las pruebas del producto se completen antes del tratamiento. Además, el barniz de impregnación es más propenso a la contaminación, lo que hace que la impregnación solo de las bobinas sea una opción más práctica y razonable en el contexto chino.

En Europa, el desarrollo de los transformadores de tipo seco ha tomado un camino más diverso. Además de las tecnologías de colada de resina epoxi al vacío y bobinado, han surgido otros tipos, incluyendo transformadores encapsulados de aislamiento sólido no colado de tipo SCR y transformadores de tipo seco de ventilación abierta del tipo SG similares a los de China. En los años 70, un fabricante sueco desarrolló transformadores de tipo seco de ventilación abierta utilizando aislamiento NOMEX®. Más tarde, otro fabricante reemplazó el NOMEX® con fibra de vidrio y DMD, reduciendo los costos de materiales.

La estructura de las bobinas se asemejaba a los productos aislados de Clase B iniciales, con bobinas de baja tensión enrolladas en lámina o en múltiples hilos y bobinas de alta tensión de tipo disco. El aislamiento entre vueltas estaba hecho de fibra de vidrio, y los espaciadores eran de cerámica. Otros componentes de aislamiento utilizaban laminados de tela de vidrio de éter difenilo modificado (para cilindros) o tableros laminados de tela de vidrio de poliamida-imida modificada (para cilindros), DMD, SMC y materiales similares. El método de procesamiento de las bobinas utilizaba VI (impregnación al vacío) sin aplicación de presión durante la impregnación.

Los aspectos técnicos clave de este proceso incluyen la selección adecuada de barniz de impregnación (resina) y parámetros del proceso, así como la producción de piezas de cerámica. La cerámica ordinaria es frágil, sin esmaltar, susceptible a la humedad y propensa a agrietarse bajo estrés desigual o gradientes térmicos. Por lo tanto, debe poseer una densidad y dureza muy altas, cualidades que actualmente solo se pueden lograr mediante materiales importados.