Análisis de fallos de aislamiento en transformadores eléctricos y medidas de tratamiento

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Actualmente, los transformadores eléctricos más utilizados son los transformadores sumergidos en aceite y los transformadores secos de resina. El aislamiento de un transformador eléctrico es el sistema aislante compuesto por los materiales aislantes del mismo; este constituye una condición básica para su funcionamiento y operación normal. La vida útil de un transformador está determinada por la vida útil de sus materiales aislantes (es decir, papel impregnado en aceite o resina, entre otros). La práctica ha demostrado que la mayoría de los daños y fallas en los transformadores se deben a daños en el sistema aislante. Según las estadísticas, los accidentes causados por todo tipo de fallos de aislamiento representan más del 85 % de todos los accidentes en transformadores. En los transformadores que funcionan normalmente y para los cuales se realiza un mantenimiento adecuado, el material aislante tiene una vida útil muy larga. Por lo tanto, proteger el funcionamiento normal del transformador y reforzar el mantenimiento adecuado del sistema de aislamiento pueden garantizar en gran medida que el transformador tenga una vida útil relativamente larga. El mantenimiento preventivo y predictivo es la clave para prolongar la vida útil del transformador y mejorar la fiabilidad del suministro eléctrico. En los transformadores sumergidos en aceite, los principales materiales aislantes son el aceite aislante y los materiales aislantes sólidos, como el papel aislante, el cartón y los bloques de madera. El envejecimiento del llamado aislamiento de los transformadores consiste en que estos materiales se descomponen bajo la influencia de factores ambientales, lo que reduce o hace perder su resistencia aislante. I. Fallos en el aislamiento de papel sólido El aislamiento de papel sólido es una de las partes principales del aislamiento en los transformadores sumergidos en aceite; incluye: papel aislante, placas aislantes, almohadillas aislantes, rollos aislantes, cintas de amarre aislantes, etc. Su componente principal es la celulosa, cuya fórmula química es (C6H10O6)n, donde n representa el grado de polimerización. Por lo general, el grado de polimerización del papel nuevo es de alrededor de 1300. Cuando este valor disminuye a unos 250, su resistencia mecánica se reduce en más de la mitad. El grado de polimerización en el que el papel llega al final de su vida útil, debido al envejecimiento extremo, es de 150 a 200. Cuando el papel aislante envejece, su grado de polimerización y su resistencia a la tracción disminuyen gradualmente. Además, se generan agua, CO y CO2; también se forma furoaldehído. La mayoría de estos productos del envejecimiento son perjudiciales para los equipos eléctricos; reducen la tensión de ruptura y la resistividad volumétrica del papel aislante, aumentan la pérdida dieléctrica y disminuyen la resistencia a la tracción. Incluso pueden corroer los materiales metálicos presentes en los equipos. El aislamiento sólido presenta características de envejecimiento irreversibles; la disminución del envejecimiento de su resistencia mecánica y eléctrica es irrecuperable. La vida útil del transformador depende principalmente de la vida útil del material aislante; por lo tanto, el material aislante sólido de los transformadores sumergidos en aceite debe tener buenas propiedades de aislamiento eléctrico y características mecánicas, además de presentar una degradación lenta de sus propiedades tras años de funcionamiento, es decir, debe tener buenas características de envejecimiento. 1. Propiedades de los materiales de fibra de papel
