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La capacidad de regulación de tensión del transformador es una de las decisiones más importantes en la adquisición. La elección entre un cambiador de tomas en carga (OLTC) y un cambiador de tomas fuera de circuito (DETC) determina si el ajuste de tensión requiere una interrupción del servicio o si se produce de forma continua mientras fluye la corriente de carga.
Si se equivoca en esta especificación, se enfrentará a costes innecesarios de capital y mantenimiento o a limitaciones operativas que restringirán el rendimiento del sistema durante décadas. Esta guía proporciona los fundamentos técnicos y el lenguaje de especificaciones que distinguen las compras informadas de los costosos errores de compatibilidad.
Ambas tecnologías ajustan la relación de transformación conectando diferentes partes de un devanado con tomas. La diferencia fundamental radica en cuando Se produce un ajuste.
Un cambiador de tomas fuera de circuito (DETC) Funciona solo cuando el transformador está desenergizado y aislado. La construcción es mecánicamente sencilla: un selector giratorio con contactos de cobre plateado, posicionamiento manual o motorizado y bloqueo mecánico. No existe capacidad de interrupción de arco porque no fluye corriente durante la conmutación. Los diseños estándar ofrecen una regulación de ±2 × 2,5% (cinco posiciones). El cambio de tomas requiere aislamiento, conmutación y reconexión, lo que suele llevar entre 15 y 45 minutos.
Un cambiador de tomas en carga (OLTC) Realiza el ajuste mientras el transformador permanece energizado y cargado. Esto exige mecanismos sofisticados: un interruptor de derivación para la interrupción de la corriente, un selector de tomas para el preposicionamiento, resistencias de transición o reactores para limitar la corriente circulante durante el puenteo, y accionamientos de motor con lógica de control. La secuencia de conmutación se completa en 40-80 milisegundos.
Los OLTC de tipo resistor predominan en Europa y a nivel internacional. Los diseños de tipo reactor siguen siendo habituales en las aplicaciones de distribución de Norteamérica. Ambos alcanzan rangos de regulación de ±10% a ±15% con 17-33 posiciones de toma, lo que proporciona pasos de tensión de 0,625% a 1,25%.
El ajuste de tensión por cada paso de toma sigue directamente la ley de Faraday: al cambiar las vueltas efectivas se modifica proporcionalmente la relación de tensión. La norma IEC 60076-1 exige que los devanados de toma soporten la corriente nominal completa, manteniendo al mismo tiempo la integridad del aislamiento en cada posición.
[Perspectiva experta: Observaciones sobre la implementación en el terreno]
- En más de 50 instalaciones en subestaciones industriales, los OLTC de tipo resistivo con resistencias de transición de 0,5-2,0 Ω limitan de forma constante la corriente circulante dentro de los límites de diseño durante el intervalo de conmutación.
- Los interruptores desviadores OLTC de tipo vacío que funcionan por debajo de 10⁻³ Pa logran la extinción del arco sin degradación del aceite, lo que se especifica cada vez más para los transformadores de clase 35 kV.
- La resistencia de contacto del cambiador de tomas fuera de circuito inferior a 50 μΩ se correlaciona con un funcionamiento sin problemas durante más de 30 años de vida útil.
Las diferencias en las especificaciones entre estas tecnologías afectan a todos los aspectos del funcionamiento de los transformadores y al coste de propiedad.
Aquí está la tabla comparativa para una revisión rápida:
| Parámetro | Fuera de circuito (DETC) | En carga (OLTC) |
|---|---|---|
| Ajustar con la alimentación conectada | No | Sí |
| Rango de regulación típico | ±5% | De ±10% a ±15% |
| Posiciones de los grifos | 3–5 | 9-33 |
| Voltaje por paso | 2,51 TP3T típico | 0,6251 TP3T – 1,251 TP3T |
| Operaciones de cambio anuales | 2-12 | 5.000-100.000+ |
| Mecanismo de desgaste por contacto | Mínimo (sin arco eléctrico) | Erosión por arco, coqueo por contacto |
| Intervalo de mantenimiento | Más de 10 años | 3-7 años |
| Impacto del coste en el transformador | Línea de base | +15%–40% |
La norma IEC 60214-1 regula los requisitos de rendimiento de los OLTC, especificando un mínimo de 500 000 operaciones mecánicas y 50 000 operaciones con la corriente nominal. Los cambiadores de tomas fuera de circuito requieren muchas menos operaciones validadas, normalmente entre 50 y 100 ciclos a lo largo de su vida útil.
