Transformadores herméticamente sellados frente a transformadores con conservador: selección del sistema adecuado de preservación del aceite

Un gerente de operaciones de una empresa eléctrica costera en Filipinas nos envió por correo electrónico una fotografía de un respirador de transformador en abril pasado. El gel de sílice en su interior había adquirido un tono rosado —agotado— y su equipo ya lo había reemplazado dos veces ese trimestre. La humedad en su subestación supera el 80 % durante la mayor parte del año, y cada vez que la unidad «respiraba», absorbía humedad directamente hacia el conservador. Su pregunta es una que escuchamos frecuentemente de compradores en climas húmedos: «¿Por qué necesitamos siquiera esta tubería y este respirador? ¿No pueden fabricar un transformador que no respire?»

La respuesta breve es sí: esa unidad se denomina transformador herméticamente sellado . La decisión entre esta opción y un transformador con depósito de expansión es un conservación del aceite del transformador una decisión, no una decisión de precio. Si se equivoca, pagará por el mantenimiento del respiradero que nunca planeó o renunciará a la protección del relé de gas que suponía que tenía. A continuación se explica cómo difieren realmente ambos diseños y cómo elegir.

 

Por qué la conservación del aceite del transformador determina la vida útil

El aceite de un transformador Sumergido en Aceite desempeña dos funciones: aislamiento eléctrico y transferencia de calor; sin embargo, también transporta agua y oxígeno a los lugares donde causan daño. Aproximadamente el 99 % del agua presente en un transformador se encuentra en el papel de celulosa envuelto alrededor de los devanados, no en el aceite; por eso una muestra de aceite que «parece seca» puede ocultar un sistema de aislamiento húmedo. El agua y el oxígeno aceleran el envejecimiento del papel, aumentan el riesgo de descargas parciales y acortan la curva de vida que los valores de pérdida indicados en su informe de ensayo prometían.

El calor hace que el problema sea mecánico. El aceite mineral se expande aproximadamente un 4 % cuando un transformador pasa de un estado frío de apagado a 20 °C a una temperatura máxima del aceite de 75 °C bajo carga total, y se contrae nuevamente cada noche. Un tanque rígido y completamente sellado no puede ignorar esa variación de volumen. El diseño debe permitir que el aceite en expansión tenga un lugar adónde ir —un conservador— o bien absorber los ciclos de presión y vacío dentro del tanque sellado. Esa única decisión mecánica define toda la historia de mantenimiento de la unidad durante los próximos 25 años.

El aspecto del mantenimiento está documentado en la Guía IEEE C57.93-2019 sobre instalación y mantenimiento , que abarca el servicio del respirador, las verificaciones de conservación del aceite y el control de humedad en transformadores sumergidos en líquido. Los requisitos generales para tanques y accesorios figuran en IEEE C57.12.00-2021 iEEE C57.12.00-2023

 

Diseño de transformador con conservador: respiración por diseño

A transformador con depósito de expansión lleva un pequeño tanque de expansión cilíndrico montado encima del tanque principal y conectado a este mediante una tubería. Cuando el aceite del tanque principal se expande debido a la carga, fluye hacia arriba hasta el conservador, y el aire situado por encima del aceite es expulsado a través de un respiradero relleno de gel de sílice que seca el aire entrante en el siguiente ciclo. El volumen del conservador suele dimensionarse entre el 8 % y el 10 % del volumen total de aceite del tanque principal, lo cual cubre el rango de expansión desde una parada en frío invernal hasta la temperatura máxima del aceite en régimen de plena carga.

Este diseño justifica su presencia en equipos de clase subestación por tres razones. Primero, permite la instalación del relé de gas Buchholz: el relé se monta en la tubería entre el depósito y el conservador, donde se acumulan los gases generados por fallas; por eso, los transformadores de potencia con protección contra gases suelen ser, por regla general, del tipo conservador. Segundo, el nivel de aceite es visible y su reposición es sencilla: se añade aceite al conservador sin necesidad de abrir el depósito principal. Tercero, la presión interna permanece baja y estable, lo que reduce el estrés sobre las juntas, el indicador de nivel de aceite y el sello de la tapa.

