Vistas: 0 Autor: Editor del sitio Hora de publicación: 2026-02-01 Origen: Sitio
La red eléctrica depende en gran medida de la estabilidad y longevidad de los equipos de distribución de energía. Entre los activos más críticos de esta infraestructura se encuentra el Transformador trifásico sumergido en aceite . Como estas unidades manejan altos voltajes y corrientes, generan un calor interno significativo debido a la resistencia eléctrica y las pérdidas magnéticas. Sin una estrategia eficaz de disipación de calor, el aislamiento dentro de un transformador trifásico sumergido en aceite se degradaría rápidamente, provocando fallos catastróficos y cortes de energía generalizados.
El enfriamiento ONAN, que significa Oil Natural Air Natural, es un método de enfriamiento pasivo en el que el calor se disipa del núcleo del transformador y los devanados a través de la convección natural del aceite aislante dentro del tanque y la circulación natural del aire ambiente sobre las superficies externas del radiador. Este sistema no requiere alimentación externa para ventiladores o bombas, lo que lo convierte en la solución de refrigeración estándar para un transformador de distribución sumergido en aceite que funciona en condiciones de carga moderada.
Comprender los matices de la refrigeración ONAN es esencial para los ingenieros de servicios públicos y los especialistas en adquisiciones industriales. Si bien es la forma más simple de gestión térmica, su diseño implica una termodinámica compleja para garantizar que incluso un transformador trifásico sumergido en aceite de gran tamaño permanezca dentro de temperaturas de funcionamiento seguras. Esta guía explorará la mecánica, los beneficios y las especificaciones técnicas de los sistemas ONAN en comparación con métodos más intensivos como los que se encuentran en un transformador forzado de aire natural y aceite..
La fuente del calor: ¿Por qué los transformadores requieren refrigeración?
Decodificando ONAN: Lo que realmente significa 'Oil Natural Air Natural'
La física de ONAN: un ciclo de convección natural de dos etapas
Componentes clave de un sistema de refrigeración ONAN
ONAN en contexto: comparación con métodos de enfriamiento forzado
Aplicaciones y limitaciones de la refrigeración ONAN
Conclusión
Los transformadores requieren refrigeración porque las pérdidas eléctricas y magnéticas generan energía térmica que puede dañar el aislamiento interno, y un sistema de refrigeración eficiente garantiza que un transformador trifásico sumergido en aceite funcione dentro de los límites de su clase térmica para maximizar su vida útil.
La generación de calor en un transformador trifásico sumergido en aceite proviene principalmente de dos fuentes: pérdidas de cobre y pérdidas de hierro. Las pérdidas de cobre, también conocidas como pérdidas de $I^2R$, ocurren cuando la corriente fluye a través de los devanados, generando calor proporcional al cuadrado de la corriente. Para un transformador de distribución sumergido en aceite , estas pérdidas fluctúan con la carga eléctrica. Las pérdidas en el hierro, o pérdidas en el núcleo, resultan de histéresis y corrientes parásitas en el núcleo magnético y son relativamente constantes independientemente de la carga.
Si no se elimina este calor, la temperatura del aislamiento de papel y del aceite dieléctrico aumentará. El aislamiento estándar del transformador está diseñado para funcionar a temperaturas específicas; exceder estos límites incluso en unos pocos grados puede reducir a la mitad la esperanza de vida del aislamiento. En un transformador trifásico sumergido en aceite , el sistema de enfriamiento actúa como la defensa principal contra este envejecimiento térmico, manteniendo la temperatura del 'punto caliente' a un nivel seguro.
Además, la gestión térmica es una cuestión de seguridad. El calor excesivo puede hacer que el aceite en un El transformador de distribución sumergido en aceite se descompone y genera gases combustibles. La refrigeración eficiente garantiza que la presión interna permanezca estable y que la integridad física del tanque no se vea comprometida por la expansión térmica. Esto hace que el método de enfriamiento sea un parámetro de diseño fundamental para cualquier transformador trifásico sumergido en aceite..
ONAN significa 'Oil Natural Air Natural', una clasificación en la que tanto el medio de enfriamiento interno (aceite) como el medio de enfriamiento externo (aire) circulan por convección natural sin la ayuda de dispositivos mecánicos como bombas o ventiladores.
La 'O' en ONAN se refiere al aceite mineral o éster sintético utilizado dentro del transformador trifásico sumergido en aceite . En esta configuración, el aceite es 'natural', lo que significa que se mueve basándose en la flotabilidad: el aceite caliente sube hacia la parte superior del tanque mientras que el aceite más frío se hunde. Este movimiento interno es fundamental para un transformador de distribución sumergido en aceite porque transporta el calor desde el núcleo y los devanados hacia las paredes del tanque y los radiadores.
