Refrigeración de transformadores ONAN vs ONAF: Potencia nominal, pérdidas y selección

ONAN frente a ONAF se refiere al flujo de aire externo. ONAN significa Aceite Natural Aire Natural: el aceite circula por flotabilidad y el aire ambiente elimina el calor de los radiadores. ONAF significa Aceite Natural Aire Forzado: el aceite sigue circulando de forma natural, mientras que ventiladores eléctricos mueven el aire sobre los radiadores. Una clasificación ONAF más alta corresponde al diseño y la placa de características aprobados del transformador; la instalación de ventiladores por sí sola no establece una nueva clasificación. Para la adquisición de ONAN frente a ONAF, esta guía verifica los programas de clasificación, los datos de pérdidas y la evidencia de las pruebas de aceptación. La comparación básica de los métodos de refrigeración abarca los principios de funcionamiento y la selección rutinaria.

¿Qué significan ONAN y ONAF en la refrigeración de transformadores de potencia?

El código de cuatro letras describe el líquido interno, su circulación, el medio de refrigeración externo y el movimiento de dicho medio. ONAN y ONAF, por lo general, conservan las tres primeras letras. La última letra cambia de aire natural a aire forzado. La norma IEC 60076-2:2011 abarca las designaciones de refrigeración, los límites de aumento de temperatura y las pruebas de aumento de temperatura para transformadores de potencia sumergidos en líquido.

La correcta lectura de los códigos de refrigeración de los transformadores evita la necesidad de pedir equipos de refrigeración incorrectos. Una especificación completa del transformador vincula el código con la capacidad de servicio garantizada.

Para un ingeniero de compras que compara configuraciones de transformadores de potencia sumergidos en aceite , este código explica el mecanismo de refrigeración. La placa de características y el programa de garantía explican la potencia de salida asignada. Ninguno reemplaza al otro.

¿Por qué algunas placas de identificación de transformadores norteamericanos antiguos dicen OA/FA en lugar de ONAN/ONAF?

OA y FA son designaciones antiguas para etapas de aceite-aire y aire forzado con refrigeración propia, respectivamente. En equipos más antiguos, suelen corresponder a ONAN y ONAF. Al adaptar una unidad existente, conserve la placa de identificación original y su especificación ANSI o IEEE correspondiente; la designación FOA requiere información adicional sobre el flujo de aceite antes de poder asignarla a una clase moderna de aceite bombeado.

¿En qué se diferencian la circulación del aceite y el flujo de aire del radiador entre ONAN y ONAF?

Ambos sistemas dependen de la circulación natural del aceite. El aceite más caliente asciende desde la zona de bobinado y el más frío regresa desde los radiadores. Los ventiladores ONAF mejoran la disipación de calor en el lado del aire. El método de refrigeración del transformador modifica el equilibrio térmico. Sin embargo, el término «natural» no significa que la velocidad del aceite se mantenga constante a cualquier carga y temperatura.

La refrigeración por aire forzado (ONAN) y la refrigeración por aire forzado responden de manera diferente a un cambio de carga. Por lo tanto, los sistemas de refrigeración de transformadores deben evaluarse en su estado de refrigeración real.

En su estudio de modelo térmico de 2025 publicado en Energies , Lukasz Staszewski y Waldemar Rebizant utilizaron constantes de tiempo de aceite superior de 180 minutos para ONAN y 120 minutos para ONAF. Estas constantes de tiempo térmicas son parámetros de estudio, no ajustes de puesta en marcha para cada transformador. Su comparación también demuestra por qué una respuesta lenta de la temperatura del aceite no debe interpretarse como prueba de que la temperatura del punto caliente del devanado esté respondiendo lentamente.

A plena carga, el calor de los devanados del transformador fluye a través del aislamiento y el líquido hacia los radiadores. La transferencia y la disipación de calor al aire ambiente afectan la capacidad de refrigeración. El devanado y el núcleo presentan diferentes componentes de pérdidas.

Consideremos una planta con conductos de ventilación despejados para los radiadores en invierno, pero con un almacén que los obstruye en verano. Encender los ventiladores no elimina la limitación de la instalación. El responsable de la planta necesita que se mantengan las distancias de seguridad y la ventilación especificadas antes de planificar el uso de la capacidad superior.

¿Cuánta capacidad adicional de MVA agrega ONAF sobre la capacidad base de ONAN?

El incremento corresponde a la diferencia entre las potencias nominales reales, no a un porcentaje universal. Una placa de características ilustrativa de 30/40 MVA ONAN/ONAF muestra un incremento de 10 MVA, o un 33.3 % con respecto a su base de 30 MVA. Una placa de características de 30/40/50 MVA con la etiqueta ONAN/ONAF/ONAF muestra una segunda etapa de aire forzado. Estos ejemplos ilustran cálculos y no autorizan la mejora de la potencia de una unidad existente.