El precio de esos beneficios es una interfaz respiratoria que alguien debe mantener. El gel de sílice del respirador se satura con el tiempo —el cambio de color de azul a rosa lo indica— y, en un emplazamiento costero o tropical húmedo, eso puede significar cambios trimestrales del cartucho, no anuales. La copa del sello de aceite debajo del respirador debe mantenerse llena; de lo contrario, el respirador deja de secar el aire y comienza a actuar como una ventilación abierta. En los transformadores de potencia grandes, el conservador suele enviarse por separado con placas ciegas, lo que añade un paso de conexión en obra durante la instalación.

 

Qué hace de forma distinta un transformador herméticamente sellado

A transformador herméticamente sellado no tiene conservador ni respiradero. El depósito está construido para absorber internamente toda la expansión del aceite de una de estas tres maneras: una almohadilla de gas compresible situada por encima del aceite (tipo de depósito hermético o con almohadilla de gas), un diafragma flexible o una membrana de caucho que separa el aceite del volumen de gas, o bien una flexibilidad integrada en las paredes del depósito. Como la unidad nunca ‘respira’, el aire exterior —y la humedad que transporta— nunca penetra en su interior. Por lo tanto, el gel de sílice, los sellos de aceite y el mantenimiento del respiradero desaparecen completamente del programa de mantenimiento.

Por esta razón, el diseño hermético predomina transformadores montados en base y unidades de distribución más pequeñas en Norteamérica, donde las unidades con tanque sellado certificadas por UL y CSA son la norma y los equipos de mantenimiento pueden visitar una unidad tan solo una vez al año. También es una solución ideal para emplazamientos remotos, instalaciones en zonas desérticas y costeras, y cualquier proyecto en el que no se pueda confiar en que el personal local reemplace el cartucho del respiradero según el programa establecido. Las unidades con tanque sellado se fabrican habitualmente para llenado a vacío total, lo que elimina la humedad residual en la fábrica, y el paquete inhibidor del aceite dura más tiempo porque la oxidación queda privada de oxígeno fresco.

Las compensaciones son importantes. Sin un conservador, no se puede instalar un relé de gas clásico Buchholz, ya que el gas no tiene dónde acumularse; por lo tanto, los diseños sellados dependen de dispositivos de alivio de presión y, opcionalmente, de relés de aumento rápido de presión o de monitoreo basado en análisis de gases disueltos (DGA). El muestreo y el relleno de aceite requieren mayor cuidado, porque se trabaja contra una presión interna en lugar de una reserva abierta. Además, el tanque en sí soporta presión real y esfuerzos de vacío: las soldaduras de la tapa, las juntas y los accesorios deben mantener la presión de diseño durante toda la vida útil del equipo, razón por la cual las construcciones con tanque sellado exigen soldadura rigurosa y una prueba de presión documentada antes de la aplicación de pintura.

 

Conservador frente a tanque herméticamente sellado: comparación lado a lado

Punto de comparación	Transformador con depósito de expansión	Transformador herméticamente sellado
Gestión de la expansión del aceite	Tanque de expansión externo ubicado por encima del tanque principal	Cámara de gas interna, diafragma o envoltura flexible del tanque
Respiración / ingreso de humedad	Respira mediante un respiradero de gel de sílice; riesgo de humedad si se descuida el respiradero	Nunca respira; ingreso de humedad mínimamente posible
Relé de gas (Buchholz)	Se puede instalar — estándar en transformadores de potencia	No se instala en forma clásica; en su lugar, válvulas de alivio de presión y relés RPR
Mantenimiento de rutina	Verificación y sustitución de gel de sílice, indicador del nivel de aceite	Verificación de presión y medición; no requiere sustitución de desecante
Reposición y muestreo de aceite	Sencillo, mediante el conservador	Posible, pero requiere un procedimiento de gestión de presión
Aplicaciones típicas	Subestaciones de servicio público, transformadores de potencia, unidades OLTC, proyectos según norma IEC y en Medio Oriente/Sudeste Asiático	Unidades montadas sobre pedestal y de distribución, América del Norte (normas UL/CSA), emplazamientos remotos y húmedos
Transporte y huella espacial	Taller; el conservador puede enviarse por separado en unidades grandes	Compacto, perfil bajo, envoltura sellada única
Factor determinante del costo durante el ciclo de vida	Mano de obra y consumibles para mantenimiento	Calidad del tanque y de las soldaduras durante la fabricación

