El aceite aislante circula silenciosamente dentro del transformador y el diseño sinérgico de láminas de acero al silicio de alta-eficiencia y canales de aceite refrigerante convierte la pérdida de energía eléctrica en una sutil disipación de calor. Un nuevo transformador-de eficiencia energética ahorra suficiente electricidad cada año para abastecer a decenas de hogares durante un año.
Aceite de transformador, a través de sus excelentes propiedades de refrigeración y aislamiento, reduce directamente las pérdidas sin carga y con carga durante el funcionamiento del transformador. Los transformadores de nueva-generación que utilizan láminas de acero al silicio de alta-eficiencia y estructuras centrales optimizadas tienen pérdidas de carga sin-que son entre un 35 % y un 45 % más bajas en promedio que las generaciones anteriores, y pérdidas de carga que son entre un 20 % y un 30 % más bajas en promedio.
La nueva norma nacional GB 20052-2020 establece requisitos más altos para la eficiencia energética de los transformadores de potencia, promoviendo los transformadores de ahorro de energía de alta-eficiencia de Nivel 1 y Nivel 2 como la corriente principal del mercado.
01 Núcleo de Eficiencia Energética
El aceite de transformador desempeña un doble papel crítico en los equipos eléctricos. Como medio aislante, protege los devanados y el núcleo de averías eléctricas; como refrigerante, transfiere continuamente el calor generado durante el funcionamiento al ambiente externo.
Esta función dual determina directamente el rendimiento de eficiencia energética del transformador, especialmente en condiciones de operación a largo plazo-y de carga pesada.
La mejora de la eficiencia energética de los transformadores-inmersos en aceite se logra mediante la innovación de materiales, la optimización estructural y la operación y el mantenimiento inteligentes. Actualmente, más del 80 % de los transformadores que funcionan en la red eléctrica utilizan diseños{3}}inmersos en aceite, la mayoría de los cuales dependen del enfriamiento por circulación natural de aceite.
Este diseño equilibra la eficiencia y la confiabilidad, convirtiéndose en el pilar del sistema de energía.
02 Mecanismo de disipación de calor
La eficiencia de enfriamiento del aceite del transformador está directamente relacionada con la eficiencia energética del equipo. El aceite aislante, a través de convección térmica y radiación, transfiere el calor generado durante la operación del transformador desde el núcleo y los devanados a la pared del tanque de aceite y finalmente lo disipa en el aire circundante.
Los transformadores-inmersos en aceite utilizan un diseño de enfriamiento único, que generalmente reserva canales de aceite dedicados entre los devanados, lo que permite que el aceite caliente suba naturalmente, se enfríe y luego descienda, formando una circulación continua.
Para mejorar la eficiencia de la disipación de calor, los transformadores modernos emplean varios diseños innovadores. Aumentar el número de canales de aceite puede aumentar el área de contacto entre el aceite y el aire; La optimización del diseño del canal de aceite puede evitar el sobrecalentamiento local. Los transformadores grandes también incorporan canales de aceite de refrigeración en sus núcleos para garantizar que el flujo de aceite en circulación disipe adecuadamente el calor.
03 Sinergia de materiales
El rendimiento de alta eficiencia energética del aceite para transformadores es inseparable de su trabajo sinérgico con otros materiales avanzados. Los transformadores modernos de alta-eficiencia utilizan láminas de acero al silicio de grano orientado-laminado en frío-de alta-calidad-como material central. Este material presenta alta permeabilidad magnética, alta resistividad y baja pérdida por corrientes parásitas.
Las láminas de acero al silicio de alta-eficiencia suelen tener espesores más delgados y una orientación de grano más optimizada, lo que permite que el flujo magnético fluya más suavemente dentro del núcleo.
El diseño de la estructura central también se optimiza cuidadosamente, utilizando juntas multi-etapas y juntas completamente en inglete para garantizar que la dirección del flujo magnético se alinee con la orientación de la fibra de las láminas de acero al silicio.
Los devanados del transformador están hechos de cables de alta-pureza y baja-resistencia, lo que reduce las pérdidas de resistencia durante la transmisión de corriente. El efecto sinérgico de estos materiales con el aceite de transformador mejora colectivamente la eficiencia energética general del equipo.
04 Control de pérdidas
Las pérdidas de energía durante el funcionamiento del transformador se dividen principalmente en pérdida sin-carga y pérdida con carga. La pérdida sin-carga se refiere al consumo de energía cuando el transformador está conectado a la fuente de alimentación pero sin carga, causado principalmente por histéresis y efectos de corrientes parásitas en el núcleo.
La pérdida de carga está relacionada con la potencia transmitida por el transformador y varía con el tamaño de la carga.
La nueva generación de transformadores energéticamente-eficientes ha logrado avances significativos en el control de pérdidas. Tomando como ejemplo un transformador común de 800kVA, el tipo S20 tiene una pérdida total de 6630W, mientras que el tipo S11 de la generación anterior alcanzó 10380W, ahorrando 3750W de electricidad por hora.
Tras la implementación de la nueva norma nacional GB 20052-2020, los requisitos de eficiencia energética para los transformadores de potencia se han mejorado aún más. Los productos de eficiencia energética de nivel 1 tienen una pérdida sin carga un 30 % menor y una pérdida de carga un 15 % menor en comparación con los productos de eficiencia energética de nivel 3.
05 Tendencias ambientales
Con los crecientes requisitos medioambientales, el aceite para transformadores se está desarrollando en una dirección más respetuosa con el medio ambiente. El aceite aislante de éster natural está emergiendo como sustituto del aceite mineral. Este medio aislante extraído de plantas es biodegradable, tiene un punto de inflamación de hasta 360 grados, lo que reduce significativamente el riesgo de incendio y los peligros ambientales. La subestación Gaoxiang en Wuxi, provincia de Jiangsu, ha puesto en funcionamiento el primer transformador de aceite de éster natural de 110 kV del mundo, contribuyendo a la creación de una subestación con cero-carbono.
Este transformador respetuoso con el medio ambiente no solo utiliza aceite de éster natural, sino que también considera la reducción de carbono durante todo el ciclo de vida del producto, incluido el uso de fuentes de energía de combustibles no-fósiles. La industria energética está utilizando métodos de certificación de productos para identificar y evaluar indicadores de-ahorro de energía, y los productos de ahorro de energía-calificados pueden marcarse con una etiqueta de certificación de "ahorro de energía-".
Con el avance del plan de mejora de la eficiencia energética de los transformadores, se prevé que la proporción de transformadores de alta-eficiencia energética-en funcionamiento aumente en un 10 % para 2023, y la proporción de transformadores de alta-eficiencia-ahorro de energía recién agregados alcanzará más del 75 % en ese año.
La primera subestación "carbono-cero" de 110 kV en China ha adoptado transformadores de aceite de éster natural, cuyo medio aislante proviene de extractos de plantas renovables, con un punto de inflamación aproximadamente 150 grados más alto que el aceite mineral tradicional.
Las empresas de redes eléctricas están reemplazando gradualmente los transformadores antiguos por nuevos-modelos energéticamente eficientes, y la tasa de pérdida de línea en algunas áreas ha disminuido del 6,2 % al 4,8 %. Mientras cae la noche y la ciudad se ilumina, estos transformadores sumergidos en aceite aislante siguen funcionando, entregando electricidad con mayor eficiencia energética a cada rincón que necesita luz.
