Como todo material, los transformadores están
expuestos al medio ambiente que influye sobre su envejecimiento y su
funcionamiento, las agresiones extremas, pueden llegar a destruirlos si estas
se mantienen durante mucho tiempo.
Es importante recordar algunas reglas y tomar
precauciones para proteger los transformadores de las agresiones de todo tipo,
tanto si el transformador está o no en servicio.
Los agentes
agresivos del medio ambiente
Los transformadores, al igual que cualquier otro
elemento de una instalación, sufren las agresiones físicas y químicas que
dependen de la calidad de su medio ambiente. Las agresiones potenciales son:
- la polución física (polvo, arena) y química (vapores),
- el viento.
Estas agresiones pueden producirse durante el
almacenaje o durante el funcionamiento del transformador.
Para determinar el tipo de entorno ambiental de
una instalación, es posible dirigirse al conjunto de normas IEC 60721 que
tratan de la clasificación de los agentes del medio ambiente y de su severidad.
En periodo
de almacenamiento:
Durante el almacenamiento, el transformador está
a la temperatura ambiente. Sus materiales aislantes son susceptibles de ser
atacados por la humedad ambiente:
- condensación superficial.
Esto puede conducir a riesgos de cebado de arco
en la puesta en tensión del transformador. Es conveniente, por tanto, limitar
la humedad relativa por debajo del 90% durante el almacenamiento, y asegurarse
de la ausencia de condensación antes de la puesta en tensión.
En
funcionamiento:
El transformador puede estar expuesto a diferentes
agresiones cuando está en servicio:
Fuerte
humedad ambiente
A pesar de un funcionamiento de los arrollamientos
a una temperatura superior a la del ambiente, una concentración muy elevada de
humedad puede entrañar absorción de humedad en los aislantes y causar una disminución
de sus características dieléctricas.
Polvo
conductor
Si se acumulan en los arrollamientos de MT bajo
los efectos del campo eléctrico pueden provocar la reducción de las líneas de
fuga dieléctricas, favoreciendo el cebado del arco.
Vapores
de hidrocarburos (vapores de aceite de corte, etc…)
Bajo los efectos del campo eléctrico, estos
hidrocarburos se concentran alrededor de los arrollamientos de MT.
Una vez depositados en sus superficies, estos
hidrocarburos pueden evolucionar químicamente a causa de la temperatura de las
bobinas, particularmente en su parte superior, y formar depósitos que actúan desfavorablemente
sobre los campos eléctricos superficiales de las bobinas, favoreciendo los
cebamientos de arco. La presencia de estos depósitos pueden también propiciar
la acumulación del polvo conductor.
Polución
química
Ciertas substancias químicas originadas por
polución pueden provocar modificación superficial de los aislantes por ataque
químico. Este ataque químico está influenciado por ciertos factores como la
humedad y la temperatura. Estas modificaciones de la superficie de los
aislantes puede conducir a una degradación de las características eléctricas:
modificación progresiva de la resistencia.
El
polvo, la arena, la niebla salina, con el viento
Los efectos de estos agentes naturales del medio
ambiente están estrechamente asociados con el viento, y a veces agravados por
el viento.
Ellos pueden afectar a los transformadores de
diferentes maneras:
- degradación de las características eléctricas, malos contactos,
- modificación progresiva de la resistencia,
- agarrotamiento o perturbaciones en los ventiladores,
- abrasión superficial de los aislantes que pueden provocar modificaciones de resistencia con la humedad,
- presencia de polvo conductor: se acumulan en las bobinas de MT bajo los efectos del campo eléctrico, pueden dar lugar a la reducción de las líneas de fuga y favorecer el cebado del arco,
- obstrucción de las aberturas de ventilación.
Las atmósferas húmedas y el calor junto con el
polvo químico provocan corrosión, al igual que la niebla salina.
El polvo fino es higroscópico y provocan la
formación de una capa conductora en la superficie de las bobinas de MT, lo que
provoca la reducción de la línea de fuga favoreciendo el cebado del arco.
Limites a
respetar:
Para limitar el impacto de ciertos agentes agresivos,
su severidad no debe sobrepasar los niveles siguientes:
- dióxido de azufre ≤ 0,1 mg/m.
- óxidos de nitrógeno ≤ 0,1 mg/m.
- concentración de polvo y arena ≤ 0,2 mg/m.
- concentraciones de sal marina ≤ 0,3 mg/m
Estas condiciones corresponden generalmente a los
entornos siguientes para centros fijos protegidos contra la intemperie (norma IEC
60721-3-3 ):
- Lugares sin precauciones particulares para minimizar la presencia de polvo pero que no están situados en la proximidad de fuentes de polvo.
Es necesario tener en cuenta estas consideraciones
medioambientales para no disminuir la duración de vida de los transformadores,
materiales que representan una gran inversión, y que con una utilización normal
alcanzarían varios decenios.
Entorno
térmico
Con el fin de obtener la refrigeración óptima de
los transformadores, se propone a continuación recomendaciones útiles para una
buena ventilación de los transformadores que conviene respetar:
- que los transformadores estén equipados o no de envolvente metálica de protección.
