¿Qué es el aumento de temperatura de un transformador inmerso en aceite y cuál es el rango de aumento de temperatura del transformador?

I. Aumento de temperatura del transformador inmerso en aceite

El aumento de temperatura de un transformador inmerso en aceite se refiere a la diferencia entre la temperatura del transformador y la temperatura del aire circundante. Entre los múltiples factores que afectan la vida útil del transformador, la temperatura provoca el envejecimiento del aislamiento y es el factor que más influye en su duración. La propagación del calor dentro del transformador es desigual, por lo que las temperaturas en sus diferentes partes varían significativamente. Se establece un límite para el aumento de temperatura de cada componente cuando el transformador opera bajo carga nominal, lo que se denomina "aumento de temperatura permitido" del transformador.

II. Rango de aumento de temperatura de los transformadores de potencia

Generalmente, los transformadores inmersos en aceite utilizan aislamiento clase A, con una temperatura máxima permitida de 105 °C. Los aumentos de temperatura permitidos para cada parte son los siguientes:

• Devanados: aumento de temperatura permitido de 65 °C. Basado en el aislamiento clase A de 105 °C, cuando la temperatura ambiente es de 40 °C, el cálculo es 105 °C - 40 °C = 65 °C.

• Aceite del transformador: como la temperatura del aceite suele ser 10 °C inferior a la de los devanados, su aumento de temperatura permitido es de 55 °C.

• Superficie superior del aceite: para prevenir el envejecimiento del aceite, el aumento de temperatura no debe exceder los 45 °C.

Independientemente de las variaciones del aire circundante, si el aumento de temperatura no supera los valores permitidos, se garantiza que el transformador funcione de manera segura dentro de su vida útil designada. El aislamiento principal de los transformadores suele ser clase A, con una temperatura máxima de uso de 105 °C. Durante la operación, la temperatura de los devanados es entre 10 y 15 °C más alta que la del aceite superior. Si la temperatura del aceite superior en un transformador en funcionamiento ronda constantemente los 80-90 °C, los devanados suelen estar entre 95-105 °C.

La operación prolongada a altas temperaturas acorta la vida útil del cartón aislante interno, volviéndolo quebradizo y propenso a agrietarse, lo que compromete su función aislante y puede causar accidentes como perforaciones. Cuando el aislamiento de los devanados envejece gravemente, acelera la degradación del aceite aislante, afectando la vida útil del transformador. Por tanto, debe evitarse que el transformador funcione a altas temperaturas, especialmente de forma prolongada.

El grado de aislamiento se refiere a la resistencia al calor de los materiales aislantes. Los transformadores secos se clasifican en siete niveles según su grado de aislamiento: (A, E, B, F, H, N, C).
 

III. Prueba de aumento de temperatura de transformadores de potencia

Es una prueba de tipo tradicional. Evalúa el aumento promedio de temperatura de los devanados (medido por el método de resistencia) y el aumento de temperatura del aceite superior. Si estos valores no exceden los límites permitidos por los estándares, el transformador se considera aprobado. Sin embargo, con el aumento de los niveles de voltaje y la reducción de pérdidas en transformadores de gran capacidad, así como la aparición de dispositivos de medición de temperatura por fibra óptica y técnicas de análisis cromatográfico de gases en aceite, el contenido de las pruebas de aumento de temperatura se ha ampliado.

En transformadores con enfriamiento por circulación forzada de aceite, el movimiento relativo entre el aceite y el cartón aislante puede causar la separación de iones positivos y negativos, generando fenómenos de carga electrostática en el flujo de aceite. Si el diseño de los circuitos de aceite, la velocidad del aceite, la rugosidad superficial de los materiales aislantes o la calidad del aceite no se controlan adecuadamente, la carga electrostática puede evolucionar a descargas y fallos. Para evaluar este fenómeno, se realizan pruebas durante el ensayo de aumento de temperatura, midiendo las características de carga electrostática con solo las bombas en funcionamiento y con bombas y tensión aplicada. Se utiliza el análisis cromatográfico de gases en aceite antes y después de las pruebas (generalmente sin activar las bombas de refrigeración de reserva). También se realizan pruebas de descarga parcial con las bombas en funcionamiento, simulando condiciones operativas. Aunque los estándares actuales no exigen estas pruebas, son muy beneficiosas en la práctica.

Para transformadores de gran capacidad, el análisis cromatográfico de gases antes y después del ensayo de aumento de temperatura puede detectar defectos de diseño y fabricación, como:
a. Errores de transposición
b. Sobrecalentamiento local
Existen criterios especializados en conferencias internacionales de redes para identificar estos defectos. Por ello, la duración de la prueba de aumento de temperatura debe extenderse, generalmente a más de 48 horas.

En transformadores de gran capacidad, se instalan pantallas magnéticas de diversas estructuras en las paredes del tanque. El flujo de fugas en estas pantallas genera ruido, conocido como ruido de carga, que no puede medirse en pruebas de ruido en vacío, sino solo durante el ensayo de aumento de temperatura bajo carga completa. El ruido de los dispositivos de refrigeración también puede medirse simultáneamente. Cuando la capacidad y el voltaje de impedancia son altos, el ruido de carga no debe ignorarse. Así, el ensayo de aumento de temperatura permite medir el ruido de carga del transformador.

Actualmente, existen sistemas de medición de temperatura que detectan el punto más caliente de los devanados mediante sensores cerca de los conductores y señales transmitidas por fibra óptica. Al instalar una cantidad adecuada de sensores, se puede medir la temperatura máxima y las características térmicas transitorias durante el ensayo, lo que es beneficioso para transformadores de gran capacidad.

En transformadores con enfriamiento por circulación forzada de aceite, el ensayo de aumento de temperatura permite medir la caída de presión en los circuitos de aceite, verificando si la altura de elevación de las bombas es suficiente y si se producen fenómenos de presión negativa.

Durante el ensayo, también se detectan puntos calientes locales en las paredes del tanque utilizando termómetros infrarrojos. En áreas cerca de grandes bornas de corriente o conductores, se puede escanear con infrarrojos para identificar sobrecalentamientos.

Para transformadores de capacidad extrema o alta impedancia, durante la fase de fabricación del núcleo, se debe circular un porcentaje de la corriente nominal y usar termómetros infrarrojos para monitorizar la distribución de temperatura en los componentes internos.

El calor puede causar descomposición del aceite y envejecimiento del papel, afectando tanto la vida útil como la seguridad operativa del transformador. Por lo tanto, la ampliación del contenido de las pruebas de aumento de temperatura es beneficiosa para la confiabilidad del transformador.

Además, el estándar nacional "Transformadores secos" GB6450-1986 establece claramente los límites de aumento de temperatura para transformadores secos.