Transformadores sumergidos en aceite para la expansión de la red eléctrica en el sur de Asia: Normas de tensión y refrigeración

TL;DR:La red eléctrica del sur de Asia, que abastece a 1.900 millones de personas en India, Bangladesh, Pakistán, Sri Lanka y Nepal, se encuentra en medio de la mayor expansión de infraestructura de transmisión y distribución de su historia. Solo India planea agregar 500 GW de capacidad de generación renovable para 2030, lo que requiere una inversión estimada de 30.000 millones de dólares en infraestructura de red, de los cuales Transformador de potenciaLos transformadores representan aproximadamente entre el 15 y el 20 % del presupuesto de adquisición de equipos. La Compañía Nacional de Transmisión y Despacho de Pakistán (NTDC) tiene varios proyectos de subestaciones de 500 kV y 220 kV en desarrollo, la Compañía de Red Eléctrica de Bangladesh (PGCB) está ampliando la cobertura de la red de 132 kV y 230 kV a las zonas rurales, y las líneas de transmisión transfronterizas de Nepal con la India están impulsando la demanda de transformadores de 132/33 kV en los centros de carga. Para los gerentes de adquisiciones de las empresas de servicios públicos del sur de Asia, los distribuidores de transformadores de potencia y los contratistas EPC, las decisiones de especificación (clase de voltaje, método de refrigeración, grado del material del núcleo y sistema de conservación del aceite) determinan si la fiabilidad en servicio del transformador cumple con el objetivo de la empresa de servicios públicos de una disponibilidad del 99,5 % durante su vida útil de diseño de 25 años. Este artículo cubre el perfil de demanda de la clase de voltaje para la región, la selección del sistema de refrigeración para temperaturas ambiente tropicales, la especificación del grado del acero del núcleo que controla las pérdidas en vacío y las pruebas de puesta en servicio que las empresas de servicios públicos requieren antes de la conexión a la red.

Desarrollo de la red eléctrica en el sur de Asia: ¿Qué clases de voltaje tendrán mayor demanda entre 2026 y 2030?

La demanda de clases de voltaje en el sur de Asia está impulsada por los planes de adición de capacidad de generación de las principales empresas de servicios públicos de la región y los proyectos de interconexión transfronterizos que están remodelando el subcontinente. Transmisión de potencia arquitectura. Como gerente de ventas internacionales en Tianan Overseas, he estado haciendo un seguimiento de los patrones de adquisición de equipos en toda la región durante los últimos 5 años, y la tendencia es clara: la demanda está cambiando de transformadores de nivel de distribución (33 kV e inferiores) a transformadores de nivel de transmisión (132 kV, 220 kV y 500 kV) a medida que los proyectos de red pasan de la electrificación rural (enfoque de nivel de distribución, en gran parte completado en India y Bangladesh) a la transferencia de energía interregional (enfoque de nivel de transmisión, la fase actual).

Clase de 500 kV (el segmento de mayor crecimiento de la demanda): Los proyectos del Corredor de Energía Verde de la India —líneas de transmisión que conectan los estados occidentales ricos en energía solar (Rajastán, Gujarat) y los estados del sur ricos en energía eólica (Tamil Nadu, Karnataka) con los centros de carga en el norte (Delhi, Uttar Pradesh) y el oeste (Mumbai)— requieren autotransformadores de 500/220 kV en las subestaciones de agrupación y transformadores reductores de 500/33 kV en las estaciones inversoras. Se estima que la demanda anual de transformadores de clase 500 kV solo en la India será de 150 a 200 unidades por año hasta 2030. La red troncal de transmisión de 500 kV planificada en Bangladesh desde la central eléctrica de Payra hasta Dhaka —una línea de doble circuito de 250 km y 500 kV— requerirá de 15 a 20 transformadores adicionales de 500/230 kV en las estaciones de conmutación intermedias.

