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¿Qué es un transformador de subestación?

Los transformadores de subestación están diseñados para su instalación en sistemas de transmisión y distribución de energía trifásicos, tanto de gran como de pequeña escala. La ubicación de instalación es común y debe ser sobre una base de hormigón, ya sea interior o exterior, la cual debe ser diseñada por el ingeniero eléctrico en la etapa inicial de la planificación del proyecto.
Al mismo tiempo, los cables del lado de alta tensión o del lado de baja tensión del transformador de la subestación se conectarán mediante el pasacables en el extremo lateral tipo garganta o el pasacables superior, a fin de introducir directamente la corriente en el cuadro de operación de otros equipos de la subestación, como el gabinete de control y otros dispositivos.
 

Beneficios del transformador de subestación

• Versatilidad y personalización  
  Una de las principales fortalezas de los transformadores de subestación radica en su versatilidad y en su diseño personalizable. Fabricantes como Yawei se especializan en adaptar los transformadores para satisfacer requisitos específicos de cada proyecto, ya sea para aplicaciones industriales, comerciales o residenciales. Desde diseños compactos adecuados para instalaciones urbanas hasta unidades robustas que atienden a extensas operaciones mineras, estos transformadores se ajustan con precisión a diversas necesidades operativas.
   
• Cumplimiento y fiabilidad  
  Certificados según las normas UL, cUL, CSA y CE, los transformadores de subestación de fabricantes reconocidos garantizan el cumplimiento de rigurosos estándares de seguridad y rendimiento. Yawei, con más de 20 años de experiencia en proyectos internacionales, se adhiere a las normas ANSI, IEEE, CSA, DOE y NEMA, asegurando fiabilidad y longevidad en su operación.
   
• Aplicaciones en diversos sectores industriales  
  La utilidad de los transformadores de subestación se extiende a diversos sectores, como lo ilustran proyectos tales como el sistema eléctrico canadiense de 66 kV, iniciativas mineras australianas y redes de distribución de energía de gran escala en Estados Unidos. Estos transformadores respaldan infraestructuras críticas, mejorando la eficiencia operativa y satisfaciendo las exigentes demandas energéticas de los desarrollos industriales y residenciales modernos.
   
• Avances tecnológicos  
  Los avances en la tecnología de los transformadores, que incluyen sistemas de refrigeración innovadores, una mayor eficiencia energética y capacidades de monitoreo inteligente, subrayan aún más su importancia en los sistemas de potencia modernos. Características como la refrigeración por aire forzado, los descargadores de sobretensiones de alta tensión y los indicadores avanzados de temperatura contribuyen a un rendimiento optimizado y a la reducción de los costos de mantenimiento.
   
• Beneficios económicos y operativos  
  Desde una perspectiva económica, la selección de la capacidad adecuada de un transformador de subestación es crucial. Un sobredimensionamiento puede ocasionar inversiones iniciales innecesarias e ineficiencias operativas, mientras que un subdimensionamiento pone en riesgo el daño del equipo y las limitaciones operativas. La experiencia de Yawei garantiza una selección óptima del transformador, equilibrando los requisitos de capacidad con la flexibilidad operativa y la rentabilidad.
   

Tipos de transformador de subestación

Existen diversos tipos de transformadores de subestación, cada uno diseñado para satisfacer necesidades específicas dentro de la red eléctrica. Los tipos más comunes son los transformadores reductores, que disminuyen los niveles de tensión para la distribución, y los transformadores elevadores, que aumentan los niveles de tensión para una transmisión eficiente a larga distancia.
Otros tipos incluyen los transformadores de potencia, utilizados en centrales eléctricas y subestaciones principales, y los transformadores de distribución, empleados en subestaciones locales más cercanas a los consumidores. Cada tipo desempeña un papel único en el proceso global de distribución de la electricidad, garantizando que la energía se suministre de manera eficiente y segura hasta su destino final.

Cómo funciona el transformador de subestación

Los transformadores de subestación funcionan según el principio de la inducción electromagnética. Están compuestos por dos conjuntos de bobinas o devanados: el primario y el secundario. El devanado primario recibe electricidad a alta tensión, mientras que el devanado secundario suministra electricidad a una tensión más baja.
El proceso de transformación no implica partes móviles. En cambio, se basa en el campo magnético generado en el transformador para transferir energía del devanado primario al secundario, modificando así el nivel de tensión. Esta eficiente transferencia de energía es lo que hace que los transformadores de subestación sean tan fundamentales en la red de distribución de energía.

