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¿Qué es un transformador seco?

Un transformador de tipo seco se define como un transformador que utiliza aire o gas —en lugar de líquido— como medio aislante y refrigerante para sus devanados y su núcleo, todo ello contenido en un tanque sellado y presurizado. Los transformadores de tipo seco se emplean ampliamente en diversos sectores y aplicaciones gracias a su seguridad, fiabilidad y ventajas ambientales. Pueden funcionar en condiciones adversas, como alta humedad, riesgo de incendio y eventos sísmicos, sin comprometer su rendimiento ni representar peligro alguno para las personas o los bienes.

Beneficios del transformador seco

• Autoextinguible, bajo riesgo de incendio  
  El transformador de tipo Adry incorpora un material ecológico en su aislamiento. Así, se enrolla de manera autoextinguible, es retardante de llama y, por supuesto, fácil de mantener. Con él, no será necesario adquirir un extintor de incendios. Además, incluso bajo la acción de un arco eléctrico, no desprende gases tóxicos.
   
• Uso cero de petróleo  
  Como se señaló anteriormente, el transformador seco no requiere ningún líquido para su refrigeración; únicamente necesita aire para mantenerse frío. Por lo tanto, no tendrá que asumir gastos adicionales por adquirir aceite ni otros líquidos, ni los costos de mantenimiento asociados a ellos. Se puede afirmar sin lugar a dudas que este es un transformador prácticamente libre de mantenimiento, lo que le permitirá estar tranquilo y sin preocupaciones.
   
• Ecológico y seguro  
  Dado que los transformadores secos no utilizan aceite ni ningún otro tipo de líquido, no tendrá que enfrentarse a fugas de aceite ni a ningún otro tipo de contaminante ambiental. Además, son autoextinguibles, lo que significa que rara vez explotan. Asimismo, los transformadores de tipo seco son ampliamente reconocidos por su capacidad para resistir cambios climáticos imprevistos, lo que los hace adecuados para entornos altamente contaminados y con alta humedad.
   
• Instalación de bajo costo y menores pérdidas por carga  
  Debido a su bajo nivel de riesgo, existen muy pocas restricciones al instalar transformadores de tipo seco. Además, no será necesario adoptar otras medidas de protección ambiental, como la protección de las aguas subterráneas. Asimismo, estos transformadores pueden ofrecer un servicio superior a 20 años, con escasas probabilidades de falla.
   
• Bajo mantenimiento  
  No podemos enfatizarlo lo suficiente. Los transformadores de tipo seco requieren un mantenimiento extremadamente reducido; de hecho, casi ni siquiera necesitan mantenimiento. Mientras cuenten con aire para su refrigeración, no tendrán que preocuparse por la acumulación de suciedad. Además, nunca tendrán que realizar pruebas con líquidos. No obstante, se recomienda una inspección periódica realizada por expertos, y eso no debería resultar demasiado complicado.
   
• Sostenible  
  Al utilizar un transformador seco, desempeña un papel fundamental para garantizar la conservación de nuestros recursos naturales. Además, ofrece un bajo consumo de energía eléctrica, está fabricado con materiales 90 % reciclables y brinda un servicio confiable durante más de 20 años.
   

Tipos de transformador seco

• Transformadores de herida abierta  
  Las bobinas del devanado se precalientan y luego se calientan sumergiéndolas en barniz a una temperatura elevada. Posteriormente, estas bobinas se hornean para curar el barniz. Este proceso se denomina método de inmersión y horneado.
   
• Transformadores impregnados a presión de vacío (VPI)  
  Los transformadores VPI se fabrican con aislamiento de alta temperatura y están compuestos por materiales resistentes a altas temperaturas, recubiertos con sellantes de alta temperatura, resistentes a la humedad y de poliéster, mediante un proceso de impregnación a presión en vacío.
   

• Transformadores encapsulados a presión de vacío (VPE)  
  Estos son similares a los transformadores VPI, con la diferencia de que el sellador de poliéster se sustituye por una resina a base de silicona. La fabricación de estos transformadores implica varios procesos de inmersión, seguidos del curado del recubrimiento en un horno. Asimismo, el espesor del recubrimiento de resina en estos transformadores es hasta cuatro veces superior al del poliéster utilizado en los transformadores VPI. Los transformadores VPE presentan una gran resistencia a ambientes húmedos y corrosivos, así como a los efectos del agua salada.
   