Clase de 220 kV y 132 kV (el segmento de demanda constante): La NTDC de Pakistán tiene un programa en marcha para modernizar las subestaciones de 220 kV, pasando de equipos con aislamiento de aire (AIS) a equipos con aislamiento de gas (GIS). Esto se debe a la dificultad de adquirir terrenos para nuevas subestaciones en zonas urbanas. Las subestaciones GIS son entre un 70 % y un 80 % más pequeñas que las AIS y pueden construirse en el mismo espacio, reemplazando los equipos antiguos por fases. Cada subestación GIS requiere de 2 a 4 transformadores de potencia de 220/132 kV y de 4 a 6 transformadores de distribución de 132/33 kV. La demanda anual de transformadores de 220 kV y 132 kV en Pakistán, Bangladesh y Sri Lanka es de aproximadamente 400 a 600 unidades por año.

Clase de 66 kV y 33 kV (distribución rural e industrial): El Programa de Electrificación Rural de Nepal y la continua expansión de la red de la Junta de Electrificación Rural de Bangladesh son los principales impulsores de esta clase de voltaje. Los transformadores suelen tener una potencia de entre 5 y 30 MVA y se adquieren mediante licitaciones competitivas con especificaciones estandarizadas. El precio unitario de un transformador de 33/11 kV y 10 MVA de la línea de producción de Tianan oscila entre 25 000 y 45 000 dólares FOB (según las especificaciones de refrigeración de ONAN u ONAF y el grado del material del núcleo), y la demanda anual en la región es de entre 1000 y 1500 unidades.

Tianan's Gama de transformadores de potencia Abarca todas las clases de voltaje desde 11 kV hasta 500 kV, y los segmentos de 132 kV y 220 kV representan la mayor parte de nuestros proyectos entregados en el sur de Asia.

Refrigeración ONAN vs ONAF: Adaptación del sistema de refrigeración a la temperatura ambiente y al perfil de carga.

El sistema de refrigeración de un transformador de potencia sumergido en aceite —el método mediante el cual el calor generado por las pérdidas en el núcleo y los devanados se transfiere del aceite del transformador al aire ambiente— debe adaptarse a la temperatura ambiente del lugar y al perfil de carga del transformador. El rango de temperaturas ambiente del sur de Asia —desde 5 °C en invierno (norte de la India, Nepal) hasta 50 °C en verano (región de Punjab en Pakistán, período premonzónico en Bangladesh)— y el perfil de carga típico (pico por la tarde para los consumidores domésticos, continuo para los consumidores industriales) hacen que la selección del sistema de refrigeración sea una decisión de especificación crítica.

ONAN (Aceite Natural, Aire Natural): El sistema de refrigeración más sencillo: el aceite del transformador circula por convección natural a través del núcleo y los devanados (donde absorbe el calor) y a través de los paneles radiadores (donde lo disipa al aire ambiente). Sin ventiladores ni bombas. La refrigeración ONAN proporciona aproximadamente entre el 60 % y el 70 % de la potencia nominal en MVA del transformador a una temperatura ambiente de 40 °C (la temperatura ambiente de referencia estándar IEC para las especificaciones del sur de Asia). Para un transformador de 50 MVA con refrigeración ONAN, la capacidad nominal continua real a 40 °C es de aproximadamente 32-35 MVA; los 15-18 MVA restantes solo están disponibles cuando la temperatura ambiente desciende por debajo de 40 °C o cuando la duración de la carga es inferior a la constante de tiempo térmica del transformador (normalmente de 2 a 4 horas). ONAN es el sistema de refrigeración estándar para transformadores de menos de 50 MVA y para transformadores de distribución.

ONAF (Petróleo Natural, Fuerza Aérea): Los ventiladores están montados en los paneles del radiador y se controlan mediante un termostato que los activa cuando la temperatura del aceite superior alcanza los 55-60 °C (el punto de ajuste de activación del ventilador). Los ventiladores impulsan el aire a través del banco de radiadores a una velocidad de 4-6 m/s, aumentando la tasa de disipación de calor entre un 20 % y un 30 % en comparación con la convección natural. Para un transformador de 50 MVA diseñado con clasificación ONAN/ONAF (la especificación más común para transformadores de transmisión del sur de Asia), la clasificación ONAN es de 35 MVA y la clasificación ONAF es de 50 MVA. El transformador opera en ONAN en condiciones de baja carga (noche, fuera de las horas pico) y cambia a ONAF cuando aumenta la carga; los ventiladores suelen operar entre 12 y 18 horas diarias en un transformador de transmisión del sur de Asia durante los meses de verano.

