Temperatura de Transformadores: Guía Completa para su Control y Monitoreo

La temperatura es uno de los factores más importantes en el funcionamiento de los transformadores eléctricos. Mantenerla bajo control asegura su operación, prolonga sus años de servicio y previene costosas fallas. En esta ocasión, vamos a explorar todo lo que necesitas saber sobre la temperatura de transformadores.

¿Qué Es la Temperatura de un Transformador y Por Qué Es Importante?

La temperatura de un transformador es el calor generado durante su operación debido al flujo de corriente en sus devanados y la interacción entre sus componentes. Según la norma IEEE C57.91, mantener la temperatura en niveles adecuados puede duplicar la vida útil del aislamiento y prevenir problemas graves.

Si la temperatura no se controla, puede provocar sobrecalentamiento, deterioro del aislamiento y fallas inesperadas en el sistema eléctrico.

Factores que Afectan la Temperatura de Transformadores

1. Cargas Eléctricas

A mayor carga, mayor generación de calor. Las sobrecargas constantes pueden llevar el transformador a temperaturas peligrosas que reducen su vida útil.

2. Temperatura Ambiente

La temperatura externa influye directamente en la capacidad del transformador para disipar el calor. En climas cálidos o con ventilación limitada, este problema se agrava.

3. Sistemas de Enfriamiento

El enfriamiento por aire o aceite es necesario para mantener temperaturas seguras. Un sistema de enfriamiento que no esté funcionando bien puede causar incrementos rápidos de temperatura.

4. Calidad del Aceite Dieléctrico

En transformadores de aceite, la calidad del fluido es clave. Si el aceite se encuentra contaminado o degradado, pierde capacidad de enfriamiento y de aislamiento. Y, por lo tanto el transformador se calentará mas de la cuenta.

Temperaturas Recomendadas para Transformadores

• Temperatura Máxima Permitida: Generalmente, hasta 105 °C o 120ºC, en el punto más caliente, según las condiciones de diseño del transformador.
• Temperatura Ambiente Ideal: No debe superar los 40 °C en condiciones normales.
• Elevación Térmica: Representa el incremento sobre la temperatura ambiente y suele ser de 55 °C a 65 °C por diseño.

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Efectos de la Alta Temperatura en Transformadores

1. Deterioro del Aislamiento

El aislamiento en un transformador, ya sea el dieléctrico líquido (aceite) o el aislamiento sólido (papel y materiales compuestos), está diseñado para soportar niveles específicos de calor. Sin embargo, la alta temperatura acelera su envejecimiento y su deterioro.

Un aislamiento débil aumenta el riesgo de fallas eléctricas y acorta la vida útil del transformador.

La celulosa del papel se degrada más rápido cuando la temperatura excede los límites recomendados (generalmente 105 °C en el punto más caliente para transformadores convencionales). Este desgaste reduce la capacidad dieléctrica y puede generar cortocircuitos internos.

Por cada 10 °C adicionales sobre la temperatura nominal, la vida útil del aislamiento puede reducirse a la mitad, según estudios de la IEEE y normas como la IEC 60076. Es como cuando juegas futbol de pequeño, tus rodillas te lo recordarán de viejito. Dímelo a mi.

2. Generación de Gases

La alta temperatura no solo afecta el aislamiento en papel, sino también el aceite dieléctrico, que es fundamental para la disipación del calor y la protección dieléctrica.

Los análisis de gases disueltos (DGA, por sus siglas en inglés) son indispensables para detectar problemas antes de que se conviertan en fallas graves. En Trafomex hemos realizado miles de pruebas de aceite a cientos de transformadores de potencia ayudando a nuestros clientes a detectar, si es el caso, y resolver problemas incipientes en sus transformadores industriales. Somos como el amigo que en la primaria o secundaria te ayudaba con los abusivos que te querían golpear.

Descomposición térmica: Cuando el aceite alcanza temperaturas críticas (generalmente superiores a 140-150 °C), comienza a descomponerse químicamente. Este proceso genera gases combustibles.

3. Riesgos asociados al incremento de temperatura en los transformadores industriales:

Inflamabilidad: Los gases acumulados dentro del tanque del transformador pueden incrementar la presión y, en casos extremos, provocar explosiones.

Fallas internas: Gases inflamables indican problemas como sobrecalentamientos locales o descargas parciales, que si no se detectan, pueden llevar a fallas catastróficas.

Sistemas de Enfriamiento en Transformadores

1. Enfriamiento Natural por Aire (ONAN)

El aire circula de forma natural alrededor del transformador para disipar el calor. Es adecuado para equipos pequeños.

2. Enfriamiento por Aceite con Aire Forzado (ONAF)

Se usan ventiladores para enfriar el aceite, mejorando la disipación térmica.

3. Enfriamiento por Agua

Común en transformadores de gran capacidad, utiliza intercambiadores de calor para reducir la temperatura del aceite.

Relación entre Temperatura y Carga

Carga Eléctrica y Calor

Un aumento en la carga genera más calor, especialmente en condiciones de sobrecarga.

Gestión de Cargas

Distribuir la carga eléctrica evita que un solo transformador soporte el estrés térmico de todo el sistema.

Caso Real: Cómo Resolver Problemas de Temperatura

En una subestación, un transformador sufría altas temperaturas durante picos de carga. Los técnicos de Trafomex detectaron que los ventiladores de enfriameinto no estaban entrando cuando correspondía. Al corregir el problema y mejorar la ventilación, la temperatura disminuyó alrededor de 15°C, asegurando un funcionamiento estable.

Normativa Relacionada con la Temperatura de Transformadores

• IEEE C57.91: Proporciona guías para extender la vida útil del aislamiento al manejar adecuadamente la temperatura.
• IEC 60076-2: Define métodos de medición y límites aceptables de temperatura en transformadores.

Consejos Prácticos para el Control de Temperatura

1. Inspecciona los Sistemas de Enfriamiento Regularmente Asegúrate de que radiadores, ventiladores y bombas estén en buen estado.
   
2. Monitorea el Aceite Dieléctrico Realiza pruebas regulares para identificar contaminantes y garantizar su capacidad de enfriamiento.
   
3. Distribuye la Carga Eléctrica Evita sobrecargar un solo transformador. Planifica la distribución de la carga para reducir el estrés térmico.
   
4. La termografía infrarroja y el análisis de aceite dieléctrico son métodos muy utilizados por los clientes de Trafomex y son muy efectivos para prevenir fallas en transformadores. La termografía infrarroja permite detectar puntos calientes en el equipo, identificando conexiones flojas, sobrecargas o problemas en los sistemas de enfriamiento. Por otro lado, el análisis de aceite evalúa la condición del fluido aislante, identificando la presencia de gases disueltos o humedad, los cuales son indicadores de fallas internas.

Conclusión de Temperatura en Transformadores

Mantener la temperatura en niveles óptimos reduce el riesgo de fallas y costos operativos. Con un plan de mantenimiento adecuado, las empresas pueden evitar problemas graves y maximizar la vida de sus transformadores.