Componentes del transformador de subestación

• Pararrayos  
  Este es el primer componente de una subestación eléctrica, y su función principal consiste en proteger los equipos de la subestación frente a la circulación de tensiones elevadas, así como en limitar la amplitud y la duración de la corriente. Los dispositivos de protección contra sobretensiones están conectados entre tierra y una línea, lo que significa que se encuentran en paralelo con los equipos que se pretenden proteger en la subestación eléctrica.
   
• Wave-trapper 
  El atrapador de ondas se encuentra en las líneas entrantes para capturar la señal de alta frecuencia. Esta señal (onda) proviene de la estación remota, que interrumpe las señales de corriente y de voltaje. Este componente desencadena la señal de alta frecuencia y la redirige hacia la tarjeta de telecomunicaciones.
   
• Circuit-breaker 
  Se trata de un tipo de interruptor eléctrico que se utiliza para abrir o cerrar el circuito cuando se produce una falla en el sistema. Cuenta con dos partes móviles que normalmente están en posición cerrada. Cuando ocurre una falla en el sistema, el relé envía la señal al disyuntor y, en consecuencia, sus componentes se desplazan de manera independiente. Así, las fallas del sistema se manifiestan de forma clara.
   
• Barra colectora  
  La barra colectora es un componente de gran importancia en una subestación eléctrica. Se trata de un tipo de conductor que transporta corriente y en el que se realizan numerosas conexiones. En otras palabras, puede definirse como un tipo de conexión eléctrica donde tienen lugar la corriente entrante y la corriente saliente.
   
• Aislador en la subestación  
  El aislador es un tipo de interruptor eléctrico que se utiliza para aislar el circuito siempre que se haya interrumpido el flujo de corriente. Estos interruptores se denominan interruptores de desconexión y funcionan en condiciones de no carga. Los aisladores no incorporan dispositivos de extinción de arco y no poseen una capacidad específica para cerrar ni abrir la corriente. En ciertas situaciones, se emplean para interrumpir la corriente de carga de la línea de transmisión.
   
• Baterías  
  En las grandes centrales eléctricas o subestaciones, el funcionamiento de la iluminación, del sistema de relés y de los circuitos de control se alimenta mediante baterías. Estas baterías se conectan a una celda acumuladora específica, de acuerdo con la tensión de operación del correspondiente circuito de corriente continua.
   
• Patio de maniobras  
  El patio de maniobras es el elemento de interconexión entre la transmisión y la generación, y en este dispositivo se mantiene una tensión constante. Los patios de maniobras se utilizan para transmitir la energía generada en la subestación, a la tensión deseada, hacia la línea de transmisión o la central eléctrica más próxima.
   
• Relevo  
  El relé es un dispositivo eléctrico, y su función principal en la subestación consiste en proteger los componentes de la red frente a condiciones anormales, como las fallas. Se trata de un tipo de dispositivo de detección que permite identificar y localizar la falla, para luego enviar una señal al interruptor automático. Tras recibir la señal del relé, el interruptor automático desconecta la sección afectada por la falla. Los relés son especialmente útiles para salvaguardar los equipos contra riesgos y daños.
   
• Banco de capacitores  
  Este dispositivo incorpora condensadores conectados en serie o en paralelo. Su función principal es almacenar energía eléctrica en forma de carga eléctrica. El banco extrae corriente primaria, lo que mejora el factor de potencia (FP) del sistema. Como fuente, el banco de condensadores proporciona potencia reactiva y reduce la diferencia de fase entre la corriente y la tensión. Además, aumenta la capacidad de corriente de rizado de la fuente de alimentación y elimina componentes no deseados en el sistema. El banco de condensadores constituye un método eficaz para mantener el factor de potencia y corregir problemas de atraso de potencia.
   
• Aparato de corriente portadora  
  El equipo de corriente portadora se instala en las subestaciones para la telemetría, el control supervisado, la retransmisión y la comunicación. Este sistema se ubica adecuadamente en una sala de portadoras mediante su conexión al circuito de alimentación de alta tensión.
   
• Aislante  
  El aislador se utiliza tanto para aislar como para fijar los sistemas de barras colectoras en las subestaciones. Los aisladores se clasifican en dos tipos: tipo poste y tipo buje. Un aislador de tipo poste está compuesto por un cuerpo cerámico, y su tapa está fabricada en hierro fundido; se conecta directamente a la barra colectora. El segundo tipo de aislador (bujes) incluye un cuerpo de carcasa cerámica, así como arandelas de posicionamiento superior e inferior, que facilitan el ajuste de la posición de la barra colectora.
   

