Fallas Comunes y Manejo de Transformadores de Distribución a Nivel Global

Los transformadores de distribución y sus equipos auxiliares, durante su operación a largo plazo, están sujetos a diversos factores como estrés eléctrico, térmico, mecánico, químico y ambiental, lo que lleva a un deterioro gradual de su condición. Cuando esta condición se degrada hasta cierto punto, afecta la operación segura del transformador. Las fallas se pueden clasificar en internas (dentro del núcleo/aislamiento/devanados del transformador) y externas (en equipos auxiliares). Su gravedad varía; las fallas leves permiten la operación continua con medidas de mitigación y monitoreo, mientras que las fallas graves requieren una parada inmediata para evitar daños mayores. Un diagnóstico preciso y un manejo adecuado son cruciales, requiriendo personal experimentado.

I. Sonidos Anormales en el Transformador

1. Sonido agudo: Causado por falla a tierra monofásica en la red o sobretensión por resonancia.

2. Sonido aumentado intermitente ("wa-wa" o "ge-ge"): Arranque de grandes cargas motoras o presencia de cargas con armónicos (hornos de arco, rectificadores de silicio).

3. Zumbido alto y grave ("weng-weng"): Indicativo de sobrecarga.

4. Ruido metálico irregular o como "martilleo": Partes internas sueltas (tornillos del núcleo, objetos extraños).

5. Chisporroteo o crujido ("pi-pa" o "zi-zi"): Contacto interno defectuoso o aislamiento perforado. El sonido varía con la proximidad al punto de falla.

6. Estallidos ("pi-pa" fuerte): Flujo de alta corriente de cortocircuito o falla a tierra en el sistema.

7. Ronroneo irregular: Resonancia ferromagnética en el sistema.

II. Sobrecalentamiento del Transformador

El sobrecalentamiento es extremadamente dañino, degradando el aislamiento y reduciendo drásticamente la vida útil (la Regla de los 6°C: por cada 6°C por encima de 80-140°C, la vida útil del aislamiento se reduce a la mitad).

• Límites de temperatura clave (IEC/GB):

  • Elevación de temperatura promedio del devanado: 65K

  • Elevación de temperatura del aceite superior: 55K

  • Punto caliente del devanado: ≤ 140°C (diseño típico: 130°C)

• Causas y Diagnóstico:

  1. Sobrecalentamiento General:

     • Sobrecarga: Verificar instrumentos. Si todos los indicadores de temperatura son consistentes y el sistema de refrigeración está bien, manejar como sobrecarga.

     • Falla en Sistema de Refrigeración: Reparar inmediatamente. Si no es posible, reducir la carga según la capacidad de refrigeración restante.

     • Error del Sensor de Temperatura Remoto: Si la alarma es alta pero las lecturas locales son normales y no hay otros síntomas, verificar el circuito de medición remoto.

  2. Sobrecalentamiento en una Fase (Transformador Trifásico):

     • Si la temperatura de una fase es significativamente más alta que las otras bajo las mismas condiciones, y la refrigeración es normal, indica una falla interna.

     • Acción Inmediata: Notificar a personal especializado para realizar un Análisis Cromatográfico de Gases (DGA) del aceite.

     • Si el DGA confirma una falla interna, o la temperatura sigue subiendo, retirar el transformador de servicio según los procedimientos.

• Causas Principales de Sobrecalentamiento Interno:

  • a) Conexiones internas flojas/faulty.

  • b) Cortocircuito entre espiras (devanado).

  • c) Cortocircuito en el núcleo o corrientes parásitas anormales.

III. Cambio Significativo en el Color del Aceite Aislante

El aceite puede absorber humedad y oxígeno del aire, formando óxidos ácidos que corroen metales y aislamiento, reduciendo la rigidez dieléctrica y pudiendo causar descargas internas (flashover) o perforación.

IV. Eyección de Aceite desde el Conservador o Tubo Antiexplosión

Causado por una falla interna grave o cortocircuito externo con falla de protecciones, generando gases y calor que aumentan la presión internamente, forzando la eyección de aceite. Esto puede activar la protección de gas (Buchholz).

