Como punto de conexión externo de un transformador, el buje cumple la función eléctrica de conducir los cables de alta tensión, además de proporcionar capacidad de conducción de corriente, soporte mecánico y sellado del tanque. Si un buje falla, es muy probable que provoque interrupciones no planificadas del transformador e incluso accidentes en la red eléctrica. Conocer los patrones de falla de los bujes e implementar un control de defectos eficaz es fundamental para la operación y el mantenimiento de los equipos eléctricos.
1. Funciones y principales tipos de bujes de transformador
Los bujes están montados en la parte superior del tanque del transformador . Su función principal es sacar los conductores internos de alta tensión del tanque y establecer la conexión eléctrica con la red eléctrica externa.
En condiciones de funcionamiento, los bujes deben soportar la tensión nominal del sistema y conducir continuamente la corriente de carga. Mecánicamente, soportan los conductores eléctricos y resisten las cargas de viento y las fuerzas de tracción de las barras colectoras. Además, sellan las aberturas del tanque para evitar fugas de aceite del transformador e impiden la entrada de humedad ambiental al interior del tanque.
Clasificados por nivel de tensión y estructura de aislamiento: los bujes tipo capacitor se utilizan ampliamente en sistemas de 110 kV y superiores. Optimizan la distribución interna del campo eléctrico mediante la división capacitiva de la tensión y reducen la intensidad del campo local. Para aplicaciones de media y baja tensión, se suelen utilizar bujes de porcelana simple y bujes sumergidos en aceite. Los bujes con aislamiento compuesto y revestimiento de caucho de silicona ofrecen un excelente rendimiento contra descargas disruptivas por contaminación y se utilizan ampliamente en entornos complejos como instalaciones exteriores y plantas industriales altamente contaminadas.
2. Modos de falla comunes en el sitio y análisis de la causa raíz
2.1 Temperatura de funcionamiento anormalmente alta
El aumento de temperatura es un defecto latente que a menudo pasa desapercibido. Las fallas por calentamiento se dividen en dos categorías: calentamiento en circuitos conductores de corriente y calentamiento en dieléctricos aislantes.
El calentamiento en los circuitos conductores de corriente se origina por una resistencia de contacto excesiva. Los pernos de los terminales flojos, el engaste incorrecto de los cables, la corrosión galvánica causada por el contacto directo de cobre con aluminio sin conectores de transición y la oxidación-corrosión en las superficies de contacto aumentan la resistencia de contacto y generan un calor considerable bajo el paso de la corriente. Esto crea un círculo vicioso: una temperatura más alta acelera la oxidación y la corrosión, lo que incrementa aún más la resistencia de contacto y agrava el sobrecalentamiento.
El calentamiento dieléctrico se origina por la degradación del sistema de aislamiento. El sobrecalentamiento se produce cuando los núcleos capacitivos absorben humedad, el aceite aislante interno se deteriora, las carcasas de porcelana se agrietan y permiten la entrada de agua, o la distorsión del campo eléctrico genera una intensidad de campo local excesiva, lo que provoca un aumento significativo de las pérdidas dieléctricas. Además, la acumulación de una fuerte contaminación en las cubiertas externas incrementa la corriente de fuga e induce un sobrecalentamiento localizado.
2.2 Fallo del sello y fuga de aceite
Las fugas de aceite son el defecto que se reporta con mayor frecuencia en el campo. A continuación se enumeran tres causas principales :
– Los componentes de caucho de sellado envejecen, se endurecen y pierden elasticidad tras una exposición prolongada a altas temperaturas y la inmersión en aceite de transformador.
– Instalación incorrecta en obra: superficies de acoplamiento de bridas irregulares, par de apriete o secuencia de apriete de pernos no conformes y juntas desplazadas o deformadas.
– Defectos de fabricación: soldadura imperfecta de las bridas y porosidades en los componentes de porcelana.
Las fugas de aceite reducen directamente el nivel de aceite interno del buje y degradan su capacidad de aislamiento. El aceite derramado contamina las superficies de aislamiento externas, atrae polvo y contaminantes, y deteriora aún más el rendimiento del aislamiento externo.
2.3 Fallos por descarga y ruptura del aislamiento
Estas fallas catastróficas suelen originarse a partir de defectos latentes menores. Entre los factores que contribuyen a ellas se incluyen:
– Sellado dañado que permite la entrada de humedad y una rápida disminución de la resistencia del aislamiento;
– Impregnación al vacío inadecuada durante la fabricación, lo que provoca burbujas internas y descargas parciales persistentes;
– Fuerte contaminación superficial en los bujes exteriores que provoca descargas superficiales en condiciones de lluvia o niebla;
– Pruebas preventivas inadecuadas que no logran detectar la degradación progresiva del aislamiento.
