Un transformador se calienta por sus pérdidas: las del núcleo, que dependen de la tensión, y las de los devanados, que crecen con el cuadrado de la corriente y con los armónicos. Se sobrecalienta cuando esas pérdidas aumentan (sobrecarga, armónicos, tensión alta, desbalance, una falla interna incipiente) o cuando el calor no sale (radiadores sucios, ventiladores que no arrancan, poca ventilación del cuarto, nivel de aceite bajo). El calor acelera el envejecimiento del aislamiento de papel, que es lo que define la vida del equipo.
De dónde sale el calor
Un transformador convierte casi toda la energía que recibe, pero no toda. Lo que pierde se vuelve calor en dos sitios:
- El núcleo. Las pérdidas en vacío (histéresis y corrientes parásitas en la chapa) dependen de la tensión y la frecuencia, no de la carga. Están presentes las 24 horas, aunque la planta esté parada.
- Los devanados y las partes metálicas. Las pérdidas con carga crecen con el cuadrado de la corriente: con el doble de corriente, cuatro veces más calor. Los armónicos agregan pérdidas por corrientes parásitas en los conductores y en la cuba, que crecen con la frecuencia.
Ese calor tiene que salir al ambiente: en un transformador en aceite, por convección del aceite hacia los radiadores (ONAN) y, con más carga, por ventiladores (ONAF) o bombas; en un transformador seco, por el aire que atraviesa las bobinas. Explicamos los tipos en sistema de refrigeración del transformador.
El punto que importa no es la cuba ni el aceite superior, sino el punto caliente del devanado: el lugar más caliente del papel aislante. Ese valor no se mide directamente en la mayoría de los transformadores de planta; se estima con la imagen térmica del indicador de devanado, que combina la temperatura del aceite con la corriente. Vea indicadores de temperatura del transformador.
Por qué se sobrecalienta
| Causa | Qué pasa | Cómo se nota |
|---|---|---|
| Carga por encima de la nominal | Las pérdidas en los devanados crecen con el cuadrado de la corriente | Temperatura que sigue la curva de carga; alarma en las horas pico |
| Armónicos | Pérdidas adicionales en devanados, uniones y cuba sin que la corriente eficaz sea alta | Calor que no cuadra con la carga medida; variadores, UPS o rectificadores en la barra |
| Tensión alta | Más pérdidas en el núcleo y más corriente de magnetización | Temperatura alta incluso con poca carga; toma del cambiador mal elegida |
| Desbalance entre fases | Una fase carga más que las otras | Diferencia de corrientes entre fases; corriente en el neutro |
| Refrigeración deficiente | El calor no sale | Radiadores sucios o pintados, ventiladores que no arrancan, cuarto sin ventilación, rejillas tapadas |
| Nivel de aceite bajo | Parte de los devanados o de los radiadores queda sin circulación | Indicador de nivel bajo, manchas de aceite |
| Falla interna incipiente | Una conexión floja, un cortocircuito entre espiras o un circuito de corriente en el núcleo genera calor localizado | Gases disueltos en el aceite, punto caliente en termografía, aumento de temperatura sin cambio de carga |
| Conexiones externas flojas | Calor en bornes y terminales, no en el transformador | Termografía de bujes y terminales |
La causa más subestimada en la industria son los armónicos. Un transformador que alimenta muchos variadores de frecuencia puede calentarse con una carga que, en amperios, parece cómoda. Para ese caso existen el transformador factor K y la reducción de capacidad según IEEE C57.110; el origen está en armónicos de variadores de frecuencia.
Qué arriesga un transformador que trabaja caliente
El aislamiento de papel y aceite envejece más rápido cuanto más caliente trabaja. La guía de carga IEC 60076-7 toma como referencia un punto caliente de 98 °C para papel no mejorado térmicamente y considera que la velocidad de envejecimiento se duplica por cada 6 K por encima de ese valor; IEEE C57.91 usa 110 °C como referencia para el papel mejorado de los transformadores de 65 °C de elevación. El papel envejecido pierde resistencia mecánica: el transformador puede seguir funcionando años, pero el siguiente cortocircuito externo o la siguiente sobretensión lo encuentran más débil.
El calor también tiene efectos inmediatos:
- Con punto caliente muy alto pueden formarse burbujas de gas en el aceite y bajar la rigidez dieléctrica.
- La humedad migra del papel al aceite y vuelve al enfriarse, lo que acelera el deterioro.
- En un transformador seco, la resina o el barniz se degrada y aparecen fisuras.
- Las protecciones de temperatura (26 para el aceite, 49 para el devanado) dan alarma y luego disparo; un disparo por temperatura en plena producción es la forma más cara de enterarse.
