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Los transformadores sumergidos en aceite se enfrentan a constantes amenazas internas que permanecen invisibles desde el exterior: evolución del gas por rotura del aislamiento, tensión térmica en los devanados, acumulación de presión durante los fallos e infiltración de humedad a través de los ciclos de respiración. Los accesorios de protección -relé Buchholz, dispositivo de alivio de presión, indicadores de temperatura y respiradero de gel de sílice- actúan como sistema sensorial del transformador, detectando anomalías antes de que se produzca un fallo catastrófico.
Desde el punto de vista de la adquisición, estos accesorios representan menos del 5% del coste total del transformador y, sin embargo, determinan si un fallo en desarrollo se convierte en un evento de mantenimiento programado o en una pérdida total del activo. En nuestra experiencia en la puesta en servicio de más de 200 transformadores sumergidos en aceite en subestaciones industriales, los accesorios correctamente especificados han proporcionado sistemáticamente alertas tempranas de problemas internos, a menudo detectando problemas días o semanas antes de que respondan otros sistemas de protección.
Al evaluar transformadores de distribución de energía, En el caso de los accesorios, se trata cada uno de ellos como un elemento de especificación independiente que requiere verificación, y no como un complemento intercambiable. En las secciones siguientes se examina cada dispositivo desde la perspectiva del comprador y se tratan los principios de funcionamiento, los parámetros de especificación y los indicadores de calidad que distinguen los equipos fiables de los productos básicos.
Un relé Buchholz es un dispositivo de protección accionado por gas que se instala en la tubería que conecta el depósito principal de un transformador a su conservador. Detecta fallos incipientes mediante la acumulación de gas y el análisis de sobretensión de aceite, dos fenómenos físicos distintos que indican diferentes grados de gravedad de los fallos.
El principio de funcionamiento se basa en la química fundamental: los fallos internos descomponen el aceite del transformador y el aislamiento de celulosa en gases. A temperaturas superiores a 300 °C, el aceite se descompone en hidrógeno, metano, acetileno y otros hidrocarburos. Los fallos menores, como las descargas parciales o el sobrecalentamiento local, producen gases a un ritmo de 50-100 cm³/hora. Los fallos graves de arco generan volúmenes de gas explosivos que desplazan el aceite a velocidades superiores a 0,7 m/s.
Mecanismo de protección de dos etapas
La carcasa del relé contiene dos elementos flotantes que cumplen funciones distintas:
El flotador superior responde a la acumulación gradual de gas. A medida que los gases de avería se acumulan en la cámara del relé y el nivel de aceite desciende, el flotador se inclina para activar un contacto de alarma. Esta etapa suele activarse cuando el gas acumulado alcanza los 100-250 cm³, lo que proporciona horas o días de preaviso antes de que se produzcan daños graves.
El elemento inferior -una aleta o cubeta con bisagras- detecta el desplazamiento rápido del aceite en caso de averías graves. Cuando el arco interno crea una generación repentina de gas, la oleada de aceite resultante desvía este elemento en 50-100 milisegundos, iniciando señales inmediatas de disparo del disyuntor.
Lista de comprobación de especificaciones para compradores
| Parámetro | Valores típicos | Punto de verificación |
|---|---|---|
| Conexión de tuberías | DN50 / DN80 / DN100 | Debe coincidir con el diámetro de la tubería del conservador |
| Capacidad de los contactos de alarma | 250 V CA, 0,5 A | Verificar la compatibilidad de la entrada del panel de relés |
| Capacidad del contacto de disparo | 250 V CA, 1,0 A | Confirme los requisitos del circuito de disparo del disyuntor |
| Velocidad de disparo del caudal de aceite | 0,7-1,2 m/s | Adecuado a la potencia MVA del transformador |
| Volumen de recogida de gas | 200-300 cm³ | Suficiente para el muestreo de análisis de gases disueltos |
| Pulsador de prueba | Incluye | Imprescindible para la verificación de la puesta en servicio |
Las observaciones de campo en instalaciones mineras y petroquímicas revelan que la función de alarma detecta aproximadamente 70% de fallos incipientes antes de que se produzca un fallo catastrófico. La función de disparo proporciona protección de reserva para eventos de alta energía que producen una generación inmediata de gas.
