Como componente clave en el sistema de transmisión y transformación de corriente alterna (CA) de la industria eléctrica, el transformador de condensadores de papel y aceite tiene la gran responsabilidad de transmitir energía eléctrica. En el rango de tensión media de 60 a 110 kV, este tipo de transformador desempeña un papel vital. Su estructura básica es de inmersión en aceite; es decir, el devanado y el núcleo del transformador están sellados en un tanque de hierro, al que se inyecta aceite aislante. La conexión entre el cuerpo del transformador y la línea de transmisión y transformación externa depende del buje del transformador de condensadores de papel y aceite instalado en la tapa de la caja. Este buje no solo transmite la corriente, sino que también es un componente clave para garantizar el funcionamiento seguro del sistema.
El buje, como dispositivo de salida de corriente, debe tener la rigidez dieléctrica especificada y una resistencia mecánica suficiente. Su parte superior está en contacto con el aire externo o el dispositivo de salida de cable, la parte central está firmemente montada en el dispositivo de medición o la brida de la tapa de la caja, y la parte inferior está sumergida en el aceite interno del tanque. Cabe destacar que debe mantenerse una cierta distancia de aislamiento entre la parte activa del buje inferior y la parte conectada a tierra, como la pared del tanque, la brida y la abrazadera del núcleo. Esta distancia se establece según la tensión de prueba del transformador y aumenta con el incremento del nivel de tensión. Además, el tamaño de la distancia de aislamiento también está estrechamente relacionado con la estructura de la parte activa del buje y la forma de la parte conectada a tierra. Especialmente para niveles de tensión superiores a 60 kV, el extremo inferior del buje suele estar equipado con una bola de calibración con bordes redondeados, mientras que la forma de la parte conectada a tierra puede incluir diversas formas, como esquinas afiladas, arcos o planos.
El anillo de calibración en la parte superior del buje del transformador se instala normalmente en la parte superior del buje aislante y tiene la forma de un anillo anular de acero. ¿Cuál es la función principal de este dispositivo?
Dado que la distribución de voltaje de un aislador suele ser desigual al ser alcanzado por un rayo, la mayor parte de la caída de voltaje se concentra en una distancia muy corta cerca del extremo impactado. Esto significa que la rigidez dieléctrica de esta zona debe ser muy alta; de lo contrario, una vez que se produce una descarga local, esta distribución desigual de voltaje afectará a la siguiente sección del aislador. La situación se agrava a medida que aumenta la longitud de la descarga del aislador. Sin embargo, aumentar la rigidez dieléctrica conlleva un incremento significativo del coste. Para solucionar este problema, se puede instalar un anillo de compensación de voltaje en la cabeza del aislador (es decir, la parte impactada por el rayo). El anillo de compensación de voltaje utiliza su efecto de inductancia para equilibrar la corriente capacitiva a tierra, de modo que la sobretensión del rayo se distribuya de forma relativamente uniforme. De esta manera, se puede aprovechar al máximo toda la longitud del aislador para resistir el impacto del rayo, mejorando así la distribución del campo eléctrico y evitando una intensidad de campo excesiva en puntos específicos.
¿Cómo optimizar la bola ecualizadora de voltaje en la parte inferior del buje del transformador y el efecto sinérgico del elevador?
Como elemento fundamental de la red eléctrica, el buje del transformador desempeña un papel vital como puente entre la energía y el transformador. En cada eslabón de la transmisión de energía, la estabilidad del buje afecta directamente la seguridad del transformador e incluso de toda la red eléctrica. En un entorno de alta tensión, la falla del aislamiento del transformador se convierte en el peligro oculto más común, por lo que es particularmente urgente analizar en profundidad el problema del aislamiento dentro del buje. Actualmente, la investigación sobre el aislamiento del buje se centra en su propia resistencia de tensión, pero rara vez se combina con el transformador. Sin embargo, el buje se instala finalmente en el transformador, y su entorno operativo real es muy diferente al de las pruebas realizadas de forma aislada. Por lo tanto, es necesario combinar el buje con el elevador del transformador para explorar conjuntamente la distribución del campo eléctrico dentro del buje, con el objetivo de mejorar la fiabilidad de su aislamiento y lograr un diseño ligero del elevador.
