Refrigeración ONAN frente a ONAF para transformadores trifásicos con cargas variables

Refrigeración ONAN frente a ONAF para transformadores trifásicos con cargas variables

Elegir la refrigeración de un transformador para cargas variables requiere algo más que comparar las potencias nominales. Un transformador trifásico ONAN ofrece refrigeración pasiva sin consumo de energía de los ventiladores, mientras que el sistema ONAF añade refrigeración por aire forzado para admitir una carga mayor cuando el diseño y la potencia nominal del transformador lo permiten. La elección adecuada depende de la duración de la carga, la temperatura ambiente, los límites térmicos, los requisitos de mantenimiento y el coste del ciclo de vida.

La cuestión práctica no es simplemente qué método de refrigeración ofrece más capacidad. Se trata de determinar si el transformador puede soportar el ciclo de servicio real, incluidas las condiciones meteorológicas desfavorables y las averías de los equipos, sin un envejecimiento inaceptable del aislamiento ni restricciones operativas. Esta distinción es importante en plantas industriales, subestaciones de distribución y proyectos de energía renovable, donde la demanda cambia a lo largo del día.

¿Qué cambia al añadir ventiladores?

ONAN significa Oil Natural Air Natural (aceite natural, aire natural). El calor pasa de los devanados al aceite aislante, que circula de forma natural por el transformador y sus superficies de refrigeración. La convección natural y la radiación disipan el calor al aire circundante. Este modo de refrigeración no requiere una bomba de aceite ni ventiladores de radiador eléctricos.

ONAF significa Oil Natural Air Forced (aceite natural, aire forzado). La circulación del aceite sigue siendo natural, pero los ventiladores aumentan el flujo de aire a través de las superficies de refrigeración. Esto mejora la disipación del calor y puede permitir una potencia nominal continua más alta en las condiciones especificadas. Muchos transformadores tienen potencias nominales independientes para ONAN y ONAF, lo que permite la refrigeración natural con cargas más ligeras y el funcionamiento asistido por ventiladores cuando es necesario.

Sin embargo, instalar ventiladores no crea automáticamente una potencia nominal superior aprobada. Los devanados, las conexiones internas, los pasatapas, los cambiadores de tomas, los radiadores y otros componentes conductores de corriente deben admitir el servicio propuesto. Solicite las potencias nominales declaradas y la verificación térmica que las respalda, en lugar de suponer un aumento porcentual estándar.

Un plano útil de la disposición de refrigeración debe mostrar la ubicación de los radiadores, el flujo de aire de los ventiladores, el acceso para el mantenimiento y la distancia respecto a las paredes cercanas. Estos detalles pueden explicar por qué un diseño funciona de forma distinta en una subestación abierta que dentro de un recinto con ventilación limitada.

Analice el perfil de carga antes de elegir el modo de refrigeración

La demanda máxima es solo una parte de la especificación. Dos instalaciones con la misma potencia aparente máxima pueden necesitar transformadores distintos si una alcanza ese pico brevemente y la otra lo mantiene durante todo un turno de producción. También importa el estado térmico inicial: un pico que sigue a varias horas de carga elevada no es igual que uno que se produce después de un periodo nocturno de refrigeración.

Recopile datos de carga en series temporales en lugar de basarse únicamente en las facturas mensuales de energía. Incluya variaciones estacionales, ampliaciones previstas, arranque de motores, factor de potencia, desequilibrio entre fases y contenido armónico cuando corresponda. La carga del transformador se evalúa en corriente y potencia aparente; una cifra de demanda en kW por sí sola puede ocultar el efecto de la potencia reactiva.

Por ejemplo, un breve aumento de la producción tras un periodo de carga ligera podría ser admisible gracias a la inercia térmica, sujeto a una evaluación de carga validada. Una meseta de carga recurrente por las tardes y con tiempo caluroso podría justificar el funcionamiento ONAF o una unidad ONAN de mayor potencia. Ninguna de estas conclusiones puede extraerse únicamente de la demanda máxima.

