Los informes de cortes de redes de alto voltaje repiten un patrón con incómoda regularidad: cuyo un gran transformador de potencia falla sin previo aviso, el desencadenante a menudo no son los devanados o el núcleo sino el casquillo, el componente que transporta el cable de alto voltaje a través de la pared del tanque conectado a tierra. Un casquillo de condensador resuelve este problema de paso con aislamiento de capacitancia, y su condición decide en gran medida si un transformador de 110 kV o 220 kV funciona silenciosamente durante treinta años o se convierte en un reclamo de seguro. Este artículo explica qué es un casquillo de condensador, por qué es importante la clasificación de capacitancia, qué sistemas de aislamiento están disponibles, cómo fallan estos casquillos y qué debe especificar un equipo de adquisiciones antes de firmar un contrato de compra.

¿Qué es un casquillo de condensador?

Cada aislador realiza el mismo trabajo básico: permite que uno o más conductores pasen a través de una partición conectada a tierra (la pared del tanque de un transformador, el cortafuegos de una subestación) mientras aísla el conductor activo de esa barrera. Lo que separa un casquillo de condensador de un casquillo sólido simple es cómo gestiona el campo eléctrico dentro de esa pared aislante.

Dentro de un casquillo de condensador, se insertan capas graduadas conductoras o semiconductoras coaxiales a intervalos radiales predeterminados en el cuerpo aislante, que está construido alrededor de un tubo conductor central. El conductor y las capas graduadas forman una pila de condensadores en serie. En términos sencillos, las capas comparten el voltaje radialmente de la misma manera que las resistencias de tamaño uniforme comparten el voltaje en un divisor, excepto que aquí son capacitores. Debido a que cada capa se encuentra en un radio calculado, el voltaje se divide casi uniformemente a lo largo del espesor del aislamiento en lugar de acumularse cerca de la brida de montaje conectada a tierra, donde la distancia entre el metal vivo y conectado a tierra es más pequeña.

Las consecuencias prácticas son considerables:

• La tensión eléctrica se mantiene dentro de los límites de diseño en toda la pared radial, por lo que el aislamiento puede ser más delgado y el casquillo más compacto.
• El aislador puede ser mucho más corto que un diseño no clasificado de la misma clase de voltaje, lo que reduce la abertura del tanque y las dimensiones generales del transformador.
• Una toma de prueba en la brida (y en muchos diseños una toma de voltaje) se conecta a las capas de clasificación externas, de modo que la capacitancia y el factor de disipación se pueden medir a través de rutas definidas y repetibles.

En el servicio de transformadores, con mayor frecuencia encontrará el término casquillo de condensador de aceite a aire: el extremo inferior se encuentra en el aceite del transformador, el extremo superior se encuentra en el aire detrás de los cobertizos climáticos y la brida conectada a tierra se sujeta a la pared del tanque entre los dos entornos.

Por qué es importante la clasificación de capacitancia en voltajes más altos

En voltajes de distribución bajos y medios, un aislador de porcelana sólida o resina fundida maneja el campo bastante bien; es por eso que una unidad de clase de 35 kV, como una Transformador de potencia sumergido en aceite de 35 kV utiliza habitualmente diseños de terminales sólidos más simples. A partir de aproximadamente 52 kV, y decisivamente a partir de 72,5 kV, ese enfoque deja de funcionar: un casquillo no graduado necesitaría un diámetro y una longitud imprácticamente grandes para mantener aceptable la tensión máxima cerca de la brida. La clasificación de capacitancia es lo que hace posibles los terminales compactos de transformadores de alto voltaje.

La clasificación también aporta un beneficio secundario que los compradores a veces pasan por alto: una medición predecible. Debido a que la pila de clasificación es una red capacitiva definida, los valores de fábrica de capacitancia y factor de disipación se convierten en una huella digital. Cuando los mismos valores varían en servicio, el casquillo le indica qué cambió en su interior: generalmente humedad, papel envejecido o un sitio de descarga en desarrollo.

Sistemas de aislamiento: OIP, RIP y Cast Resin

El principio de clasificación es común a todos los casquillos del condensador. El sistema de aislamiento envuelto alrededor de las láminas de clasificación es lo que varía e influye tanto en el precio como en el comportamiento de falla.