La norma IEEE C57.12.10 aborda los requisitos de los transformadores de potencia sumergidos en líquido dentro de su alcance definido. La especificación de compra debe identificar la edición y la clasificación aplicables. El porcentaje asignado a un nivel de clasificación o diseño no debe extrapolarse a otros niveles.

¿Por qué un transformador ONAN/ONAF de doble clasificación muestra dos o tres valores de MVA en la misma placa de características?

Cada entrada muestra la potencia asignada a las etapas de refrigeración bajo la condición indicada. Una unidad ONAN/ONAF/ONAF de 30/40/50 MVA no consta de tres transformadores separados. Su etapa de refrigeración natural y las subsiguientes etapas de refrigeración por aire forzado son distintas. El controlador puede utilizar la temperatura, la carga y la lógica de funcionamiento para seleccionar las etapas; los valores de MVA no son puntos de ajuste para el arranque del ventilador.

Libro mayor de ganancias netas de ONAN a ONAF: una comparación de pérdidas calculadas

Este ejemplo considera un transformador de 30/40 MVA con una pérdida en vacío de 22 kW, una pérdida por resistencia de 125 kW a la corriente base y una carga de ventilador de 4.8 kW. Mantiene constantes la tensión, la frecuencia y la resistencia del devanado, e ignora las pérdidas parásitas y armónicas variables. Estos son casos prácticos para fines didácticos y no constituyen garantías ni cotizaciones de DEMIKS.

El equipo de finanzas puede utilizar su propia tarifa para determinar el costo de la energía de los ventiladores. El ingeniero térmico puede utilizar las pérdidas del transformador en lugar de considerar toda la electricidad de servicio de la estación como calor en el circuito de aceite. Para una comparación de compras, las mediciones garantizadas de las pérdidas de carga y el perfil de servicio real reemplazan estas suposiciones simplificadas.

¿Cambian los límites de aumento de temperatura al pasar de ONAN a ONAF?

El funcionamiento del ventilador por sí solo no permite una temperatura de aislamiento más elevada. Cada capacidad de refrigeración asignada debe cumplir con su requisito térmico. El aumento de temperatura es la diferencia con respecto a la temperatura del fluido refrigerante. No se trata de una temperatura absoluta del aceite o del bobinado, ni de un ajuste de alarma o de disparo.

La vida útil de un transformador se ve afectada por la carga térmica. Para comparar la vida útil del aislamiento, es mejor analizar el historial de temperaturas del bobinado en lugar de las horas de funcionamiento del ventilador.

La norma IEC 60076-2 rige los requisitos y ensayos de aumento de temperatura. La norma IEC 60076-7:2018 trata sobre la carga, las temperaturas de funcionamiento y el envejecimiento térmico de los transformadores de aceite mineral. Para los equipos adquiridos conforme a los requisitos IEEE, se deben revisar conjuntamente los requisitos generales, el código de ensayo y la guía de carga correspondientes para la especificación de compra. No combine el modelo térmico de un documento con los límites de aceptación de otro.

“Las normas IEC e IEEE no son intercambiables.” Lukasz Staszewski y Waldemar Rebizant, Energies (2025)

La simulación de Staszewski y Rebizant reveló que el modelo que predecía el punto caliente más elevado variaba entre el enfriamiento estático y el activo multietapa. Esto advierte sobre la conveniencia de no considerar ninguna de las guías de carga como universalmente conservadora. La secuencia activa del estudio incluye tanto OFAF como ONAF; por lo tanto, sus resultados no pueden interpretarse como un beneficio de vida útil medido únicamente por ONAF.

¿Cómo se comparan las pérdidas de carga, la potencia del ventilador auxiliar y el ruido en el funcionamiento de ONAN frente a ONAF?

Con la misma carga eléctrica, los motores de los ventiladores generan una demanda auxiliar. Con una carga ONAF más alta, el transformador también disipa más calor relacionado con la carga. El calentamiento resistivo es proporcional al cuadrado de la corriente a una resistencia fija; no es proporcional linealmente a la potencia aparente (MVA). El rendimiento acústico requiere una base de medición específica y una garantía de funcionamiento del ventilador, en lugar de un incremento genérico en decibelios.

ONAF frente a ONAN con la misma carga eléctrica.

El estudio publicado sobre la estimación de la temperatura del punto caliente del transformador se centra en el comportamiento térmico mediante modelos. Las compras reales requieren la separación de las pérdidas medidas en vacío, las pérdidas con carga y la potencia del ventilador, así como la aplicación de las temperaturas de referencia pertinentes. Las cargas con alta frecuencia de armónicos requieren un tratamiento aparte; el libro mayor simplificado no las modela.

