Transformador de potencia rectificador trifásico de 35 kV sumergido en aceite
Resumen
Un transformador rectificador es un transformador de potencia especial destinado a sistemas rectificadores, ampliamente utilizado en la producción industrial y otros ámbitos. El principio de funcionamiento de un transformador rectificador es el mismo que el de un transformador convencional. Basándose en la ley de la inducción electromagnética, convierte la tensión de CA del lado primario (lado de la red) en tensión de CA del lado secundario (lado de la válvula) y, a continuación, convierte la potencia de CA salida del lado de la válvula en corriente continua mediante componentes rectificadores.
Breve introducción
Ⅰ. Presentación del producto
1.Normas ejecutivas
Normas internacionales: IEC 60076-1 a 5
2.Niveles de tensión
①Lado de alta tensión: Oscila entre 0,4 kV y 35 kV (10 kV, 20 kV, 35 kV). En el caso de los transformadores rectificadores extragrandes utilizados en la electrólisis, la tensión puede alcanzar entre 110 kV y 220 kV.
②Lado de baja tensión: Dependiendo de los casos de aplicación, el rango habitual es de 600 V a 1 500 V (en la industria de la electrólisis), y en el ámbito de los precipitadores electrostáticos, la tensión continua puede alcanzar valores de entre 60 kV y 90 kV.
3.Métodos de regulación de tensión
Regulación de tensión en carga: Permite una regulación continua mediante un interruptor de regulación de tensión de 35 niveles (de ajuste fino a grueso), adecuado para situaciones que requieren una regulación frecuente de la tensión (producción de aluminio electrolítico).
4.Regulación de tensión fuera de circuito: Ajuste manual mediante un conmutador de tomas, adecuado para requisitos de carga fija (transporte ferroviario urbano).
5.Gama de tomas de alta tensión
①Gama convencional: ±2×2,51 TP6T (un total de 5 tomas), aplicable a situaciones en las que la tensión de la red fluctúa en ±51 TP6T.
②Diseño especial: Algunos transformadores para electrólisis pueden ampliarse a ±10% para adaptarse a las necesidades que plantean las fluctuaciones extremas de tensión.
6.Capacidad nominal
①Pequeña capacidad: 30 kVA~2500 kVA (utilizados en los sectores de la galvanoplastia y el mecanizado eléctrico).
②Gran capacidad: 16 000 kVA~180 000 kVA (productos especializados para la producción de aluminio electrolítico de empresas como TBEA).
7.Frecuencia: 50 Hz o 60 Hz
8.Número de fase
①Trifásico: Configuración estándar, adecuada para aplicaciones industriales de alta potencia (electrólisis, tracción).
②Monofásico: Se utiliza en aplicaciones de baja potencia (precipitadores electrostáticos, pequeños equipos de galvanoplastia).
9.Grupos de conexión
①Tipos habituales: Dyn11 (gran capacidad de supresión de armónicos), Yyn0 (punto neutro conectado a tierra), Dy5 (rectificación con desplazamiento de fase).
②Diseño especial: Conexión con desplazamiento de fase de devanados múltiples (desplazamiento de fase de ±7,5°), que permite formar un sistema rectificador de 24 pulsos.
10.Impedancia Tensión
①Gama convencional: 5%~10% (ajustado en función de las aplicaciones). Los transformadores para electrólisis suelen diseñarse con valores de 7%~8% para limitar la corriente de cortocircuito.
②Diseño de alta impedancia: En el campo de los precipitadores electrostáticos, la impedancia puede superar los 12%, lo que permite prescindir de los reactores externos.
11.Métodos de refrigeración
Circulación natural del aceite (ON): Adecuado para transformadores de pequeña potencia.
Circulación forzada de aceite (OF): Equipado con radiadores, utilizados para transformadores de gran capacidad.
12.Tipo sumergido en aceite:
①Tipo seco: Aislamiento mediante moldeo con resina epoxi o papel NOMEX, con AN/AF (refrigeración por aire natural/refrigeración por aire forzado) y niveles de protección IP20~IP54.
