¿Cómo funciona un transformador sumergido en aceite?

Un transformador sumergido en aceite es un transformador con un buen rendimiento de aislamiento. Utiliza aceite aislante como medio, tiene un rendimiento estable y un buen efecto de refrigeración. En comparación con los transformadores de tipo seco, los transformadores sumergidos en aceite tienen muchas ventajas. No sólo son ahorradores de energía y respetuosos con el medio ambiente, sino que también tienen un excelente rendimiento en disipación de calor y aislamiento. Son adecuados para una gran variedad de ocasiones, y un buen mantenimiento puede aumentar en gran medida su vida útil.

¿Qué es un transformador sumergido en aceite?

Definición básica：

En transformador sumergido en aceite es un tipo de transformador de potencia que utiliza aceite aislante como medio de refrigeración y aislamiento. Se compone principalmente de bobinados, un núcleo de hierro, un depósito de aceite y aceite aislante. Los devanados convierten la tensión, el núcleo de hierro guía el flujo magnético y el aceite disipa el calor y protege el aislamiento.

En comparación con los transformadores de tipo seco, los transformadores sumergidos en aceite ofrecen importantes ventajas en cuanto a disipación del calor y capacidad de carga, lo que permite un funcionamiento seguro y a largo plazo en sistemas de media y alta tensión. Por ello, los transformadores sumergidos en aceite son la opción más común para la transmisión de energía, la generación de energía industrial y las infraestructuras a gran escala.

¿Cómo funciona un transformador sumergido en aceite?

La tensión alterna de entrada se aplica al devanado primario.

En el núcleo se crea un flujo magnético que induce tensión en el devanado secundario.

El aceite absorbe el calor de las pérdidas eléctricas (pérdidas en el cobre + pérdidas en el núcleo).

El aceite caliente sube y transfiere el calor a las paredes del depósito o a los radiadores, donde se enfría y vuelve a bajar, garantizando una circulación continua.

El aceite también aísla las piezas bajo tensión, evitando averías eléctricas.

Función de los transformadores sumergidos en aceite aislante

El aceite aislante es un componente esencial de los transformadores sumergidos en aceite. Normalmente se utiliza aceite aislante mineral, pero también existen aceites sintéticos o de base biológica respetuosos con el medio ambiente. Sus funciones principales incluyen:

• Protección del aislamiento: Evita la formación de arcos o descargas parciales entre los devanados o entre éstos y el núcleo de hierro.
• Disipación del calor: Absorbe el calor generado durante el funcionamiento y lo libera al ambiente a través del depósito de aceite y el radiador.
• Supresión de arcos: En caso de sobrecarga o cortocircuito, el aceite aislante ralentiza la aparición y propagación de arcos. Prolongación de la vida útil del equipo: La calidad estable del aceite reduce el envejecimiento del aislamiento de los devanados y aumenta la vida útil general del transformador.

Características estructurales de los transformadores sumergidos en aceite：.

Los transformadores sumergidos en aceite suelen constar de las siguientes estructuras principales:

• Devanados: Devanados de alta y baja tensión, utilizando conductores de cobre o aluminio en función de los requisitos de diseño.
• Núcleo: Fabricado con láminas de acero al silicio laminado, ofrece características de baja pérdida y bajo nivel de ruido.
• Depósito de aceite: Sellado para contener aceite aislante y evitar la entrada de aire y humedad.
• Radiador: Proporciona refrigeración por convección natural o por aire forzado para garantizar una temperatura estable del aceite.
• Dispositivos de protección: Incluyen una válvula de alivio de presión, un interruptor de control de temperatura y un indicador de nivel de aceite para garantizar un funcionamiento seguro.

Principio de funcionamiento de los transformadores sumergidos en aceite

Los transformadores sumergidos en aceite funcionan según el principio de inducción electromagnética: Cuando el devanado de entrada recibe corriente, se genera un campo magnético alterno que crea un flujo magnético dentro del núcleo. Este flujo se induce en el devanado de salida para generar la tensión deseada.

Mecanismo de inducción electromagnética:

Cuando el devanado de alta tensión se conecta a una fuente de alimentación, se genera un campo magnético alterno dentro del núcleo.

El flujo magnético atraviesa el núcleo, induciendo una fuerza electromotriz en el devanado de baja tensión. Conversión de potencia: La potencia de alta tensión se transmite al lado de baja tensión, o viceversa, lo que permite aumentar o disminuir la tensión.

