Vistas: 0 Autor: Editor del sitio Hora de publicación: 2025-10-13 Origen: Sitio
En la vasta y compleja red que suministra electricidad a nuestros hogares, empresas e industrias, el transformador de potencia trifásico sumergido en aceite se erige como un héroe anónimo. Esta monumental obra de ingeniería no es simplemente una caja en un poste de servicios públicos o una plataforma en una subestación; Es un aparato meticulosamente diseñado y construido, fundamental para la estabilidad y eficiencia de toda la red eléctrica. Para apreciar verdaderamente su papel, uno debe mirar más allá de su imponente exterior de acero y comprender la intrincada estructura interna. Este artículo proporciona una exploración exhaustiva de la anatomía de un transformador de potencia trifásico sumergido en aceite, desglosando cada componente y explicando su función vital en la sinfonía de la transmisión y distribución de energía.
En esencia, un Un transformador trifásico es un dispositivo eléctrico estático diseñado para transferir energía eléctrica entre tres o más circuitos de corriente alterna (CA). Funciona según el principio de inducción electromagnética para aumentar el voltaje para una transmisión eficiente a larga distancia o reducirlo para un uso seguro y práctico en el destino. Si bien existen varios tipos, el transformador de potencia trifásico sumergido en aceite es la opción dominante para aplicaciones de voltaje medio y alto, particularmente en subestaciones de servicios públicos y grandes instalaciones industriales. Su prevalencia se debe a una combinación de capacidades de enfriamiento superiores, excelente rigidez dieléctrica y construcción robusta, lo que lo convierte en un caballo de batalla confiable capaz de manejar inmensas cargas de energía durante décadas. El diseño fundamental de cualquier transformador de potencia trifásico sumergido en aceite es un testimonio de la unión de la ingeniería eléctrica y mecánica, cuyo objetivo es lograr el máximo rendimiento, seguridad y longevidad.
La estructura de un transformador de potencia trifásico sumergido en aceite se puede descomponer en cuatro sistemas principales: el núcleo magnético, los devanados, la carcasa protectora y un conjunto de piezas auxiliares. Cada uno de estos sistemas es esencial para el funcionamiento del transformador, y su calidad de diseño y fabricación determina directamente la eficiencia, confiabilidad y vida útil general de la unidad.
El núcleo es el corazón del circuito magnético del transformador. Su función principal es proporcionar un camino de baja reluctancia para el flujo magnético generado por los devanados. La eficiencia de este camino es primordial, ya que cualquier ineficiencia aquí conduce directamente a pérdidas de energía. El núcleo de un moderno transformador de potencia trifásico sumergido en aceite está construido a partir de miles de láminas laminadas delgadas de acero eléctrico de grano orientado con alto contenido de silicio.
Material y laminación: El uso de acero al silicio aumenta significativamente la resistencia eléctrica del material del núcleo, reduciendo así las pérdidas por corrientes parásitas. La laminación (apilar láminas delgadas aisladas entre sí) altera aún más los caminos de estas corrientes parásitas, que son un componente importante de la pérdida sin carga del transformador. La orientación del grano del acero garantiza que el flujo magnético pueda viajar más fácilmente a lo largo del grano, minimizando la pérdida por histéresis, otra parte clave de la pérdida sin carga.
Tipos de núcleo: Hay dos configuraciones principales para el núcleo en un transformador de potencia trifásico sumergido en aceite:
Tipo de núcleo: este es el diseño más común para transformadores de potencia grandes. Consta de tres ramas verticales, con los devanados de bajo voltaje (LV) y alto voltaje (HV) para cada fase colocados concéntricamente alrededor de una sola rama. Este diseño ofrece una refrigeración superior, ya que una mayor superficie del devanado está expuesta al aceite aislante circulante y simplifica el proceso de fabricación y montaje.
Tipo de carcasa: en este diseño, los devanados están rodeados por el núcleo. El circuito magnético rodea los devanados por todos lados, asemejándose a una concha. Si bien esto ofrece una mejor protección mecánica y una ruta de flujo magnético más corta, es más complejo de construir y presenta mayores desafíos para enfriar los devanados de manera efectiva.
Para un transformador de potencia trifásico sumergido en aceite típico, casi siempre se prefiere el tipo de núcleo debido a su equilibrio entre rendimiento, capacidad de fabricación y facilidad de servicio.
Si el núcleo es el corazón, los devanados son los pulmones del transformador, formando su circuito eléctrico. Estas bobinas de alambre conductor son donde realmente ocurre la transformación de energía. Están meticulosamente enrollados y aislados para soportar las inmensas tensiones eléctricas y térmicas que encontrarán durante el funcionamiento.
Conductores: los devanados suelen estar hechos de cobre o aluminio de alta conductividad. El cobre ofrece una conductividad eléctrica superior para una sección transversal determinada, lo que lleva a una menor pérdida de carga (pérdidas I⊃2;R). El aluminio es más liviano y menos costoso, pero requiere una sección transversal más grande para transportar la misma corriente, lo que puede afectar el tamaño total del transformador de potencia trifásico sumergido en aceite.
