Cómo solucionar problemas y probar un transformador
Figura 1: Transformador
Los transformadores desempeñan un papel fundamental en los aparatos eléctricos. Estos dispositivos siguen el principio de adaptación de impedancias para transferir eficazmente la potencia de un circuito a otro reduciendo las pérdidas. Sin embargo, un fallo en estos transformadores puede provocar problemas críticos para el funcionamiento del sistema. Para evitar estos riesgos de daños o mal funcionamiento, se recomienda un seguimiento adecuado del programa de mantenimiento. Este artículo ilustra el procedimiento adecuado para la localización de averías y la comprobación de transformadores.
Índice de contenidos
- Causas de los problemas de calidad de los transformadores
- Cómo probar un transformador
- Comprender los parámetros del transformador
- Pruebas de aumento de temperatura del transformador
- Otras pruebas de transformadores
- FAQs
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Causas de los problemas de calidad de los transformadores
Hay varios factores que pueden hacer que un transformador se estropee. Para comprobar si un transformador está averiado, es importante estar familiarizado con los síntomas habituales de avería de los transformadores, como el sobrecalentamiento, la rotura del aislamiento y los zumbidos. Para probar un transformador, deben identificarse los problemas habituales y sus causas fundamentales. Entonces podrá aplicarse la solución de reparación adecuada. A continuación se indican algunos problemas comunes de los transformadores y sus causas para tener en cuenta a la hora de solucionar problemas o sustituir un transformador:
Sobrecalentamiento
- Avería de aislamiento: Las altas temperaturas pueden provocar la rotura del aislamiento y, por tanto, su deterioro. También puede crear condiciones de arco eléctrico que dañen los conectores y los núcleos. El arco eléctrico se produce cuando una parte de un conductor se funde y se vaporiza. Cuando el conductor se enfría, se contrae y crea un arco eléctrico. El sobrecalentamiento puede producirse cuando fluyen altas tensiones a través de cables o conductores, como ocurre con los transformadores en caso de cortocircuito o fallo a tierra.
- Interferencias electromagnéticas: El mayor calentamiento provocado por el arco eléctrico aumentará las interferencias electromagnéticas y las tensiones electrostáticas en el transformador. Las interferencias electromagnéticas pueden deberse a la conmutación de corrientes de alta frecuencia, que excitan el núcleo del transformador. La interferencia provoca una alteración del campo electromagnético y suele ir acompañada de tensiones electrostáticas.
- Fallo de un componente del transformador: Cuando un transformador se sobrecalienta, el núcleo puede volverse quebradizo, el aceite aislante puede secarse y agrietarse, y los devanados pueden transportar corrientes excesivas y fundirse. Además, la tensión de funcionamiento es más alta de lo habitual. Esto provoca elevadas tensiones de corriente, que conducen al fallo prematuro de componentes como casquillos y bloques de terminales. Lea nuestro artículo sobre transformadores eléctricos para obtener más información sobre los distintos tipos de núcleos de transformador.
Armónicos
Los armónicos son perturbaciones simultáneas de los devanados primario y secundario. Las condiciones de arco eléctrico en el circuito magnético pueden causar interferencias electromagnéticas y tensiones electrostáticas. Se producen principalmente debido a fallos en el circuito de adaptación de impedancias, que provocan la pérdida de las corrientes primaria y secundaria (resultantes de un fallo activo o de cortocircuito). Un circuito de adaptación de impedancia es un circuito electrónico que detecta y compensa los cambios de reactancia resistiva, inductiva y capacitiva del transformador. También minimiza las pérdidas por interferencias electromagnéticas y puede reducir los picos de corriente inducidos por armónicos.
Sobrecarga
La sobrecarga puede provocar averías eléctricas. Los niveles de tensión y corriente creados por la sobrecarga pueden provocar un calentamiento excesivo en un transformador. La sobrecarga se produce cuando la fuente de alimentación no proporciona suficiente capacidad para mover la corriente necesaria a través de un transformador. Para garantizar que un transformador no se sobrecargue, debe calcularse la capacidad necesaria del transformador. Las pérdidas causadas por la sobrecarga pueden aumentar la tensión de alimentación, lo que reduce la eficiencia del sistema y provoca su sobrecalentamiento. Lea nuestro artículo sobre dimensionamiento y calculadora de transformadores para obtener más información sobre el cálculo de la potencia y capacidad de un transformador.
Desequilibrio
Un transformador puede estar desequilibrado en dos condiciones:
- Transformador sobrecargado: La sobrecarga se produce cuando la corriente en una sección del transformador es mucho mayor que en otras zonas. Puede provocar altas temperaturas y pérdidas excesivas en el aislamiento, los terminales y los devanados. Cuando el transformador está sobrecargado, puede generar interferencias electromagnéticas y tensiones electrostáticas.