OFAF y ODAF: Para transformadores de más de 200 MVA —los autotransformadores de 500/220 kV que se especifican cada vez más para el Corredor de Energía Verde de la India— el sistema de refrigeración es OFAF (Oil Forced, Air Forced) u ODAF (Oil Directed, Air Forced). Las bombas de aceite impulsan el aceite a través del núcleo y los devanados a un caudal controlado, y los ventiladores impulsan el aire a través de los enfriadores. La circulación forzada de aceite elimina el gradiente de temperatura que existe con la circulación natural de aceite, reduciendo la temperatura del punto caliente (el punto más caliente del devanado) entre 8 y 12 °C en comparación con ONAF a la misma carga. El sistema OFAF/ODAF añade entre un 15 % y un 25 % al coste del transformador en comparación con ONAN/ONAF de la misma potencia nominal, pero se justifica por la mayor capacidad por unidad de volumen, importante para subestaciones donde el espacio para el transformador es limitado.

Para los compradores del sur de Asia, Tianan recomienda ONAN/ONAF para transformadores de hasta 100 MVA (que cubren la gran mayoría de los requisitos de subestaciones de 132 kV y 220 kV) y OFAF para transformadores de más de 100 MVA. Transformador trifásico sumergido en aceite de 10-35 kV Viene refrigerado por ONAN de serie, con la opción ONAN/ONAF disponible según las especificaciones del comprador.

Especificación del material principal: Grados de acero al silicio CRGO y su efecto en la pérdida en vacío

El núcleo del transformador está fabricado con acero al silicio laminado en frío de grano orientado (CRGO). La orientación del grano alinea los dominios magnéticos del acero en la dirección de laminación, que coincide con la trayectoria del flujo magnético del núcleo, reduciendo así la reluctancia magnética y las pérdidas en vacío. El grado de acero CRGO determina las pérdidas en vacío del transformador (la potencia consumida por el núcleo cuando el transformador está energizado pero sin carga), que representan aproximadamente entre el 20 % y el 30 % de las pérdidas totales durante la vida útil del transformador.

Los grados de acero CRGO disponibles en la industria de fabricación de transformadores van desde el grado estándar M4-85 (pérdida total específica de 0,85 W/kg a una densidad de flujo de 1,7 T y 50 Hz) hasta el grado premium M3-70 (0,70 W/kg a la misma densidad de flujo) y el grado más alto M2-65 (0,65 W/kg). La diferencia de pérdidas entre M4-85 y M3-70 es del 18 %; para un transformador de 50 MVA con un peso de núcleo de aproximadamente 10-12 toneladas, el ahorro de pérdidas en vacío al actualizar de M4-85 a M3-70 es de 1,5-2,0 kW. Durante la vida útil de diseño de 25 años del transformador, el ahorro energético acumulado con las tarifas de electricidad del sur de Asia (0,06-0,10 dólares por kWh) es de 20 000 a 44 000 dólares por transformador. El sobrecoste de los materiales para el M3-70 con respecto al M4-85 es del 8-12%, lo que se amortiza en un plazo de 2 a 3 años de funcionamiento gracias a la reducción de las pérdidas en vacío.

Tianan especifica M4-85 como material estándar para el núcleo de transformadores de distribución y de baja potencia (hasta 30 MVA) y M3-70 como estándar para transformadores de transmisión (30-500 MVA). Para los compradores que especifican un valor mínimo de pérdida en vacío en su licitación —un requisito común en las licitaciones de servicios públicos de India y Bangladesh que siguen la metodología de evaluación de pérdidas IEC 60076-1— ofrecemos M2-65 con un sobreprecio del 15-20% sobre M4-85, y este costo adicional se justifica por el menor costo energético del transformador durante su vida útil en mercados con tarifas eléctricas elevadas.

