Armónicos elevados? Su transformador puede estar sobrecalentándose y envejeciendo rápidamente.

Este informe se basa en el análisis de los datos de monitoreo de la calidad del suministro eléctrico de un día de su sistema de distribución. Los datos muestran que existe una distorsión armónica significativa de la corriente trifásica en el sistema (con un alto nivel de distorsión armónica total de la corriente, THDi). De acuerdo con las normas internacionales (IEC/IEEE), las corrientes armónicas a este nivel han planteado riesgos sustanciales para la operación segura, confiable y económica del transformador de suministro, manifestándose principalmente en la generación de calor adicional, reducción de la vida útil e incluso daño al transformador.

1. Resumen de los Datos de Prueba

• Parámetro Monitoreado: Distorsión Armónica Total de la Corriente Trifásica (A THD[50] Avg [%] L1, L2, L3)

• Duración del Monitoreo: 4:00 p.m. del 8 de septiembre de 2025 a 8:00 a.m. del 9 de septiembre de 2025 (Hora de Ruanda)

Fuente de Datos: FLUKE 1732 Power Logger

• Durante el período de monitoreo, la distorsión armónica total de la corriente trifásica (THDi) se mantuvo en un nivel alto (por ejemplo, consistentemente alrededor del 60%).

• Este nivel armónico supera significativamente el rango de buena práctica recomendada (THDi < 5%) y el rango general permitido (THDi < 8%) para sistemas de distribución especificados en normas internacionales como IEEE 519-2014 y IEC 61000-2-2.

2. Mecanismo del Impacto de las Corrientes Armónicas en los Transformadores (Análisis del Problema)

Los transformadores están diseñados basándose en una corriente sinusoidal pura de 50 Hz. Las corrientes armónicas (especialmente las 3ª, 5ª y 7ª armónicas) causan dos problemas principales:

• Pérdida de Corriente de Foucault Duplicada: La pérdida de corriente de Foucault en los devanados del transformador es proporcional al cuadrado de la frecuencia de la corriente. Las corrientes armónicas de alta frecuencia llevan a un aumento agudo en la pérdida de corriente de Foucault, superando con creces el valor de diseño basado en la corriente fundamental.

• Generación Adicional de Calor y Estrés Térmico: Las pérdidas adicionales mencionadas se convierten en calor, resultando en aumentos anormales de temperatura en los devanados y núcleos de hierro del transformador.

3. Evaluación de Riesgos Basada en Normas Internacionales

De acuerdo con las disposiciones de IEC 60076-1 y IEEE Std C57.110 sobre la operación de transformadores bajo corriente no sinusoidal, los principales riesgos que el nivel actual de corrientes armónicas supone para su transformador incluyen:

• Riesgo 1: Envejecimiento Acelerado del Aislamiento y Reducción Severa de la Vida ÚtilLa vida útil de un transformador se determina directamente por su temperatura de operación. La regla general indica que por cada aumento continuo de 6-10°C en la temperatura del devanado, la tasa de envejecimiento del aislamiento se duplica, y la vida útil esperada del transformador se reduce a la mitad. El sobrecalentamiento a largo plazo hará que el aislamiento del transformador se vuelva frágil, lo que eventualmente llevará a fallos de ruptura.

• Riesgo 2: Reducción de la Capacidad Real de Carga (Se Requiere Derating)Para evitar el sobrecalentamiento, el transformador no puede operar a su capacidad nominal bajo el nivel actual de corrientes armónicas. Según el método de cálculo en IEEE Std C57.110, el transformador debe ser derateado (por ejemplo, cuando THDi es 12%, el factor de derating puede necesitar ser 0.92 o inferior). Esto significa que un transformador con una capacidad nominal de 1000 kVA puede tener una capacidad real de carga segura menor a 920 kVA, limitando el potencial de expansión de la capacidad del sistema.

• Riesgo 3: Aumento del Campo Magnético del TransformadorSegún la fórmula de fuerza electromotriz Et = 4.44 ⋅f⋅Φm (donde f es la frecuencia), las armónicas generan flujo magnético de alta frecuencia, que induce corrientes de Foucault significativas en los conductores de los devanados, lo que lleva a puntos calientes locales y sobrecalentamiento. La sobrefrecuencia de las armónicas actúa como un "amplificador" —incluso si la amplitud del flujo magnético armónico Φmh es pequeña, su característica de alta frecuencia amplificará la fuerza electromotriz inducida entre vueltas por h veces. Esta fuerza electromotriz amplificada se aplica al aislamiento del devanado, especialmente a las primeras vueltas del bobinado, causando sobretensión local y aumentando enormemente el riesgo de ruptura del aislamiento.