Un transformador de distribución bien cuidado dura 30–40 años. Mal cuidado, la mitad. Los enemigos son el calor, la humedad y el oxígeno, que degradan el aislamiento de papel y el aceite. Lo bueno es que el propio transformador da avisos: el aceite, que lo rodea todo, arrastra consigo la «huella» de lo que le ocurre por dentro. Leerla es el trabajo del mantenimiento predictivo.
Qué se controla
- Análisis de gases disueltos (DGA) en el aceite.
- Relé Buchholz y protecciones mecánicas.
- Ensayos físico-químicos del aceite.
- Temperaturas (aceite y devanado).
- Medidas eléctricas (aislamiento, relación de transformación, resistencia de los devanados): véase medida de aislamiento.
Análisis de gases disueltos (DGA)
Cuando el aceite o el papel se degradan por calor o descargas, se rompen sus moléculas y se generan gases que se disuelven en el aceite. Se toma una muestra, se extraen los gases y se analizan por cromatografía. Cada tipo de falta produce una mezcla característica:
| Gas | Origen típico |
|---|---|
| Hidrógeno (H₂) | Descargas parciales (corona) |
| Metano (CH₄) y etano (C₂H₆) | Sobrecalentamiento a baja temperatura del aceite (< 300 °C) |
| Etileno (C₂H₄) | Sobrecalentamiento a alta temperatura (> 300 °C) |
| Acetileno (C₂H₂) | Arco eléctrico (el gas más grave) |
| Monóxido y dióxido de carbono (CO, CO₂) | Degradación del papel (sobrecalentamiento de la celulosa) |
Interpretación
- Concentración y velocidad de crecimiento: un gas por encima de unos límites de referencia, o que crece rápido entre muestras, es el aviso.
- Relaciones entre gases: la norma IEC 60599 y el triángulo de Duval (que representa los porcentajes de metano, etileno y acetileno) ayudan a clasificar el tipo de falta: descarga parcial, descarga de baja o alta energía, falta térmica de distinta temperatura.
- El acetileno en cantidad apreciable es siempre motivo de alarma: indica un arco interno.
La frecuencia de las muestras depende de la importancia del transformador: anual en uno de distribución, semestral o continua (monitor en línea) en uno crítico.
El relé Buchholz
En transformadores con depósito de expansión (conservador), el relé Buchholz se instala en el tubo entre la cuba y el conservador. Detecta dos tipos de eventos:
- Alarma (1.er elemento): una falta leve (sobrecalentamiento, descarga parcial) genera gas, que sube y se acumula en el relé, desplazando el aceite; un flotador cierra un contacto de alarma.
- Disparo (2.º elemento): una falta fuerte (arco) produce una corriente brusca de aceite hacia el conservador, que mueve una paleta y provoca el disparo del transformador.
Además, el gas acumulado se puede analizar in situ (su color y su inflamabilidad orientan sobre el tipo de falta). Los transformadores sin conservador (herméticos, de llenado integral) usan relés de presión, relés DGPT2 (gas, presión y temperatura) y válvulas de sobrepresión.
Ensayos del aceite
Además de los gases, se miden:
- Rigidez dieléctrica (tensión de ruptura): disminuye con la humedad y las partículas. Un aceite nuevo supera ampliamente los 60 kV; un valor en servicio por debajo de unos 30–40 kV exige filtrar y secar el aceite.
- Contenido de agua (Karl Fischer): la humedad acelera el envejecimiento del papel.
- Índice de acidez: crece con la oxidación del aceite.
- Tangente delta del aceite y tensión interfacial: indican contaminación y envejecimiento.
- Furanos en el aceite: son un producto de degradación del papel y permiten estimar su grado de polimerización (el estado real de la celulosa, que determina la vida del transformador).
- Contenido de PCB (en transformadores antiguos), regulado por normativa ambiental específica.
La temperatura y el envejecimiento
El papel que aísla los devanados es la parte que decide la vida del transformador, y su envejecimiento depende sobre todo de la temperatura del punto más caliente del devanado. La guía de carga IEC 60076-7 da una ley sencilla para el papel normal: la velocidad relativa de envejecimiento es
V = 2^((θ_h − 98) / 6)
con θ_h la temperatura del punto caliente (°C). A 98 °C, el envejecimiento es el nominal (V = 1); por cada 6 °C más, se duplica.
Ejemplo: un transformador que trabaja la mayor parte del tiempo con el punto caliente a 110 °C envejece a V = 2^(12/6) = 4 veces la velocidad nominal: una vida prevista de 30 años se reduce a unos 7–8 años. Al contrario, si trabaja a 86 °C, V = 0,25.
Por eso importa la temperatura de funcionamiento: una sobrecarga puntual en invierno no importa, pero una sobrecarga sostenida en verano sí. El punto caliente se estima sumando a la temperatura del aceite en la parte alta un gradiente que depende de la carga, y se mide con sondas de fibra óptica o con imágenes térmicas del devanado (imagen térmica).
Otras tareas de mantenimiento
- Inspección visual: fugas de aceite, estado de aisladores, nivel de aceite, pintura y corrosión, sílica-gel del respirador (color).
- Termografía de conexiones y radiadores.
- Revisión del cambiador de tomas (en carga o en vacío), una de las partes con más averías en transformadores grandes.
- Comprobación de las protecciones (Buchholz, termómetros, relé de presión) y de la protección diferencial.
- Revisión de la puesta a tierra de la cuba y del neutro.
Resumen
- El DGA es el análisis más informativo: H₂ (descargas parciales), C₂H₂ (arcos), C₂H₄ (alta temperatura), CO y CO₂ (papel).
- El Buchholz vigila gas (alarma) y flujo de aceite (disparo).
- El papel envejece según la temperatura: cada 6 °C duplican la velocidad.
- La tendencia de los resultados pesa más que un valor aislado.
Contenido orientativo: los criterios de interpretación de gases y los límites de los ensayos del aceite proceden de normas internacionales (IEC 60599, IEC 60422, IEC 60076-7) y de la práctica habitual; los límites aplicables dependen de la tensión y la potencia del transformador y de su plan de mantenimiento.