②Refrigeración por agua: Bobinados refrigerados directamente por agua, adecuados para aplicaciones con alta densidad de potencia (por ejemplo, convertidores de frecuencia de alta tensión).
13.Niveles de protección
①IP20: Para uso en interiores, protege contra objetos extraños sólidos de más de 12 mm.
②IP54: Para entornos al aire libre o con mucho polvo, resistente al polvo y a las salpicaduras (en la industria metalúrgica).
14.Clases de aislamiento
①Clase F: Resistencia al calor de hasta 155 ℃, aumento de temperatura ≤100 K; la opción más habitual para los transformadores de tipo seco con moldeado epoxi.
②Clase H: Resistencia al calor de hasta 180 ℃, aislamiento de papel NOMEX, apto para entornos de alta temperatura (industria petroquímica).
③Clase B: Resistencia al calor de hasta 130 ℃; se utiliza habitualmente en los transformadores tradicionales sumergidos en aceite.
Ⅱ. Condiciones de funcionamiento
1.Altitud: ≤1000 m (si se supera esta altitud, es necesario aplicar la corrección prevista en la norma GB3859).
2.Temperatura ambiente: -25 ℃ a +40 ℃, humedad ≤90% (sin condensación).
3.Método de instalación: Para uso en interiores y exteriores (con protección IP54); se admite la instalación en pared (para estructuras de tipo seco).
Ⅲ. Tipos de pruebas
1.Pruebas de tipo: Incluye ensayo de aumento de temperatura (modo AN/AF) y ensayo de resistencia a cortocircuitos (1,5 veces la corriente nominal durante 5 segundos).
2.Pruebas de fábrica: Prueba de resistencia de aislamiento (con un megaohmímetro de 2500 V), medición de la resistencia de CC del devanado (desviación ≤±2%).
3.Pruebas especiales: Ensayo de niebla salina de 72 horas (para zonas costeras), medición de descargas parciales (≤50 pC).
Ⅳ. Inspección de componentes
1.Componentes clave:
2.Bobinados: Análisis de pérdidas por corrientes parásitas, ensayo de resistencia del aislamiento entre capas.
3.Sistema de refrigeración: Prueba de caudal (para circulación forzada de aceite), verificación del rendimiento del ventilador.
4.Certificación de materias primas: Las chapas de acero al silicio deben contar con la certificación UL, y la resina epoxi debe cumplir con la norma IEC 60455.
Ⅴ. Tipos de certificación
Certificaciones internacionales: CE (UE), UL (América del Norte), TÜV (Alemania), CSA (Canadá).
Características estructurales
Ⅰ. Características del producto
1.Aislamiento fiable: El nivel de aislamiento adecuado y fiable se determina en función de las características de la carga, las fluctuaciones de tensión de la red y otros factores.
2.Modelo de aislamiento: El factor de seguridad medioambiental del producto es ≥1,67, lo que garantiza plenamente la estabilidad de su rendimiento eléctrico.
3.Alta estabilidad dinámica: Los devanados presentan una elevada resistencia mecánica. Durante el proceso de diseño y fabricación, se eliminan las fuentes de inestabilidad dinámica provocadas por el flujo de fuga y otros factores, lo que permite que el transformador cumpla con los requisitos de entornos de carga exigentes.
4.Gran resistencia a los cortocircuitos: Se han adoptado un diseño estructural especial y unos procesos de fabricación específicos, como el enrollado de correas ajustadas de alta resistencia alrededor de la superficie exterior de los devanados, lo que le confiere una buena resistencia a los cortocircuitos y la capacidad de soportar el impacto de la corriente de cortocircuito.
5.Buena estabilidad térmica: Gracias a un diseño avanzado del producto, se controlan rigurosamente las piezas calefactoras y el aumento de temperatura en los puntos críticos. Se utilizan conductores de cobre para las bobinas y los cables, y la densidad de corriente se ha fijado en un nivel bajo. Los principales indicadores de aumento de temperatura son, como mínimo, 5 ℃ inferiores a los establecidos por la norma nacional.
