Los transformadores, una de las piedras angulares de cualquier red eléctrica, son componentes esenciales diseñados para permitir la distribución y transmisión eficiente de electricidad a través de varios niveles de voltaje. Normalmente, los transformadores están diseñados para funcionar por debajo de su capacidad nominal, pero hay ocasiones en las que deben funcionar temporalmente en condiciones de sobrecarga. Mientras funcionen dentro de su capacidad de sobrecarga diseñada, es poco probable que ocurran problemas. Si la sobrecarga excede la capacidad nominal de la unidad, naturalmente habrá impactos negativos que comprometerán su condición y vida útil.

Continúe leyendo para obtener más información sobre cuáles son estos diversos efectos y cómo disminuyen la salud de un transformador.

¿Qué es la sobrecarga del transformador?

Una sobrecarga ocurre cuando la carga de un transformador excede su clasificación nominal, es decir, está sujeto a corrientes y/o voltajes que van más allá de sus especificaciones de diseño. Una sobrecarga siempre hace que el transformador experimente temperaturas de funcionamiento más altas, lo que resulta en todo tipo de desgaste acelerado que, en última instancia, reduce la vida útil de la unidad. Y a diferencia de los motores que pueden revitalizarse medianterebobinado de motor eléctrico, es posible que un transformador que se sobrecarga con frecuencia no se repare fácilmente y, a menudo, requerirá un reemplazo completo.

Estas condiciones de sobrecarga pueden ocurrir por diversas razones, tales como contingencias en líneas de transmisión o instalaciones que optan deliberadamente por sobrecargar el transformador. Este último caso muchas veces surge por razones de confiabilidad o económicas, es decir, para ganar tiempo para mitigar los escenarios de contingencia mencionados anteriormente y evitar apagones o mantener las demandas de carga de los clientes. En estos eventos, incitar a los transformadores a utilizar entre un 25% y un 50% más de su esperanza de vida se considera un sacrificio necesario.

Alternativamente, puede ser causado por fallas o fallas en otras áreas del sistema eléctrico. Dado que estos sistemas son inherentemente complejos, siempre habrá un riesgo de falla, independientemente de qué tan bien estén diseñados. Aquí es donde entra su equipo de protección para identificarfallas del transformadory aislar los elementos defectuosos del resto del sistema. Como resultado, el flujo de energía busca nuevas formas de satisfacer la demanda de carga establecida, y las unidades transformadoras que se ubican en dichos caminos corren el riesgo de experimentar condiciones de sobrecarga.

Principales consecuencias de la sobrecarga

1. Sobrecalentamiento

Los transformadores que operan más allá de su capacidad nominal tienen más corriente fluyendo a través de sus devanados, lo que resulta en un aumento significativo de la temperatura. El calor adicional generado daña varios componentes de la unidad, como el aislamiento, y acelera su envejecimiento y degradación, lo que en última instancia disminuye el rendimiento general y, finalmente, provoca una falla. Además, las temperaturas más altas también afectan a laaceite aislante para transformadoresy disminuye su eficacia.

2. Desgaste acelerado y daños al aislamiento

La salud y la vida útil de un transformador están directamente relacionadas con el estado de sus materiales aislantes. Estos materiales sufren un mayor desgaste cuando los transformadores funcionan a su máxima capacidad durante períodos prolongados, lo que reduce su vida útil efectiva. Cada vez que el transformador excede su capacidad de carga, las tensiones internas se agravan y el riesgo de averías (que pueden provocar cortocircuitos internos) aumenta significativamente. En última instancia, se producirán ciclos de mantenimiento más cortos y paradas más frecuentes para reparaciones o reemplazo de componentes, lo que generará costos más altos.

3. Eficiencia reducida

La eficiencia del transformador está determinada por la cantidad de energía que la unidad puede convertir sin pérdidas. Cuando un transformador se sobrecarga, se pierde más energía en forma de calor. Este desperdicio de energía no sólo estresa aún más al transformador sino que también aumenta los costos operativos. El núcleo y los devanados pierden su capacidad de funcionar de manera eficiente, lo que genera un consumo de energía adicional. Los operadores notarán un mayor consumo de energía y un rendimiento operativo reducido, ya que los equipos que dependen del transformador experimentan inestabilidad o irregularidades en el voltaje.

4. Caídas de voltaje

Los transformadores sobrecargados a menudo tienen dificultades para mantener niveles de voltaje estables. El aumento de corriente a través de los devanados provoca caídas de voltaje, lo que significa que la salida de voltaje del transformador es menor que el nivel requerido para los equipos posteriores, lo que resulta en un mal funcionamiento o un funcionamiento ineficiente de los dispositivos conectados. Los equipos sensibles pueden funcionar por debajo de su capacidad o no arrancar, y pueden ocurrir sobretensiones cuando el sistema intenta compensar el bajo voltaje, causando más daños al equipo. Este problema se vuelve más preocupante cuando se utilizan equipos que dependen de niveles de voltaje precisos, como computadoras, dispositivos médicos o sistemas automatizados, ya que pueden volverse poco confiables o dañarse.

5. Paradas o fallas frecuentes

Cuando un transformador se empuja regularmente más allá de su límite de diseño, es más propenso a fallas o paradas repentinas debido a las tensiones ejercidas sobre sus sistemas internos. Los disyuntores o mecanismos de seguridad se activarán para evitar daños mayores. Las paradas no planificadas afectan la distribución de energía y provocan cortes en sistemas críticos que dependen del transformador. Las fallas pueden causar daños temporales o permanentes a dichos sistemas, interrumpiendo las operaciones industriales o la estabilidad de la red.

Otros riesgos de sobrecarga

Más allá de los problemas enumerados anteriormente, existen otros riesgos relacionados con la sobrecarga del transformador, a saber:

Formación de burbujas de gas a partir del aislamiento adyacente a las partes metálicas estructurales y conductores aislados que pueden disminuir la rigidez dieléctrica del transformador.

Capacidad de resistencia a cortocircuitos reducida debido al deterioro temporal de las propiedades mecánicas del transformador debido a temperaturas más altas.

Fallas dieléctricas o mecánicas causadas por la expansión térmica de piezas estructurales, conductores y materiales aislantes.

Presión de montaje en los casquillos, lo que puede provocar pérdida de aceite, fugas en las juntas y fallas dieléctricas extremas.

Posibilidad de que el aceite se expanda en el tanque cuando la temperatura superior del aceite excede los límites estándar.

La regulación de voltaje del transformador puede aumentar debido a la mayor carga de energía y posiblemente al bajo factor de potencia de retraso.

Conclusión

La sobrecarga de un transformador tiene graves implicaciones para su salud y rendimiento. Cuando un transformador opera más allá de su capacidad nominal, corre el riesgo de sobrecalentamiento, disminución de la eficiencia y envejecimiento prematuro. Con el tiempo, pueden ocurrir daños en el aislamiento y degradación del núcleo, lo que lleva a reparaciones costosas o fallas totales.