[Visión experta: Instalación del relé Buchholz]
- El tubo de montaje debe mantener una pendiente de 1,5-3% hacia el conservador para una migración adecuada del gas.
- La llave de paso de muestreo de gas permite analizar el gas disuelto sin retirar el relé
- Los falsos disparos suelen deberse al aire atrapado durante el llenado de aceite o a un ángulo de montaje inadecuado.
- Los interruptores de mercurio de los relés antiguos requieren verificación de nivel; los interruptores de láminas modernos son tolerantes a la posición.
Cuando las averías catastróficas generan una rápida evolución del gas en el interior del tanque de un transformador, la presión aumenta peligrosamente en cuestión de milisegundos. El dispositivo de alivio de presión (PRD) proporciona una protección mecánica independiente de los sistemas eléctricos: evacua los gases antes de que se produzca la rotura del tanque.
PRD vs. Relé de presión súbita
Dos dispositivos distintos abordan las condiciones de sobrepresión:
La válvula PRD utiliza un diafragma accionado por resorte que se abre a una presión preestablecida, normalmente 50-70 kPa por encima de la atmosférica. Cuando se activa, libera físicamente el aceite y el gas a la atmósfera y, a continuación, se vuelve a cerrar automáticamente (tipo autosellante) o permanece abierta (tipo disco frangible). El tiempo de respuesta es inferior a 50 milisegundos.
El relé de presión súbita (SPR) es un dispositivo eléctrico que detecta la tasa de aumento de presión en lugar de la presión absoluta. Envía señales de disparo a los disyuntores, pero no alivia físicamente la presión. Muchas especificaciones requieren ambos: SPR para el disparo eléctrico rápido, PRD para el venteo mecánico.
Consideraciones sobre el montaje y el tamaño
Los PRD se montan en la cubierta superior del tanque o en la pared lateral superior, con el puerto de descarga orientado lejos de los pasillos del personal. El tamaño está en correlación con la clasificación MVA del transformador y el volumen de aceite: las unidades más grandes requieren una mayor capacidad de ventilación para evitar que la acumulación de presión supere los límites estructurales.
Compruebe que los taladros de fábrica coinciden con el patrón de la brida del PRD antes del envío. Las instalaciones de reequipamiento suelen requerir placas adaptadoras personalizadas cuando se sustituyen PRD de distintos fabricantes.
Indicadores de calidad del comprador
Los devanados de los transformadores se calientan mucho más que el aceite que los rodea. El indicador de temperatura del aceite (OTI) mide directamente la temperatura del aceite superior, mientras que el indicador de temperatura del devanado (WTI) calcula la temperatura del devanado en el punto más caliente mediante un método de simulación térmica. Ambas mediciones son esenciales: basarse únicamente en el OTI subestima la tensión real del aislamiento entre 15 y 30 °C bajo carga.
Por qué son importantes ambos indicadores
OTI proporciona una medición directa a través de un bolsillo termómetro en la pared del tanque, la lectura de la temperatura del aceite cerca de la parte superior del tanque. Este valor refleja el rendimiento del sistema de refrigeración y las condiciones ambientales, pero no indica el estrés térmico real del devanado.
WTI resuelve esta carencia mediante el principio de imagen térmica. Un transformador de corriente suministra una corriente reducida a una resistencia calefactora montada en el interior del bolsillo del termómetro WTI. Esta resistencia añade un aumento de temperatura proporcional a las pérdidas de I²R en el devanado, lo que hace que la lectura de WTI se aproxime a la temperatura del punto más caliente sin necesidad de un sensor integrado en la propia bobina.
Calibración de imágenes térmicas
Las lecturas WTI precisas requieren una calibración adecuada durante el diseño del transformador:
La documentación de fábrica debe especificar estos parámetros. La recalibración en campo es posible pero requiere un conocimiento detallado del diseño térmico del transformador.
