¿Cuáles son los problemas comunes con los devanados de los transformadores y cómo se pueden solucionar?

Devanados del transformadorhacer gran parte del trabajo pesado dentro de un transformador. Transportan corriente, transfieren energía eléctrica y trabajan con el sistema de aislamiento para mantener el transformador funcionando de forma segura. Por eso, cuando algo sale mal con undevanado del transformador, el problema puede agravarse con bastante rapidez.

Los problemas de bobinado pueden deberse a fuerzas de cortocircuito-, sobrecalentamiento, envejecimiento del aislamiento, humedad, defectos de fabricación o incluso manipulación brusca durante el transporte. Algunas fallas aparecen repentinamente, mientras que otras se desarrollan lentamente a lo largo de años de funcionamiento.

La buena noticia es que muchos problemas de bobinado se pueden detectar antes de que se conviertan en una falla importante. Pruebas periódicas y prácticas.consejos de mantenimiento del transformadorpuede marcar una gran diferencia.

Un devanado está expuesto a tensiones eléctricas y mecánicas todos los días. Sin embargo, durante un cortocircuito las fuerzas pueden llegar a ser varias veces mayores que en condiciones normales de funcionamiento. Aquí es cuando a menudo aparecen las debilidades existentes.

Problema con el devanado del transformador	Causa típica	Posible consecuencia	Solución común
Falla en el aislamiento de giro	Sobrecalentamiento, envejecimiento, estrés eléctrico.	Cortocircuito entre-vueltas	Reparar o reemplazar el devanado y el aislamiento dañados.
Deformación del devanado	Fuerzas de cortocircuito-e impacto del transporte	Espacio libre de aislamiento reducido	Inspeccionar y restaurar la geometría del devanado.
inestabilidad radial	Fuerzas electromagnéticas durante fallas.	Pandeo o desplazamiento del devanado	Inspección mecánica y reparación de bobinados.
inestabilidad axial	Fuerzas electromagnéticas axiales	Movimiento de bobinado o compresión.	Correcto soporte de bobinado y sujeción.
Avería del aislamiento principal	Envejecimiento, humedad, contaminación, deformación.	Fallo a tierra o devanado	Secado, reparación de aislamiento o rebobinado.
sobrecalentamiento local	Sobrecarga, mala refrigeración, corrientes armónicas.	Envejecimiento más rápido del aislamiento	Mejorar la refrigeración y comprobar la carga.

Deformación del devanadoes uno de los mas seriosproblemas con el transformador, especialmente después de un cortocircuito de alta-corriente.

En condiciones normales, las fuerzas electromagnéticas dentro de un transformador están bien controladas. Sin embargo, durante una falla, la corriente puede aumentar drásticamente y las fuerzas resultantes pueden empujar o sacar los devanados de su posición original.

Un devanado puede moverse radialmente, desplazarse axialmente, pandearse, inclinarse o comprimirse.A veces el daño es evidente durante una inspección interna. Otras veces, el transformador continúa funcionando y el problema sólo se hace evidente durante las pruebas eléctricas.

Aquí es donde las cosas pueden ponerse complicadas.

Un devanado deformado puede tener espacios libres de aislamiento más pequeños que los diseñados originalmente. Los conductores pueden acercarse entre sí, lo que ejerce una tensión adicional sobre el aislamiento de la espira y el aislamiento principal. Con el tiempo, esto puede provocar un cortocircuito entre-vueltas o incluso una falla del devanado-a-tierra.

Después de un cortocircuito-importante, es una buena idea comprobar el transformador en lugar de simplemente asumir que todo está bien.

Los métodos de diagnóstico comunes incluyenPruebas de resistencia del devanado, pruebas de relación de espiras, análisis de respuesta de frecuencia (FRA) y pruebas de aislamiento..

El aislamiento entre espiras individuales es fino, pero cumple una función muy importante. Si ese aislamiento se rompe, dos o más vueltas pueden conectarse eléctricamente cuando no deberían estarlo.

Esto se conoce como uncortocircuito entre-vueltas.

Al principio, la falla podría afectar sólo a una pequeña sección del devanado. Es posible que el transformador todavía parezca funcionar normalmente, lo que puede hacer que el problema sea fácil de pasar por alto. Pero las espiras en cortocircuito pueden transportar una corriente circulante elevada y generar un calor local significativo.

Ese calor daña más aislamiento, lo que puede hacer que el problema original crezca rápidamente.

Fallo en el aislamiento del devanadopuede ser causado por sobrecalentamiento-a largo plazo, envejecimiento del aislamiento, humedad, movimiento mecánico, descarga parcial, tensión eléctrica excesiva o daño físico.

