Transformadores eléctricos: definición, tipos y fallos más frecuentes

La electricidad es uno de los recursos más valiosos y necesarios en la sociedad moderna, y los transformadores eléctricos juegan un papel silencioso, pero crucial, a la hora de garantizar su uso eficiente y seguro en diversos ámbitos. De hecho, la inteligencia artificial está permitiendo diseñar transformadores eléctricos más pequeños, eficientes y seguros de manera más rápida

Gracias a ellos, podemos distribuir y transportar la electricidad de forma sencilla y eficaz a largas distancias, así como adaptarla a diferentes aplicaciones, tanto industriales como domésticas. Sin embargo, estos dispositivos pueden experimentar fallos que comprometan la disponibilidad de electricidad o la integridad de la propia red. 

En este artículo, te explicamos qué son y cómo funcionan los transformadores eléctricos, así como cuáles son algunos de los principales fallos en transformadores y cómo solucionarlos.

¿Qué son los transformadores eléctricos y cómo funcionan?

Un transformador de potencia es un dispositivo utilizado en los sistemas de transmisión eléctrica para cambiar los niveles de tensión de la corriente alterna. 

Su función principal es ajustar la alta tensión generada en las plantas de energía a un nivel más bajo y manejable que pueda ser transportado de manera eficiente a través de largas distancias. Una vez que la energía llega a áreas más cercanas a los puntos de consumo, como zonas urbanas o industriales, el transformador de potencia reduce aún más esta tensión para su distribución segura a través de las redes de distribución locales hasta llegar a los hogares y empresas. Esta capacidad de modificar la tensión es esencial para la distribución eficiente, económica y segura de la electricidad, minimizando las pérdidas de energía durante su transmisión.

Principales componentes de los transformadores eléctricos

Entre los principales elementos que conforman los transformadores eléctricos destacan:

• Núcleo magnético: es el corazón del transformador eléctrico y está compuesto típicamente de láminas de acero al silicio apiladas. Su función es proporcionar un camino controlado para el flujo magnético generado en el transformador, lo cual es fundamental para la inducción electromagnética entre los devanados. El diseño del núcleo afecta directamente la eficiencia del transformador, minimizando las pérdidas magnéticas a través de la reducción de las corrientes parásitas y la histéresis.
• Devanado: se trata de enrollamientos de alambre, generalmente de cobre o aluminio, colocados alrededor del núcleo. Existen principalmente dos tipos de devanados: primario y secundario. El devanado primario recibe la energía eléctrica original, y el secundario entrega la energía transformada a la tensión deseada. Los devanados son críticos para la transformación de la tensión y la corriente, operando según el principio de inducción mutua.
• Aisladores y terminales de conexión: los aisladores eléctricos soportan y aíslan eléctricamente los terminales de entrada y salida del transformador. Los terminales permiten la conexión del transformador a las líneas de transmisión y distribución, siendo puntos críticos para la transferencia segura y eficiente de la energía eléctrica.
• Tanque del transformador: es el contenedor externo que alberga el núcleo y los devanados, proporcionando protección física y ayudando en la gestión térmica del sistema. El tanque está lleno de un fluido aislante, típicamente aceite, que ayuda a enfriar el transformador y proporciona aislamiento eléctrico adicional.

Otros componentes de los transformadores eléctricos

Dependiendo del tamaño y finalidad, también puede haber otros componentes como:

