¿Qué es el sistema de refrigeración del transformador?

El sistema de refrigeración de un transformador es un componente clave para garantizar su funcionamiento seguro, fiable y a largo plazo-. Su tarea principal es disipar eficazmente el calor generado durante el funcionamiento del transformador (pérdida de cobre y pérdida de hierro) al entorno circundante, manteniendo así la temperatura de los componentes del transformador dentro de los límites permitidos y evitando que los materiales de aislamiento envejezcan rápidamente o se dañen debido al sobrecalentamiento.

1. ¿Por qué es necesario el enfriamiento?
Durante el funcionamiento de un transformador, los devanados y el núcleo generan una gran cantidad de calor debido a las pérdidas (pérdidas por resistencia, pérdidas por corrientes parásitas, etc.), provocando un aumento de temperatura. Los materiales aislantes (como el aceite y el papel) son extremadamente sensibles a la temperatura. Según la clásica "regla de los 6 grados" o la "regla de los 8 grados", la vida útil de los materiales aislantes se reduce aproximadamente a la mitad por cada aumento de temperatura de 6 a 8 grados. Por lo tanto, una refrigeración eficiente es clave para prolongar la vida útil de un transformador.

2. Clasificación y códigos de métodos de enfriamiento.
El método de enfriamiento de un transformador generalmente se representa mediante códigos de letras, siguiendo los estándares internacionales (por ejemplo, IEC 60076), que constan de 2 a 4 letras, que representan:

Medio de enfriamiento: La primera letra indica el medio de enfriamiento interno en contacto con los devanados.
O: Aceite mineral o líquido aislante sintético con un punto de inflamación inferior o igual a 300 grados.
K: Insulating liquid with a flash point >300 grados.
L: Líquido aislante con un punto de inflamación no mensurable (como ciertos ésteres sintéticos).
G: Gas (como aire).
W: Agua.

Método de circulación: la segunda letra representa el método de circulación del medio de refrigeración interno.
N: Convección natural (el aceite caliente sube, el aceite frío desciende, impulsado por la diferencia de temperatura).
F: Circulación forzada (no-dirigida), el aceite circula mediante una bomba.
D: Circulación forzada dirigida, donde la bomba dirige el aceite directamente a canales específicos dentro de los devanados, lo que proporciona una mayor eficiencia de enfriamiento.

Medio de enfriamiento externo: la tercera letra indica el medio de enfriamiento externo.
R: Aire.
W: Agua.

Método de circulación del medio de refrigeración externo: la cuarta letra indica el método de circulación del medio de refrigeración externo.
N: Convección natural (como circulación natural del aire).
F: circulación forzada (como ventilador-aire forzado).

3. Explicación detallada de los métodos de enfriamiento comunes

1. Transformadores-inmersos en aceite
Este es el método de enfriamiento más común para transformadores de potencia. El transformador está lleno de aceite de transformador, que actúa como medio aislante y como medio de refrigeración principal.

ONAN (Aceite Natural Aire Natural)

• Principio: Se basa en la convección natural del aceite. El calor generado por los devanados y el núcleo calienta el aceite del transformador. El aceite caliente sube a la parte superior del tanque de aceite y libera calor al aire a través de radiadores (aletas o tubos de enfriamiento), mientras que el aceite enfriado desciende al fondo del tanque, formando una circulación natural.
• Características: Estructura simple, confiable, sin ruido-ni mantenimiento-.
• Aplicación: Pequeños transformadores de distribución (p. ej., los utilizados en zonas o edificios residenciales).

ONAF (Petróleo Natural Aire Forzado)

• Principio: Se añade un ventilador al radiador de un transformador ONAN. Cuando la carga del transformador aumenta y la temperatura aumenta, el controlador de temperatura enciende automáticamente el ventilador, lo que obliga al flujo de aire a acelerar el enfriamiento del radiador.
• Características: Capacidad de refrigeración significativamente mejorada, con ventiladores que pueden iniciarse y detenerse automáticamente según la carga/temperatura y eficiencia energética-.
• Aplicación: Transformadores de potencia de tamaño mediano a grande, ampliamente utilizados.

OFAF/ODAF (Aire forzado por petróleo / Aire forzado dirigido por petróleo)

• Principio: Además de agregar un ventilador, también se agrega una bomba de aceite. La bomba obliga al aceite del transformador a circular más rápido a través de los radiadores. La tecnología ODAF (dirigida) va más allá al dirigir el aceite con precisión a los canales capilares dentro de los devanados, lo que mejora en gran medida la eficiencia de enfriamiento en los puntos más calientes (dentro de los devanados).
• Características: Capacidad de enfriamiento extremadamente fuerte, estructura relativamente compleja.
• Aplicación: Transformadores grandes de voltaje ultra-alto, transformadores principales en centrales eléctricas de gran-capacidad.

OFWF/ODWF (Forzado por petróleo y agua forzado)

• Principio: utiliza un intercambiador de calor (enfriador) de aceite-a-agua en lugar de un radiador-enfriado por aire. El aceite caliente del transformador se bombea al enfriador donde el calor se transfiere al agua de refrigeración que fluye. Luego, el aceite enfriado regresa al transformador.
• Características: Muy alta eficiencia de enfriamiento, no afectada por la temperatura ambiente. Sin embargo, requiere un sistema de circulación de agua confiable (bombas, tuberías, válvulas, etc.), tiene altos costos y requisitos de mantenimiento, y conlleva el riesgo de que el aceite-agua se mezcle y se produzcan fugas.
• Aplicación: Transformadores ultra-grandes ubicados en áreas con abundante agua (como plantas hidroeléctricas) o áreas donde las limitaciones de espacio impiden el enfriamiento del aire (como subestaciones subterráneas).

2. Transformadores de tipo seco-
Los transformadores de tipo seco-utilizan aire (o aislamiento sólido como resina epoxi) como medio de enfriamiento interno y su método de enfriamiento es relativamente simple.
AN (enfriamiento natural por aire)

• Principio: Se basa en la convección natural del aire y el enfriamiento por radiación de la carcasa del transformador.
• Aplicación: Transformadores de tipo seco-de pequeña-capacidad.

AF (enfriamiento por aire forzado)

• Principio: Instale ventiladores debajo o alrededor del cuerpo del transformador para forzar el aire frío a través de los pasajes entre los devanados, eliminando el calor.
• Características: Generalmente equipado con control inteligente; Los ventiladores se encienden automáticamente cuando la tasa de carga es alta, lo que permite que la capacidad de salida del transformador aumente entre un 40% y un 50%.
• Aplicación: Transformadores de tipo seco-de capacidad{0}}seca de mediana a grande, comúnmente utilizados en subestaciones interiores, edificios, metros y otros lugares con altos requisitos de seguridad contra incendios.

El sistema de enfriamiento de un transformador es una parte crítica de su diseño y afecta directamente la capacidad de salida, la eficiencia operativa y la vida útil del transformador. La selección del método de enfriamiento adecuado es el resultado de equilibrar el costo, la confiabilidad, la complejidad del mantenimiento y el entorno de instalación.