Transformadores de distribución de prueba sumergidos en aceite, con potencias de 50 kVA a 3000 kVA

Ⅰ. Características del producto

1. Como equipo fundamental para las pruebas de rendimiento del aislamiento en los sistemas eléctricos, las características de los transformadores de prueba se centran en cuatro aspectos: capacidad de salida de alta tensión, precisión en el control, seguridad y fiabilidad, y adaptabilidad al entorno, al tiempo que integran la innovación en los materiales y la tecnología inteligente. A continuación se presenta un análisis sistemático de sus características principales:

①El equilibrio perfecto entre la salida de alta tensión y el rendimiento del aislamiento

Los transformadores de ensayo pueden proporcionar una tensión de salida por unidad que oscila entre 10 kV y 750 kV, y es posible alcanzar tensiones más elevadas mediante una estructura de excitación en serie (por ejemplo, 3 unidades de 150 kV en serie para alcanzar los 450 kV). El transformador de ensayo de tipo cilíndrico aislado cuenta con una carcasa cilíndrica moldeada en epoxi y un diseño de aislamiento total, con una tensión máxima por unidad de 750 kV, lo que satisface las necesidades de ensayo de los equipos de ultraalta tensión.

②Innovación media: Los transformadores de ensayo con aislamiento de gas utilizan gas SF₆ como aislante, con una resistencia dieléctrica 2,5 veces superior a la del aire, una cantidad de descargas parciales ≤ 5 pC y no requieren mantenimiento.

③Baja impedancia y alta estabilidad: La impedancia del sistema del transformador de ensayo de tipo cilindro aislado es ≤ 5%, lo que cumple los requisitos de baja impedancia de los ensayos de contaminación de CA; la tensión de impedancia del transformador de ensayo sumergido en aceite es ≤ 10%, lo que garantiza que la tasa de distorsión de la forma de onda de tensión durante el ensayo sea < 1%.

2.Control preciso y capacidad de pruebas inteligentes

①5Pruebas automatizadas: Los transformadores de prueba controlados por ordenador permiten el aumento automático de la tensión, la medición del tiempo de resistencia a la tensión, la reducción de la tensión a cero y cuentan con protección integrada contra sobrecorriente (alta tensión/baja tensión) y sobretensión, además de poder mostrar parámetros como la tensión, la corriente y el tiempo en tiempo real.

②Registro y análisis de datos: Equipado con una impresora térmica de alta velocidad y una interfaz RS232, puede generar informes de pruebas y subirlos a la plataforma del Internet de las cosas para llevar a cabo diagnósticos remotos y análisis de datos.

③Conectas a tierra múltiples: La carcasa del transformador, el extremo de alta tensión y la caja de control deben estar conectados a tierra de forma fiable. Durante las pruebas en serie, la carcasa del transformador secundario se aísla mediante un soporte aislante.

④Protección rápida: El transformador de ensayo de tipo cilíndrico aislado incorpora un dispositivo electrónico de protección rápida que corta el suministro eléctrico en menos de 0,1 segundos cuando se produce una ruptura en el objeto de ensayo, y su velocidad de respuesta es cinco veces mayor que la de los sistemas de protección mecánicos tradicionales.

3.Un gran avance en diseño modular y portabilidad

①Estructura de la serie: Se pueden combinar de forma flexible varios transformadores de ensayo de una sola unidad (por ejemplo, 3 unidades de 100 kV) para formar un sistema de ensayo de 300 kV, lo que permite cumplir los requisitos de tensión de resistencia de los objetos de ensayo de gran capacidad (como cables y equipos GIS).

②Compatibilidad con varios voltajes: Los transformadores de prueba ligeros permiten una conmutación rápida entre tres niveles de tensión (10 kV/35 kV/50 kV) mediante bobinados con tomas y la conmutación de barras de cobre externas, sin necesidad de desmontaje ni ajuste.

③Diseño con aislamiento de gas: El aislamiento con gas SF₆ reduce el volumen y el peso en un 40%-65% en comparación con los transformadores sumergidos en aceite del mismo tipo. Por ejemplo, un transformador de prueba de 100 kV con aislamiento de gas pesa solo 80 kg y puede ser transportado por una sola persona.

④Estructura de tipo seco: El transformador de prueba de tipo seco con aislamiento de resina epoxi moldeada al vacío pesa ≤ 150 kg, permite su transporte en vehículo y es adecuado para realizar pruebas in situ sobre el terreno.

II. Ventajas del producto

1.Adaptabilidad ambiental y adaptación a escenarios complejos

①Diseño de reducción de potencia a gran altitud: Por cada 1.000 metros de aumento de altitud, la potencia nominal se reduce en 5%-8%, mientras que la distancia de aislamiento aumenta en 20% y la tensión de ensayo de resistencia a la tensión de frecuencia industrial aumenta en 10%.