Los materiales aislantes de fibra de papel son el componente aislante más importante en los transformadores sumergidos en aceite. La fibra de papel es un componente básico del tejido sólido de las plantas. Entre los átomos que componen sus moléculas se encuentran núcleos atómicos cargados positivamente y electrones cargados negativamente que orbitan alrededor de dichos núcleos. A diferencia de los conductores metálicos, en los materiales aislantes prácticamente no hay electrones libres; la muy pequeña corriente de conducción en los aislantes proviene principalmente de la conducción iónica. La celulosa está compuesta por carbono, hidrógeno y oxígeno. Debido a la presencia de grupos hidroxilo en la estructura molecular de la celulosa, existe la posibilidad de que se forme agua, lo que confiere a las fibras de papel propiedades hídricas. Además, estos grupos hidroxilo pueden considerarse como centros rodeados por diversas moléculas polares (como ácidos y agua), las cuales se unen mediante enlaces de hidrógeno, lo que hace que las fibras sean vulnerables a la degradación. Al mismo tiempo, las fibras suelen contener un porcentaje determinado (alrededor del 7 %) de impurezas; entre estas impurezas hay una cantidad de humedad que, debido a la naturaleza coloidal de las fibras, no puede eliminarse por completo. Esto también afecta las propiedades de las fibras de papel. Las fibras polares no solo absorben fácilmente la humedad (la cual hace que el medio sea altamente polar), sino que, cuando las fibras de papel absorben agua, disminuyen las fuerzas de interacción entre los iones hidróxido. En condiciones en las que la estructura de las fibras es inestable, su resistencia mecánica se deteriora drásticamente. Por lo tanto, los componentes aislantes de papel deben someterse a un proceso de secado o deshumidificación al vacío, así como a un tratamiento con aceite o barniz aislante antes de ser utilizados. El objetivo del barnizado es mantener las fibras húmedas, garantizando así una alta estabilidad aislante y química, además de una elevada resistencia mecánica. Al mismo tiempo, al sellar el papel con pintura, se reduce su capacidad de absorber humedad, lo que evita la oxidación del material. Además, se pueden rellenar los espacios vacíos, con el fin de disminuir las burbujas que podrían afectar las propiedades aislantes y causar descargas locales o rupturas eléctricas. Pero también hay quienes sostienen que, al sumergir el barniz en aceite después de haberlo aplicado, parte del barniz podría disolverse gradualmente en el aceite, lo cual afectaría las propiedades de este. Por lo tanto, se debe prestar mucha atención al uso de este tipo de barnices. Por supuesto, las propiedades de los materiales fibrosos con composiciones diferentes, así como las diferencias en calidad entre los materiales fibrosos con la misma composición, influyen en su rendimiento. Por ejemplo, en el algodón, el contenido de fibras es muy alto; las fibras son las más resistentes. Algunos tipos de cartón aislante importado, gracias a su buen proceso de elaboración, presentan un rendimiento claramente superior al de algunos tipos de cartón producido localmente. En la mayoría de los transformadores, el material aislante se obtiene a partir de diversos tipos de papel (como cintas de papel, cartón, piezas prensadas de papel, etc.). Por lo tanto, es muy importante elegir bien el material de papel aislante como materia prima en la fabricación y mantenimiento de transformadores. Las ventajas especiales del papel fibroso son su gran utilidad práctica, su bajo precio, su facilidad de uso y procesamiento. Permite una conformación y manipulación sencillas a bajas temperaturas. Además, es ligero, tiene una resistencia moderada y es capaz de absorber fácilmente materiales impregnantes como barnices aislantes o aceite para transformadores. 2 Resistencia mecánica de los materiales aislantes de papel
Además de la composición fibrosa del papel, su densidad, permeabilidad y uniformidad, el factor más importante en la selección de materiales aislantes de papel para transformadores sumergidos en aceite es el requisito de resistencia mecánica, que incluye la resistencia a la tracción, la resistencia al impacto, la resistencia al desgarro y la tenacidad:
① Resistencia a la tracción: se exige que las fibras de papel, al soportar una carga de tracción, puedan resistir una tensión máxima sin romperse ； ② Resistencia al estampado: medida de la capacidad de las fibras de papel para soportar la presión sin romperse ； ③ Fuerza de rotura: Se exige que la fuerza necesaria para que las fibras del papel se rompan cumpla con los estándares correspondientes ； ④ Resistencia: es la capacidad de la hoja de papel o del cartón para mantener su integridad al doblarse, cumpliendo los requisitos correspondientes. Para evaluar el aislamiento sólido, se puede tomar una muestra para medir el grado de polimerización del papel o cartón, o utilizar la técnica de cromatografía líquida de alta eficacia para medir el contenido de