¿Por qué se sumergen los transformadores en el aceite?

En la vasta e intrincada red de la red eléctrica, desde las plantas de generación de energía hasta las subestaciones de distribución locales, uno encontrará constantemente una pieza crítica: el Transformador inmerso en aceite . Una pregunta común de aquellos fuera del campo de la ingeniería eléctrica es por qué estos dispositivos esenciales están llenos de miles de litros de aceite mineral. La respuesta radica en una combinación de física fundamental e ingeniería práctica, centrada principalmente en aislamiento y enfriamiento.

La función principal: aislamiento eléctrico
En su núcleo, un transformador contiene un devanado primario y secundario enrollado alrededor de un núcleo de acero laminado. Cuando están en funcionamiento, estos devanados transportan electricidad a voltajes extremadamente altos, a veces superando cientos de miles de voltios. El potencial eléctrico entre estos devanados y el tanque conectado a tierra del transformador es inmenso.

El aire es un pobre aislante a estos niveles de voltaje y distancias. Para evitar un arco eléctrico catastrófico o un cortocircuito entre componentes, se requiere un medio aislante superior. El aceite de transformador, un aceite mineral altamente refinado, posee una excelente resistencia dieléctrica, significativamente más alto que el aire. Al sumergir el núcleo y los devanados, el aceite previene efectivamente la descomposición eléctrica, asegurando que los componentes internos estén aislados entre sí y el recinto del transformador.

El papel secundario crítico: disipación de calor
Los transformadores no son 100% eficientes. La energía se pierde principalmente como calor debido a pérdidas resistivas en los devanados (pérdidas I2R) y pérdidas magnéticas en el núcleo (corrientes de remolino e histéresis). Este calor debe disiparse continuamente para evitar el sobrecalentamiento, lo que puede degradar el papel de aislamiento que rodea los devanados y, en última instancia, conducir a la falla del transformador.

Los transformadores inmersos en aceite aprovechan la alta capacidad térmica del aceite y las propiedades convectivas para el enfriamiento. A medida que el aceite en contacto con el núcleo y los devanados se calientan, se vuelve menos denso y se levanta. Los hundimientos de aceite más frescos y densos para ocupar su lugar. Este ciclo de convección natural mueve el calor a las aletas del radiador externos del transformador, donde se disipa en el aire circundante. En transformadores más grandes, este proceso a menudo es asistido por bombas y ventiladores para mejorar la circulación y la capacidad de enfriamiento.

Beneficios de protección y diagnóstico adicionales
El aceite sirve varias otras funciones importantes:

Preservación del núcleo y los devanados: el aceite crea un entorno que protege el papel interno y el aislamiento basado en la celulosa de la humedad y el oxígeno, lo que puede causar corrosión y reducir las propiedades aislantes con el tiempo.

Supresión del arco: en el caso de un arco eléctrico interno, el aceite ayuda a calmar el arco y evitar su propagación sostenida, aunque tal evento generalmente genera gases que indican una falla grave.

Monitoreo de la condición: el aceite en sí actúa como un fluido de diagnóstico. Al probar y analizar regularmente el petróleo, los técnicos pueden evaluar la salud del transformador. Pueden probar:

Resistencia dieléctrica: para confirmar su capacidad aislante sigue siendo alta.

Contenido de agua: a medida que la humedad reduce las propiedades aislantes.

Análisis de gases disueltos (DGA): la presencia y la concentración de gases específicos disueltos en el aceite (como el hidrógeno, el metano y el acetileno) son indicadores clave de fallas en desarrollo, como sobrecalentamiento, descarga parcial o arco.

Consideraciones y mantenimiento
Si bien es altamente efectivo, el uso de petróleo introduce consideraciones específicas. El aceite debe mantenerse libre de humedad y contaminantes de partículas para mantener sus propiedades aislantes. Además, como una sustancia inflamable, deben estar en su lugar para contener el aceite y manejar el riesgo de fuego, como la instalación de paredes de explosión, sistemas de supresión de incendios o usar ésteres sintéticos menos inflamables en áreas de alto riesgo.

Por lo tanto, el mantenimiento regular, incluida las pruebas de aceite, la filtración y la inspección periódica, es obligatorio para garantizar la confiabilidad y seguridad a largo plazo de un transformador inmerso de petróleo.

La práctica de sumergir transformadores en el petróleo no es un artefacto histórico, sino una solución continua y bien diseñada a los desafíos gemelos del aislamiento y el manejo térmico. El transformador inmerso al aceite sigue siendo una piedra angular de la infraestructura eléctrica moderna debido a su confiabilidad probada, eficiencia y los valiosos datos de diagnóstico que proporciona su aceite, asegurando la transmisión y distribución estable y continua de la potencia eléctrica.