Modelado térmico y cálculo del punto más caliente del devanado (IEC 60076-2 / IEC 60076-7)

Ecuaciones diferenciales del gradiente térmico de devanado a aceite, cálculo de factores de punto más caliente (H) y modelado de pérdida de vida útil del papel

1. Degradación térmica del aislamiento de celulosa

La vida útil operativa de los transformadores de potencia está determinada por la tasa de deterioro térmico del aislamiento de papel de celulosa sólida en el punto de temperatura más alto: la Temperatura del punto caliente del devanado (θh).

2. Límites térmicos y umbrales de aumento de temperatura (IEC 60076-2)

Clase de enfriamientoTemperatura ambiente máxima (θa)Aumento máximo del aceite superior (Δθto)Aumento máximo de liquidación promedioTemperatura máxima del punto caliente (θh)
ONAN / ONAF40°C (pico) / 30°C (promedio anual)60 K65 K118°C (Emergencia: 140°C)
OFAF / ODAF40°C60 K65 K118°C
AN (Resina fundida Clase F)40°CN/A (Seco)100 K145°C
AN (Resina fundida Clase H)40°CN/A (Seco)125 K170°C

3. Formulación matemática de la temperatura del punto caliente

Según IEC 60076-7, la temperatura del punto caliente en estado estacionario se calcula como:

θh = θa + Δ θto + H · gr · Ky

Definiciones de parámetros:

  • θa: Temperatura ambiente (°C).
  • Δ θto: Aumento de la temperatura superior del aceite por encima de la temperatura ambiente bajo carga nominal (K).
  • H: Factor de punto caliente (1.10 - 1.30 para distribución; 1.30 - 1.50 para unidades de potencia grandes).
  • gr: gradiente promedio de temperatura del aceite entre el devanado y la carga nominal (K).
  • K: Relación de corriente de carga (Iload / Irated).
  • y: Exponente de temperatura del devanado (1.6 para ONAN/ONAF, 2.0 para OFAF/ODAF).

4. Modelo de aceleración del envejecimiento del aislamiento de Arrhenius

V = 2(θ_h - 110) / (6)

Operar a θh = 116°C duplica la tasa de envejecimiento (V = 2), reduciendo a la mitad la vida útil esperada de años 30 a años 15.

*Referencia: IEC 60076-2:2011; IEC 60076-7:2018; IEEE Std C57.91-2021.*