Indicar que estas recomendaciones no son específicas
de los transformadores, pero se aplican en electrotecnia en general para permitir
una utilización óptima sin degradación de todo aparellaje eléctrico y evitar
situaciones de sobrecalentamiento que provocan degradación de los aislantes y
un envejecimiento prematuro del material.
1ª
Recomendación: El principio del efecto chimenea
El aire caliente es menos denso que el aire frío
y se eleva de forma natural en el aire ambiente; de forma que el aire caliente
que sale del transformador en funcionamiento asciende hacia el techo del local.
Una ventilación eficaz consiste en la capacidad de arrojar el aire caliente
hacia lo más alto del local; para ello, una entrada de aire frío debe situarse
también lo más bajo posible sobre una pared del local, y una salida de aire
caliente lo más alta posible, sobre el muro opuesto.
Ventilación natural del local
Cuanta más altura libre exista por encima del
transformador más importante es la cantidad de aire que asciende y por tanto
mejor será la refrigeración del material.
Poner el aire frío por encima del transformador
impide al aire caliente salir del aparato. La consecuencia es la elevación peligrosa
de la temperatura del transformador.
Es el ejemplo típico de la climatización que se
coloca encima de los aparatos calientes : aunque exista mucho fresco en el
local, el transformador elevará su temperatura hasta producir alarma de la
protección térmica, si está equipado de ella.
Si carece de tal protección, serán sus aislantes
los que envejecerán prematuramente
2ª
Recomendación: Dimensión de los locales
Una buena ventilación del local tiene como fin
disipar todas las calorías producidas por los aparatos que desprenden calor
(transformadores, motores, etc...) situados en él.
En efecto, en condiciones normales de servicio,
los transformadores, como todos los aparatos que desprenden calor, generan
pérdidas P, expresadas en kW.
Para evacuar estas pérdidas, una ventilación
natural correcta del local precisa :
- una entrada de aire fresco con superficie neta * S (m)² situada en la parte baja de una pared del local, próxima a la base del transformador,
- una salida de aire caliente de superficie neta* S’(m²) situada en la parte alta de la pared opuesta, si es posible en la vertical del transformador y a una altura H (metros) con relación a la entrada inferior; la salida de aire debe ser más grande que la entrada.
Estas superficies netas están definidas por las
fórmulas siguientes:
El espacio por encima del transformador debe quedar libre hasta el techo,
excepto para los elementos de conexión.
Estas fórmulas se entienden para un centro:
- con una temperatura media anual de 20 ºC
Si no es posible respetar estas superficies, será necesario habilitar una circulación
forzada de aire instalando:
- Un ventilador extractor de aire caliente hacia el exterior, instalado en la salida superior, donde el caudal Q’ (m3/seg.) será: Q’ = Q x 1,1
Es igualmente posible combinar ambas soluciones :
- respetando el caudal de entrada y la superficie de salida.
Ventilación natural inferior
combinada con ventilación superior forzada por extractor
Aplicación
de estas reglas:
·
índices de
protección
Las secciones de entrada de aire fresco o de
salida de aire caliente que intervienen en los cálculos precedentes son
superficies netas, siendo estas superficies netas de una abertura igual a la superficie real de la abertura,
deduciendo todos los obstáculos como rejillas, barrotes, etc.
Según el índice IP de las rejillas en las
aberturas de las paredes, las superficies necesarias
para la sección neta eficaz de paso de
aire pueden ser importantes; a título de
ejemplo: rejillas de una envolvente metálica con IP 31 perforadas al 50%.
·
presencia de
otros aparatos en el local
La presencia de otros aparatos representan
fuentes de calor en el local, deben tomarse en cuenta en el dimensionamiento de
las superficies o del caudal de aire: las pérdidas que emiten a plena carga
serán contabilizadas en P (kW).
·
Ventiladores
instalados bajo las bobinas del transformador
La presencia de estos ventiladores (opción « aire
forzado ») no cambia nada las reglas indicadas anteriormente: estos extraen el
aire fresco de la entrada y empujan el aire caliente
fuera del transformador; incluso de su envolvente metálica si existiera;
este aire caliente debe salir del local
por las salidas con dimensiones adecuadas o equipadas de un extractor de aire.
3ª
Recomendación: Calidad del aire
·
El polvo
El polvo que se deposita en gran cantidad en las
partes del transformador juega un papel de aislante térmico: la temperatura del
aparato aumenta. Es necesario realizar una limpieza regular por aspiración (y
no por soplado).
Las cementeras son ejemplo de empresas plenamente
afectadas por este problema.
·
La humedad
ambiente
La humedad no es un factor agravante de sobre
calentamiento. Pero la presencia de resistencias calefactoras en el local para
eliminar la condensación debe tomarse en consideración en el dimensionamiento
de los locales y de las aberturas de ventilación.
Con un local bien proyectado y suficientemente
ventilado, el transformador podrá soportar las cargas a las que puede estar
sometido, e incluso sobrecargas, con tal que estas sean objeto de una gestión
equilibrada y conforme a las normas (IEC 60354 y IEC 60905).
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