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Un borne de transformador es una interfaz aislada portadora de corriente que permite que un cable del devanado del transformador pase a través del tanque metálico conectado a tierra sin establecer contacto eléctrico con este. Proporciona separación dieléctrica y soporte mecánico; dependiendo del diseño, el conjunto del borne instalado también ayuda a preservar la barrera de líquido o gas del transformador.
Esa posición en el sistema es la clave para entender el componente. Un borne no es simplemente la carcasa de porcelana o polímero visible en la parte superior de un transformador. Es la transición completa entre un conductor interno energizado, el tanque o brida conectado a tierra y la conexión externa al sistema eléctrico.
¿Dónde se encuentra un borne de transformador?
Dentro de un transformador, el cable del devanado debe conectarse a un conductor aéreo externo, cable, ducto de barras o conector separable. Debido a que el tanque del transformador normalmente está conectado a tierra, el cable no puede pasar directamente a través de la pared metálica. El borne forma la trayectoria aislante controlada a través de esa barrera.
Una disposición típica contiene:
- un conductor central portador de corriente o un paso para un cable o varilla de extracción;
- aislamiento interno entre el conductor y la brida de montaje conectada a tierra;
- una carcasa aislante externa con faldones donde se requiere aislamiento por aire y distancia de fuga;
- una brida o estructura de montaje fijada al tanque del transformador;
- bornes o accesorios de conexión en los lados del transformador y del sistema; y
- sellos apropiados para el medio aislante del transformador y el diseño del pasatapas.
Esto conduce a un modelo de sistema simple:
devanado del transformador → conductor interno → conductor del pasatapas → borne externo → conductor del sistema eléctrico
El tanque puesto a tierra rodea parte de esa trayectoria, por lo que el pasatapas debe gestionar tanto el estrés eléctrico como la penetración física del tanque.
¿Qué hace un pasatapas de transformador?
El componente realiza varias funciones relacionadas en el mismo límite.
| Función | Lo que el pasamuros debe cumplir | Qué puede fallar si se pierde la función |
|---|---|---|
| Transportar corriente | Proporcionar una trayectoria conductora continua entre el conductor del devanado y el circuito externo | Calentamiento localizado, daños en la conexión o pérdida de continuidad |
| Proporcionar aislamiento dieléctrico | Mantener el conductor energizado separado eléctricamente del tanque y la brida conectados a tierra | Descarga disruptiva superficial o falla del aislamiento interno |
| Controlar el esfuerzo eléctrico | Dar forma al campo eléctrico mediante la geometría y, en diseños graduados, capas conductoras internas | Concentración excesiva de esfuerzos y deterioro del aislamiento |
| Soportar cargas mecánicas | Mantener el borne y el conductor en posición bajo cargas de servicio normales | Agrietamiento, desplazamiento, daño en el sello o esfuerzo en la conexión |
| Mantener el límite del equipo | Ayuda a prevenir el escape de líquido o gas aislante y la entrada de humedad o contaminantes, donde el diseño forma parte de ese límite | Fugas, contaminación o integridad dieléctrica reducida |
Estas funciones son interdependientes. Por ejemplo, una junta dañada no es solo un problema mecánico: la entrada de humedad o la pérdida de medio aislante también pueden afectar el rendimiento dieléctrico.
¿Cómo funciona un pasatapas de transformador?
El principio básico es el aislamiento controlado entre dos potenciales eléctricos. El conductor central está energizado, mientras que la brida de montaje y el tanque del transformador están a potencial de tierra. El material aislante entre ellos debe soportar la tensión a través de ese límite sin perforación, descarga disruptiva o corriente residual inaceptable.
En el lado del aire, la carcasa proporciona distancia a través del aire y una línea de fuga más larga a lo largo de la superficie. Las faldas aumentan ese camino superficial y ayudan a gestionar la exposición ambiental. La geometría requerida depende de la tensión, las condiciones de contaminación, la coordinación de aislamiento y la especificación de diseño aplicable.
Dentro de un pasatapas de tipo sólido o a granel, el aislamiento depende principalmente del material dieléctrico a granel y de la geometría del componente. Estos diseños se asocian comúnmente con conexiones de transformadores de baja tensión, aunque la aplicación correcta depende de la clasificación verificada del pasatapas en lugar de una etiqueta de tensión genérica.
