El aceite de transformador es un componente crítico dentro de los transformadores de potencia, desempeñando papeles fundamentales en el aislamiento y la disipación de calor. Cuando este aceite se calienta, se producen una serie de cambios físicos y químicos, que tienen implicaciones que alcanzan mucho para el rendimiento y la confiabilidad del transformador.

Cambios físicos

Alteración de la viscosidad

Uno de los cambios físicos inmediatos en el aceite de transformador al calentar es una reducción en la viscosidad. La viscosidad es una medida de la resistencia de un fluido al flujo. A temperaturas de funcionamiento normales, el aceite de transformador tiene una cierta viscosidad que le permite circular suavemente dentro del transformador, facilitando la transferencia de calor eficiente. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la energía cinética de las moléculas de petróleo. Esta mayor energía hace que las moléculas se muevan más libremente, reduciendo las fuerzas intermoleculares que las mantienen unidas. En consecuencia, el aceite se vuelve menos viscoso y fluye más fácilmente. Por ejemplo, en un transformador de potencia grande que funciona bajo una carga pesada, donde la temperatura interna puede elevarse, la viscosidad reducida del aceite del transformador le permite alcanzar todos los puntos calientes dentro del transformador rápidamente, mejorando el proceso de enfriamiento. Sin embargo, si la temperatura cae significativamente después del calentamiento, la viscosidad del aceite aumentará nuevamente, lo que podría impedir su flujo si la viscosidad se vuelve demasiado alta.

Expansión de volumen

El calentamiento también conduce a la expansión del aceite de transformador. Similar a la mayoría de las sustancias, el aceite de transformador se expande a medida que aumenta su temperatura. Esto se debe a que el aumento de la energía cinética de las moléculas hace que se separen más, lo que resulta en un aumento en el volumen. El coeficiente de expansión térmica del aceite de transformador es relativamente pequeño pero aún lo suficientemente significativo como para ser considerado en el diseño del transformador. En los transformadores sellados, esta expansión de volumen puede causar un aumento en la presión interna. Si la presión excede los límites de diseño del recinto del transformador, puede provocar problemas como fugas de aceite o daños a los sellos. Para mitigar este problema, los transformadores a menudo están equipados con dispositivos como conservadores. Un conservador es un pequeño tanque conectado al tanque de transformador principal. Proporciona un espacio para que el aceite se expanda y se contraiga a medida que cambia la temperatura, manteniendo una presión relativamente estable dentro del transformador.

Cambios químicos

Aceleración de oxidación

Cuando el aceite del transformador se calienta, especialmente en presencia de oxígeno, se acelera la tasa de oxidación. La oxidación es una reacción química donde los hidrocarburos en el aceite reaccionan con oxígeno. Esta reacción puede conducir a la formación de varios productos de oxidación, incluidos los ácidos orgánicos, los peróxidos y el lodo. Los ácidos orgánicos pueden reducir el pH del aceite, lo que lo hace más ácido. Esta acidez puede corroer los componentes metálicos dentro del transformador, como los devanados y el tanque. Los peróxidos son compuestos inestables que pueden reaccionar aún más con el aceite, causando más degradación. La formación de lodo es particularmente problemática, ya que puede obstruir los canales de enfriamiento y los filtros dentro del transformador. Los canales obstruidos reducen la capacidad del aceite para circular, lo que a su vez perjudica la eficiencia de enfriamiento. Para ralentizar la oxidación, los antioxidantes a menudo se agregan al aceite de transformador durante el proceso de fabricación. Estos antioxidantes funcionan reaccionando con los radicales libres generados durante la oxidación, evitando así la reacción en cadena que conduce a una degradación extensa del petróleo.

Descomposición

A altas temperaturas, el aceite de transformador puede descomponerse. Las moléculas complejas de hidrocarburos en el aceite se descomponen en compuestos más simples, como gases (p. Ej., Metano, etano e hidrógeno) y compuestos orgánicos volátiles. Esta descomposición es una reacción endotérmica, lo que significa que absorbe el calor. El proceso de descomposición puede acelerarse por factores como la presencia de catalizadores metálicos (de los componentes del transformador), estrés eléctrico de alto voltaje y exposición prolongada a altas temperaturas. La formación de gases dentro del petróleo puede ser un problema grave. Las burbujas de gas pueden interrumpir las propiedades de aislamiento eléctrico del aceite. En aplicaciones de alto voltaje, estas burbujas pueden actuar como sitios para la descomposición eléctrica, lo que lleva a arcos y daños potenciales al transformador. Además, la liberación de compuestos volátiles puede contribuir a la formación de mezclas inflamables en las proximidades del transformador, aumentando el riesgo de fuego.

Impacto en el rendimiento del transformador

Degradación de aislamiento

Los cambios físicos y químicos en el aceite de transformador debido al calentamiento tienen un impacto directo en sus propiedades de aislamiento. La reducción de la resistencia dieléctrica, causada por productos de oxidación y burbujas de gas de la descomposición, significa que el aceite es menos efectivo para aislar los componentes eléctricos dentro del transformador. Como resultado, aumenta el riesgo de arco eléctrico y circuitos cortos. En casos extremos, puede ocurrir un desglose completo del aislamiento, lo que lleva a una gran falla eléctrica. Esto no solo hace que el transformador falle, sino que también puede interrumpir el suministro de energía a un área grande, lo que resulta en pérdidas económicas significativas.

Ineficiencia de enfriamiento

Calentamiento: los cambios inducidos en el aceite también pueden provocar ineficiencia de enfriamiento. La formación de lodo y la obstrucción de los canales de enfriamiento, como resultado de la oxidación y la descomposición, impiden el flujo del aceite. Con un flujo reducido, el aceite no puede transferir efectivamente el calor de los puntos de acceso en el transformador. Esto hace que la temperatura dentro del transformador aumente aún más, creando un círculo vicioso. Las temperaturas más altas aceleran la degradación del petróleo, reduciendo aún más sus capacidades de enfriamiento. Si no se aborda la ineficiencia de enfriamiento, el transformador puede sobrecalentarse, lo que puede causar daños permanentes a los devanados y otros componentes críticos.

En conclusión, el aceite de transformador de calentamiento desencadena una serie de cambios físicos y químicos que pueden comprometer severamente el rendimiento y la confiabilidad de los transformadores. Comprender estos cambios es crucial para el funcionamiento, el mantenimiento y el diseño adecuados de transformadores para garantizar la entrega segura y eficiente de la energía eléctrica.