Diseño de Transformadores para Aplicaciones Mineras en la Minería del Carbón

La minería del carbón es una fuente crucial de suministro de energía en China, y los requisitos para los transformadores utilizados en minas son extremadamente altos. Estos transformadores no solo deben proporcionar la energía esencial para las operaciones mineras, sino también asegurar que su funcionamiento no comprometa la seguridad de la mina. Considerando las demandas actuales de producción de las minas de carbón en China, generalmente se utilizan transformadores secos de resina epoxi como componente central, con modificaciones apropiadas en el diseño estructural externo.

Diseño Interno del Transformador

El alojamiento de los transformadores utilizados en minas debe ser a prueba de explosiones. El diseño estructural de estos transformadores se basa en cálculos electromagnéticos, centrándose en la reducción de pérdidas, el aumento de la resistencia aislante y el control del aumento de temperatura. Debido a las restricciones del entorno subterráneo, los transformadores deben ser compactos y fáciles de transportar e instalar. Esto se puede lograr optimizando el diseño del núcleo y los devanados de alta y baja tensión.

Selección del Núcleo

El núcleo debe estar hecho de láminas de acero silicio laminado en frío con alta permeabilidad magnética. La superficie del núcleo está recubierta con resina epoxi y curada para mejorar la resistencia a la humedad y la corrosión. Todo el ensamblaje del núcleo está apretado con placas y correas de acero de baja magnetización para reducir el ruido. Además de la reducción de ruido, el diseño también debe abordar el aumento de temperatura y el consumo de energía. El núcleo debe diseñarse con baja densidad de flujo magnético para evitar la zona de expansión por histéresis, lo que reduce las pérdidas de energía en vacío.

Diseño de los Devanados de Alta y Baja Tensión

El devanado de alta tensión adopta una estructura cilíndrica, reforzada con fibra de vidrio entre capas, y encapsulada en resina epoxi para formar un conjunto sólido y robusto. El devanado debe ser fundido por secciones para reducir la intensidad del campo eléctrico interno. Se proporcionan conductos de ventilación longitudinal en ambos lados del devanado para mejorar la disipación de calor. El devanado de baja tensión está hecho de cinta de cobre y también se encapsula con resina epoxi.

Diseño del Alojamiento del Transformador

El alojamiento del transformador debe resistir las presiones internas de explosión y prevenir la liberación de gases explosivos que podrían desencadenar explosiones o incendios a nivel de la mina. El material del alojamiento debe tener una resistencia mecánica excepcional y buenas propiedades de disipación de calor.

Consideraciones Clave de Diseño

• El material de resina epoxi debe controlarse estrictamente, generalmente utilizando aislamiento de clase H. Se deben incluir aditivos como promotores y agentes de curado para que el coeficiente de expansión térmica de la resina coincida con el del cable de cobre, mejorando la conductividad térmica, la resistencia mecánica y el rendimiento eléctrico.

• Los devanados deben fundirse en un ambiente de alta temperatura y vacío para asegurar que no quede humedad durante el proceso de fundición.

• Los dispositivos de enfriamiento, generalmente conductos de ventilación, deben integrarse cerca del núcleo y los devanados durante el diseño. En condiciones extremas, pueden emplearse métodos de enfriamiento por aceite o agua para mejorar la disipación de calor interna.

• El alojamiento a prueba de explosiones también debe diseñarse teniendo en cuenta la disipación de calor. Se puede utilizar un diseño ondulado para aumentar el área superficial, permitiendo una disipación más rápida del calor interno.