La reparación depende de lo que encuentren los ingenieros. Si el daño está muy localizado, en ocasiones se pueden reparar los componentes del aislamiento o del devanado. Si el conductor o el sistema de aislamiento ha sufrido graves daños, el rebobinado suele ser la opción más segura.

Y aquí hay una regla importante: solucionar la causa, no sólo el síntoma. Si el sobrecalentamiento causó la falla del aislamiento, también es necesario abordar el problema de enfriamiento o carga.

Los devanados del transformador también dependen deaislamiento principalpara separar el devanado del núcleo, el tanque, otros devanados y componentes conectados a tierra.

A medida que el aislamiento envejece, su resistencia eléctrica y mecánica puede disminuir. La humedad empeora las cosas, especialmente en los transformadores-inmersos en aceite. El aceite aislante contaminado o degradado también puede reducir el rendimiento dieléctrico general.

La deformación del devanado es otra causa potencial. Si el devanado se mueve después de un cortocircuito, las distancias de aislamiento pueden ser menores de lo previsto. Eso crea tensión eléctrica adicional y aumenta la posibilidad de rotura del aislamiento.

Dependiendo de la condición, las reparaciones pueden implicar el tratamiento del aceite del transformador, el secado al vacío, el reemplazo de componentes de aislamiento, la reparación del devanado o el rebobinado completo de la sección dañada.

Un devanado de transformador severamente dañado normalmente debe ser manejado por personal calificado en reparación de transformadores en lugar de mediante una reparación rápida en el campo.

La inestabilidad radial describe un movimiento no deseado de un devanado hacia el centro o alejándose del centro del transformador.

Esto está estrechamente relacionado con las fuerzas de cortocircuito-. Cuando una gran corriente de falla fluye a través de los devanados, fuertes fuerzas electromagnéticas actúan sobre los conductores. Si la estructura mecánica no es lo suficientemente fuerte, el devanado puede doblarse o deformarse.

Por ejemplo, un devanado interior puede ser empujado hacia adentro, mientras que un devanado exterior puede ser forzado hacia afuera. Una vez que el devanado pierde su forma original, su resistencia mecánica también puede verse reducida.

Una segunda avería podría causar aún más daños.

La reparación de la deformación radial depende de su gravedad. Los movimientos menores pueden requerir pruebas e inspecciones detalladas. Deformaciones más graves pueden requerir desmontaje interno, restauración mecánica o reparación del devanado. Si los conductores están muy dañados, puede ser necesario rebobinarlos.

Desde una perspectiva de diseño, son esenciales el soporte adecuado del conductor, los espaciadores, las estructuras de sujeción y los cálculos de cortocircuito-.

La inestabilidad axial es otro problema mecánico común.

En lugar de moverse hacia adentro o hacia afuera, el devanado se mueve a lo largo de su eje vertical.Durante un cortocircuito, las fuerzas electromagnéticas pueden empujar las secciones del devanado hacia arriba o hacia abajo. En algunos casos, las secciones sinuosas pueden comprimirse, estirarse, inclinarse o desplazarse.

Un soporte mecánico débil, una sujeción insuficiente o una pérdida de presión de sujeción con el tiempo pueden aumentar el riesgo.

El movimiento axial no es sólo una cuestión mecánica. Una vez que las secciones sinuosas se mueven, las barreras de aislamiento y los espacios libres también pueden cambiar. Esto eventualmente puede contribuir afallo de aislamiento del devanado.

Durante una inspección, los técnicos pueden verificar la altura del devanado, los bloques finales, los espaciadores, la presión de sujeción y la posición del devanado en relación con otros componentes internos.

El objetivo no es simplemente ajustar todo lo más posible. Demasiada presión de sujeción también puede dañar el aislamiento. La estructura mecánica debe restaurarse de acuerdo con los requisitos de diseño originales del transformador.

No todos los problemas de bobinado comienzan con un cortocircuito dramático.

El sobrecalentamiento es otra causa común de deterioro del devanado. Los transformadores que operan bajo cargas pesadas naturalmente producen más calor, pero una temperatura excesiva también puede ser el resultado de una refrigeración deficiente, radiadores bloqueados, fallas de ventiladores o bombas, temperaturas ambiente altas o corrientes armónicas.

El sobrecalentamiento-a largo plazo acelera el envejecimiento del aislamiento. En los transformadores llenos de aceite-, también puede acelerar el deterioro del aceite y producir gases que pueden detectarse mediante análisis de gases disueltos (DGA).

Cuando un transformador se calienta más de lo esperado, verifique la carga, el sistema de enfriamiento, el estado del aceite, la ventilación y las mediciones de temperatura. Reducir la carga puede ayudar a corto plazo, pero no es una solución permanente si el problema de enfriamiento subyacente persiste.