- Transformador subcargado: Es probable que un transformador con carga insuficiente sufra una avería debido a una potencia de reposo insuficiente o a una pérdida de potencia con cargas elevadas. Un transformador está subcargado cuando la carga es demasiado pequeña para mantener la cantidad de energía que necesita la unidad. En algunos casos, los devanados y las bobinas pueden estar a salvo de daños.
Cómo probar un transformador
Tanto si se trata de solucionar problemas de un transformador como de sustituirlo, saber cómo probar un transformador es una parte integral del proceso. Las tres pruebas principales utilizadas para determinar el estado de un transformador son la prueba de circuito abierto, la prueba de cortocircuito y las mediciones de la resistencia del devanado.
Prueba de circuito abierto
En la figura 2 se muestra la configuración de conexión para la prueba de circuito abierto de un transformador. Los distintos componentes utilizados son:
- B: Autotransformer
- V: Voltímetro
- W: Wattmeter
- A: Amperímetro
- T: Transformador bajo prueba
Un autotransformador es un tipo especial de transformador con un solo devanado y muy eficaz para producir una tensión regulada. La salida de un autotransformador puede derivarse en varios puntos para producir tensiones variadas. El autotransformador está conectado a una fuente de tensión alterna, como se ve en la figura 2. La salida del autotransformador está derivada y conectada a los extremos de un voltímetro. A continuación, realiza los siguientes pasos:
- Mantenga abierto el secundario del transformador bajo prueba.
- Aumente lentamente la tensión aplicada en el primario hasta alcanzar la tensión nominal del transformador. Siga comprobando el voltímetro durante esta fase.
- Una vez alcanzada la tensión nominal (indicada en la etiqueta del transformador), registra las lecturas de los tres instrumentos, a saber, voltímetro, amperímetro y vatímetro.
El amperímetro da el valor de la corriente en vacío (ya que el secundario se deja en circuito abierto). La lectura del voltímetro es igual a la tensión inducida en el secundario del transformador. La lectura del vatímetro da el valor de la potencia de entrada durante la prueba. Como el transformador está en circuito abierto, no circula corriente por el secundario. Por lo tanto, el vatímetro lee la magnitud de las pérdidas en el núcleo y las pérdidas en el cobre que se producen en el transformador. La corriente en vacío es mucho menor que la corriente a plena carga del transformador; por lo tanto, la pérdida de cobre debida a la corriente en vacío puede despreciarse. Por lo tanto, una prueba en circuito abierto proporciona la magnitud de las pérdidas en el núcleo del transformador. La magnitud de la pérdida en el núcleo puede utilizarse para determinar si hay algún problema en el núcleo magnético del transformador.
Figura 2: Transformador de prueba en circuito abierto: autotransformador (B), voltímetro (V), vatímetro (W), amperímetro (A) y transformador bajo prueba (T).
Prueba de cortocircuito
En la figura 3 se muestra la configuración de la conexión para una prueba de cortocircuito. Los distintos componentes utilizados son:
- B: Autotransformer
- V: Voltímetro
- W: Wattmeter
- A: Amperímetro
- T: Transformador bajo prueba
Realice los siguientes pasos para probar el transformador:
- Cortocircuite el secundario del transformador.
- Aplique una tensión baja del 7-10 % de la tensión nominal del transformador en el primario con la ayuda de un autotransformador (Figura 3 etiquetada B). La salida de un autotransformador puede derivarse en varios puntos para obtener distintas tensiones.
- Aumente lentamente la tensión aplicada hasta que el amperímetro (Figura 3 con la letra A) y el vatímetro (Figura 3 con la letra W) den una lectura igual a la intensidad nominal del transformador.
- Anota las lecturas del voltímetro, amperímetro y vatímetro.
La lectura del amperímetro da el equivalente en el lado primario de la corriente a plena carga del transformador. Como la tensión aplicada es muy pequeña en comparación con la tensión nominal del transformador, las pérdidas en el núcleo pueden considerarse despreciables. Por lo tanto, una prueba de cortocircuito mide la pérdida de cobre en un transformador. El valor de la pérdida de cobre puede utilizarse para determinar si hay algún problema con los devanados del transformador.
Figura 3: Un transformador de prueba de cortocircuito: autotransformador (B), vatímetro (W), voltímetro (V), amperímetro (A) y transformador bajo prueba (T).
Medición de la resistencia
La medición de la resistencia del devanado de un transformador es esencial para calcular las pérdidas I2R del transformador. El valor de la resistencia también puede utilizarse como medida para diagnosticar posibles daños.