Las protecciones propias del transformador se explican en Buchholz 63, presión y temperatura 26/49.
Cómo se diagnostica
El diagnóstico une tres fuentes: la carga, la temperatura y el estado interno.
- ¿La temperatura sube y baja con la carga?
- Sí¿La carga medida supera la nominal?
- SíSobrecarga real; revisar capacidad y redistribución de cargas
- No¿Hay variadores, UPS o rectificadores en la barra?
- SíMedir armónicos y evaluar pérdidas adicionales
- NoRevisar refrigeración, ventiladores y ventilación del cuarto
- No¿El análisis de gases muestra gases de falla térmica?
- SíFalla interna incipiente; pruebas eléctricas y plan de intervención
- NoRevisar tensión de servicio, toma del cambiador e indicadores
- Medición de carga y calidad de potencia. Un analizador en el secundario, durante al menos una semana de operación normal, muestra la corriente por fase, el desbalance, la tensión y el contenido armónico. Es la forma de separar una sobrecarga real de una carga armónica.
- Termografía. Muestra radiadores que no circulan, bornes calientes y puntos anormales en la cuba. Se hace con el transformador cargado. Vea la guía de termografía en subestaciones y tableros.
- Análisis de aceite. Los gases disueltos revelan si hay una falla térmica o eléctrica dentro de la cuba; la humedad y la rigidez dicen cómo está el aislamiento. Vea análisis de aceite dieléctrico.
- Pruebas eléctricas fuera de servicio, cuando el aceite o la termografía apuntan a un problema interno: resistencia de devanados (conexiones flojas, contactos del cambiador), relación de transformación (espiras en corto), corriente de excitación y factor de potencia del aislamiento.
- Verificación de los indicadores. Un termómetro descalibrado o una imagen térmica mal ajustada puede mostrar un problema que no existe, o esconder uno que sí existe.
Qué se hace después
Depende de la causa. Una sobrecarga puede resolverse redistribuyendo cargas, compensando reactiva para bajar la corriente, agregando ventilación forzada si el diseño la admite o cambiando el transformador; vea transformador sobrecargado. Los armónicos se tratan con filtros o con un transformador adecuado. La refrigeración se recupera con limpieza y mantenimiento de ventiladores y controles. Una falla interna requiere pruebas y una decisión de reparación que no debe aplazarse. Lo que no conviene es subir el ajuste de alarma para que deje de sonar: la alarma es la única advertencia antes del daño.
Cómo le ayudamos
Nuestro equipo hace el diagnóstico del transformador de su planta: medición de carga y armónicos, termografía, análisis de aceite y pruebas eléctricas en sitio en Colombia, con un informe que dice qué está calentando el equipo y qué hacer. Conozca nuestras pruebas a transformadores de potencia y el servicio de pruebas y puesta en servicio. Si el problema resulta ser de armónicos o de capacidad, hacemos el estudio de forma remota con sus mediciones. Escríbanos con la placa del transformador y las lecturas de temperatura.
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Referencias
- IEC 60076-7, Power transformers – Part 7: Loading guide for mineral-oil-immersed power transformers.
- IEEE C57.91, Guide for Loading Mineral-Oil-Immersed Transformers and Step-Voltage Regulators.
- IEEE C57.110, Recommended Practice for Establishing Liquid-Immersed and Dry-Type Power and Distribution Transformer Capability When Supplying Nonsinusoidal Load Currents.
- IEEE C57.104 e IEC 60599, interpretación de gases disueltos en el aceite.
Preguntas frecuentes
¿Es normal que un transformador esté caliente al tacto?
Un transformador en servicio siempre trabaja por encima de la temperatura ambiente, y la cuba de uno en aceite puede estar demasiado caliente para tocarla sin que eso sea una falla. Lo que indica un problema es una temperatura de aceite o de devanado por encima de lo habitual para la misma carga y el mismo ambiente, o un punto mucho más caliente que el resto en una termografía.
¿Por qué se calienta un transformador si no está sobrecargado?
Porque los armónicos de variadores y fuentes electrónicas aumentan las pérdidas en los devanados y en las partes metálicas sin que la corriente eficaz parezca alta, y porque una tensión por encima de la nominal aumenta las pérdidas del núcleo. También se calienta si la refrigeración no funciona o si hay una falla interna incipiente, como una conexión floja o un cortocircuito entre espiras.
¿Cuánto le quita a la vida de un transformador trabajar caliente?
Según la guía de carga IEC 60076-7, para papel no mejorado térmicamente el envejecimiento se duplica por cada 6 K que el punto caliente supera los 98 °C. Unas horas calientes no lo dañan, pero meses así consumen vida de forma acumulada e irreversible.