En un pasatapas de capacitancia graduada, se colocan capas de gradación conductoras dentro del aislamiento principal alrededor del conductor central. Estas capas forman una serie controlada de capacitancias que distribuyen el esfuerzo eléctrico de manera más uniforme entre el conductor y la brida conectada a tierra. Esta construcción de núcleo de condensador se utiliza ampliamente donde el esfuerzo de tensión requiere un control de campo más deliberado.
Las capas de gradación no son bornes adicionales de transporte de corriente. Su propósito es controlar el campo eléctrico dentro del sistema eléctrico.
Tipos de pasatapas de transformador: utilice el eje de clasificación correcto
Muchos artículos presentan una larga lista de “tipos” de pasatapas, pero las etiquetas a menudo describen diferentes cuestiones de ingeniería. Un enfoque más claro es separar cuatro ejes de clasificación.
| Eje de clasificación | Categorías principales | Lo que indica la clasificación |
|---|---|---|
| Construcción eléctrica | Sólido/a granel; con gradación capacitiva/tipo condensador | Cómo el aislamiento principal gestiona el esfuerzo eléctrico |
| Tecnología de aislamiento principal | Papel impregnado en aceite (OIP); papel impregnado en resina (RIP); sintéticos impregnados en resina (RIS) | El sistema de materiales utilizado en el diseño de un núcleo de condensador o pasatapas |
| Interfaz de servicio | Líquido a aire; líquido a líquido; líquido a gas; aire a aire, dependiendo del equipo | Qué entornos aislantes conecta el pasatapas |
| Interfaz de borne o de equipo | Tipo draw-lead, draw-rod, conexión inferior, caja de cables, frente vivo, frente muerto y otras disposiciones específicas de la aplicación | Cómo se conectan el conductor y el sistema externo |
Estas categorías no deben tratarse como alternativas mutuamente excluyentes. Un pasatapas puede tener un diseño de gradación capacitiva, RIP, de líquido a aire con una disposición de bornes particular. Cada etiqueta describe un atributo diferente.
Pasatapas sólidos o de tipo macizo
La construcción sólida/maciza utiliza un cuerpo aislante comparativamente simple sin núcleo de condensador. La porcelana, la resina epoxi u otro material dieléctrico proporcionan el aislamiento principal, y algunos diseños también utilizan aceite de transformador en el espacio alrededor del conductor. La construcción exacta varía, por lo que “sólido” no debe interpretarse como que cada parte no contiene líquido.
Esta categoría se utiliza a menudo en devanados de baja tensión y equipos de distribución. Aun así, debe especificarse según sus valores nominales reales de tensión, corriente, aislamiento, dimensiones y entorno.
Pasatapas capacitivos o de condensador
Un pasatapas de condensador contiene un núcleo diseñado con capas de graduación conductoras integradas a intervalos calculados. La red capacitiva resultante controla el esfuerzo de tensión radial y axial de manera más eficaz que la geometría por sí sola.
Algunos pasatapas graduados incluyen una toma de prueba o de tensión conectada a una capa de graduación exterior. Esa característica permite realizar mediciones de estado en diseños compatibles, pero su uso, disposición de puesta a tierra y procedimiento de prueba corresponden a personal cualificado que siga las instrucciones del fabricante del pasatapas. No es una conexión eléctrica de propósito general.
Pasatapas OIP, RIP y RIS
Las siguientes abreviaturas identifican las principales tecnologías de aislamiento en lugar de tres clases de aplicación universales:
- OIP — Papel impregnado en aceite: un núcleo de condensador a base de papel impregnado con aceite aislante.
- RIP — Papel impregnado en resina: un núcleo condensador a base de papel impregnado y curado con resina para formar un cuerpo sólido.
- RIS — Material sintético impregnado en resina: una tecnología de núcleo condensador que utiliza material sintético impregnado en resina.
La tecnología por sí sola no determina la idoneidad. La especificación completa del pasatapas debe tener en cuenta la capacidad eléctrica, la interfaz, la geometría de montaje, el aislamiento externo, el medio del transformador, el servicio mecánico y los datos verificados del fabricante.