3. Procedimientos prácticos para la resolución de defectos in situ
Cómo solucionar los defectos de sobrecalentamiento de los bujes
Utilice termografía infrarroja para localizar puntos calientes y distinguir el calentamiento inducido por corriente del calentamiento inducido por voltaje. Para el calentamiento inducido por corriente: desconecte el equipo para su mantenimiento. Desmonte las uniones eléctricas, pula la oxidación superficial, reemplace los terminales deformados y apriete los pernos con el par especificado. Instale conectores de transición para uniones de cobre-aluminio para eliminar los riesgos de corrosión galvánica. Para el calentamiento inducido por voltaje: realice pruebas de resistencia de aislamiento, pérdida dieléctrica y descarga parcial. Limpie el aislamiento externo contaminado. Reemplace el buje directamente si los resultados de las pruebas confirman una degradación severa del aislamiento interno.
Cómo solucionar los defectos causados por fugas de aceite
Sustituya las juntas de goma desgastadas por juntas nuevas resistentes al aceite y a altas temperaturas. En caso de bridas desalineadas o superficies de contacto irregulares, realinee las interfaces, reposicione las juntas y apriete los pernos en diagonal. Los pequeños orificios de arena y las grietas diminutas pueden repararse con compuestos de reparación específicos. Sustituya el buje completo si los componentes estructurales sufren daños graves.
Mitigación de los riesgos de descarga del aislamiento
Si se observan marcas de quemaduras por descarga disruptiva en los bujes, limpie el aislamiento externo de inmediato y siga las vías de entrada de humedad. Acorte los ciclos de prueba y supervise continuamente las tendencias del aislamiento cuando los datos de prueba muestren anomalías. Reemplace el buje de inmediato si los niveles de descarga parcial superan los límites o si aparecen gases característicos de falla en los resultados de la cromatografía de aceite para evitar accidentes graves.
4. Medidas de control de ciclo de vida completo para la prevención de fallas en bujes
La prevención de fallos en los bujes no solo depende de la subsanación posterior al fallo, sino también de una protección multidimensional que abarca la selección del tipo, la inspección de entrada, la operación, el mantenimiento y la gestión de la vida útil del activo.
Selección adecuada del tipo: Seleccione los bujes según la tensión del sistema, el nivel de cortocircuito, la gravedad de la contaminación del lugar y las condiciones de instalación. Para ubicaciones exteriores con alta contaminación, prefiera bujes con gran distancia de fuga o bujes con aislamiento compuesto.
Control estricto de recepción: Antes de poner en servicio los nuevos bujes, verifique nuevamente las pruebas clave, incluyendo la pérdida dieléctrica, la capacitancia y la descarga parcial, para detectar defectos de fabricación. Rechace las unidades que no cumplan con los estándares.
Implementar la monitorización del estado en línea: En los transformadores principales de las subestaciones críticas, instale dispositivos de monitorización en línea para la pérdida dieléctrica y la capacitancia de los bujes, con el fin de lograr un seguimiento continuo del estado.
Regímenes de inspección rutinaria: Exigir la medición de temperatura por infrarrojos en las inspecciones diarias. Revisar visualmente las piezas de porcelana para detectar grietas, niveles de aceite y rastros de fugas de aceite.
Estandarizar el mantenimiento y la instalación en campo: Emitir instrucciones de trabajo estandarizadas y reforzar la capacitación de los técnicos para minimizar los defectos provocados por el ser humano.
Evaluación de la vida útil de equipos envejecidos: En el caso de aisladores pasantes de tipo capacitor con larga vida útil, analice los conjuntos de datos de pruebas históricas para evaluar las tendencias de envejecimiento del aislamiento. Programe el reemplazo con anticipación, antes de que el rendimiento alcance los umbrales de alarma, para prevenir fallas.
Conclusión
El funcionamiento seguro y fiable de los bujes depende tanto de la calidad de fabricación como de una gestión integral de operación y mantenimiento. La experiencia en campo demuestra que la gran mayoría de las fallas en los bujes pueden detectarse en etapas tempranas mediante inspecciones rutinarias, termografía infrarroja y pruebas de aislamiento periódicas.
La clave del mantenimiento reside en identificar con precisión los defectos en sus primeras etapas e implementar acciones correctivas específicas. Pasar de la reparación reactiva de emergencia a la prevención proactiva garantiza eficazmente el funcionamiento seguro y fiable a largo plazo de los transformadores y las redes eléctricas. Para soluciones de transformadores fiables y soporte profesional, QXG ofrece productos y servicios de confianza a clientes en Norteamérica y Latinoamérica.