6.Gran capacidad de sobrecarga: Puede funcionar de forma segura durante un largo periodo de tiempo bajo carga nominal, y también puede funcionar de forma segura a plena carga bajo una sobretensión de 110% durante un largo periodo de tiempo. Los terminales del transformador conectados al motor pueden soportar 1,5 veces la corriente nominal durante 5 segundos.
7.Regulación flexible de la tensión: Basándose en principios como la regulación de tensión controlada por fase, se pueden utilizar reactores autosaturantes o tiristores para ajustar la tensión de salida del transformador, lo que permite una regulación continua de la tensión para satisfacer los requisitos de tensión de diferentes cargas.
8.Alta eficiencia: Se ha adoptado un diseño de bajas pérdidas, que incluye la selección de chapas de acero al silicio de alta conductividad magnética y la optimización de la estructura del bobinado. El rendimiento a plena carga es ≥98,51 TP6T, lo que cumple con la norma de eficiencia energética de primer nivel y permite lograr un importante ahorro energético.
9.Estructura compacta: Se utiliza el moldeo al vacío con resina epoxi o un diseño de estructura abierta, lo que reduce el volumen en un 40% en comparación con los transformadores tradicionales sumergidos en aceite. Permite la instalación en pared, lo que ahorra espacio de instalación.
10.Bajo nivel de ruido: Se utilizan materiales de alta calidad y procesos de fabricación avanzados, como procesos especiales de inmersión y métodos adecuados de laminado del núcleo de hierro, lo que reduce eficazmente las vibraciones y el ruido durante el funcionamiento. El nivel de ruido suele ser inferior a 65 dB.
11.Buen desempeño medioambiental: Algunos transformadores rectificadores adoptan una estructura de tipo seco, que se caracteriza por su resistencia al calor y a la humedad, no produce gases tóxicos y es respetuosa con el medio ambiente. Además, es posible seleccionar el nivel de protección para adaptarse a diferentes entornos de uso.
Ⅱ. Ventajas del producto
1. Los transformadores rectificadores son equipos fundamentales para llevar a cabo la conversión de corriente alterna a corriente continua en los sistemas de electrónica de potencia. Su diseño y rendimiento influyen directamente en la estabilidad, la eficiencia y la seguridad de los sistemas rectificadores. A continuación se presenta un análisis detallado de las ventajas de los transformadores rectificadores desde múltiples perspectivas:
①Diseño de bobinado flexible
Los devanados del lado primario (entrada de CA) y del lado secundario (conectado al rectificador) de los transformadores rectificadores pueden diseñarse con diferentes relaciones de transformación y métodos de conexión (en estrella, en triángulo, en zigzag), según el tipo de circuito rectificador (monofásico de media onda, de onda completa, puente trifásico), garantizando la adaptación a los parámetros eléctricos de los componentes rectificadores (diodos, tiristores, etc.) y reduciendo las pérdidas del circuito y las interferencias.
②Capacidad de salida con múltiples bobinados
Se pueden diseñar varios conjuntos de bobinados secundarios para satisfacer las necesidades de varios conjuntos de circuitos rectificadores que funcionan simultáneamente (situaciones que requieren varios conjuntos de fuentes de alimentación de corriente continua en equipos industriales de electrólisis y galvanoplastia), lo que simplifica el cableado del sistema y mejora el aprovechamiento del espacio.
③La reactancia de fuga puede limitar la amplitud de las corrientes armónicas
Se combinan varios transformadores rectificadores con diferentes ángulos de desplazamiento de fase, lo que permite que los armónicos se anulen entre sí y se reduzca significativamente la tasa de distorsión armónica total.
