¿Cómo detectar el aislamiento del cable dañado?

—Una guía para prevenir cortocircuitos en los devanados

Los cortocircuitos en los devanados de transformadores y reactancias son una causa común de fallos en los equipos, y un aislamiento dañado suele ser un precursor de dichas fallas. Detectar eficazmente los daños en el aislamiento de los cables e implementar medidas preventivas es fundamental para el mantenimiento de los equipos eléctricos. Este artículo proporciona una guía detallada sobre métodos de detección de daños en el aislamiento, medidas preventivas y normas internacionales para ayudarle a reducir el riesgo de cortocircuitos en los devanados y prolongar la vida útil de los equipos.

Contenido

1. ¿Por qué el aislamiento dañado del cable provoca cortocircuitos en el devanado?

Los devanados de los transformadores están hechos de materiales conductores (como cobre o aluminio) y recubiertos con un aislante para evitar cortocircuitos entre espiras o capas. Entre los materiales aislantes más comunes se encuentran el papel Nomex®, la resina epoxi o la película de poliimida, que ofrecen resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión química y alta rigidez dieléctrica.

Cuando el aislamiento está dañado, los conductores expuestos pueden causar:

(1)Descargas parciales (PD): La ionización se produce en puntos de aislamiento débiles bajo campos eléctricos elevados, lo que provoca un mayor deterioro del aislamiento con el tiempo.

(2)Cortocircuitos entre vueltas: El contacto directo entre conductores adyacentes debido a una falla de aislamiento crea un bucle de baja impedancia, lo que provoca un sobrecalentamiento localizado o incluso la quema del mismo.

(3)Fallas a tierra: Si los conductores entran en contacto con el núcleo o el gabinete, pueden ocurrir fallas de conexión a tierra que provoquen paradas del equipo.

Por lo tanto, es esencial realizar una inspección periódica del estado del aislamiento.

2. ¿Cómo detectar el aislamiento del cable dañado?

● Inspección visual

(1)Escenario aplicable: Durante cortes de energía en los equipos.

(2)Método:

– Utilice fuentes de luz de alta intensidad y lupas para comprobar si hay grietas, descamación o decoloración en la superficie del bobinado.

– Inspeccione el papel o la película aislante para detectar daños mecánicos (por ejemplo, rayones, pliegues).

(3)Ventajas: Sencillo, intuitivo y de bajo coste.

(4)Limitaciones: Sólo detecta daños externos visibles; los defectos internos permanecen sin detectar.

● Prueba de resistencia de aislamiento (prueba IR)

(1)Normas:IEC 60076 / IEEE 43

(2)Método: Aplique un voltaje de 500 V o 1000 V CC entre el devanado y tierra utilizando un megóhmetro (Megger) para medir la resistencia de aislamiento (unidad: MΩ).

(3)Indicadores anormales:

-Una resistencia de aislamiento por debajo de los estándares o una caída de >50 % en comparación con los datos históricos indica deterioro.

-Una relación de absorción (resistencia 60 s/15 s) <1.3 sugiere entrada de humedad o daño localizado.

● Detección de descargas parciales

(1)Principio: Las microdescargas en los puntos de daño del aislamiento emiten ondas electromagnéticas de alta frecuencia y señales ultrasónicas.

(2)Equipo:

-Transformador de corriente de alta frecuencia (HFCT)

-Sensor ultrasónico (sensor AE)

(3)Estándar:IEC 60270 (Requisitos de pruebas de DP)

(4) Criterios de juicio:

-Magnitud de PD <10 pC (equipo nuevo)

-Magnitud de PD >100 pC (posibles defectos graves)

(5)Ventajas:Permite la monitorización en línea y la localización precisa de fallas.

● Espectroscopía de dominio de frecuencia (FDS)

(1)Principio:Mide la respuesta dieléctrica de los materiales de aislamiento a través de frecuencias (0.001 Hz–1 kHz) para evaluar el envejecimiento.