V. Desbalance de Tensión Trifásica

1. Carga trifásica desequilibrada, causando desplazamiento del punto neutro.

2. Resonancia ferromagnética en el sistema.

3. Cortocircuito local entre espiras o capas en un devanado.

VI. Activación de las Protecciones (Relés)

Indica generalmente una falla interna. El Relé de Gas (Buchholz) es la protección principal.

1. Alarma de Gas (Buchholz - Nivel Ligero):

   • Entrada de aire (durante mantenimiento, filtrado, fugas).

   • Descenso lento del nivel de aceite (por enfriamiento o fuga menor).

   • Falla interna incipiente que genera pequeñas cantidades de gas.

   • Falla en el circuito secundario del relé.

2. Análisis del Gas en el Relé Buchholz:

   • Gas No Inflamable, Incoloro, Inodoro (Oxígeno >16%): Aire. El transformador puede continuar en servicio. Investigar la fuente de entrada de aire.

   • Gas Inflamable: Indica falla interna. El color ayuda a diagnosticar:

     • Amarillo, No Inflamable (Alto CO): Degradación de aislamiento de madera.

     • Gris/Negro, Inflamable (H₂ <30%, olor a aceite quemado): Sobrecalentamiento o descarga (flashover) en el aceite.

     • Gris Claro, Inflamable, Olor Pungente: Degradación de aislamiento de papel o cartón.

   • Análisis Cromatográfico de Gases (DGA): Para diagnóstico preciso.

     • Hidrógeno (H₂) + Hidrocarburos aumentan bruscamente: Sobrecalentamiento de partes metálicas (ej. selector de derivaciones).

     • Monóxido (CO) + Dióxido de Carbono (CO₂) aumentan bruscamente: Sobrecalentamiento de aislamiento sólido (papel, madera).

     • **H₂ + Hidrocarburos + Alto Acetileno (C₂H₂): Falla por descarga (cortocircuito entre espiras, múltiples puestas a tierra del núcleo).

VII. Flashover y Explosión de Bushings (Aisladores)

1. Sellado defectuoso, permitiendo la entrada de humedad y deterioro del aislamiento.

2. Descargas internas en los espacios aislantes de bushings capacitivos.

3. Contaminación superficial severa, grietas o fragmentos, causando camino de fuga y flashover.

VIII. Fallas en el Selector de Derivaciones (Tap Changer)

• Síntomas: Sonido de "zi-zi" en la cuba, oscilación del amperímetro, posible alarma de gas, disminución del punto de inflamación del aceite.

• Causas:

  1. Presión de contacto insuficiente, desgaste, superficie de contacto inadecuada.

  2. Contacto pobre, incapaz de soportar corrientes de cortocircuito.

  3. Error de manipulación durante el cambio de derivación.

  4. Distancia inter-fase insuficiente o falla de aislamiento.

• Acción: Realizar DGA inmediatamente. Si se confirma la falla, cambiar a una derivación en buen estado.

• Prevención durante Mantenimiento:

  • Medir la resistencia óhmica (DC) de todas las derivaciones. La diferencia entre fases no debe exceder el 2%.

  • Verificar que el indicador externo coincida con la conexión interna real.

  • Girar el mecanismo >10 veces antes de posicionarlo en una nueva derivación para limpiar contactos.

IX. Fallas en el Sistema de Refrigeración

Un sistema de refrigeración defectuoso impide la disipación adecuada del calor, evitando la operación a plena carga o sobrecarga. Nota: Los devanados y el núcleo se calientan mucho más rápido que el aceite. Un ligero aumento en la temperatura del aceite puede ocultar un sobrecalentamiento severo interno.

• Fallas Comunes y Manejo:

  1. Falla de Alimentación: Fusibles quemados, cables sueltos/rotos. Restaurar la energía. Si es crítico, usar una fuente temporal mientras se repara la falla permanente.

  2. Falla Mecánica: Motores, cojinetes o aspas de ventilador/ bombas de aceite dañados. Requiere reparación o reemplazo.

  3. Falla en el Circuito de Control: Componentes electrónicos dañados, cables sueltos, contactos sucios. Localizar y reparar la falla.