Cómo mantener el transformador de subestación

• Inspección visual  
  Una de las tareas de mantenimiento más sencillas pero también más importantes consiste en realizar inspecciones visuales periódicas del transformador y sus accesorios. Debe revisar la existencia de signos de daños físicos, fugas de aceite, corrosión, sobrecalentamiento o ruidos anormales. Asimismo, conviene examinar el sistema de refrigeración, los bujes, el cambiador de tomas, la puesta a tierra y los dispositivos de protección. La inspección visual le permite detectar y corregir posibles problemas antes de que se conviertan en fallos graves que afecten el rendimiento del transformador o provoquen una avería.
   
• Prueba de aceite  
  Otra tarea de mantenimiento crucial consiste en evaluar la calidad y el estado del aceite del transformador. El aceite actúa como aislante y como refrigerante del transformador, y sus propiedades pueden indicar el estado de salud y la condición del equipo. Debe analizar el aceite para determinar su rigidez dieléctrica, su contenido de humedad, su acidez, los gases disueltos y otros parámetros que permiten detectar la presencia de fallas, degradación o contaminación. Los ensayos del aceite le ayudarán a evaluar el sistema de aislamiento del transformador, a identificar posibles fallos internos o fallas incipientes y a decidir si es necesario someter el aceite a un tratamiento o reemplazarlo.
   
• Pruebas eléctricas  
  Una tercera tarea esencial de mantenimiento consiste en realizar ensayos eléctricos sobre el transformador y sus componentes. Estos ensayos permiten medir las características eléctricas del transformador, tales como su impedancia, relación de transformación, polaridad, resistencia de los devanados, resistencia de aislamiento, capacitancia, factor de disipación y respuesta en frecuencia. Los ensayos eléctricos ayudan a evaluar la funcionalidad, la eficiencia y las pérdidas del transformador, así como a detectar posibles defectos o anomalías en los devanados, el núcleo o las conexiones. Asimismo, estos ensayos permiten verificar el cumplimiento del transformador con las especificaciones de diseño y las normas aplicables.
   
• Monitoreo térmico  
  Una cuarta tarea de mantenimiento importante consiste en monitorear la temperatura del transformador y de sus componentes. La temperatura es un factor clave que influye en el rendimiento, la vida útil y la seguridad del transformador. Una temperatura excesiva puede provocar la degradación del aceite, el envejecimiento del aislamiento y la dilatación y contracción de los devanados, lo que conlleva una reducción de la eficiencia, un aumento de las pérdidas y un mayor riesgo de fallo. Debe supervisar la temperatura del aceite, de los devanados y de los puntos calientes mediante termómetros, sensores o cámaras infrarrojas. El monitoreo térmico le permite controlar el sistema de refrigeración, ajustar las condiciones de carga y prevenir el sobrecalentamiento o los riesgos de incendio.
   
• Evaluación de la condición  
  Una quinta tarea esencial de mantenimiento consiste en realizar una evaluación del estado del transformador, basada en los datos e información recopilados durante las tareas previas. Esta evaluación constituye una valoración integral del estado actual del transformador, su rendimiento y su vida útil restante. Implica analizar las tendencias, los patrones y las desviaciones de los diversos parámetros e indicadores que reflejan el estado del equipo. Dicha evaluación permite determinar la fiabilidad, la eficiencia y el nivel de riesgo del transformador, así como planificar la estrategia y el calendario de mantenimiento más adecuados.
   
• Estrategia de mantenimiento  
  Una sexta y última tarea de mantenimiento consiste en implementar una estrategia de mantenimiento adecuada a las condiciones, los requisitos y los objetivos del transformador. Una estrategia de mantenimiento es un enfoque sistemático para gestionar la operación, el mantenimiento y la sustitución del transformador. Implica seleccionar los métodos, técnicas y herramientas más apropiados para llevar a cabo las tareas de mantenimiento, así como definir la frecuencia, el alcance y los criterios de las actividades de mantenimiento. Una estrategia de mantenimiento puede ayudar a optimizar el rendimiento del transformador, prolongar su vida útil, reducir sus costos y mejorar su seguridad.

