Aislamiento del transformador

 

1.1 Definición de aislamiento

Los materiales de aislamiento del transformador se refieren a los materiales utilizados tanto dentro como fuera del transformador. La función principal de estos materiales es aislar componentes eléctricos para evitar la conducción no controlada de la corriente entre devanados de diferentes niveles de voltaje, entre los devanados y el núcleo, entre los devanados y la carcasa, y entre los devanados y otras partes conductoras. El uso de materiales aislantes asegura que el transformador pueda funcionar de manera segura dentro del rango de tensión eléctrica diseñada, evitando la descomposición eléctrica, los cortos circuitos y otras fallas eléctricas.

 

1.2 Función de aislamiento

• Aislamiento eléctrico

Los materiales aislantes evitan cortocircuitos o desgloses eléctricos al proporcionar una ruta de alta resistencia, que evita que la corriente fluya de un componente eléctrico a otro o tierra.

• rendimiento de alta resistencia a la presión

Los materiales aislantes deben ser capaces de soportar el alto voltaje y la sobrevoltaje instantáneo durante la operación del transformador (como picos de voltaje causados ​​por ataques o operaciones de interruptor) sin descomposición eléctrica.

• rendimiento de resistencia al calor

Los transformadores generan calor durante la operación, por lo que los materiales aislantes deben tener suficiente resistencia al calor para evitar la degradación o la falla a altas temperaturas.

• Protección mecánica

Los materiales aislantes también deben proporcionar soporte y protección mecánicas para evitar que los devanados u otros componentes eléctricos se dañen debido a la vibración, el choque o el estrés externo.

• Estabilidad a largo plazo

Los materiales aislantes deben tener un buen rendimiento antienvejecimiento y poder mantener sus propiedades eléctricas y mecánicas durante la operación a largo plazo.

 

1.3 Tipo de aislamiento

• Materiales de aislamiento de bobinado: cable esmaltado, alambre cubierto de papel, cinta de fibra de vidrio, etc.

• Materiales aislantes principales: papel eléctrico, resina epoxi, aceite aislante

• espaciadores y materiales de apoyo: Tablas de madera presionadas, tablas de fibra de vidrio epoxi

• Aislamiento entre los bobinados: Papel de aislamiento entre capas, película de poliéster

• Material de aislamiento final: Manga aislante, aislamiento final

• Materiales de aislamiento de plomo: Varela aislante, cinta aislante

• Materiales aislantes adicionales: cinta de mica, junta resistente a alta temperatura

• Recinto y aislamiento estructural: Tableros de partición aislantes, tiras de soporte aislantes

• Aino aislante: Se utiliza principalmente en transformadores inmersos en aceite, tiene un doble propósito de enfriamiento y aislamiento

• Aislamiento externo transformador: Bujes de porcelana, utilizados en la toma de corriente de alto voltaje, proporcionando aislamiento eléctrico y soporte mecánico

 

 

2.1 La definición de nivel de aislamiento

El nivel de aislamiento de un transformador se refiere a la capacidad del sistema de aislamiento interno del transformador para soportar tensiones de voltaje específicas (como voltaje de frecuencia de potencia, voltaje del impulso del rayo o voltaje de operación del interruptor) sin descomposición eléctrica. Es un indicador clave para medir la resistencia del transformador a la tensión eléctrica, como fallas eléctricas y eventos de sobretensión (como rayos y operaciones de interruptor) durante la operación. El nivel de aislamiento afecta directamente la vida de la fiabilidad, la seguridad y la vida útil de los transformadores.

 

2.2 El elemento central del nivel de aislamiento

• La capacidad de tolerancia del estrés eléctrico

El objetivo principal del nivel de aislamiento es garantizar que los devanados, el núcleo y otros componentes eléctricos del transformador no experimenten descomposición, descarga parcial u otras formas de fallas eléctricas cuando se someten a estrés eléctrico.

• Las propiedades de los materiales aislantes

El nivel de aislamiento está directamente relacionado con la calidad del material aislante. La resistencia dieléctrica, la resistencia al calor, la resistencia al envejecimiento, la resistencia a la humedad y otras propiedades del material determinan la tensión eléctrica que el transformador puede resistir.

• Diseño de aislamiento

El nivel de aislamiento también depende del diseño del transformador, incluida la selección de materiales, el grosor, el método de diseño, etc. El diseño razonable de aislamiento puede mejorar efectivamente el nivel de aislamiento de los transformadores y garantizar la estabilidad del sistema de aislamiento en condiciones de alta tensión y alta temperatura.

