Hola a todos, gracias por venir a conversar sobre una de las preguntas más comunes que recibimos aquí en el laboratorio de transformadores de prueba de CA CC de tipo seco: ¿cuál es el límite de aumento de temperatura real para estas unidades? Si alguna vez ha trabajado con equipos de prueba de alto voltaje, sabrá que los picos de temperatura no son sólo un inconveniente menor; pueden afectar el rendimiento, acortar la vida útil de los componentes e incluso causar problemas de seguridad en el futuro. Como alguien que ha estado vendiendo y brindando soporte a estos transformadores durante años, he visto de primera mano lo confuso que puede ser este límite para las personas que están acostumbradas a alternativas de tipo aceite. Analicemos esto sin toda la jerga, lo prometo.
En primer lugar, aclaremos qué es un transformador de prueba de tipo seco, ya que esa es la base aquí. A diferencia de las unidades llenas de aceite (probablemente haya visto enlaces para cosas como el probador de hipot AC DC de transformador tipo aceite, que son excelentes para aplicaciones específicas pero no de tipo seco), estas usan aire o aislamiento sólido en lugar de aceite mineral para enfriamiento y rigidez dieléctrica. Eso significa que sus límites de temperatura están vinculados directamente a los materiales aislantes con los que están construidos: no hay aceite que actúe como amortiguador contra el calor.
La mayoría de los transformadores de tipo seco para pruebas de CA CC utilizan aislamiento Clase F o Clase H, ¿verdad? Espere, un resumen rápido de las clases de aislamiento porque esto es decisivo: la clase A es de la vieja escuela (papel, algodón), la temperatura máxima aumenta 60 °C con respecto a la temperatura ambiente; La clase F son materiales sintéticos como resina epoxi, mica, aumento máximo de 105 °C; La clase H es aún más alta: caucho de silicona o epoxi avanzado, aumento máximo de 125 °C. Por cierto, la temperatura ambiente suele ser los 40 °C estándar que utilizamos para las pruebas de equipos eléctricos, por lo que sumar el aumento da la temperatura de funcionamiento total. Pero aquí es donde las cosas se vuelven complicadas específicamente para los transformadores de prueba: estas unidades no funcionan en estado estable como un transformador de potencia. Estamos hablando de pruebas breves y de alto voltaje: de minutos a horas, no 24 horas al día, 7 días a la semana. Entonces, ¿eso cambia el límite?
Según nuestras pruebas de laboratorio y estándares de la industria (los abordaré más adelante), la respuesta es un rotundo "sí, pero no tanto como podría pensar". Los transformadores de potencia pueden soportar temperaturas adicionales para ráfagas cortas porque están diseñados para uso continuo, pero los transformadores de prueba se ven presionados con fuerza en ventanas cortas, por lo que la clase térmica de aislamiento aún rige el límite seguro. Por ejemplo, un transformador de prueba de tipo seco Clase F: si la temperatura ambiente es de 40 °C, la temperatura total máxima es de 155 °C, entonces, ¿el aumento no puede exceder los 115 °C? Espera, no... espera, no, estoy confundiendo la temperatura total con el aumento. Permítanme corregir eso: la norma IEC 60076-12 (para transformadores de potencia de tipo seco) y IEC 60450 (para transformadores de prueba) especifican que la medición del aumento de temperatura se realiza mediante resistencia (para devanados) o sensor (para núcleo). Para aislamiento Clase F, el límite de aumento de temperatura del devanado para transformadores de prueba es 80°C sobre 40°C ambiente. Eso da un total de 120 °C, que está muy por debajo del total máximo de Clase F de 155 °C, por lo que hay un amortiguador de seguridad incorporado. La Clase H es un aumento de 105 °C sobre 40 °C, un total de 145 °C, que todavía está por debajo del máximo de 180 °C de Clase H.