Ajuste de los umbrales de alarma y disparo
Los valores de consigna de temperatura dependen de la clase de aislamiento y del método de refrigeración. Para aislamiento estándar de Clase A (límite térmico de 105°C) en refrigeración ONAN transformadores sumergidos en aceite:
| Indicador | Ajuste de la alarma | Ajuste del viaje | Objetivo de seguimiento |
|---|---|---|---|
| OTI | 85°C | 95°C | Temperatura del aceite de motor |
| WTI | 105°C | 120°C | Punto más caliente simulado |
Estos valores se alinean con la guía de carga térmica en IEEE C57.91. Los ajustes reales de fábrica pueden diferir en función del diseño específico del transformador.
[Visión experta: Mantenimiento del indicador de temperatura]
- Los tubos capilares que conectan los indicadores remotos son frágiles; aléjelos de las zonas de tránsito.
- Se recomienda la verificación anual de la calibración utilizando una referencia de temperatura portátil para las unidades críticas.
- Las lecturas WTI pueden ser inferiores a la temperatura real del devanado durante los cambios rápidos de carga debido a la masa térmica.
- Los indicadores digitales multicanal pueden consolidar ambas mediciones con valores de consigna programables
El aceite del transformador se expande y contrae con los cambios de temperatura, lo que hace que el conservador “respire” a través del conjunto del respiradero. Sin la eliminación de la humedad, cada ciclo de respiración introduce aire húmedo que degrada la rigidez dieléctrica del aceite y acelera el envejecimiento del aislamiento de celulosa.
Cómo protege el respiradero la integridad del aceite
El aire entrante pasa a través de una cámara llena de gel de sílice, una forma porosa de dióxido de silicio con gran afinidad por el vapor de agua. El gel absorbe la humedad antes de que el aire llegue al espacio aéreo del conservador, manteniendo el contenido de humedad del aceite por debajo de los umbrales críticos. Según Normas IEC 60076 para transformadores, La humedad en el aceite reduce significativamente la tensión de ruptura dieléctrica y acorta la vida útil del aislamiento.
Los diseños alternativos incluyen conservadores herméticamente sellados con vejigas de goma o diafragmas que eliminan por completo la respiración atmosférica. Estos sistemas son más caros, pero protegen mejor de la humedad a los transformadores en entornos húmedos.
Construcción y función de la copa de aceite
Los respiraderos estándar disponen de una cámara de vidrio o plástico transparente que contiene cartuchos de gel de sílice reemplazables o regenerables. La copa de aceite situada en la base del respirador proporciona una barrera secundaria contra la humedad, ya que las burbujas de aire atraviesan un charco poco profundo de aceite limpio del transformador antes de llegar a la cámara de gel.
El mantenimiento de la copa de aceite es fundamental. Una copa vacía o contaminada permite que el aire no filtrado evite el sistema. Rellene con la misma especificación de aceite utilizada en el depósito principal.
Criterios de selección de respiraderos
Mantenimiento Realidad
El color del gel de sílice indica el estado de saturación de humedad. El gel fresco aparece azul o naranja dependiendo del tipo de indicador; el gel saturado se vuelve rosa o incoloro.
La frecuencia de sustitución varía mucho según el clima:
La regeneración por calentamiento del gel a 120-150°C restablece la capacidad de adsorción durante 3-5 ciclos antes de que sea necesario sustituirlo. Documente el historial de regeneración para seguir la degradación del gel a lo largo del tiempo.
Más allá de las especificaciones individuales de los dispositivos, el éxito de la protección de los transformadores depende de la correcta integración entre los accesorios y el sistema de protección más amplio.
Verificación del cumplimiento de las normas
Solicitar documentación que demuestre el cumplimiento de las normas aplicables:
No existe ninguna norma internacional que regule todos los accesorios de los transformadores. Algunos fabricantes hacen referencia a normas regionales o a especificaciones internas, que proporcionan niveles de protección equivalentes.
Cableado de fábrica y compatibilidad de terminales
Confirme estos puntos de integración antes del envío:
Los terminales incompatibles descubiertos durante la puesta en marcha provocan costosos retrasos y modificaciones sobre el terreno.
Piezas de repuesto y disponibilidad a largo plazo
Los accesorios de los transformadores requieren un mantenimiento periódico a lo largo de los 25-30 años de vida útil de los activos. Verifique:
Los componentes patentados de líneas de productos descatalogadas crean quebraderos de cabeza de mantenimiento décadas después de su instalación.
