¿Cuáles son las causas del fallo de los transformadores de voltaje ferromagnéticos en las estaciones de energía renovable?
Por Felix, 15 años en la industria eléctrica
Hola a todos, soy Felix, y he estado trabajando en la industria eléctrica durante 15 años.
Desde mi participación temprana en la puesta en marcha y el mantenimiento de subestaciones tradicionales hasta la actual gestión de operaciones de sistemas eléctricos para múltiples proyectos de energía fotovoltaica y eólica, uno de los dispositivos con los que más frecuentemente me encuentro es el Transformador de Voltaje Electromagnético (PT).
El otro día, un operador de turno en una planta de energía renovable me preguntó:
“Tenemos un transformador de voltaje electromagnético que se sobrecalienta constantemente, hace ruidos extraños y a veces incluso causa malfuncionamientos de protección. ¿Qué está pasando?”
Este es un problema muy común, especialmente en plantas de energía renovable. Como componente clave de medición y protección, una vez que un PT falla, puede causar desde mediciones inexactas hasta desconexiones totales o incluso daños en el equipo.
Hoy quiero hablar sobre:
¿Cuáles son las averías comunes de los transformadores de voltaje electromagnéticos? ¿Por qué ocurren? Y, ¿cómo podemos solucionarlas?
Sin terminología compleja — solo situaciones reales que he encontrado a lo largo de los años. Vamos a echar un vistazo a lo que suele salir mal con este "viejo amigo."
1. ¿Qué es un Transformador de Voltaje Electromagnético?
Comencemos con una visión general rápida de su función básica.
Un transformador de voltaje electromagnético, también conocido como VT o PT, es esencialmente un transformador reductor que convierte un voltaje alto en un voltaje bajo estándar (generalmente 100V o 110V), que se utiliza por instrumentos de medición y sistemas de protección de relés.
Su estructura es relativamente simple: la bobina primaria tiene muchos vueltas y cable fino, conectada al lado de alta tensión; la bobina secundaria tiene menos vueltas y cable más grueso, conectada al circuito de control.
Sin embargo, debido a esta característica estructural, se ve fácilmente afectado por las condiciones de operación, los cambios de carga y los fenómenos de resonancia.
2. Averías Comunes y Análisis de Causas Raíz
Basándome en mis 15 años de experiencia en campo, los tipos de averías más comunes incluyen:
Avería 1: Calentamiento Anormal o Incluso Humo/Quemaduras
Este es uno de los problemas más peligrosos — puede llevar a la degradación del aislamiento o incluso a incendios.
Posibles Causas:
Cortocircuito o sobrecarga en el secundario (por ejemplo, múltiples dispositivos de protección conectados en paralelo sin verificar la capacidad);
Saturación del núcleo (especialmente durante la ferroresonancia);
Envejecimiento del aislamiento o entrada de humedad;
Terminales sueltos causando alta resistencia de contacto y calentamiento localizado.
Caso Real:
Una vez, encontré un PT que se sobrecalentaba seriamente en una estación de elevación fotovoltaica — la termografía infrarroja mostró temperaturas superiores a 120°C. Al desmontarlo, descubrimos que el aislamiento de la bobina secundaria se había quemado. La causa fue una condición de circuito abierto provocada por un interruptor secundario desconectado mientras aún estaba conectado a un medidor de alta impedancia.
Consejos:
Nunca permita que el secundario del PT opere en circuito abierto — aunque no sea tan peligroso como los CT, todavía puede causar distorsión de voltaje y errores de medición;
Use termografía infrarroja regularmente para verificar las temperaturas de los terminales y la carcasa;
Si se detecta calentamiento anormal, detenga inmediatamente para inspección.
Avería 2: Ferroresonancia Causando Fluctuaciones de Voltaje
Este es uno de los problemas más pasados por alto pero peligrosos en plantas de energía renovable.
Síntomas:
Voltaje trifásico desequilibrado;
Voltaje fluctuante arriba y abajo con ruido zumbante;
Malfuncionamientos de protección o desconexiones falsas;
A veces incluso aparecen señales falsas de tierra.
Causa Raíz:
En sistemas no aterrizados o aterrizados con bobina de supresión de arco, cuando la capacitancia línea-tierra se combina con la inductancia de excitación del PT bajo ciertas condiciones, puede ocurrir ferroresonancia;
A menudo se activa durante el conmutado de interruptores, pérdida súbita de voltaje o toma de tierra monofásica.
Caso Real:
En un parque eólico, cada vez que se energizaba el transformador principal, el PT emitía un zumbido y el voltaje del bus fluctuaba salvajemente, incluso disparando incorrectamente el conmutador automático de reserva. Después de la investigación, resultó ser causado por ferroresonancia. Instalar un resistor de amortiguamiento en el delta abierto resolvió el problema.
Sugerencias de Prevención:
Instale dispositivos antirresonantes (como resistores de delta abierto o supresores basados en microprocesadores);
Use PTs antirresonantes (como la serie JDZXW);
Optimice el modo de operación para evitar la operación a largo plazo en no todas las fases;
Durante el mantenimiento de apagado, realice pruebas de curva de magnetización para evaluar la tendencia a la saturación del núcleo.