Sistemas de conservación de aceite: Tanque conservador frente a tanque sellado para climas tropicales

El sistema de conservación del aceite —el mecanismo que compensa la expansión y contracción térmica del aceite del transformador a medida que este se calienta y se enfría— es un detalle de especificación aparentemente menor, pero que tiene un gran impacto en la fiabilidad de los transformadores en climas tropicales. La combinación de altas temperaturas ambiente (que provocan grandes cambios en el volumen del aceite) y alta humedad (que causa contaminación del aceite si el sistema de conservación no está sellado) en el sur de Asia hace que la selección del sistema de conservación del aceite sea fundamental.

Tanque conservador (el sistema más común para transformadores de transmisión): Un pequeño depósito montado sobre el tanque principal del transformador, conectado mediante una tubería, contiene en su interior una bolsa de goma flexible (la "vejiga" o "membrana") que separa el aceite del transformador de la atmósfera. Al calentarse, el aceite se expande y fluye hacia el depósito conservador, donde la vejiga se infla. Al enfriarse y contraerse, la vejiga se desinfla y el aceite regresa al tanque principal. La vejiga impide que la humedad y el oxígeno atmosféricos entren en contacto con el aceite; la contaminación por humedad acelera la degradación del aislamiento de papel de celulosa, y el oxígeno acelera la oxidación del aceite (formación de lodos). El sistema conservador es la especificación preferida para los transformadores de transmisión en el sur de Asia, ya que la vejiga sella eficazmente el aceite, protegiéndolo de la atmósfera tropical y permitiendo grandes variaciones en el volumen de aceite (hasta un 8-10 % del volumen total en un transformador de 50 MVA, en el rango de temperatura ambiente de 5 a 50 °C).

Tanque sellado (utilizado para transformadores de distribución y transformadores de baja potencia): El tanque principal del transformador está completamente sellado herméticamente, sin tanque de conservación ni respiradero. La expansión del aceite se compensa mediante la deformación elástica del tanque y una cámara de aire (inertizada con nitrógeno) o una membrana elástica (un fuelle metálico o un diafragma de goma) en su interior. Los tanques sellados son más sencillos, económicos y requieren menos mantenimiento que los transformadores con tanque de conservación, ya que no hay que inspeccionar ni reemplazar ninguna bolsa. La limitación reside en el rango de presión: la presión interna del tanque sellado varía con la temperatura, por lo que debe diseñarse para soportar la presión interna máxima a la temperatura de aceite más alta prevista sin fugas ni deformaciones.

Para los compradores del sur de Asia, la recomendación de Tianan es: tanque de conservación con membrana para todos los transformadores de más de 10 MVA y para cualquier transformador que se instale en una zona costera o de alta humedad (la mayor parte de Bangladesh, Sri Lanka y los estados costeros de la India). Tanque sellado para transformadores de distribución (hasta 10 MVA) instalados en el interior, donde la humedad es menor y el ahorro de costes que supone el sistema más sencillo es significativo.

Instalación y puesta en marcha: Pruebas in situ necesarias antes de la conexión a la red eléctrica.

Las pruebas in situ de un transformador de potencia antes de su conexión a la red están especificadas en la serie IEC 60076 (normas para transformadores de potencia) y en el procedimiento de puesta en servicio de la propia compañía eléctrica. Estas pruebas constituyen el control de calidad final antes de que el transformador se energice y entre en servicio comercial, y un fallo en las pruebas durante esta etapa retrasa la puesta en servicio de la subestación semanas o meses mientras se repara o reemplaza el transformador. Para los proyectos de compañías eléctricas del sur de Asia con plazos de puesta en servicio ajustados, vinculados a las fechas de inicio de los contratos de compra de energía, el coste de un retraso en la puesta en servicio puede superar el precio de compra del transformador en concepto de penalizaciones y pérdida de ingresos.

