Proceso de bobinado: el vínculo técnico central que determina la estabilidad del transformador

El devanado del transformador se realiza enrollando cables y desempeñando principalmente las funciones duales de "inducción electromagnética" y "transmisión de corriente". Durante la operación, el devanado debe soportar tres tipos de tensiones: tensión eléctrica, tensión térmica y tensión mecánica. El estrés eléctrico proviene de la distribución del campo eléctrico bajo alto voltaje, el estrés térmico se origina del calor generado por la pérdida de corriente y el estrés mecánico es causado por la fuerza electromagnética inducida por la corriente de cortocircuito-. A través de vínculos como la selección de cables, la precisión del devanado y el tratamiento de aislamiento, el proceso de devanado determina directamente la capacidad del devanado para resistir estos tres tipos de tensiones, sirviendo como la "línea de defensa básica" para garantizar el funcionamiento estable del transformador.

Según las estadísticas de fallas de la industria, aproximadamente el 35 % de las fallas repentinas de los transformadores están relacionadas con el proceso de bobinado, entre los cuales la "descarga parcial causada por un bobinado flojo" y el "cortocircuito entre-espira-causado por daños en la capa de aislamiento" representan la proporción más alta. Estos datos confirman además que un proceso de bobinado de alta-calidad no solo es un requisito previo para la conformidad del producto, sino también la garantía principal para el funcionamiento estable a largo plazo-del equipo.

El proceso de bobinado cubre cuatro eslabones principales: selección de alambre, método de bobinado, tratamiento de aislamiento y secado y curado. Los detalles técnicos de cada enlace están estrechamente relacionados con la estabilidad del transformador, con los siguientes impactos específicos:

1. Selección de cables: control de pérdidas y resistencia al calor desde la "fuente"

Como "estructura" del devanado, el material, las especificaciones y el tratamiento de la superficie del cable afectan directamente la eficiencia conductiva y la estabilidad térmica del devanado:

• Selección de materiales:Actualmente, los cables de bobinado más utilizados son los cables de cobre y los cables de aluminio. La conductividad de los alambres de cobre es aproximadamente un 30% mayor que la de los alambres de aluminio. Bajo la misma carga, los devanados de cobre tienen menores pérdidas, menos generación de calor, un envejecimiento térmico más lento durante el funcionamiento a largo plazo-y importantes ventajas de estabilidad. Aunque los alambres de aluminio tienen costos más bajos, requieren un área de sección transversal-más grande para igualar el rendimiento conductivo de los alambres de cobre, lo que fácilmente conduce a un aumento en el volumen de bobinado y a una mayor dificultad de disipación de calor. Si el control del proceso es inadecuado, es probable que se produzca un sobrecalentamiento local.
• Especificación del cable:La desviación del diámetro del cable y el error de redondez del cable afectan directamente la estanqueidad del devanado después del bobinado. Por ejemplo, cuando la desviación del diámetro del cable supera los 0,05 mm, el cable es propenso a sufrir una "diferencia de altura" durante el proceso de bobinado, lo que da como resultado una superficie de bobinado desigual. Esto provoca una distribución desigual del campo eléctrico durante el funcionamiento y aumenta el riesgo de descarga parcial. Si la redondez no cumple con el estándar, se producirán áreas de contacto de cables inconsistentes, lo que provocará una distribución de corriente desequilibrada y agravará la generación de calor local.
• Tratamiento superficial:El espesor y la adherencia de la película de pintura aislante sobre la superficie del cable son cruciales. Una película de pintura de alta-calidad debe tener un espesor uniforme (con un error menor o igual al 5%) y una fuerte adherencia. Si la película de pintura tiene poros, rayones o desprendimientos, reducirá la resistencia del aislamiento entre espiras y es probable que se produzca una avería entre espiras durante el funcionamiento, lo que provocará directamente fallas en el devanado.

2. Método de bobinado: la precisión determina la "resistencia al estrés"

El método de bobinado es el eslabón central del proceso de bobinado y su precisión afecta directamente la resistencia mecánica y la uniformidad del campo eléctrico del bobinado. Los métodos de bobinado comunes incluyen el "tipo cilíndrico multi-capa", el "tipo continuo" y los impactos de los diferentes métodos en la estabilidad varían significativamente:

• Control de tensión del devanado:La tensión desigual durante el proceso de bobinado es la principal causa de que los bobinados estén sueltos. Si la tensión es demasiado baja, habrá espacios entre los cables de bobinado. Durante el funcionamiento, los cables son propensos a desplazarse bajo la acción de la fuerza electromagnética, lo que provoca el desgaste de la capa aislante. Si la tensión es demasiado alta, el cable se estira y deforma fácilmente, lo que afecta la sección transversal-conductora y puede dañar la película de pintura aislante. Un proceso de alta-calidad requiere un sistema de control automático de tensión para controlar la fluctuación de tensión dentro de ±5%, asegurando que el bobinado esté apretado y libre de daños por tensión.
• Precisión de la disposición del devanado:La "regularidad" y la "estrechez" de la disposición de los cables afectan directamente la distribución del campo eléctrico. Por ejemplo, si se producen "vueltas incorrectas" o "vueltas superpuestas" en un devanado continuo, la intensidad del campo eléctrico local aumentará bruscamente (hasta 3 veces la del área normal), provocando una descarga parcial. Si el espacio entre-capas de un devanado cilíndrico multi-capa supera los 0,1 mm, se formará un "espacio de aire". Dado que la intensidad del campo de ruptura del aire es mucho menor que la del papel aislante, es probable que se produzca una falla por ruptura entre capas.
• Finalizar el proceso de tratamiento:El extremo del bobinado es el área concentrada de tensión mecánica. Durante un cortocircuito, la fuerza electromagnética en el extremo puede alcanzar decenas de veces mayor que en funcionamiento normal. Si la unión del extremo no es firme (por ejemplo, el espaciado de la cinta de unión es demasiado grande o los nudos no están apretados), el extremo es propenso a deformarse y desplazarse durante un cortocircuito, lo que desgarra aún más la capa aislante. Un proceso de alta-calidad requiere "unión cruzada multi-capa" y la instalación de "anillos de esquina" en los extremos para mejorar la resistencia mecánica y garantizar la forma estable del devanado durante un cortocircuito.

3. Tratamiento de aislamiento: bloqueo de la "ruta de transmisión de fallas"

El sistema de aislamiento del devanado es la clave para resistir el estrés eléctrico y el estrés térmico. La calidad del proceso de tratamiento del aislamiento determina directamente la vida útil y la confiabilidad del sistema de aislamiento:​

• Selección de material de aislamiento:Los materiales aislantes comunes incluyen papel aislante, pintura aislante y espaciadores. Por ejemplo, el límite de resistencia a la temperatura-a largo plazo del papel aislante Clase A es de 105 grados, mientras que el del papel aislante Clase H puede alcanzar los 180 grados. En ambientes de alta-temperatura (como centrales eléctricas de nueva energía y talleres metalúrgicos), elegir papel aislante Clase H puede extender la vida útil del sistema de aislamiento entre 3 y 5 veces. Si el material aislante se selecciona incorrectamente, es propenso a envejecer y fragilizarse a altas temperaturas, lo que lleva a una disminución de la resistencia del aislamiento.
• Proceso de Impregnación y Secado:El objetivo del tratamiento de impregnación es permitir que la pintura aislante penetre completamente en los huecos del devanado, formando una "capa aislante integral". Si la impregnación es insuficiente (por ejemplo, la viscosidad de la pintura es demasiado alta o el tiempo de impregnación es insuficiente), quedarán burbujas de aire dentro del devanado. La intensidad del campo de ruptura de las burbujas de aire es baja, lo que fácilmente provoca descargas parciales. Si el proceso de secado no se controla adecuadamente (por ejemplo, la temperatura aumenta demasiado rápido o la humedad no cumple con el estándar), se producirá un curado desigual de la pintura aislante, lo que provocará grietas y descamación, y la pérdida del efecto de protección del aislamiento.
• Control de espesor de aislamiento:El espesor de la capa de aislamiento debe diseñarse con precisión de acuerdo con la tensión nominal del transformador. Por ejemplo, el espesor del aislamiento entre espiras de un transformador de 10 kV debe ser mayor o igual a 0,3 mm. Si el espesor es insuficiente, se descompone fácilmente con el alto voltaje. Si el espesor es demasiado grueso, aumentará el volumen de bobinado, afectará la eficiencia de disipación de calor y provocará desperdicio de material. Un proceso de alta-calidad requiere un "monitoreo del espesor en línea" para garantizar que la desviación del espesor de la capa de aislamiento sea menor o igual a 0,02 mm.

4. Secado y curado: bloqueo de la "estabilidad del proceso"

El secado y el curado es el eslabón final del proceso de bobinado. Su propósito es eliminar la humedad del devanado y garantizar que la pintura aislante esté completamente curada. Si no se maneja adecuadamente, los efectos de los procesos anteriores se desperdiciarán:​

• Control de humedad:La humedad en el devanado reducirá significativamente la resistencia del aislamiento y acelerará el envejecimiento del aislamiento. Por ejemplo, cuando el contenido de humedad en el papel aislante excede el 0,5%, la intensidad de su campo de ruptura disminuirá en más del 40%. Un proceso de secado de alta-calidad requiere "secado al vacío" para controlar el contenido de humedad del devanado por debajo del 0,1%, evitando al mismo tiempo la oxidación del alambre debido a temperaturas excesivamente altas.
• Temperatura y tiempo de curado:El curado de la pintura aislante debe seguir el principio de "aumento gradual de la temperatura". Si la temperatura aumenta demasiado rápido, la pintura es propensa a "curarse en la superficie mientras no se cura internamente", lo que resulta en una resistencia insuficiente de la capa aislante. Si el tiempo de curado es insuficiente, la pintura aislante no estará completamente reticulada y será propensa a ablandarse y fluir durante el funcionamiento a largo plazo. Por ejemplo, la pintura aislante a base de epoxi- debe mantenerse a 120 grados durante más de 6 horas para garantizar un grado de curado mayor o igual al 95% y garantizar un rendimiento de aislamiento estable.