En la figura 4 se muestra un método sencillo para medir la resistencia del transformador:
- T: Transformador bajo prueba. Tiene una inductancia efectiva y un valor de resistencia (que se calculará durante la prueba)
- R: Una resistencia externa de valor conocido
- V: Voltmeter
- A: Amperímetro
- DC: Fuente de tensión continua
Se aplica un valor de CC conocido al circuito, iniciando un flujo de corriente. Se miden la caída de tensión y la corriente de prueba, y se calcula la resistencia. Lea nuestro artículo sobre transformadores de baja tensión para saber cómo comprobar un transformador con un multímetro.
Figura 4: Medición de la resistencia: fuente de tensión (CC), resistencia (R), amperímetro (A), voltímetro (V) y transformador sometido a prueba (T).
Comprender los parámetros del transformador
Antes de medir los parámetros de un transformador, hay que determinar qué es lo que hay que medir. Estos son algunos de los términos que encontrará:
Corriente primaria
La corriente primaria es la salida directa de los devanados primarios y suele indicar el rendimiento del transformador. Un aumento implica que se transfiere más potencia a través del devanado secundario y muestra un transformador adecuado. Una disminución de la corriente primaria también puede significar que un circuito de adaptación de impedancia defectuoso o mal configurado está en juego.
Tensión secundaria
La tensión secundaria es la salida del devanado secundario y suele indicar el estado del cableado y el aislamiento del circuito secundario. Un valor bajo indica, entre otras cosas, un circuito de adaptación de impedancia mal configurado. Un valor alto puede indicar contaminación por arco eléctrico o cortocircuito por obstrucciones o cortocircuitos, entre otras cosas.
Inductancia de fuga
La inductancia de fuga es la cantidad de corriente que puede circular por el devanado cuando no hay tensión. Una inductancia de fuga elevada puede provocar un cortocircuito en el transformador a altas frecuencias. Estos transformadores funcionan principalmente en aplicaciones de cortocircuito para proporcionar impulsos de disparo más rápidos, como los dispositivos de detonación controlada (DDC) y los efectos capacitivos.
Capacidad del bobinado
La capacitancia del devanado se refiere a la cantidad de corriente y tensión necesarias para cargar y descargar el secundario a través del circuito. La cantidad adicional de corriente y tensión necesaria para mantener el bobinado depende de si el circuito tiene una resistencia significativa. Un valor alto de capacitancia puede hacer que su transformador trabaje a frecuencias más altas y alcance la saturación a voltajes más bajos.
Pruebas de aumento de la temperatura del transformador
El parámetro más común que hay que comprobar es el factor de potencia de salida cuando se prueba un transformador. El factor de potencia de salida es una relación entre las tensiones de entrada y salida que evalúa la potencia real consumida por la carga. Ayuda a determinar el rendimiento de un transformador y si funciona eficazmente según las especificaciones del fabricante.
Método de carga real
Esta prueba funciona mejor en transformadores de baja capacidad. Mide el factor de potencia en el valor de carga real. La carga debe tener una impedancia alta y una reactancia muy baja para que esta prueba funcione con precisión.
Método de carga y descarga
Esta prueba permite medir el factor de potencia en vacío. Proporciona una buena aproximación de los transformadores de alta capacidad y es más fiable que el método de carga real.
Método de la carga equivalente
Esta prueba permite medir el aumento de temperatura de los devanados de un transformador. Utiliza una corriente de cortocircuito calculada para medir el factor de potencia con requisitos de potencia equivalentes. Es esencial probar los transformadores utilizados en aplicaciones industriales en las que la tensión alterna puede ser bastante alta.
Otras pruebas de transformadores
Existen multitud de métodos de prueba de transformadores para medir la resistencia de un transformador a fin de capear y diagnosticar fallos o problemas. Estas pruebas no se consideran pruebas específicas de un técnico, sino que en su mayoría forman parte del programa general de mantenimiento y pruebas del transformador. Por ejemplo, la prueba de pérdida sin carga (NLTL), que comprueba la salida del transformador en valores sin carga. Ninguna otra prueba comprueba la cantidad de pérdida de potencia en un transformador con más precisión que este método.
Preguntas frecuentes
¿Para qué sirven los transformadores?
Los transformadores se utilizan para transformar la tensión y la corriente, según la electricidad utilizada en los sistemas eléctricos. Pueden funcionar como transformadores de aislamiento, autotransformadores, reductores y transformadores elevadores.
¿Cuál es la causa de que se queme un transformador?
Los transformadores se queman debido al sobrecalentamiento provocado por un flujo de corriente excesivo o cortocircuitos. Estas condiciones pueden producirse, entre otras cosas, por conexiones deficientes y conexiones sueltas en el circuito.
¿Qué hay que hacer cuando arde un transformador?
Por favor, manténgase alejado de él, ya que podría explotar. Retira cualquier material combustible que haya cerca y espera a que vengan los bomberos a apagar las llamas.
