Relé Buchholz: Principio de Funcionamiento, Construcción y Funcionamiento
En el mundo de la ingeniería eléctrica, la seguridad y la eficiencia son esenciales. Una de las herramientas más efectivas para proteger transformadores de potencia y equipos eléctricos es el relé Buchholz. Este dispositivo, aunque a menudo se pasa por alto, desempeña un papel crucial en la detección temprana de fallas en sistemas de refrigeración y en la prevención de daños catastróficos. ¿Pero cómo funciona realmente? ¿Cuál es su construcción y los principios que lo rigen? En este artículo, te invitamos a adentrarte en el fascinante mundo del relé Buchholz, revelando los secretos detrás de su funcionamiento y su importancia en la protección de equipos eléctricos. ¡Descubre por qué este pequeño pero poderoso componente es un gigante silencioso en la industria!
El relé Buchholz es un dispositivo de protección esencial en los transformadores de potencia. Con su principio de funcionamiento único y su construcción especializada, este relé garantiza un funcionamiento seguro y eficiente del transformador. En este artículo, exploraremos en detalle cómo funciona el relé Buchholz, su construcción y cómo se utiliza para proteger los transformadores ante posibles fallas. ¡No te pierdas esta fascinante guía sobre uno de los componentes clave en la protección de los sistemas eléctricos!
El relé Buchholz, como cualquier otro relé, es un dispositivo de detección que se utiliza para detectar el funcionamiento anormal de un transformador en una operación crítica como un transformador de potencia. Fue ideado en el año 1921 por Max Buchholz, de ahí el nombre. La detección de anomalías es importante para que, en función de esa retroalimentación, se pueda tomar alguna acción correctiva o preventiva y el efecto de la falla no se extienda por todo el sistema de energía.
A relevo de Buchholz se emplea en un transformador sumergido en aceite ya que es un relé activado por aceite. Los transformadores de alta potencia como los de las centrales eléctricas están sujetos a una alta corriente de carga que provoca un aumento de temperatura equivalente. Por eso es importante enfriarlo para su normal funcionamiento y por eso el núcleo de estos transformadores está sumergido en aceite.
El aceite absorbe el calor del núcleo y lo libera a la atmósfera a medida que pasa el aire. Sin embargo, durante una situación anormal como un cortocircuito y sobrecalentamiento del transformador o si el aceite se escapa, el relé Buchholz se activa para proteger el transformador y todo el sistema de energía de cualquier efecto indirecto.
Principio de funcionamiento del relé Buchholz
A diferencia de otros relés que funcionan eléctrica o electrónicamente, el relé Buchholz funciona mecánicamente y es un sistema de relé eficiente. Consta principalmente de dos partes: el flotador con bisagras en la parte superior y la aleta con bisagras en la parte inferior cerca del tanque principal del transformador, como se muestra en la imagen a continuación.
>El relé Buchholz proporciona protección contra cortocircuito, sobrecalentamiento, y fuga de aceite en un transformador.
Cuando el transformador está muy cargado, provoca un sobrecalentamiento del transformador. El funcionamiento continuo del transformador a una temperatura tan elevada puede dañarlo. Ahí es donde el relevo Buchholz viene al rescate.
Imagen>Debido al sobrecalentamiento de los devanados, el transformador requiere más aceite aislante para enfriarse. Este aceite finalmente se evapora en forma de monoóxido de carbono, dióxido de carbono y otros gases de hidrocarburo. Esto provoca una caída en el nivel del aceite del transformador en el que se ha sumergido el núcleo del transformador. Con la caída en el nivel del aceite, la placa flotante articulada en la parte superior también baja.
Un interruptor de mercurio está unido a la placa flotante en la parte superior. Este interruptor no es más que un simple dispositivo de dos terminales que contiene mercurio. Estos dos terminales están conectados a un circuito de alarma. Cuando la placa flotante baja debido a la disminución del nivel de aceite en el transformador, el mercurio líquido dentro del interruptor hace que ambos terminales se acorten. Como los terminales están conectados a un circuito de alarma, el acortamiento hace que se active la alarma.
De esta forma, el operador del transformador es alertado sobre el problema de sobrecalentamiento del transformador. El operador abre entonces la llave de desbloqueo en la parte superior del relé para recoger los gases acumulados debido a la evaporación del aceite. En base a eso, él / ella puede decidir sobre la acción correctiva.
En caso de fuga de aceite también, el nivel de aceite cae. Esto puede causar que la temperatura del transformador se dispare aunque esté operando en condiciones normales con parámetros normales.
La fuga de aceite hace que el nivel de aceite en el transformador caiga abruptamente. Esto hace que la placa flotante baje y el interruptor de mercurio activa el circuito de alarma para alertar al operador.
