Descarga en los Extremos de los Bobinados de Motores de Alta Tensión y Tratamiento Anticorona

I. Causas y peligros de la descarga en los extremos de los devanados

Los extremos de los devanados de las bobinas del estator de los motores de alta tensión son propensos a descargas parciales debido a la distribución del campo eléctrico altamente no uniforme. Cuando la intensidad del campo eléctrico excede la rigidez dieléctrica del aire (aproximadamente 3 kV/mm), se produce una descarga corona, caracterizada por fluorescencia azul y la generación de ozono y óxidos de nitrógeno. Las causas principales incluyen:

1. Concentración del campo eléctrico: La mayor intensidad de campo se produce en la salida de la ranura. Una sola bobina puede producir corona a 4 kV, descarga deslizante a 20 kV y descarga disruptiva a 40 kV.
2. Defectos de aislamiento: Los defectos de fabricación u operativos, como vacíos, delaminación o rebabas, exacerban la distorsión del campo eléctrico.
3. Factores ambientales: Un aumento del 10% en la humedad reduce la tensión de inicio de la corona en un 10%, mientras que los contaminantes (por ejemplo, polvo, aceite) degradan el rendimiento del aislamiento gaseoso.

Peligros:

• Los efectos térmicos causan la carbonización de los materiales aislantes (por ejemplo, adhesivos, mica), lo que provoca el blanqueamiento, el aflojamiento o los cortocircuitos del aislamiento de los hilos.
• Las vibraciones electromagnéticas inducen descargas de chispa en los huecos de las ranuras, erosionando las superficies de aislamiento.
• El funcionamiento prolongado permite que la descarga de seguimiento penetre en el aislamiento principal, lo que provoca una avería.

II. Principios fundamentales del tratamiento anticorona

El núcleo de la tecnología anticorona reside en la uniformización del campo eléctrico para evitar la ionización del gas, lo que se logra a través de:

1. Diseño de gradiente de resistividad:
   • La resistividad de la capa anticorona aumenta gradualmente desde la salida de la ranura hasta el extremo del devanado, lo que garantiza una caída de tensión lineal y evita cambios bruscos en la intensidad del campo.
   • Los ejemplos incluyen transiciones de tres etapas utilizando pinturas semiconductoras de baja resistencia (10³–10⁵ Ω), resistencia media (10⁹–10¹¹ Ω) y alta resistencia, o características de resistividad no lineal del carburo de silicio (menor resistividad bajo mayor intensidad de campo).
2. División capacitiva de tensión:
   • Las estructuras de blindaje internas insertan electrodos dentro del aislamiento de la bobina, formando una configuración tipo buje para la división capacitiva de tensión.
   • Adecuado para motores por encima de 24 kV, pero implica procesos complejos y mayores costos.

III. Principales tecnologías anticorona

Los tratamientos anticorona se clasifican en función de los niveles de tensión y las aplicaciones:

Flujo de proceso típico (tipo cepillado-enrollado):

1. Aplicar pintura semiconductora de baja resistencia (por ejemplo, pintura de resina epoxi 5150) a la parte recta, extendiéndose 25 mm más allá de cada lado del núcleo de hierro.
2. Aplicar pintura semiconductora de alta resistencia (por ejemplo, pintura alquídica 5145) en un rango de 200–250 mm desde la salida de la ranura hasta el extremo del devanado, solapando 10–15 mm con la pintura de baja resistencia.
3. Envolver con cinta de vidrio descerada de 0,1 mm de espesor en un patrón de media vuelta.
4. Aplicar pinturas semiconductoras adicionales de baja y alta resistencia sobre la cinta de vidrio para una protección de varias etapas.

IV. Control de parámetros clave en el tratamiento anticorona

1. Selección de resistividad:
   • La resistividad superficial (ρs) de la capa anticorona debe coincidir con la distribución de tensión: un ρs excesivo provoca gradientes de tensión pronunciados y corona prematura en el extremo de inicio, mientras que un ρs insuficiente conduce a corona en el extremo final.
   • Rango recomendado: 5×10⁹–10¹⁰ Ω (una sola etapa), ≤10⁵ Ω (sección de baja resistencia), ≥10⁹ Ω (sección de alta resistencia).
2. Adaptabilidad ambiental:
   • La tensión de inicio de la corona disminuye un 1% por cada 100 m de aumento de altitud, lo que requiere ajustes de parámetros para aplicaciones a gran altitud.
   • Los motores que funcionan en entornos hostiles (por ejemplo, alta humedad, contaminación) pueden requerir tratamiento anticorona incluso a 3 kV.
3. Control de calidad del proceso:
   • Las películas de pintura deben ser uniformes, continuas y lisas con una fuerte adherencia para evitar la concentración de campo debido al grosor desigual.
   • Las temperaturas de secado de la pintura semiconductora (por ejemplo, 180–220°C para la descerado) deben controlarse estrictamente para evitar la degradación del rendimiento.

V. Tendencias tecnológicas

1. Materiales resistivos no lineales: Las capas anticorona de carburo de silicio dominan debido a su resistividad autoajustable, lo que mejora significativamente el rendimiento.
2. Materiales nanocompuestos: La investigación se centra en la incorporación de nanopartículas (por ejemplo, SiO₂, TiO₂) en pinturas anticorona para mejorar la resistencia a la corona y la resistencia mecánica.
3. Monitorización inteligente: La integración con la monitorización de descargas parciales en línea permite la evaluación en tiempo real de las condiciones de la capa anticorona para el mantenimiento predictivo.