¿Cómo elegir un termostato para los devanados de un transformador? Principios de simulación térmica y aspectos clave de la instalación

• El valor único de los termostatos para bobinas: El hecho de que la temperatura de la superficie del aceite sea normal no significa que la temperatura de los devanados sea segura. El termostato de los devanados utiliza tecnología de simulación térmica para calcular la temperatura de los puntos calientes de los devanados, centrándose en la temperatura de los puntos más peligrosos del material aislante del transformador. En el caso de los transformadores principales de 110 kV y superiores, el termostato de los devanados es un dispositivo de protección indispensable.
• Principios de la simulación térmica: Se toma corriente de la carga del transformador a través de un transformador de corriente; el calor generado por el elemento calefactor del termopar es proporcional al cuadrado de la corriente de carga (simulando las pérdidas en el cobre) y, tras sumarlo a la temperatura de la superficie del aceite, se calcula la temperatura de los puntos calientes del devanado. No es necesario instalar sensores en el interior del devanado de alta tensión.
• Relación con el termostato del aceite: El termostato de aceite controla el estado térmico general, mientras que el termostato de bobinado detecta los puntos calientes internos. La relación entre ambos es similar a la complementariedad entre un termómetro (que mide la temperatura superficial del cuerpo) y una tomografía computarizada (que localiza los focos patológicos internos).

1. Explicación detallada de la tecnología de simulación térmica

La clave del termostato de bobinas reside en la tecnología de simulación térmica: cómo calcular indirectamente la temperatura del punto más caliente del interior de la bobina sin entrar en contacto con la bobina de alta tensión. La implementación técnica consiste en colocar un elemento calefactor dentro de la cápsula del termostato; dicho elemento se alimenta a través de un transformador de corriente (TC) conectado al cable del buje del lado de baja tensión del transformador. La corriente secundaria del TC es proporcional a la corriente de carga del transformador, y la potencia generada por el elemento calefactor es proporcional al cuadrado de la corriente, lo que simula exactamente la ley física de las pérdidas en el cobre del devanado (I²R). El aumento de temperatura generado por el elemento calefactor se suma a la temperatura de la superficie del aceite, y lo que se muestra en la esfera del indicador es el valor calculado de la temperatura del punto más caliente del devanado.

La principal ventaja de este sistema de medición indirecta es la seguridad: todos los componentes de medición de temperatura están instalados en el exterior del depósito de aceite del transformador, completamente aislados de los devanados de alta tensión, por lo que no es necesario acceder al interior del transformador ni para su instalación ni para su mantenimiento. Tras décadas de aplicación, la tecnología de simulación térmica ha demostrado ofrecer una buena precisión en condiciones de carga estable.

2. Puntos clave y precauciones para la instalación

2.1 Instalación de CT

El conjunto de transformadores de corriente se instala en los cables de los pasamuros del lado de baja tensión del transformador. La relación de transformación del TC debe coincidir exactamente con los parámetros del elemento calefactor del termostato; de lo contrario, la proporción del aumento de temperatura simulado será inexacta. Durante la instalación, compruebe que la orientación del TC sea correcta y que el cableado del circuito secundario esté bien fijado, ya que un circuito abierto en el lado secundario del TC puede generar tensiones peligrosamente altas.

2.2 Instalación del sensor de temperatura

Los sensores del termostato de los devanados y del termostato de nivel de aceite se instalan, respectivamente, en dos soportes independientes situados en la parte superior del depósito de aceite del transformador. Ambos sensores se sumergen en la capa superior de aceite, pero el del termostato de los devanados contiene un elemento calefactor, por lo que durante la instalación se debe prestar atención a la protección del recorrido del tubo capilar.

2.3 Protección de los capilares

El tubo capilar es el componente mecánico más frágil del termostato. En su recorrido de instalación deben evitarse las curvas cerradas, el contacto con vibraciones y la compresión mecánica. Si es necesario, se debe instalar un tubo flexible metálico o de plástico como protección mecánica.

3. Preguntas más frecuentes

3.1 Pregunta: ¿Es preciso el termostato del devanado?

Respuesta: El método de simulación térmica ofrece una buena precisión en condiciones de carga estable y satisface la gran mayoría de las necesidades de ingeniería. Sin embargo, en procesos transitorios con fluctuaciones bruscas de la carga se produce un retraso térmico: la inercia térmica del sensor hace que el valor indicado vaya por detrás de los cambios reales de temperatura del devanado. Si la carga sufre cambios significativos en unas pocas decenas de minutos, el termostato necesita un tiempo para reflejarlo en la aguja.

3.2 Pregunta: ¿Qué consecuencias tiene elegir una relación de transformación del transformador de corriente incorrecta?

Respuesta: Si la relación de transformación del TC es demasiado alta, se producirá un calentamiento insuficiente y la indicación de la temperatura del devanado será demasiado baja; el personal de mantenimiento pensará que la temperatura del devanado es segura, cuando en realidad ya se ha sobrecalentado. Si la relación de transformación del TC es demasiado baja, se producirá un calentamiento excesivo y la indicación será demasiado alta; el personal de mantenimiento pensará que la temperatura es demasiado alta cuando en realidad es normal, lo que provocará una reducción de carga o una parada innecesaria. A la hora de seleccionar el modelo, es imprescindible que el fabricante calcule el TC adecuado en función de los parámetros nominales del transformador.

3.3 Pregunta: ¿Se pueden compartir los tubos capilares del termostato del devanado y del termostato del nivel de aceite?

Respuesta: No. Cada termostato cuenta con un sensor de temperatura y un tubo capilar independientes, instalados en sus respectivos soportes. Se trata de dos sistemas de medición de temperatura totalmente independientes que miden y transmiten datos de temperatura distintos.

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