furfural en el aceite. Esto permite determinar si, en caso de fallos internos en el transformador, está implicado el aislamiento sólido, si existe un sobrecalentamiento a baja temperatura que provoque el envejecimiento parcial del aislamiento de los devanados, o para evaluar el grado de envejecimiento del aislamiento sólido. En la operación y mantenimiento de los materiales aislantes de fibra de papel, se debe controlar la carga nominal del transformador. Es necesario que el entorno de operación cuente con buena ventilación y condiciones adecuadas para la disipación del calor, a fin de evitar un aumento excesivo de la temperatura del transformador y la falta de aceite en el tanque. También es necesario evitar la contaminación por aceite y su deterioro, ya que esto puede acelerar el envejecimiento de las fibras, dañando así las propiedades aislantes del transformador, su vida útil y su funcionamiento seguro. 3. El deterioro de los materiales de fibra de papel comprende tres aspectos principales: (1) Fragilización de las fibras. Cuando el calor excesivo hace que el agua se separe de los materiales fibrosos, esto acelera aún más la fragilización de dichos materiales. Debido al fragilizado y desprendimiento del papel, bajo la influencia de fuerzas de impacto como vibraciones mecánicas, tensiones eléctricas o ondas operativas, pueden producirse fallos de aislamiento que den lugar a incidentes eléctricos. (2) Disminución de la resistencia mecánica de los materiales fibrosos. La resistencia mecánica de los materiales fibrosos disminuye a medida que aumenta el tiempo de exposición al calor. Cuando el calentamiento del transformador provoca la nueva salida de humedad del material aislante, el valor de la resistencia de aislamiento puede aumentar; no obstante, su resistencia mecánica **disminuirá**, y el papel aislante no podrá resistir la acción de fuerzas mecánicas como las corrientes de cortocircuito o las cargas de impacto. (3) Contracción del propio material fibroso. Los materiales fibrosos se contraen tras fragilizarse, lo que reduce la fuerza de sujeción. Esto puede provocar desplazamientos, haciendo que los devanados del transformador se desplacen y se froten bajo vibraciones electromagnéticas o voltajes de impacto, lo que daña el aislamiento. II. Fallas en el aislamiento con aceite líquido. Los transformadores con aislamiento por aceite líquido fueron inventados en 1887 por el científico estadounidense Thomson. En 1892, empresas como General Electric de Estados Unidos comenzaron a utilizarlos en transformadores eléctricos. El aislamiento por aceite líquido al que aquí nos referimos es, precisamente, el aislamiento mediante aceite de transformador. Características de los transformadores sumergidos en aceite: (1) **Mejoran la resistencia al aislamiento eléctrico, reducen la distancia necesaria para el aislamiento y disminuyen el volumen del equipo.** (2) **Mejoran la eficiencia en la transferencia de calor y en la disipación térmica del transformador. Esto permite una mayor densidad de corriente en los cables, al tiempo que se reduce el peso del equipo. El calor generado por el transformador se transfiere a través del ciclo térmico del aceite hacia la carcasa del transformador y los disipadores, lo que permite una mejor refrigeración.** (3) Gracias al sellado con aceite, se reduce el grado de oxidación de algunas piezas y componentes internos del transformador, lo que prolonga su vida útil. 2. Propiedades del aceite para transformadores. El aceite utilizado en los transformadores en funcionamiento debe tener, además de una excelente capacidad aislante, también buenas propiedades de conducción térmica. Entre ellos, la resistencia dieléctrica tg8, la viscosidad, el punto de congelación y el valor ácido son los principales indicadores de las propiedades del aceite aislante. El aceite aislante, obtenido a partir del petróleo, es una mezcla de diversos hidrocarburos, resinas, ácidos y otras impurezas. Sus propiedades no son siempre estables; se oxida continuamente bajo la influencia de factores como la temperatura, los campos eléctricos y la luz. En condiciones normales, el proceso de oxidación del aceite aislante transcurre de manera lenta. Si se mantiene adecuadamente, puede conservar su calidad durante hasta 20 años sin envejecer. Sin embargo, la presencia de metales, impurezas y gases en el aceite acelera su oxidación, lo que hace que la calidad del aceite empeore: su color se vuelve más oscuro, su transparencia disminuye y aumentan los contenidos de agua, ácidos y cenizas. Todo esto provoca una deterioración de las propiedades del aceite. 