(2)Fórmula:

   Lugar:

tanδ: factor de pérdida dieléctrica

ε'': Constante dieléctrica de pérdida

ε': Constante dieléctrica de almacenamiento

(3)Interpretación:

– Un tanδ creciente con la frecuencia indica humedad o degradación.

– Una desviación mayor al 20 % de los datos iniciales justifica una inspección más exhaustiva.

3. ¿Cómo prevenir daños en el aislamiento?

● Selección de materiales: utilice materiales de aislamiento de alta estabilidad

La principal medida preventiva es seleccionar materiales aislantes de alto rendimiento que cumplan con las normas internacionales. Materiales de alta calidad como el papel de aramida DuPont Nomex® (resistencia a 220 °C) y la película de poliimida (resistencia a >300 °C) resisten la degradación térmica y química, lo que retrasa el envejecimiento del aislamiento. Estos materiales deben cumplir con las certificaciones UL 1446 e IEC 60505. Para entornos hostiles (p. ej., transformadores eólicos marinos), el aislamiento con revestimiento de caucho fluorado puede combatir la corrosión por niebla salina.

● Control de temperatura: Optimice la refrigeración y la monitorización en tiempo real

Controlar las temperaturas de funcionamiento es fundamental para prevenir el envejecimiento térmico. Según la ley de Arrhenius, la degradación del aislamiento se acelera exponencialmente con la temperatura. Por ejemplo:

(1)Transformadores sumergidos en aceite: Temperatura superior del aceite ≤95°C (IEEE C57.91).

(2)Transformadores de tipo seco: Temperatura de bobinado ≤155°C (IEC 60076-11).

medidas:

(1)Instale sensores de temperatura PT100 o de fibra óptica para monitorear puntos calientes en tiempo real.

(2)Mejorar los sistemas de enfriamiento (por ejemplo, circulación forzada de aceite o enfriamiento por aire).

(3)Limpie los radiadores periódicamente para mantener la eficiencia.

(4)Para transformadores propensos a sobrecargas, implemente sistemas térmicos inteligentes con modelos predictivos.

● Protección mecánica: minimiza el estrés y los daños por vibración

La tensión mecánica, ya sea por cortocircuitos o por transporte, puede dañar el aislamiento. Las estrategias de mitigación incluyen:

(1)Diseño estructural: Utilice espaciadores de fibra de vidrio impregnados con epoxi y abrazaderas axiales (IEC 60076-5) para soportar fuerzas electromagnéticas.

(2)Optimización de procesos: Aplicar impregnación a presión al vacío (VPI) para aumentar la resistencia mecánica en un 30 % (según IEC 61378).

(3)Transporte/Instalación: Utilice acelerómetros de vibración (umbral <3g) y almohadillas antichoque para evitar daños por resonancia.

● Integración de tecnología y cumplimiento de estándares

(1)Sinergia material-temperatura: Las altas temperaturas reducen la resistencia mecánica, por lo que los materiales resistentes al calor deben combinarse con medidas de enfriamiento.

(2)Estándares cuantitativos:Las pruebas de resistencia a cortocircuitos (IEC 60076-5) no requieren ninguna deformación visible posterior a la falla.

(3)Monitoreo inteligente: El análisis multiparamétrico basado en IoT (vibración + temperatura + PD) permite obtener alertas tempranas.

Este enfoque de múltiples capas puede prevenir sistemáticamente daños en el aislamiento, extendiendo la vida útil del equipo por más de 10 años.

Estándares internacionales y mejores prácticas

En resumen

La detección de daños en el aislamiento requiere una combinación de métodos, desde inspecciones visuales hasta monitoreo de descargas parciales, para una cobertura integral de riesgos. Las medidas preventivas, como materiales de primera calidad, control de temperatura y protección mecánica, son igualmente vitales. El cumplimiento de las normas IEC e IEEE maximiza la confiabilidad y la vida útil.

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