XBRELE suministra transformadores de distribución sumergidos en aceite con paquetes de accesorios probados e instalados en fábrica, configurados según los requisitos del proyecto. Las configuraciones estándar incluyen un relé Buchholz, un dispositivo de alivio de presión, un indicador de temperatura del devanado, un indicador de temperatura del aceite y un respiradero de gel de sílice con vaso de aceite.
Disponemos de asistencia técnica para adaptar las especificaciones de los accesorios, especialmente en instalaciones con condiciones ambientales o requisitos de protección no estándar. Las configuraciones personalizadas tienen en cuenta la reducción de altitud, los rangos de temperatura extremos y la compatibilidad de la interfaz con los sistemas de control de subestaciones existentes.
Contacte con nuestro equipo técnico de confianza fabricante de transformadores de distribución para obtener presupuestos de transformadores con especificaciones completas de accesorios adaptadas a los requisitos de su proyecto.
P: ¿Qué hace que un relé Buchholz dé falsas alarmas?
R: El aire atrapado durante el llenado de aceite, un ángulo de montaje del relé inadecuado que supere los 3° de desviación con respecto a la horizontal y las vibraciones externas de equipos cercanos son las causas más comunes. Los procedimientos de puesta en servicio adecuados, incluida la evacuación completa del aire y la verificación del montaje, evitan la mayoría de las indicaciones falsas.
P: ¿Cómo sé cuándo hay que sustituir el gel de sílice?
R: Controle el indicador de cambio de color: el gel azul o naranja que se vuelve rosa o incoloro indica saturación de humedad. En climas húmedos, los intervalos de sustitución deben ser de 6 a 12 meses; en ambientes áridos, de 2 a 3 años. Sustitúyalo cuando aproximadamente dos tercios del gel visible hayan cambiado de color.
P: ¿Puede funcionar la WTI sin la conexión del transformador de corriente?
R: El WTI sólo mostrará la temperatura del aceite, no la temperatura simulada del punto caliente del bobinado. Sin la corriente del calentador alimentado por TC, la función de imagen térmica se desactiva y las lecturas subestimarán la temperatura real del devanado en 15-30 °C en condiciones de carga. Esto anula el propósito de la monitorización de la temperatura del devanado.
P: ¿Cuál es la vida útil típica de los accesorios de los transformadores?
R: Los relés e indicadores de temperatura Buchholz suelen durar entre 20 y 25 años con una verificación periódica de la calibración. Las juntas PRD pueden requerir sustitución cada 10-15 años dependiendo de la degradación del material. Los respiradores de gel de sílice requieren la sustitución del cartucho en función de la saturación y no del tiempo.
P: ¿Debo especificar PRD autosellantes o de disco frangible?
R: Los PRD autosellantes permiten la reenergización del transformador tras pequeñas sobrepresiones después de una inspección. Los tipos de disco frangible requieren sustitución después de cualquier activación, pero proporcionan una apertura más fiable con ajustes de presión precisos. Las subestaciones críticas suelen especificar tipos autosellantes para minimizar la duración de las interrupciones.
P: ¿Están normalizados los valores nominales de los contactos de los accesorios en todos los fabricantes?
R: La tensión y la intensidad nominales de los contactos varían según el fabricante y el modelo. Los valores nominales comunes incluyen 250 V CA a 0,5-1,0 A para contactos de alarma y 250 V CA a 1,0-2,0 A para contactos de disparo. Compruebe siempre que los valores nominales coinciden con las especificaciones de entrada de su panel de relés antes de adquirirlo para evitar incompatibilidades de interfaz.
P: ¿Cómo puedo verificar la calidad de los accesorios al comparar ofertas?
R: Solicite certificados de pruebas de tipo de fábrica, certificaciones de materiales para componentes mojados en aceite y documentación de calibración con trazabilidad a las normas nacionales de metrología. Los proveedores que no puedan facilitar esta documentación pueden estar ofreciendo productos no certificados o falsificados que comprometan la fiabilidad de la protección.