Cómo elegir un transformador de subestación

• Elección del material de bobinado adecuado  
  Los transformadores utilizan cobre o aluminio para los devanados. Las unidades con devanados de aluminio suelen ser menos costosas y, por lo general, resultan más rentables. Sin embargo, los transformadores con devanados de cobre son más compactos, ya que el cobre es un mejor conductor y también aporta una mayor resistencia mecánica al bobinado. A la hora de decidir cuál elegir, es especialmente importante contar con un fabricante que pueda ayudarle a evaluar cuál es la opción más adecuada para su aplicación y que posea la capacidad y la experiencia necesarias para trabajar con cualquiera de estos materiales, según sus requisitos específicos.
   
• Material de núcleo de baja pérdida  
  La elección del núcleo es un aspecto crucial, y las pérdidas en el núcleo deben determinarse de manera adecuada. Las pérdidas que se producen en el núcleo se deben a la histéresis y a las corrientes de Foucault. Se debe emplear acero magnético de alta calidad para reducir las pérdidas por histéresis; además, se opta por núcleos laminados con el fin de minimizar las pérdidas por corrientes de Foucault.
   
• Protección del transformador frente a condiciones adversas  
  Es importante garantizar que el núcleo del transformador, las bobinas, los conductores y los accesorios estén debidamente protegidos, especialmente cuando se utilizan en entornos adversos. Los transformadores llenos de líquido deben estar sellados, lo que proporciona automáticamente protección a los componentes internos. En condiciones altamente corrosivas, conviene optar por tanques de acero inoxidable. Para proteger los transformadores de tipo seco frente a ambientes agresivos, pueden emplearse unidades con bobina moldeada, resina moldeada y encapsulación bajo presión al vacío (VPE), en ocasiones recubiertas con un barniz de silicona. A menos que las unidades de tipo seco estén completamente selladas, los conjuntos de núcleo/bobina y de terminales deben limpiarse periódicamente, incluso en entornos no agresivos, para evitar la acumulación de polvo y otras impurezas con el tiempo.
   
• Aislantes  
  Los transformadores de tipo seco suelen emplear aislantes fabricados con compuestos moldeados de poliéster reforzados con fibra de vidrio. Estos aislantes están disponibles hasta una clasificación de 15 kV y están diseñados para utilizarse en interiores o dentro de un recinto a prueba de humedad. Los transformadores llenos de líquido, por lo general, utilizan aislantes de porcelana, que se ofrecen con tensiones nominales superiores a 500 kV. Los aislantes de porcelana son resistentes al arrastre, adecuados para uso exterior y fáciles de limpiar. Los aislantes de porcelana de alta tensión incorporan un aislamiento de papel impregnado con aceite, que actúa como divisores capacitivos de tensión para asegurar gradientes de tensión uniformes. Los operadores deben realizar ensayos del factor de potencia a intervalos específicos para comprobar que estos aislantes se encuentran aún en buen estado.
   
• Regulación del transformador  
  La diferencia entre la tensión en vacío y la tensión a plena carga del secundario constituye una medida de la regulación del transformador. Una regulación deficiente implica que, al aumentar la carga, la tensión en los terminales del secundario disminuye de manera considerable.
   
• Tomas de voltaje  
  Incluso con una regulación adecuada, la tensión secundaria de un transformador puede variar si la tensión de entrada cambia. Los transformadores, cuando están conectados a la red eléctrica, dependen de la tensión suministrada por el proveedor; cuando las operaciones de la compañía eléctrica se modifican o se conectan nuevas cargas a las líneas, la tensión de entrada a la instalación puede disminuir o aumentar. Para compensar tales variaciones de tensión, los transformadores suelen equiparse con cambiadores de tomas bajo carga (LTC) o, en ocasiones, con cambiadores de tomas sin carga (NLTC). (Los LTC funcionan con la carga conectada, mientras que los NLTC requieren que la carga esté desconectada.) Estos dispositivos constan de tomas o derivaciones conectadas a las bobinas primaria o secundaria en distintos puntos, lo que permite mantener una tensión constante en la salida secundaria ante condiciones variables. Es importante evaluar, durante el proceso de selección, si su aplicación probablemente requerirá cambiadores de tomas.
   
