Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
Cuando un transformador o generador funciona, el primer lugar donde muchos ingenieros experimentados buscan problemas es en las juntas del núcleo. Esas laminación Las juntas (juntas en T, esquinas en inglete, solapes) son los puntos en los que el flujo cambia de dirección, los huecos son más difíciles de controlar y los puntos calientes "misteriosos" que suelen aparecer en las termografías.
En este artículo repasaremos por qué cómo distinguir una "mancha caliente inofensiva" de un auténtico fallo en el núcleo y qué prácticas de diseño, fabricación y operación y mantenimiento los evitan realmente, no sólo sobre el papel, sino sobre el terreno.
En una junta de laminación, el flujo magnético se ve obligado a doblar una esquina y saltar de una pila de acero a otra. En las uniones en T de transformadores trifásicos, varios flujos de limbo incluso sumar en una región compartida, lo que empuja la densidad de flujo local por encima de la media en el núcleo.
La investigación sobre los núcleos de los transformadores de distribución muestra que las pérdidas localizadas en determinadas regiones de las juntas en T pueden ser significativamente superiores a la pérdida media del núcleo, especialmente cerca de los bordes interiores de las juntas a tope, donde se produce la aglomeración de flujo y los ángulos de flujo desfavorables. Estas pérdidas adicionales se transforman directamente en calor, por lo que la cámara de infrarrojos "ve" un punto caliente incluso cuando la carga nominal es correcta.
Antes de culpar a la fabricación o al mantenimiento, ayuda visualizar qué hace la física en una unión. En un núcleo laminado perfecto:
La realidad es más confusa. En una junta en T o en una esquina ingleteada:
Por lo tanto, aunque las pérdidas de la placa de características parezcan buenas, las juntas son el lugar donde la física hace que el margen sea más estrecho, y por eso es donde los defectos aparecen primero como puntos calientes.
Conectemos la física con las cosas que se ven realmente durante la fabricación, las pruebas o el funcionamiento.
A continuación se muestra un "mapa de campo" compacto de las causas más comunes de los puntos calientes localizados cerca de las juntas de laminación, y cómo tienden a aparecer.
| Categoría de causa raíz | Mecanismo en la junta de laminación | Pistas de campo que se ven | Solución/prevención típica |
|---|---|---|---|
| Apiñamiento de fluidos y diseño de juntas | Diseño deficiente de la junta en T/esquina, solapamiento insuficiente o geometría escalonada que provoca picos B locales y ángulos de flujo desfavorables. | Punto caliente repetible en la misma junta en varias unidades del mismo diseño; la temperatura varía mucho con la tensión (V/Hz). | Reoptimización de la geometría de las juntas (step-lap, ángulo de inglete, longitud de solapamiento), reducción de la densidad de flujo operativa, mejora del modelado FEM de las juntas del núcleo. |
| Cortos de laminación / revestimiento dañado | Las rebabas, los arañazos, las placas alabeadas o la falta de revestimiento crean vías conductoras de interlaminación; la región se comporta como una placa sólida más gruesa. | Punto caliente localizado que puede crecer con el tiempo; la prueba EL CID / núcleo muestra una señal alta localizada; a veces brillo metálico o decoloración en el interior del núcleo. | Control estricto de las rebabas, desbarbado, punzonado controlado; mantenimiento de la integridad del revestimiento; rectificado e inspección del núcleo; rechazo o reelaboración de pilas dañadas. |
| Juntas desalineadas o entrecortadas | Apilamiento deficiente, pasos desiguales, entrehierro adicional a lo largo de la junta a tope; flujo forzado en "puentes" estrechos con mayor componente B y flujo normal. | Banda caliente a lo largo de una junta en lugar de un único punto; sin cambios importantes en la pérdida global del núcleo pero con una temperatura local anormal. | Mejores dispositivos de apilado y automatización, par de apriete de pernos uniforme, rellenadores magnéticos de huecos, tolerancias dimensionales mejoradas en las laminaciones |
| Toma de tierra multipunto | Corrientes circulantes en el núcleo debido a más de un punto de tierra; las corrientes se concentran cerca de las juntas y los contactos estructurales. | Corriente de puesta a tierra del núcleo elevada (>100 mA), gases térmicos DGA, rayas calientes cerca de las abrazaderas del núcleo o de las salidas de los cables. | Aplique estrictamente la puesta a tierra del núcleo en un solo punto, inspeccione y elimine las puestas a tierra no intencionadas, considere la posibilidad de instalar una resistencia en serie temporal al planificar la interrupción del servicio. |
| Flujo parásito en piezas estructurales | Flujo de fuga en juntas y extremos que induce corrientes parásitas en abrazaderas, placas de unión, pared del depósito, etc. | Punto caliente no exactamente en el núcleo sino en la abrazadera/depósito cerca de la junta; tiende a empeorar a mayor carga/corriente. | Añadir derivaciones magnéticas, blindajes de cobre o desviadores de flujo; reubicar o rediseñar las piezas metálicas cercanas a las zonas de alto flujo. |
| Problemas de refrigeración y flujo de aceite/aire | Conductos obstruidos, bolsas de aceite estancadas cerca del yugo superior o las extremidades; una región de la junta con pérdidas ligeramente superiores se sobrecalienta porque no puede evacuar el calor. | Aumento de la temperatura mucho mayor de lo previsto para un modesto incremento de las pérdidas; el IR muestra zonas más cálidas y amplias | Limpiar y verificar los conductos de refrigeración, mantener la calidad y el nivel del aceite, garantizar que los equipos de refrigeración forzada funcionen según lo previsto. |
| Armónicos, sobreexcitación, polarización CC | El flujo no sinusoidal y los elevados V/Hz acercan las juntas a la saturación; la pérdida de hierro se dispara primero en las regiones de alto B. | Los puntos calientes aparecen durante condiciones anormales de la red, inyección de armónicos o eventos de sobreflujo; la tendencia se correlaciona con V/Hz y THD. | Aplicar límites V/Hz, instalar protección contra sobreexcitación, reducir la inyección de armónicos (filtros, ajuste del STATCOM). |
| Objetos extraños y contaminación | Partículas metálicas sueltas o herramientas que unen las laminaciones o las laminaciones a la estructura conectada a tierra, a menudo atrapadas cerca de juntas o conductos. | Mancha intensa muy localizada, a veces intermitente; puede desplazarse ligeramente, o aparecer tras el transporte o la revisión | Limpieza estricta, control de herramientas y materiales, inspección interna durante paradas importantes, filtración y lavado de aceite cuando proceda. |
Algunos puntos calientes no son errores, sino que están integrados en los márgenes de diseño. Si usted diseña o especifica núcleos, está jugando con estas palancas todos los días, a veces sin ver las consecuencias térmicas hasta más tarde.
