Desenvolvemento e Características Técnicas dos Transformadores Secos en Diferentes Rexións

Antes dos anos 1960, as transformadoras secatas utilizaban principalmente aislamento da clase B en diseños de ventilación aberta, co modelo de produto designado como SG. Naquela época, as bobinas de folha metálica non estaban dispoñibles, polo que as bobinas de baixa tensión construíanse tipicamente usando condutores multiconducto en configuracións estratificadas ou espirais, mentres que as bobinas de alta tensión adoptaban un deseño de tipo disco. Os conductores utilizados eran xeralmente cables envoltos dúas veces con fibra de vidro ou cables envoltos unha vez con fibra de vidro e recubertos con esmalte alquídico.

A maioría das outras compoñentes de aislamento fabricábanse con materiais de fibra de vidro fenólica. O proceso de impregnación implicaba o uso de barniz de aislamento da clase B para impregnar as bobinas de alta e baixa tensión a temperatura e presión ambiente, seguido dun secado a temperatura media (sen superar os 130°C). Aínda que este tipo de transformadora seca supuxo unha mellora significativa en resistencia ao fogo en comparación coas transformadoras sumergidas en óleo, o seu rendemento en termos de resistencia á humidade e á contaminación era insuficiente.

Como resultado, a súa produción descontinuouse. Non obstante, o deseño exitoso dos seus cálculos eléctricos, magnéticos e térmicos, xunto co seu deseño estrutural, sentou as bases para o posterior desenvolvemento de novas transformadoras secatas de ventilación aberta aisladas coa clase H.

Nos Estados Unidos, certos fabricantes, como a FPT Corporation en Virginia, desenvolveron transformadoras secatas utilizando o material aramida NOMEX® da DuPont como aisolamento principal. A FPT ofrece dous modelos de produto: o tipo FB, co sistema de aislamento clasificado a 180°C (clase H), e o tipo FH, clasificado a 220°C (clase C), coas subidas de temperatura nas bobinas de 115K (125K en China) e 150K, respectivamente. As bobinas de baixa tensión usan ou bien folhas metálicas ou windings estratificados de multi-conducto, co aislamento entre voltas e entre capas feito de NOMEX®.

As bobinas de alta tensión son de tipo disco, con conductores envoltos en papel NOMEX®. En lugar de bloques espaciadores convencionais entre discos de bobina, utilízanse espaciadores en forma de peine, reducindo eficazmente a tensión pico entre discos e mellorando significativamente a resistencia ao curto circuito axial das bobinas de alta tensión, aínda que isto aumenta a complexidade do enrolamento e o tempo de fabricación. As bobinas de alta e baixa tensión están enrolladas concéntricamente para mellorar a resistencia mecánica. Algúns deseños tamén incorporan placas de aislamento NOMEX® como espaciadores e bloques.

Os cilindros de aislamento entre os enrolamentos de alta e baixa tensión fanse de cartón NOMEX® de 0,76 mm de espesor. O proceso de impregnación emprega múltiples ciclos de impregnación por vacío e presión (VPI) seguidos de secado a alta temperatura (alcanzando 180-190°C). Na FPT, estas transformadoras fabricanse cunha tensión máxima nominal de 34,5 kV e unha capacidade máxima de 10.000 kVA. Esta tecnoloxía recibiu certificación UL nos Estados Unidos.

En China, algúns fabricantes de transformadoras adoptaron os materiais de aislamento NOMEX® da DuPont e as especificacións de fabricación pertinentes (como HV-1 ou HV-2) xunto cos estándares técnicos de transformadoras Reliatran® para producir transformadoras secatas aisladas coa clase H do tipo SG, similares ao tipo FB da FPT. No entanto, a diferenza da FPT, os fabricantes nacionais xeralmente só impregnán as bobinas e non todo o ensamble da transformadora. Aínda que a impregnación total proporciona un sellado mellor, é menos atractiva visualmente e require que todas as probas de produto se completen antes do tratamento. Ademais, o barniz de impregnación é máis propenso á contaminación, facendo que a impregnación só das bobinas sexa unha opción máis práctica e razonable no contexto chinés.

En Europa, o desenvolvemento de transformadoras secatas seguiu un camiño máis diverso. Alemáis da tecnoloxía de fundición de resina epoxi por vacío e do enrollamento, apareceron outros tipos, incluíndo transformadoras encapsuladas sólidas non fundidas do tipo SCR e transformadoras secatas de ventilación aberta do tipo SG similares ás de China. Nos anos 1970, un fabricante sueco desenvolveu transformadoras secatas de ventilación aberta utilizando aislamento NOMEX®. Posteriormente, outro fabricante substituíu o NOMEX® por fibra de vidro e DMD, reducindo os custos de material.

A estrutura das bobinas asemeábese aos produtos iniciais aislados coa clase B, con bobinas de baixa tensión enrolladas en multicapa ou en folha metálica e bobinas de alta tensión de tipo disco. O aislamento entre voltas feíase de fibra de vidro, e os espaciadores eran de cerámica. Outras compoñentes de aislamento utilizaban laminados de tela de vidro con resina éter difenilo modificada (para cilindros) ou tableros de tela de vidro laminada con poliamida-imida modificada (para cilindros), DMD, SMC e materiais similares. O método de procesado das bobinas empregaba VI (impregnación por vacío) sen aplicación de presión durante a impregnación.

Os aspectos técnicos clave deste proceso inclúen a selección adecuada do barniz de impregnación (resina) e os parámetros de proceso, así como a fabricación de pezas de cerámica. A cerámica común é frágil, non vidrada, susceptible á humidade e propensa a racharse baixo estrés desigual ou gradientes térmicos. Polo tanto, deben posuír unha densidade e dureza moi altas, calidades actualmente alcanzables só con materiais importados.