Comparacion Transformadores Liquidos y Secos
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geindustrial-latam.com Jorge Oliveira Ingeniero Especificador para Venezuela Transformadores: una comparación entre líquidos y secos Programa Digital de Especificación El transformador es un equipo esencial en cualquier sistema de distribución de potencia. Por ello es importante evaluar desde todas las aristas antes de escoger que tipo de unidad necesitamos para su implementación en cualquier proyecto. imaginación en acción GE Energy Management Industrial Solutions Contenido 1) Resumen 2) Introducción 3) Medio de enfriamiento del transformador 4) Tecnologías 5) Ventajas del transformador seco 6) Conclusiones 7) Referencias
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Comparacion Transformadores Liquidos y Secos
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Jorge OliveiraIngeniero Especificador para Venezuela
Transformadores: una comparacin entre lquidos y secos
Programa Digital de Especificacin
El transformador es un equipo esencial en cualquier sistema de distribucin de potencia. Por ello es importante evaluar desde todas las aristas antes de escoger que tipo de unidad necesitamos para su implementacin en cualquier proyecto.
imaginacin en accin
GE Energy ManagementIndustrial Solutions
Contenido1) Resumen2) Introduccin3) Medio de enfriamiento del transformador4) Tecnologas5) Ventajas del transformador seco6) Conclusiones7) Referencias
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1) Resumen
En este documento se procura conocer la evolucin tecnolgica de los transformadores de potencia,
profundizar en los tipos de transformadores ms usados histricamente en el mercado, para as
poder establecer una comparacin entre los transformadores refrigerados por aceite y los secos. De
esta forma se pretende contar con herramientas para comprender las mejores aplicaciones de cada
uno.
El transformador es un equipo esencial en cualquier sistema de distribucin de potencia. Por ello es
importante evaluar desde todas las aristas antes de escoger que tipo de unidad necesitamos para su
implementacin en cualquier proyecto.
La importancia de este equipo hace que su seleccin sea tomada muy en serio, lamentablemente
muchas veces la escogencia se basa en el costo inicial del equipo, siendo muy probable que los
costos iniciales de una tecnologa sean superiores en comparacin con la otra, sin embargo, lo ms
correcto es tomar en cuenta todos los factores que inciden durante el ciclo de vida del equipo,
donde el costo inicial puede no representar un factor tan determinante.
2) Introduccin
El Transformador es un dispositivo electromagntico esttico, que transfiere energa elctrica entre
dos o ms sistemas a una frecuencia de red constante operando bajo el principio de la induccin
electromagntica.
Este es un equipo que gracias a su capacidad de modificar parmetros de tensin e intensidad, hace
posible la generacin, transporte y consumo de energa elctrica a tensiones ms rentables segn
sea el caso, proporcionando adems una tensin adecuada a las caractersticas de los receptores o
cargas. Por ejemplo, para el transporte de energa, lo ms eficiente es trasmitir a grandes tensiones,
ya que las intensidades de corriente son menores y eso trae consigo la disminucin de las perdidas y
la menor seccin de los conductores.
Algunos de los factores ms importantes a considerar en la seleccin de un transformador de
potencia son:
Capacidad Los kVAs nominales del transformador.
Voltaje nominal Voltaje del primario y el secundario del transformador.
Sistema de aislamiento Temperatura ambiente mxima, temperatura de las bobinas.
Ncleo y bobinas Material, forma, construccin, (conductores de cobre o aluminio).
Sistema de aislamiento del devanado Abierto, VPI, VPE, encapsulado.
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Para la correcta seleccin de un transformador, es muy importante considerar, adems de los
parmetros elctricos, tambin la aplicacin y el lugar de instalacin. Este anlisis nos llevar a
concluir consecuentemente, si lo ms recomendable es emplear un transformador refrigerado por
aceite o un transformador seco.
3) Medio de enfriamiento del transformador
Un componente que hace la diferencia entre las tecnologas de los transformadores es el medio de
enfriamiento, en los transformadores lquidos, las bobinas y el ncleo estn totalmente inmersos en
el fluido dielctrico, y este se utiliza para enfriar los devanados y proporcionar un rendimiento
ptimo. El ms comn es el aceite mineral, pero se pueden encontrar otros fluidos como aceites de
silicn o hidrocarburos de alto punto de ignicin.
En los transformadores secos convencionales, el aire es el medio de enfriamiento bsico. En este
caso la calidad del aire puede afectar notablemente el funcionamiento del equipo.
Pero en las unidades secas tipo Cast Coil, las bobinas se encuentran fundidas en una resina epxica,
lo que disminuye notablemente la influencia del medio ambiente en la operatividad del equipo.