La secuencia mínima de pruebas in situ para un transformador de potencia sumergido en aceite en el sur de Asia incluye:

• Ensayo de resistencia de aislamiento (ensayo IR, según IEC 60076-1): Medición con un megóhmetro de 5000 V entre los devanados y desde cada devanado a tierra. El valor mínimo aceptable para un transformador en buen estado es de 1000 MΩ a 20 °C para un devanado de 132 kV, con el valor medido corregido a 20 °C mediante el factor de corrección de temperatura (la resistencia de aislamiento se reduce a la mitad por cada aumento de 10 °C en la temperatura).
• Prueba de relación de espiras del transformador (prueba TTR, según IEC 60076-1): La relación de espiras entre los devanados de alta y baja tensión se mide en cada toma y se compara con la relación calculada. La tolerancia es de ±0,5 % de la relación calculada. Un fallo en la prueba TTR siempre indica una avería en el devanado —normalmente un cortocircuito en una espira del devanado de alta o baja tensión— y el transformador debe retirarse del servicio y devolverse a la fábrica para su reparación.
• Pruebas de aceite (según IEC 60296): Tensión de ruptura dieléctrica (mínimo 50 kV para aceite de transformador nuevo según IEC 60296), contenido de humedad (máximo 15 ppm para la clase de 132 kV, 10 ppm para 220 kV y superiores) y análisis de gases disueltos (AGD: concentración de hidrógeno, metano, acetileno, etileno y etano disueltos en el aceite). Una concentración de acetileno superior a 5 ppm indica arcos internos, y el transformador no debe energizarse hasta que se localice y repare la falla.
• Prueba de alto potencial (según IEC 60076-3): Se realiza una prueba de sobretensión inducida a 1,5 veces la tensión nominal durante 30 segundos a 200 Hz para verificar la capacidad de resistencia del aislamiento del devanado. La prueba se realiza en el devanado de alta tensión (AT) con el devanado de baja tensión (BT) en cortocircuito y conectado a tierra.

Tianan proporciona un ingeniero de puesta en marcha para supervisar las pruebas in situ de todos los transformadores de transmisión, con una duración estándar de visita de 5 a 7 días hábiles por subestación. El ingeniero lleva el equipo de prueba calibrado (megóhmetro, juego TTR, kit de prueba de aceite) y entrega el informe de prueba firmado tanto por el ingeniero de Tianan como por el ingeniero de puesta en marcha de la compañía eléctrica.

Preguntas y respuestas: Los gerentes de compras de empresas de servicios públicos del sur de Asia buscan transformadores de potencia en China.

P1: ¿Cuál es la cantidad mínima de pedido (MOQ) para un transformador de potencia de Tianan?
A: El pedido mínimo es de 1 unidad para transformadores de clase de tensión estándar (de 11 kV a 132 kV, hasta 50 MVA) de nuestra gama de productos estándar. Para clases de tensión no estándar (superiores a 132 kV, superiores a 50 MVA), el pedido mínimo también es de 1 unidad, pero el transformador se fabrica bajo pedido con un plazo de producción de 45 a 60 días hábiles. Para pedidos en contenedores (varios transformadores consolidados para optimizar los costes de transporte marítimo), ofrecemos un descuento por volumen del 5 al 8 % para pedidos de 3 o más transformadores de las mismas especificaciones.

P2: ¿Qué condiciones de pago ofrece Tianan para los compradores del sur de Asia que realizan su primera compra?
A: Condiciones estándar: 30% de depósito al realizar el pedido, 30% tras la inspección del transformador en fábrica (el comprador o la agencia de inspección externa designada por el comprador presencia la prueba de aceptación en fábrica), 30% contra la presentación del conocimiento de embarque y 10% tras la puesta en servicio (dentro de los 30 días posteriores a la energización del transformador en el sitio). La retención del 10% otorga al comprador una ventaja para obtener asistencia en la garantía posterior a la puesta en servicio.