④Mejora del factor de potencia
Un transformador rectificador bien diseñado puede combinarse con un dispositivo de filtrado para mejorar las características de la carga inductiva del sistema rectificador, reducir las pérdidas de potencia reactiva, aumentar el factor de potencia en el lado de la red eléctrica y reducir los costes de la electricidad.
⑤Adaptación a la protección contra sobrecorriente y sobretensión
Los devanados de protección contra sobrecorriente pueden integrarse en el diseño del devanado o combinarse con dispositivos de protección por relé. Cuando se produce una sobrecarga o un cortocircuito en el circuito rectificador, es posible cortar rápidamente el suministro eléctrico o limitar la corriente de fallo, lo que reduce el riesgo de daños en los equipos.
Estructura del producto
Ⅰ. Proceso de producción
1. El proceso de fabricación de los transformadores rectificadores es un eslabón fundamental para garantizar su adaptación a cargas rectificadoras no lineales, la supresión de las interferencias armónicas y un funcionamiento estable a largo plazo. Abarca todo el proceso de control de precisión, desde la selección de las materias primas hasta las pruebas del producto acabado. A continuación se ofrece una descripción detallada de sus principales procesos de fabricación:
①Corte de chapas de acero al silicio:
Las líneas de corte transversal CNC se utilizan para realizar cortes precisos que garanticen que la desviación en las dimensiones de la chapa sea ≤±0,1 mm y que la rebaba de corte sea ≤0,02 mm (para evitar un aumento de las pérdidas por corrientes parásitas).
②Laminado del núcleo de hierro:
Se adopta el proceso de “yugo superior no laminado” (laminando primero la columna del núcleo de hierro y, a continuación, insertando el yugo superior) para reducir la tensión de laminación; el factor de laminación se controla entre 0,96 y 0,97 (para mejorar la conductividad magnética).Para la fijación se utilizan tornillos aislantes o cintas de sujeción, con una fuerza de fijación uniforme (compresión axial ≤1%) para evitar el ruido de vibración del núcleo de hierro (ruido en vacío ≤65 dB).
③Tratamiento de puesta a tierra del núcleo de hierro:
Puesta a tierra en un solo punto (una placa de puesta a tierra sale de la parte inferior del núcleo de hierro) para evitar los problemas derivados de la puesta a tierra en varios puntos; la resistencia de puesta a tierra es ≤1 Ω.
④Proceso de fabricación de núcleos de hierro:
El núcleo de hierro es el elemento central del circuito magnético, y el proceso se centra en reducir las pérdidas en el hierro, minimizar el ruido y garantizar la resistencia estructural.
⑤Proceso de fabricación de bobinas:
El devanado es el núcleo del circuito y debe cumplir los requisitos de resistencia a la tensión, resistencia a los cortocircuitos, bajas pérdidas y adaptación armónica: Transformadores de tipo seco: Los devanados se moldean con resina epoxi (desgasificación al vacío ≤ -0,095 MPa, temperatura de curado 130 ℃ × 8 h) para garantizar que no haya burbujas en la capa aislante (diámetro de las burbujas ≤ 0,5 mm).Transformadores sumergidos en aceite: Los devanados se someten a un secado previo (105 ℃ × 48 h, grado de vacío ≤ 10 Pa) y, tras sumergirlos en pintura, se secan (120 ℃ × 24 h) para mejorar la integridad del aislamiento.
⑥Diseño y bobinado de bobinas:
De acuerdo con los requisitos de rectificación con desplazamiento de fase (por ejemplo, 12/24 pulsos), se utiliza un bobinado segmentado de múltiples bobinas para garantizar que la precisión de la diferencia de fase de cada bobina sea ≤±0,5°.El devanado de baja tensión (lado del rectificador) se realiza mediante el método de lámina (espesor de la lámina de cobre de 0,3 a 0,5 mm) para mejorar la eficiencia de disipación del calor; el devanado de alta tensión se realiza mediante el método continuo o para aumentar la rigidez dieléctrica.
