31 de julio de 2024
Antes de los años sesenta, los transformadores tipo seco usaban principalmente aislamiento de clase B en diseños de ventilación abierta, con la designación de modelo SG. En aquella época no existían todavía las bobinas de hoja (foil), por lo que las bobinas de baja tensión eran mayoritariamente multifilares bobinadas en capas o en configuraciones espirales, y las bobinas de alta tensión eran del tipo disco. Los conductores utilizados eran alambres con doble envoltura de fibra de vidrio o alambres con envoltura simple de fibra de vidrio recubiertos con esmalte alquídico. La mayoría de los demás materiales de aislamiento eran materiales fenólicos de fibra de vidrio. El proceso de impregnación consistía en impregnar las bobinas de alta y baja tensión con barniz aislante de clase B a temperatura y presión ambiente, seguido de un secado a temperatura media (con temperaturas de secado que no excedían los 130°C). Si bien este tipo de transformador seco supuso una mejora significativa en la resistencia al fuego frente a los transformadores sumergidos en aceite, su rendimiento frente a la humedad y la contaminación era preocupante. En consecuencia, la producción de este tipo de transformador se ha detenido. No obstante, el exitoso diseño de los cálculos eléctricos, magnéticos y térmicos y de la disposición estructural sentó una base sólida para el desarrollo posterior de los nuevos transformadores secos de ventilación abierta con aislamiento de clase H.
En los Estados Unidos, ciertos fabricantes de transformadores, como FPT Corporation en Virginia, desarrollaron un transformador tipo seco que utiliza la aramida NOMEX® de DuPont como material de aislamiento principal. El producto de FPT viene en dos modelos: el tipo FB con un sistema de aislamiento clasificado a 180°C (clase H) y el tipo FH con un sistema de aislamiento clasificado a 220°C (clase C), con aumentos de temperatura de las bobinas de 115K (125K en China) y 150K, respectivamente. Las bobinas de baja tensión utilizan bobinados de hoja o de capas multifilares, con aislamiento entre espiras y entre capas de NOMEX®. Las bobinas de alta tensión son del tipo disco, con conductores envueltos en papel NOMEX®. En lugar de los bloques espaciadores convencionales entre discos de la bobina, se emplean espaciadores en forma de peine, lo que reduce efectivamente a la mitad el voltaje pico entre discos y aumenta considerablemente la resistencia axial a los cortocircuitos de las bobinas de alta tensión, aunque esto incrementa la dificultad de bobinado y el tiempo de fabricación. Las bobinas de alta y baja tensión se bobinan de manera concéntrica para aumentar la resistencia mecánica. Algunos diseños también utilizan placas de aislamiento NOMEX® como espaciadores y bloques. Los cilindros de aislamiento entre las bobinas de alta y baja tensión están fabricados con cartón NOMEX® de 0,76 mm de espesor. El proceso de impregnación implica múltiples ciclos de impregnación a presión en vacío (VPI) y secado a alta temperatura (con temperaturas de secado que alcanzan los 180-190°C). En FPT, este tipo de transformador se fabrica hasta un voltaje máximo de 34,5 kV y una capacidad máxima de 10.000 kVA. Esta tecnología está certificada por UL en los Estados Unidos.
En China, algunos fabricantes de transformadores han adoptado materiales de aislamiento NOMEX® y las especificaciones de fabricación pertinentes de DuPont (como HV-1 o HV-2), así como las normas técnicas de transformadores Reliatran®, para producir transformadores tipo seco tipo SG con aislamiento de clase H, similares al tipo FB de FPT. Sin embargo, a diferencia de FPT, los productos nacionales no impregnan todo el cuerpo del transformador, sino solo las bobinas. Aunque impregnar el transformador como cuerpo completo proporciona un mejor sellado global, es menos estéticamente agradable y exige que todas las pruebas pertinentes del producto se completen antes del tratamiento. Además, el barniz de impregnación puede contaminarse con facilidad, por lo que el proceso de impregnación de solo las bobinas resulta más razonable en China.
En Europa, el desarrollo de los transformadores tipo seco ha sido más diverso. Además de los procesos de encapsulado en vacío con resina epoxi y de bobinado, se han desarrollado otros tipos de transformadores similares a los transformadores de aislamiento sólido no encapsulado tipo SCR de China y a los transformadores secos de ventilación abierta tipo SG. En los años setenta, una fábrica sueca utilizó material de aislamiento NOMEX® para desarrollar transformadores secos de ventilación abierta. Más tarde, otra fábrica utilizó fibra de vidrio y DMD para sustituir el material de aislamiento NOMEX®, reduciendo los costos de material. La estructura de las bobinas era similar a la de los primeros productos con aislamiento de clase B, con bobinas de baja tensión multifilares o de hoja y bobinas de alta tensión del tipo disco. El aislamiento entre espiras era de fibra de vidrio y los espaciadores eran de cerámica. Otras piezas de aislamiento utilizaban laminados de tela de vidrio con resina de difenil éter modificada (cilindros) o laminados de tela de vidrio con poliamida-imida modificada (cilindros), DMD, SMC y otros materiales. El método de procesamiento de las bobinas era la impregnación en vacío VI, sin aplicación de presión durante la impregnación. Las claves técnicas de este proceso eran la selección razonable del barniz (resina) de impregnación y del proceso de impregnación, así como la fabricación de las piezas cerámicas. Las cerámicas ordinarias son frágiles y sin esmaltar, tienden a absorber la humedad y pueden agrietarse bajo esfuerzos desiguales o calor. Por lo tanto, deben tener una densidad y una dureza muy elevadas, algo que actualmente solo puede lograrse mediante importación.
