Bobinats del transformador i aïllament del transformador

Els bobinatges del transformador són els components del circuit d'un transformador i són les parts bàsiques per a la conversió d'energia electromagnètica. Estan fets de cables aïllats (generalment coure o alumini) enrotllats segons un patró específic i transmeten energia mitjançant el principi d'inducció electromagnètica.

1. Funcions principals

• Creació d'un camp magnètic: quan el bobinat primari s'alimenta amb corrent altern, s'estableix un camp magnètic altern.
• Força electromotriu inductora: aquest camp magnètic altern travessa el bobinatge secundari, induint una força electromotriu (tensió) al bobinatge secundari.
• Canvi de tensió: ajustant la relació de voltes dels bobinatges primaris i secundaris, es pot augmentar o reduir la tensió.

2. Tipus de bobinatges (classificats per nivell de tensió i posició relativa)

• Bobinatge d'alta tensió{0}: bobinatge que suporta una tensió més alta. Normalment té una secció transversal-del cable més petita (ja que el corrent és relativament petit), però requereix un aïllament elevat.
• Bobinat de baixa tensió: bobinatge que suporta una tensió més baixa. Normalment té una secció transversal-del cable més gran (ja que el corrent és relativament gran) i té requisits d'aïllament relativament més baixos.

Estructuralment, segons la seva disposició al nucli, es divideixen principalment en dos tipus:

(1) Enrotllament concèntric:

• Estructura: els enrotllaments d'alta-tensió i de baixa-tensió s'enrotllen en formes cilíndriques de diferents diàmetres i es col·loquen de manera concèntrica a l'extremitat del nucli.
• Disposició comuna: per facilitar l'aïllament, el bobinat de baixa-tensió se sol col·locar a l'interior (més a prop del nucli) i el bobinat d'alta-tensió a l'exterior. Això es deu al fet que l'aïllament entre l'enrotllament de baixa-tensió i el nucli (posat a terra) és més fàcil de manejar.
• Aplicació: la majoria dels transformadors de potència (especialment aquells amb capacitats més grans) utilitzen aquesta estructura. El procés de fabricació és relativament senzill i l'estructura és robusta.

(2) Enrotllament intercalat:

• Estructura: tant els enrotllaments d'alta -tensió com de baixa-tensió es fan en forma de disc i s'apilen alternativament al llarg de l'alçada de l'extremitat central.
• Avantatges: reducció del flux de fuites entre els bobinatges, alta resistència mecànica i forta resistència al curt{0}circuit.
• Aplicació: S'utilitza principalment per a transformadors especials, com ara transformadors de forn elèctric i transformadors de soldadura, que necessiten suportar grans forces electromagnètiques.

3. Principals requisits per a bobinatges
Rendiment elèctric: ha de suportar-tensió de funcionament a llarg termini i sobretensió transitòria (com ara els llamps).
Rendiment mecànic: L'estructura ha de ser prou resistent per suportar les enormes forces electromagnètiques generades durant els curtcircuits sense deformacions.
Rendiment tèrmic: hauria de tenir una bona dissipació de calor per garantir que l'augment de temperatura sota càrrega a llarg termini-no superi el límit.
Rendiment del procés: el procés de bobinatge ha de ser senzill, econòmic i fiable.

És el sistema de materials que aïlla les diferents parts del bobinatge entre si i separa el bobinatge de les parts connectades a terra (com el nucli i el dipòsit d'oli). És una part-no circuit del transformador, però determina la seguretat i la vida útil del transformador.
1. Funcions principals

• Aïllament de potencial: separa de manera fiable les parts conductores amb diferents potencials (com ara bobinatges d'alta i baixa tensió i bobinats del nucli) per evitar curtcircuits.
• Canal de dissipació de calor: els materials aïllants (com l'oli del transformador) solen servir com a mitjà de refrigeració, transferint la calor generada pel bobinatge i el nucli.
• Suport mecànic: els materials aïllants (com ara taulers aïllants) també ajuden a fixar i suportar els bobinatges.

2. Classificació de l'aïllament (per ubicació i funció)
El sistema d'aïllament del transformador normalment es divideix en dues categories principals:

• Aïllament intern: Situat a l'interior del dipòsit d'oli del transformador, no en contacte directe amb l'aire exterior.
• Aïllament principal: es refereix a l'aïllament entre bobinatges i parts connectades a terra (com ara el nucli i el dipòsit d'oli) i entre bobinatges de diferents nivells de tensió (com entre bobinats d'alta-tensió i de baixa-tensió). Aquest és el nucli del sistema d'aïllament del transformador i determina el nivell de tensió del transformador.
• Aïllament longitudinal: es refereix a l'aïllament dins del mateix bobinatge, com ara l'aïllament entre girs (aïllament de gir-a-gir), entre capes de bobinatge (aïllament de-a-capa) i entre seccions de bobinatge (aïllament de secció-a-).
• Aïllament extern: es refereix a les peces d'aïllament exposades a l'aire exterior del transformador, principalment a l'aïllament a la part superior dels casquilles (fora del dipòsit d'oli). La seva força d'aïllament depèn principalment de les condicions de l'aire i de la distància de fuga.

3. Principals materials aïllants
L'aïllament dels transformadors (especialment els transformadors-immersos en oli) és un sistema compost. Els materials comuns inclouen:
(1) Materials aïllants líquids:

• Oli mineral de transformació: El més utilitzat. Les funcions inclouen: aïllament (resistente dielèctrica molt més gran que l'aire), dissipació de calor (elimina la calor per convecció), protecció (aïlla l'oxigen, retarda l'envelliment del material).
• Oli aïllant d'èsters sintètics o naturals: com l'oli de silicona o l'oli aïllant vegetal, utilitzat habitualment en llocs amb alts requisits de resistència al foc.

(2) Materials aïllants sòlids:

• Paper aïllant, tauler aïllant: s'utilitza per a l'aïllament de volta, aïllament de capes, separadors entre bobinatges i cilindres d'aïllament. El sistema d'aïllament compost de paper d'oli- és el tipus d'aïllament de transformador més clàssic i fiable.
• Resina epoxi: s'utilitza àmpliament en transformadors de tipus sec-, formant un aïllament global sòlid mitjançant la fosa.
• Paper NOMEX®: un paper de poliamida aromàtica d'alt rendiment-i amb alta resistència tèrmica, utilitzat habitualment en transformadors de tipus-sec o especials.

Els bobinatges del transformador són els "canals de circuit" per aconseguir la conversió d'energia electromagnètica, mentre que l'aïllament del transformador és el "sistema de protecció" que separa de manera segura components amb diferents potencials; l'aïllament actua com a "armadura" dels bobinatges, proporcionant seguretat per al seu funcionament normal i evitant accidents de curt-circuits. Els dos es complementen i junts determinen el rendiment, el nivell de tensió i la fiabilitat operativa del transformador.