Para transformadores de potencia sumergidos en aceite, los aisladores OIP siguen siendo la opción predeterminada por encima de 72,5 kV debido a su historial de servicio y perfil de costos. Los casquillos RIP obtienen su prima cuando se aplica una política estricta de seguridad contra incendios, requisitos sísmicos o tolerancia cero a fugas. Los diseños de resina fundida cubren las clases en las que la clasificación es útil pero aún no es necesario el núcleo capacitivo completo de una unidad OIP.

Cómo fallan los casquillos del condensador y cómo detectarlo a tiempo

Las fallas en los bujes rara vez ocurren sin previo aviso. La secuencia típica va desde el ingreso de humedad a través de juntas envejecidas, hasta un factor de disipación en aumento, una descarga parcial y, finalmente, una fuga térmica en el aislamiento, que puede romper el casquillo e encender el aceite del transformador. Las encuestas de fallas de la industria clasifican consistentemente a los bushings entre las principales causas de fallas en los transformadores, razón por la cual el bushing pertenece a cualquier lista corta de Componentes centrales de un transformador de distribución. que merecen un seguimiento del estado desde el primer día.

Cuatro controles detectan la mayoría de los problemas mientras aún son baratos:

• Mida la capacitancia C1 y C2 más el factor de disipación (tan delta) a través de la toma de prueba durante cortes planificados y compare los valores con la placa de fábrica. Una desviación de un pequeño porcentaje es motivo para investigar, no para esperar.
• Escanee los casquillos con una cámara de infrarrojos bajo carga. Una capa de nivelación sobrecalentada o una conexión terminal floja aparece térmicamente mucho antes de que falle eléctricamente.
• Inspeccione las juntas del lado de aceite, los sellos del lado de aire y la ventana de nivel de aceite, si están instaladas. Una foca llorona es el punto de entrada del agua, y el agua es el enemigo de todo sistema de aislamiento a base de papel.
• Mantenga limpio el lado del aire. Los cobertizos de porcelana agrietados, las carcasas compuestas envejecidas por los rayos UV y la contaminación combinada con la niebla invitan a una descarga eléctrica externa incluso cuando el aislamiento interno es saludable.

Nada de esto es caro. Reemplazar una junta o limpiar cobertizos cuesta una fracción de reemplazar un casquillo roto, drenar y rellenar un tanque y explicar una interrupción prolongada al gerente de la planta.

Qué deben especificar los equipos de adquisiciones

Debido a que un casquillo se adapta tanto al devanado como a la abertura del tanque, nunca se debe comprar como un producto aislado. Antes de pedir una unidad nueva o un reemplazo, establezca lo siguiente:

1. Tensión nominal y nivel de aislamiento: tensión del sistema, resistencia al impulso de rayo (BIL) y, cuando corresponda, clase de impulso de conmutación, según IEC 60137 o IEEE C57.19.00/C57.19.01.
2. Clasificación actual con margen real para sobrecarga continua, armónicos y temperatura ambiente del sitio.
3. Sistema de aislamiento (OIP, RIP o resina fundida) adaptado a su política contra incendios, requisitos sísmicos y capacidad de mantenimiento.
4. Distancia de fuga y nivel de contaminación del lugar de instalación, ya que el aire costero e industrial exige vías de fuga más largas.
5. Estilo de conexión: cable de extracción a través del tubo central hueco o conductor rígido conectado desde abajo, lo que cambia la forma en que se enruta el cable de bobinado.
6. Dimensiones de la interfaz (brida de montaje, plano de junta y torretas) comparadas con la abertura del tanque, especialmente para adaptaciones.
7. Disposición de toques y acceso a mediciones que coincidan con sus instrumentos de prueba.
8. Documentos de prueba de rutina, incluidos los valores medidos de capacitancia y factor de disipación, para que su equipo de mantenimiento comience con una línea de base.

Trabajar con el fabricante del transformador simplifica la mayor parte de esta interfaz. Unidades como nuestra Transformador de potencia de voltaje ultraalto de 110 kV and Transformador de potencia de baja pérdida de 100MVA 220kV salga de fábrica con casquillos clasificados por capacitancia ya montados, sellados y probados de rutina, y los valores registrados viajan con los informes de prueba. Luego, el equipo encargado tiene números para comparar en lugar de conjeturas.

Un casquillo de condensador parece un accesorio pasivo, pero es un dispositivo capacitivo de precisión que controla el campo eléctrico más concentrado en el transformador. Elija el sistema de aislamiento que coincida con el sitio y la política contra incendios, insista en las líneas base de las pruebas de fábrica y establezca tendencias en las mediciones de los grifos: esos tres hábitos eliminan uno de los modos de falla más costosos que puede experimentar una subestación.