¿Qué es un transformador sumergido en líquido?

Un transformador sumergido en líquido es un transformador de potencia cuyo núcleo y devanados están sumergidos en un líquido dieléctrico (comúnmente aceite mineral o ésteres sintéticos). El líquido proporciona dos funciones críticas: aislamiento eléctrico entre componentes activos y transferencia de calor fuera de los devanados y el núcleo. Estos transformadores se utilizan ampliamente para aplicaciones de sistemas de energía y distribución donde se requiere un tamaño compacto, refrigeración confiable y rendimiento comprobado a largo plazo.

Tipos de líquidos y categorías de transformadores.

Los transformadores sumergidos en líquido se clasifican tanto por el líquido aislante utilizado como por la construcción del transformador. La elección del líquido afecta la inflamabilidad, la biodegradabilidad, el rendimiento térmico y los requisitos de mantenimiento.

Líquidos aislantes comunes

• Aceite mineral: mayor uso histórico; excelentes propiedades dieléctricas; inflamable; Requiere contención de aceite y control de fugas.
• Ésteres vegetales/sintéticos: biodegradables, mayor punto de inflamación, mejor comportamiento ante el fuego; puede prolongar la vida útil del aislamiento del papel.
• Fluidos de silicona y otros sintéticos: utilizados en aplicaciones especializadas donde el rendimiento frente a la temperatura o la no inflamabilidad son prioridades.

Categorías de construcción de transformadores

• Transformadores llenos de aceite herméticamente sellados, diseñados para minimizar el ingreso de humedad y reducir el mantenimiento.
• Tipo conservador (respirador): incluye un conservador de aceite y un respiradero de gel de sílice para control de expansión y humedad.
• Transformadores sumergidos con refrigeración forzada por aceite o aire forzado, para mayor estabilidad de carga o temperatura.

Construcción y componentes clave.

Un transformador sumergido en líquido integra sistemas mecánicos, eléctricos y de fluidos. Comprender estos componentes ayuda con la planificación del mantenimiento y el diagnóstico de fallas.

Núcleo, devanados y tanque.

El núcleo de acero laminado proporciona la trayectoria magnética; Los devanados (cobre o aluminio) se enrollan y aíslan, luego se sostienen físicamente dentro de un tanque de acero que contiene el líquido aislante. Un soporte mecánico adecuado limita las vibraciones y el desplazamiento bajo fuerzas de cortocircuito.

Sistema de aislamiento y accesorios.

El papel aislante/cartón prensado combinado con el líquido forma el sistema dieléctrico. Los accesorios incluyen casquillos, grifos/OLTC (cambiador de tomas bajo carga) o cambiador de tomas sin carga, conservador o cámara de expansión, respiradero de gel de sílice, termómetro, dispositivo de alivio de presión y medidores de nivel de aceite.

Cómo funciona un transformador sumergido en líquido

El funcionamiento sigue principios electromagnéticos: el voltaje alterno en el primario crea un flujo magnético variable en el tiempo en el núcleo; ese flujo induce un voltaje en el secundario proporcional a la relación de vueltas. Las pérdidas (núcleo y cobre) generan calor; el líquido absorbe calor y lo transfiere a la superficie del tanque, donde se disipa al aire ambiente o se enfría mediante radiadores y ventiladores.

Ventajas y limitaciones

Ventajas

• Excelente enfriamiento: el líquido aleja el calor de los devanados de manera más efectiva que el aire, lo que permite una mayor capacidad de carga para un tamaño determinado.
• Fiabilidad comprobada y larga vida útil cuando se mantiene adecuadamente.
• Menor nivel de ruido y tamaño compacto en comparación con los tipos secos comparables para clasificaciones medianas y grandes.

Limitaciones y riesgos

• Riesgo de incendio con aceite mineral: requiere protección contra incendios, espaciamiento o uso de fluidos menos inflamables en sitios sensibles.
• Posible impacto ambiental de las fugas de petróleo: la contención y la respuesta a los derrames son obligatorias en muchas jurisdicciones.
• La entrada de humedad con el tiempo puede degradar el aislamiento del papel si los respiraderos y los sellos son inadecuados.

Aplicaciones y clasificaciones típicas.

Los transformadores sumergidos en líquido cubren una amplia gama: transformadores de distribución montados en postes (rango kVA), transformadores tipo pedestal para distribución subterránea, transformadores de potencia para subestaciones (rango MVA) y unidades especializadas para la industria y las energías renovables. La selección depende del voltaje del sistema, el nivel de cortocircuito, el perfil de carga y las limitaciones del sitio.

Requisitos de instalación y sitio.

Fundación y espaciado

Instale sobre una base nivelada y rígida del tamaño adecuado para el peso del transformador y las cargas sísmicas. Proporcione espacios mínimos para refrigeración, acceso para mantenimiento y seguridad según los códigos eléctricos locales. Asegúrese de que la conexión a tierra y la protección contra rayos sean adecuadas cuando sea necesario.