Un buen mantenimiento consiste en encontrar problemas a tiempo, no en esperar a que falle un transformador.

Prueba de resistencia del devanadopuede revelar diferencias entre fases y puede identificar conductores dañados, conexiones sueltas u otras anomalías en el devanado.

Prueba de relación de vueltas del transformadorcomprueba si la relación de vueltas real coincide con el valor esperado. Los cambios inesperados pueden indicar daños en el devanado o problemas en el cambiador de tomas.

Análisis de respuesta de frecuencia (FRA)Es particularmente útil después de que un transformador ha experimentado un cortocircuito. Los cambios en la firma FRA pueden indicar movimiento o deformación del conjunto del devanado y del núcleo.

Pruebas de resistencia de aislamiento y factor de potencia.puede proporcionar información adicional sobre el estado del aislamiento. Para transformadores-inmersos en aceite, DGA también puede ayudar a identificar sobrecalentamiento, formación de arcos y otros problemas internos.

Ninguna prueba por sí sola cuenta la historia completa. En la práctica, los ingenieros suelen comparar los resultados actuales con los datos de pruebas de fábrica, registros de mantenimiento anteriores y otros resultados de diagnóstico.

Unos sencillos hábitos de mantenimiento pueden evitar muchos problemas de bobinado.

Primero, mantenga bajo control la temperatura del transformador. Evite sobrecargas innecesarias y asegúrese de que los ventiladores, bombas, radiadores y sistemas de ventilación funcionen correctamente.

En segundo lugar, preste atención al aislamiento. Para los transformadores-inmersos en aceite, la buena calidad del aceite y el control de la humedad son especialmente importantes. Las pruebas periódicas del aceite pueden revelar deterioro antes de que se convierta en un problema importante.

La protección contra cortocircuitos-también es importante. Una protección adecuadamente coordinada debería eliminar rápidamente las fallas externas. Cuanto más tiempo esté expuesto un transformador a una corriente de falla alta, mayor será la tensión mecánica en sus devanados.

Y después de una falla importante, no se salte la inspección solo porque el transformador todavía está funcionando. Un devanado puede sufrir daños mecánicos sin mostrar ningún síntoma externo evidente.

Tampoco se deben pasar por alto el transporte y la instalación. Los impactos fuertes durante el transporte pueden desplazar los componentes internos, mientras que una instalación inadecuada puede introducir tensión mecánica adicional.

No existe una respuesta única-talla-que se ajuste-a todos. La decisión de reparación depende del tipo y magnitud del daño.

Condición	Acción recomendada
Deterioro menor del aislamiento	Secado, tratamiento con aceite o reparación de aislamiento.
Daño localizado en el devanado	Reparación especializada de bobinados
Deformación mecánica moderada	Inspección interna y restauración mecánica.
Deformación radial o axial severa	Reconstrucción o reemplazo del devanado.
Cortocircuito extenso entre-vueltas	Reemplazo de rebobinado o bobinado
Fallo importante del aislamiento	Reparación importante o reemplazo de bobinado
Daño térmico severo	Evaluación detallada y posible rebobinado

La clave es entender por qué falló el devanado en primer lugar. Reemplazar un devanado dañado sin corregir el problema original es buscar problemas.

Por ejemplo, si una sobrecarga repetida provocó un sobrecalentamiento, un nuevo devanado eventualmente enfrentará las mismas condiciones.

Las fallas en el devanado del transformador pueden variar desde aislamiento menordeterioro hasta deformaciones mecánicas graves que requieren un reemplazo completo del devanado. Los principales modos de falla incluyen falla del aislamiento de espira, rotura del aislamiento principal, inestabilidad radial e inestabilidad axial.

Las fallas de cortocircuito-merecen especial atención porque pueden producir enormes fuerzas mecánicas dentro del transformador. Incluso cuando el transformador sigue funcionando después, es posible que aún existan deformaciones ocultas en el devanado.

Por eso son tan importantes las pruebas periódicas, la refrigeración adecuada, la gestión del aislamiento, la protección contra cortocircuitos-y las inspecciones oportunas.

En el mundo real, un poco de mantenimiento preventivo ayuda mucho. Al monitorear eldevanado del transformador, verificar resultados de pruebas inusuales e inspeccionar equipos después de fallas importantes, los operadores a menudo pueden detectarproblemas con el transformadorantes de que se conviertan en costosos fracasos.

Para los propietarios de transformadores, contratistas de EPC y equipos de mantenimiento, el enfoque básico es simple: monitorear, probar, investigar y reparar la causa raíz. Generalmente es mucho más barato-y mucho menos estresante-que lidiar con un transformador defectuoso después del hecho.

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