Debe tenerse en cuenta que en caso de sobrecalentamiento o en caso de fuga de aceite, el relé activa una alarma en lugar de apagar el transformador. Mientras que en caso de cortocircuito, el relé Buchholz envía una señal de disparo al disyuntor provocando que se detenga la operación del transformador.
>Esto se debe a que, en caso de sobrecalentamiento o fuga de aceite, existe la posibilidad de que surja un problema o puede ser que el transformador se esté sometiendo a algún mantenimiento o prueba.
Pero en caso de cortocircuito, la acción inmediata es de suma importancia y prioridad. Es por eso que el relé envía directamente un voltaje de disparo al interruptor automático. Comprendamos cómo funciona el relé contra una falla de cortocircuito.
La falla por cortocircuito puede ocurrir cuando la carga conectada al transformador consume una corriente de cortocircuito o si hay un cortocircuito entre vueltas dentro del transformador debido a una ruptura del aislamiento. En ambos casos, los devanados del transformador están sujetos a una gran tensión eléctrica y, por lo tanto, la temperatura del transformador comienza a aumentar enormemente. Este aumento de temperatura es mayor que el efecto de enfriamiento del aceite.
Por lo tanto, se evapora más aceite instantáneamente en el proceso de enfriamiento del transformador y, por lo tanto, ingresa más aceite desde el tanque principal hacia el transformador.
A medida que el aceite dentro del transformador se evapora rápidamente, el que ingresa a través del tanque principal también lo hace. Por lo tanto, la fuerza de este aceite del tanque principal provoca la aleta avanzar. La aleta está articulada con otra placa que lleva un interruptor de mercurio (como se muestra en la imagen de arriba). A medida que la aleta se mueve hacia adelante, la placa unida al interruptor de mercurio se mueve hacia arriba. Esto hace que el mercurio dentro del interruptor se desplace y conecta los dos terminales del interruptor.
Los terminales están conectados a un circuito de disparo externamente y, a medida que el mercurio dentro del interruptor completa el circuito, hace que se active el circuito de disparo. Este circuito de disparo activa un disyuntor que desconecta el transformador de todo el sistema de energía. De esta forma, el relé Buchholz protege al transformador en caso de falla por cortocircuito o falla entre espiras.
En este caso, no se activa ninguna alarma pero el relé actúa como un dispositivo de protección en sí mismo.
Ventajas del relé Buchholz
- Sencilla construcción y funcionamiento sin necesidad de alimentación eléctrica externa ya que su funcionamiento es mecánico.
- El relé separa la falla de sobrecarga del cortocircuito y la falla entre vueltas. En caso de sobrecarga, el relé activa una alarma mientras que en caso de cortocircuito actúa rápidamente activando un circuito de disparo.
- Se requiere poco mantenimiento.
Desventajas del relé Buchholz
- Este relé funciona solo en el caso de un transformador sumergido en aceite.
- Se basa estrictamente en el nivel de aceite para funcionar en lugar del circuito en sí. Por lo tanto, no detiene la falla antes de que llegue al transformador. Sólo se activa cuando la falta llega al transformador.
- El tiempo de respuesta del relé es muy alto en comparación con otros relés. Se tarda unos 0,1 s en activarse.
- El relé no protege los cables de conexión, por lo que se requiere una protección separada.
Prueba del relé Buchholz
Existen diferentes tipos de técnicas de prueba para un relé Buchholz.
- Prueba eléctrica
El aislamiento de puesta a tierra se somete a aproximadamente 2000 V durante 1 minuto para probar la resistencia del aislamiento.
- Prueba de fugas
El relé Buchholz se llena de aceite y se somete a una temperatura de 90 grados centígrados. La tasa de fuga se prueba después de 30 minutos.
- Prueba funcional
La prueba del relé Buchholz se puede realizar en una unidad de prueba controlada por PLC especialmente diseñada. Bajo esta prueba, se registra y prueba la respuesta de varios puntos de contacto dentro del relé.
Precauciones necesarias con el relé Buchholz
El relé Buchholz puede activar una falsa alarma o una señal de disparo incluso si no hay una falla real. Por ejemplo, cuando se agrega aceite al transformador a través del tanque principal durante el funcionamiento normal, puede entrar aire junto con el aceite. Este aire se acumula debajo de la cubierta del relé y puede hacer que el relé active una alarma.
Es por eso que se proporciona un sistema de bloqueo mecánico en el relé para que los interruptores de mercurio puedan bloquearse cuando se agrega aceite al transformador.
La placa flotante inferior también puede moverse hacia adelante incluso durante la entrada normal de aceite por parte del transformador, lo que hace que se active el circuito de disparo. Esto puede suceder debido a bisagras sueltas o imprecisas. Por lo tanto, a veces se requiere un mantenimiento adecuado.
