La vida útil del transformador se reduce a la mitad con cada aumento de 8°C Entendiendo los mecanismos de envejecimiento térmico

El tiempo durante el cual un transformador puede operar normalmente bajo voltaje y carga nominal se llama vida útil del transformador. Los materiales utilizados en la fabricación de transformadores se dividen en dos categorías principales: materiales metálicos y materiales aislantes. Los materiales metálicos generalmente pueden soportar temperaturas relativamente altas sin dañarse, pero los materiales aislantes envejecerán y degradarán rápidamente cuando la temperatura supere cierto valor. Por lo tanto, la temperatura es uno de los factores principales que afectan la vida útil de un transformador. En cierto sentido, la vida de un transformador puede decirse que es la vida de sus materiales aislantes.

Reducir la temperatura prolonga la vida útil del transformador

El tiempo durante el cual un transformador puede operar normalmente bajo voltaje y carga nominal se llama vida útil del transformador. Los materiales utilizados en la fabricación de transformadores se dividen en dos categorías principales: materiales metálicos y materiales aislantes. Los materiales metálicos generalmente pueden soportar temperaturas relativamente altas sin dañarse, pero los materiales aislantes envejecerán y degradarán rápidamente cuando la temperatura supere cierto valor. Por lo tanto, la temperatura es uno de los factores principales que afectan la vida útil de un transformador. En cierto sentido, la vida de un transformador puede decirse que es la vida de sus materiales aislantes.

La pérdida gradual de las propiedades mecánicas y aislantes originales de los materiales aislantes debido a la exposición prolongada a campos eléctricos y temperaturas altas se llama envejecimiento. La tasa de envejecimiento depende principalmente de los siguientes factores:

• Temperatura del aislamiento.

• Contenido de humedad del material aislante.

• Para los transformadores de aceite, también debe considerarse la cantidad de oxígeno disuelto en el aceite.

Estos tres factores determinan la vida útil de un transformador. La práctica y la investigación muestran que si el devanado puede mantener continuamente una temperatura de 95°C, se puede garantizar al transformador una vida útil de 20 años. Basándose en la relación entre la temperatura y la vida, se puede derivar la "regla de los 8°C": tomando la vida a esta temperatura como base, por cada aumento de 8°C en la temperatura del devanado, la vida útil del transformador se reduce a la mitad.

La mayoría de los transformadores de potencia en China utilizan aislamiento de aceite y papel, es decir, aislamiento de Clase A. Para los transformadores con aislamiento de Clase A, en condiciones normales de operación, cuando la temperatura ambiente es de 40°C, la temperatura máxima de operación de los devanados es de 105°C.

Según datos relevantes y la práctica:

• Cuando la temperatura de operación del aislamiento del transformador es de 95°C, su vida útil es de 20 años.

• Cuando la temperatura de operación del aislamiento del transformador es de 105°C, su vida útil es de 7 años.

• Cuando la temperatura de operación del aislamiento del transformador es de 120°C, su vida útil es de 2 años.

La temperatura interna del aislamiento de un transformador, bajo un voltaje esencialmente constante, depende principalmente de la magnitud de la corriente de carga: una corriente de carga más alta lleva a una temperatura de aislamiento más alta, mientras que una corriente de carga más baja resulta en una temperatura de aislamiento más baja.

Cuando un transformador está sobrecargado o opera a carga nominal durante el verano, su aislamiento interno opera a temperaturas altas, acelerando la pérdida de vida. Cuando el transformador opera a carga ligera o a carga nominal durante el invierno, su aislamiento interno opera a temperaturas más bajas, ralentizando la pérdida de vida. Por lo tanto, para aprovechar al máximo la capacidad de carga del transformador durante todo el año sin afectar su vida útil normal, se puede ajustar adecuadamente la carga mensual.

Un alto voltaje acelera el envejecimiento del transformador

Por ejemplo, las regulaciones establecen que el voltaje de operación de un transformador no debe superar el 5% de su voltaje nominal. Un voltaje excesivamente alto aumenta la corriente de magnetización en el núcleo del transformador, puede causar saturación del núcleo, generar flujo armónico, aumentar aún más las pérdidas en el núcleo y llevar a un sobrecalentamiento del mismo. Un voltaje excesivamente alto también acelera el envejecimiento del transformador, acortando su vida útil; por lo tanto, el voltaje de operación de un transformador no debe ser demasiado alto.

Cuando el material aislante envejece hasta cierto punto, bajo la influencia de la vibración operativa y las fuerzas electromagnéticas, el aislamiento puede agrietarse, lo que hace más probable la ocurrencia de fallas por descarga eléctrica y reduce la vida útil del transformador.

Ajustar la carga del transformador para lograr una vida útil ideal

La temperatura interna del aislamiento de un transformador, bajo un voltaje esencialmente constante, depende principalmente de la magnitud de la corriente de carga: una corriente de carga más alta lleva a una temperatura de aislamiento más alta, mientras que una corriente de carga más baja resulta en una temperatura de aislamiento más baja.

Cuando un transformador está sobrecargado o opera a carga nominal durante el verano, su aislamiento interno opera a temperaturas altas, acelerando la pérdida de vida. Cuando el transformador opera a carga ligera o a carga nominal durante el invierno, su aislamiento interno opera a temperaturas más bajas, ralentizando la pérdida de vida. Por lo tanto, para aprovechar al máximo la capacidad de carga del transformador durante todo el año sin afectar su vida útil normal, se puede ajustar adecuadamente la carga mensual.

Un mantenimiento adecuado ayuda a maximizar la vida útil del transformador
Es bien sabido que, una vez que un transformador falla, no solo los costos de reparación y los gastos de inactividad son sustanciales, sino que reenrollar un bobinado o reconstruir un gran transformador de potencia puede tomar de 6 a 12 meses. Por lo tanto, un programa de mantenimiento adecuado ayudará al transformador a alcanzar la vida útil máxima.

Tres puntos clave de un buen programa de mantenimiento

Instalación y operación

A. Asegúrese de que la carga permanezca dentro de los límites de diseño del transformador. Para los transformadores de aceite, monitoree cuidadosamente la temperatura del aceite superior.
B. El lugar de instalación del transformador debe ser adecuado para su diseño y estándares de construcción. Si se instala al aire libre, asegúrese de que el transformador sea adecuado para la operación al aire libre.
C. Proteja el transformador contra rayos y daños externos.

Pruebas de aceite

La resistencia dieléctrica del aceite del transformador disminuye drásticamente a medida que aumenta el contenido de humedad. Tan solo un 0,01% de contenido de agua puede reducir su resistencia dieléctrica casi a la mitad. Excepto para los pequeños transformadores de distribución, se deben someter regularmente a pruebas de ruptura las muestras de aceite de todos los transformadores para detectar correctamente la humedad y eliminarla mediante filtración.

Se debe realizar un análisis de gases de falla en el aceite. Usando un dispositivo de monitoreo en línea para ocho gases de falla en el aceite del transformador, mida continuamente la concentración de los gases disueltos en el aceite a medida que se desarrollan las fallas. Al analizar los tipos y concentraciones de estos gases, se puede determinar el tipo de falla. Las pruebas de propiedades físicas del aceite deben realizarse anualmente para verificar su rendimiento aislante, incluyendo pruebas de resistencia a la ruptura dieléctrica, acidez, tensión interfacial, etc.