| Transformadores aislados en resina, aceite y aire | | | Por Milton Correa C., Gerente de Operaciones de CLAS Ingeniería Eléctrica S.A. • www.clas-sa.com | | | | |  | | El éxito comercial que han logrado los transformadores secos encapsulados en resina, se debe principalmente a su confiabilidad, su seguridad (en lo referente a riesgos de incendio y al cuidado del medioambiente) y a su reducido costo de instalación y operación. En este sentido, si comparamos un transformador con aislamiento en dieléctrico líquido y uno seco encapsulado en resina, veremos que este último no tiene ni sellos ni válvulas que mantener. Además, los transformadores con dieléctrico líquido emplean aceite mineral, que tiene un bajo punto de inflamabilidad (130-140ºC), o aceite siliconado, el que también es inflamable pero a temperaturas más altas (300ºC). Cabe recordar que con el paso del tiempo, su densidad va en aumento, mermando la buena refrigeración de la máquina. Asimismo, debe tenerse especial consideración, en el caso de los dieléctricos líquidos, que la masa del aislante, en caso de incendio, contribuye a propagar el fuego en toda la instalación, lo que obliga a instalar elementos de seguridad contra incendios y fosas colectoras de los líquidos, lo que encarece su instalación. En el caso de los transformadores con arrollamientos abiertos (dry-type), éstos están construidos con materiales aislantes clase H, auto extinguibles pero higroscópicos, lo que conlleva a evitar su instalación en ambientes con humedad y polución, ya que esto afecta significativamente su vida útil. Por estas características constructivas, su aplicación se ve severamente limitada en ambientes polvorientos, ya que es de muy difícil limpieza, requiriendo un mantenimiento elevado. En este sentido, no sólo el polvo o la suciedad son factores peligrosos para este tipo de transformadores, sino que es factible que, durante su almacenamiento, absorba humedad del ambiente, lo que representa una disminución de su aislamiento, debiendo someterlo a un proceso de secado en forma previa a la puesta en marcha. En el transformador encapsulado en resina, los anteriores inconvenientes han sido eliminados, ya que, por su tecnología de fabricación, las bobinas resultan en cilindros homogéneos indiferentes a cualquier problema de medioambiente, y el compuesto epóxico empleado para el encapsulado de la parte activa del arrollamiento, se caracteriza por elevados valores de resistencia al fuego, ausencia de sustancias tóxicas y bajos valores de opacidad de los humos. Con respecto al material utilizado como conductor, en Media Tensión se utilizan láminas de aluminio. Este diseño de bobina aumenta la confiabilidad del diseño frente a las solicitaciones eléctricas, ya que disminuye los gradientes de tensiones entre capas y secciones de bobinados, superando ampliamente a los transformadores con aislamiento líquido, del tipo seco convencional y los encapsulados construidos con conductores redondos o rectangulares. El uso de lámina en el arrollamiento secundario de Baja Tensión, aporta una resistencia mecánica superior frente a los esfuerzos electrodinámicos de cortocircuito, eliminando la componente axial y dando una resistencia óptima a la componente radial. Los dos arrollamientos, tanto el primario como el secundario, constituyen dos cilindros homogéneos de excelente resistencia mecánica a los esfuerzos electrodinámicos de cortocircuito.
Normativa vigente
La primera normativa relativa a transformadores secos (aunque no se especifican si están o no encapsulados en resina), se emite el año 1982 por parte de IEC, y es la norma internacional 726 “Dry Type Transformers”. Antes de esa fecha, los transformadores secos estaban reglamentados de forma aproximada y genérica por la norma internacional IEC 76.  El texto de la norma internacional IEC 60726:1982 y de su modificación A1:1986, preparado por el comité técnico TC 14 (Transformadores de Potencia) de IEC, junto con las modificaciones preparadas por el comité técnico de transformadores de CENELEC, fue aprobado por este último como Documento de Armonización HD464 S1 en 1988. A éste, le han seguido las modificaciones A2 de 1991, A3 de 1992, A4 de 1995 y A5 de 2002. Este documento de armonización con sus modificaciones fue aprobado como Norma Europea EN 60726 en el año 2002.