Relé Buchholz: Principio de Funcionamiento, Construcción y Funcionamiento
En el mundo de la ingeniería eléctrica, la seguridad y la eficiencia son esenciales. Una de las herramientas más efectivas para proteger transformadores de potencia y equipos eléctricos es el relé Buchholz. Este dispositivo, aunque frecuentemente se pasa por alto, desempeña un papel crucial en la detección temprana de fallas en sistemas de refrigeración y en la prevención de daños catastróficos.
¿Qué es el Relé Buchholz?
El relé Buchholz es un dispositivo de protección utilizado en transformadores sumergidos en aceite. Este ingenioso dispositivo fue ideado en el año 1921 por Max Buchholz y se emplea principalmente para detectar condiciones anormales, como sobrecalentamientos y fugas de aceite, que podrían comprometer el funcionamiento del transformador.
Principio de Funcionamiento
A diferencia de otros relés que funcionan de manera electrónica, el relé Buchholz opera mecánicamente. Su operación se basa en la detección de variaciones en el nivel del aceite aislante del transformador. Este relé se compone principalmente de dos partes clave:
- Flotador con bisagras: ubicado en la parte superior.
- Aleta con bisagras: situada en la parte inferior cerca del tanque principal del transformador.
Cuando el transformador presenta un sobrecalentamiento, el aceite se evapora, provocando un descenso en su nivel. Esta caída activa el flotador, que a su vez acciona un interruptor de mercurio que conecta un circuito de alarma. Este sistema notifica al operador sobre cualquier problema potencial.
Construcción del Relé Buchholz
La construcción del relé Buchholz es relativamente simple y robusta. Está diseñado para operar sin necesidad de fuentes de alimentación externa, lo que representa una ventaja significativa en términos de mantenimiento y confiabilidad. Los componentes principales incluyen:
- Tanque de aceite: que permite la refrigeración del transformador.
- Interruptor de mercurio: que actúa como el mecanismo de señalización.
Funcionamiento en diferentes condiciones
El relé Buchholz activa diferentes respuestas según la condición detectada:
- En caso de sobrecalentamiento: Se activa la alarma para que el operador tome las medidas adecuadas.
- En caso de fuga de aceite: Similarmente, la alarma se activa por la disminución del nivel de aceite.
- Falla por cortocircuito: Se envía una señal al disyuntor para desconectar el transformador, protegiendo al sistema eléctrico.
Ventajas del Relé Buchholz
- Operación mecánica, sin necesidad de energía eléctrica externa.
- Capacidad para diferenciar entre fallas de sobrecalentamiento y cortocircuito.
- Requiere poco mantenimiento.
Desventajas del Relé Buchholz
- Funciona únicamente en transformadores sumergidos en aceite.
- Basado en el nivel de aceite, lo que puede no prevenir fallas en el transformador.
- Tiempo de respuesta relativamente lento comparado con otros sistemas de protección.
Conclusión
El relé Buchholz es un componente crítico en la protección de transformadores de potencia. Su diseño ingenioso y su operación efectiva lo convierten en una herramienta valiosa para la detección temprana de problemas que pueden afectar la estabilidad y eficiencia de los sistemas eléctricos.
Preguntas Frecuentes (FAQs)
¿Qué tipo de fallas puede detectar el relé Buchholz?
El relé Buchholz es capaz de detectar fallas como sobrecalentamiento, fuga de aceite y cortocircuito, ayudando a prevenir daños severos en los transformadores.
¿Es necesario realizar mantenimiento al relé Buchholz?
Aunque el relé Buchholz requiere poco mantenimiento, es recomendable realizar inspecciones periódicas para asegurar su correcto funcionamiento y la eficacia en la protección del transformador.
¿En qué aplicaciones se utiliza más el relé Buchholz?
Este relé se utiliza principalmente en transformadores de potencia situados en estaciones eléctricas, así como en otros equipos eléctricos que operan a altas cargas.
¿Cuánto tiempo tarda en responder el relé Buchholz ante una falla?
El tiempo de respuesta del relé Buchholz es de aproximadamente 0,1 segundos, lo que puede ser más lento en comparación con otros sistemas de protección eléctrica.
Referencias
Para más información, puedes consultar los siguientes enlaces:
¡Hola, Helder! Me encanta el contenido del artículo sobre el relé Buchholz; la explicación es bastante clara y fácil de entender. Recuerdo que en mi primera experiencia trabajando en una subestación, me mencionaron la importancia de este dispositivo y cómo puede prevenir fallos en transformadores. La verdad, me pareció fascinante cómo algo tan pequeño puede marcar la diferencia entre un problema grave y un mantenimiento preventivo. ¡Saludos!