Guía completa para el control de la temperatura de los puntos calientes de los transformadores de tipo seco

• Definiciones básicasLa monitorización de la temperatura del punto caliente del transformador de tipo seco se refiere al uso de medios técnicos específicos, el transformador de tipo seco en el proceso de operación debido a la pérdida del punto de temperatura más alta (es decir, “punto caliente”) para la medición y monitorización en tiempo real y precisa.
• Necesidad de supervisiónEl índice de envejecimiento del aislamiento de un transformador está directamente determinado por la temperatura de su punto caliente, y la supervisión precisa de la temperatura es un requisito previo fundamental para prevenir fallos prematuros del aislamiento, evaluar la salud del equipo, optimizar la capacidad de carga y garantizar un funcionamiento seguro.
• Programa técnicoRecomendación: existe una amplia gama de tecnologías de control, como los tradicionales Pt100/termopares integrados, la termografía de infrarrojos sin contacto y la termometría de fibra óptica fluorescente de última generación, capaz de medir directamente los puntos calientes internos.
• Comparación de tecnologías clave:: De todas las tecnologías.Medición de la temperatura mediante fibra óptica fluorescenteGracias a su total inmunidad electromagnética y a su aislamiento de alta tensión, es la única tecnología que puede medir con seguridad y precisión los puntos calientes reales directamente en el interior de los devanados.Pt100Por otra parte, se utiliza mucho en la vigilancia de lugares secundarios, como el exterior del devanado o el núcleo, debido a su rentabilidad y madurez.
• configuración del sistemaSistema de monitorización: Un sistema de monitorización completo consta de sensores frontales, un host de adquisición y demodulación de datos e interfaces de capa de aplicación para el control y la comunicación remota, que juntos forman el núcleo de la gestión térmica inteligente de un transformador.

Catálogo de este artículo

• 1. ¿Qué es un transformador de tipo seco?
• 2. ¿Cuál es la temperatura normal de un transformador de tipo seco?
• 3. ¿Por qué controlar la temperatura?
• 4. ¿Qué averías pueden provocar las temperaturas elevadas?
• 5. ¿Cuáles son los tipos de tecnología disponibles para el control de la temperatura en puntos calientes?
• 6. Tabla comparativa de las principales tecnologías de medición de la temperatura
• 7. Componentes de un sistema de control de temperatura de transformadores de tipo seco
• 8. Preguntas más frecuentes (FAQ)

1. ¿Qué es un transformador de tipo seco?

Un transformador de tipo seco es un tipo de transformador de potencia en el que el núcleo y los devanados no están impregnados de ningún líquido aislante (por ejemplo, aceite de transformador). Su aislamiento y refrigeración se realizan mediante aire (refrigeración natural o por aire forzado) y materiales aislantes sólidos (por ejemplo, resina epoxi, papel/película aislante, etc.). Como no necesitan aceite, son ignífugos, a prueba de incendios y explosiones, fáciles de mantener y respetuosos con el medio ambiente, los transformadores de tipo seco se utilizan mucho en lugares interiores que requieren una gran seguridad y protección medioambiental, como edificios altos, complejos comerciales, centros de datos, aeropuertos, metros, hospitales y centrales eléctricas.

2. ¿Cuál es la temperatura normal de un transformador de tipo seco?

La temperatura normal de funcionamiento de un transformador de tipo seco depende del tipo de transformador utilizado.Grado de resistencia al calor del aislamiento. La clase de aislamiento define la temperatura máxima admisible a la que puede resistir un material aislante durante un largo periodo de tiempo sin que se produzca un deterioro significativo de su rendimiento. A continuación se enumeran las clases de aislamiento más comunes y sus correspondientes límites de aumento de temperatura máximo admisible y temperatura de punto caliente:

• Aislamiento clase F: Es la clase más común. Su temperatura de trabajo máxima admisible es de155°C. A una temperatura ambiente de 40°C, el límite medio de aumento de la temperatura de su bobinado es de 100K, y el aumento admisible de la temperatura del punto caliente es de 115K, es decir, la temperatura del punto caliente no debe exceder de155°C.
• Aislamiento clase HClase térmica superior. La temperatura de trabajo máxima admisible es180°C. A una temperatura ambiente de 40°C, el límite medio de aumento de la temperatura de su bobinado es de 125K, y el aumento admisible de la temperatura del punto caliente es de 140K, es decir, la temperatura del punto caliente no debe exceder de180°C.
• Aislamiento clase C: Clase térmica extremadamente alta, temperatura máxima de trabajo admisible hasta220°C.

Normalmente, los transformadores están equipados con un sistema de control de temperatura que protege el transformador activando el ventilador de refrigeración cuando la temperatura alcanza un valor preestablecido (por ejemplo, 95°C), emitiendo una alarma a temperaturas más altas (por ejemplo, 130°C) y emitiendo una orden de disparo cuando se aproxima al límite de aislamiento (por ejemplo, 150°C).

3. ¿Por qué controlar la temperatura?

Temperatura, especialmentetemperatura del punto calientees el parámetro más crítico y directo que afecta a la vida útil y la fiabilidad de los transformadores de tipo seco. La necesidad de controlar la temperatura se refleja en los siguientes aspectos:

1. Determinantes de la vida útil del aislamientoEl envejecimiento de los materiales aislantes eléctricos es un proceso químico irreversible cuyo ritmo está estrechamente relacionado con la temperatura. SegúnLey de MontsingerPara el aislamiento de Clase A, la tasa de envejecimiento del aislamiento se duplica, es decir, se reduce a la mitad, por cada 8-10°C de aumento de la temperatura. La supervisión y el control precisos de las temperaturas de los puntos calientes son esenciales para garantizar que el transformador alcance su vida útil de diseño.
2. Operaciones seguras y protegidas garantizadasEl funcionamiento continuo a sobretemperatura degradará la resistencia mecánica y eléctrica del material aislante, lo que en última instancia puede provocar roturas del aislamiento entre espiras, entre capas o entre fases, desencadenando fallos por cortocircuito e incluso incendios.
3. Base para la optimización de la capacidad de cargaLa capacidad nominal de un transformador se define dentro de unos límites específicos de aumento de la temperatura. Un control preciso y en tiempo real de la temperatura de los puntos calientes permite al personal de operación y mantenimiento conocer el margen térmico del transformador con la carga actual, de modo que puedan aplicarse con seguridad sobrecargas de corta duración para hacer frente a picos temporales de consumo eléctrico y mejorar la utilización de los activos.
4. Diagnóstico de averías y evaluación del estadoTemperatura anormal: Los patrones anormales de aumento de temperatura son pistas importantes para diagnosticar defectos internos. Por ejemplo, un desequilibrio trifásico de la temperatura de los devanados puede indicar una avería, como un desequilibrio trifásico de la carga o la presencia de un cortocircuito de giro a giro en una fase. El análisis de tendencias de los datos de temperatura a largo plazo es la base para evaluar el estado del transformador y realizar un mantenimiento predictivo.

4. ¿Qué averías pueden provocar las temperaturas elevadas?

Los aumentos de temperatura persistentes o bruscos, si no se interviene a tiempo, pueden provocar directa o indirectamente las siguientes averías graves:

• Envejecimiento acelerado y carbonización del aislamientoLos materiales aislantes sólidos (por ejemplo, papel Nomex, resinas epoxídicas) se vuelven quebradizos, se encogen y se carbonizan a temperaturas excesivas, perdiendo su resistencia aislante original y su soporte mecánico.
• Cortocircuito entre espiras del devanado: El deterioro del aislamiento puede producirse primero en la capa de aislamiento débil entre las espiras del conductor. Una vez que esta capa de aislamiento falla, se forma un cortocircuito entre espiras que genera una enorme corriente de cortocircuito y provoca una rápida combustión del bobinado.
• Daños en la estructura mecánica:: Los conductores y los cuerpos fundidos de los bobinados de resina epoxi tienen coeficientes de dilatación térmica diferentes. Los ciclos repetidos de sobretemperatura pueden provocar tensiones mecánicas significativas entre ambos, lo que puede causar grietas en el cuerpo de fundición y crear condiciones para la entrada de humedad y la rotura del aislamiento.
• Conexiones sobrecalentadas y quemadas:: Un contacto deficiente entre los cables del bobinado y los terminales y otras piezas de conexión generará un calor de resistencia adicional bajo corrientes elevadas, lo que dará lugar a puntos localizados de sobrecalentamiento, que pueden quemar gravemente las conexiones y provocar fallos de circuito abierto.

5. ¿Cuáles son los tipos de tecnología disponibles para el control de la temperatura en puntos calientes?

Para supervisar los puntos calientes de los transformadores de tipo seco, existen diversas soluciones técnicas con diferentes principios, aplicabilidad y precisión.

5.1 Medición de la temperatura de los contactos integrados

Termómetro de resistencia de platino Pt100

Principio de funcionamiento: Se basa en la propiedad física de que la resistencia de un hilo de platino cambia de forma precisa, constante y lineal con la temperatura. La temperatura se convierte midiendo su valor de resistencia.
vantage: Pt100Tecnología madura, buena linealidad, alta precisión y coste relativamente económico. Es muy adecuado para controlar el núcleo, la superficie exterior del devanado, las abrazaderas y otras partes sin alto potencial, y es el tipo de sensor más utilizado para los controladores de temperatura estándar de los transformadores de tipo seco.

Termopar

Principio de funcionamientoEn base al efecto Seebeck, un circuito formado por dos materiales conductores diferentes conectados entre sí produce una débil tensión, que está relacionada con la diferencia de temperatura, cuando las temperaturas de los dos puntos de conexión son diferentes.
vantageAmplio rango de medida de temperatura y rápida velocidad de respuesta. Sin embargo, en aplicaciones de transformadores, debido a que su salida es una señal de tensión de mV débil, muy susceptible a interferencias electromagnéticas, y la necesidad de compensación de extremo frío, por lo que la aplicación no es tan extensa como Pt100.

Sensores de temperatura fluorópticos

Principio de funcionamientoSonda de fluorescencia: Se transmite un pulso de luz a través de una fibra óptica a un material fluorescente situado en el extremo de la sonda, y la temperatura se demodula midiendo el tiempo de decaimiento de la fluorescencia. El tiempo de decaimiento es una función de la temperatura y es completamente independiente de la intensidad de la luz y del campo electromagnético.
vantage: Sensores de fibra óptica fluorescenteEs la única tecnología que puede medir con seguridad y precisión los verdaderos puntos calientes directamente en el interior del bobinado. Sus sondas y cables de fibra óptica están compuestos íntegramente de material dieléctrico con unPerfecta inmunidad electromagnéticaresponder cantandoAislamiento de alta tensiónEsta es su ventaja fundamental sobre todas las demás tecnologías. Esta es su ventaja fundamental sobre todas las demás tecnologías.

5.2 Medición de la temperatura sin contacto

Termografía infrarroja

Principio de funcionamiento:: Cualquier objeto con una temperatura superior al cero absoluto irradia radiación infrarroja. Una cámara de infrarrojos calcula la distribución de la temperatura de un objeto detectando la intensidad de la radiación infrarroja en su superficie.
vantageLa capacidad de proporcionar una nube de temperatura 2D sobre toda la superficie del transformador permite visualizar puntos calientes anormales en zonas como los puntos de conexión externos y las superficies de los devanados. Sin embargoNo se puede medirPuntos calientes dentro del bobinado encapsulados por resina epoxi sólida.