¿Son los pasatapas de frente vivo (Live-Front) y de frente muerto (Dead-Front) tipos diferentes?
Describen la accesibilidad y el blindaje de una interfaz de conexión, especialmente en equipos de distribución montados sobre pedestal. Una terminación de frente vivo tiene partes energizadas expuestas cuando el compartimento es accesible, mientras que un sistema de frente muerto utiliza conectores separables blindados destinados a proporcionar una superficie externa puesta a tierra cuando se ensamblan correctamente.
Esa distinción es importante, pero no es la misma clasificación que sólido frente a graduado capacitivamente o OIP frente a RIP. Mezclar estos términos en una sola lista oculta las decisiones de diseño que realmente representan.
¿Qué valores nominales de los bornes del transformador son importantes?
Un nombre o una etiqueta de material no es suficiente para identificar un borne de repuesto o nuevo. Los campos a continuación explican los principales límites de ingeniería, pero no sustituyen un proceso de selección aprobado por el fabricante.
| Campo de valor nominal o especificación | Por qué es importante |
|---|---|
| Tensión más alta para el equipo (Um) o clase de tensión aplicable | Establece el límite de tensión del sistema de aislamiento utilizado con la norma y la especificación del equipo correspondientes |
| Corriente nominal | Se refiere al transporte de corriente continua y al rendimiento de aumento de temperatura bajo condiciones establecidas |
| Nivel de aislamiento | Define los niveles de resistencia a frecuencia industrial y al impulso necesarios para la coordinación de aislamiento |
| Distancia de fuga y perfil de aislamiento externo | Relacionado con el rendimiento del aislamiento superficial y la exposición ambiental o a la contaminación |
| Frecuencia y servicio en AC/DC | Evita que una norma o diseño de pasatapas de AC se aplique automáticamente a un sistema de DC |
| Interfaz de servicio | Confirma la compatibilidad con aire, líquido de transformador, equipos aislados por gas u otro medio |
| Disposición del conductor y del borne | Determina la conexión eléctrica, la trayectoria de la corriente y la compatibilidad de instalación |
| Brida e interfaz dimensional | Determina si el pasatapas encaja físicamente y preserva el límite del equipo requerido |
| Requisitos mecánicos y ambientales | Cubrir las cargas de los bornes, necesidades sísmicas, altitud, condiciones de temperatura y entorno de instalación cuando corresponda |
| Datos de referencia de capacitancia y disipación/factor de potencia | Proporcionar información de condiciones base para pasamuros graduados compatibles y programas de diagnóstico aprobados |
La terminología de tensión varía según la norma y el mercado. La guía VIOX para la clasificación de baja, media y alta tensión explica por qué las etiquetas de tensión informales no deben reemplazar los valores en la documentación del pasamuros y del transformador.
Pasamuros de transformador frente a barra colectora o aislador de soporte
Los tres componentes utilizan materiales dieléctricos, pero ocupan posiciones diferentes y resuelven problemas distintos del sistema.
| Componente | Posición en el sistema principal | ¿Transporta corriente? | ¿Atraviesa una envolvente puesta a tierra? | Función principal |
|---|---|---|---|---|
| Pasatapas de transformador | Límite del tanque del transformador | El conductor central o terminal de conexión transporta corriente | Sí | Transportar una conexión energizada a través del tanque puesto a tierra manteniendo el aislamiento y la integridad mecánica |
| Aislador de barra colectora | Dentro de aparamenta, cuadros, conductos de barras o conjuntos de distribución | Normalmente no | Normalmente no | Soportar y separar una barra colectora de estructuras puestas a tierra u otros conductores |
| Aislador de soporte | Entre un conductor/componente y su superficie de montaje | Normalmente no | No | Mantener el espaciado físico y el aislamiento dieléctrico mientras se sostiene la pieza montada |
Para el límite de componente adyacente, ver ¿Qué es un aislante de barras colectoras? y la comparación VIOX de aisladores de soporte frente a aisladores de barra colectora.
La diferencia crucial es que un pasatapas de transformador es un elemento de alimentación eléctrica a través de una pared. Una barra colectora o un aislador de soporte generalmente sostienen un componente conductor de corriente independiente en lugar de formar su conexión de penetración en el tanque.
