Una medida clave de la integridad mecánica del transformador es una prueba de cortocircuito, la cual ABB ha promovido y realizado exitosamente, más frecuentemente que cualquier otro proveedor, destaca la compañía, agregando que la rigidez mecánica del transformador será uno de los factores de desempeño más críticos para el futuro.
La empresa indica que esto se explica por tres razones:
– La habilidad para resistir tensiones de cortocircuito (SC)
– Requerimientos sísmicos
– Manejo de transporte
Desde ABB comentan que las fuerzas de SC le dan un aumento a las fuerzas mecánicas en las bobinas, las cuales pueden alcanzar cientos de toneladas en milisegundos. Los peaks de corriente y las fuerzas correspondientes dependen de muchos factores. En sistemas de alto voltaje, el tipo más probable de fuerza de SC es una descarga de línea-tierra, normalmente debido a condiciones ambientales tales como rayos que caen en la línea, etc. La severidad relativa de los diferentes tipos de fallas depende de las características del sistema, en particular del valor de la impedancia de SC del transformador y la aparente potencia de SC del sistema.
Junto a lo anterior, señalan que las fuerzas y criterios de resistencia relacionados con las bobinas pueden ser divididos en dos componentes: fuerzas radiales y fuerzas axiales.
Los modos de falla para fuerzas radiales incluyen:
– Doblado de las bobinas internas.
– Estiramiento de las bobinas externas.
– Terminación en espiral de las terminales en bobinas helicoidales.
En tanto los modos de falla para las fuerzas axiales incluyen:
– Colapso mecánico de la horquilla/yugo de aislamiento, de los aros y placas de prensa, y abrazaderas de núcleo.
– Inclinación del conductor.
– Doblamiento del conductor axial entre los espaciadores.
– Posibles fallas dieléctricas iniciales dentro de las bobinas, seguidas por un colapso mecánico.
La proveedora comenta que las fuerzas de SC se calculan en ABB con programas avanzados, basados en métodos de elementos finitos detallados (FEM) que también toman en consideración los desplazamientos axiales causados por tolerancias del taller y paso de las bobinas tipo helicoidal.
Las bobinas son dimensionadas por un máximo de fuerzas de compresión, donde se incluyen efectos dinámicos. Una característica extremadamente importante de la tecnología de SC de ABB es que las bobinas internas sujetas a compresión radial son diseñadas para ser completamente autosuficientes con relación al colapso por “doblamiento libre”. Esto significa que la estabilidad mecánica de la bobina se determina por las propiedades del cobre y la geometría conductora únicamente, un principio de diseño cauteloso que le ha servido muy bien a ABB.
Verificación de resistencia de cortocircuito (SC)
ABB comenta que el nuevo Estándar IEC 60076-5 (2006-2) provee dos opciones para verificar la habilidad de un transformador para resistir los efectos de un corto circuito:
– Una prueba de SC realizada en un laboratorio certificado
– Una evaluación teórica de la habilidad para resistir los efectos dinámicos de estos eventos basados en las reglas de diseño del fabricante y la experiencia de construcción, en línea con las nuevas guías.
Debido a los altos costos de inversión del equipo de prueba de SC, dichas instalaciones de prueba están disponibles únicamente en unas cuantas localidades en el mundo. La prueba requiere capacidades de potencia del rango de una gran red eléctrica junto con un equipo de medición y control sofisticado. Una de esas instalaciones es KEMA en los Países Bajos, donde un número de pruebas SC fueron realizadas en nombre de ABB. A pesar del alto costo, ABB ha realizado un gran número de estas pruebas para garantizar la calidad. 35 transformadores de potencia TrafoStar de ABB de diferentes diseños han tenido pruebas de SC, con una tasa de falla tan baja como el 11% (1).
Junto a lo anterior, desde ABB señalan que los informes de KEMA presentados en CIGRE y otras conferencias técnicas, muestran que la tasa total de fallas en las pruebas de SC a los transformadores de potencia realizados por toda la industria es del 28%.
Además, se resalta que el historial de pruebas de ABB de los últimos 16 años ha sido de 5 fallas en aproximadamente 50 pruebas o solamente un 10%. Cuando los resultados de las pruebas de ABB son comparadas con los resultados de todos los demás fabricantes, los fabricantes restantes muestran unas tasas de fallas en las pruebas SC muchas veces más altas que las de ABB.
De manera adicional, desde ABB proyectan que en el futuro, las nuevas formas de calificar los transformadores a través de un mejor control de capacidad térmica ayudarán a reducir el uso de materiales costosos. Los nuevos estándares deberán tomar en cuenta el perfil de carga, y permitir más especificaciones para tratar con patrones de carga más complejos. Esto requerirá la integración de más inteligencia. Otras posibilidades son incrementar aún más la integridad mecánica, térmica y dieléctrica de los trasformadores para equiparlos mejor al tratar con mayores tensiones que afectarán las futuras redes. Ya que los transformadores representan una parte substancial de las pérdidas de las redes, los programas de eficiencia energética más adelante requerirán diseños y tecnología de transformadores con pérdidas más bajas.