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Transformador sobrecargado: cómo saberlo y qué arriesga

ANSI 49

Cómo saber si el transformador de su planta está sobrecargado, cuánta sobrecarga admite según IEC 60076-7 e IEEE C57.91 y qué opciones tiene.

Por Shadai García, ingeniero electricista, fundador y CEO de Tiza Group. Revisado por el equipo de ingeniería de Tiza Group · .

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Sobrecarga térmica 49: imagen térmica según IEC 60255-149. Conexión, característica de operación e IEC 61850. Ilustrativo: los valores reales salen del estudio de ajustes.
Respuesta corta

Un transformador está sobrecargado cuando su carga real, medida en kVA durante los periodos de mayor demanda, supera la potencia nominal para la que fue diseñado en sus condiciones de refrigeración y ambiente. Puede soportar sobrecargas temporales sin daño, porque lo que limita es la temperatura del punto caliente y no la corriente en sí; las guías de carga IEC 60076-7 e IEEE C57.91 explican cómo calcularlo. Una sobrecarga sostenida consume la vida del aislamiento y también exige a bujes, cambiador, cables y protecciones.

Qué significa sobrecargado

La potencia de placa de un transformador (por ejemplo, «1000 kVA ONAN») es la carga que puede llevar de forma continua sin que su punto caliente supere el límite de diseño, con una temperatura ambiente de referencia y con la refrigeración indicada. Si la placa dice «1000/1250 kVA ONAN/ONAF», el segundo valor solo vale con los ventiladores funcionando.

Un transformador está sobrecargado cuando lleva más que esa potencia. La palabra se usa para dos situaciones distintas:

  • Sobrecarga temporal: unas horas por encima de la nominal, en el pico de producción. Puede ser aceptable.
  • Sobrecarga sostenida: la planta creció y el transformador trabaja todos los días por encima de su capacidad. Consume la vida del aislamiento y conviene resolverla.

Lo que limita no es la corriente en sí, sino el calor que produce. Por eso la sobrecarga admisible cambia con el ambiente, con la carga de las horas anteriores y con el estado de la refrigeración. Explicamos el calentamiento en por qué se calienta un transformador.

Cómo saber si su transformador está sobrecargado

  1. Mida la carga real. Un analizador de red en el secundario durante al menos una semana de operación típica, registrando kVA por intervalo, corriente por fase, tensión y armónicos. El amperímetro del tablero o una lectura puntual no bastan: la sobrecarga ocurre en ciertos turnos y en ciertos días.
  2. Compare con la capacidad real. La potencia de placa para la refrigeración que funciona hoy, corregida si el cuarto o el sitio son más calientes que la referencia. Un transformador ONAF con ventiladores dañados solo tiene su capacidad ONAN.
  3. Revise la temperatura. Lecturas de aceite y devanado a la misma hora que la carga. Si la temperatura de devanado llega a la alarma en los picos, la carga ya está en el límite.
  4. Mire la fase más cargada. Con desbalance, una fase puede estar sobrecargada aunque el promedio no lo esté.
  5. Considere los armónicos. Con mucha carga electrónica, un transformador puede estar térmicamente sobrecargado con menos corriente que la nominal. Vea transformador factor K.
SeñalLo que suele indicar
kVA medidos por encima de la placa en los picosSobrecarga temporal; evaluar con la guía de carga
kVA altos casi todo el díaSobrecarga sostenida; capacidad insuficiente
Alarma de temperatura con carga menor a la nominalArmónicos, refrigeración deficiente o un problema interno
Una fase mucho más cargada que las otrasDesbalance; redistribuir cargas monofásicas
Disparos del principal en las horas picoSobrecarga, o ajustes que no dejan margen a la carga actual

Cuánta sobrecarga admite

Las guías de carga IEC 60076-7 (transformadores en aceite; para secos, IEC 60076-12) e IEEE C57.91 (en aceite; para secos, IEEE C57.96) explican cómo calcular la temperatura del punto caliente con una carga variable y cuánta vida consume cada régimen. Distinguen la carga cíclica normal, la de emergencia de larga duración y la de emergencia de corta duración, cada una con sus límites de temperatura y su riesgo aceptado.

Con esa metodología se puede responder, para su transformador y su ambiente, si un pico de cierto tamaño y duración es aceptable. El cálculo necesita datos de placa y de pruebas de fábrica (pérdidas, elevaciones de temperatura, constantes de tiempo) que no siempre están disponibles; cuando faltan, se usan valores típicos del método con márgenes conservadores.