El sobrecoste del OLTC varía significativamente en función de la potencia nominal del transformador. En unidades más pequeñas, de menos de 2,5 MVA, el cambiador de tomas puede representar entre el 30 % y el 40 % del coste total. En transformadores de potencia más grandes, el porcentaje disminuye, pero el coste absoluto aumenta.
La tecnología DETC es adecuada para aplicaciones en las que la estabilidad del voltaje y la tolerancia a las interrupciones del suministro eléctrico están alineadas:
Una planta de fabricación con una carga estacional conocida puede ajustar los grifos durante el mantenimiento de primavera y otoño. El mecanismo DETC, más sencillo, presenta menos modos de fallo y una carga de mantenimiento casi nula.
El OLTC se vuelve necesario cuando los requisitos operativos impiden la desenergización:
El caso de la integración de energías renovables merece especial atención. La generación solar y eólica crea perfiles de tensión que cambian más rápido de lo que cualquier proceso de ajuste manual puede seguir. Las tomas fijas no pueden compensarlo, por lo que el OLTC con regulación automática de tensión se vuelve esencial.
Las especificaciones vagas invitan a la sustitución y a la incompatibilidad. Los requisitos detallados garantizan que el equipo suministrado se ajuste a las necesidades de la aplicación.
Plantilla de especificaciones DETC:
REQUISITOS DEL CAMBIADOR DE TOMAS — TIPO FUERA DE CIRCUITO 1. Tipo: Cambiador de tomas desenergizado (DETC), operable externamente 2. Rango de tomas: ±2 × 2,5% (5 posiciones)
3. Bobinado con tomas: [HV/LV] — indicar con justificación técnica 4. Mecanismo de accionamiento: Volante manual con bloqueo de posición 5. Indicador de posición: Dial mecánico, visible desde el suelo 6. Enclavamiento: Enclavamiento eléctrico que impide el funcionamiento con tensión 7. Material de contacto: Cobre plateado como mínimo
Plantilla de especificaciones OLTC:
REQUISITOS DEL CAMBIADOR DE TOMAS — TIPO CON CARGA 1. Tipo: Cambiador de tomas con carga, tipo [reactor/resistencia] 2. Rango de tomas: ±10% en 17 pasos (1,25% por paso)
3. Bobinado con derivación: extremo neutro de alta tensión 4. Interruptor desviador: tipo [sumergido en aceite/vacío] 5. Accionamiento del motor: trifásico, [tensión], capacidad local/remota 6. Interfaz de control: compatible con relé AVR, transmisor de posición de derivación (4-20 mA)
7. Contador de operaciones: mecánico + electrónico con punto de ajuste de alarma 8. Vida útil: mínimo 100 000 operaciones antes de una revisión general 9. Fabricantes homologados: [lista si es necesario]
El lenguaje genérico “OLTC incluido” sin parámetros invita a la sustitución por el producto de menor coste. Especifique explícitamente la tecnología del interruptor desviador. Defina los requisitos de la interfaz del regulador automático de tensión: un OLTC sin una integración de control adecuada ofrece un valor limitado.
La derivación de alta tensión (HV) frente a la derivación de baja tensión (LV) afecta a la variación de la impedancia y a los niveles de corriente de fallo. La especificación debe indicar el devanado derivado con una justificación clara. Para obtener asistencia completa sobre las especificaciones de los transformadores, el equipo de ingeniería de XBRELE ofrece Guía técnica sobre transformadores de distribución que abarca todos los parámetros principales.
El precio de compra inicial representa solo una parte del coste total de propiedad. Los perfiles de mantenimiento difieren considerablemente.
Mantenimiento del DETC Es mínima: inspección visual durante el mantenimiento rutinario del transformador, medición de la resistencia de contacto cada 5-10 años, lubricación ocasional del mecanismo. No requiere procesamiento de aceite. Muchas unidades funcionan durante más de 30 años sin necesidad de intervenciones significativas.