• La fiabilidad general del sistema de aislamiento

El nivel de aislamiento no solo se refiere a la capacidad de tolerancia de un solo material, sino que también incluye la confiabilidad de todo el sistema de aislamiento en diseño, fabricación y operación. Un sistema de aislamiento de alta calidad puede mantener su rendimiento eléctrico durante la operación a largo plazo y evitar la degradación del rendimiento causada por el envejecimiento o los cambios ambientales.

 

3.1 Asegurar la seguridad eléctrica

El nivel de aislamiento es un indicador clave para medir si un transformador puede funcionar de manera segura bajo diferentes condiciones de estrés eléctrico, como el voltaje de frecuencia de potencia, el voltaje del impulso del rayo y el voltaje de impulso de funcionamiento. Los altos niveles de aislamiento significan que los transformadores pueden resistir estas tensiones sin descomposición o cortocircuito, asegurando así la seguridad general del sistema de energía. La confiabilidad del sistema de aislamiento está directamente relacionada con si el transformador experimentará cortes de energía, daños al equipo o accidentes de energía más graves debido a fallas eléctricas.

 

3.2 Mejorar la fiabilidad de los transformadores

Durante la operación, los transformadores encontrarán diversas tensiones eléctricas, como sobretensión y picos de voltaje instantáneo. Los altos niveles de aislamiento permiten que los transformadores mantengan el funcionamiento normal al enfrentar estos desafíos, evitando la falla del aislamiento o la descarga parcial. Esto no solo mejora la confiabilidad del transformador, sino que también reduce los costos de mantenimiento y reemplazo causados ​​por el cierre debido a fallas.

 

3.3 Extender la vida útil

Durante la operación, los transformadores encontrarán diversas tensiones eléctricas, como sobretensión y picos de voltaje instantáneo. Los altos niveles de aislamiento permiten que los transformadores mantengan el funcionamiento normal al enfrentar estos desafíos, evitando la falla del aislamiento o la descarga parcial. Esto no solo mejora la confiabilidad del transformador, sino que también reduce los costos de mantenimiento y reemplazo causados ​​por el cierre debido a fallas.

 

3.4 Respondiendo a los impactos ambientales

Los transformadores a menudo necesitan operar en varias condiciones ambientales complejas, que incluyen alta humedad, alta contaminación, temperaturas extremas y otros entornos. El alto nivel de aislamiento permite que el transformador se adapte a estas condiciones ambientales sin una disminución en el rendimiento o falla del aislamiento. Esto es particularmente importante para los transformadores que operan en entornos hostiles, como equipos de energía en zonas costeras, zonas industriales o regiones a gran altitud.

 

3.5 Resistir eventos inesperados

Eventos repentinos como rayos y operaciones de interruptor pueden ejercer un estrés de voltaje extremadamente alto en los transformadores en un corto período de tiempo. El alto nivel de aislamiento del transformador puede garantizar que aún pueda funcionar normalmente en estas circunstancias y no causará una descomposición de aislamiento debido a picos de voltaje instantáneos. Esto es crucial para mantener la estabilidad de la red eléctrica, especialmente en áreas con clima extremo o operaciones frecuentes de la red eléctrica.

 

3.6 cumplir con los estándares y especificaciones

La industria eléctrica tiene estándares estrictos y requisitos reglamentarios para el nivel de aislamiento de los transformadores, como los estándares IEC (Comisión Electrotecnical Internacional) o IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos). Los altos niveles de aislamiento pueden garantizar que los transformadores cumplan con estos estándares internacionales, garantizando así su adaptabilidad y aceptabilidad en el mercado global. Esto no solo ayuda a garantizar el cumplimiento de los productos, sino que también proporciona una garantía para la aplicación de transformadores en diferentes países y regiones.

 

3.7 Reducir los costos de mantenimiento y operación

Los transformadores con un alto nivel de aislamiento tienen menos fallas durante la operación, lo que significa menos requisitos de mantenimiento y tiempo de inactividad, reduciendo así los costos operativos. Además, el alto nivel de aislamiento también reduce los costos de mantenimiento y reemplazo causados ​​por el envejecimiento o falla del aislamiento.

 

3.8 Soporte de estabilidad de la cuadrícula

Los transformadores son equipos clave en los sistemas de energía, y su estabilidad operativa afecta directamente la estabilidad general de la red eléctrica. Un alto nivel de aislamiento puede garantizar que los transformadores funcionen de manera segura y estable durante mucho tiempo en la red eléctrica, reducir la reacción en cadena causada por la falla del equipo y, por lo tanto, garantizar la continuidad y confiabilidad de la fuente de alimentación.

