¿Qué es un transformador sumergido en aceite? Tipos, principios de funcionamiento y cómo elegir el transformador sumergido en aceite adecuado para su proyecto

Cada año, se generan pérdidas millonarias por tiempo de inactividad no planificado en proyectos industriales y de servicios públicos en todo el mundo debido a transformadores de tamaño insuficiente o inadecuado. Para los ingenieros y gerentes de compras responsables de seleccionar equipos para redes eléctricas, plantas de energía solar o instalaciones industriales, garantizar especificaciones precisas del transformador es fundamental, ya que constituye la base de todas las decisiones posteriores del proyecto. De todas las opciones de transformadores disponibles, los transformadores sumergidos en aceite siguen siendo los predominantes a nivel mundial, representando la gran mayoría de las instalaciones con capacidad superior a 500 kVA. Este artículo explicará en detalle cómo funcionan los transformadores sumergidos en aceite, sus tipos existentes y cómo seleccionar con precisión el equipo adecuado para su aplicación específica.

¿Cómo funciona un transformador sumergido en aceite?

En esencia, un transformador sumergido en aceite, como cualquier transformador de potencia, funciona según el principio de inducción electromagnética: la corriente alterna en el devanado primario genera un campo magnético dentro del núcleo, que a su vez induce una tensión en el devanado secundario (con una relación de tensión diferente a la del primario). La característica distintiva del diseño sumergido en aceite reside en el aceite mineral aislante utilizado —conocido comúnmente como «aceite para transformadores»— que llena el tanque que rodea el núcleo y los devanados.

Este aceite para transformadores cumple dos funciones cruciales simultáneamente. En primer lugar, actúa como un aislante eléctrico de alto rendimiento entre los componentes energizados, previniendo eficazmente los arcos eléctricos y los cortocircuitos incluso a tensiones extremadamente altas. En segundo lugar, absorbe el calor generado por el núcleo y los devanados y lo conduce a las paredes del tanque y a los disipadores de calor, disipándolo finalmente en el aire circundante a través de estas superficies. Es precisamente esta doble función la que permite que los transformadores sumergidos en aceite superen consistentemente a los transformadores secos en eficiencia térmica a capacidades superiores a 1000 kVA, una ventaja decisiva para redes eléctricas a gran escala y aplicaciones industriales pesadas.

Los principales componentes estructurales de un transformador sumergido en aceite incluyen: un núcleo de acero al silicio laminado, bobinados de cobre o aluminio, un tanque de aceite de acero sellado, un conservador de aceite (un recipiente para regular la expansión y contracción térmica del aceite) y un relé de gas para la detección de fallas. Estos componentes trabajan en conjunto para formar un dispositivo confiable diseñado para operar continuamente en exteriores durante décadas con un mantenimiento mínimo.

Tipos principales de transformadores sumergidos en aceite: ¿Cuál es el mejor para su aplicación?

No todos los diseños sumergidos en aceite cumplen la misma función. Comprender estas tres categorías principales ayuda a evitar los errores más comunes en la selección y especificación.

Transformadores de distribución sumergidos en aceite:

 Los transformadores de distribución sumergidos en aceite se utilizan en redes eléctricas de media tensión de 11 kV a 33 kV y son el equipo principal en parques industriales, zonas comerciales e infraestructuras municipales. Su capacidad nominal estándar oscila entre 50 kVA y 2500 kVA. Gracias a su tamaño compacto y a sus pérdidas en vacío extremadamente bajas, suelen ser la solución preferida para aplicaciones que requieren una reducción fiable de la tensión de la red pública a la tensión requerida por los usuarios finales.

Transformadores de potencia sumergidos en aceite:

 Los transformadores de potencia operan a niveles de tensión de transmisión de 66 kV o superiores, con capacidades nominales que suelen comenzar en 10 MVA. Son la columna vertebral de las subestaciones de la red eléctrica estatal y de las grandes estaciones de conmutación industrial; en estas aplicaciones, la eficiencia a plena carga y la integridad del aislamiento en condiciones de falla son los criterios de selección principales.