Mantenimiento del OLTC exige programas sistemáticos:
Los interruptores de desviación al vacío cambian esta ecuación. Al funcionar en alto vacío, eliminan la degradación del aceite por arco eléctrico y prolongan la vida útil de los contactos hasta 300 000-500 000 operaciones. La tecnología es similar a la de Principios del interruptor de vacío Utilizado en aparatos de conexión de media tensión. El mayor coste inicial puede resultar económico si se tiene en cuenta el mantenimiento durante el ciclo de vida.
[Perspectiva experta: factores que influyen en el coste del ciclo de vida]
- El aceite del desviador OLTC sumergido en aceite cuesta entre $800 y 2000 por cambio; los tipos de vacío eliminan este gasto recurrente.
- Las aplicaciones de alto ciclo (>20 000 operaciones/año) alcanzan los umbrales de mantenimiento entre 3 y 5 veces más rápido que las subestaciones eléctricas típicas.
- Las tasas de erosión de los contactos de entre 0,02 y 0,05 mm por cada 1000 operaciones determinan la programación de las inspecciones; los contactos de vacío se erosionan más lentamente.
- El coste total de mantenimiento durante 20 años de un OLTC de tipo aceite puede superar 50% del coste inicial del cambiador de tomas.
Cinco errores aparecen repetidamente en los documentos de contratación pública:
Referencia IEC 60214-1 para los requisitos de rendimiento del cambiador de tomas y los métodos de prueba al desarrollar especificaciones. Para la coordinación a nivel de sistema entre transformadores y equipos de protección, consulte XBRELE's Guía para la integración de componentes de aparatos de conexión.
La selección del cambiador de tomas no puede realizarse de forma aislada de las especificaciones generales del transformador. La potencia nominal del cambiador de tomas debe ajustarse a la capacidad MVA, la resistencia a cortocircuitos, la coordinación del aislamiento, la arquitectura de control y las condiciones ambientales del emplazamiento.
El equipo de ingeniería de XBRELE ayuda a los compradores a través del desarrollo completo de las especificaciones:
Para consultas sobre transformadores de distribución, incluidos los requisitos del cambiador de tomas, póngase en contacto con nuestro grupo de ingeniería de transformadores. El transformador funcionará durante 30-40 años según las decisiones tomadas durante la adquisición. La precisión ahora evita problemas más adelante.
P: ¿Puedo actualizar de DETC a OLTC después de instalar el transformador?
R: La modernización no es práctica, ya que la disposición de los grifos de derivación y la geometría del tanque difieren fundamentalmente entre los distintos diseños. El tipo de cambiador de grifos debe especificarse correctamente durante la adquisición inicial.
P: ¿Cuántos cambios de toma puede realizar un OLTC antes de necesitar una revisión general?
R: Los OLTC sumergidos en aceite suelen requerir una revisión cada 100 000-150 000 operaciones, mientras que los diseños de desviadores al vacío se extienden a 300 000-500 000 operaciones, dependiendo del fabricante y la severidad de la tarea de conmutación.
P: ¿El aceite del desviador OLTC requiere pruebas separadas del aceite del tanque principal?
R: Sí. El interruptor desviador acumula subproductos de arco eléctrico (acetileno, hidrógeno) en concentraciones que indicarían condiciones de fallo en el aceite del depósito principal. Es obligatorio realizar un muestreo y análisis por separado para evaluar con precisión el estado.
P: ¿Qué rango de regulación debo especificar si los datos de variación de tensión son incompletos?
R: Especifique un mínimo de ±10% para aplicaciones OLTC como referencia conservadora. Realice estudios de tensión del sistema antes de finalizar si se requiere una optimización de costes o un ancho de banda de regulación más estricto.
P: ¿Es preferible un OLTC de tipo reactor o de tipo resistencia?
R: Los diseños de tipo resistor predominan en la práctica internacional debido a su conmutación más rápida (40-60 ms) y su construcción más compacta. El tipo reactor sigue estando muy extendido en la distribución norteamericana. Ambas tecnologías funcionan de forma fiable cuando se especifican y mantienen adecuadamente.
P: ¿Cuándo justifica la tecnología del interruptor de desvío al vacío su coste adicional?
R: Especifique desviadores de vacío para aplicaciones de alto ciclo que superen las 20 000 operaciones anuales, instalaciones en las que el manejo de aceite esté restringido o proyectos en los que la reducción del coste de mantenimiento del ciclo de vida supere la prima inicial.