P3: ¿Tianan realiza pruebas de aceptación en fábrica (FAT, por sus siglas en inglés) para transformadores de potencia?
R: Sí. Todos los transformadores de potencia se someten a una prueba de aceptación en fábrica (FAT, por sus siglas en inglés) en la fábrica de Tianan antes del envío, en presencia del representante del comprador o de la agencia de inspección externa designada por el comprador (SGS, Bureau Veritas, TÜV). La FAT incluye todas las pruebas de rutina según la norma IEC 60076-1 (resistencia de aislamiento, relación de espiras, resistencia del devanado, pérdida y corriente en vacío, pérdida e impedancia en carga, pruebas dieléctricas). La FAT está programada para 3-4 días hábiles por transformador. El representante del comprador recibe un cronograma escrito de la FAT al menos 2 semanas antes de la fecha de la prueba, y los resultados se registran en un informe firmado y sellado tanto por el gerente de calidad de Tianan como por el representante del comprador.

P4: ¿Cuál es el período de garantía de un transformador de potencia Tianan?
A: Tianan ofrece una garantía de 24 meses a partir de la fecha de llegada al sitio del comprador o de 30 meses a partir de la fecha de envío de fábrica, lo que ocurra primero. La garantía cubre defectos de fabricación en el núcleo, los devanados, el tanque, los bujes, el cambiador de tomas y el sistema de refrigeración. La garantía excluye: daños por transporte, manipulación o instalación inadecuados (el transformador debe instalarse y ponerse en marcha según las instrucciones escritas de Tianan, y el informe de instalación del comprador debe ser revisado por Tianan dentro de los 30 días posteriores a la puesta en marcha), daños por perturbaciones del sistema eléctrico (sobretensiones por rayos, sobretensiones de conmutación) que superen el nivel de aislamiento nominal del transformador, y daños por funcionamiento fuera de los límites de voltaje, frecuencia y carga especificados para el transformador.

P5: ¿Cómo gestiona Tianan las reclamaciones de garantía de los transformadores instalados en el sur de Asia?
A: Para reclamaciones de garantía, Tianan envía un técnico al lugar en un plazo de 10 días hábiles a partir de la recepción de la reclamación por escrito. El técnico diagnostica la avería y elabora un plan de reparación. Según la gravedad de la avería: las averías menores (fugas en la junta, sustitución del buje, sustitución del ventilador de refrigeración) son reparadas in situ por el técnico de Tianan con la ayuda del electricista local del comprador. Las averías mayores (falla del bobinado, fallo del núcleo, fallo del cambiador de tomas) requieren que el transformador sea devuelto a la fábrica de Tianan para su reparación, y el coste del transporte se comparte entre Tianan y el comprador (Tianan cubre el 50 % para los transformadores dentro del período de garantía de 12 meses).

P6: ¿Cuál es el plazo de entrega típico desde el pedido hasta la llegada de un transformador de 132 kV en Dhaka o Lahore?
A: Producción: 45-60 días hábiles (estándar) o 60-75 días hábiles (si se especifica un grado de acero especial para el núcleo o un sistema de refrigeración). Transporte marítimo de Ningbo a Chittagong (Bangladesh): 14-18 días. A Karachi (Pakistán): 16-20 días. A Colombo (Sri Lanka): 12-16 días. Plazo total de entrega: 12-16 semanas para un transformador estándar a los principales puertos del sur de Asia. El despacho de aduanas en el puerto de destino suele requerir de 5 a 10 días hábiles para los transformadores de potencia (que se clasifican como equipos de infraestructura prioritarios en todos los países del sur de Asia y están sujetos a tasas reducidas de inspección aduanera).

Acerca del autor: Señor Henry Es gerente de ventas internacionales en Ningbo Tianan Imp. & Exp. Co., Ltd., con más de 15 años de experiencia en la exportación de equipos eléctricos en Asia, África, Oriente Medio y Sudamérica. Se especializa en soluciones para subestaciones, transformadores de potencia y aparamenta eléctrica para proyectos de infraestructura y servicios públicos.

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