Ahora bien, ¿por qué esto es importante para alguien en el mercado? Si está comprando un transformador de prueba de tipo seco, escatimar en la clase de aislamiento para ahorrar dinero provocará un sobrecalentamiento durante las pruebas. Hace un par de años tuve un cliente que utilizó un aislamiento Clase B de grado inferior (que tiene un aumento total de 80 °C, no 80 °C sobre la temperatura ambiente) en una unidad de prueba para sus pruebas de hipotensión de CA de 100 kV. Después de 15 minutos de pruebas continuas, el devanado alcanzó los 170 °C, muy por encima del total de Clase F, por no hablar de su Clase B barata. El aislamiento se agrietó, tuvieron que reemplazar todo el transformador y no cumplieron con el plazo del proyecto. Ese es el tipo de dolor de cabeza que queremos ayudarle a evitar.
Otro punto: los transformadores de tipo seco no tienen ese enfriamiento natural proveniente de la convección del aceite, por lo que dependemos del aire forzado o incluso de la convección natural. Si la configuración de su prueba se realiza en un espacio pequeño y cerrado sin flujo de aire, el aumento de temperatura será superior al límite nominal. Siempre recomendamos a los clientes que revisen su entorno de prueba: la ventilación es clave. Compare esto con las unidades de tipo aceite, donde incluso un espacio ligeramente congestionado podría estar bien porque el aceite disipa mejor el calor, como las opciones de transformadores de prueba de CA con cilindro aislante sumergido en aceite con las que trabajamos. Pero el tipo seco es diferente, por lo que el medio ambiente juega un papel más importante aquí.
Espere, hablemos de la duración de la prueba porque es específica de los transformadores de prueba de CA CC, no de los de potencia normales. Cuando se realiza una prueba de hipot, suele ser de 1 minuto para equipos de bajo voltaje, 5 minutos para equipos de alto voltaje, tal vez más para algo como cables o transformadores bajo prueba. Nuestras unidades de tipo seco están clasificadas para eso, por lo que durante esa breve prueba, el aumento de temperatura es transitorio, no estable. ¿Eso nos permite doblar el límite? Los organismos de la industria como IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos) dicen que para sobrecargas transitorias (que es lo que son las pruebas), puede exceder el aumento nominal por un corto tiempo, pero solo si no eleva la temperatura total más allá del máximo del aislamiento. Por ejemplo, una unidad Clase F con un aumento nominal de 80°C: si durante una prueba de 10 minutos, el aumento alcanza los 90°C, eso es 130°C en total, aún por debajo de 155°C, por lo que es totalmente seguro. Pero si alcanza los 110°C en total, es una señal de alerta, incluso si la prueba solo duró 10 minutos.
Hemos realizado toneladas de pruebas en nuestro propio taller para respaldar esto. El año pasado, tuvimos un cliente que necesitaba un transformador de prueba de CC de 150 kV para el equipo de su subestación. Estaban preocupados por el calor porque estaban probando casquillos grandes que consumían mucha corriente. Recomendamos nuestra unidad estándar de tipo seco Clase H, que tiene un límite de aumento de 105°C. Realizamos varias pruebas a 150 kV CC durante 20 minutos cada una, monitoreamos la temperatura del devanado con sensores de resistencia: el aumento máximo fue de 98 °C, la temperatura total de 138 °C, que estaba dentro del máximo del aislamiento. No hubo problemas, lo han usado todos los meses desde entonces.
Ahora bien, ¿qué pasa con otros tipos de transformadores de prueba de alto voltaje sólo para dar contexto? Probablemente haya visto el enlace de transformador de prueba de alto voltaje sin SF6 PD de 150 kV que ofrecemos; estos utilizan gas hexafluoruro de azufre como aislamiento, por lo que sus límites de temperatura también son diferentes, ya que el enfriamiento del gas es más consistente que el aire. Pero el tipo seco sigue siendo la opción ideal para aplicaciones donde el petróleo o el gas pueden ser un peligro, como laboratorios de pruebas interiores donde las fugas pueden ser un problema, o áreas con regulaciones ambientales estrictas sobre la eliminación de petróleo.