Detección pasiva inalámbrica de la temperatura

Principio de funcionamientoBasados en la tecnología de ondas acústicas superficiales (SAW) o RFID. Los sensores no necesitan pilas, reciben energía electromagnética de un lector externo y devuelven una señal con información sobre la temperatura.
vantageNo requiere cableado. Sin embargo, sigue siendo un dispositivo electrónico, y su estabilidad bajo fuertes campos electromagnéticos y la limitación de su posición de montaje limitan su aplicación en la vigilancia de puntos calientes en el interior del bobinado.

6. Tabla comparativa de las principales tecnologías de medición de la temperatura

7. Componentes de un sistema de control de temperatura de transformadores de tipo seco

Un sistema completo de control de temperatura de transformadores de tipo seco, especialmente uno basado en tecnología avanzada de fibra óptica fluorescente, suele constar de tres componentes:

1. Capa de detección: sensor de temperatura
   Se trata de la parte delantera de la adquisición de datos. Para una supervisión completa, se suele realizar una disposición multipunto mixta: preinstalación en puntos calientes dentro de los devanados trifásicos.Sonda de fibra óptica fluorescente; montados en la superficie exterior del núcleo, bobinados, etc.Sensores Pt100.
2. Capa de adquisición y procesamiento: termostato inteligente/principal de adquisición de datos
   Es el cerebro del sistema. Se encarga de conectar todos los sensores, demodular (fibra óptica) o adquirir (Pt100) las señales y mostrar las temperaturas de todos los puntos de medición en tiempo real a través de la pantalla LCD. Además, lleva incorporada una lógica de control como:
   • Control del ventiladorArranque y parada automáticos del ventilador de refrigeración en función de un punto de temperatura establecido (normalmente basado en la temperatura del punto caliente del devanado de la fase más alta).
   • Alarmas y protecciónSalida de alarma de sobretemperatura: Proporciona múltiples contactos secos de relé programables para la alarma de sobretemperatura y la salida de señal de disparo por sobretemperatura.
3. Comunicaciones y capa de aplicación: interfaz remota
   Para lograr una O&M inteligente, los hosts suelen tener interfaces de comunicación estándar:
   • Salida analógica (4-20 mA)Transmite los puntos críticos de temperatura como señales analógicas estándar a un sistema PLC o DCS.
   • Comunicación digital (RS485/Modbus)Transmite la temperatura y el estado de los equipos de todos los puntos de medición al sistema de monitorización back-end mediante señales digitales para lograr una monitorización centralizada remota y el análisis de datos.

8. Preguntas más frecuentes (FAQ)

1. ¿Qué es un “punto caliente” de un transformador de tipo seco? ¿Por qué es tan importante?

El punto caliente es el punto del devanado del transformador que tiene la temperatura más alta en funcionamiento. Debido al enfriamiento desigual y a la distribución del campo de fuga, suele estar situado en la parte superior del devanado, cerca del extremo de salida. La velocidad de deterioro del aislamiento viene determinada por la temperatura en este punto, por lo que una supervisión precisa del punto caliente es esencial para garantizar la vida útil y la seguridad del transformador.

2. ¿Cómo se instala la sonda de fibra óptica fluorescente en el interior del bobinado?

Esto debe hacerse durante el proceso de fabricación del transformador. La sonda de fibra óptica se diseña para que sea lo bastante resistente mecánicamente como para enrollarse y fijarse directamente entre vueltas o capas específicas del devanado durante el proceso de bobinado, y después se moldea con epoxi o se impregna con VPI junto con el devanado, pasando a formar parte finalmente de la estructura del devanado.

3. ¿No se puede utilizar Pt100 para medir la temperatura del bobinado?

Pt100 es un conductor metálico y no puede entrar en contacto directo con devanados que transporten altas tensiones. Puede preenterrarse en el exterior del devanado (por ejemplo, en el aislamiento intercalado o en la superficie del devanado), pero no se trata de un punto caliente real y el valor medido estará 10-20 °C o más por debajo de la temperatura real del punto caliente, con el riesgo de que los márgenes de seguridad sean insuficientes.