Las instalaciones de energía renovable añaden otra complejidad. La exportación solar puede alcanzar su máximo cuando la temperatura ambiente es elevada, mientras que la generación eólica puede producir periodos prolongados de alta potencia. El flujo de potencia bidireccional no constituye por sí mismo una cuestión de clasificación de refrigeración, pero el perfil de corriente resultante, los armónicos del convertidor y las condiciones de instalación deben incluirse en la evaluación térmica.

Distinga entre capacidad nominal y sobrecarga temporal

Una potencia nominal ONAF no equivale a una capacidad de sobrecarga de emergencia. La primera es una potencia de funcionamiento declarada para unas condiciones especificadas; la segunda requiere evaluar la temperatura, la duración, la carga previa y el envejecimiento admisible. IEC 60076-7 proporciona directrices de carga para transformadores sumergidos en aceite mineral, mientras que IEEE C57.91 es otra referencia pertinente cuando corresponda. Utilice la norma, la edición y el sistema de aislamiento exigidos por el proyecto.

La temperatura del aceite en la parte superior es útil, pero no describe por completo la temperatura del punto caliente de los devanados. Un modelo térmico o un sistema de monitorización adecuado debe contemplar ambas. Las sobrecargas repetidas que parecen inocuas según el termómetro del tanque aún pueden consumir vida útil del aislamiento.

Las condiciones del emplazamiento pueden pesar más que la comparación de las placas de características

La temperatura ambiente debe definirse en la entrada de aire de refrigeración; no debe tomarse sin más del promedio meteorológico regional. Los equipos cercanos, la exposición directa al sol, la ventilación limitada y la recirculación de aire caliente pueden hacer que el entorno inmediato del transformador sea más exigente. La altitud también afecta a los requisitos de refrigeración y aislamiento, por lo que debe declararse durante la especificación.

ONAN evita depender del funcionamiento de los ventiladores, pero aun así necesita una vía eficaz para evacuar el calor de la instalación. ONAF no puede compensar indefinidamente una ventilación deficiente del recinto: si los ventiladores hacen circular por los radiadores aire que ya está caliente, el beneficio puede ser menor de lo esperado.

El polvo, la contaminación salina y las atmósferas corrosivas afectan al estado de los radiadores, la fiabilidad de los ventiladores y la frecuencia del mantenimiento. Cuando los límites de ruido nocturno sean importantes, evalúe conjuntamente el ruido del transformador y la contribución de los ventiladores. Una solución de refrigeración que cumpla los requisitos térmicos, pero infrinja las restricciones acústicas del emplazamiento, no es una solución completa.

Compare las consecuencias operativas, no solo el precio de compra

La electricidad consumida por los ventiladores es solo uno de los costes del ciclo de vida. Compare las pérdidas garantizadas en vacío y en carga para condiciones de referencia coherentes y, a continuación, evalúe las pérdidas energéticas anuales según el ciclo de servicio previsto. A una resistencia determinada, las pérdidas resistivas de los devanados aumentan aproximadamente con el cuadrado de la corriente; por ello, el funcionamiento de un transformador más pequeño con una carga elevada puede anular el ahorro inicial.

Un transformador ONAN de mayor tamaño puede reducir el esfuerzo de carga, pero implicar un coste de compra más alto, más espacio y pérdidas en vacío distintas. Una unidad de doble potencia nominal ONAN/ONAF puede ofrecer flexibilidad, pero introduce equipos auxiliares y necesidades de mantenimiento. La mejor opción económica depende de las garantías de pérdidas reales, las horas de funcionamiento de los ventiladores, el coste de la electricidad y las consecuencias de una interrupción, no solo de las denominaciones de refrigeración.

Especifique qué sucede cuando la refrigeración forzada no está disponible

En una instalación crítica, plantee una pregunta directa: ¿qué carga puede permanecer conectada si se pierde la alimentación de los ventiladores? La potencia nominal ONAN del transformador sirve de referencia, pero la transición también depende de su temperatura actual y de la rapidez con que se reduzca la carga. La pérdida de los ventiladores no implica un fallo inmediato, pero la inercia térmica tampoco justifica un funcionamiento indefinido por encima de la capacidad de refrigeración restante.