 

3.9 Resumen

El nivel de aislamiento de un transformador es crucial para garantizar la seguridad, confiabilidad, durabilidad del equipo y su adaptabilidad a varios entornos operativos. Al diseñar y fabricar transformadores con altos niveles de aislamiento, el rendimiento general del sistema de energía se puede mejorar de manera efectiva, la vida útil del equipo puede prolongarse y se puede reducir los costos de operación y mantenimiento. Estas ventajas han permitido que los altos niveles de aislamiento ocupen una posición central en el diseño, fabricación y operación de equipos y mantenimiento de sistemas de energía.

 

4.1 Prueba de voltaje aplicado - Definición

La prueba de voltaje aplicada de un transformador, también conocida como prueba de soporte de frecuencia de potencia, es un voltaje de prueba aplicado a cada devanado del transformador que es más alto que su voltaje de funcionamiento normal. Para verificar la capacidad de resistencia y la confiabilidad de su sistema de aislamiento en condiciones de voltaje extrema. Este tipo de prueba generalmente se lleva a cabo durante el proceso de fabricación y las pruebas de aceptación en el sitio, y es uno de los medios importantes para garantizar la seguridad eléctrica de los transformadores en la operación real.

4.1.1 Prueba de voltaje aplicado - Propósito

• Verificar la fuerza de aislamiento

Al aplicar un voltaje más alto que el voltaje de funcionamiento normal, verifique si el sistema de aislamiento entre los devanados del transformador, entre los devanados y el núcleo, y entre los devanados y la carcasa tiene suficiente resistencia para resistir la descomposición eléctrica

• Detectar defectos de fabricación

Las pruebas de voltaje de resistencia externa pueden exponer posibles defectos de aislamiento en el proceso de fabricación de transformadores, como descarga parcial, deterioro o daño de los materiales de aislamiento. Es más probable que estos defectos se detecten en condiciones de alto voltaje

• Asegurar la seguridad operativa

A través de pruebas de voltaje de resistencia externa, se asegura que el transformador pueda funcionar de manera segura bajo condiciones de voltaje normales y anormales durante su vida laboral, evitando el daño del equipo o las interrupciones de la energía causadas por fallas eléctricas.

4.1.2 Prueba de voltaje aplicado - Descripción general del método

El método de prueba de voltaje aplicado implica aplicar un voltaje de prueba más alto que el voltaje de funcionamiento normal a los devanados del transformador, como el doble del voltaje, y mantenerlo durante un minuto para verificar la resistencia y la confiabilidad de su sistema de aislamiento en condiciones de voltaje extrema.

 

4.2 Prueba de resistencia de impulso de relámpago-Definición

La prueba de impulso de rayos es un método de prueba que simula la capacidad de resistencia del sistema de aislamiento de equipos de energía (como transformadores) en condiciones de golpe de rayo. Esta prueba es importante para evaluar si un transformador puede evitar la descomposición del aislamiento cuando se ataca por un rayo, asegurando la seguridad y la confiabilidad del transformador.

4.2.1 Lightning Impulse resistente a prueba-Bil-Propósito

• Verificar la fuerza de aislamiento

Al aplicar pulsos de alto voltaje que simulan los rayos, se prueba si el sistema de aislamiento del transformador puede permanecer intacto en condiciones extremas para evitar la descomposición eléctrica.

• Descubra posibles defectos

Detectar posibles defectos en el sistema de aislamiento, como burbujas, grietas o problemas de envejecimiento. Es posible que estos defectos no sean visibles durante el funcionamiento normal, pero pueden causar falla de aislamiento bajo rayos.

• Asegurar la seguridad del equipo

Asegúrese de que el transformador pueda funcionar de manera segura en los eventos reales de rayos para evitar daños al equipo o fallas en el sistema de energía causadas por la falla de aislamiento.

4.2.2 Impulso de relámpagos Prueba de prueba-Bil-Descripción general del método

Usando un generador de voltaje de impulso, se aplica un voltaje de pulso que simula rayos a los devanados del transformador. Las pruebas generalmente se realizan varias veces (por ejemplo, 3 a 6 impactos de polaridad positivos), y las pruebas se llevan a cabo en diferentes terminales. La forma de onda de respuesta del transformador se monitorea a través de equipos como osciloscopios para detectar cualquier fenómeno anormal (como la descarga parcial y la descomposición de aislamiento). Registre el valor de voltaje, la forma de onda y la respuesta de cada impacto.