• Vida útil del transformador  
  La vida útil de un transformador se considera, en general, equivalente a la del sistema de aislamiento. A su vez, la vida del aislamiento es directamente proporcional a las temperaturas a las que este está sometido. Las temperaturas del devanado varían, y los puntos calientes, con un máximo de 30 °C por encima de la temperatura media del devanado, suelen ser aceptables en los transformadores de tipo seco. Las temperaturas de los puntos calientes se estiman calculando la suma de la temperatura ambiente máxima, el aumento medio de temperatura del devanado y el gradiente de temperatura del devanado.
  Los transformadores suelen contar con una potencia nominal en kVA indicada en la placa de características, que corresponde a la carga en kVA que produce el aumento de temperatura nominal bajo condiciones de operación estándar. Puede estimar la vida útil normal de un transformador utilizando estas condiciones de operación estándar, incluida la temperatura máxima permitida en el punto caliente, de acuerdo con la clase de aislamiento correspondiente.
   
• Sobrecarga  
  Las condiciones de operación a veces pueden requerir sobrecargar un transformador. Es fundamental determinar cuánta sobrecarga puede soportar el equipo sin que se presenten problemas ni fallas. La disipación del calor constituye un aspecto clave. Por ejemplo, si un transformador se sobrecarga en un 20 % por encima de su potencia nominal en kVA durante cierto tiempo, el calor generado en las bobinas puede transferirse fácilmente al exterior del tanque del transformador, dependiendo de la duración de la sobrecarga. Si se produce esta transferencia de calor, las probabilidades de que se produzca una falla son bajas. Sin embargo, existe claramente un límite a partir del cual el transformador ya no puede permanecer sobrecargado: el calor se acumulará en el interior del equipo y provocará serios problemas, que eventualmente podrían derivar en una falla y en un posible corte de suministro eléctrico. Los problemas de disipación del calor suelen abordarse mediante ventiladores incorporados, los cuales aumentan la capacidad de carga del transformador.
   
• Requisitos de nivel de aislamiento  
  El nivel de aislamiento del transformador se basa en su nivel de impulso básico (BIL), definido como la tensión pico máxima que un equipo puede soportar antes de que el aislamiento se degrade y el equipo presente un cortocircuito. El BIL puede variar para una misma tensión de sistema, dependiendo del grado de exposición a sobretensiones del sistema que experimente el transformador a lo largo de su vida útil. Es necesario seleccionar cuidadosamente el BIL si el sistema eléctrico incluye dispositivos de control de estado sólido, ya que estos dispositivos interrumpen la corriente durante su funcionamiento y pueden generar transitorios de tensión.
   
• Blindaje  
  La capacidad de un transformador para atenuar el ruido eléctrico y los transitorios es importante, especialmente cuando se trabaja con determinados tipos de cargas. A menudo se coloca una pantalla entre los devanados primario y secundario de un transformador de distribución cuando este alimenta equipos de estado sólido, como computadoras y periféricos.
   
• Colocación de transformadores cerca de la carga  
  Minimizar la distancia entre el equipo y la carga principal reduce las pérdidas de energía y las caídas de tensión, y disminuye los costos del cableado secundario. Sin embargo, la ubicación del equipo de alta tensión exige un análisis minucioso de los aspectos de seguridad eléctrica y contra incendios. Elegir equipos que cuenten con la aprobación previa o la autorización de las compañías aseguradoras contribuye a lograr un equilibrio adecuado.
   
• Accesorios  
  Los accesorios necesarios aumentan los costos y, por lo tanto, deben elegirse con prudencia. Entre ellos se incluyen tanques y armarios de acero inoxidable para una protección adicional contra la corrosión, pinturas y acabados especiales para ambientes corrosivos y expuestos a la luz ultravioleta, protectores contra las intemperies para las unidades exteriores, dispositivos de protección para entornos húmedos, dispositivos antirroedores, monitores de temperatura, calefactores de ambiente para prevenir la condensación durante paradas prolongadas, la ubicación opcional de las aberturas para los conductores primarios y secundarios, y equipos de control de cambio de tap.
   
• Trabaje con un fabricante confiable  
  Existe un último factor que influirá en gran medida en el proceso de selección, dado el número de aspectos a considerar y la necesidad de que todos ellos funcionen de manera coordinada. Es fundamental colaborar con un fabricante que pueda alinear las características de operación del transformador, su tamaño y otros atributos con las exigencias que usted identifique durante su proceso de evaluación.
   

Certificaciones

Nuestra fábrica

Yawei cuenta con una base de fabricación de 240.000 m² y más de 1.200 empleados, entre los cuales se incluyen más de 180 ingenieros y especialistas técnicos. Nuestras capacidades de producción y pruebas respaldan proyectos personalizados de transformadores, siempre que cumplan con las especificaciones técnicas aprobadas.