Avería 3: Baja o Nula Salida de Voltaje Secundario
Estos problemas a menudo afectan la medición y la lógica de protección, y a veces se confunden con fallos de otros dispositivos.
Causas Posibles:
Fusible primario fundido (a menudo después de rayos o eventos de sobretensión);
Fusible secundario fundido o interruptor automático saltado;
Polaridad o relación incorrecta;
Cortocircuitos entre vueltas en las bobinas internas;
Conexiones de terminales oxidadas o sueltas.
Caso Real:
En una estación fotovoltaica, SCADA mostró un voltaje de bus anormalmente bajo. La inspección en el sitio reveló que el fusible primario del PT se había fundido. Reemplazarlo restauró la operación normal. El análisis posterior mostró que fue causado por un aumento de voltaje debido a un rayo cercano.
Pasos de Solución de Problemas:
Verifique primero los fusibles y los interruptores;
Mida los voltajes primarios y secundarios para la consistencia;
Verifique el cableado y la polaridad;
Realice pruebas de relación e inspecciones de resistencia de aislamiento si es necesario.
Avería 4: Descarga Interna o Ruptura de Aislamiento
Esto suele ocurrir en entornos húmedos o altamente contaminados, especialmente en áreas costeras o de gran altitud.
Síntomas:
Olor a quemado o marcas visibles de descarga en la carcasa;
Sonidos chisporroteantes durante la operación;
Resistencia de aislamiento reducida;
En casos graves, explosión o desconexión.
Causas Posibles:
Ingreso de humedad que causa la deterioración del aislamiento;
Acumulación de suciedad o polvo en la superficie que reduce la distancia de arrastre;
Sobrecarga a largo plazo o efectos armónicos;
Defectos de fabricación o daños durante el transporte.
Caso Real:
Un PT instalado cerca de la costa se desconectaba repetidamente durante la temporada lluviosa. La inspección reveló signos claros de descarga interna — la causa raíz fue un mal sellado que permitió la entrada de humedad.
Medidas Correctivas:
Aumente la clasificación de protección (IP54 o superior);
Instale deshumidificadores o calefactores;
Limpieza y secado regulares;
Realice pruebas de aislamiento y descarga parcial antes de la puesta en marcha.
Avería 5: Errores Humanos o Fallos de Conexión
Los errores humanos siguen siendo una causa importante de muchos incidentes.
Errores Comunes Incluyen:
Conmutar aisladores con carga secundaria;
Polaridad invertida causando mediciones incorrectas o mal juicio de protección;
Remoción accidental de cables de tierra que lleva a potenciales flotantes;
Realizar trabajo en vivo sin medidas de seguridad adecuadas.
Caso Real:
Un técnico nuevo reemplazó un fusible secundario de PT sin desconectar la alimentación, causando un cortocircuito — el soporte del fusible se quemó y casi causó lesiones.
Puntos Clave:
Fortalezca la formación y estandarice los procedimientos;
Etiquete claramente el cableado para prevenir errores;
Imponga procedimientos de bloqueo/etiquetado para eliminar el trabajo en vivo;
Asegure un punto de tierra único para todos los circuitos secundarios de PT.
3. Mis Sugerencias y Resumen de Experiencia en Campo
Como veterano de 15 años en el campo eléctrico, siempre digo:
“Aunque pequeño, el transformador de voltaje electromagnético juega un papel crucial en la medición, la medición y la protección.”
Puede que no sea tan notorio como un interruptor de circuito o tan grande como un transformador, pero una vez que falla, puede desencadenar una reacción en cadena.
Así que aquí están mis recomendaciones:
Para la Operación y Mantenimiento Diario:
Inspecciones regulares — escuche sonidos inusuales, huela a quemado y mida la temperatura;
Verifique fusibles, interruptores y la integridad de la tierra;
Registre datos operativos y compárelos con tendencias históricas;
Aumente la frecuencia de inspección antes y después de las temporadas de tormentas eléctricas.
Para el Diagnóstico de Fallas:
Priorice las comprobaciones en los circuitos secundarios y fusibles;
Use multímetros para verificar los niveles de voltaje;
Realice pruebas de resistencia de aislamiento, relación y características de magnetización cuando sea necesario;
Tome medidas inmediatas para suprimir la resonancia si se sospecha.
Para la Selección de Equipos:
Considere factores ambientales (humedad, altitud, niebla salina);
Prefiera PTs antirresonantes;
Elija una capacidad nominal adecuada para evitar sobrecargas a largo plazo;
Deje espacio para redundancia para apoyar futuras expansiones.
4. Pensamientos Finales
Aunque estructuralmente sencillo, los transformadores de voltaje electromagnéticos desempeñan un papel vital en las plantas de energía renovable.
Actúan como los "ojos" del sistema de energía, diciéndonos exactamente cuán "alto" es el voltaje.
Después de 15 años en el campo, creo firmemente:
“Los detalles determinan el éxito o el fracaso. La seguridad está por encima de todo.”
Si te enfrentas a problemas complicados con PT en el sitio, no dudes en contactarme — estaré encantado de compartir más experiencias prácticas y métodos de solución de problemas.
¡Que cada PT opere con estabilidad, manteniendo nuestra red segura e inteligente!
— Felix