Las corrientes parásitas contribuyen a las pérdidas adicionales que no se consideran en el cálculo simple de resistencia fija. Utilice la tabla de pérdidas garantizadas para la comparación final de la potencia eléctrica.

Un centro de datos con carga continua y una planta de procesamiento estacional pueden necesitar la misma potencia máxima (MVA), pero realizar compras diferentes. El equipo financiero de un centro de datos puede evaluar el consumo de energía de los ventiladores y las pérdidas de carga, mientras que la planta de procesamiento estacional puede valorar la capacidad asignada para los picos de producción. Un precio de compra más bajo no resuelve esta comparación.

¿A qué temperaturas de bobinado y de aceite se encienden y se apagan los ventiladores de refrigeración de ONAF?

Comienzan y terminan en los ajustes de control aprobados por el fabricante del transformador. ONAN y ONAF son designaciones de refrigeración y no puntos de ajuste de temperatura absolutos. El indicador de temperatura del aceite y el indicador de temperatura del bobinado pueden cumplir diferentes funciones. Las funciones de activación, reinicio y alarma del control deben identificar la magnitud medida y la etapa.

La monitorización de la temperatura del transformador requiere una ruta definida desde el sensor hasta el controlador.

Un sistema WTI de imagen térmica convencional muestra el calentamiento del bobinado mediante una configuración relacionada con la corriente; un sistema de fibra óptica directo lo mide con una configuración diferente. La puesta en marcha del equipo debe realizarse según las instrucciones proporcionadas. El estudio del modelo térmico refuerza la necesidad de distinguir la respuesta del aceite de la respuesta del punto caliente del bobinado.

• Registre la configuración de recogida y reinicio aprobada para cada grupo de ventiladores.
• Pruebe el control automático y manual, la rotación del motor, la indicación de arranque fallido y la puesta en servicio.
• Registre la corriente real del ventilador y la señal enviada al sistema de control de la estación.
• Mantenga identificadas por separado las alarmas térmicas, los disparos y los umbrales de control de etapa.

Durante un turno de máxima demanda, una orden de encendido del ventilador sin corriente del motor representa un problema de capacidad, incluso si la pantalla de control muestra un aspecto normal. El departamento de operaciones necesita una indicación de funcionamiento verificada y una instrucción de carga de respaldo aprobada. Un retraso estimado de 30 o 60 minutos no es un sustituto seguro para dicha instrucción.

¿Cuándo conviene pasar de ONAF a OFAF, ODAF o refrigeración por éster KNAN/KNAF?

Elija la refrigeración por aceite bombeado cuando el diseño térmico del transformador lo requiera; no existe un límite de MVA único a partir del cual la refrigeración por aceite desgasificado (ONAF) sea imposible. Seleccione una clase diferente de líquido aislante mediante una evaluación del diseño de aislamiento y seguridad contra incendios. Se deben tomar decisiones separadas con respecto al flujo de fluido y aceite y la adición de ventiladores de radiador.

¿Cuál es la diferencia entre los sistemas de refrigeración ONAF, OFAF y ODAF en los transformadores de subestaciones grandes?

ONAF utiliza flujo de aceite natural. OFAF utiliza circulación forzada de aceite sin la designación de flujo de bobinado dirigido. ODAF dirige el aceite forzado a través de trayectorias de bobinado específicas. Los tres sistemas utilizan aire externo forzado. Esta distinción es importante al especificar bombas y sistemas de monitorización de flujo, así como en caso de fallo en la etapa de refrigeración.

Los diseños sumergidos en líquido forman parte del marco de la norma IEC 60076-2 ; los equipos de tipo seco tienen sus propios requisitos. Para un proyecto en interiores, considere la contención, la ventilación, la estrategia contra incendios y el acceso para el mantenimiento antes de elegir entre transformadores sumergidos en líquido y de tipo seco.

¿Es posible adaptar un transformador ONAN existente con ventiladores de refrigeración ONAF?

Se pueden añadir ventiladores como parte de una modificación de refrigeración, pero para una mayor capacidad de funcionamiento continuo se requiere la evaluación y aprobación del fabricante. Los radiadores son solo una de las muchas limitaciones. También es necesario comprobar los aisladores pasantes, los cables, los cambiadores de tomas, los transformadores de corriente y los ajustes de protección en función de la carga prevista.

Una modificación para un servicio continuo de mayor capacidad debe evaluarse en función del diseño térmico original. Esto incluye el transformador de distribución y los transformadores de alta potencia; la etiqueta de tamaño por sí sola no indica una mejora en la capacidad.

Un comprador que herede una unidad ONAN debe obtener primero el programa de garantía original y los planos de refrigeración. Algunas unidades se prepararon para una futura etapa de aire forzado; otras no. Por lo tanto, un kit de ventilador atornillable no equivale a una conversión ONAF aprobada. Los requisitos del transformador de potencia IEEE proporcionan el contexto para la adquisición, mientras que la ingeniería específica de la unidad determina qué modificaciones están permitidas.