3 Causas de la degradación del aceite de transformador. La deterioración de la calidad del aceite de transformador puede dividirse, según su gravedad, en dos etapas: contaminación y degradación. La contaminación se produce cuando al aceite se le mezclan agua e impurezas; estas no son productos de la oxidación del aceite. La contaminación empeora las propiedades aislantes del aceite, disminuye la intensidad del campo eléctrico y aumenta el ángulo de pérdida dieléctrica. La degradación es el resultado de la oxidación del aceite. Por supuesto, esta oxidación no se refiere únicamente a la oxidación de los hidrocarburos presentes en el aceite puro; sino que también están los impurezas presentes en el aceite, las cuales aceleran el proceso de oxidación. En particular, polvos metálicos como el cobre, el hierro y el aluminio contribuyen a esto. El oxígeno proviene del aire que se encuentra dentro del transformador. Incluso en transformadores completamente sellados, existe una cantidad de oxígeno equivalente al 0,25% del volumen total. La solubilidad del oxígeno es alta, por lo que representa un porcentaje considerable entre los gases disueltos en el aceite. Cuando el aceite del transformador se oxida, la humedad, que actúa como catalizador, y el calor, que actúa como acelerante, hacen que se forme lodo en el aceite. Las consecuencias de esto son las siguientes: bajo la acción del campo eléctrico, las partículas de los sedimentos se vuelven más grandes; las impurezas se concentran en las zonas donde el campo eléctrico es más intenso, lo que crea “puentes” conductores que afectan la aislación del transformador. Los sedimentos no se distribuyen de manera uniforme, sino que forman tiras alargadas, y pueden organizarse en dirección a las líneas de alimentación eléctrica. Esto dificulta sin duda la disipación del calor, acelera el envejecimiento del material aislante y provoca una disminución en la resistencia aislante y en su calidad. 4 Proceso de deterioro del aceite de transformador. En las principales etapas del proceso de deterioro, los productos que se forman son peróxidos, ácidos, alcoholes, compuestos similares y lodos. Fase temprana de degradación. Los peróxidos que se forman en el aceite reaccionan con los materiales de fibras aislantes, generando celulosa oxidada. Esto hace que la resistencia mecánica de las fibras aislantes disminuya, lo que provoca su fragilidad y contracción. Los ácidos que se generan son ácidos grasos de naturaleza mucosa. Aunque su capacidad corrosiva no es tan alta como la de los ácidos minerales, su tasa de crecimiento y su impacto en los materiales aislantes orgánicos son considerables. Fase de degradación posterior. Se trata de la formación de lodo. Cuando los ácidos atacan materiales como el cobre, el hierro o las pinturas aislantes, se produce una reacción que genera este tipo de lodo. Se trata de una sustancia conductora, pegajosa y similar al asfalto. Puede disolverse parcialmente en aceite. Bajo la acción de un campo eléctrico, su formación es rápida; se adhiere a los materiales aislantes o a los bordes de la carcasa del transformador. También se deposita en las tuberías de aceite y en las rejillas de enfriamiento, lo que hace que la temperatura de funcionamiento del transformador aumente y que su resistencia eléctrica disminuya. El proceso de oxidación del aceite está determinado por dos condiciones principales: la primera es que el valor ácido en el transformador sea demasiado alto, lo que hace que el aceite se vuelva ácido. En segundo lugar, los óxidos disueltos en el aceite se transforman en compuestos insolubles en el mismo, lo que provoca una deterioración gradual de la calidad del aceite del transformador. 