La 'A' se refiere al aire ambiente que rodea la unidad. La refrigeración por aire 'natural' significa que el calor se transfiere desde las superficies del radiador a la atmósfera únicamente mediante el movimiento natural del aire. A medida que el aire cerca de las aletas del radiador se calienta, se vuelve menos denso y se eleva, permitiendo que entre aire más frío desde abajo. Este proceso es altamente confiable para un transformador trifásico sumergido en aceite, ya que no depende de energía eléctrica para enfriar.
Mientras que un transformador forzado de aire natural y aceite (ONAF) agrega ventiladores para aumentar este movimiento de aire, el sistema ONAN es apreciado por su simplicidad y enfriamiento sin mantenimiento. Para muchas aplicaciones de subestaciones, un transformador de distribución sumergido en aceite con una capacidad de hasta 30 MVA puede funcionar de manera eficiente utilizando únicamente refrigeración ONAN, siempre que el área de la superficie del radiador se calcule correctamente durante la fase de ingeniería.
El proceso de enfriamiento de ONAN se basa en un ciclo termodinámico de dos etapas que involucra el efecto termosifón dentro del transformador trifásico sumergido en aceite y la convección externa de aire sobre las aletas del radiador.
En la primera etapa, el calor generado por los devanados se transfiere al aceite. A medida que aumenta la temperatura del aceite, su densidad disminuye. Esto crea un diferencial de presión que impulsa el aceite caliente hacia arriba. En un transformador trifásico sumergido en aceite , este efecto de 'termosifón' crea un bucle continuo. El aceite caliente ingresa por la parte superior de los radiadores, pierde calor a la atmósfera, se vuelve más denso y regresa al fondo del tanque del transformador para comenzar nuevamente el ciclo.
La segunda etapa ocurre en la interfaz entre los radiadores metálicos y la atmósfera. La eficiencia de un Transformador de Distribución Inmerso en Aceite en esta etapa depende de la superficie total expuesta al aire. Los ingenieros deben diseñar las aletas del radiador para permitir el máximo flujo de aire. Debido a que este es un proceso 'natural', la tasa de disipación de calor se ve directamente afectada por la temperatura ambiente y la ubicación física del transformador trifásico sumergido en aceite..
En comparación con un transformador forzado de aire natural y aceite , el ciclo natural es más lento. Sin embargo, es inherentemente autorregulador. A medida que aumenta la carga del transformador trifásico sumergido en aceite y se genera más calor, aumenta el gradiente de temperatura entre el aceite y el aire, lo que naturalmente acelera las corrientes de convección. Esta inercia térmica es una característica clave del transformador de distribución sumergido en aceite..
Un sistema de enfriamiento ONAN consta de componentes especializados que incluyen bancos de radiadores, aletas de enfriamiento y un tanque conservador de expansión, todos diseñados para facilitar el movimiento natural del aceite y el aire en un transformador trifásico sumergido en aceite.
Los componentes más visibles de un transformador de distribución sumergido en aceite son los radiadores. Suelen ser grandes bancos de aletas o tubos de acero prensado. Su propósito es proporcionar la máxima superficie posible para el intercambio de calor. En un alta capacidad transformador inmerso en aceite trifásico de , estos radiadores son desmontables para facilitar el transporte y pueden ampliarse si cambian los requisitos térmicos.
Dentro del tanque, los deflectores y los conductos de enfriamiento están estratégicamente ubicados dentro de los devanados del transformador trifásico sumergido en aceite . Estos conductos aseguran que el aceite fluya directamente sobre las partes más calientes de las bobinas de cobre. Sin estos caminos diseñados con precisión, un transformador de distribución sumergido en aceite podría desarrollar 'puntos calientes' localizados que la circulación natural del aceite no puede alcanzar, lo que provocaría una falla prematura del aislamiento.
El tanque conservador es otro componente vital. A medida que el aceite en un transformador sumergido en aceite trifásico se calienta durante el proceso ONAN, se expande. El conservador proporciona un espacio para esta expansión mientras mantiene el tanque principal completamente lleno de aceite. Esto evita que se formen bolsas de aire, que podrían interferir con el ciclo de convección natural requerido para un transformador de distribución sumergido en aceite..