Una pregunta útil sobre la ruta de falla es: ¿Qué limita la mayor potencia propuesta tras la mejora del flujo de aire del radiador? Si la respuesta es la corriente nominal del buje o el límite de corriente del cambiador de tomas, el flujo de aire no lo soluciona. El departamento de compras debe presupuestar el alcance completo de la modificación y verificación, incluyendo los controles y los trabajos de parada, antes de compararlo con la sustitución.

Cómo especificar las etapas de refrigeración ONAN/ONAF y el costo total de propiedad en una solicitud de cotización de transformador

Utilice la misma tarifa, perfil de carga y período de evaluación para cada oferta. Especifique la potencia nominal de cada etapa de refrigeración, sus condiciones de servicio, pérdidas garantizadas, demanda auxiliar y carga de reserva en el mismo cronograma. El costo total de propiedad combina el costo de compra con las pérdidas de energía estimadas y el mantenimiento durante el período de servicio previsto.

La verificación de transferencia de la etapa de enfriamiento de 6 puertas que se muestra a continuación transforma el cronograma en un mapa de cuellos de botella. Se trata de un marco de adquisición editorial basado en los mecanismos de enfriamiento, las directrices de carga y las funciones de prueba que se describen aquí; no es un estándar adicional de la industria.

Para obtener un cálculo ilustrativo del consumo energético y el coste anual de un ventilador, multiplique 9,600 kWh por la tarifa del emplazamiento. Añada las pérdidas estimadas del transformador en el funcionamiento real. Esto proporciona al departamento de finanzas un dato auditable en lugar de un retorno de la inversión prometido. Una clasificación ONAN básica puede ser recomendable para un funcionamiento continuo o para la resiliencia de la alimentación auxiliar; un diseño ONAF por etapas puede resultar atractivo para picos cíclicos. Compare los programas garantizados antes de decidir.

Cómo verificar las clasificaciones ONAN y ONAF durante las pruebas de aceptación de alto voltaje y aumento de temperatura en fábrica.

La verificación comienza con el plan de pruebas acordado: sistema de refrigeración, valores nominales asignados, pérdidas de entrada, mediciones ambientales, mediciones de resistencia y criterios de aceptación. La norma IEC 60076-2 define las pruebas de aumento de temperatura. El fabricante y el comprador establecen cómo la norma aplicable demuestra las etapas asignadas; este artículo no prescribe una orden de prueba obligatoria para cada transformador.

1. Acordar la evidencia de la etapa. Identificar el estado de enfriamiento, las pérdidas de prueba, la base de corriente nominal, las mediciones de temperatura y los límites de aceptación.
2. Capturar mediciones. Registrar las temperaturas ambiente y del aceite, las entradas eléctricas y la resistencia del bobinado con la temporización requerida por el método de prueba.
3. Revise los cálculos. Incluya en el informe el tiempo de parada, la curva de enfriamiento, las temperaturas de referencia y el método de extrapolación.
4. Complete el programa de aceptación especificado. Las pruebas dieléctricas y de descargas parciales tienen sus propios requisitos de voltaje, método y secuencia. Una prueba térmica no las reemplaza.

Según la página de la consola de pruebas de características de transformadores DEMIKS , su oferta DHT-208 incluye pruebas de características con y sin carga, así como otras pruebas de transformadores. La fuente de alimentación, la cadena de medición y la configuración del aumento de temperatura deben ajustarse al proyecto.

La gama de comprobadores de resistencia de CC para bobinado DEMIKS ofrece diferentes rangos de corriente y resistencia según el modelo. Para la función de bobinado y registro, seleccione un instrumento específico y no combine la corriente de prueba más baja de un modelo con la más alta de otro. Para un programa de homologación más amplio, especifique equipos de prueba de alta tensión y equipos de medición de descargas parciales de acuerdo con los requisitos de prueba reales.

Preguntas frecuentes

¿Desea planificar una prueba de aceptación de la etapa de enfriamiento? Envíe a DEMIKS la tabla de características del transformador, los datos del bobinado y el plan de prueba requerido. Adapte la consola, el equipo de medición de resistencia y el equipo de alta tensión al plan y seleccione los modelos adecuados.

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Referencias y fuentes

• IEC, IEC 60076-2:2011: Aumento de temperatura para transformadores sumergidos en líquido.
• IEC, Guía de carga IEC 60076-7:2018.
• IEEE, Requisitos del transformador de potencia sumergido en líquido C57.12.10.
• Lukasz Staszewski y Waldemar Rebizant, Energies 18(24), 6469 (2025), comparación de modelos térmicos.
• Estimación de la temperatura del punto caliente del transformador mediante un enfoque de sistema de inferencia neurodifusa adaptativa..