Relé Buchholz: principio de funcionamiento, construcción y funcionamiento

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.


Relé Buchholz: principio de funcionamiento, construcción y funcionamiento

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.

Relé Buchholz: principio de funcionamiento, construcción y funcionamiento
Imagen del relevo de Buchholz

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.

Relé Buchholz: principio de funcionamiento, construcción y funcionamiento

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.

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