5 Análisis de la calidad del aceite del transformador, evaluación y mantenimiento (1) Degradación del aceite aislante. Incluyendo que sus propiedades físicas y químicas cambian, lo que a su vez empeora sus propiedades eléctricas. Al probar parámetros del aceite aislante como el valor de acidez, la tensión interfacial, la precipitación de sedimentos y el valor de acidez soluble en agua, se puede determinar si existe este tipo de defecto. El tratamiento de regeneración del aceite aislante puede eliminar los productos resultantes de su deterioro, pero en el proceso también es posible que se eliminen los antioxidantes naturales presentes en él. (2) El aceite aislante se humedece al entrar agua en él, ya que el agua es una sustancia altamente polar. Bajo la acción del campo eléctrico, se descompone fácilmente por ionización, lo que aumenta la corriente de conductividad del aceite aislante. Por lo tanto, una pequeña cantidad de humedad puede causar un aumento significativo en las pérdidas dieléctricas del aceite aislante. Mediante la prueba del contenido de agua microscópica en el aceite aislante, se puede determinar si existe ese tipo de defecto. El filtrado al vacío a presión del aceite aislante suele eliminar la humedad. (3) El aceite aislante se contamina con bacterias microbianas. Por ejemplo, durante la instalación del transformador principal o al extraer su núcleo, los insectos que se adhieren a la superficie de los componentes aislantes, así como las impurezas dejadas por el personal encargado de la instalación, pueden contener bacterias que podrían infectar el aceite aislante. También es posible que el propio aceite aislante ya esté infectado por microorganismos. El transformador principal funciona, por lo general, en un ambiente de 40–80 °C, lo cual es muy favorable para el crecimiento y reproducción de estos microorganismos. Dado que la capacidad aislante de los minerales y las proteínas presentes en los microorganismos y sus excrementos es mucho menor que la del aceite aislante, esto provoca un aumento en la pérdida dieléctrica del aceite aislante. Este tipo de defecto es difícil de corregir mediante métodos de tratamiento in situ, ya que, sea cual sea el método utilizado, siempre queda una parte de microorganismos en el material aislante sólido. Después del tratamiento, el aislamiento del transformador principal se recuperará a corto plazo. Sin embargo, dado que el entorno en el que funciona el transformador principal es muy propicio para el crecimiento y reproducción de microorganismos, estos microorganismos residuales seguirán creciendo y multiplicándose con el paso de los años, lo que causará una disminución gradual en el aislamiento del transformador principal. (4) La pintura aislante a base de resina alquídica que contiene sustancias polares se disuelve en aceite. Bajo la acción del campo eléctrico, las sustancias polares experimentan una polarización por relajación dipolar. En el proceso de polarización alterna se consume energía, lo que hace que la pérdida dieléctrica del aceite aumente. Aunque la pintura aislante se somete a un proceso de curado antes de salir de fábrica, aún puede haber casos en que el tratamiento no sea completo. Después de que el transformador principal funciona durante un tiempo, la pintura aislante que no se ha tratado adecuadamente se disuelve gradualmente en el aceite, lo que hace que sus propiedades aislantes disminuyan poco a poco. El momento en que ocurren este tipo de defectos está relacionado con el grado de eficacia del tratamiento con pintura aislante; se pueden lograr ciertos resultados mediante uno o dos tratamientos de adsorción. (5) El aceite solo contiene agua e impurezas. Esta situación de contaminación no altera las propiedades básicas del aceite. La humedad puede eliminarse mediante métodos de secado; las impurezas pueden quitarse mediante filtración; el aire presente en el aceite puede eliminarse mediante vacío. (6) Uso combinado de dos o más tipos de aceite aislante de diferentes orígenes. Las propiedades del aceite deben cumplir con las normas establecidas; el aceite debe tener la misma densidad, la misma temperatura de solidificación, la misma viscosidad y un punto de inflamación similar. Además, la estabilidad del aceite después de su mezcla también debe ser adecuada. En el caso del aceite que se ha deteriorado tras su mezcla con otros aceites, como la calidad del aceite ha cambiado, se generan sustancias ácidas y lodos. Por lo tanto, es necesario utilizar métodos químicos de regeneración del aceite para separar estos productos deteriorados, a fin de recuperar sus propiedades originales. III. Aislamiento y características de los transformadores de resina seca. Los transformadores de resina seca (en este caso, aquellos con aislamiento de resina epoxi) se