Otra pregunta común: ¿se puede obtener un límite de aumento de temperatura personalizado? Por ejemplo, si necesita una unidad para pruebas muy cortas (30 segundos), ¿podemos aumentar el aumento? Técnicamente sí, pero debemos asegurarnos de que no comprometa la vida útil del aislamiento. Incluso si la prueba es de sólo 30 segundos, cada vez que sobrecalientas el aislamiento, estás acelerando su envejecimiento. La vida útil del aislamiento está inversamente relacionada con la temperatura: por cada 10 °C por encima del total nominal, la vida útil se reduce a la mitad. Por lo tanto, incluso una prueba breve de exceso de temperatura de 20 °C reduciría la vida útil del aislamiento en un 50 % con el tiempo. Es por eso que nos atenemos a los límites estándar a menos que se trate de una verdadera emergencia, e incluso entonces, lo desaconsejamos.
También mencionemos por qué el tipo seco es mejor que el tipo aceite para algunos usuarios, lo que se relaciona con la conversación sobre el límite de temperatura. Los transformadores de tipo aceite (como el probador de voltaje de alta resistencia CA CC de transformador tipo aceite) generalmente tienen un aumento de temperatura máximo más bajo: alrededor de 55 °C sobre la temperatura ambiente para aislamiento de aceite Clase A. Pero necesitan pruebas de aceite y mantenimiento regulares y pueden tener fugas. El tipo seco no necesita aceite, por lo que requiere poco mantenimiento, es más seguro en interiores y es más fácil de mover. La desventaja es que su límite de aumento de temperatura es un poco más alto, pero la tecnología de aislamiento moderna (Clase H, epoxi avanzado) ha cerrado esa brecha en gran medida.
Ahora, no quiero lanzarle demasiados estándares, pero si está haciendo su propia investigación, los claves son: IEC 60076-12 (Transformadores de potencia de tipo seco), IEC 60450 (Medición del aumento de temperatura en transformadores), IEEE C57.12.90 (Código de prueba para transformadores de tipo seco). Estas normas describen exactamente cómo medir el aumento de temperatura (método de resistencia para devanados, termopares para núcleos y devanados) y los límites basados en la clase de aislamiento.
Espera, seamos prácticos por un segundo. Cuando reciba de nuestra parte un transformador de prueba de tipo seco, la hoja de datos indicará el aumento de temperatura nominal para su clase de aislamiento. Por ejemplo, nuestras unidades Clase F tienen un aumento de 80°C, las Clase H tienen 105°C. Para verificar si está dentro de los límites, simplemente mida la temperatura ambiente donde está probando, agregue el aumento y asegúrese de que esté por debajo de la temperatura total máxima del aislamiento. Si lo está usando para pruebas de alta tensión de CA y CC, puede usar un multímetro para medir la resistencia del devanado antes y después de la prueba; el aumento de temperatura se calcula a partir del cambio de resistencia (ya que la resistencia aumenta con la temperatura). Esa es una forma sencilla y sencilla de verificar.
Errores comunes que comete la gente: 1) Usar la temperatura ambiente en el momento equivocado, como medirla en la mañana antes de la prueba, pero el laboratorio se calienta durante el día, por lo que es necesario tomarla durante la prueba. 2) Ignorar el aire forzado: si su transformador tiene un ventilador para enfriar, asegúrese de que esté funcionando durante la prueba, sin excepciones. 3) Usar una clase de aislamiento inferior a la que requiere su prueba. Hemos tenido clientes que intentaron ahorrar un 10% en un transformador pasando a Clase B, solo para fallar en la primera prueba de alto voltaje. Eso no es un ahorro, es un error costoso.
