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La importancia del rendimiento de disipación de calor para transformadores llenos de aceite se refleja principalmente en su impacto directo sobre la vida útil operativa y la seguridad del transformador eléctrico. La vida útil del transformador está determinada en gran medida por el grado de envejecimiento del sistema de aislamiento de aceite y papel, y el envejecimiento térmico es el factor más significativo que provoca la degradación del aislamiento. Durante cada período de tiempo en que el material aislante opera por encima de su temperatura de diseño, la velocidad de envejecimiento aumenta de forma exponencial. Por lo tanto, una disipación eficiente del calor puede controlar efectivamente la temperatura del punto caliente de los devanados, lo cual constituye un indicador clave para evaluar el estado operativo y la vida útil restante del transformador.
Si la disipación de calor es deficiente y la temperatura interna es demasiado elevada, no solo se acelerará el deterioro del aceite aislante y de los materiales aislantes sólidos, reduciendo así el rendimiento aislante, sino que también podría provocar fallos en el equipo e incluso afectar la operación estable de toda la red eléctrica. Puede decirse que una buena disipación de calor constituye el requisito fundamental para garantizar que el transformador opere de forma segura y estable bajo su carga nominal y alcance su vida útil diseñada (normalmente de 30 años o más).
Factores clave que afectan la disipación de calor de transformadores Sumergidos en Aceite
La eficiencia de disipación de calor de los transformadores de distribución sumergidos en aceite es, en esencia, el resultado de la sinergia entre la circulación del flujo de aceite y la convección del aire. Los factores fundamentales que influyen en este proceso pueden analizarse desde dos grandes aspectos: el estado interno del flujo de aceite y las condiciones externas de refrigeración.
- La circulación interna del flujo de aceite y el diseño estructural constituyen la base de la disipación de calor.
Durante el funcionamiento del transformador, el calor generado por los devanados y el núcleo se transfiere al disipador de calor mediante la convección natural o forzada del aceite aislante. Los estudios han demostrado que la velocidad del flujo de aceite tiene un impacto significativo en el aumento de temperatura: cuando la velocidad del flujo de aceite aumenta de 0,05 m/s a 0,20 m/s, la temperatura máxima del núcleo puede reducirse en 11,62 K. La estructura interna de los canales de aceite también es crucial. Ampliar los canales horizontales de aceite o colocar de forma adecuada placas de bloqueo de aceite puede mejorar eficazmente la circulación en las zonas estancadas del flujo de aceite, reduciendo así la temperatura media de los devanados.
- El método externo de refrigeración y las condiciones ambientales determinan la eficiencia de la disipación de calor.
Los métodos de refrigeración se clasifican en orden de eficiencia como refrigeración natural con aceite (ONAN), refrigeración forzada con aire y aceite (ONAF) y refrigeración forzada con circulación de aceite y aire (OFAF). La refrigeración por aire puede mejorar el efecto de disipación de calor entre un 150 % y un 200 % en comparación con la refrigeración natural. Además, cuanto mayor sea la temperatura ambiental, menor será la diferencia de temperatura en la disipación de calor y peor será su efectividad. Asimismo, los diseños innovadores siguen superando continuamente las limitaciones tradicionales; por ejemplo, añadiendo estructuras elevadas en la pared del depósito de aceite para perturbar la capa límite térmica, reduciendo así la temperatura del punto caliente en 10,6 K.
En conclusión, optimizar la disipación de calor del transformador requiere un enfoque coordinado que abarque la estructura interna de los canales de aceite, la selección del método de refrigeración y nuevas tecnologías avanzadas de intercambio térmico, con el fin de controlar eficazmente el aumento de temperatura en los puntos calientes y retrasar el envejecimiento del aislamiento.
¿Cómo determinar el rendimiento de refrigeración de un transformador?
Para evaluar si el rendimiento de refrigeración cumple con los estándares, existe un conjunto de métodos que van desde la verificación estándar hasta la supervisión en tiempo real:
- Ensayo estándar de elevación de temperatura (antes de la salida de fábrica y durante la puesta en servicio):
Este es el criterio fundamental de evaluación. De acuerdo con las normas nacionales, se simula la carga nominal, se mide la elevación de temperatura de cada parte del transformador (diferencia entre la temperatura y la del ambiente) y se garantiza que no supere el límite especificado. La prueba se centrará en supervisar la elevación de temperatura del aceite superior y la temperatura del punto caliente de los devanados, lo cual constituye el factor clave para determinar si el diseño de refrigeración es adecuado.
- Supervisión del estado de operación (operación diaria):
Para los transformadores en funcionamiento, se pueden emplear los siguientes métodos de evaluación:
• Supervisión de la temperatura: La supervisión de la temperatura del aceite superior es el método más directo. Una temperatura persistente elevada del aceite suele indicar una disminución de la eficiencia del sistema de refrigeración.
• Evaluación de la eficiencia del disipador de calor: Basándose en el principio de equilibrio energético y mediante algoritmos de ingeniería, se puede inferir la eficiencia real actual del disipador de calor a partir de datos operativos, como las pérdidas por carga y el aumento de temperatura del aceite, lo que permite determinar si la capacidad de refrigeración ha disminuido.
• Detección mediante imagen térmica infrarroja: El uso de una cámara térmica infrarroja para escanear la carcasa del transformador y los disipadores de calor permite identificar directamente zonas de sobrecalentamiento local o enfriamiento desigual.
- Pruebas especializadas para indicadores específicos:
Cuando se sospecha un problema de refrigeración, se pueden realizar pruebas más detalladas, como la medición de la resistencia térmica del devanado para calcular el aumento medio de temperatura de los devanados, o la instalación de sensores de fibra óptica para medir directamente la temperatura del punto crítico más caliente.
Mediante estos métodos sistemáticos de evaluación, se puede comprender de forma integral el estado de refrigeración del transformador, lo que permite detectar oportunamente los problemas y aplicar medidas de mantenimiento.
Jiangsu Unita Electrical Equipment Co., Ltd. (JSZONMA). Antes de que cada transformador entre en producción, se aplica un sistema integral de inspección de calidad. Entre ellos, la prueba de elevación de temperatura y la prueba de rendimiento del aislamiento son los elementos obligatorios fundamentales de la inspección en fábrica, cuyo objetivo es verificar rigurosamente la estabilidad térmica y la seguridad eléctrica del producto, garantizando así que cada transformador sumergido en aceite pueda operar de forma segura, fiable y estable en la red eléctrica durante un largo periodo.