Principio de funcionamiento de los transformadores de tipo seco: Explicación de la refrigeración AN frente a la refrigeración AF

Un transformador de tipo seco enfría sus bobinados con aire en lugar de aceite. Su principio de funcionamiento es sencillo: la corriente en el bobinado primario crea un flujo magnético en el núcleo, este flujo induce una tensión en el bobinado secundario, y el calor generado por la resistencia del bobinado y las pérdidas en el núcleo debe disiparse antes de que se degrade el aislamiento. La refrigeración AN (por aire natural) elimina el calor únicamente mediante convección y radiación pasivas. La refrigeración AF (por aire forzado) incorpora ventiladores que impulsan el aire a través de los devanados, lo que aumenta la carga admisible para la misma unidad física.

Al finalizar este artículo, podrá leer la placa de características de un transformador, identificar si tiene clasificación AN, AF o AN/AF, comprender por qué el mismo transformador tiene dos clasificaciones de kVA diferentes y decidir qué modo de refrigeración necesita realmente su instalación.

1. Por qué funciona: El mecanismo de enfriamiento

Todo transformador de tipo seco genera calor en dos puntos: el núcleo (por corrientes parásitas y pérdidas por histéresis) y los devanados (por pérdidas I²R). Este calor se transmite por conducción a la superficie del devanado y luego se disipa por convección hacia el aire circundante. El sistema de aislamiento tiene un límite de temperatura —las clases F y H son las más comunes— y la vida útil del transformador depende de que se mantenga por debajo de dicho límite.

En Modo AN, El aire caliente se eleva desde las superficies de bobinado y es reemplazado por aire ambiente más frío. No hay partes móviles. La refrigeración depende de la diferencia de temperatura entre el bobinado y el aire ambiente, además de la superficie de las bobinas. Dado que la fuerza impulsora es únicamente la flotabilidad, la refrigeración AN tiene un límite máximo de disipación de calor.

En Modo AF, Los ventiladores montados en la base o en el lateral de la carcasa fuerzan el aire horizontal o verticalmente a través de los conductos de bobinado. La convección forzada mueve mucho más aire por minuto que la flotabilidad, por lo que el coeficiente de transferencia de calor superficie-aire aumenta. El resultado: el mismo bobinado puede transportar más corriente antes de alcanzar su límite de temperatura de aislamiento. Por eso, una sola unidad suele tener una capacidad nominal de dos capacidades, por ejemplo AN 2000 kVA / AF 2500 kVA.

Las normas que sustentan estas clasificaciones son IEC 60076 y EN 50588, que definen cómo se mide el aumento de temperatura y cómo se verifica la clasificación AF. La especificación de referencia para esta clase de transformador SCB para interiores abarca de 30 a 5000 kVA, alta tensión de 6 kV a 35 kV, baja tensión de 0,38 kV a 0,72 kV, impedancia de 4 a 10%, clase de aislamiento F o H, y grupos de conexión Dyn11 o Yyn0. Los niveles de aislamiento siguen el patrón estándar: unidades de 10 kV en LI75 AC35/AC5, unidades de 20 kV en LI125 AC50/AC5 y unidades de 35 kV en LI170 AC70/AC5.

Un punto que los principiantes pasan por alto: La refrigeración AF no modifica la relación de tensión, la impedancia ni el grupo de conexión del transformador. Solo modifica la cantidad de calor que emite la unidad. El principio de funcionamiento eléctrico es idéntico en ambos modos.

2. Cómo determinar tu modo de refrigeración en 5 pasos

Sigue estos pasos en orden. Cada uno te ofrece una decisión, no una suposición.

1. Lea el campo kVA de la placa de características. Si muestra un solo número, la unidad es solo AN. Si muestra dos números separados por una barra inclinada —por ejemplo, “AN/AF” o “2000/2500 kVA”— el número inferior es la potencia nominal AN y el número superior es la potencia nominal AF.
2. Compruebe las columnas de aumento de temperatura. Una unidad de doble clasificación suele indicar dos valores de aumento de temperatura, uno por cada modo de refrigeración. El valor AF suele ser mayor porque el aire forzado mantiene el bobinado más frío con la misma carga. Confirme que los valores coinciden con la norma que está utilizando para su diseño.
3. Localiza el circuito de control del ventilador. Las unidades AF cuentan con una fuente de alimentación para el ventilador, un contactor y un sensor de temperatura o indicador de temperatura del bobinado (WTI) con un punto de ajuste. Si no hay circuito de ventilador, no existe el modo AF, independientemente de lo que indique la hoja de especificaciones.
4. Verifique el punto de ajuste del ventilador. Los ventiladores deben encenderse cuando la temperatura del bobinado alcance el umbral especificado por el fabricante y detenerse con un retardo de tiempo al enfriarse. Anote el valor de ajuste real que aparece en la pantalla del relé o del controlador.
5. Confirme que la clasificación AF solo se utiliza con los ventiladores en funcionamiento. Considere que el valor de AF kVA no está disponible cuando los ventiladores estén apagados o averiados. Dimensiona la protección y el cableado según la clasificación AN como referencia y confirma que la clasificación AF solo se indica con un flujo de aire comprobado.