utilizan principalmente en lugares donde se exigen altos estándares de protección contra incendios. Como edificios altos, aeropuertos, tanques de combustible, etc. 1 Tipos de aislamiento con resina: Los transformadores con aislamiento de resina epoxi se pueden clasificar, según las características del proceso de fabricación, en tres tipos: los de colado al vacío con mezcla de arena de cuarzo y resina epoxi; los de colado al vacío reforzados con fibra de vidrio sin álcalis; y los de tipo envoltura impregnada con fibra de vidrio sin álcalis. (1) Aislamiento por colado al vacío de mezcla de arena de cuarzo epoxi. Este tipo de transformadores utiliza arena de cuarzo como material de relleno para la resina epoxi. Las bobinas, que ya han sido impregnadas con pintura aislante y envueltas en material aislante, se colocan dentro de un molde especial. Luego, bajo condiciones de vacío, se vierte sobre ellas una mezcla de resina epoxi y arena de cuarzo. Dado que el proceso de colada dificulta cumplir con los requisitos de calidad, como la presencia de burbujas residuales, la heterogeneidad local de la mezcla y las posibles grietas causadas por tensiones térmicas locales, estos transformadores aislados no son adecuados para entornos húmedos y calurosos ni para zonas donde hay grandes variaciones en la carga. (2) Aislamiento por inyección bajo vacío reforzado con fibra de vidrio epoxi sin álcalis. El refuerzo con fibra de vidrio epoxi sin álcalis consiste en utilizar una lana de fibra de vidrio sin álcalis como aislamiento para las capas intermedias de los devanados. El espesor de la capa aislante más externa suele ser de 1 a 3 mm; esta se mezcla con un compuesto de resina epoxi y luego se vierte bajo alto vacío para eliminar las burbujas de aire. Dado que el espesor del aislamiento es reducido, si el impregnado no se realiza adecuadamente, pueden formarse puntos de descarga parcial. Por ello, es necesario que la mezcla del compuesto sea completa, que la eliminación de burbujas bajo vacío sea exhaustiva, y que se controle adecuadamente la baja viscosidad del compuesto y la velocidad de vertido, a fin de garantizar una impregnación de alta calidad del bobinado durante el proceso. (3) Aislamiento por impregnación con fibra de vidrio sin álcalis. El transformador recubierto con fibra de vidrio sin álcalis se fabrica al mismo tiempo que se enrollan las bobinas del transformador; en este proceso, también se realiza el aislamiento entre las capas de las bobinas y su impregnación con resina. No se necesitan los moldes utilizados en los procesos de impregnación mencionados anteriormente. Sin embargo, es necesario que la viscosidad de la resina sea baja, y que durante el proceso de enrollado e impregnación no queden burbujas diminutas dentro de la resina. Características de aislamiento y mantenimiento de los transformadores de resina. El nivel de aislamiento de los transformadores de resina no difiere significativamente del de los transformadores con aceite como medio aislante. Lo importante son los indicadores relacionados con el aumento de temperatura en estos transformadores y con las descargas locales. (1) El nivel de aumento de temperatura promedio en los transformadores de resina es mayor que en los transformadores sumergidos en aceite. Por lo tanto, se requiere que los materiales aislantes tengan un grado de resistencia al calor más alto. Sin embargo, como el aumento de temperatura promedio no refleja la temperatura en los puntos más calientes de los devanados, si el grado de resistencia al calor del material aislante se determina únicamente en función de ese aumento promedio, o si se elige incorrectamente, o si el transformador de resina funciona bajo carga excesiva durante mucho tiempo, esto afectará la vida útil del transformador. Dado que el aumento de temperatura medido en los transformadores a menudo no refleja la temperatura en las zonas más calientes del mismo, es recomendable, siempre que sea posible, utilizar un termómetro por infrarrojos para verificar las zonas más calientes de los transformadores cuando estos están operando a su carga máxima. De esta manera, se puede ajustar de forma precisa la dirección y el ángulo de los sistemas de enfriamiento por ventiladores, con el fin de controlar el aumento local de temperatura y garantizar así el funcionamiento seguro del transformador. (2) La cantidad de descargas