Consideraciones clave de diseño para mejorar la confiabilidad de los transformadores de potencia

Los transformadores de potencia son componentes críticos dentro de la red eléctrica. Una vez que se presentan problemas de calidad, no solo pueden resultar en pérdidas económicas y de propiedad significativas, sino que también pueden poner en peligro vidas y causar impactos sociales negativos imposibles de medir.

En general, la confiabilidad de un transformador de potencia se ve principalmente influenciada por su diseño, tecnología, materiales y estándares de fabricación. Entre estos, el diseño, siendo la base de la calidad del producto, juega un papel crucial en la determinación de la confiabilidad general de los transformadores de potencia.

Las estadísticas indican que los "defectos de diseño" son la causa principal de los incidentes de calidad importantes experimentados históricamente por la industria, representando más del 80% de tales eventos. Por lo tanto, la confiabilidad del diseño del transformador es tanto un requisito previo como una garantía fundamental para lograr la confiabilidad general del producto. Este artículo discute varios aspectos clave del diseño de confiabilidad de los transformadores.

Principio de Diseño de Capacidad de Resistencia a Cortocircuitos

La capacidad de resistencia a cortocircuitos es un indicador clave de la confiabilidad de los transformadores de potencia. Los daños debido a una insuficiente resistencia a cortocircuitos no son infrecuentes en los sistemas de potencia, y también se informa con frecuencia de fallos durante las pruebas de cortocircuito aleatorias.

Como una prueba especial, solo una proporción muy pequeña de los transformadores de potencia, menos del 1% de la producción total, se somete a pruebas reales de cortocircuito. Por lo tanto, la validación del diseño sigue siendo el enfoque más práctico para asegurar una adecuada capacidad de resistencia a cortocircuitos.

El principio fundamental del diseño de cortocircuitos debe centrarse en minimizar el estrés real de cortocircuito tanto como sea posible, en lugar de aumentar ciegamente los límites de estrés permitidos. El último enfoque depende demasiado de las propiedades de los materiales y los procesos de fabricación y representa una estrategia de diseño incontrolable.

Consideraciones de Diseño para el Aumento de Temperatura en Puntos Calientes

El aumento de temperatura en los puntos calientes de las diversas partes de un transformador de potencia está estrechamente relacionado con su vida útil y afecta directamente la confiabilidad operativa a largo plazo. Como una prueba de tipo, la prueba de aumento de temperatura no se realiza en cada unidad. Por lo tanto, el análisis y la verificación del diseño siguen siendo esenciales para garantizar que los aumentos de temperatura en los puntos calientes de todas las partes permanezcan dentro de límites seguros.

El diseño del aumento de temperatura en los puntos calientes del transformador debe centrarse en tres áreas críticas: puntos calientes de los devanados, puntos calientes del núcleo y puntos calientes en las partes estructurales metálicas. El cálculo preciso de la distribución del campo magnético de fuga y la densidad de pérdidas, basado en la estructura y parámetros del producto, proporciona una base vital para la selección racional de materiales de componentes, la implementación efectiva de medidas de control de flujo disperso y el diseño optimizado del circuito de aceite de enfriamiento, asegurando que todos los aumentos de temperatura en los puntos calientes de los componentes permanezcan dentro de valores seguros.