4. ¿Cuántos puntos de medición de la temperatura se necesitan normalmente para un transformador?

Esto depende de la capacidad y la importancia del transformador. Una configuración típica es tener 1 punto de medición de temperatura de fibra óptica en la zona caliente de cada una de las tres fases (A, B, C) del devanado de BT, y 1 punto de medición de temperatura de fibra óptica en la zona caliente de cada una de las tres fases del devanado de AT, lo que hace un total de 6 puntos de fibra óptica. Además, se han dispuesto 1-2 puntos Pt100 en el núcleo de hierro y 1 Pt100 para controlar la temperatura ambiente, lo que constituye un programa de control completo.

5. ¿En función de qué temperatura debe controlarse el ventilador de refrigeración?

El control más científico y eficaz se basa en la temperatura real del punto caliente** del más alto de los devanados trifásicos**. Esto garantiza que el ventilador solo se active cuando sea absolutamente necesario, lo que permite una gestión térmica precisa y un ahorro de energía.

6. ¿Siguen siendo útiles las cámaras termográficas para las inspecciones rutinarias?

Muy útil. Aunque no puede medir el punto caliente interno, pero es la herramienta más eficaz para la inspección rápida de la superficie del bobinado, el núcleo, especialmente los terminales y otros puntos de conexión externa para el calor anormal, es un poderoso complemento a la medición de la temperatura de la fibra óptica.

7. ¿Requiere el sistema de medición de temperatura por fibra óptica fluorescente una calibración periódica?

No es necesario. La tecnología se basa en un principio físico estable por el que las características de temperatura del material fluorescente se calibran con precisión en fábrica y se curan en la unidad central, lo que proporciona una excelente estabilidad a largo plazo y elimina la necesidad de recalibración durante toda la vida útil del transformador.

8. ¿Cómo pueden ayudarme los datos de temperatura en el mantenimiento predictivo?

Al supervisar los datos sobre la temperatura del punto caliente y la corriente de carga a lo largo del tiempo, puede modelizar la salud de su transformador. Si observa que el aumento de temperatura del punto caliente es mayor que antes con la misma carga y temperatura ambiente, puede indicar defectos tempranos como conductos de refrigeración obstruidos, fallos del ventilador o cortocircuitos internos entre espiras, lo que puede orientarle hacia un mantenimiento específico.

9. ¿Qué es el “desarrollo dinámico de capacidades”? ¿Cómo lo apoya el control de la temperatura?

El aumento dinámico de la capacidad consiste en permitir de forma segura que un transformador funcione por encima de su capacidad nominal durante un breve periodo de tiempo en función de las temperaturas de los puntos calientes en tiempo real y del estado de la refrigeración. Solo mediante la supervisión directa y en tiempo real de los puntos calientes, como la fibra óptica fluorescente, puede conocerse con precisión el margen térmico actual del transformador, proporcionando así una base de datos fiable para la toma de decisiones sobre el aumento dinámico de la capacidad.

10. ¿Cuáles son las consideraciones más importantes a la hora de seleccionar un sistema de control de la temperatura?

Lo más importante es la **aplicabilidad** y la **fiabilidad**. Para puntos calientes en el interior del bobinado, la fibra fluorescente es la única opción segura y fiable. Para otras ubicaciones, Pt100 es la opción probada y económica. El sistema elegido debe tener una fiabilidad de nivel industrial y ser capaz de funcionar de forma estable durante largos periodos de tiempo en subestaciones con fuertes interferencias electromagnéticas y grandes diferencias de temperatura.

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El contenido de este artículo es sólo una ciencia técnica general y no representa el rendimiento y las especificaciones de ningún producto específico de nuestra empresa. Para obtener información detallada sobre productos, soluciones y presupuestos, no dude en ponerse en contacto con nosotros para...].

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