locales en los transformadores de resina está relacionada con factores como la distribución del campo eléctrico en el transformador, el grado de homogeneidad de la mezcla de resinas, y la presencia de burbujas o grietas en la resina. La cantidad de descargas locales afecta el rendimiento, la calidad y la vida útil de los transformadores de resina. Por lo tanto, la medición y verificación de la cantidad de descargas locales en los transformadores de resina constituye una evaluación integral de su proceso de fabricación y calidad. Es necesario realizar pruebas de medición de las descargas locales durante la entrega y recepción de los transformadores de resina, así como después de sus reparaciones. A partir de los cambios en las cantidades de descargas locales, se puede evaluar la estabilidad de su calidad y rendimiento. Con la creciente aplicación de los transformadores secos, al elegir un transformador es necesario comprender claramente su estructura técnica, el diseño del aislamiento y su configuración. Se deben seleccionar productos cuyo proceso de producción y sistema de garantía de calidad sean adecuados, cuya gestión de producción sea rigurosa y cuyas prestaciones técnicas sean fiables. De esta manera, se asegura la calidad del producto y su vida útil térmica, lo que permite mejorar tanto la operación segura del transformador como la fiabilidad del suministro eléctrico. IV. Factores que afectan las fallas de aislamiento en los transformadores
Los principales factores que influyen en el rendimiento del aislamiento de los transformadores son: la temperatura, la humedad, el método de protección del aceite y los efectos de las sobretensiones, entre otros. 1. Efecto de la temperatura: Los transformadores eléctricos tienen aislamiento en aceite y papel. En diferentes temperaturas, existe una curva de equilibrio diferente para el contenido de agua en el aceite y en el papel. En general, a medida que la temperatura aumenta, la humedad presente en el papel tiende a precipitarse en el disolvente. Por el contrario, el papel absorbe la humedad presente en el aceite. Por lo tanto, cuando la temperatura es alta, el contenido de agua en el aceite aislante del transformador es mayor; por el contrario, cuando la temperatura es baja, ese contenido es menor. A diferentes temperaturas, el grado en que la celulosa se desenrolla y sus cadenas se rompen, acompañado de la generación de gases, varía. A una temperatura determinada, la velocidad de generación de CO y CO₂ es constante; es decir, el contenido de gases CO y CO₂ en el aceite tiene una relación lineal con el tiempo. A medida que la temperatura aumenta, la tasa de producción de CO y CO₂ tiende a incrementarse de manera exponencial. Por lo tanto, el contenido de CO y CO₂ en el aceite está directamente relacionado con el envejecimiento térmico del papel aislante. Los cambios en estos contenidos pueden utilizarse como uno de los criterios para determinar si existe alguna anomalía en las capas de papel dentro de los transformadores sellados. La vida útil del transformador depende del grado de envejecimiento del aislamiento, y este a su vez depende de la temperatura de funcionamiento. En el caso de los transformadores sumergidos en aceite, bajo carga nominal, la temperatura promedio de los devanados es de 65 °C, mientras que la temperatura en el punto más caliente es de 78 °C. Si la temperatura ambiental promedio es de 20 °C, entonces la temperatura en el punto más caliente será de 98 °C. A esta temperatura, el transformador puede funcionar durante 20–30 años. Sin embargo, si el transformador funciona sobrecargado, la temperatura aumenta, lo que acorta su vida útil. La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) considera que, en los transformadores con aislamiento de clase A, dentro del rango de temperaturas de 80 a 140 °C, cada aumento de 6 °C en la temperatura hace que la vida útil efectiva del aislamiento del transformador se reduzca a la mitad. Esta es la llamada “regla de los 6 °C”. Esto significa que las restricciones relacionadas con el calor son ahora más estrictas que las establecidas anteriormente por la “regla de los 8 °C”. 