Cuidado con el sobrecalentamiento de los transformadores eléctricos

Durante un trabajo de rutina en una gran planta industrial, un técnico de mantenimiento eléctrico colocó una pequeña maleta de plástico encima de un transformador cercano. Minutos más tarde, cuando quiso tomarla, se dio cuenta que se había comenzado a derretir, lo que era una señal inequívoca de que el transformador estaba operando bastante por encima de su rango normal de temperatura.

El técnico tomó algunas lecturas con su DMM (Multímetro Digital), pero la lectura numérica del rms (valor eficaz) no reveló el problema. Sospechando que el transformador estaba sobrecargado, buscó un analizador de calidad de energía trifásico para calcular la energía aparente y ver qué revelaba la herramienta.

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En primer lugar, y tras verificar que las conexiones correspondían al diagrama eléctrico de la planta, el técnico buscó distorsiones en la señal eléctrica y descubrió que, efectivamente, las formas de onda estaban distorsionadas. Luego, comparó el kVA calculado por el analizador, al nominal, que aparecía en la placa del transformador. Claramente, el transformador estaba operando en una condición de alta sobrecarga (>50%), lo que revelaba que también existía un problema de armónicos.
Energía
En algunos casos, verificar el correcto funcionamiento de un transformador eléctrico incluye medir diversos parámetros eléctricos para confirmar la presencia de dañinas perturbaciones eléctricas, como los armónicos.

Los armónicos se originan de cargas que generan corrientes no lineales, como variadores de frecuencia, equipamiento de alimentación DC, e incluso computadores y otros equipos de oficina. Cuando estas corrientes armónicas viajan a través de la impedancia del sistema, distorsionan las señales sinodales del voltaje. La Distorsión Armónica Total (o THD, del inglés “Total Harmonic Distortion”) -que mide la acción combinada de todos los armónicos (en múltiples frecuencias) presentes, comparadas al sistema total- no debería superar el 5%. Sin embargo, la lectura, en este caso, era demasiado alta, promediando un 13,8% en todas las fases.

Entonces, el técnico efectuó la lectura en vatios (W) para tener una idea de cuál era el factor K de reducción (o derrateo) del transformador, que mide los efectos del calentamiento de los armónicos en las cargas y las pérdidas del transformador. Es así como K-1 es el valor de referencia de un transformador estándar, mientras que K-4 sería cuatro veces el calentamiento “normal”. Los transformadores clasificados con un factor K se han diseñado específicamente para soportar armónicos.

El derrateo es una forma de calcular la carga real que un transformador puede soportar cuando hay armónicos. Por ejemplo, mientras que un transformador puede tener una capacidad nominal de 150 kVA, los armónicos la reducirían a una disponibilidad de carga de 75 kVA. Cuantos más altos sean los armónicos, menos eficaz es el transformador y menos corriente puede soportar, ya que los armónicos compiten por la potencia total. En este caso, la combinación de la carga del cliente y los armónicos había desembocado en un transformador sobrecargado.

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Así que, ¿eran los armónicos demasiado altos o el transformador era insuficiente? El técnico comenzó por localizar la carga. La THD y el factor K son más desfavorables en la carga en comparación con cualquier otro punto del sistema de distribución. Esto se debe a que la impedancia de generación tiene su valor máximo en la carga y la impedancia de generación es lo que hace aumentar la THD y el factor K.

Se dio cuenta de que, mientras la planta se había actualizado con una amplia variedad de tecnologías electrónicas y eléctricas cargadas de armónicos, todo el sistema eléctrico seguía preparado para admitir la carga eléctrica original, de 75 años de antigüedad.

Conclusión

Con los niveles de armónicos y las cifras de carga recopilados por el analizador de calidad eléctrica, el técnico acudió con el jefe de planta y le recomendó un nuevo transformador de factor K diseñado para admitir la carga real del área de producción.

Mientras tanto, le sugirió transferir parte de la carga de corriente a otros transformadores o alternar la base de tiempos de las cargas. Asimismo, recomendó que se realizaran mediciones regulares de los armónicos y la impedancia del sistema. El nuevo transformador no se sobrecalentaría, pero dada la gran cantidad de armónicos del sistema, deberían realizar un seguimiento constante de la distorsión armónica total en toda la planta.

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