Transformadores sumergidos en aceite para centrales fotovoltaicas   

Las instalaciones de generación de energía fotovoltaica a gran escala requieren un transformador elevador específico: el transformador sumergido en aceite. Este tipo de equipo está diseñado específicamente para adaptarse a las características de corriente con alta presencia de armónicos que generan los inversores de cadena o centralizados de gran tamaño. Su diseño de bajas pérdidas está optimizado para ajustarse perfectamente a las condiciones de operación de "carga parcial" propias de la generación de energía fotovoltaica. En Oriente Medio, impulsada por los objetivos nacionales de descarbonización, la capacidad instalada de energía fotovoltaica está experimentando un crecimiento explosivo. En este contexto, la demanda de estos transformadores específicos ha crecido más rápido que en cualquier otro segmento.

Cómo seleccionar un transformador sumergido en aceite: 4 parámetros clave  

Para seleccionar el transformador más adecuado, es necesario identificar cuatro parámetros clave antes de solicitar un presupuesto. Modificar cualquiera de estos parámetros después de realizar un pedido suele resultar en plazos de entrega prolongados de varias semanas y sobrecostos del proyecto.

• Capacidad nominal (kVA o MVA). Primero, calcule la carga continua máxima del proyecto (en kVA) y, a continuación, considere un margen de seguridad del 20 % al 25 % para acomodar futuros aumentos de carga y corrientes de irrupción durante el arranque del equipo. Por ejemplo, si la carga máxima de un proyecto es de 700 kVA, un punto de partida razonable para la selección sería un transformador de 1000 kVA. Establecer un transformador sumergido en aceite de 1000 kVA como referencia de selección evita eficazmente los problemas de sobrecarga por capacidad insuficiente y las pérdidas de eficiencia por sobrecapacidad.

• Relación de tensión y rango de tomas. Es fundamental definir y confirmar claramente la tensión de alimentación en el lado primario (entrada) y la tensión de utilización en el lado secundario (salida). Las combinaciones de tensión comunes en las redes de distribución de los países miembros del Consejo de Cooperación del Golfo (CCG) son 11 kV / 0,4 kV o 33 kV / 11 kV. Se recomienda seleccionar un cambiador de tomas sin excitación con un rango de ajuste de ±2 × 2,5 % para permitir la regulación de voltaje sin necesidad de apagado cuando fluctúa la tensión de alimentación.

• Método de refrigeración para el entorno de instalación. En climas templados, la refrigeración estándar ONAN (circulación natural de aceite, circulación natural de aire) suele ser suficiente. Para instalaciones exteriores en Oriente Medio, donde las temperaturas ambiente a menudo superan los 50 °C, se recomienda utilizar transformadores sumergidos en aceite con refrigeración ONAF (circulación natural de aceite, refrigeración por ventilador forzado) y aislamiento de bobinado de clase H, diseñados específicamente para entornos desérticos de alta temperatura. En entornos de alta temperatura, sin reducción de potencia térmica, la capacidad efectiva de los transformadores ONAN (circulación natural de aceite, circulación natural de aire) puede disminuir entre un 15 % y un 20 %.

• Certificación y cumplimiento. Asegúrese de que el fabricante posea un certificado de ensayo de tipo IEC 60076 vigente, emitido por un laboratorio externo acreditado. Para proyectos en Arabia Saudita, se requiere la certificación SASO para el despacho de aduanas. En los Emiratos Árabes Unidos, los proyectos requieren la certificación ESMA. Verificar la documentación antes de realizar un pedido formal puede mitigar el riesgo de que el equipo sea retenido en la frontera o rechazado durante la puesta en marcha y la aceptación.

Adquiera transformadores sumergidos en aceite con certificación IEC directamente de los fabricantes:

 Ya sea que su proyecto requiera transformadores de distribución sumergidos en aceite estándar para instalaciones industriales o transformadores sumergidos en aceite diseñados a medida para plantas fotovoltaicas en zonas desérticas, los principios de selección mencionados anteriormente son universales. Un margen de capacidad adecuado, una relación de voltaje precisa, métodos de refrigeración adaptados al clima local y certificaciones verificadas: estos cuatro factores determinan si un transformador se convierte en un activo rentable a largo plazo o en un problema persistente.