2. Efecto de la humedad: La presencia de agua acelera la degradación de la celulosa del papel. Por lo tanto, la generación de CO y CO₂ también está relacionada con el contenido de humedad en los materiales celulósicos. Cuando la humedad es constante, cuanto mayor sea el contenido de agua, más CO₂ se liberará durante la descomposición. Por el contrario, cuanto menor sea el contenido de agua, más CO se producirá durante la descomposición. La pequeña cantidad de humedad presente en el aceite aislante es uno de los factores importantes que afectan las propiedades aislantes. La presencia de pequeñas cantidades de agua en el aceite aislante causa un daño significativo en las propiedades eléctricas y físico-químicas del material aislante. El agua puede hacer que disminuya la tensión de descarga por chispa del aceite aislante, además de aumentar el factor de pérdida dieléctrica tgδ. Esto acelera el envejecimiento del aceite aislante y deteriora sus propiedades aislantes. El contacto de los equipos con la humedad no solo reduce la fiabilidad y la vida útil de los dispositivos eléctricos, sino que también puede causar daños en ellos e incluso poner en peligro la seguridad personal. Efecto del método de protección con aceite: La presencia de oxígeno en el aceite del transformador acelera las reacciones de descomposición del aislante. El contenido de oxígeno está relacionado con el método de protección utilizado para el aceite. Además, los diferentes métodos de protección del tanque provocan diferencias en la disolución y difusión del CO y el CO₂ en el aceite. Dado que la solubilidad del CO es baja, este puede difundirse fácilmente hacia el espacio por encima del aceite en los transformadores abiertos. Por lo tanto, en general, la fracción volumétrica de CO en estos transformadores no supera los 300x10-6. En los transformadores sellados, como el nivel de aceite está aislado del aire, el CO y el CO₂ no se evaporan fácilmente; por eso su contenido es elevado. 4 Efectos de la sobretensión ① Efectos de la sobretensión transitoria. En el funcionamiento normal del transformador trifásico, la tensión entre fases y tierra es del 58% de la tensión entre fases. Sin embargo, en caso de una falla monofásica, la tensión en el aislamiento principal aumentará un 30% en los sistemas con punto neutro conectado a tierra, y un 73% en los sistemas sin punto neutro conectado a tierra. Esto puede causar daños al aislamiento. ② Efectos de la sobretensión por rayos. La sobretensión causada por los rayos, debido a la forma abrupta de su onda, provoca una distribución muy desigual de la tensión en los aislamientos longitudinales (entre espiras, entre capas paralelas y en general en todo el aislamiento). Esto puede dejar marcas de descarga en los aislamientos, lo que a su vez daña el aislamiento sólido. ③ Efectos de la sobretensión operativa. Dado que la forma de onda de la sobretensión de operación es bastante suave, la distribución de la tensión es aproximadamente lineal. Cuando la onda de sobretensión se transfiere de un devanado a otro, lo hace en proporción directa al número de espiras entre esos dos devanados. Esto puede causar el deterioro o daño del aislamiento principal o del aislamiento entre fases. 5. Efecto de la fuerza eléctrica en caso de cortocircuito: La fuerza eléctrica que se genera cuando hay un cortocircuito en las salidas puede causar que los devanados del transformador se deformen y que los conductores se desplacen. Esto altera la distancia de aislamiento existente, lo que provoca el calentamiento del aislante. Esto acelera su envejecimiento o puede causar daños que conduzcan a descargas eléctricas, arcos eléctricos y fallos por cortocircuito. En resumen, conocer las propiedades aislantes de los transformadores eléctricos y llevar a cabo un mantenimiento adecuado tiene una influencia directa en el funcionamiento seguro de estos dispositivos, en su vida útil y en la fiabilidad del suministro de energía. Los transformadores eléctricos son equipos importantes y cruciales en los sistemas eléctricos. Por lo tanto, quienes se encargan de su operación y mantenimiento, así como sus administradores, deben comprender y dominar la estructura aislante de los transformadores, las propiedades de los materiales utilizados, la calidad de los procesos de fabricación, los métodos de mantenimiento y las técnicas de diagnóstico científico. Solo así se puede garantizar la eficiencia en el uso de los transformadores, su vida útil y la fiabilidad del suministro de energía. http://bbs.bjx.com.cn/data/attachment/forum/201611/03/13240151ecchb158w2ehe1.jpg