Aïllament del transformador

 

1.1 Definició d’aïllament

Els materials d’aïllament del transformador fan referència als materials utilitzats tant dins com fora del transformador. La funció principal d’aquests materials és aïllar components elèctrics per evitar la conducció descontrolada del corrent entre els bobinats de diferents nivells de tensió, entre els bobnats i el nucli, entre els bobnats i la carcassa i entre els bobnats i altres parts conductores. L’ús de materials aïllants garanteix que el transformador pot funcionar de forma segura dins del rang d’estrès elèctric dissenyat, evitant la ruptura elèctrica, els curtcircuits i altres falles elèctriques.

 

1.2 Funció d’aïllament

• Aïllament elèctric

Els materials aïllants impedeixen que els curtcircuits elèctrics o avaries proporcionen un camí d’alta resistència, que impedeix que el corrent surti d’un component elèctric a un altre o de terra.

• Rendiment de resistència a alta pressió

Els materials aïllants han de ser capaços de suportar la tensió alta i la sobretensió instantània durant el funcionament del transformador (com les punxes de tensió causades per cops de raig o operacions de commutació) sense desglossament elèctric.

• Rendiment de resistència a la calor

Els transformadors generen calor durant el funcionament, de manera que els materials aïllants han de tenir una resistència a la calor suficient per evitar la degradació o el fracàs a temperatures altes.

• Protecció mecànica

Els materials aïllants també han de proporcionar suport i protecció mecànics per evitar que els enrotllaments o altres components elèctrics es facin malbé a causa de la vibració, el xoc o la tensió externa.

• Estabilitat a llarg termini

Els materials aïllants haurien de tenir un bon rendiment anti-envelliment i ser capaços de mantenir les seves propietats elèctriques i mecàniques durant el funcionament a llarg termini.

 

1.3 Tipus d’aïllament

• Materials d’aïllament sinuosos: filferro esmaltat, filferro amb paper, cinta de fibra de vidre, etc.

• Materials aïllants principals: paper elèctric, resina epoxi, oli aïllant

• espaciadors i materials de suport: Taulers de fusta premsats, taulers de fibra de vidre epoxi

• Aïllament entre bobnats: Document d’aïllament interlayer, pel·lícula de polièster

• Material d’aïllament final: Màniga aïllant, aïllament final

• Materials d’aïllament de plom: beina aïllant, cinta aïllant

• Materials aïllants addicionals: cinta de mica, junta resistent a alta temperatura

• Recinte i aïllament estructural: Boards de partició aïllant, tires de suport aïllant

• Oli aïllant: S'utilitza principalment en transformadors immersos d'oli, serveix per a un doble propòsit de refrigeració i aïllament

• Aïllament extern del transformador: Bushings de porcellana, utilitzat a la presa de plom d’alta tensió, proporcionant aïllament elèctric i suport mecànic

 

 

2.1 La definició de nivell d’aïllament

El nivell d’aïllament d’un transformador fa referència a la capacitat del sistema d’aïllament intern del transformador per suportar tensions específiques de tensió (com ara la tensió de freqüència de potència, la tensió d’impuls de llamps o la tensió d’operació de commutador) sense desglossament elèctric. És un indicador clau per mesurar la resistència del transformador a l’estrès elèctric com ara falles elèctriques i esdeveniments de sobretensió (com ara els llamps i les operacions de commutació) durant el funcionament. El nivell d’aïllament afecta directament la fiabilitat, la seguretat i la vida útil dels transformadors.

 

2.2 L’element principal del nivell d’aïllament

• La capacitat de tolerància de l’estrès elèctric

L’objectiu principal del nivell d’aïllament és garantir que els enrotllaments, el nucli i altres components elèctrics del transformador no experimentin desglossament, descàrrega parcial o altres formes de falles elèctriques quan se sotmetin a estrès elèctric.

• Les propietats dels materials aïllants

El nivell d’aïllament està directament relacionat amb la qualitat del material aïllant. La resistència dielèctrica, la resistència a la calor, la resistència a l’envelliment, la resistència a la humitat i altres propietats del material determinen l’estrès elèctric que el transformador pot suportar.

• Disseny d'aïllament

El nivell d’aïllament també depèn del disseny del transformador, incloent la selecció de materials, gruix, mètode de disseny, etc. El disseny d’aïllament raonable pot millorar eficaçment el nivell d’aïllament dels transformadors i assegurar l’estabilitat del sistema d’aïllament en condicions d’alta tensió i temperatura alta.

