Al usar electricidad, es necesario cambiar el voltaje de un nivel a otro. Los transformadores de tipo seco (también conocidos como enfriados por aire) realizan esta función de manera tan segura y eficiente que se usan ampliamente para instalaciones en interiores en edificios públicos y residenciales donde otros tipos de estos dispositivos se consideran demasiado riesgosos.
Tipos de transformadores: líquidos y secos
Básicamente, hay dos tipos diferentes de dispositivos de este tipo: aislado y refrigerado por líquido (tipo líquido) y aire o una mezcla de aire y gas refrigerada (tipo seco).
Para los transformadores del primer tipo, el medio refrigerante puede ser aceite mineral ordinario. También se utilizan otras sustancias, como hidrocarburos retardantes de llama y fluidos de silicona. Dichos transformadores tienen un núcleo y devanados sumergidos en un tanque de medio líquido, que sirve como aislante y refrigerante.
El secado rápido más comúnLos transformadores tienen bobinados llenos de resina epoxi, que sirve como aislante. Protege los conductores del polvo y la corrosión atmosférica. Sin embargo, dado que los moldes de fundición de bobinas se utilizan solo con dimensiones fijas, hay menos espacio para cambios en el diseño de tales dispositivos. En el rango comúnmente utilizado en el suministro de energía de pequeñas empresas industriales, así como edificios públicos y residenciales, los transformadores de tipo seco duplican completamente el rango de capacidades de sus contrapartes líquidas.
Parámetros principales
El momento más crucial en el funcionamiento de los dispositivos en cuestión es garantizar el régimen de temperatura de los devanados. Para ayudar en la selección o compra de un aparato de tipo seco para el suministro de energía de varios objetos, consideraremos varios parámetros operativos básicos:
- Potencia, kVA.
- Tensión nominal primaria y secundaria.
- La disipación de calor de un sistema de aislamiento es la suma de la temperatura ambiente máxima + el aumento de temperatura promedio en los devanados + la diferencia entre el aumento de temperatura promedio en los devanados y la temperatura más alta en ellos.
- Núcleo y bobinas: los posibles daños en el núcleo o la acumulación de delaminaciones (conductores de cobre o aluminio) son motivo de especial preocupación.
Hay varios tipos estructurales de transformadores, determinados principalmente por los métodos utilizados para aislar sus devanados. Entre ellos se conocen: impregnación al vacío, encapsulación y bobina colada. Consideremos cada uno de ellos por separado.
Aislamiento de impregnación al vacío (VPI)
Esta tecnología crea un acabado de laca en los conductores alternando ciclos de presión y vacío. El proceso VPI utiliza resinas de poliéster. Proporciona a los conductores un mejor acabado de laca que la inmersión convencional. Las bobinas recubiertas con él se colocan luego en un horno donde se lleva a cabo la cocción. Son mucho más resistentes a las descargas corona. ¿Cómo se ve un transformador así? Su foto se publica a continuación.
Encapsulación al vacío (VPE)
Este método suele superar al proceso VPI. Se agregan varias inmersiones durante el proceso de fabricación para encapsular la bobina, luego de lo cual su recubrimiento se cuece en un horno. Estos transformadores ofrecen mejor protección contra ambientes agresivos y húmedos que sus contrapartes VPI. ¿Cómo se ve un transformador así? Su foto se presenta a continuación.
Encapsulación (sellado)
Los transformadores encapsulados son dispositivos convencionales con devanados revestidos con compuestos de silicona o resina epoxi y completamente encerrados en una carcasa pesada. El proceso de fabricación llena los devanados con una resina epoxi densa y de alta rigidez dieléctrica que protege al transformador de todos los entornos.
Bobinas fundidas (en epoxi densificado moldeado)
Estos dispositivos contienen bobinas que se encapsulan en epoxi durante el proceso de moldeado. Se llenan completamente de resina bajo la acción devacío.
Cada método de aislamiento de bobinado es especialmente adecuado para entornos específicos. Es muy importante entender dónde es mejor usar los tipos de dispositivos apropiados. Por ejemplo, los transformadores de resina colada en seco cuestan alrededor de un 50 % más que los productos VPE o VPI. Por lo tanto, la elección de un tipo específico de dispositivo puede afectar significativamente el costo total del proyecto.
Recomendaciones para la selección
Cuando se requiere una mayor resistencia a las descargas de corona (es decir, descargas eléctricas causadas por una intensidad de campo que excede la rigidez dieléctrica del aislamiento), cuando no se requiere una mayor resistencia mecánica de los devanados, se debe utilizar un transformador tipo VPI.
Úselos con bobinas fundidas cuando se requiera mayor resistencia y protección, como en entornos hostiles como plantas de procesos químicos, fábricas de materiales de construcción e instalaciones al aire libre. Los entornos agresivos incluyen sustancias que pueden afectar negativamente a los devanados de otros transformadores de tipo seco, como sales, polvo, gases corrosivos, humedad y partículas metálicas.
Además, los devanados de resina fundida tienen una capacidad mejorada para soportar sobrecargas breves y repetidas comunes en muchos procesos de fabricación.