Ambos diseños son válidos y ambos aparecen en los catálogos de todos los fabricantes serios transformador Sumergido en Aceite de fábrica. La cuestión es cuál de ellos se adapta mejor a su emplazamiento, a su equipo y a su filosofía de protección.

 

 

Elección del sistema adecuado de preservación de aceite para su proyecto

Comience con la norma de destino y el esquema de protección, ya que eliminan opciones más rápidamente que cualquier preferencia. Un transformador montado sobre pedestal especificado según las normas IEEE C57.12.20 o C57.12.22 para el mercado estadounidense o canadiense será casi con toda seguridad de tanque sellado y cumplirá con las certificaciones UL o CSA; si especifica un conservador en ese caso, deberá pagar una desviación personalizada. Un transformador de subestación de 15 MVA con protección diferencial y protección Buchholz será del tipo conservador; intentar convertirlo en sellado implicaría rediseñar toda la filosofía de protección. Entre esos dos extremos, formúlese cuatro preguntas:

• Clima y humedad. Emplazamientos costeros, tropicales o con polvo desértico, con puntos de acceso limitados para el mantenimiento, apuntan claramente hacia un transformador herméticamente sellado .
• Capacidad del personal técnico. Si, en la práctica, se omitirán las inspecciones del gel de sílice, un diseño que no las requiera es más seguro que un programa de mantenimiento que no se cumplirá.
• Filosofía de supervisión. Si el proyecto prevé análisis de gases disueltos (DGA) y supervisión en tiempo real, los depósitos herméticos funcionan bien; si el sistema de protección requiere un relé Buchholz, elija el transformador con depósito de expansión .
• Estandarización de la flota. Una empresa eléctrica que estandariza un tipo de depósito en cientos de unidades valora más la coherencia que cualquier optimización específica para un único emplazamiento.

Ryan Electric fabrica ambas configuraciones en la misma instalación de 120.000 m², bajo la asociación con Eaton iniciada en 2023, con certificaciones UL, CSA, IEEE, DEKRA y CNAS en su cartera. Lo que comunicamos a los compradores es lo mismo que nuestros ingenieros se dicen entre sí: el sistema de conservación del aceite lo determinan el emplazamiento y el esquema de protección, no la hoja comercial. Envíenos la clase de tensión, la potencia en kVA, las condiciones climáticas y el plan de mantenimiento; la recomendación del tipo de depósito se deriva de esos cuatro datos, y documentaremos el razonamiento en la propuesta técnica.

 

Consulte con nosotros antes de definir definitivamente la especificación del depósito

El costo de cambiar el tipo de depósito tras la aprobación de los planos es mucho mayor que el costo de formular una sola pregunta al inicio. Si está especificando un transformador Sumergido en Aceite — transformador de distribución o de potencia, para cualquier mercado — envíenos sus condiciones de servicio y de emplazamiento mediante nuestro página de contacto y volveremos con una recomendación de tipo depósito, una proyección de mantenimiento para los primeros cinco años y un cronograma de entrega realista. La decisión correcta conservación del aceite del transformador es una conversación de una página. Ahorra años de cartuchos de respiración o años de desear haber tenido un relé de gas.

Sobre el autor : Esta guía fue redactada por el equipo de ingeniería y exportación de Ryan Electric, fabricante de transformadores fundado en 2007 en Jiangsu, China, y socio conjunto de Eaton desde 2023. El equipo brinda apoyo a compradores de servicios públicos, EPC e industriales en Norteamérica, Asia del Sudeste, Medio Oriente y África con ingeniería de aplicaciones, soporte de certificación y documentación de pruebas en fábrica.