¿Qué indica que el pasatapas de un transformador puede requerir una evaluación?
Las condiciones observables que justifican una revisión pueden incluir:
- aislamiento externo agrietado, astillado, perforado o fuertemente contaminado;
- fugas de aceite u otro medio aislante alrededor del pasatapas o del área de montaje;
- bornes dañados, conexiones externas sueltas o calentamiento anormal en relación con fases comparables bajo cargas similares;
- corrosión, herrajes desplazados, sellos dañados o movimiento mecánico visible;
- ruido anormal, evidencia de descarga, huellas de seguimiento o marcas de arco; y
- cambios en la capacitancia o en el factor de disipación/potencia dieléctrica identificados mediante un programa de evaluación de condiciones aprobado.
Estos son indicadores de condición, no diagnósticos universales. Su significado depende de la tecnología del borne, el diseño, la temperatura, la carga, el método de prueba, la línea base histórica y la guía del fabricante.
Los bornes de transformador son parte de equipos de alta energía. No toque, limpie, desconecte, retire la conexión a tierra de una toma de prueba ni intente realizar pruebas en un borne en servicio. Las condiciones anormales deben ser evaluadas bajo las normas de seguridad del propietario del activo por personal calificado utilizando la documentación del fabricante y un plan de aislamiento, conexión a tierra y pruebas aprobado.
¿Qué norma cubre los bornes de transformador?
IEC 60137:2017 specifies characteristics and tests for separately supplied insulated bushings used in transformers and other electrical apparatus in three-phase AC systems with highest voltage for equipment above 1,000 V and power frequency from 15 Hz through 60 Hz. It also identifies cases that require special agreement, including certain DC applications.
Esta declaración de alcance es importante por dos razones:
- IEC 60137 no demuestra que un borne en particular cumpla con la norma; el cumplimiento requiere evidencia válida específica del producto.
- No debe aplicarse automáticamente a todos los bornes de baja tensión, DC, integrales o específicos de una aplicación.
Normas adicionales o especificaciones del equipo pueden regir las dimensiones, el servicio en DC, la calificación sísmica, el rendimiento ante la contaminación, la integración del transformador o los requisitos regionales. Verifique siempre el conjunto completo de normas para la instalación real.
El modelo mental correcto
Para entender cualquier pasatapas de transformador, haga cuatro preguntas en orden:
- ¿Dónde está el límite? Identifique el conductor energizado, la brida o tanque conectado a tierra y los entornos aislantes en ambos lados.
- ¿Cómo se controla el esfuerzo eléctrico? Determine si la construcción es sólida/a granel o graduada por capacitancia.
- ¿Qué tecnologías de aislamiento e interfaz se utilizan? Identifique por separado el OIP, RIP, RIS, la carcasa externa, la interfaz de servicio y la disposición de los bornes.
- ¿Qué valores nominales verificados rigen la aplicación? Verifique el voltaje, la corriente, el nivel de aislamiento, las dimensiones, el entorno, el servicio mecánico y los datos del fabricante.
Este modelo evita un error común: elegir un pasatapas según una etiqueta de material o una descripción de voltaje genérica, pasando por alto la interfaz del tanque y el conjunto completo de valores nominales.
Preguntas Frecuentes
¿Es un pasatapas de transformador lo mismo que un aislador?
Un pasatapas de transformador contiene un sistema aislante, pero realiza una función de paso más específica. Permite que un conductor energizado atraviese un tanque de transformador conectado a tierra. Un aislador independiente normalmente sostiene o separa un conductor sin formar esa penetración en el tanque.
¿Todos los pasatapas de transformador de alto voltaje están llenos de aceite?
No. El OIP es una tecnología establecida, pero también existen diseños de papel impregnado en resina y de condensador sintético impregnado en resina. El transformador puede estar lleno de líquido incluso cuando el aislamiento principal del pasatapas es un sistema sólido impregnado en resina.
¿Cuál es la diferencia entre un pasatapas y un borne de transformador?
El borne es el punto de conexión para el conductor externo. El pasatapas es el pasamuros aislado completo entre dicho borne, la conexión interna del transformador y el tanque conectado a tierra. El borne puede ser una parte del conjunto del pasatapas.