②Funcionamiento en un amplio rango de temperaturas: Los transformadores de prueba estándar pueden funcionar a temperaturas comprendidas entre -10 ℃ y +40 ℃, mientras que los de amplio rango de temperatura (entre -40 ℃ y +50 ℃) son adecuados para entornos con temperaturas extremadamente bajas o altas.

2.Propiedades antiinterferencias y anticorrosivas

①Compatibilidad electromagnética: Los transformadores de prueba controlados por ordenador incorporan un diseño de protección contra interferencias, tanto a nivel de software como de hardware, lo que les permite funcionar de forma estable en entornos con fuertes campos electromagnéticos, con una precisión de medición de tensión de clase 0,5.

②Resistencia a la contaminación y a la humedad: El transformador de ensayo de tipo cilíndrico aislado está recubierto con un revestimiento especial, con una distancia de línea de fuga de 3,1 cm/kV, adecuado para entornos con nivel de contaminación IV.

3.Integración en profundidad de tecnologías inteligentes y ecológicas

①Sistema de recuperación de SF₆: Los transformadores de ensayo aislados con gas están equipados con dispositivos de recuperación de gas, con una tasa de fuga ≤ 0,51 TP6T al año, lo que cumple con la Directiva RoHS de la UE.

②Diseño de ahorro energético: Núcleo de hierro de chapa de acero al silicio de alta eficiencia y diseño de bobinado de bajas pérdidas; pérdidas en vacío ≤ 0,351 TP6T, 201 TP6T inferiores a las de los productos tradicionales.

③Supervisión en tiempo real: Gracias a unos sensores de alta precisión y a unos chips de adquisición analógico-digital de 14 bits, puede mostrar en tiempo real parámetros como la tensión de alta tensión, la corriente y la resistencia de aislamiento, con una resolución de 0,11 TP6T.

④Análisis de datos: Genera automáticamente informes de pruebas, permite consultar datos históricos y realizar análisis de tendencias, y ayuda a determinar las leyes de envejecimiento de los equipos.

4.Ampliación profesional de los ámbitos de aplicación

①Prueba de resonancia en serie: En el caso de objetos de ensayo capacitivos, como cables y equipos GIS, se consigue una salida de alta tensión con una excitación de baja tensión mediante el ajuste de la frecuencia (30-300 Hz), lo que reduce los requisitos de capacidad del equipo de ensayo.

②Prueba de superposición de CA-CC: Realizar de una sola vez las pruebas de resistencia a la tensión de red y de fugas de corriente continua del equipo, mejorando la eficiencia en un 50%.

③Prueba de puesta en servicio: Realizar ensayos de resistencia a la tensión de red (10 kV ~ 750 kV) y de fugas de corriente continua (0 ~ 280 kV) en transformadores, cables, aislantes, etc.

④Prueba preventiva: Detectar con antelación peligros ocultos, como los cortocircuitos entre espiras en los devanados, mediante la detección de descargas parciales (sensibilidad ≤ 10 pC) y pruebas de resistencia de aislamiento.

Ⅲ. Proceso de producción

1.Selección de materias primas y proceso de pretratamiento

Las prestaciones de las materias primas determinan directamente el nivel de aislamiento y la estabilidad del transformador de ensayo, por lo que deben someterse a un proceso de selección y pretratamiento multidimensional:

①Material magnético conductor: Se seleccionan chapas de acero al silicio de alta inducción magnética y bajas pérdidas (como 35W250, 30W1300), con pérdidas en el hierro ≤ 2,5 W/kg (50 Hz, 1,7 T), lo que garantiza que las pérdidas en vacío del núcleo de hierro se reduzcan en un 15%-20%; el factor de laminación es ≥ 0,96, lo que reduce el entrehierro del circuito magnético.

②Material conductor: El bobinado se realiza con alambre de cobre sin oxígeno de alta pureza (contenido de oxígeno ≤ 0,003%) o lámina de cobre, con una conductividad ≥ 97% IACS. La superficie se trata con un recubrimiento de estaño o pintura aislante para evitar la oxidación y las descargas parciales.

③Material aislante: Selecciona los materiales adecuados según el tipo ——

Tipo seco/tipo de cilindro aislado: se han seleccionado placas de tejido de vidrio epoxi de clase H (resistencia a la temperatura de 180 ℃), papel Nomex (resistencia de ruptura ≥ 40 kV/mm) y resina epoxi moldeada al vacío (resistividad volumétrica ≥ 10¹⁴ Ω・cm).

Tipo sumergido en aceite: se utilizan aceite para transformadores Karamay 25# (tensión de ruptura ≥ 40 kV/2,5 mm) y papel para cables (espesor de 0,08-0,12 mm, resistencia a la tracción ≥ 2,5 kN/m).