Especificaciones
Transformador eléctrico trifásico de alta y baja tensión, sumergido en aceite
| Capacidad nominal | H.V. | L.V. | Símbolo de conexión | Pérdidas en vacío (kW) | Pérdida en carga (kW) | Impedancia de cortocircuito | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| S11 | S13 | S11 | S13 | S11 | ||||
| 50 | 35 38.5 |
0.4 | Dyn11 Yyn0 |
0.16 | 0.112 | 1.20/1.14 | 1.20/1.14 | 6.5 |
| 100 | 0.23 | 0.161 | 2.01/1.91 | 2.01/1.91 | ||||
| 125 | 0.27 | 0.189 | 2.37/2.26 | 2.37/2.26 | ||||
| 160 | 0.28 | 0.196 | 2.82/2.68 | 2.82/2.68 | ||||
| 200 | 0.34 | 0.238 | 3.32/3.16 | 3.32/3.16 | ||||
| 250 | 0.4 | 0.28 | 3.95/3.76 | 3.95/3.76 | ||||
| 315 | 0.48 | 0.336 | 4.75/4.53 | 4.75/4.53 | ||||
| 400 | 0.58 | 0.406 | 5.74/5.47 | 5.74/5.47 | ||||
| 500 | 0.68 | 0.476 | 6.91/6.58 | 6.91/6.58 | ||||
| 630 | 0.83 | 0.581 | 7.86 | 7.86 | ||||
| 800 | 0.98 | 0.686 | 9.4 | 9.4 | ||||
| 1000 | 1.15 | 0.805 | 11.5 | 11.5 | ||||
| 1250 | 1.4 | 0.98 | 13.9 | 13.9 | ||||
| 1600 | 1.69 | 1.183 | 16.6 | 16.6 | ||||
| 2000 | 1.99 | 1.393 | 19.7 | 19.7 | ||||
| 2500 | 2.36 | 1.652 | 23.2 | 23.2 | ||||
Preguntas frecuentes
1. ¿Qué es un transformador rectificador? ¿En qué se diferencia de un transformador de potencia normal?
Un transformador rectificador es un transformador especial destinado a alimentar sistemas rectificadores. Su función principal consiste en convertir la corriente alterna de la red eléctrica en corriente alterna con la tensión adecuada que requieren los rectificadores (por ejemplo, tiristores o diodos), para que estos, a su vez, generen corriente continua.
2. ¿Cómo se calcula y se selecciona la potencia de un transformador rectificador?
① La elección de la potencia de un transformador rectificador es fundamental, y la fórmula de cálculo es la siguiente:
P = K × Ud × Id / η (kVA)
3. El transformador rectificador presenta un aumento de temperatura excesivamente elevado durante su funcionamiento, hasta el punto de que resulta caliente al tacto. ¿A qué se debe esto?
①Corrientes armónicas: El gran número de corrientes armónicas generadas por las cargas de los rectificadores provoca un aumento de las pérdidas adicionales en el cobre y en el hierro, lo cual constituye la razón más importante.
②Funcionamiento en sobrecarga: La corriente de carga real supera el valor nominal durante un periodo prolongado.
③Fallo del sistema de refrigeración: Por ejemplo, el ventilador de refrigeración por aire forzado de un transformador sumergido en aceite deja de funcionar, el radiador está sucio y obstruido, o la tubería está obstruida; el conducto de aire de un transformador de tipo seco está obstruido o la ventilación ambiental es deficiente.
④Fallos internos: Por ejemplo, cortocircuitos entre espiras en los devanados o la conexión a tierra en varios puntos del núcleo de hierro, lo que provoca un sobrecalentamiento local.
⑤Mal contacto: La resistencia de contacto en los puntos de conexión de los cables del devanado o de los pasacables es demasiado elevada, lo que provoca la generación de calor.
