Guía de Aisladores para Transformadores: Funciones Estructura Tipos y Mantenimiento

1. Funciones de los empalmes del transformador

La función principal de los empalmes del transformador es llevar los conductores de las bobinas al exterior. Actúan tanto como componentes aislantes entre los conductores y el tanque de aceite, como dispositivos de fijación para los conductores.

Durante la operación del transformador, los empalmes llevan continuamente corrientes de carga y, en caso de cortocircuito externo, resisten corrientes de cortocircuito. Por lo tanto, los empalmes del transformador deben cumplir con los siguientes requisitos:

• Poseer la resistencia eléctrica especificada y suficiente resistencia mecánica;

• Tener buena estabilidad térmica para soportar sobrecalentamientos instantáneos durante cortocircuitos;

• Tener una estructura compacta y ligera, un excelente rendimiento de sellado, gran versatilidad y facilidad de mantenimiento.

2. Estructura externa de los empalmes

Los componentes externos de un empaque incluyen: placas terminales, conectores de conductores, protectores contra lluvia, indicadores de nivel de aceite, tapones de aceite, reservorios de aceite, mangas de porcelana superior, escudos inferiores, anillas de elevación, válvulas de aceite, placas de identificación, tapones de ventilación, empalmes de conexión, mangas de porcelana inferior y bolas de equilibrio.

3. Estructura interna de los empalmes

• Estructura de aislamiento principal: Compuesta por un capacitor cilíndrico multicapa, que está hecho de papel de cable impregnado en aceite y electrodos de equilibrio de aluminio; el aislamiento externo está proporcionado por mangas de porcelana, que también actúan como contenedores para el aceite del transformador.

• Rendimiento de sellado: Adopta una estructura totalmente sellada, con el aceite interno del transformador formando un sistema independiente que no se ve afectado por las condiciones atmosféricas externas.

• Método de conexión: La conexión general utiliza un apriete mecánico fuerte de resortes, asegurando tanto el rendimiento de sellado como la compensación de la expansión/contracción de longitud causada por los cambios de temperatura.

El reservorio de aceite en la parte superior del empaque se utiliza para ajustar la fluctuación del volumen de aceite causada por los cambios de temperatura, evitando variaciones significativas de presión interna; el indicador de nivel de aceite en el reservorio puede monitorear el nivel de aceite en tiempo real durante la operación. La bola de equilibrio en la parte trasera mejora la distribución del campo eléctrico, acortando la distancia de aislamiento entre la parte trasera del empaque y los componentes o bobinas a tierra.

El pequeño empaque en la pantalla final de los empalmes de condensador de aceite y papel se puede utilizar para pruebas de capacitancia, factor de pérdida dieléctrica y descargas parciales de transformadores. Durante la operación normal, este pequeño empaque debe estar confiablemente a tierra. Al desmontar el pequeño empaque de la pantalla final, se debe tener cuidado de evitar la rotación o extracción del eje del pequeño empaque, para prevenir la desconexión de los conductores o daños en la lámina de cobre del electrodo.

4. Disposición de los empalmes de transformador trifásico

Cuando se observa desde el lado de los empalmes de alta tensión del transformador, la disposición de izquierda a derecha se etiqueta de la siguiente manera:

• Lado de alta tensión: O, A, B, C

• Lado de media tensión: Om, Am, Bm, Cm

• Lado de baja tensión: O, a, b, c

5. Clasificación de los empalmes según el material y la estructura de aislamiento

Los empalmes se pueden clasificar en tres categorías:

• Empalmes de aislamiento simple: Incluyendo empalmes de porcelana pura y empalmes de resina;

• Empalmes de aislamiento compuesto: Divididos a su vez en empalmes llenos de aceite, llenos de gel y llenos de gas;

• Empalmes de condensador: Incluyendo empalmes de condensador de aceite y papel, y empalmes de condensador de resina y papel.

6. Empalmes de condensador de aceite y papel

Según la estructura de conducción de corriente, los empalmes de condensador de aceite y papel se pueden dividir en tipo de cable pasante y tipo de conducción por tubo. Entre ellos, el tipo de conducción por tubo se clasifica a su vez en tipo de conexión directa y tipo de paso de varilla, según el método de conexión entre el terminal del lado del aceite y el empaque. Los empalmes de conducción por cable pasante y los de conducción por tubo de conexión directa se utilizan ampliamente en sistemas de energía, mientras que los empalmes de condensador de aceite y papel de tipo de paso de varilla son menos comunes.

El proceso de fabricación del núcleo del condensador para empalmes de condensador es el siguiente: Comenzando con un tubo conductor de cobre hueco como base, se envuelve primero una capa de papel de cable con un espesor de 0,08-0,12 mm como capa aislante, seguida de una capa de aluminio con un espesor de 0,01 mm o 0,007 mm como escudo del condensador; esta alternancia de envolturas de papel de cable y aluminio se repite hasta alcanzar el número de capas y el espesor requeridos.

Esto forma un circuito de condensador en serie multicapa, donde el tubo conductor está en el potencial más alto, y la lámina de aluminio más externa está a tierra (escudo a tierra). Según el principio de división de voltaje del condensador en serie, el voltaje entre el tubo conductor y la tierra es igual a la suma de los voltajes entre cada capa de escudo del condensador, y el voltaje entre las capas de escudo es inversamente proporcional a su capacitancia. Esto asegura que el voltaje total se distribuya uniformemente en toda la capa de aislamiento del núcleo del condensador, logrando un diseño compacto y ligero para el empaque.