4) Tecnologas
En los transformadores de potencia la opcin histricamente empleada ha sido los transformadores
lquidos, cuyo aislamiento predominante de aceite y celulosa de papel ha proporcionado
propiedades dielctricas y trmicas satisfactorias, una relacin costo-beneficio y dimensiones
adecuadas y bajas prdidas. Por lo que durante muchos aos fue la opcin ms empleada, hasta que
las consideraciones ambientales, los peligros ante posibilidad de fuego y el mantenimiento, salieron
a relucir como un elemento importante en las ltimas dcadas.
Para cubrir la necesidad de mitigar estos ltimos factores la industria ha venido desarrollando
transformadores aislados en lquidos con alto punto de ignicin y con lquidos biodegradables, pero
tambin evolucionaron de la misma manera el desarrollo de los transformadores secos.
4.1 Transformadores lquidos - Liquid Filled.
Para los transformadores lquidos, el medio de aislamiento de aceite mineral ha sido lo ms
comnmente empleado a lo largo de los aos. Esta tecnologa histricamente sola ser la opcin
primordial, su sistema de aislamiento bsicamente consiste en aceite y papel de celulosa.
Las unidades lquidas con aceite mineral ofrecen un costo inicial relativamente bajo, ofreciendo
una relacin entre las dimensiones del equipo y las perdidas muy atractiva. Adicionalmente, los
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devanados al no estar en contacto directo con el medio ambiente, ofrece la capacidad de
trabajar en medios ambientes contaminados.
Si no fuese por las consideraciones ambientales, su contribucin al fuego, posibilidad de fuga y
su mantenimiento asociado, no habra necesidad de considerar otras tecnologas. Sin embargo,
en los ltimos aos la mayor conciencia y el costo asociado a estos factores ha llevado al
desarrollo de nuevas tecnologas. Entre ellas la utilizacin de componentes menos inflamables,
tales como hidrocarburos de altas temperatura y siliconas con alto punto de ignicin.
Si bien para aplicaciones mayores a los 5 MVA ya pueden conseguirse en el mercado
transformadores secos, dado lo consolidado de esta tecnologa, los transformadores en aceite
siguen siendo los ms implementados.
Transformador en aceite
4.2 Transformadores secos
Existen varios tipos de transformadores secos y sus medios constructivos varan dependiendo
del fabricante. A continuacin se presenta una breve descripcin de los principales:
- VPI Vacuum/pressure impregnation: El proceso constructivo se hace por inmersin y
horneado. Se realiza un proceso de recubrir las bobinas con barniz (resina generalmente de
polister) en un tanque de inmersin, alternando ciclos de vaco y presin, y las bobinas son
procesadas (curadas) en un horno por vara horas.
El medio dielctrico de los devanados es el aire, por lo que el medio ambiente influye
considerablemente en el sistema dielctrico del bobinado. Por ello, la contaminacin y
principalmente la humedad afecta directamente estos equipos. Esto hace que tengan una
aplicacin limitada en ambientes polvorientos o de alta contaminacin y que sea necesario
tener estrictos cuidados durante su almacenamiento por la posibilidad de absorcin de
humedad.
Desde el punto de vista de mantenimiento realizar la limpieza de sus componentes, resulta
generalmente muy difcil, requiriendo un mantenimiento elevado.
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- VPE Vacuum/pressure encapsulation. Al proceso estndar del VPI se le aaden varias
inmersiones para encapsular el conjunto de la bobina y luego se realiza el proceso de
recubrimiento, en este caso con resina de silicona, luego de este proceso, el equipo es
curado en hornos.
Este tipo de tecnologa fue originalmente diseada para aplicaciones navales (ambiente
marino), su proceso constructivo hace que este tipo de transformadores tenga proteccin
ante la humedad.
Otras ventajas son su mayor capacidad de soportar choques trmicos y un peso
relativamente bajo.
- Cast Coil sellado epxico. Las bobinas son encapsuladas en resina epxica en un proceso
de moldeado, quedando selladas hermticamente para atribuirle una cero afectacin
ambiental a esta tecnologa.
La resina epxica es un polmero termoestable que se endurece cuando se mezcla con un
agente catalizador o endurecedor, logrando en este caso el encapsulado (relleno) de las
bobinas, as como un aislamiento y proteccin significativa para el transformador.
Algunas caractersticas relevantes son, un costo inicial ligeramente ms elevado, peso un
poco mayor que los VPE pero menor a los lquidos, alta resistencia mecnica, proteccin
ante cortocircuitos y mejor comportamiento ante sobrecargas. Vale la pena destacar que
hasta ahora el desarrollo de esta tecnologa es hasta los 36 kV.
