Los transformadores de alta potencia (superiores a varios cientos de MVA) requieren un análisis minucioso de las pérdidas en las piezas metálicas. El diseño exige precauciones específicas para controlar eficazmente los intensos campos magnéticos derivados de la corriente de carga y evitar la aparición de puntos calientes concentrados en cualquier barrera magnética metálica, incluidas las paredes del tanque del equipo.
En este sentido, el propósito del blindaje en el tanque es controlar las pérdidas debidas al campo magnético disperso de los devanados que llegan a esta región. El acero al silicio se utiliza comúnmente para blindajes de tipo shunt, el cual posee una excelente permeabilidad magnética, atrayendo el campo magnético disperso y ofreciendo una ruta alternativa de baja reluctancia, protegiendo así el tanque de las pérdidas parásitas generadas.
Sin embargo, cuando el diseño del transformador requiere que el blindaje tenga flexibilidad mecánica para adaptarse al lateral del tanque, se puede utilizar un blindaje tipo escudo hecho de un buen conductor eléctrico, como aluminio o cobre.
El funcionamiento del blindaje de aluminio difiere del del blindaje en derivación. En este caso, cuando el campo magnético disperso alcanza el blindaje, se inducen corrientes parásitas en él, y el campo magnético generado por estas corrientes repele el campo magnético que las generó, protegiendo así la zona del tanque donde está instalado el blindaje. La corriente inducida en el blindaje también debe evaluarse, pero normalmente, las pérdidas parásitas no tienen el potencial de dañar el equipo. Otro detalle importante es que las protecciones de tipo blindaje, hechas de material conductor de electricidad, repelen el campo magnético disperso a otro punto del transformador, lo que a menudo puede trasladar el problema de calentamiento a otra zona, como la base, la tapa y los herrajes de montaje de la parte activa.
Estudio de caso
Se simuló un caso que muestra el comportamiento de calentamiento del tanque en función del campo magnético disperso de los devanados de un transformador dado. El primer estudio se realizó con el tanque optimizado en curvatura para reducir el uso de aceite aislante y sin blindaje magnético, como se muestra en la siguiente figura.
Para superar este sobrecalentamiento, la primera opción utilizada fue un patrón de blindaje en derivación de acero al silicio. Este concepto de blindaje se instala únicamente en las paredes planas del tanque, y el aumento de temperatura resultante se puede apreciar en las siguientes imágenes.
Lo que se puede observar es que, dado que el blindaje solo protege la parte plana del tanque, una región en la parte superior está expuesta a los efectos del campo magnético disperso, y el aumento de temperatura resultante en esta región es aún más crítico. Este fenómeno se produce porque el campo magnético se concentra en su extremo superior y llega al tanque antes de regresar a los devanados.
Para superar esta dificultad, se puede utilizar un blindaje que se ajuste a la geometría del tanque, en este caso con un material conductor de electricidad, como el aluminio. Los resultados de esta misma configuración con blindaje de tipo escudo se pueden observar en la siguiente figura.
Conclusión: Los valores de aumento de temperatura, cercanos a los 20 °C en la pared del tanque sin blindaje, se agravaron aún más al utilizar un blindaje de derivación de acero al silicio (alcanzando los 25 °C). Para solucionar esta situación, se utilizó un blindaje de tipo escudo de material conductor de electricidad (aluminio), que protegía incluso la parte curva del tanque.
Estos puntos de calentamiento pueden formar gases que se disuelven en el aceite aislante y causar una rápida degradación de la pintura y las juntas utilizadas para sellar el fluido aislante en el equipo. Este problema, que puede agravarse aún más durante posibles sobrecargas de emergencia, se soluciona con un blindaje adecuadamente diseñado.