• • Cambiador de tomas: su función principal es ajustar la relación de transformación entre los devanados primario y secundario para mantener la tensión de salida dentro de los límites especificados, independientemente de las variaciones en la carga o en la tensión de entrada. Este dispositivo permite adaptar el voltaje suministrado a las necesidades de la demanda energética.
  • Relé de sobrepresión: dispositivo de protección diseñado para monitorear la presión dentro del tanque del transformador. Cuando se detecta una sobrepresión, el relé envía una señal de alarma o actúa para desviar el exceso de presión de manera segura. 
  • Manovacuómetro: mide la presión y el vacío del gas en el tanque del transformador, facilitando la detección temprana de anomalías internas, como el sobrecalentamiento o descargas parciales, esencial para la prevención de fallos en los transformadores.
  • Depósito de expansión: durante la operación del transformador, el aceite se calienta y luego se enfría cuando está inactivo. Estos cambios de temperatura pueden causar que el volumen de aceite varíe, lo que a su vez puede provocar presiones internas dentro del transformador. De este modo, el depósito de expansión actúa como un reservorio adicional de aceite que compensa las fluctuaciones de volumen durante estos cambios de temperatura.
  • Relé de Buchholz y sensores de protección: el relé de Buchholz es un dispositivo de seguridad que detecta y alerta sobre ciertos tipos de fallas internas, como cortocircuitos o fugas de aceite, mediante la captura de gases generados por el arco eléctrico dentro del tanque. Además, otros sensores pueden monitorizar la temperatura, la presión y otros parámetros vitales para la operación segura y eficiente del transformador.
  • Tablero de control: es un panel o un conjunto de dispositivos instalados en el exterior del transformador que permite a los operadores supervisar, controlar y proteger el funcionamiento del transformador para garantizar su operación segura y confiable.

Tipos de transformadores eléctricos.

Si bien todos los transformadores eléctricos se basan en el mismo principio, pueden clasificarse en los siguientes tipos:

• Auto-transformador: utilizan un solo devanado eléctrico que actúa tanto como primario como secundario para transformar voltajes. Esta característica distintiva permite que el autotransformador sea más compacto y coste-efectivo en comparación con los transformadores eléctricos convencionales que utilizan dos devanados separados.
• Transformadores de potencia: como ya hemos mencionado anteriormente, los transformadores de potencia sirven para transformar los valores de tensión de un circuito de corriente alterna sin alterar la potencia. Los transformadores de potencia son esenciales en la generación, transmisión y distribución de electricidad a larga distancia y a través de diferentes niveles de voltaje. Suelen tener una alta capacidad de potencia y pueden operar a voltajes muy altos.
• Transformadores eléctricos de medida: dentro de esta tipología podemos diferenciar entre transformadores de tensión y transformadores de corriente o intensidad.
• Transformadores de tensión: se utilizan para disminuir la magnitud del voltaje en una línea eléctrica, haciéndolo apto para ser medido con precisión por instrumentos estándar. Al reducir el voltaje a niveles más seguros, estos transformadores permiten que los medidores, relés y otros dispositivos operen de manera eficiente y segura.
• Transformadores de corriente o de intensidad: son esenciales para medir la corriente en circuitos eléctricos. Su función principal es reducir la corriente de alta intensidad a niveles más manejables y seguros para su medición precisa. De esta manera, facilitan la tarea de monitorear y controlar la corriente eléctrica en diversos sistemas y aplicaciones.

Cuáles son las aplicaciones más comunes de los transformadores eléctricos en la industria?

A continuación te explicamos las aplicaciones más frecuentes de los transformadores eléctricos en la industria:

1. Distribución de energía interna en plantas industriales.

   Uno de los usos más frecuentes de los transformadores es en la distribución de energía eléctrica dentro de instalaciones industriales. Generalmente, la energía se recibe en alta tensión desde la red general y se transforma en media o baja tensión para alimentar máquinas, iluminación, equipos de climatización y sistemas de control y adaptar el consumo a nivel comercial, asegurando un suministro seguro y eficiente.
   Por ejemplo, en una fábrica de automoción, la energía puede llegar en 30 kV y ser reducida a 400 V mediante un transformador de potencia para alimentar las líneas de producción

2. Transformadores de aislamiento para protección eléctrica

   En muchas industrias se instalan transformadores de aislamiento para proteger equipos sensibles o zonas críticas del sistema eléctrico frente a picos de voltaje u otros problemas de red. Este tipo de transformador separa eléctricamente los circuitos primario y secundario, lo que ayuda a reducir riesgos de descarga y a evitar interferencias electromagnéticas.