Aquí está la comparación práctica que importa en el sitio:

Si su perfil de carga se mantiene por debajo de la clasificación AN durante todo el año, AN por sí solo es suficiente y puede dejar los ventiladores como respaldo. Si su carga supera la clasificación AN durante los picos previsibles, AF le permite evitar la compra de un transformador más grande, pero solo si se realiza el mantenimiento de los ventiladores.

3. Errores comunes y cómo solucionarlos

Error 1: Cargar hasta la clasificación AF con los ventiladores apagados.
Síntoma: la temperatura del bobinado supera el límite AN durante un pico, lo que provoca la desconexión de la unidad o el envejecimiento del aislamiento es mayor de lo esperado. Solución: interbloquear el sistema de gestión de carga o de alarma para que la potencia nominal AF kVA solo se considere cuando se confirme el funcionamiento del ventilador. Si no se dispone del estado del ventilador, reducir la potencia nominal al valor AN.

Error 2: Bloquear la vía de ventilación.
Síntoma: incluso en modo AN, el transformador se calienta más de lo previsto, y el modo AF ofrece una mejora menor a la esperada. Solución: mantenga despejadas las rejillas de entrada y salida y el espacio alrededor de la carcasa. La acumulación de polvo en los conductos del bobinado tiene el mismo efecto; limpie los conductos periódicamente.

Error 3: Ignorar las alarmas de fallo del ventilador.
Síntoma: los ventiladores se detienen, nadie se da cuenta y el transformador pierde silenciosamente su capacidad de AF. La primera señal es una alarma de temperatura durante el siguiente pico. Solución: conectar el estado de funcionamiento y la falla de los ventiladores al sistema de monitoreo y probar los ventiladores durante el mantenimiento de rutina.

Error 4: Suponer que la AF cambia la impedancia o el grupo de conexión.
Síntoma: se espera un comportamiento de cortocircuito diferente o un grupo vectorial distinto en modo AF. Solución: recuerde que la impedancia (4–10% según la especificación de referencia) y el grupo de conexión (Dyn11 o Yyn0) están determinados por el diseño del bobinado. El modo de refrigeración solo modifica el límite térmico.

Error 5: Utilizar AF para cubrir una instalación con alta temperatura ambiente sin comprobar la base de aumento de temperatura.
Síntoma: la capacidad AF se calculó para una temperatura ambiente estándar, pero la habitación está más caliente, por lo que la carga segura real es menor. Solución: verifique la temperatura ambiente que asume la capacidad AF y consulte a un profesional calificado antes de confiar en ella en una habitación con una temperatura inusualmente alta.

4. Preguntas frecuentes

¿Qué significa AN en la placa de características de un transformador?
AN significa Aire Natural: el transformador se enfría únicamente por convección de aire pasiva, sin ventiladores. El valor en kVA indicado para AN es la capacidad que la unidad puede suministrar de forma continua en ese modo.

¿Qué significa AF y está siempre disponible?
AF significa Air Forced (Aire Forzado): los ventiladores impulsan aire a través de los devanados para disipar más calor, lo que permite una mayor potencia aparente (kVA). Esta función solo está disponible mientras los ventiladores están en funcionamiento. Si los ventiladores fallan, la unidad vuelve a su configuración AN.

¿Puedo hacer funcionar un transformador AN/AF de forma continua en modo AF?
Sí, siempre y cuando los ventiladores reciban el mantenimiento adecuado y la temperatura ambiente coincida con la temperatura nominal. Muchos operadores utilizan el sistema AF solo durante los picos de demanda para prolongar la vida útil de los ventiladores, lo cual es una estrategia válida siempre que se respeten los límites de temperatura.

¿La refrigeración AF reduce las pérdidas del transformador?
No. Las pérdidas vienen determinadas por el diseño del núcleo y del bobinado, así como por la corriente de carga. La refrigeración por aire solo mejora la disipación del calor, lo que aumenta la carga admisible antes de alcanzar el límite de temperatura del aislamiento.

¿Qué norma rige las clasificaciones AN y AF?
Las normas IEC 60076 y EN 50588 definen la potencia nominal y las pruebas de aumento de temperatura de los transformadores. Las unidades de esta clase suelen fabricarse conforme a dichas normas, con las certificaciones UL y CE para los mercados correspondientes. Confirme siempre la norma específica que figura en la placa de características.

Para conocer el marco subyacente de calificación y pruebas, consulte la Comisión Electrotécnica Internacional y el Soluciones UL portales de estándares.

Aviso: este artículo es una explicación didáctica de los principios de refrigeración. No contiene recomendaciones de productos ni relaciones comerciales.