Un ingeniero a menudo tiene que elegir entre resina fundida o tipo VPI/VPE para aplicaciones críticas y entornos hostiles. El primer tipo generalmente se considera el mejor. algunos fabricantessin embargo, se señala que el aislamiento de resina colada limita la vida útil del transformador. El coeficiente de expansión térmica de la resina epoxi es menor que el de los conductores de cobre. La expansión y contracción cíclica a medida que las bobinas se calientan y se enfrían pueden eventualmente hacer que la resina se agriete. También se observa que el transformador tipo VPI puede hacer frente mejor a tales procesos y, por lo tanto, durar más. Al final, la elección final depende del ingeniero de potencia.
Líquido vs. Seco
Los transformadores llenos de líquido tienden a ser más eficientes que los llenos en seco, por lo que tienen una vida útil más larga. Además, el líquido es un medio más eficiente para enfriar áreas locales de alta temperatura en los devanados. Además, los dispositivos llenos de líquido tienen una mejor capacidad de sobrecarga.
Así, un transformador de tipo seco de 1000 KVA a media carga tiene un nivel de pérdida de unos 8 kW, y a plena carga de unos 16 kW. Al mismo tiempo, el mismo "mil", pero líquido, tiene aproximadamente la mitad de los desechos. El aceite "dos mil" a media carga incurre en pérdidas de 8 kW, y a plena carga - 16 kW. Su contraparte seca se caracteriza por costos de 13 y 26,5 kW, respectivamente. Esto significa que son los transformadores de tipo seco los que llevan la dudosa ventaja en términos de pérdidas. Al mismo tiempo, su precio es superior al de los líquidos.
Debido al enfriamiento más intenso de los devanados, los dispositivos líquidos tienen dimensiones (profundidad y ancho) más pequeñas que los dispositivos secos de la misma potencia. Puedeinfluir en el área requerida de las subestaciones transformadoras (especialmente las integradas) y, por lo tanto, en el costo de toda la instalación. Entonces, un transformador de tipo seco típico de 1000 KVA tiene una profundidad de 1,6 m y un ancho de 2,44 m. Al mismo tiempo, un transformador de aceite similar a una profundidad cercana tiene un ancho de aproximadamente 1,5 m. Pero este tipo, sin embargo, tiene una serie de desventajas.
Por ejemplo, la protección contra incendios es más importante para los transformadores líquidos cuando se utiliza un refrigerante inflamable. Es cierto que los transformadores secos también pueden incendiarse. Un dispositivo de tipo líquido mal utilizado puede incluso explotar.
Según las condiciones de funcionamiento, los productos llenos de líquido pueden requerir una bandeja de goteo para recoger las fugas de refrigerante.
Quizás al seleccionar transformadores, la transición de una preferencia clara por el tipo seco al tipo líquido es entre 500 kVA y 2.5 MVA, con el primer tipo preferentemente usado en el límite inferior del rango, y el segundo por encima de él.
Un factor importante a la hora de elegir el tipo es la ubicación de instalación del transformador, como dentro o fuera de un edificio de oficinas, así como el servicio de cargas industriales.
Los transformadores de tipo seco de más de 5MVA están fácilmente disponibles, pero muchos están llenos de líquido. Para la instalación en exteriores también predomina este tipo.
Algunas palabras sobre la ventilación
Cuando el transformador está equipado con un ventilador, la carga puede aumentar significativamente. Entonces, para devanados fundidosesta función puede aumentar la capacidad de carga continua hasta un 50% por encima de la carga nominal. Para los tipos VPE o VPI, el aumento de potencia en este caso puede ser de hasta un 33 %.
Por ejemplo, la potencia de un transformador estándar de bobinado fundido de 3000 kVA, cuando está equipado con un ventilador, aumenta a 4500 kVA (en un 50%). Al mismo tiempo, un tipo VPE o VPI de 2500 kVA con ventilador lo elevará a 3,333 kVA (en un 33 %).
Sin embargo, siempre debe tener en cuenta que la presencia de un ventilador reduce la confiabilidad general del sistema. Si el ventilador falla cuando funciona soplando bajo una carga superior a la nominal, existe un riesgo real de accidente grave, como resultado del cual puede perder todo el transformador.
¿Y el mercado ruso?
Vale la pena señalar que en los últimos años en Rusia ha habido una tendencia constante a repetir la experiencia de Europa, donde hasta el 90 % de todos los transformadores recién instalados son de tipo seco. El mercado reacciona en consecuencia. Hoy en la Federación Rusa hay ofertas de tales dispositivos de dos grupos de fabricantes. El primero de ellos incluye marcas rusas, italianas, chinas y coreanas. Básicamente, se ofrecen análogos constructivos de conocidas marcas rusas: TSZ, TSL, TSGL. ¿Cuánto cuesta un transformador seco de este tipo? El precio de un "mil" típico varía de 900 mil a 1 millón de rublos.
El segundo grupo incluye fabricantes alemanes y franceses. Ofrecen grados de la serie DTTH, GDNN, GDHN. ¿Cuánto costará un transformador importado de este tipo? El precio del mismo "mil" será de 1,5 a 2 millones de rublos.
