Transformadores eléctricos: fallos comunes y cómo solucionarlos

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Ricardo Aranda, Jefe de obras en Cuerva
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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.

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, los transformadores eléctricos 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: 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
    • 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.

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 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.

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

Para evaluar el estado de los transformadores eléctricos, se pueden realizar una serie de pruebas . A continuación, exponemos algunas de las más habituales:

  • Pruebas de factor de potencia: son importantes para evaluar la condición del aislamiento eléctrico del transformador.
  • Prueba de circuito abierto: se realiza para identificar posibles problemas en el núcleo.
  • Prueba de cortocircuito: gracias a este test, se detecta si hay problemas en los devanados.
  • Medición de la resistencia de los devanados: esta prueba se dirige a identificar problemas en los devanados, como conexiones defectuosas o devanados dañados, mediante la medición de la resistencia eléctrica.

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.

En Cuerva , contamos con más de 80 años de experiencia en el sector eléctrico y nos hemos consolidado como expertos en el diseño, construcción, operación y mantenimiento de todo tipo de infraestructuras eléctricas y energéticas. Acometemos tanto proyectos personalizados full ECP de instalaciones eléctricas como planes integrales de mantenimiento predictivo, preventivo, correctivo y gestión de revisiones periódicas.

Comprendemos las complejidades del sector, por lo que podemos ayudarte a garantizar la vida útil de los equipos con un plan personalizado. Ponte en contacto con nosotros y estaremos encantados de revisar tu situación actual para ofrecerte un análisis sin compromiso para sacar el máximo rendimiento a tus instalaciones.

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Sobre el autor

Ricardo Aranda, Jefe de obras en Cuerva
Ricardo se unió a Cuerva en septiembre de 2021 como jefe de obras, donde se encarga tanto la gestión de obras que van a ser ejecutadas como la gestión de trabajos de operación y mantenimiento (O&M) en instalaciones fotovoltaicas y de media tensión. Es Graduado en Ingeniería Electrónica Industrial por la Universidad de Almería y actualmente cursa un Máster en Inteligencia Artificial por la UNIR.
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