Si bien ONAN es el método de enfriamiento básico para un transformador trifásico sumergido en aceite, a menudo se lo compara con los sistemas ONAF y OFAF, que utilizan aire forzado o aceite forzado para aumentar la densidad de potencia y la velocidad de enfriamiento.
| Tipo de enfriamiento | Medio interno | Medio externo | Tipo de movimiento | Requisito de energía |
| ONÁN | Aceite | Aire | Naturaleza/Naturaleza | Cero |
| ONAF | Aceite | Aire | Natural/Forzado | Bajo (ventiladores) |
| OFAF | Aceite | Aire | Forzado/Forzado | Alto (Bombas/Ventiladores) |
Como se muestra en la tabla, el transformador forzado de aire natural y petróleo (ONAF) sirve como término medio. Al agregar ventiladores a un con clasificación ONAN transformador sumergido en aceite trifásico , la capacidad de potencia a menudo se puede aumentar entre un 25% y un 33%. Esto se debe a que el aire forzado elimina el calor de los radiadores mucho más rápido que la convección natural. Sin embargo, el sistema ONAF requiere energía eléctrica y circuitos de control, lo que lo hace más complejo que un transformador de distribución sumergido en aceite estándar..
La elección entre ONAN y un transformador forzado de aire natural y aceite a menudo se reduce al perfil de carga. Si un transformador trifásico sumergido en aceite experimenta cargas máximas altas pero cargas promedio bajas, lo ideal es un sistema ONAF con ventiladores que se activan solo durante los picos. Para una distribución estable y confiable, el sencillo transformador de distribución sumergido en aceite de ONAN sigue siendo el favorito de la industria debido a su menor costo operativo y a la falta de piezas móviles.
Para transformadores de potencia muy grandes, incluso ONAF podría resultar insuficiente. En esos casos, se utiliza la circulación forzada de aceite (OFAF). Pero para la gran mayoría de las unidades de transformadores trifásicos sumergidos en aceite utilizadas en redes urbanas e industriales, el método ONAN proporciona el equilibrio perfecto entre eficiencia y durabilidad.
El enfriamiento ONAN es ideal para redes de distribución de tamaño mediano y subestaciones remotas donde el acceso para mantenimiento es limitado, aunque está limitado por su menor tasa de disipación de calor en comparación con un transformador forzado de aire natural y aceite.
El transformador de distribución sumergido en aceite que se encuentra en barrios residenciales y pequeños parques industriales utiliza casi exclusivamente refrigeración ONAN. Su funcionamiento silencioso es un beneficio importante en zonas pobladas. Además, en ubicaciones remotas donde no se dispone de energía auxiliar para los ventiladores, el transformador trifásico sumergido en aceite con enfriamiento ONAN proporciona una solución de tipo 'configúrelo y olvídese' que puede durar de 30 a 40 años con una intervención mínima.
El rendimiento de un refrigerado por ONAN transformador trifásico sumergido en aceite es muy sensible al medio ambiente. En climas extremadamente cálidos, la eficiencia de enfriamiento disminuye porque la diferencia de temperatura entre el aceite y el aire ambiente es menor. En tales casos, un transformador que normalmente sería una unidad ONAN podría actualizarse a un transformador forzado de aire natural y aceite simplemente para soportar el calor ambiental, incluso si la carga eléctrica es estándar.
Una limitación importante de ONAN es el tamaño físico. Para disipar grandes cantidades de calor de forma natural, un transformador trifásico sumergido en aceite necesita radiadores muy grandes. Esto aumenta el peso y la huella del transformador de distribución sumergido en aceite . Si el espacio en una subestación es escaso, los ingenieros pueden optar por un transformador forzado de aire natural y aceite porque los ventiladores permiten que radiadores más pequeños realicen la misma cantidad de trabajo de enfriamiento.
El transformador trifásico sumergido en aceite sigue siendo la columna vertebral de la distribución de energía moderna y el sistema de enfriamiento ONAN es su método de gestión térmica más confiable. Al aprovechar las leyes fundamentales de la física (flotabilidad y convección), el sistema ONAN permite que un transformador de distribución sumergido en aceite regule su propia temperatura sin necesidad de energía externa ni piezas mecánicas complejas. Esta simplicidad se traduce directamente en la confiabilidad durante décadas que exige la industria energética.
Si bien los sistemas más intensivos como el transformador forzado de aire natural y petróleo tienen su lugar en entornos de alta capacidad o con espacio limitado, el método ONAN sigue siendo el estándar de oro para la mayoría de las aplicaciones de distribución. Ya sea un pequeño transformador de distribución sumergido en aceite que sirve a una comunidad rural o un transformador trifásico sumergido en aceite más grande en una instalación industrial, el enfoque 'natural' de refrigeración proporciona una solución robusta, silenciosa y sin mantenimiento.
A medida que avanzamos hacia un futuro más electrificado, la ingeniería detrás del transformador trifásico sumergido en aceite seguirá evolucionando. Sin embargo, los principios básicos del enfriamiento de ONAN seguirán siendo un componente vital de la estabilidad de la red, asegurando que nuestra infraestructura eléctrica se mantenga fría bajo presión.