 

4.3 Pantalla de placa de identificación

• Nivel de impulso de rayos

Está representado por el símbolo li y la unidad de voltaje es kv

• Nivel de voltaje aplicado

Está representado por el símbolo AC y la unidad de voltaje es KV

Por ejemplo:

Un transformador de potencia de 80MVA 132/33kV

Voltaje alto: Li/AC 650/275 kV

Punto neutro de alto voltaje: Li/AC 325/140kV

Voltaje bajo: Li/AC 170/70 kV

 

 

4.4 Normas

 

IEC	Ieee	CSA
IEC 60076-3-2013 Transformadores de potencia - Niveles de aislamiento de la Parte 3, pruebas dieléctricas y aclaraciones externas en el aire	IEEE C57.12. 00-2021	CSA C2. 1-06 (R2022)

 

 

5.1 Cambio de voltaje de soporte de impulso, SIL

• Definición

El voltaje máximo de que un transformador puede soportar las condiciones de impacto de sobretensión causadas por las operaciones del interruptor, etc. En comparación con el impulso del rayo, la forma de onda del impulso operativo es más suave, pero la duración es más larga.

• Función

Asegúrese de que el transformador pueda funcionar de manera estable sin fallas de aislamiento en condiciones de sobretensión causadas por operaciones del sistema de energía (como la apertura y el cierre de los interruptores de circuitos).

 

5.2 Nivel de descarga parcial, PD

• Definición

La descarga parcial se refiere al fenómeno de la descomposición dieléctrica parcial que ocurre dentro o en la superficie de un sistema de aislamiento en condiciones de alto voltaje, generalmente no cruza por completo el espacio del electrodo.

• Función

Al medir el nivel de descarga parcial, se pueden detectar defectos potenciales en los sistemas de aislamiento, como burbujas, grietas o envejecimiento material, para evitar que estas pequeñas descargas se desarrollen en fallas de aislamiento graves.

 

5.3 Resistencia a aislamiento IR

• Definición

Mida el valor de resistencia entre el devanado y el suelo o entre diferentes devanados. Cuanto mayor sea la resistencia al aislamiento, mejor será el sistema de aislamiento.

• Función

La prueba de resistencia al aislamiento se utiliza para el mantenimiento e inspección diaria, lo que ayuda a evaluar el estado de salud y el contenido de humedad del sistema de aislamiento y prevenir el deterioro del aislamiento.

 

5.4 Factor de disipación, Tan Delta

• Definición

El factor de pérdida dieléctrica (Tan δ) representa la pérdida eléctrica de materiales aislantes, lo que refleja la pérdida de energía de los materiales bajo la acción de un campo eléctrico.

• Función

Se utiliza para evaluar las propiedades eléctricas y el grado de envejecimiento de los materiales aislantes. Un valor TAN δ más alto puede indicar envejecimiento o defectos en el sistema de aislamiento.

 

5.5 clase térmica

• Definición

La temperatura máxima de que los materiales aislantes pueden soportar durante un largo período de tiempo generalmente se indica con diferentes grados de letras (como A, B, F, H), correspondiente a diferentes temperaturas máximas permitidas.

• Función

Se utiliza para la selección y el diseño de materiales aislantes para garantizar que los materiales no pierdan su rendimiento aislante a la temperatura de funcionamiento esperada.

 

5.6 Prueba de aumento de temperatura

• Definición

Mida el aumento de la temperatura de los devanados, el núcleo y el sistema de aislamiento del transformador cuando funciona a la carga nominal

• Función

Asegúrese de que el transformador no experimente el envejecimiento acelerado o la falla de los materiales aislantes debido al sobrecalentamiento en condiciones de funcionamiento normales.

 

5.7 Distancia de escalofrío y espacio libre

• Definición

La distancia de escalofrío es la distancia más corta entre dos partes conductoras a lo largo de una superficie aislante, y el espacio libre eléctrico es la distancia más corta a través de la cual pasa el aire entre dos partes conductoras.

• Función

Garantizar suficiente distancia de arrastre y aclaramiento eléctrico puede evitar la descarga de la superficie y la descomposición del aire, y garantizar la seguridad del transformador en entornos húmedos o contaminados.

 

5.8 aceite de aislamiento

• Definición

Incluye indicadores como el voltaje de descomposición, el valor ácido y el contenido de humedad, lo que refleja el rendimiento del aislamiento y la estabilidad del aceite aislante.

• Función

La calidad del aceite aislante tiene un impacto directo en el nivel general de aislamiento del transformador. El monitoreo regular de los indicadores de rendimiento del aceite aislante puede evitar fallas eléctricas.

 

Estos parámetros cubren todos los aspectos del sistema de aislamiento del transformador, desde las propiedades del material hasta el diseño general. A través de pruebas y evaluación integrales, asegura que el transformador tenga niveles suficientes de aislamiento en diversas condiciones de trabajo, garantizando así su operación segura y confiable. Cada parámetro refleja un aspecto específico del sistema de aislamiento. Al integrar estos indicadores, el nivel de aislamiento del transformador puede evaluarse de manera integral, asegurando su estabilidad y seguridad en el sistema de energía.