2.Proceso de fabricación de núcleos de hierro

①El núcleo de hierro es el núcleo del circuito magnético del transformador de ensayo, y su precisión de fabricación influye directamente en las pérdidas en vacío, el ruido y la distribución del campo magnético:

Tras el laminado, se lleva a cabo un curado al vacío (0,1 MPa de vacío, 120 ℃ × 6 h) para mejorar la integridad; se comprueba que la resistencia de aislamiento del núcleo de hierro respecto a tierra sea ≥ 1000 MΩ, y que la desviación de la corriente en vacío sea ≤ ±51 TP6T.

②Se utiliza el método de laminado cruzado (la orientación de cada capa de laminado se alterna en 90°), fijado mediante pasadores de posicionamiento y adhesivo aislante, con un factor de laminado ≥ 0,95.

③En el caso de los núcleos de hierro de gran tamaño, se adopta el proceso de laminado segmentado + fijación integral, unido con cinta de tela de vidrio epoxi (tensión de 50-80 N) y fijado mediante abrazaderas, lo que garantiza que la planitud global del núcleo de hierro sea ≤ 0,5 mm/m y reduce el ruido de vibración (≤ 65 dB).

④Se utiliza una cizalla de precisión CNC (precisión de ±0,05 mm) para realizar el corte según las dimensiones del diseño, con el fin de evitar rebabas (≤ 0,03 mm) y impedir que la concentración de campos eléctricos parciales provoque descargas parciales.

⑤Se ha adoptado un diseño de unión escalonada (ángulo de escalonamiento de 30°-45°) para reducir las pérdidas en la unión del circuito magnético, que son 8%-10% inferiores a las de la unión plana tradicional en cuanto a pérdidas en vacío.

3.Proceso de bobinado y tratamiento del aislamiento

El devanado es el elemento central de conversión de tensión del transformador de ensayo, que debe cumplir los requisitos de resistencia a alta tensión, bajas descargas parciales y resistencia mecánica:

①Tratamiento de aislamiento entre capas: Tras enrollar cada capa del bobinado, se coloca tela de vidrio epoxi o papel para cables, y se aplica un proceso de curado mediante prensado en caliente (100-120 ℃, presión de 0,2 MPa) para que la capa aislante se adhiera perfectamente y se eviten las burbujas de aire.

②Secado al vacío general: Tras el bobinado, el bobinado se somete a un tratamiento de secado al vacío (grado de vacío ≤ 10 Pa, 130 ℃ × 12 h) para eliminar la humedad del interior de la capa aislante (contenido de humedad ≤ 0,11 TP6T) y reducir las pérdidas dieléctricas.

4.Proceso de clasificación, montaje y impregnación aislante

Los procesos de montaje y aislamiento de los distintos tipos de transformadores de prueba difieren considerablemente entre sí y deben abordarse de forma específica:

①Soldadura de carcasas selladas: La carcasa de aleación de aluminio se suelda mediante soldadura por arco con argón (planitud de la soldadura ≤ 0,3 mm). Tras la soldadura, se lleva a cabo una prueba de fugas mediante espectrometría de masas con helio (tasa de fuga ≤ 1×10⁻⁹ Pa・m³/s).

②Conjunto de cilindro aislado: Se colocan espaciadores aislantes entre el cilindro de tela de vidrio epoxi (espesor de pared ≥ 10 mm) y el bobinado, y se fijan con pernos para garantizar una separación radial uniforme (desviación ≤ 1 mm) y una distancia de línea de fuga ≥ 3,1 cm/kV.

③Conjunto del depósito de aceite: El depósito de aceite está fabricado mediante soldadura con chapas de acero de bajo contenido en carbono (espesor de 6-10 mm) y se somete a una prueba de presión hidráulica (0,3 MPa × 30 min sin fugas); en su interior se han dispuesto tubos o aletas de disipación de calor (superficie de disipación ≥ 0,1 m²/kVA) para garantizar que el aumento de temperatura sea ≤ 65 K.

5.Proceso de montaje final e integración de accesorios eléctricos

①Conjunto de núcleo de hierro y bobinado: Los ejes de posicionamiento se utilizan para el posicionamiento (desviación de coaxialidad ≤ 0,2 mm). Tras el montaje, se utilizan placas de presión aislantes y tornillos para la fijación, con el fin de garantizar una fuerza de presión axial uniforme (10-15 kN/m) y evitar que el bobinado se afloje.

②Conjunto de pasamuros de alta tensión: Los casquillos (de porcelana o caucho de silicona) se instalan tras realizar pruebas de descargas parciales (≤ 5 pC a 1,1 veces la tensión nominal). Para el sellado de las bridas se utilizan anillos de sellado de caucho nitrílico (grado de compresión 20%-30%) con el fin de garantizar un sellado fiable.

③Módulo de control y cambiador de tomas:

El conmutador de tomas (en vacío/en carga) se somete a ensayos de vida útil mecánica (≥ 10 000 operaciones), con una resistencia de contacto ≤ 50 μΩ.