• Defina las etapas de los ventiladores, los ajustes de arranque y parada, la histéresis y las funciones de prueba manual.
• Supervise el estado de la alimentación auxiliar y el funcionamiento real de los ventiladores, no solo la orden de arranque.
• Acuerde la lógica de alarmas, deslastre de carga y disparo con los equipos de protección y de proceso.
• Confirme si hay una potencia nominal reducida documentada para la pérdida parcial de ventiladores.
• Compruebe el acceso para sustituir los ventiladores, la disponibilidad de repuestos y el tiempo de restablecimiento.

Los ventiladores redundantes solo son útiles si el sistema se diseña y verifica para ese fin. Varios ventiladores conectados a una misma alimentación o circuito de control vulnerable pueden seguir compartiendo un punto único de fallo. Esto merece especial atención cuando se prevé utilizar la potencia nominal ONAF para la producción diaria normal.

A veces, la mejor solución es redistribuir los picos

Cuando la demanda alta es breve o temporal, se pueden evaluar la programación de cargas o el almacenamiento de energía junto con las mejoras de refrigeración del transformador. El almacenamiento conectado en el lado de la carga puede reducir la demanda del transformador durante la descarga, siempre que la configuración eléctrica y los controles permitan esa función. La recarga debe programarse con cuidado; de lo contrario, simplemente creará otro pico.

Para obras temporales, suministro de emergencia o determinadas funciones de gestión de picos, el sistema móvil de almacenamiento de energía en remolque de 100kW/215kWh ofrece una plataforma LiFePO4 montada en remolque con un PCS de 100kW y salida de CA de 400V. Su BMS y EMS proporcionan supervisión de la batería y gestión de la energía, pero es necesario confirmar el control de la demanda del transformador específico del emplazamiento y la coordinación de las protecciones.

La capacidad energética declarada no equivale a la energía de CA utilizable. La duración disponible depende de los límites del estado de carga, las pérdidas de conversión, la temperatura y las reservas operativas. Su refrigeración inteligente por aire también es independiente de la refrigeración ONAN u ONAF del transformador. El almacenamiento no puede sustituir una potencia nominal continua requerida del transformador, salvo que su potencia, energía, ventana de recarga y disponibilidad permitan cubrir el servicio completo.

Convierta la comparación en una especificación de ingeniería

Antes de aceptar una oferta, solicite las potencias nominales declaradas ONAN y ONAF, las condiciones aplicables de temperatura ambiente y altitud, los límites de aumento de temperatura, las garantías de pérdidas, la potencia de los ventiladores, los datos de ruido, los planos de refrigeración y la verificación térmica propuesta. Incluya el perfil de carga y cualquier evaluación de armónicos. Confirme qué pruebas están incluidas, qué documentación se entrega con el equipo y si el diseño original admite realmente la instalación de ventiladores en el futuro.

Jinshida Electric Power Technology Co., Ltd. se centra en la I+D, la fabricación y la aplicación de equipos de transmisión y distribución para proyectos de redes eléctricas, industriales, de energías renovables y de infraestructuras. Este ámbito resulta pertinente en una evaluación de refrigeración cuando se revisan conjuntamente el diseño del transformador, la integración en el emplazamiento, la calidad de fabricación y los requisitos de servicio. El resultado útil es una correspondencia documentada entre el equipo propuesto y el servicio operativo, no una promesa genérica de fiabilidad.

Elija un transformador trifásico ONAN cuando la refrigeración natural cubra el servicio requerido con un margen térmico aceptable y sea conveniente una operación más sencilla. Elija un diseño ONAN/ONAF con potencias nominales adecuadas cuando la capacidad asistida por ventiladores resuelva una necesidad de carga definida y el emplazamiento permita mantenerla. Si la decisión sigue siendo ajustada, compare ambas propuestas con el periodo de funcionamiento más caluroso razonablemente previsible y el escenario de fallo de la refrigeración; estas comprobaciones suelen revelar cuál es la opción más justificable.