• La fiabilitat global del sistema d’aïllament

El nivell d’aïllament no només es refereix a la capacitat de tolerància d’un sol material, sinó que també inclou la fiabilitat de tot el sistema d’aïllament en disseny, fabricació i funcionament. Un sistema d’aïllament d’alta qualitat pot mantenir el seu rendiment elèctric durant el funcionament a llarg termini i evitar la degradació del rendiment causada per l’envelliment o els canvis ambientals.

 

3.1 Assegureu la seguretat elèctrica

El nivell d’aïllament és un indicador clau per mesurar si un transformador pot funcionar de forma segura en diferents condicions d’estrès elèctric, com ara la tensió de freqüència de potència, la tensió d’impuls de llamps i la tensió d’impuls de funcionament. Els nivells elevats d’aïllament signifiquen que els transformadors poden suportar aquestes tensions sense avaria ni curtcircuit, garantint així la seguretat general del sistema d’energia. La fiabilitat del sistema d’aïllament està directament relacionada amb si el transformador experimentarà interrupcions elèctriques, danys de l’equip o accidents de potència més greus a causa de falles elèctriques.

 

3.2 Millora la fiabilitat dels transformadors

Durant el funcionament, els transformadors trobaran diverses tensions elèctriques, com ara sobretensió i espigues de tensió instantània. Els nivells alts d’aïllament permeten als transformadors mantenir un funcionament normal quan s’enfronten a aquests reptes, evitant una fallada d’aïllament o descàrrega parcial. Això no només millora la fiabilitat del transformador, sinó que també redueix els costos de manteniment i substitució causats per l’aturada a causa de les falles.

 

3.3 Ampliar la vida del servei

Durant el funcionament, els transformadors trobaran diverses tensions elèctriques, com ara sobretensió i espigues de tensió instantània. Els nivells alts d’aïllament permeten als transformadors mantenir un funcionament normal quan s’enfronten a aquests reptes, evitant una fallada d’aïllament o descàrrega parcial. Això no només millora la fiabilitat del transformador, sinó que també redueix els costos de manteniment i substitució causats per l’aturada a causa de les falles.

 

3.4 Respondre als impactes ambientals

Els transformadors sovint han d’operar en diverses condicions ambientals complexes, com ara una humitat elevada, alta contaminació, temperatures extremes i altres ambients. L’elevat nivell d’aïllament permet al transformador adaptar -se a aquestes condicions ambientals sense una disminució del rendiment o el fracàs d’aïllament. Això és particularment important per als transformadors que operen en entorns durs, com ara equips elèctrics a les zones costaneres, zones industrials o regions d’altitud.

 

3.5 Resistir esdeveniments inesperats

Esdeveniments sobtats com ara cops de raig i operacions de commutació poden exercir una tensió de tensió extremadament alta als transformadors en un curt període de temps. L’elevat nivell d’aïllament del transformador pot assegurar -se que encara pot funcionar normalment en aquestes circumstàncies i no causarà un desglossament d’aïllament a causa de les picades de tensió instantània. Això és crucial per mantenir l’estabilitat de la xarxa elèctrica, especialment en zones amb temps de clima extrem o operacions freqüents de la xarxa elèctrica.

 

3.6 compleixen els estàndards i les especificacions

La indústria elèctrica té estàndards estrictes i requisits reguladors per al nivell d’aïllament dels transformadors, com l’IEC (Comissió Electrotècnica Internacional) o IEEE (Institut d’Enginyers d’Enginyers Elèctrics i Electrònics). Els nivells elevats d’aïllament poden garantir que els transformadors compleixin aquests estàndards internacionals, garantint així la seva adaptabilitat i acceptabilitat en el mercat global. Això no només ajuda a garantir el compliment dels productes, sinó que també proporciona una garantia per a l’aplicació de transformadors en diferents països i regions.

 

3.7 Reduir els costos de manteniment i funcionament

Els transformadors amb un nivell d’aïllament elevat tenen menys falles durant l’operació, cosa que significa menys requisits de manteniment i temps d’inactivitat, reduint així els costos operatius. A més, l’elevat nivell d’aïllament també redueix els costos de manteniment i substitució causats per l’envelliment o el fracàs d’aïllament.

 

3.8 Suport a l'estabilitat de la xarxa

Els transformadors són equips clau en sistemes de potència i la seva estabilitat operativa afecta directament l'estabilitat general de la xarxa elèctrica. Un alt nivell d’aïllament pot assegurar que els transformadors funcionin de forma segura i estable durant molt de temps a la xarxa elèctrica, reduir la reacció en cadena causada per la fallada dels equips i, per tant, garantir la continuïtat i la fiabilitat de l’alimentació.

