An experimental, analytical and numerical study of the mechanical failure of the cellulosic insulation of continuously transposed conductors in power transformers under the influence of short circuits and thermal ageing

Résumé

El papel dieléctrico de un transformador de potencia está sometido a un proceso de envejecimiento, producido por altas temperaturas y reacciones químicas en el aceite dieléctrico. Las fuerzas electromagnéticas que afectan a los conductores pueden producir la rotura del papel, llegando a causar el fin de la vida útil del transformador. Para mejorar la comprensión de estos fenómenos, un conductor continuamente transpuesto (CTC) con cuatro capas de dieléctrico (papel Kraft ordinario y tipo crepe) fue impregnado en aceite nafténico y envejecido durante diferentes periodos, representando toda su vida útil. Muestras del CTC fueron sometidas a deformaciones de flexión compatibles con un cortocircuito, analizándose las grietas generadas en el papel. El papel dieléctrico envejecido fue caracterizado mecánicamente (a tracción, compresión y tangencialmente), y el ensayo a flexión se simuló numéricamente en ANSYS Static Structural, para estimar las deformaciones en el papel. Dos criterios analíticos de fallo (máxima deformación y criterio de Norris) fueron adaptados para predecir las regiones del papel dieléctrico susceptibles de fallar para un estado de envejecimiento y deformación impuesta determinados, obteniendo predicciones coherentes con los resultados experimentales y validando así el enfoque de Norris.