Hablemos de un ejemplo reciente que muestra por qué esto es importante. Un cliente de fabricación se acercó el mes pasado y necesitaba un transformador de tipo seco para probar sus nuevos cables de alimentación. Tenían un presupuesto ajustado, por lo que buscaron una unidad en línea sin nombre con publicidad de "bajo aumento de temperatura". Cuando realizaron su primera prueba de hipotensión de CA de 5 minutos, la temperatura del devanado se disparó a 160 °C, muy por encima del máximo de 155 °C de la Clase F. El aislamiento empezó a derretirse un poco y, cuando lo comprobaron al día siguiente, había una pequeña marca de descarga en el devanado. Terminaron comprando nuestra unidad de tipo seco Clase F de nivel medio, que tenía un aumento nominal de 80°C. Nuestras pruebas mostraron que con su voltaje de prueba de 50 kV, el aumento de temperatura fue de 72 °C, un total de 112 °C; no hubo problemas y ha estado funcionando sin problemas durante un mes.
Ahora, si está buscando un transformador de prueba de CA CC de tipo seco, esto es lo que debe buscar en términos de límites de temperatura: primero, confirme la clase de aislamiento (F o H es el estándar ahora, evite cualquier valor inferior). En segundo lugar, verifique el aumento de temperatura nominal del fabricante; asegúrese de que esté alineado con los estándares de la industria. En tercer lugar, pregunte sobre su diseño de enfriamiento (aire forzado versus natural) y si tienen funciones de monitoreo de temperatura (como sensores incorporados que se apagan si la temperatura sube demasiado). Incluimos sensores térmicos en todas nuestras unidades como característica de seguridad: activarán una alarma si el aumento excede el 90 % del límite y se apagarán al 105 %, para que no tenga que preocuparse por el sobrecalentamiento incluso si algo sale mal.
Espera, ¿deberíamos hablar de tecnología antigua y nueva? Hace una década, la Clase F era la mejor para los transformadores de prueba de tipo seco, pero la Clase H es más común ahora porque es más duradera, soporta temperaturas más altas y no cuesta mucho más. El límite de aumento de temperatura para la Clase H es de 105 °C, lo que le brinda más margen durante pruebas largas o de alta corriente. Entonces, si realiza pruebas regularmente durante 1 hora, la clase H vale la inversión adicional para el buffer de temperatura.
Otro punto: los diferentes tipos de pruebas afectan el aumento de temperatura. Las pruebas de alta tensión de CC generalmente consumen menos corriente que las de CA, por lo que el aumento de temperatura es menor. Las pruebas resonantes (que utilizan sistemas como el sistema de prueba resonante del cilindro de aislamiento de CA) pueden tener una corriente más alta, por lo que el aumento de temperatura puede ser mayor. Si está utilizando su transformador con un sistema resonante, querrá una unidad Clase H para manejar ese calor adicional.
Sé que esto fue mucho, pero la conclusión clave es: el límite de aumento de temperatura para un transformador de prueba de CA CC de tipo seco no es un número aleatorio; está vinculado directamente a su clase de aislamiento, sigue estrictos estándares de la industria y depende de su entorno y configuración de prueba. No existe una solución única para todos, pero seguir el aislamiento Clase F o H, seguir el aumento nominal y asegurarse de tener una ventilación adecuada mantendrá su transformador funcionando de forma segura y durante años.
Si aún no está seguro de qué unidad es la adecuada para sus necesidades o desea obtener más detalles sobre las pruebas de temperatura, no dude en comunicarse con nosotros. Hemos ayudado a cientos de clientes a elegir el transformador adecuado para su configuración de prueba y podemos guiarlo a través de todo, desde la clase de aislamiento hasta el enfriamiento y los límites de aumento de temperatura. No permita que una mala elección le lleve a una avería costosa: charlemos y encontremos la opción perfecta para usted.
Referencias:
- IEC 60076-12: Transformadores de potencia. Parte 12: Transformadores de potencia de tipo seco.
- IEC 60450: Medición del aumento de temperatura en transformadores.
- IEEE C57.12.90: Código de prueba estándar para transformadores de potencia y distribución de tipo seco
- NEMA SG-4: Directrices para la aplicación de transformadores de tipo seco en instalaciones comerciales e industriales