4. El transformador rectificador hace mucho ruido cuando está en funcionamiento. ¿Es normal?
El ruido de funcionamiento de un transformador rectificador suele ser ligeramente superior al de un transformador de potencia, pero un ruido anormalmente fuerte suele indicar un problema. Entre las posibles causas se encuentran:
①Cuestiones fundamentales: Abrazaderas del núcleo de hierro sueltas y láminas de acero al silicio sin comprimir, lo que provoca resonancia bajo la acción de un campo magnético.
②Magnetización por polarización de corriente continua: Debido a la activación asimétrica del rectificador o a las tormentas geomagnéticas, los componentes de corriente continua fluyen hacia el núcleo de hierro, lo que provoca la saturación del núcleo de hierro durante medio ciclo, intensifica la magnetoestricción y aumenta drásticamente el ruido.
③Armónicos de carga: Los campos magnéticos armónicos provocan la vibración de componentes como la carcasa y las abrazaderas.
④Problemas con el bobinado: Los devanados se aflojan bajo la acción de la corriente eléctrica.
5. ¿Qué debo hacer si la tensión de salida del transformador rectificador es inestable?
Las fluctuaciones de tensión en la salida de un transformador rectificador no suelen deberse a un problema del propio transformador. En primer lugar, deben realizarse las siguientes comprobaciones:
①Tensión de red: Comprueba si la tensión de la red eléctrica de alto nivel es estable.
②Dispositivo rectificador: Comprueba si el sistema de control de disparo del rectificador (por ejemplo, el tiristor) funciona correctamente y si los impulsos son simétricos y estables.
③Cambios en la carga: Comprueba si la carga de corriente continua presenta fluctuaciones bruscas.
④Cambiador de tomas: Comprueba si la posición del engranaje del cambiador de tomas fuera de circuito está suelta o desplazada.
⑤Puntos de conexión: Comprueba si todos los puntos de conexión eléctrica primarios y secundarios están sueltos u oxidados.
6. ¿Qué es un "transformador rectificador con desplazamiento de fase"? ¿Para qué sirve?
Un transformador rectificador con desplazamiento de fase es un transformador rectificador especial que genera múltiples conjuntos de tensiones secundarias con diferentes fases mediante bobinados con desplazamiento de fase (por ejemplo, conexión en triángulo ampliada). Su objetivo principal es llevar a cabo una rectificación multipulso (por ejemplo, de 12, 24 o 36 pulsos). Cada conjunto adicional de desfasamientos puede anular órdenes específicas de armónicos. Las principales ventajas son: reducir considerablemente la corriente armónica inyectada en la red eléctrica para cumplir los requisitos de calidad de la energía, reducir la ondulación de la tensión de salida rectificada para mejorar la calidad de la energía en el lado de la corriente continua, y aumentar la eficiencia y la capacidad del sistema.
7. El transformador rectificador sumergido en aceite tiene una fuga de aceite. ¿Cómo se debe actuar en este caso?
① Las fugas de aceite deben atenderse sin demora: notifícalas de inmediato y toma medidas de aislamiento de seguridad.
② Localiza el punto de la fuga: Entre los puntos habituales de fuga se encuentran las soldaduras, las juntas de estanqueidad (por ejemplo, en casquillos, válvulas y bridas), las válvulas de mariposa y los tubos radiales.
③ Tratamiento temporal: En caso de pequeñas fugas de aceite, limpia la superficie y utiliza un pegamento especial para sellar fugas a modo de sellado provisional.
④ Mantenimiento profesional: En caso de fugas graves de aceite provocadas por grietas en las soldaduras o por la necesidad de sustituir juntas, el personal especializado deberá realizar la reparación mediante soldadura o la sustitución de las juntas tras cortar la alimentación eléctrica y vaciar el aceite. Queda estrictamente prohibido realizar estas operaciones con el equipo en funcionamiento.
⑤ Reponer el aceite: Una vez finalizado el tratamiento, aspire el aceite y rellene con aceite para transformadores nuevo de la misma marca y con resultados de ensayo válidos hasta el nivel de aceite especificado.
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Transformadores de inmersión en aceite SFSZ-10000/220 para el proyecto energético de Zambia
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