8 Medidas Clave para Reducir la Descarga Parcial en Transformadores de Potencia

Requisitos crecientes para sistemas de refrigeración de transformadores de potencia y la función de los enfriadores

Con el rápido desarrollo de las redes eléctricas y el aumento en el voltaje de transmisión, las redes eléctricas y los usuarios de electricidad están exigiendo cada vez una mayor confiabilidad de aislamiento para los grandes transformadores de potencia. Dado que las pruebas de descargas parciales son no destructivas para el aislamiento y altamente sensibles, pueden detectar eficazmente defectos inherentes en el aislamiento del transformador o defectos que amenazan la seguridad generados durante el transporte e instalación, por lo que las pruebas de descargas parciales in situ han ganado una aplicación generalizada. Se ha listado como un elemento de prueba de puesta en marcha obligatorio para transformadores con clasificaciones de voltaje de 72.5 kV y superior.

1.Descarga parcial y sus principios

La descarga parcial, también conocida como ionización electrostática, se refiere al flujo de cargas electrostáticas. Bajo cierto voltaje aplicado, las cargas electrostáticas primero experimentan ionización en posiciones con aislamiento más débil en áreas de campo eléctrico más fuerte, sin causar un colapso total del aislamiento. Este fenómeno de flujo de carga electrostática se llama descarga parcial. La descarga parcial que ocurre cerca de conductores rodeados de gas se denomina corona.

La descarga parcial es una descarga eléctrica que ocurre en posiciones localizadas dentro del aislamiento interno de los transformadores. Dado que la descarga es localizada y tiene baja energía, no causa directamente un colapso total del aislamiento interno.

Para las pruebas de descargas parciales de transformadores, China inicialmente implementó requisitos solo para transformadores calificados a 220kV y superiores. Posteriormente, la nueva norma IEC estipuló que se debe realizar la medición de descargas parciales cuando el voltaje operativo máximo Um ≥ 126kV. La norma nacional especifica similarmente que, para transformadores con voltaje operativo máximo Um ≥ 72.5kV y capacidad nominal P ≥ 10,000kVA, se debe realizar la medición de descargas parciales, a menos que se acuerde lo contrario.

El método de prueba de descarga parcial sigue las disposiciones en GB1094.3-2003, con el límite estándar establecido en no más de 500pC. Sin embargo, en contratos reales, los clientes a menudo requieren límites de ≤300pC o ≤100pC. Tales acuerdos técnicos requieren que los fabricantes de transformadores mantengan estándares técnicos de producto más altos.

2.Peligros de la descarga parcial

La gravedad de los peligros de la descarga parcial se relaciona con sus causas, ubicación y los niveles de tensión de inicio y extinción. Mayores tensiones de inicio y extinción significan menor peligro, y viceversa. En términos de características de la descarga, las descargas que afectan el aislamiento sólido representan el mayor peligro para los transformadores, reduciendo la resistencia al aislamiento o incluso causando daños.

3.Causas de la descarga parcial

Los factores que causan descargas parciales incluyen consideraciones de diseño inadecuadas, pero con mayor frecuencia se originan en el proceso de fabricación:

• Bordes afilados y rebabas en componentes que distorsionan el campo eléctrico y reducen la tensión de inicio de la descarga;

• Objetos extraños y polvo que causan concentración del campo eléctrico, llevando a descargas de corona o descargas de ruptura bajo campos eléctricos externos;

• Humedad o burbujas de gas. Debido a la constante dieléctrica más baja del agua y el gas, la descarga ocurre primero bajo la influencia del campo eléctrico;

• Contacto deficiente de componentes estructurales metálicos suspendidos formando concentración de campo o causando descarga de chispa.

4.Medidas para reducir la descarga parcial

4.1 Control de polvo

Entre los factores que causan descargas parciales, los objetos extraños y el polvo son desencadenantes extremadamente importantes. Los resultados de las pruebas muestran que partículas metálicas mayores a 1.5μm pueden producir cantidades de descarga que superan ampliamente los 500pC bajo la influencia del campo eléctrico. Tanto el polvo metálico como el no metálico crean campos eléctricos concentrados, reduciendo la tensión de inicio de la descarga y la tensión de ruptura del aislamiento.

Por lo tanto, mantener un entorno limpio y un cuerpo central durante la fabricación de transformadores es crucial, y se debe implementar un control estricto de polvo. Se deben establecer talleres sellados y libres de polvo según el grado en que los productos puedan verse afectados por el polvo durante la fabricación. Por ejemplo, durante el enderezado de alambre, el envoltorio de papel de alambre, la fabricación de bobinados, la ensamblaje de bobinados, la apilación de núcleos, la fabricación de componentes de aislamiento, la ensamblaje de núcleos y el acabado de núcleos, absolutamente no se deben permitir que permanezcan o entren objetos extraños o polvo.

