¿Cómo afecta la temperatura ambiente al aumento de la temperatura?
—Factores de corrección del aumento de temperatura para regiones húmedas y de gran altitud

Los transformadores y reactores, como equipos esenciales en los sistemas eléctricos, impactan directamente en la estabilidad de toda la red. Con el despliegue global de equipos eléctricos, los factores ambientales que afectan el aumento de temperatura se han convertido en un tema clave para las normas de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) y del IEEE. Este artículo explora los mecanismos de la temperatura ambiente, la altitud y la humedad en el aumento de temperatura de los transformadores y detalla los cálculos de factores de corrección reconocidos internacionalmente. Esto ayuda a los ingenieros eléctricos y a los responsables de la toma de decisiones de compras a evaluar con precisión el rendimiento de los equipos en condiciones ambientales variables.

Contenido

1. Relación fundamental entre la temperatura ambiente y el aumento de temperatura del transformador

El aumento de temperatura del transformador (ΔT) se refiere a Diferencia entre la temperatura de funcionamiento y la temperatura ambiente, que refleja la capacidad de refrigeración del dispositivo y el rendimiento de la carga. Según las normas IEC 60076-2 e IEEE C57.91, el aumento de temperatura de diseño se basa en la ecuación de equilibrio térmico:

ΔT = P/(k×A) + ΔT inicial

Lugar:

-P:Pérdidas totales del transformador (incluidas las pérdidas de hierro y cobre), en vatios (W).

-k:Coeficiente de disipación de calor integral, W/(m²·°C).

-A: Superficie de enfriamiento efectiva, m².

-ΔT inicial : Diferencia de temperatura inicial, °C.

La temperatura ambiente afecta el aumento de temperatura a través de tres mecanismos:

(1)Cambio en la eficiencia de enfriamiento:Temperatura ambiente más alta Las temperaturas reducen el ΔT entre el dispositivo y el entorno. Según la Ley de Enfriamiento de Newton (Q = k×A×ΔT), esto reduce la eficiencia de disipación de calor, lo que provoca su acumulación.

(2)Degradación del material de aislamiento: Según la ley de Arrhenius, el envejecimiento del papel aislante se duplica cada 10 °C de aumento, lo que obliga a reducir la carga para mantener la vida útil.

(3)Cambio de viscosidad del aceite: La viscosidad del aceite del transformador disminuye con la temperatura. Por debajo de 45 °C, una reducción de 10 cSt aumenta el caudal de aceite entre un 15 % y un 20 %, pero por encima de 60 °C, la mejora en la refrigeración disminuye.

Tabla 1:Impacto de la temperatura ambiente en el rendimiento de los transformadores sumergidos en aceite

2. Efectos de la gran altitud y métodos de corrección

La altitud afecta a los transformadores mediante cambios en la densidad del aire y la presión. Según la norma IEC 60076-12, se aplica la siguiente corrección por cada 1,000 metros de aumento de altitud:

        ● Factor de corrección de la capacidad de enfriamiento (K alt ):
Kalt = 1 + 0.01 × (H – 1000)/100

Donde H es la altitud (metros), válida para 1,000–4,000metro.

Para los ensayos clínicos de CRISPR,Por ejemplo, a 2,000 metros, K alt = 1.1, lo que indica un aumento de temperatura del 10 % mayor.

Mecanismos físicos:

(1)Menor densidad del aire:A 3,000 metros, la densidad del aire es solo el 70% del nivel del mar, lo que reduce el enfriamiento por convección.

(2)Voltaje de inicio de descarga parcial reducido (PDIV):El PDIV cae aproximadamente un 12 % cada 1,000 metros debido a la menor presión.

(3)Cambio del punto de ebullición del refrigerante:El punto de ebullición del aceite mineral disminuye entre 5 y 8 °C por cada 1,000 metros.

● Requisitos de refuerzo del aislamiento:

Los transformadores de gran altitud deben:

(1)Aumentar el espacio libre de aislamiento externo:20–30% por cada 1,000 metros (según IEC 60071-2).

(2)Optimizar el diseño del canal de aceite:Caudal 15% mayor para compensar la pérdida de refrigeración.

(3)Utilice bujes de gran altitud:Espacio entre cobertizos 50% más amplio.

3. Ambientes húmedos/tropicales: efectos combinados y correcciones

Las regiones costeras tropicales se enfrentan a temperaturas elevadas (más de 40 °C) y humedad relativa (más del 90 % de humedad relativa). La norma IEC 60721-3-4 define el factor de corrección Kth :

K th = 1 + 0.005 × (T a – 30) + 0.003 × (RH – 60)

Donde T a es la temperatura ambiente (°C) y RH es la humedad relativa (%).

Desafíos clave:

(1)Sistema de aislamiento:

--  Cada aumento del 10 % de HR aumenta la corriente de fuga de superficie entre 3 y 5 veces.

--  Con una humedad relativa del 85 %, la humedad del aislamiento de celulosa alcanza el 4.5 % (frente al ≤2 % normal).

--  Soluciones: Juntas tóricas dobles + tampón de nitrógeno focas.

(2) Corrosión de metales:

--  Las tasas de corrosión por niebla salina son entre 8 y 10 veces más altas que en climas secos.

 --  Recomendaciones: Tornillos y tuercas de acero inoxidable (Cu ≥ 0.4%), recubrimiento de zinc por inmersión en caliente de 200μm.

Tabla 2: Factores de corrección para diferentes climas

En resumen

Con factores de corrección científicos y diseños a medida, los transformadores modernos funcionan de forma fiable entre -50 °C y +60 °C. Los usuarios deben realizar evaluaciones ambientales según la norma IEC 60076-14 y seleccionar productos con certificaciones de protección contra rayos IEC 62305 y resistencia a la corrosión ISO 12944.

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