Hay límites que no son térmicos del devanado y que la guía también obliga a revisar: los bujes, el cambiador de tomas, las conexiones internas, los transformadores de corriente y los cables de entrada y salida. En un transformador de planta, a menudo el cable o el interruptor del secundario llega a su límite antes que el propio transformador.

Qué arriesga

  • Vida del aislamiento. Según IEC 60076-7, el envejecimiento del papel no mejorado se duplica por cada 6 K que el punto caliente supera los 98 °C. La pérdida es acumulativa e irreversible.
  • Burbujas de gas con puntos calientes muy altos en sobrecargas de emergencia, que bajan la rigidez del aceite.
  • Disparos: por temperatura (26/49), por la sobrecarga térmica del relé o por la sobrecorriente del principal.
  • Un transformador más débil ante el siguiente cortocircuito externo, porque el papel envejecido pierde resistencia mecánica.

La protección que vigila esto es la sobrecarga térmica 49, que modela el calentamiento con la corriente y la constante de tiempo del equipo. Su relación con la sobrecorriente 51 se explica en protección por sobrecarga en subestaciones.

Opciones antes de cambiar el transformador

De la sospecha de sobrecarga a la decisión
  1. 01MediciónkVA, corriente por fase, armónicos y temperatura durante una semana típica
  2. 02Capacidad realPlaca, refrigeración en servicio, ambiente y límites de bujes, cambiador y cables
  3. 03Evaluación térmicaPicos frente a la guía de carga IEC 60076-7 o IEEE C57.91
  4. 04OpcionesRedistribuir, compensar, ventilar, filtrar armónicos o ampliar
  5. 05Ajustes y protecciones49, 51 y alarmas de temperatura acordes con la decisión
  • Compensar reactiva. Si el factor de potencia es bajo, la corriente baja al corregirlo y se libera capacidad en kVA. Vea factor de potencia en la industria.
  • Redistribuir cargas entre transformadores o entre fases.
  • Recuperar o agregar refrigeración, si el diseño admite una etapa ONAF.
  • Tratar los armónicos cuando son la causa del calentamiento.
  • Desplazar cargas fuera del pico, cuando el proceso lo permite.
  • Ampliar: transformador nuevo, un segundo transformador o un cambio de nivel de tensión. Ese camino pasa por el operador de red y por los estudios; vea aumento de carga de una planta.

Cualquiera de estas decisiones obliga a revisar los ajustes de las protecciones: el 49, el 51 del lado de alta, las alarmas de temperatura y la coordinación con el operador de red.

Cómo le ayudamos

Nuestro equipo evalúa la capacidad del transformador de su planta: analizamos las mediciones de carga y armónicos, aplicamos la guía de carga con los datos de su equipo y le decimos cuánta sobrecarga puede llevar y qué opción conviene. El análisis lo hacemos de forma remota; en Colombia también medimos y probamos en sitio. Conozca diseño de ingeniería y estudios y, si hay que ajustar el relé, la configuración remota de relés. Escríbanos con la placa y una medición de carga.

Guías relacionadas

Referencias

  • IEC 60076-7, Loading guide for mineral-oil-immersed power transformers.
  • IEC 60076-12, Loading guide for dry-type power transformers.
  • IEEE C57.91, Guide for Loading Mineral-Oil-Immersed Transformers and Step-Voltage Regulators.
  • IEEE C57.96, Guide for Loading Dry-Type Distribution and Power Transformers.
  • IEC 60255-149, relés de protección: requisitos funcionales de la protección térmica.

Preguntas frecuentes

¿Cómo sé si mi transformador está sobrecargado?

Midiendo la potencia aparente (kVA) en el secundario durante una o dos semanas de operación normal y comparándola con la potencia de placa para la refrigeración que realmente tiene en servicio. También ayudan la temperatura de aceite y devanado frente a la carga, y el historial de alarmas por temperatura.

¿Cuánto se puede sobrecargar un transformador?

No hay un porcentaje fijo. Depende de la temperatura ambiente, del tipo de refrigeración, de la carga previa, de la duración de la sobrecarga y de los límites de bujes, cambiador y conexiones. IEC 60076-7 e IEEE C57.91 dan el método de cálculo; el fabricante y un estudio de carga dan el valor para su equipo.

¿Qué protección detecta la sobrecarga de un transformador?

La función de sobrecarga térmica 49, que calcula una imagen térmica del devanado con la corriente, y los indicadores de temperatura de aceite y devanado con sus contactos de alarma y disparo. La sobrecorriente 51 respalda, pero su función principal es despejar fallas, no vigilar el calentamiento.

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