3. Adaptación de voltajes para maquinaria importada o específica

   Es habitual que industrias que adquieren maquinaria de otros países se enfrenten a diferencias en los niveles de tensión eléctrica. Para ello, se emplean transformadores de adaptación de voltaje, que permiten operar equipos diseñados para tensiones diferentes a la estándar del propio país.

4. Uso en sistemas de energías renovables industriales

   Los transformadores eléctricos también son esenciales en instalaciones de energías renovables, como parques solares o eólicos conectados a la red. Se utilizan para elevar la tensión generada (normalmente baja o media) a niveles compatibles con la red de transporte o distribución.

5. Alimentación de motores eléctricos de gran potencia

   Los motores eléctricos industriales, como los que se utilizan en sistemas ferroviarios, tranvías y metros, a menudo requieren niveles de tensión y corriente elevados. Los transformadores permiten proporcionarles la energía adecuada y proteger el resto del sistema eléctrico mediante soluciones de distribución eficientes.

6. Reducción de pérdidas en el transporte interno de energía

   En grandes instalaciones, transportar energía a largas distancias puede implicar pérdidas por calentamiento de los conductores. Para minimizar estas pérdidas, se utilizan transformadores elevadores que aumentan la tensión y reducen la corriente, optimizando así el rendimiento del sistema.

7. Transformadores de medida y protección

   Aunque no transforman grandes niveles de potencia, los transformadores de medida (como los de corriente y los de tensión) se emplean para alimentar sistemas de protección, control y medición. Estos dispositivos permiten obtener lecturas precisas sin exponer los equipos electrónicos a altos voltajes o corrientes.

Fallos más comunes en los transformadores eléctricos y cómo solucionarlos

Los fallos en los transformadores están relacionados con sus componentes y pueden surgir debido a problemas eléctricos, mecánicos o de estrés térmico, ocasionados por diferentes condiciones. A continuación, analizamos algunos de los fallos más comunes en transformadores eléctricos:

Sobrecalentamiento

El sobrecalentamiento es uno de los problemas más frecuentes que ocurren en los transformadores eléctricos, el cual puede ser causado por una sobrecarga del transformador, una disipación de calor inadecuada o por un deterioro del aislamiento. El calor excesivo puede dañar los aislamientos internos y acelerar el envejecimiento de otros componentes, reduciendo significativamente la vida útil del transformador.

Para prevenir esta situación, es fundamental realizar un mantenimiento preventivo de los transformadores eléctricos para regular el aceite y los sistemas de aislamiento, asegurar una carga adecuada sin exceder la capacidad nominal, mejorar y mantener sistemas de refrigeración eficientes, y establecer un monitoreo continuo de la temperatura para detectar y corregir anomalías a tiempo.

Fallos en el aislamiento

La degradación del aislamiento ocurre debido al envejecimiento del material aislante, exposición a la humedad, calor excesivo y contaminantes químicos. Esto puede llevar a fallas eléctricas como cortocircuitos y descargas parciales, las cuales comprometen la eficiencia y seguridad del transformador.

Para prevenir este tipo de fallos en transformadores, es necesario llevar a cabo un mantenimiento regular, que incluya pruebas y análisis de aceite para detectar la presencia de contaminantes. También deben revisarse los sistemas de ventilación y realizar inspecciones visuales, junto con otras técnicas, para detectar lo antes posible cualquier fallo en el aislamiento.

Fallos en el núcleo

Los fallos en el núcleo de los transformadores se originan principalmente por daños mecánicos, corrosión y deterioro del aislamiento entre las láminas del núcleo, lo que puede ocurrir durante el transporte, la instalación o debido a condiciones ambientales adversas. Estos problemas aumentan las pérdidas de energía a través de corrientes de Foucault* y pérdidas por histéresis, conduciendo a un sobrecalentamiento del transformador. Consecuentemente, esto reduce la eficiencia y la vida útil del equipo, y en situaciones graves, puede provocar fallos catastróficos que comprometan la operación del transformador y la seguridad del sistema eléctrico.