• Transformadores de resina moldeada en bobina  
  Las bobinas del devanado se funden sólidamente en resina bajo vacío, dentro de un molde que garantiza una distribución uniforme y un elevado nivel de precisión. Estos transformadores son fiables y pueden operar en condiciones extremas. Requieren un mantenimiento mínimo y soportan cortocircuitos de alta intensidad. Por esta razón, los transformadores de bobina fundida en resina se emplean hoy en día en aplicaciones donde antes solo estaban disponibles equipos llenos de líquido, especialmente en entornos severos. En la actualidad, estos transformadores se utilizan ampliamente en túneles, buques, grúas, centrales nucleares e industrias mineras.
   

Cómo funciona el transformador seco

Los transformadores de tipo seco utilizan la inducción electromagnética para transferir energía eléctrica de un circuito a otro. El transformador está compuesto por dos bobinas, una primaria y otra secundaria, enrolladas alrededor de un núcleo magnético común. Cuando una corriente alterna circula por la bobina primaria, genera un campo magnético alrededor del núcleo. Este campo magnético induce una corriente en la bobina secundaria, que está conectada a la carga. El voltaje de salida del transformador se determina por la relación entre el número de espiras de las bobinas primaria y secundaria.

Los transformadores de tipo seco no utilizan aceite como medio de refrigeración, sino que dependen del aire para disipar el calor generado por el equipo. Esto se logra mediante una combinación de refrigeración por aire forzado y por convección natural. Los devanados del transformador están encapsulados en resina epoxi, lo que proporciona aislamiento y protección contra la humedad, el polvo y otros contaminantes. La resina también contribuye a la disipación del calor y reduce el riesgo de incendio.

 

Componentes del transformador seco

• Núcleo y devanado  
  El devanado primario, conectado a la fuente de alimentación, conduce corriente alterna siguiendo un recorrido circular alrededor del núcleo para generar un campo magnético. Este campo induce una tensión en el devanado secundario, lo que permite la transferencia de energía entre las tensiones primaria y secundaria. El número preciso de espiras en cada devanado determina la relación de transformación de voltaje del transformador. Las capas adicionales en el devanado pueden mejorar el rendimiento.
   
• Aislamiento  
  Los materiales de aislamiento sólido garantizan la separación eléctrica entre el núcleo, el devanado y las capas del devanado. Estos materiales dividen el devanado en varias capas, reduciendo el riesgo de cortocircuitos y asegurando una transmisión segura de la energía. Al recubrir el devanado y aislarlo del núcleo magnético, el aislamiento protege al transformador frente a rupturas por tensión, mejora su resistencia a los factores ambientales y optimiza su rendimiento térmico.
   
• Mecanismos de enfriamiento  
  Los mecanismos de refrigeración, que suelen combinar la convección natural y técnicas de refrigeración por aire forzado, mantienen la temperatura de operación óptima del transformador. El equilibrio entre estos sistemas de refrigeración contribuye a prolongar la vida útil y la fiabilidad del transformador.
   
• Cerramiento y protección  
  La carcasa protege el núcleo y el devanado de las intemperies y mantiene alejado al personal por razones de seguridad.
   
• Terminales, bujes y conexiones  
  Los terminales y los componentes auxiliares, como las barras colectoras y los pasacables, integran los circuitos externos con el devanado interno del transformador y evitan el flashover. Estos elementos mejoran la eficiencia eléctrica, favorecen el aislamiento y refuerzan la función del transformador dentro de una red eléctrica más amplia.
   
• Cambiadore de tomas  
  Un cambiador de tomas desenergizado permite el ajuste del voltaje. Su función esencial consiste en modificar la relación de vueltas del devanado para ajustar el voltaje.
   