4.2 Procesamiento centralizado de componentes de aislamiento

Los componentes de aislamiento son particularmente vulnerables a la contaminación por polvo metálico, ya que una vez que el polvo metálico se adhiere a los componentes de aislamiento, es extremadamente difícil de eliminar completamente. Por lo tanto, es necesario un procesamiento centralizado en un taller de aislamiento, con un área de procesamiento mecánico dedicada aislada de otras áreas que produzcan polvo.

4.3 Control estricto de las rebabas de las láminas de acero silicio

Las laminaciones del núcleo del transformador se forman mediante procesos de corte longitudinal y transversal, lo que inevitablemente crea rebabas en diferentes grados. Estas rebabas no solo causan cortocircuitos entre laminaciones, formando corrientes circulantes internas que aumentan las pérdidas en vacío, sino que también efectivamente aumentan el grosor del núcleo mientras reducen el número real de laminaciones. Más importante aún, durante la ensamblaje del núcleo o la operación bajo vibración, las rebabas pueden caer sobre el cuerpo del núcleo, causando descargas. Incluso las rebabas que caen al fondo del tanque pueden alinearse bajo la influencia del campo eléctrico, causando descargas de potencial a tierra. Por lo tanto, las rebabas de las laminaciones del núcleo deben minimizarse tanto como sea posible. Para productos de 110kV, las rebabas de las laminaciones del núcleo no deben superar los 0.03mm; para productos de 220kV, no deben superar los 0.02mm.

4.4 Terminales prensados en frío para cables de alimentación

El uso de terminales prensados en frío para los conductores es una medida efectiva para reducir las cantidades de descarga parcial. La soldadura de bronce fosforoso produce numerosas partículas de salpicadura que se dispersan fácilmente sobre el cuerpo del núcleo y los componentes de aislamiento. Además, el área de unión de la soldadura requiere aislamiento con cuerda de amianto empapada en agua, lo que introduce humedad en el aislamiento. Si la humedad no se elimina completamente después del envoltorio de aislamiento, aumentará la cantidad de descarga parcial del transformador.

4.5 Redondeo de los bordes de los componentes

El redondeo de los bordes de los componentes tiene dos propósitos: 1) Mejorar la distribución del campo eléctrico e incrementar el voltaje de inicio de descarga. Por lo tanto, los componentes estructurales metálicos en el núcleo, como abrazaderas, placas de tracción, zapatas, soportes, placas de presión, bordes de salida, paredes de elevación de los bornes y placas de blindaje magnético en las paredes internas del tanque, deben someterse a un redondeo de bordes. 2) Prevenir la fricción que produce limaduras de hierro. Por ejemplo, las partes de contacto entre los orificios de elevación de las abrazaderas y las cuerdas o ganchos requieren redondeo.

4.6 Entorno del producto y acabado del núcleo durante el montaje final

Después del secado al vacío del núcleo, es necesario realizar el acabado del núcleo antes de la instalación del tanque. Los productos más grandes y con estructuras más complejas requieren tiempos de acabado más largos. Dado que la prensa del núcleo y el apriete de los sujetadores se realizan con el núcleo expuesto al aire, puede producirse absorción de humedad y contaminación por polvo durante este período. Por lo tanto, el acabado del núcleo debe realizarse en un área libre de polvo. Si el tiempo de acabado (o tiempo de exposición al aire) supera las 8 horas, se requiere un tratamiento de resecado. 

Después del acabado del núcleo, se instala la sección superior del tanque, seguido de la aspiración al vacío y el llenado de aceite. Dado que el aislamiento del núcleo absorbe humedad durante la etapa de acabado, es necesario un tratamiento de deshumidificación, logrado mediante la aspiración al vacío del producto. Esta es una medida importante para garantizar la resistencia dieléctrica de los productos de alta tensión. El nivel de vacío se determina según la humedad del núcleo y los estándares de contenido de humedad ambiental, mientras que la duración del vacío se determina según el tiempo de salida del horno, la temperatura ambiental y la humedad.

4.7 Llenado de aceite al vacío

El propósito del llenado de aceite al vacío es eliminar los puntos muertos en la estructura de aislamiento del transformador mediante la aspiración al vacío, expulsar completamente el aire y luego llenar con aceite de transformador bajo condiciones de vacío para asegurar la impregnación completa del núcleo. Después del llenado de aceite, los transformadores deben permanecer en reposo durante al menos 72 horas antes de las pruebas, ya que el grado de impregnación del material de aislamiento depende del grosor del material de aislamiento, la temperatura del aceite y el tiempo de inmersión. Una mejor impregnación reduce la posibilidad de descargas, por lo que un tiempo de reposo suficiente es esencial.

4.8 Sellado del tanque y componentes

La calidad de las estructuras de sellado afecta directamente las fugas del transformador. Si existen puntos de fuga, la humedad ingresará inevitablemente al interior del transformador, causando que el aceite del transformador y otros componentes de aislamiento absorban humedad, lo que es un factor que causa descarga parcial. Por lo tanto, se debe garantizar un rendimiento de sellado razonable.