Dentro de un transformador de potencia: todos los componentes que necesita saber

Cuando trabajas con Si los transformadores de potencia duran el tiempo suficiente, te das cuenta de que no son solo una caja pesada colocada sobre una plataforma de concreto. Son un sistema cuidadosamente ensamblado de docenas de piezas individuales, cada una con una función específica. Si alguna vez se ha preguntado qué hay realmente dentro de ese tanque de acero lleno de aceite o cómo sobrevive una unidad de tipo seco sin líquido, aquí tiene un recorrido con los pies en la tierra.

Me centraré primero en el tipo sumergido en aceite (el más común que se ve en subestaciones o postes de servicios públicos) y luego cubriré rápidamente en qué se diferencian los transformadores de tipo seco.

El corazón absoluto: partes magnéticas y eléctricas

No importa el tamaño, cada transformador comienza con las mismas dos cosas: un núcleo y devanados. El núcleo está construido a partir de finas láminas de acero al silicio apiladas. Su única función es transportar flujo magnético. Piense en ello como el esqueleto que hace posible la transferencia de energía.

Alrededor de ese núcleo se encuentran los devanados, generalmente bobinas de cobre o aluminio. Un juego es para alto voltaje y otro para bajo voltaje. Estos son los 'cables' reales por donde fluye la corriente. Entre el núcleo y los devanados, y también entre las diferentes capas de los devanados, se encuentran piezas aislantes (cartón prensado, papel o materiales sintéticos). Sin ellos, la electricidad saltaría donde no debería.

Finalmente, los cables internos conectan diferentes secciones de los devanados y llevan el camino eléctrico hasta los casquillos (a los que llegaremos más adelante). Esos cables están cuidadosamente encaminados y aislados, porque dentro del tanque todo está apretado.

Aceite aislante y sistema de refrigeración.

en un Transformador lleno de aceite , todo el conjunto de núcleo y bobina está sumergido en aceite de transformador. Este aceite no es combustible; Es un aceite mineral altamente refinado que hace tres cosas: aísla, enfría y ayuda a extinguir cualquier arco interno. Puedes llamarlo el alma de la unidad.

El tanque en sí mantiene todo junto: aceite, núcleo, devanados y cables. Pero un simple tanque de acero no disipa el calor lo suficientemente rápido. Por eso ves esos paneles acanalados o radiadores atornillados en el exterior. Algunas unidades más grandes utilizan enfriadores de aire forzado o de aceite forzado, pero la idea es la misma: deshacerse del calor generado por los devanados y el núcleo.

A medida que el aceite se calienta, se expande. Para manejar esa expansión sin reventar el tanque, hay un conservador (muchas personas lo llaman tanque de conservación de aceite o simplemente 'almohada de aceite') montado sobre el tanque principal. Inhala y exhala a medida que cambia el volumen de aceite, manteniendo el tanque principal lleno en todo momento.

Seguridad y protección

Los transformadores pueden vivir décadas, pero necesitan perros guardianes. El más famoso es el relevo Buchholz (relé de gas). Se encuentra en la tubería entre el tanque principal y el conservador. Si una falla menor produce burbujas de gas, el relé las atrapa y envía una alarma. Si una falla importante crea un aumento repentino de aceite, el relé dispara el disyuntor instantáneamente.

El aire exterior que entra al conservador lleva humedad y polvo. Ahí es donde entra en juego el respirador de gel de sílice: un recipiente transparente lleno de gel azul o naranja que absorbe la humedad del aire entrante. Cuando el gel se vuelve rosado o blanco, sabes que está saturado.

Para eventos de sobrepresión (por ejemplo, un cortocircuito que vaporiza el aceite), una válvula de alivio de presión se abre durante una fracción de segundo y luego se vuelve a sellar. Sin él, el tanque podría literalmente romperse.

También encontrará un termómetro (a menudo con un dial y un tubo capilar) que mide la temperatura superior del aceite y, a veces, simuladores de temperatura de bobinado. Los operadores confían en estas lecturas para decidir si el transformador está sobrecargado o tiene un problema de enfriamiento.

Algunos transformadores más grandes incluyen un purificador de aceite: un pequeño tanque lleno de material adsorbente que filtra continuamente el agua y el lodo del aceite. No es llamativo, pero prolonga la vida útil del aislamiento por años.

Dónde entra y sale la electricidad: casquillos y más

Los cables internos tienen que atravesar la pared del tanque para llegar al mundo exterior. Eso es lo que hacen los casquillos de porcelana o compuestos. Parecen grandes vasos o pilares aislantes. Dentro de cada casquillo, un conductor llega hasta el devanado, mientras que el cuerpo de porcelana mantiene el alto voltaje alejado del tanque conectado a tierra.

En la parte superior del tanque, la placa de identificación es su única fuente confiable de verdad: le indica la clasificación MVA, los voltajes, el grupo de conexión (como Dyn11 o Yyn0), la impedancia y el número de serie. Nunca te fíes de las marcas pintadas de hace diez años.

Para el mantenimiento, cada tanque lleno de aceite tiene al menos una válvula de drenaje de aceite en la parte inferior. Y siempre verá un terminal de conexión a tierra claramente marcado y soldado al tanque: ahí es donde se conecta la red de conexión a tierra de la estación para proteger a las personas de corrientes de falla.

El cambiador de tomas: ajuste fino de tensión

La mayoría de los transformadores de potencia incluyen un cambiador de tomas. Es un mecanismo de interruptor conectado al devanado de alto voltaje que agrega o quita algunas vueltas. Esto ajusta ligeramente el voltaje de salida cuando el voltaje de la red entrante varía. Los cambiadores de tomas desenergizados (DETC) solo se pueden operar cuando el transformador está completamente desconectado de la energía. Los cambiadores de tomas bajo carga (OLTC) funcionan mientras el transformador está bajo tensión, pero son mucho más complejos, con un compartimiento de aceite separado y un motor.

Una nota rápida sobre transformadores tipo seco

Si el transformador está en el interior (como dentro de un edificio o la torre de una turbina eólica), a menudo encontrará unidades de tipo seco. Nada de aceite. El núcleo y los devanados se funden en resina epoxi o se envuelven con múltiples capas de aislamiento y luego se dejan expuestos al aire. La refrigeración se produce de forma natural o con ventiladores integrados.

Como no hay aceite, todas las piezas relacionadas con el aceite desaparecen: ni el conservador, ni el relé Buchholz, ni el respiradero de gel de sílice, ni la válvula de drenaje de aceite, ni el purificador de aceite. Pero el núcleo eléctrico (el núcleo de hierro, los devanados, el aislamiento interno, los cables, los casquillos, la placa de identificación y el terminal de conexión a tierra) sigue siendo exactamente el mismo. El cambiador de tomas, si está presente, también es de tipo seco.

Entonces, cuando alguien pregunta '¿qué hay dentro de un transformador de potencia?', la respuesta honesta es: depende de si es del tipo seco o sumergido en aceite. Pero para los caballos de batalla de la red llenos de aceite, la lista es larga y cada pieza, desde la junta más pequeña hasta el núcleo principal, tiene un propósito. Después de dos décadas en el campo, he aprendido que saltarse cualquiera de ellos es buscarse problemas.