Al igual que en los casos anteriores, la revisión y mantenimiento periódico del estado de los componentes es crucial en la prevención de este tipo de fallos en transformadores eléctricos.

Las corrientes de Foucault, también conocidas como eddy currents o corrientes parásitas, son corrientes eléctricas que se generan en materiales conductores cuando estos están expuestos a un campo magnético variable o se mueven dentro de un campo magnético constante

Nivel de aceite inadecuado y fallo de refrigeración

Los fallos en un transformador debido a un nivel de aceite inadecuado pueden ser causados por fugas, evaporación o cambios de temperatura que afectan su volumen. 

Un nivel bajo de aceite compromete la capacidad del transformador para disipar calor, aumentando el riesgo de sobrecalentamiento y degradación del aislamiento. Esto puede derivar en la formación de gases por descomposición del aceite, incrementando la presión interna y el riesgo de fallos. Además, si la cantidad de aceite es insuficiente, puede exponer los devanados, llevando a arcos eléctricos y posibles cortocircuitos. Un sistema de refrigeración deficiente empeora estos problemas, al no poder controlar el aumento de la temperatura interna, lo que agrava los riesgos de daño y fallos en los transformadores.

Lo mismo ocurre si fallan otros elementos del sistema de refrigeración , como los ventiladores o intercambiadores de calor. Este tipo de avería provoca un incremento de temperatura y la acumulación de presión del gas, lo que aumenta el riesgo de explosión.

Otras averías comunes

Además de los fallos comunes en los transformadores eléctricos mencionados, cualquier otro componente puede ser susceptible de fallos. Por ejemplo, si los relés de protección o las válvulas de alivio no funcionan correctamente, estos fallos podrían comprometer la integridad del transformador y la seguridad de las instalaciones eléctricas. Estos dispositivos están diseñados específicamente para proteger el transformador ante condiciones anormales, y su fallo puede impedir que actúen adecuadamente en situaciones críticas.

Cómo saber si un transformador está averiado: pruebas técnicas para confirmar los fallos

Detectar fallos incipientes en un transformador eléctrico requiere el uso de técnicas y monitoreo que permitan identificar problemas antes de que se conviertan en averías graves. A continuación explicamos algunos métodos habituales:

1. Análisis de gases disueltos (DGA): Es la técnica más utilizada para diagnosticar fallos incipientes en transformadores llenos de aceite. La presencia de gases como hidrógeno, metano, etano y dióxido de carbono puede indicar anomalías específicas como sobrecalentamiento, descargas parciales o fallas eléctricas.
2. Monitorización de descargas parciales: Las descargas parciales son pequeñas emisiones eléctricas que deterioran progresivamente el aislamiento del transformador. Se detectan mediante emisiones acústicas o ultrasonidos utilizando instrumentación especializada. Este método permite localizar con precisión áreas afectadas dentro del transformador.
3. Pruebas eléctricas como la medición de resistencia en los devanados y pruebas de circuito abierto y cortocircuito, ayudan a identificar problemas estructurales o eléctricos en el núcleo y los devanados.
4. Análisis de respuesta en frecuencia: evalúa la integridad mecánica del núcleo y los devanados mediante la comparación de frecuencias eléctricas antes y después de una posible falla.

Monitoreo térmico: detecta el sobrecalentamiento causado por malas conexiones internas o deficiencias en el sistema de refrigeración para prevenir daños mayores.

Te ayudamos a alargar la vida de tus transformadores eléctricos y del resto de instalaciones

Gran parte de los fallos en transformadores se producen por problemas derivados de malas conexiones o elevadas temperaturas, los cuales pueden ser causados por una variedad de factores. Esto pone de manifiesto que el mantenimiento preventivo y realizar inspecciones regulares son la mejor solución para alargar la vida de los transformadores eléctricos y asegurar su funcionamiento eficiente y seguro.

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Publicado originalmente el 21 de mayo de 2024 y actualizado el 5 de junio de 2025.