Transformador seco
5) Ventajas del transformador seco
Impacto ambiental
Mayor seguridad (bajo riesgo de incendio). Esto gracias a los materiales retardantes del fuego y
auto-extinguibles. Logrando as un equipo con inflamabilidad reducida y emisin mnima de gases
txicos.
Ausencia de lquidos de enfriamiento. No presentan riesgos de contaminacin por derrame de
lquidos y reducen drsticamente su propio aporte en caso de incendio. Disminuye la
contaminacin tierra/agua.
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Instalacin
Reduccin de obras de construccin para instalarlo. No necesitan costosas obras de construccin,
como reas de drenaje, fosas colectoras para el aceite, rejillas de extincin y muros cortafuego,
para evitar la propagacin del incendio y el derrame de lquidos aislantes.
Instalacin interna en los edificios. Gracias al bajo riesgo de incendio pueden instalarse al interior
de los edificios, aunque estn prximos a recintos frecuentados por personas. Permitindose la
instalacin ms cerca de las cargas de alimentacin, con la ventaja de ahorrar costos de conexin
y reducir las prdidas en la lnea de alimentacin.
Mantenimiento
Se caracterizan por menores costos de mantenimiento; ya que, el mantenimiento recomendado,
aunque vara con el fabricante, generalmente consiste en una inspeccin visual, chequeo de
todas las conexiones (se puede usar infrarrojos), y hacer una limpieza en las bobinas para evitar
acumulacin de sucio. Deben inspeccionarse slo peridicamente para verificar que no se
acumule polvo ni suciedad. Todo esto conlleva a un mnimo tiempo de parada por
mantenimiento.
Por otro lado, el mantenimiento preventivo para un transformador lquido, incluye adems de la
inspeccin visual, el chequeo del nivel y la temperatura del aceite, verificar que ste conserve sin
alterarse las caractersticas dielctricas propias (la rigidez dielctrica de los aceites minerales
disminuye significativamente ante la presencia de leves indicios de humedad), chequeo de los
mecanismo de liberacin de presin. Destacando que el anlisis de aceite proporciona una
evaluacin muy precisa de la condicin del transformador.
Ventajas adicionales que ofrecen los transformadores tipo Cast Coil
Pueden funcionar en ambientes hmedos, con polvo, salinos o contaminados, adems ofrecen
una alta resistencia a los shocks trmicos.
Recuperacin de los materiales al fin de su vida til. La resina, se considera material inerte y los
devanados primarios y secundarios pueden ser fcilmente reciclados.
Reducido espacio para la instalacin. Se caracterizan por una reduccin de cerca del 15% en las
dimensiones y del 10% del peso en comparacin con los transformadores sumergidos en aceite.
Esto reduce los costos de transporte y montaje.
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6) Conclusiones
Escoger entre un transformador lquido o seco es mucho ms difcil que hace veinte (20) aos. Los
nuevos procesos de sellado en los transformadores secos han creado unidades que pueden
implementarse en ambientes donde slo los transformadores lquidos eran los nicos considerados
anteriormente.
Si bien para potencias superiores a los 5 MVA se pueden conseguir unidades secas, en su mayora
los transformadores de altas potencias son lquidos.
Para aplicaciones de uso exterior los transformadores lquidos son la seleccin predominante, sin
embargo, los secos ofrecen en la actualidad soluciones competitivas (VPE/Cast Coil).
Con los adelantos tecnolgicos (diseos computarizados) los transformadores secos son capaces de
ofrecer las mismas caractersticas elctricas que los lquidos.
La compra de un transformador es frecuentemente basada en el costo inicial, sin embargo, es
importante considerar el ciclo de vida de la unidad y todos los costos asociados desde la fabricacin
del transformador, transporte, puesta en servicio, mantenimiento, y todo lo relacionado hasta el fin
de su vida til.
El transformador tipo Cast Coil es una tecnologa de equipos secos que provee las ms novedosas
prestaciones en mantenimiento, comportamiento bajo ambientes hostiles y caractersticas
elctricas.
7) Referencias
- ANSI C57.12.00. Standard general requirements for liquid-immersed distribution, power, and
regulating transformers. 2010.
- ANSI C57.12.01. Standard general requirements for dry-type distribution and power
transformers, including hose with solid cast/or resin-encapsulated windings. 2010.
- International Standard IEC 60076-13. Power transformers - Self protected liquid filled
transformers. 2004.
- International Standard IEC 60076-11. Power transformers Dry type transformer. 2004.
- Nunn Tommy, A Comparison Of Liquid -Filled And Dry -Type Transformer Technologies, Small
Power Transformer Division South Boston, VA.
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