Refrigeración por aceite aislante: El aceite absorbe el calor de los bobinados y el núcleo, lo transfiere al disipador de calor por convección natural o circulación forzada y, a continuación, lo libera al aire.

Principio de circulación del aceite：

Existen dos métodos principales de refrigeración para los transformadores sumergidos en aceite:

• Convección natural (ONAN): Se basa en la diferencia de densidad del aceite para crear una circulación natural, sin necesidad de potencia adicional.
• Circulación forzada del aceite (OFAF/OFWF): Utiliza una bomba de aceite o un ventilador para acelerar el flujo de aceite, lo que mejora la eficacia de la refrigeración y es adecuado para entornos de alta carga o alta temperatura.

Este método de refrigeración no sólo garantiza un funcionamiento estable del transformador en condiciones de alta carga a largo plazo, sino que también reduce el envejecimiento del aislamiento causado por el sobrecalentamiento localizado de los devanados.

Capacidades y niveles de tensión habituales de los transformadores sumergidos en aceite

Los transformadores sumergidos en aceite están disponibles en distintas capacidades y niveles de tensión, lo que le permite seleccionar el modelo adecuado para su aplicación.

Rangos de capacidad comunes:

• Pequeños transformadores: 100-500 kVA, utilizados principalmente en edificios comerciales o pequeñas empresas industriales.
• Transformadores medianos: 500 kVA-5 MVA, adecuados para fábricas medianas y grandes y redes de distribución.
• Grandes transformadores: de 5 a 100 MVA, utilizados principalmente para la transmisión troncal de la red eléctrica y las infraestructuras a gran escala.

Clasificación del nivel de tensión:

Este diseño de tensión multinivel hace que los transformadores sumergidos en aceite sean flexibles y adaptables en diversos escenarios.

El papel de los transformadores sumergidos en aceite

Las funciones principales de los transformadores sumergidos en aceite se reflejan en tres áreas: conversión de tensión, distribución de carga y estabilidad de la red.

• Conversión de tensión

Los transformadores sumergidos en aceite convierten la electricidad de alta tensión en electricidad de baja tensión para satisfacer las necesidades energéticas industriales y residenciales. Por ejemplo, la electricidad de alta tensión de 110 kV procedente de la red eléctrica se reduce a 10 kV en un transformador y, a continuación, a 0,4 kV en un transformador de distribución para uso comercial.

• Distribución de la carga

En el sistema de distribución de energía, los transformadores sumergidos en aceite se encargan de distribuir la electricidad a las distintas cargas, garantizando un suministro estable a todos los enlaces de consumo.

• Estabilidad de la red

Al regular la tensión de salida, los transformadores sumergidos en aceite pueden amortiguar las fluctuaciones de la red, evitar daños en los equipos causados por caídas o picos de tensión y mejorar la fiabilidad del sistema.

Ventajas de los transformadores sumergidos en aceite

• Excelente disipación del calor

El aceite absorbe el calor con eficacia. Combinado con un radiador y un sistema de circulación, puede disipar rápidamente el calor generado bajo cargas elevadas, evitando el sobrecalentamiento local. Aislamiento fiable

El dieléctrico de aceite no sólo proporciona un excelente aislamiento, sino que también suprime las descargas parciales, prolongando la vida útil del bobinado.

• Gran capacidad y gran estabilidad

En comparación con los transformadores de tipo seco, los transformadores sumergidos en aceite pueden manejar una mayor potencia y mantener una salida de tensión estable incluso durante largos periodos de funcionamiento continuo.

• Gran adaptabilidad medioambiental

Los transformadores sumergidos en aceite pueden utilizarse en interiores o exteriores, adaptándose a entornos cálidos, húmedos o fríos y soportando los efectos de las inclemencias meteorológicas.

• Económico

Aunque la inversión inicial es ligeramente superior, su larga vida útil y sus razonables ciclos de mantenimiento se traducen en bajos costes de explotación a largo plazo, lo que ofrece una excelente relación calidad-precio.

