Para optimizar las temperaturas de funcionamiento y la eficiencia, los sistemas de refrigeración de transformadores utilizan métodos modernos de disipación de calor, incluyendo la circulación de aceite, radiadores y sistemas de aire o agua forzados. Los métodos de refrigeración para transformadores incluyen ONAN, ONAF y OFAF, entre otros, que utilizan la dinámica térmica y de fluidos para ajustar las temperaturas del núcleo y los devanados bajo diferentes circunstancias de carga. Por lo tanto, en este artículo se discutirán las técnicas y conceptos de refrigeración de transformadores.

Los fundamentos de los métodos de refrigeración de transformadores

Medios de refrigeración internos

Los medios de refrigeración internos gestionan el calor dentro de los núcleos y devanados del transformador. El aceite mineral es el medio más utilizado. Ofrece rigidez dieléctrica y disipación de calor. Además, penetra en los devanados del transformador para disminuir los puntos calientes mediante conducción y convección directa del calor.

Los fluidos aislantes sintéticos (fluidos a base de silicona) benefician a las aplicaciones de alto rendimiento o sensibles al medio ambiente gracias a su alta estabilidad térmica y baja inflamabilidad. Los ésteres naturales y sintéticos también son adecuados como opciones biodegradables con capacidades de manejo de la humedad. También mantiene la integridad del aislamiento del transformador bajo estrés eléctrico y térmico. Su viscosidad, conductividad térmica y punto de inflamación influyen en la eficiencia de los métodos de enfriamiento para transformadores.

Medios de enfriamiento externos

Los medios de enfriamiento externos disipan el calor de la superficie del transformador. Transfieren el calor lejos de los componentes internos. El aire en los sistemas de enfriamiento de ventilación natural o de aire forzado utiliza la convección para regular las temperaturas de la superficie. Sin embargo, el agua ofrece una mejor conductividad térmica para grandes transformadores de potencia con una transferencia de calor rápida y eficiente. Los intercambiadores de calor de aceite a agua utilizan agua como medio externo para enfriar el circuito interno de fluido.

Los sistemas híbridos combinan aire y agua. Mejoran el rendimiento de la refrigeración en instalaciones complejas. La selección de medios externos afecta la estabilidad térmica y la fiabilidad activa de los transformadores. Afecta los métodos de refrigeración para transformadores en diferentes condiciones ambientales y operativas.

Métodos comunes para la refrigeración de transformadores

Métodos de refrigeración ONAN / KNAN

ONAN (Oil Natural Air Natural) y KNAN (Kerosene Natural Air Natural) son métodos de refrigeración pasiva para transformadores que utilizan convección natural. El aceite o queroseno del transformador absorbe el calor en los devanados. El calor se disipa a la atmósfera a través de radiadores o aletas. El sistema opera hasta una capacidad para transformadores. Sin embargo, puede tener dificultades en altas temperaturas ambiente ya que el enfriamiento depende de la transferencia de calor ambiental. Por ejemplo, los transformadores ONAN en climas cálidos podrían necesitar radiadores más grandes para compensar gradientes térmicos más bajos.

Métodos de enfriamiento ONAF / KNAF

ONAF (Oil Natural Air Forced) y KNAF (Kerosene Natural Air Forced) aumentan el enfriamiento natural con circulación de aire forzado mediante ventiladores. Los ventiladores aumentan el flujo de aire a través de los radiadores del transformador para disipar el calor. Es adecuado para transformadores de capacidad media. Ahí es donde los sistemas pasivos como ONAN son inadecuados. Cabe destacar que los métodos de enfriamiento ONAF para transformadores proporcionan clasificaciones de potencia más altas sin modificaciones extensas. Aun así, la ubicación y la redundancia de los ventiladores son clave. Un flujo de aire desigual puede crear puntos calientes térmicos y disminuir la eficiencia. Además, el funcionamiento del ventilador introduce una demanda de mantenimiento en entornos con polvo o alta humedad.

Métodos de refrigeración OFAF / OFWF / KFAF / KFWF

Los métodos de refrigeración OFAF (aceite forzado por aire forzado), OFWF (aceite forzado por agua forzada), KFAF (queroseno forzado por aire forzado) y KFWF (queroseno forzado por agua forzada) emplean bombas para forzar el fluido refrigerante y transferir el calor a través de aire o agua externos. Son comunes en transformadores de alta capacidad. Por ejemplo, OFWF utiliza intercambiadores de calor para eliminar el calor con circulación de agua. Beneficia a las industrias con sistemas de agua de refrigeración, incluidas las centrales hidroeléctricas. Sin embargo, la integridad de la bomba y las interfaces aceite-agua pueden ser complejas. La entrada de agua puede degradar el aislamiento del transformador. Los sistemas de control que monitorean los caudales de aceite y la pureza del agua son vitales para la confiabilidad.

Métodos de enfriamiento ODAF / ODWF / KDAF / KDWF

ODAF (Oil Directed Air Forced), ODWF (Oil Directed Water Forced) y sus contrapartes de queroseno mejoran el enfriamiento de transformadores usando un flujo de aceite direccional. Las bombas canalizan el fluido de enfriamiento hacia los puntos calientes del devanado. Esto proporciona una distribución uniforme de la temperatura para la eficiencia térmica. Los métodos son adecuados para transformadores de ultra alta potencia. Por ejemplo, los sistemas ODWF en las centrales nucleares utilizan enfriamiento de circuito cerrado con filtración de agua. Sin embargo, la complejidad del sistema aumenta con la gestión activa del flujo y los canales direccionales. El mapeo térmico y los sensores ayudan a evitar el sobrecalentamiento.

Límites y estándares de aumento de temperatura

Límites de aumento de temperatura IEC60076-2

La norma IEC60076-2 define los límites de aumento de temperatura para la durabilidad de los transformadores. Para los transformadores sumergidos en aceite, el aumento de temperatura promedio del devanado está limitado a 65 °C por encima de la temperatura ambiente. El aumento de la temperatura del devanado del punto caliente está restringido a 78 °C para evitar la degradación térmica del aislamiento. Ayuda a mantener la integridad de la clase de aislamiento bajo condiciones ambientales y de carga moteada.

Impacto de los métodos de enfriamiento en el control de temperatura

Los métodos de enfriamiento para transformadores, como los mencionados en la sección anterior, influyen en la estabilidad térmica. Por ejemplo, ONAN utiliza aceite natural y circulación de aire, lo que limita la disipación de calor. Sin embargo, ONAF utiliza enfriamiento por aire forzado para una mayor eficiencia de transferencia de calor. Esto proporciona un control más estricto de las temperaturas de los puntos calientes bajo sobrecargas para el cumplimiento de las normas IEC60076-2.

Conclusión

Los métodos de enfriamiento para transformadores utilizan aceite mineral, ésteres, aire y agua para optimizar la conductividad térmica y la estabilidad. Técnicas como OFAF u ODWF emplean bombas para el flujo dirigido de fluidos e intercambiadores de calor para la disipación en sistemas de alta capacidad. Sin embargo, el deterioro del aislamiento requiere vigilancia. Los diseños de refrigeración deben cumplir con las restricciones de aumento de temperatura, como la norma IEC60076-2, para lograr homogeneidad térmica y evitar la ruptura del aislamiento bajo cargas variables. Los transformadores de CHINT no solo proporcionan aislamiento eléctrico, sino que también ayudan a la disipación del calor. Contáctenos para obtener más información.