 

3.9 Resum

El nivell d’aïllament d’un transformador és crucial per assegurar la seguretat, la fiabilitat, la durabilitat dels equips i la seva adaptabilitat a diversos entorns operatius. En dissenyar i fabricar transformadors amb nivells elevats d’aïllament, es pot millorar eficaçment el rendiment global del sistema d’energia, es pot allargar la vida útil dels equips i es poden reduir els costos de funcionament i manteniment. Aquests avantatges han permès als nivells elevats d’aïllament ocupar una posició bàsica en el disseny, la fabricació d’equips i el funcionament i el manteniment dels sistemes d’energia.

 

4.1 Prova de tensió aplicada - Definició

La prova de tensió aplicada d’un transformador, també coneguda com a prova de freqüència de potència, és una tensió de prova aplicada a cada enrotllament del transformador superior a la seva tensió de funcionament normal. Per verificar la capacitat de resistència i la fiabilitat del seu sistema d’aïllament en condicions de tensió extrema. Aquest tipus de prova es realitza generalment durant el procés de fabricació i les proves d’acceptació in situ, i és un dels mitjans importants per assegurar la seguretat elèctrica dels transformadors en el funcionament real.

4.1.1 Prova de tensió aplicada - Finalitat

• Verifiqueu la força d’aïllament

Aplicant una tensió superior a la tensió de funcionament normal, comproveu si el sistema d’aïllament entre els enrotllaments del transformador, entre els enrotllaments i el nucli i entre els bobinatges i la carcassa té una força suficient per resistir -se a la ruptura elèctrica

• detectar defectes de fabricació

Les proves de tensió de resistències externes poden exposar possibles defectes d’aïllament en el procés de fabricació del transformador, com ara la descàrrega parcial, el deteriorament o el dany dels materials d’aïllament. Aquests defectes són més propensos a detectar-se en condicions d’alta tensió

• Garantir la seguretat operativa

Mitjançant proves de tensió de resistències externes, es garanteix que el transformador pugui funcionar de forma segura en condicions de tensió normals i anormals durant la seva vida laboral, evitant danys de l’equip o interrupcions d’energia causades per falles elèctriques.

4.1.2 Prova de tensió aplicada - Visió general del mètode

El mètode de prova de tensió aplicada consisteix en aplicar una tensió de prova superior a la tensió de funcionament normal als enrotllaments del transformador, com el doble de la tensió, i mantenir -lo durant un minut per verificar la resistència i la fiabilitat del seu sistema d’aïllament en condicions de tensió extrema.

 

4.2 Lightning Impulse restant Test-Bil-Definició

La prova d’impulsos de llamps és un mètode de prova que simula la capacitat de resistir del sistema d’aïllament dels equips d’energia (com els transformadors) en condicions de vaga de llamps. Aquesta prova és important per avaluar si un transformador pot evitar el desglossament de l'aïllament quan es produeix un llamp, garantint la seguretat i la fiabilitat del transformador.

4.2.1 Lightning Impulse restant Test-Bil-Finalitat

• Verifiqueu la força d’aïllament

Aplicant polsos d’alta tensió que simulen els llamps, es comprova si el sistema d’aïllament del transformador pot romandre intacte en condicions extremes per evitar la ruptura elèctrica.

• Descobriu defectes potencials

Detecteu possibles defectes del sistema d’aïllament, com ara bombolles, esquerdes o problemes d’envelliment. És possible que aquests defectes no siguin visibles durant el funcionament normal, però poden causar fallades d’aïllament sota cops de raig.

• Garantir la seguretat de l’equip

Assegureu -vos que el transformador pugui funcionar de forma segura en esdeveniments reals de Lightning Strike per evitar danys de l’equip o fallades del sistema d’energia causades per una fallada d’aïllament.

4.2.2 Lightning Impulse restant Test-Bil-Visió general del mètode

Utilitzant un generador de tensió d’impuls, s’aplica un llamp que simula un llamp que simula els llamps als enrotllaments del transformador. Les proves es realitzen generalment diverses vegades (per exemple, de 3 a 6 impactes de polaritat positiva) i les proves es realitzen a diferents terminals. La forma d’ona de resposta del transformador es controla a través d’equips com els oscil·loscopis per detectar fenòmens anormals (com ara la descàrrega parcial i el desglossament de l’aïllament). Registra el valor de tensió, la forma d'ona i la resposta de cada impacte.

