¿Cómo abordar el aumento excesivo de temperatura?
—Un enfoque triple: selección del radiador, optimización del flujo de aire y supresión de puntos calientes

El aumento excesivo de temperatura en los transformadores es un problema crítico que enfrentan muchos ingenieros de potencia. Las altas temperaturas no solo aceleran el envejecimiento de los materiales aislantes, acortando significativamente la vida útil de los equipos, sino que también pueden provocar fallos catastróficos como roturas del aislamiento, incendios o incluso explosiones. Este artículo profundiza en tres estrategias fundamentales: la selección científica de radiadores, el diseño optimizado del sistema de flujo de aire y la supresión precisa de la temperatura en puntos calientes, proporcionando una solución sistemática para abordar los desafíos del aumento de temperatura y garantizar un funcionamiento seguro, eficiente y duradero de los transformadores.

Contenido

1. Selección científica del radiador: la base de la capacidad de refrigeración

Los radiadores son el principal canal de disipación del calor del transformador al ambiente. Su principio de funcionamiento consiste en aumentar la superficie para mejorar la disipación del calor. A medida que el aceite del transformador fluye a través del radiador, el calor se transfiere de la superficie metálica al aire. La selección del radiador determina directamente el límite superior de la capacidad de refrigeración.

● Principio básico: Adecuación precisa de la capacidad de refrigeración y la generación de calor
La tarea principal es garantizar que la potencia nominal de refrigeración del radiador (P_radiador) cumpla o supere las pérdidas totales máximas estimadas del transformador (P_pérdida_total), con un margen de diseño razonable (normalmente del 15 % al 25 %). La P_pérdida_total incluye las pérdidas en vacío (pérdidas en el núcleo, P_sin_carga) y las pérdidas con carga (pérdidas en el cobre del devanado, P_carga).

Ejemplo de calculo:

P_pérdida_total = P_sin_carga + P_carga × (Factor de carga)²
Para un transformador con P_no_load = 50 kW, P_load = 200 kW al 100 % de carga y una carga operativa máxima del 90 %:
P_pérdida_total = 50 + 200 × (0.9)² = 50 + 162 = 212 kW
La capacidad de refrigeración del radiador debe satisfacer:

P_radiador ≥ 212 × 1.2 ≈ 254.4 kW (margen del 20 %)

● Selección de tipo: el contexto importa
  Tipos comunes de radiadores y sus aplicaciones:

● Análisis profundo del rendimiento: más allá del área superficial

(1)Eficiencia de la aleta (η_f):Las puntas de las aletas son más frías que las raíces; el área de enfriamiento efectiva se reduce. η_f depende de la conductividad térmica del material (λ), el espesor (δ), la altura (H) y el coeficiente de transferencia de calor de la superficie (h):
                       η_f ≈ tanh(mH) / (mH)
Un λ alto (por ejemplo, aleación de aluminio >200 W/mK frente a acero al carbono ~50 W/mK) y un δ/H optimizado mejoran η_f.

(2) Resistencia al flujo de aceite y pérdida de la bomba:En sistemas de aceite forzado (OFAF), el diseño del radiador afecta la potencia de la bomba. Los recorridos de flujo más amplios o las paredes más lisas reducen la resistencia (ΔP ∝ velocidad²), minimizando así las pérdidas parásitas.

(3) Adaptabilidad ambiental:Las áreas de alta contaminación (polvo, escombros) requieren un espaciamiento más amplio entre las aletas (>6 mm); las regiones costeras exigen recubrimientos/aleaciones resistentes a la corrosión.

 2. Optimización del flujo de aire: mejora del intercambio de calor del lado del aire

Incluso con radiadores robustos, un diseño deficiente del flujo de aire puede dificultar gravemente la refrigeración.

● Principios del flujo de aire: minimizar la resistencia, maximizar el flujo
Objetivos clave: garantizar trayectorias de baja resistencia, un flujo de aire uniforme a través de las aletas y sin recirculación de aire caliente.

● Medidas de optimización:

(1)Área de entrada adecuada y aire limpio:El área de entrada (A_entrada) debe cumplir con: A_entrada ≥ Q_aire / V_entrada, donde Q_aire es el caudal total (calculado a partir de las necesidades de refrigeración) y V_entrada es la velocidad de entrada recomendada (2-4 m/s). Utilice filtros de fácil mantenimiento.

(2)Eliminar cortocircuitos: Separar estrictamente los flujos de aire caliente y frío:

–Barreras Físicas:Instalar deflectores entre radiadores o paredes.

–Zonas de presión:Utilice ventiladores y un diseño de gabinete para crear zonas claras de presión negativa (entrada)/positiva (salida).

–Liquidación:Mantenga una distancia de >1.5× del diámetro de salida con respecto a los obstáculos para evitar la reentrada de aire caliente.

(3)Selección y disposición de ventiladores (OFAF/ODAF):

–Adapte las curvas de rendimiento del ventilador a la resistencia del sistema.

–Flujo de aire uniforme:Colocación simétrica de ventiladores o difusores para radiadores anchos.

–Redundancia y VFD:Los ventiladores de velocidad variable o redundancia N+1 reducen la energía y el ruido en cargas bajas.

(4)Efecto chimenea:Para el enfriamiento natural (ONAN), los conductos de escape verticales mejoran la flotabilidad térmica.

3. Supresión de puntos críticos: focalización en puntos débiles

Los puntos calientes del devanado provocan el envejecimiento del aislamiento (según los límites IEC/IEEE), a menudo entre 15 y 40 °C más que la temperatura superior del aceite.

● Causas de los puntos calientes:

(1)Concentración de corrientes de Foucault:Altas pérdidas locales en los extremos del bobinado, transposiciones o conductores debido a la distorsión del campo magnético.

(2)Flujo de aceite desigual:Los canales de aceite mal diseñados u obstruidos reducen el enfriamiento.

(3)Pérdidas estructurales:Las corrientes de Foucault inducidas por fugas en las abrazaderas o en las paredes del tanque calientan el petróleo cercano.

● Tecnología central: flujo de petróleo dirigido (ODAF)
ODAF dirige el petróleo a áreas críticas a través de bombas, conductos aislados y boquillas, ofreciendo:

(1)Interrupción de la capa límite:Los chorros de aceite de alta velocidad mejoran la transferencia de calor (h ∝ velocidad^0.6–0.8).

(2)Eliminación de la zona muerta:Garantiza una cobertura total de aceite en regiones de bobinado complejas.

(3)Temperatura media inferior del aceite:Mejora el enfriamiento de base para puntos calientes

 Resultado:ODAF reduce los puntos críticos entre 10 y 25 °C en comparación con                             

● Medidas complementarias:

(1)Blindaje electromagnético:Los blindajes de acero no magnético (por ejemplo, acero inoxidable) o de cobre/aluminio cerca de zonas de alta fuga reducen las corrientes de Foucault en las paredes del tanque.

(2)Recubrimientos avanzados:Los nanorrecubrimientos de alto λ (por ejemplo, nitruro de boro, grafeno) en bobinados/aislamientos mejoran la conducción del calor (tecnología emergente).

En resumen

Abordar el aumento de temperatura del transformador requiere un enfoque integral: selección del radiador adecuado, optimización del flujo de aire y supresión específica de puntos calientes. Para soluciones a medida, contacte con nuestro equipo técnico para obtener asesoramiento experto en optimización de la refrigeración.

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