• Sistema de puesta a tierra  
  El sistema de puesta a tierra desvía las fallas eléctricas del transformador, canalizándolas de manera segura hacia el suelo. Esta medida de seguridad reduce la probabilidad de descargas eléctricas, daños a los equipos, posibles incendios, lesiones y muertes. El sistema de puesta a tierra incluye un electrodo de puesta a tierra, dispositivos supresores de sobretensiones y indicadores de falla.
   
• Monitoreo y protección de la temperatura  
  Los mecanismos de monitoreo y protección de la temperatura previenen el sobrecalentamiento, un problema de gran importancia en el funcionamiento de los transformadores, y actúan cuando las temperaturas superan los límites establecidos, preservando la integridad operativa del equipo. La integración con sistemas de control y adquisición de datos (SCADA) facilita la transmisión de datos en tiempo real, lo que permite el monitoreo remoto y el análisis de las tendencias de temperatura.
   

Cómo mantener un transformador seco

• Comprobando la acumulación de polvo  
  Al limpiar un transformador, esté atento a la presencia de óxido en las abrazaderas y en el acero del núcleo, así como a la carbonización o el fenómeno de “tracking” en el devanado y el aislamiento; también observe si hay decoloración en las superficies, lo cual podría indicar sobrecalentamiento, y verifique que las conexiones no estén flojas. Si es posible y existen elementos sueltos, apriételos. Si no se siente suficientemente seguro, otra opción es solicitar la asistencia de un profesional.
   
• Mientras el transformador está energizado  
  Para garantizar la seguridad, no realice ningún tipo de mantenimiento en el transformador mientras circule electricidad por él. Retire todo aquello que pueda obstruir el flujo de aire en el área.
  Para eliminar el polvo y la suciedad acumulados, desactive la unidad antes de proceder con estas tareas. Asegúrese de mantener el transformador en un lugar seco y limpio para reducir la frecuencia de los trabajos de mantenimiento; ubicarlo en el sitio adecuado permitirá realizar una inspección anual de mantenimiento.
  También debe prestar atención si el transformador emite algún ruido extraño, ya que esto podría indicar la existencia de algún problema mecánico en el equipo.
  
  
   
• Mientras el transformador está desenergizado  
  Limpie primero el polvo o los residuos que puedan encontrarse en los ventiladores de refrigeración y en el bobinado; para ello, puede utilizar una aspiradora o una lata de aire comprimido. Una combinación de ambos —primero la aspiradora y luego el aire comprimido— le permitirá realizar la tarea con eficacia.
   
• Asegure todo el hardware y reemplace las piezas que sea necesario.  
  La eliminación del polvo de las palas del ventilador o del devanado del transformador requerirá el uso de un filtro. Estos filtros protegen los componentes internos y pueden contribuir a prolongar su vida útil.
   
• Prueba de la relación de transformación del transformador  
  Esta prueba solo se realiza si existen posibles problemas eléctricos en la unidad.
  Por ejemplo, si durante su inspección observa una decoloración, es posible que se deba a problemas eléctricos. Esto puede ser un indicio de resistencia al rastreo térmico (TTR), una prueba que solo deben realizar profesionales equipados con el equipo de ensayo más avanzado.
  
   
• Prueba de absorción dieléctrica  
  Para realizar una prueba de absorción dieléctrica, efectúe mediciones entre devanados y entre cada devanado y tierra durante 10 minutos. Divida los valores obtenidos por 10 minutos y por 1 minuto; este resultado se denomina índice de polarización (PI). Para considerarse aceptable, el PI debe ser superior a 2,0.
   

¿Cuáles son los factores importantes para diseñar un transformador seco?

• Elección del tipo de aislamiento  
  El tipo de aislamiento determina la clasificación de temperatura, la rigidez dieléctrica, la resistencia mecánica y la resistencia al choque térmico del transformador. En general, los materiales de aislamiento de las clases F y H se emplean en transformadores de tipo seco porque pueden soportar altas temperaturas (hasta 155 °C y 180 °C, respectivamente) y presentan buenas propiedades eléctricas y mecánicas. Entre los materiales de aislamiento más comunes se encuentran el barniz, la resina epoxi y la resina de poliéster, entre otros.
   