 

4.3 Pantalla de la placa identificativa

• Nivell d’impulsos dels llamps

Està representat pel símbol Li i la unitat de tensió és kv

• Nivell de tensió aplicat

Està representat pel símbol CA i la unitat de tensió és kv

Per exemple:

Un transformador de potència de 80mva 132\/33kV

Alta tensió: Li\/AC 650\/275 KV

Punt neutre d’alta tensió: Li\/AC 325\/140kV

Baixa tensió: Li\/AC 170\/70 kV

 

 

4.4 Normes

 

Iec	IEEE	CSA
IEC 60076-3-2013 Transformadors de potència: nivells d’aïllament de la part 3, proves dielèctriques i autoritzacions externes a l’aire	IEEE C57.12. 00-2021	CSA C2. 1-06 (r2022)

 

 

5.1 Switching Impulse resisteix la tensió, SIL

• Definició

La tensió màxima que pot suportar un transformador en condicions d’impacte sobretript causades per les operacions de commutació, etc. En comparació amb l’impuls dels llamps, la forma d’ona d’impuls operatiu és més suau, però la durada és més llarga.

• Funcionar

Assegureu -vos que el transformador pugui funcionar de manera estable sense falles d’aïllament en condicions de sobretensió causades per les operacions del sistema d’energia (com l’obertura i el tancament dels interruptors de circuits).

 

5.2 Nivell de descàrrega parcial, PD

• Definició

La descàrrega parcial es refereix al fenomen de la ruptura dielèctrica parcial que es produeix dins o a la superfície d’un sistema d’aïllament en condicions d’alta tensió, normalment no creuar completament l’espai entre l’elèctrode.

• Funcionar

En mesurar el nivell de descàrrega parcial, es poden detectar defectes potencials en sistemes d’aïllament, com ara bombolles, esquerdes o envelliment de material per evitar que aquestes minúscules descàrregues es converteixin en falles d’aïllament greus.

 

5.3 Resistència a l'aïllament ir

• Definició

Mesureu el valor de resistència entre el bobinatge i el sòl o entre diferents enrotllaments. Com més gran sigui la resistència a l’aïllament, millor serà el sistema d’aïllament.

• Funcionar

La prova de resistència a l’aïllament s’utilitza per al manteniment i inspecció diària, ajudant a avaluar l’estat de salut i el contingut d’humitat del sistema d’aïllament i evitar el deteriorament d’aïllament.

 

5.4 Factor de dissipació, Delta bronzejat

• Definició

El factor de pèrdua dielèctrica (tan Δ) representa la pèrdua elèctrica de materials aïllants, reflectint la pèrdua d’energia dels materials sota l’acció d’un camp elèctric.

• Funcionar

S'utilitza per avaluar les propietats elèctriques i el grau d'envelliment de materials aïllants. Un valor tan Δ més elevat pot indicar envelliment o defectes del sistema d’aïllament.

 

5.5 classe tèrmica

• Definició

La temperatura màxima que els materials aïllants poden suportar durant un llarg període de temps s’indica normalment per diferents graus de lletra (com ara, b, f, h), corresponents a diferents temperatures màximes admissibles.

• Funcionar

S'utilitza per a la selecció i el disseny de materials aïllants per assegurar -se que els materials no perden el seu rendiment aïllant a la temperatura de funcionament prevista.

 

5,6 Prova de pujada de la temperatura

• Definició

Mesureu l’augment de la temperatura dels enrotllaments, el nucli i el sistema d’aïllament del transformador quan funciona a la càrrega nominal

• Funcionar

Assegureu -vos que el transformador no experimenti un envelliment accelerat ni un fracàs de materials aïllants a causa del sobreescalfament en condicions de funcionament normals.

 

5.7 Distància i eliminació

• Definició

La distància de la gola és la distància més curta entre dues parts conductives al llarg d’una superfície aïllant, i l’autorització elèctrica és la distància més curta a través de la qual l’aire passa entre dues parts conductores.

• Funcionar

Garantir una distància de fluïdesa suficient i una autorització elèctrica pot evitar la descàrrega de la superfície i la ruptura de l’aire i garantir la seguretat del transformador en entorns humits o contaminats.

 

5.8 Oli d’aïllament

• Definició

Inclou indicadors com la tensió de desglossament, el valor àcid i el contingut d’humitat, que reflecteixen el rendiment d’aïllament i l’estabilitat de l’oli aïllant.

• Funcionar

La qualitat del petroli aïllant té un impacte directe en el nivell d’aïllament global del transformador. El control regular dels indicadors de rendiment de l’oli aïllant pot evitar falles elèctriques.

 

Aquests paràmetres cobreixen tots els aspectes del sistema d’aïllament del transformador, des de propietats del material fins al disseny global. Mitjançant proves i avaluació exhaustives, garanteix que el transformador tingui nivells d’aïllament suficients en diverses condicions laborals, garantint així el seu funcionament segur i fiable. Cada paràmetre reflecteix un aspecte específic del sistema d’aïllament. Integrant aquests indicadors, es pot avaluar de forma exhaustiva el nivell d’aïllament del transformador, garantint la seva estabilitat i seguretat en el sistema d’energia.