Requisitos y Funciones Generales de los Sistemas de Enfriamiento de Transformadores Eléctricos

Requisitos Generales para Sistemas de Enfriamiento de Transformadores Eléctricos

• Todos los dispositivos de enfriamiento deben instalarse de acuerdo con las especificaciones del fabricante;

• El sistema de enfriamiento con circulación forzada de aceite debe tener dos suministros de energía independientes con capacidad de conmutación automática. Cuando falle el suministro de energía en funcionamiento, el suministro de respaldo se activará automáticamente y emitirá señales auditivas y visuales;

• Para transformadores con circulación forzada de aceite, cuando se desconecte un enfriador defectuoso, se emitirán señales auditivas y visuales, y se activará automáticamente (manualmente para el enfriamiento por agua) el enfriador de respaldo;

• Los motores auxiliares de ventiladores, bombas de agua y bombas de aceite deben tener protección contra sobrecarga, cortocircuito y pérdida de fase; se deben disponer de dispositivos para monitorear la dirección de rotación de los motores de las bombas de aceite;

• Para los intercambiadores de calor refrigerados por agua, la bomba de aceite debe instalarse en el lado de entrada de aceite del enfriador, asegurando que la presión de aceite en el enfriador sea mayor que la presión de agua aproximadamente 0.05MPa en todas las condiciones (excepto donde se especifique lo contrario por el fabricante). Se debe proporcionar un tapón de drenaje en el lado de salida de agua del enfriador;

• Para transformadores con enfriamiento por circulación forzada de aceite y agua, se debe instalar una válvula de retención en la salida de cada bomba de aceite sumergible en los enfriadores;

• Los transformadores con enfriamiento por circulación forzada de aceite deben ser capaces de controlar la conexión y desconexión de los enfriadores basándose en la temperatura y/o la carga.

Función de los Enfriadores de Transformadores

Cuando existe una diferencia de temperatura entre el aceite superior e inferior en un transformador, se forma una convección de aceite a través del enfriador. Después de ser enfriado en el enfriador, el aceite fluye de vuelta al tanque, reduciendo así la temperatura del transformador.

Métodos de Enfriamiento para Enfriadores de Transformadores

• Método de enfriamiento por aire natural inmerso en aceite;

• Método de enfriamiento forzado por aire inmerso en aceite;

• Método de enfriamiento forzado por agua inmerso en aceite;

• Método de enfriamiento forzado por aire inmerso en aceite;

• Método de enfriamiento dirigido forzado por aceite.

En subestaciones de 500kV, los transformadores grandes generalmente adoptan el método de enfriamiento forzado por aire inmerso en aceite, mientras que los transformadores extra grandes utilizan el método de enfriamiento dirigido forzado por aceite.

Principio de Funcionamiento de los Enfriadores de Transformadores

Los transformadores eléctricos tradicionales utilizan ventiladores controlados manualmente, con cada transformador típicamente teniendo 6 grupos de motores de enfriamiento por aire que necesitan ser controlados. Cada grupo de ventiladores opera mediante relés térmicos, con los circuitos de alimentación de los ventiladores controlados a través de contactores. Los ventiladores se encienden y apagan basándose en juicios lógicos realizados a partir de mediciones de la temperatura del aceite del transformador y las condiciones de sobrecarga.

Los contactos mecánicos son principalmente impulsados por contactos mecánicos manuales. Este control tradicional depende únicamente de la operación manual. Sin embargo, su mayor desventaja es que todos los ventiladores deben encenderse y apagarse simultáneamente, generando corrientes de arranque significativas que a menudo dañan componentes en el circuito. Cuando las temperaturas están entre 45 y 55 grados Celsius, todos los ventiladores suelen operar a plena capacidad, resultando en un enorme desperdicio de energía y creando dificultades significativas para el mantenimiento del equipo.

Los sistemas de control de enfriamiento convencionales emplean principalmente componentes como relés, relés térmicos y diversos sistemas de control lógico basados en contactos, con una lógica de control altamente compleja. Durante la operación real, los contactores se queman frecuentemente debido al contacto y separación repetitivos. Además, los ventiladores carecen de protecciones necesarias como sobrecarga, pérdida de fase y sobrecorriente, lo que reduce la confiabilidad operativa y aumenta los costos de operación.

Componentes de los Enfriadores de Transformadores con Enfriamiento Forzado por Aceite y Aire

El enfriador consta de intercambiadores de calor, ventiladores, motores, conductos de aire, bombas de aceite e indicadores de flujo de aceite. Los ventiladores de enfriamiento se utilizan para expulsar el aire caliente emitido por los intercambiadores de calor. La bomba de aceite se instala en la parte inferior del enfriador para circular el aceite desde la parte superior del intercambiador de calor hacia abajo. El indicador de flujo de aceite se instala en una posición visible en la parte inferior del enfriador para facilitar a los operadores la observación del estado operativo de la bomba de aceite.

Funciones del Tanque del Transformador y Dispositivos de Enfriamiento

El tanque del transformador sirve como la carcasa externa del transformador, conteniendo el núcleo de hierro, los devanados y el aceite del transformador, mientras también proporciona cierto grado de disipación de calor.

La función del dispositivo de enfriamiento del transformador es crear una circulación de aceite a través del radiador cuando existe una diferencia de temperatura en la capa superior de aceite del transformador. Esto permite que el aceite se enfríe en el radiador antes de fluir de nuevo al tanque, reduciendo efectivamente la temperatura del aceite del transformador. Para mejorar la eficiencia de enfriamiento, se pueden adoptar medidas como el enfriamiento por aire, el enfriamiento forzado por aceite y aire, o el enfriamiento forzado por aceite y agua.