• Selección del material de bobinado  
  El material del devanado determina la conductividad, la resistencia, las pérdidas y la resistencia mecánica del transformador. En general, el cobre y el aluminio se emplean como materiales de devanado en los transformadores de tipo seco debido a su alta conductividad y bajo costo. El cobre presenta una mejor conductividad y mayor resistencia mecánica que el aluminio, pero es más caro y más pesado. Para la misma clasificación de corriente, el cobre requiere una sección transversal menor que el aluminio.
   
• Selección de material de núcleo con bajas pérdidas por histéresis  
  El material del núcleo determina la densidad de flujo magnético, la permeabilidad, las pérdidas por histéresis y las pérdidas por corrientes de Foucault del transformador. El material del núcleo debe presentar una alta permeabilidad y bajas pérdidas por histéresis para reducir las pérdidas en vacío y mejorar la eficiencia del transformador. Entre los materiales de núcleo más utilizados se encuentran el acero al silicio, el acero orientado a grano laminado en frío (CRGO), los metales amorfos, entre otros.
   
• Regulación  
  La regulación de un transformador es la relación entre la caída de tensión a plena carga y la tensión en vacío. Esta regulación indica la capacidad del transformador para mantener una tensión de salida constante bajo condiciones de carga variables. La regulación depende de la impedancia y la resistencia del transformador. Una baja impedancia y una baja resistencia implican una menor regulación y una mejor estabilización de la tensión. La reactancia de fuga de un transformador de tipo seco debe mantenerse dentro del 2 % durante el diseño para lograr una baja regulación.
   
• Esperanza de vida  
  La vida útil de un transformador indica el tiempo durante el cual puede operar de manera confiable antes de que se produzca su degradación, la cual está influenciada por factores como la temperatura, la humedad, el polvo y la corrosión. La clase de aislamiento y la calidad del transformador de tipo seco deben seleccionarse de modo que resistan altas temperaturas y ambientes adversos sin deteriorarse. El aumento de temperatura del transformador no debe superar el límite especificado por la clase de aislamiento.
   
• Pérdidas  
  Las pérdidas de un transformador son la diferencia entre la potencia de entrada y la potencia de salida. Estas pérdidas se componen de las pérdidas en vacío y de las pérdidas bajo carga. Las pérdidas en vacío son independientes de la carga e incluyen las pérdidas en el núcleo y las pérdidas por corrientes de Foucault. Las pérdidas bajo carga son proporcionales a la carga e incluyen las pérdidas por resistencia del cobre y las pérdidas parásitas. Las pérdidas afectan la eficiencia, el calentamiento y la refrigeración del transformador. El material del núcleo, el material de los devanados, el material de aislamiento y los parámetros de diseño deben seleccionarse para minimizar las pérdidas y maximizar la eficiencia del transformador de tipo seco.
   
• Sobrecarga  
  La sobrecarga de un transformador se produce cuando este opera por encima de su capacidad nominal o de su límite de temperatura. Dicha sobrecarga puede provocar sobrecalentamiento, ruptura del aislamiento, cortocircuitos o incluso incendios en el transformador. Las causas de la sobrecarga pueden ser una demanda de carga excesiva, armónicos, fallas eléctricas o la temperatura ambiente. El transformador de tipo seco debe diseñarse con un margen adecuado para soportar sobrecargas sin comprometer sus componentes ni su rendimiento. Asimismo, debe estar equipado con un sistema de refrigeración por ventilador o con un sistema de aire acondicionado para disipar el calor generado por las sobrecargas.
   
• K-factor 
  El factor K es una medida de la capacidad de un transformador para soportar el calor generado por corrientes no sinusoidales en su devanado. Las corrientes no sinusoidales son provocadas por diversos dispositivos electrónicos que generan armónicos en la forma de onda de voltaje y corriente. Los armónicos aumentan las pérdidas, el calentamiento y la distorsión del transformador. Un factor K elevado indica que el transformador puede manejar niveles más altos de armónicos sin sobrecalentarse ni deteriorarse. El transformador de tipo seco debe diseñarse con un factor K alto para garantizar una vida útil prolongada y un rendimiento fiable en aplicaciones que implican corrientes no sinusoidales.
   

Certificaciones

Nuestra fábrica

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