Aislamiento: El aislamiento entre las espiras del devanado, entre las capas y entre los devanados de AT y BT es absolutamente crítico. Previene cortocircuitos y garantiza el funcionamiento seguro de la unidad. Los materiales aislantes incluyen esmalte, papel y cartón prensado, todos los cuales están impregnados con aceite aislante. El aceite llena todos los huecos, aumentando drásticamente la rigidez dieléctrica del sistema de aislamiento.
Configuración: La forma en que se conectan los tres juegos de devanados tanto del lado primario como del secundario define el grupo vectorial del transformador y su comportamiento en el sistema de potencia. Los dos tipos de conexión fundamentales son la conexión en estrella (estrella) y la conexión en triángulo. La elección de la configuración afecta los niveles de voltaje, el cambio de fase y el manejo de armónicos, lo que lo convierte en un parámetro de diseño crítico para cualquier transformador de potencia trifásico sumergido en aceite.
La carcasa del transformador, o tanque principal, es la carcasa de acero que contiene y protege el conjunto del núcleo y el devanado. Es un componente crítico que cumple múltiples funciones. El tanque se llena con aceite aislante, que sumerge las partes activas. Por lo tanto, la carcasa debe ser robusta, a prueba de fugas y diseñada para soportar la presión interna y las tensiones ambientales. El rendimiento de sellado del tanque es primordial para evitar fugas de aceite y el ingreso de humedad, los cuales pueden degradar catastróficamente el aislamiento del transformador. El tanque principal también es parte integral del sistema de enfriamiento. Por lo general, está equipado con radiadores externos o aletas que aumentan el área de superficie, lo que permite que el calor generado por el núcleo y los devanados (por pérdida de carga y pérdida sin carga) se disipe en el aire circundante. El método de enfriamiento a menudo se clasifica según estándares como ONAN (Oil Natural Air Natural), donde el aceite y el aire circulan solo por convección, u ONAF (Oil Natural Air Forced), donde se utilizan ventiladores para forzar el aire sobre los radiadores para mejorar el enfriamiento en un gran transformador de potencia trifásico sumergido en aceite.
Un moderno transformador de potencia trifásico sumergido en aceite está equipado con una gama de dispositivos auxiliares que monitorean, protegen y respaldan su funcionamiento. Estas piezas son esenciales para la seguridad, el control y el mantenimiento.
| de la pieza auxiliar | Función e importancia |
|---|---|
| Tanque conservador | Un tanque de expansión colocado encima del tanque principal. Permite que el aceite aislante se expanda y contraiga con los cambios de temperatura, evitando la acumulación de presión en el tanque principal. |
| Descanso | Un dispositivo que contiene gel de sílice, conectado al conservador. Seca el aire que ingresa al tanque a medida que el aceite se enfría, evitando que la humedad contamine el aceite. |
| Relevo Buchholz | Un relé protector accionado por gas instalado en la tubería entre el tanque principal y el conservador. Detecta fallas internas menores (al detectar una lenta acumulación de gas) y fallas mayores (al detectar un aumento de aceite), activando una alarma o disparando el transformador. |
| Cambiador de toques | Un mecanismo para ajustar la relación de vueltas del transformador, lo que permite un ajuste fino del voltaje de salida para compensar las variaciones de carga. Puede estar sin carga (desenergizado) o con carga (operando mientras el transformador está energizado). |
| Medidores de temperatura y nivel de aceite | Proporcione monitoreo visual y remoto en tiempo real del aumento de temperatura del devanado y el nivel de aceite, que son parámetros operativos críticos. |
| Equipo de enfriamiento | Incluye radiadores, ventiladores y bombas para ONAF o sistemas de refrigeración más potentes (como OFAF - Oil Forced Air Forced) necesarios para que unidades más grandes gestionen el aumento de temperatura de forma eficaz. |
El funcionamiento de un El transformador de potencia trifásico sumergido en aceite es el resultado directo de su estructura. Se rige por la ley de inducción electromagnética de Faraday. Cuando se aplica un voltaje CA trifásico a los devanados primarios, se crea un flujo magnético variable en el tiempo en el circuito magnético (el núcleo). Este flujo alterno se vincula con los devanados secundarios, induciendo un voltaje en ellos. La relación de vueltas entre los devanados primario y secundario determina la relación de aumento o reducción de voltaje.
La estructura dicta la actuación. La calidad del núcleo de acero determina la pérdida sin carga. La sección transversal y el material de los conductores devanados determinan la pérdida de carga. La disposición física de los devanados y el entrehierro en el núcleo define la impedancia de cortocircuito del transformador, un parámetro crucial para limitar las corrientes de falla y permitir el funcionamiento en paralelo. Todo el conjunto está bañado en aceite aislante, que no sólo aísla sino que también transporta el calor desde el núcleo y los devanados hacia los radiadores de refrigeración, gestionando el aumento de temperatura. Un transformador de potencia trifásico sumergido en aceite bien diseñado es un sistema en el que cada componente estructural trabaja en conjunto para lograr una conversión de energía eficiente y confiable.