Contención de petróleo y medio ambiente.

Cuando se utiliza petróleo mineral, los marcos regulatorios a menudo requieren contención secundaria (diques, plataformas de concreto) y planes de respuesta a derrames. Para sitios sensibles, considere fluidos biodegradables y menos inflamables para reducir la carga regulatoria.

Mantenimiento, seguimiento y pruebas.

El mantenimiento proactivo extiende la vida útil del transformador y evita interrupciones no planificadas. Una combinación de inspección visual, pruebas de fluidos y pruebas eléctricas produce los mejores resultados.

Tareas rutinarias

• Inspección visual de fugas, corrosión y nivel de aceite.
• Reemplazo o regeneración del respiradero de gel de sílice para controlar el ingreso de humedad.
• Escaneo térmico de bushings, radiadores y conexiones para detectar puntos calientes.

Pruebas diagnósticas

• Análisis de gases disueltos (DGA): identifica fallas incipientes como arcos, sobrecalentamiento y descargas parciales.
• Ensayos de rigidez dieléctrica del aceite (BDV), contenido de agua, acidez y tensión interfacial.
• Prueba de relación de espiras, resistencia del devanado, factor de potencia de aislamiento (tan delta) y análisis de respuesta de frecuencia de barrido (SFRA).

Solución de problemas de fallas comunes

Los problemas comunes de los transformadores incluyen sobrecalentamiento, fugas, fallas en los bujes y arcos internos. La resolución sistemática de problemas combina el historial operativo, patrones DGA, imágenes térmicas y pruebas eléctricas para identificar las causas fundamentales y priorizar las acciones.

Criterios de selección y comparación.

Seleccionar el transformador sumergido en líquido adecuado requiere evaluar las características de carga, las limitaciones del sitio, las reglas ambientales y el costo total de propiedad, incluido el mantenimiento.

Seguridad, normativa y consideraciones medioambientales.

Cumpla con los códigos eléctricos locales, las regulaciones contra incendios y las normas ambientales con respecto a la contención secundaria y la eliminación de aceite de transformador usado. Para instalaciones en áreas pobladas o ambientalmente sensibles, adopte fluidos de baja inflamabilidad y proporcione contención de derrames. Asegúrese de que el personal siga los procedimientos de bloqueo/etiquetado, trabajo en caliente y espacios confinados al realizar el mantenimiento.

Planificación de vida útil y sustitución.

La vida útil típica oscila entre 25 y 40 años, según la carga, la refrigeración, el mantenimiento y el estado del fluido. Utilice las tendencias de DGA, el factor de potencia de aislamiento y la calidad del aceite para pronosticar el final de su vida útil. Planifique el reemplazo mucho antes de una falla catastrófica para evitar tiempos de inactividad del sistema y costosos reemplazos de emergencia.

Consejos prácticos para operadores e ingenieros

• Establecer un programa de monitoreo de rutina: escaneos visuales, térmicos, muestreo de aceite y DGA a intervalos regulares.
• Documente el historial de carga y el rendimiento térmico para detectar sobrecargas crónicas.
• Considere actualizar a fluidos de éster para mayor seguridad contra incendios en sitios poblados.
• En caso de duda, consulte a los fabricantes de transformadores y a los laboratorios de pruebas acreditados para la interpretación del DGA y las intervenciones importantes.

Preguntas frecuentes

¿Puedo reemplazar el aceite mineral con un éster en un transformador existente?

A veces sí, pero la conversión requiere comprobaciones de compatibilidad: los sellos, las juntas, la pintura y el aislamiento de papel pueden reaccionar de manera diferente. Se requieren pruebas de laboratorio y la aprobación del proveedor antes de reemplazar el líquido.

¿Con qué frecuencia debo realizar DGA?

La frecuencia depende de la criticidad: los transformadores de alta importancia a menudo tienen un DGA trimestral o mensual, mientras que las unidades de menor riesgo pueden ser muestreadas anualmente. Después de cualquier evento anormal (fallo, sobrecarga, rayo), tome la muestra inmediatamente.

¿Cuándo se considera que un transformador ha llegado al final de su vida útil?

Considere el reemplazo cuando las pruebas de aislamiento muestren una degradación progresiva, el DGA indique fallas internas irreversibles, los costos de reparación excedan el costo de reemplazo o cuando la confiabilidad operativa esté comprometida.

Los transformadores sumergidos en líquido siguen siendo una piedra angular de la distribución eléctrica debido a su rendimiento térmico y rentabilidad. La selección adecuada de fluidos, la instalación, el monitoreo proactivo y el cumplimiento de las regulaciones ambientales y de seguridad maximizarán la confiabilidad y minimizarán el riesgo.