En el año 2004 fue aprobada la nueva norma IEC 60076-11 “Power transformers – Part 11: Dry-type transformers”, reemplazando a la norma IEC 726, y la misma aprobada por CENELEC, anula y reemplaza a la norma EN 60726:2003.
Estas normas definen los transformadores secos, su régimen asignado, los métodos de refrigeración y límites de calentamiento, los niveles de aislamiento y los ensayos a realizar sobre los mismos. En la actualidad y hasta que se publique el nuevo Reglamento de Alta Tensión y sus Instrucciones Técnicas Complementarias, la obligatoriedad de cumplimiento de las normas para transformadores secos viene dada por la última versión de la norma IEC 60076-11:2004.
Las clases ambientales, climáticas y de comportamiento al fuego
En 1991, las normas anteriormente citadas introducen, en el documento de armonización HD464 S1/A2 para los transformadores secos, tres clases distintas para el comportamiento con relación al ambiente de instalación (humedad, condensación y contaminación); dos, con relación a la temperatura ambiente mínima a que se puede exponer el transformador, y tres, con respecto al comportamiento ante el fuego. En 2003 entró en vigencia el documento de CENELEC EN 60726, seguido en 2004 por la norma IEC 60076-11, que modifica las clases anteriores, dejando sólo dos para el comportamiento al fuego, eliminando la F2. A continuación, se describen brevemente las clases y los requerimientos que se exigen con la nueva normativa.
Clases ambientales: E0 No se produce condensación sobre el transformador y la contaminación es inapreciable.
E1 Eventualmente, puede haber condensación sobre el transformador. Se admite contaminación limitada.
E2 Puede haber condensación frecuente, contaminación elevada o una combinación de ambas. 
Clases climáticas: C1 El transformador es adecuado para funcionar con temperatura ambiente no más baja de -5ºC, pero podrá estar expuesto durante el transporte y almacenaje a temperatura ambiente de -25ºC.
C2 El transformador es adecuado para funcionamiento, almacenamiento y transporte a temperatura de hasta -25ºC.
Clases de comportamiento al fuego: F0 No se prevén riesgos especiales de fuego. Excepto por las características inherentes al propio diseño del transformador, no se realizan medidas especiales para limitar la inflamabilidad.
F1 Transformadores sometidos a riesgos de fuego. Se requieren restricciones de inflamabilidad. La emisión de sustancias tóxicas y los humos opacos deben minimizarse.
Ensayos requeridos
E0 No se requiere ninguna prueba.
E1 El transformador se introduce en una cámara, con una humedad por encima del 93%, con una temperatura que asegure condensación sobre el transformador. Debe permanecer durante al menos 6 horas sin energizar; transcurrido este tiempo y en un tiempo menor a 5 minutos, se somete a un ensayo de tensión inducida de un valor 1,1 veces su tensión nominal durante 15 minutos. E2 Se debe realizar el mismo ensayo que para E1, pero con una conductividad del agua superior. Además, se realiza una prueba de penetración de la humedad con una duración de 144 horas, a una temperatura de 50ºC y una humedad del 90%. Sin que pasen 3 horas se somete a ensayos de tensión aplicada y tensión inducida al 80% de los valores normalizados. C1 Se somete al transformador a un ensayo de choque térmico. El transformador pasa por un ciclo de -25ºC durante 12 horas, luego de -5ºC durante otras 12 horas, para una vez transcurrido este tiempo, aplicarle su corriente asignada, hasta que el arrollamiento ensayado alcance una temperatura media correspondiente al calentamiento máximo de acuerdo a la clase térmica más 40ºC de ambiente. Posteriormente se lleva el transformador a una temperatura de 25ºC. Al menos 12 horas después se somete a ensayos dieléctricos al 80% de los valores normalizados, realizando además la medida de descargas parciales. C2 Se sigue el mismo procedimiento que para C1, pero partiendo el choque térmico de una temperatura de -25ºC (no se requiere llevarlo a -5ºC). F0 No se requiere ninguna prueba.
F1 Se realiza un control sobre la emisión de gases corrosivos y nocivos. Además, el transformador no debe contribuir de forma significativa a la energía térmica de un fuego externo. El ensayo se realiza sobre una fase completa, constituida por los arrollamientos de AT y BT. | |