Estudios bien documentados sobre núcleos de transformadores trifásicos demuestran que las regiones de unión en T son las partes del núcleo más complejas e influyentes en las pérdidas: el flujo gira bruscamente, se superponen múltiples flujos de extremidades y los componentes de flujo normal y en el plano son grandes. Los diseños optimizados de las juntas (por ejemplo, juntas mejoradas escalonadas o juntas mixtas de 60°/45°) reducen considerablemente las pérdidas localizadas en comparación con las antiguas disposiciones de 45°/90°.
Del mismo modo, un CRGO de alta calidad con un recubrimiento adecuado y un recocido de alivio de tensiones reduce drásticamente la pérdida global y local del núcleo para un B determinado, lo que le da más margen antes de que las juntas se calienten en servicio.
Incluso un núcleo perfectamente modelado puede comportarse térmicamente mal si la fabricación y el montaje no tratan las juntas de laminación con respeto.
Las operaciones de punzonado y apilado pueden dejar rebabas, placas alabeadas o escalones desalineados. Tanto la experiencia del sector como la literatura técnica señalan que los arañazos, las rebabas grandes o las laminaciones alabeadas en la pila de núcleos pueden cortocircuitar localmente las laminaciones y provocar un sobrecalentamiento local, incluso cuando la pérdida total de núcleo se mantiene dentro de las especificaciones.
En las máquinas grandes (generadores, motores grandes), los daños en la laminación por vibraciones o los núcleos sueltos también pueden desgastar el aislamiento interlaminar; el aislamiento desgastado provoca cortocircuitos, puntos calientes en el núcleo y, en casos extremos, cavidades fundidas en el núcleo si no se controla.
Puedes heredar un núcleo perfectamente construido y todavía Si el entorno de funcionamiento lo empuja fuera de su zona de confort, se producen puntos calientes localizados.
La sobreexcitación (V/Hz elevados), el alto contenido de armónicos o la polarización de CC aumentan la densidad de flujo, y los primeros lugares que se quejan son las juntas y las esquinas, donde B ya es mayor. Las directrices técnicas sobre núcleos de transformadores destacan la sobrecarga, el aumento de la pérdida de hierro por puntos de funcionamiento fuera de diseño y los armónicos como factores importantes del sobrecalentamiento del núcleo.
El flujo parásito es otro culpable: el flujo de fuga que se escapa del núcleo principal -especialmente cerca de los extremos del bobinado y las juntas- puede inducir corrientes parásitas en abrazaderas, paredes del depósito y otras piezas metálicas, creando puntos calientes locales que aparecen cerca de las juntas incluso si las laminaciones en sí están bien.
Por último, la puesta a tierra multipunto del núcleo es un problema "invisible" clásico: dos o más puestas a tierra del núcleo forman un bucle, haciendo circular corriente por el acero del núcleo y la trayectoria estructural. Esa corriente circulante genera un sobrecalentamiento localizado detectable mediante infrarrojos, mediciones de corriente de puesta a tierra y firmas de gas DGA.
Una vez detectado un punto caliente en una cámara de infrarrojos o a partir de un sensor térmico, la verdadera pregunta es: ¿se trata de una región cálida aceptable, de una alerta temprana o de una auténtica falla del núcleo en ciernes?
Las mejores respuestas combinan observaciones térmicas con pruebas eléctricas y químicas. La investigación y la práctica de campo modernas hacen hincapié en la medición de pérdidas localizadas, la termografía avanzada y las técnicas de detección de fallos en el núcleo (como EL CID para generadores o las pruebas de bucle de núcleo para transformadores) para detectar a tiempo los problemas de interlaminación.
La mayoría de los puntos calientes localizados en las juntas de laminación se pueden evitar con una mezcla de buena disciplina de diseño, un control de calidad de fabricación serio y controles operativos realistas.
Piense en la prevención en tres capas: (1) Diseñarlo bien, (2) Construirlo limpio, (3) Operarlo con amabilidad.
Los puntos calientes localizados cerca de las juntas de laminación no son mala suerte al azar. Casi siempre son la punta visible de uno o más problemas subyacentes:
Cuando se combinan patrones térmicos con conocimientos de diseño y algunas pruebas específicas, "esa extraña mancha caliente en el canesú superior" se convierte en una historia clara: escalón desalineado, o cortocircuito de laminación, o puesta a tierra multipunto, o flujo parásito en una pinza. Y una vez que se tiene esa historia, el camino hacia la mitigación - rediseño, reapilamiento, reasentamiento, re-enfriamiento - se vuelve mucho más claro.
Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
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