Basándose en la teoría de la ruptura del aceite de transformador, algunos estudios han explorado en profundidad las características de distribución del campo eléctrico alrededor de la bola ecualizadora de voltaje en el extremo del buje. Este estudio no solo introduce en detalle la teoría clave en el diseño del aislamiento de transformadores, la teoría del volumen de aceite, sino que también propone un método de cálculo para la intensidad de campo admisible en el diseño del aislamiento interno del transformador. Tomando como objeto de estudio la bola ecualizadora del buje de alta tensión y el asiento del elevador del transformador de 220 kV de State Grid, este artículo utiliza dos tecnologías de simulación de campo eléctrico, a saber, el método de carga superficial y el método de elementos finitos, para realizar un análisis detallado. A partir del cálculo preciso de la intensidad de campo superficial de la bola ecualizadora, el artículo se centra en los factores que afectan a la intensidad de campo, especialmente el filete de la bola ecualizadora y el espesor de la cubierta de aislamiento superficial. Al mismo tiempo, en combinación con la viabilidad de fabricación real, se propone un esquema de optimización para el filete y el espesor de la cubierta de aislamiento. Además, este estudio también explora el diseño de miniaturización del diámetro del asiento del elevador. El método de elementos finitos se utiliza para calcular en detalle el cambio del campo eléctrico en la superficie de la bola de compensación tras la reducción del diámetro del asiento del elevador, y se determina la intensidad de campo admisible en combinación con la teoría del volumen de aceite para garantizar un margen de seguridad suficiente. Finalmente, el esquema de optimización se aplica al buje de transformador real de 220 kV, y se realizan pruebas de aislamiento por separado y completamente ensambladas en el transformador, todas ellas exitosas, verificando así la eficacia del esquema de optimización. Esta solución comienza con el biselado de la bola de compensación de tensión y el recubrimiento de aislamiento superficial, lo que reduce eficazmente el diámetro del asiento del elevador, ahorrando costes de fabricación y proporcionando además una referencia y guía útil para la selección del tamaño del asiento del elevador del buje de tensión correspondiente en el futuro. Para pruebas de aislamiento de alta tensión, anillos de compensación de tensión de alta tensión y pruebas de resistencia al aislamiento, póngase en contacto con Shanghai DEMIKS Power Technology Co., Ltd. Correo electrónico de contacto: contact@demikspower.com
Elementos completos para pruebas de alta tensión en aisladores pasantes de alta tensión
(Clasificado en Pruebas de Fábrica, Pruebas de Entrega y Pruebas Preventivas, incluyendo elementos básicos como la prueba de resistencia a la tensión con anillo de clasificación y la medición de descargas parciales)
Productos aplicables: Aisladores pasantes de transformadores sumergidos en aceite , aisladores pasantes GIS, aisladores pasantes de pared, aisladores pasantes de transformadores de medida (35 kV/110 kV/220 kV/500 kV). Normas aplicables: GB/T 4109, DL/T 596, DL/T 1476.
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Inspección visual general y pruebas preliminares básicas (requisito previo para todas las pruebas)
Inspección visual, dimensional y del conjunto del anillo de clasificación: Compruebe si el aislante de porcelana del buje presenta grietas, daños o fugas de aceite; confirme que el sellado de la brida esté intacto; asegúrese de que el anillo de clasificación sea concéntrico, esté libre de rebabas y esté correctamente montado para eliminar los riesgos de descarga corona en los bordes afilados.
Prueba de aceite aislante (exclusiva para bujes sumergidos en aceite). Las pruebas incluyen la pérdida dieléctrica del aceite aislante, la tensión de ruptura, el contenido de humedad y el análisis cromatográfico.
Prueba de resistencia de aislamiento (prueba con megóhmetro): utilice un megóhmetro de 2500 V / 5000 V.
- Medición de pérdidas dieléctricas y capacitancia (prueba básica obligatoria con la máxima sensibilidad para la identificación de defectos).
Sujetos de prueba: Aislamiento principal del buje, aislamiento de la pantalla final. Elementos: Factor de pérdida dieléctrica tanδ del aislamiento principal + capacitancia Cₓ
III. Prueba de resistencia a la tensión de frecuencia industrial (Prueba de resistencia al aislamiento integral equipada con anillo de calibración, el elemento mencionado anteriormente)
Prueba de resistencia a frecuencia de potencia de corta duración (prueba de resistencia de 1 minuto)
Conecte el terminal de alta tensión del transformador de prueba al anillo de calibración en la parte superior del buje; conecte a tierra de forma segura la brida y la pantalla final. Procedimiento de aumento de tensión: Aumente la tensión a una velocidad uniforme; reduzca la velocidad de aumento después de alcanzar el 75 % de la tensión de prueba; mantenga la tensión nominal de resistencia durante 60 segundos. Criterios de aceptación: Sin ruptura dieléctrica, sin descarga superficial, sin ruido anormal evidente y sin aumento repentino de la corriente de fuga.
Prueba de resistencia a la descarga fulminante en seco y en húmedo (prueba de tipo de fábrica)
Simule condiciones de funcionamiento con lluvia y contaminación para verificar el comportamiento ante fugas del aislamiento exterior del buje. Obligatorio para bujes pasamuros y de transformadores en exteriores.
2. Prueba de descarga parcial (PD) (Prueba obligatoria de alta tensión para aisladores pasantes de 110 kV o superior)
Medición de descargas parciales a frecuencia industrial (con anillo de calibración instalado)
Aplique tensión de pretensado y tensión de medición, y supervise continuamente la magnitud de la descarga parcial en pC durante toda la prueba. Método de cableado: Conecte alta tensión a la varilla conductora del buje y al anillo de nivelación; el detector de descarga parcial adquiere señales de la pantalla final. Criterios de aceptación: 110 kV: ≤10 pC; 220 kV: ≤5 pC; 500 kV: ≤3 pC Funciones: Detecta huecos de aire internos, delaminación del aislamiento, rebabas metálicas y descarga de distorsión del campo eléctrico causada por el montaje excéntrico del anillo de nivelación.
3. Prueba de resistencia al impulso de rayo (Prueba de tipo / Prueba de rutina de fábrica)
Aplique impulsos de onda completa (1.2/50 μs) e impulsos de onda recortada para verificar la capacidad del aislador pasamuros de soportar sobretensiones por rayos. Obligatorio para plantas de fabricación de alta tensión.
Prueba de resistencia a la tensión continua / Medición de la corriente de fuga (común en pasamuros de papel impregnado en aceite y pasamuros para cables tradicionales)
Conecte el generador de CC de alto voltaje al anillo de calibración en la parte superior del buje; aumente el voltaje gradualmente y registre la corriente de fuga en cada etapa. Compare las diferencias de corriente de fuga entre las tres fases bajo el mismo voltaje. Una diferencia de fase superior al 50 % indica un aislamiento amortiguado o degradado. Nota: Se prefiere la prueba de resistencia a la frecuencia industrial para bujes nuevos de epoxi y compuestos; la prueba de CC se utiliza únicamente como método de diagnóstico auxiliar.