Áreas de aplicación de los transformadores sumergidos en aceite

Los transformadores sumergidos en aceite se utilizan ampliamente en sistemas eléctricos y sectores industriales de todo el mundo. Los principales mercados son:

• Sistemas de energía

Transformadores principales en subestaciones de la red eléctrica y transformadores derivados en redes de distribución

Reducción y distribución de la tensión en líneas de transmisión de alta tensión

• Empresas industriales

Consumo de energía industrial de alta carga en acerías, minas y fundiciones de aluminio

Grandes plantas químicas, fábricas de maquinaria y otras empresas industriales

• Infraestructura

Grandes edificios comerciales y centros comerciales

Sistemas de alimentación eléctrica para aeropuertos, metros, ferrocarriles y transporte ferroviario urbano

• Nuevos sectores energéticos

Conversión de tensión y conexión a red para centrales fotovoltaicas y eólicas

Transformadores para sistemas de almacenamiento de energía

Diferencias entre transformadores sumergidos en aceite y transformadores secos

Los transformadores sumergidos en aceite son adecuados para aplicaciones de gran capacidad y carga, mientras que los transformadores de tipo seco son idóneos para edificios pequeños y medianos o lugares con elevados requisitos de seguridad.

Recomendaciones de mantenimiento de los transformadores sumergidos en aceite

• Comprobación periódica de la calidad del aceite

Garantice un rendimiento estable del aceite mediante análisis cromatográficos, pruebas de valor ácido y control del contenido de agua. El deterioro de la calidad del aceite puede provocar fallos en el aislamiento de los bobinados.

• Mantenimiento del sistema de refrigeración

Limpie regularmente el radiador y los conductos de aire para garantizar una circulación fluida del aceite. En los sistemas de circulación forzada de aceite, compruebe el estado de funcionamiento de la bomba y el ventilador.

• Control de temperatura y carga

Instale sensores de temperatura para controlar las temperaturas del devanado y del aceite a fin de evitar la degradación del aislamiento causada por el funcionamiento con sobrecarga.

• Inspección de estanqueidad

El sellado del depósito de aceite está directamente relacionado con el riesgo de contaminación y fugas de aceite. Inspeccione periódicamente la integridad de las juntas y las válvulas de presión.

• Inspección del bobinado y el aislamiento

Realice pruebas de relación, pruebas de resistencia del aislamiento y pruebas de descarga parcial para garantizar la integridad del aislamiento interno del transformador y reducir las tasas de fallo.

Preguntas frecuentes sobre transformadores sumergidos en aceite

P1: ¿Son seguros los transformadores sumergidos en aceite? ¿Son propensos a sufrir fugas de aceite o incendios?

A1: Los transformadores sumergidos en aceite funcionan de forma segura y fiable si se instalan de acuerdo con las especificaciones y se mantienen con regularidad. Sin embargo, el aceite es un medio inflamable que requiere dispositivos de aislamiento y control de incendios.

P2: ¿Son complejas de manejar y mantener?

A2: Son algo más complejos que los transformadores de tipo seco, ya que requieren comprobaciones periódicas de la calidad del aceite, la temperatura y las juntas. Sin embargo, el proceso general de mantenimiento está maduro y los requisitos técnicos pueden dominarse mediante formación.

P3: ¿Cuál es el nivel de ruido?

A3: Debido al efecto de absorción de vibraciones del aceite, los transformadores sumergidos en aceite funcionan de forma más silenciosa que los transformadores de tipo seco, lo que los hace adecuados para ubicaciones exteriores e industriales.

P4: ¿Cuál es su vida útil típica?

A4: Con un funcionamiento y un mantenimiento normales, pueden durar entre 25 y 30 años, y los productos de alta calidad pueden incluso superar los 35 años.

P5: ¿Dónde pueden instalarse?

A5: Pueden instalarse en interiores o exteriores y son adecuados para la distribución de alta tensión, empresas industriales y suministro eléctrico de infraestructuras a gran escala.

P6: ¿Cuál es su eficiencia energética y su ahorro de energía?

A6: Los transformadores sumergidos en aceite que utilizan materiales de núcleo de bajas pérdidas y diseños optimizados pueden reducir eficazmente las pérdidas tanto en vacío como en carga, consiguiendo un ahorro de energía.

Conclusión

Los transformadores sumergidos en aceite, equipos esenciales de los sistemas eléctricos de media y alta tensión, desempeñan un papel crucial en la transmisión de energía, el suministro eléctrico industrial y la construcción de infraestructuras, gracias a su excelente capacidad de disipación del calor, sus fiables características de aislamiento y su gran capacidad de carga. Mediante una selección adecuada, un mantenimiento científico y una gestión moderna, los transformadores sumergidos en aceite pueden lograr un funcionamiento estable a largo plazo, garantizando la seguridad de la red, la eficiencia y la conservación de la energía.