Fallas de transformadores y esquemas de protección de transformadores

Los transformadores son piezas clave en el funcionamiento de diferentes sistemas eléctricos, sin embargo, como cualquier otro equipo, están propensos a sufrir fallas que pueden afectar su rendimiento y poner en peligro el suministro de energía. En este artículo, exploraremos las diferentes fallas que pueden ocurrir en los transformadores y los esquemas de protección que se utilizan para minimizar el impacto de estas averías. Descubre cómo garantizar la seguridad y eficiencia de tus sistemas eléctricos con los mejores esquemas de protección para transformadores.

En este artículo, discutiremos las fallas del transformador y los esquemas de protección del transformador. En el sistema de energía eléctrica, el transformador es una máquina eléctrica importante que se utiliza para aumentar y disminuir el voltaje y la corriente en las líneas de transmisión.

Si ocurre alguna falla en el sistema, el transformador debe aislarse del sistema lo más rápido posible, de lo contrario, podría dañarse. Aquí hablaremos de los diferentes tipos de fallas del transformador y esquemas de protección utilizado para transformadores.

Tipos de fallas del transformador

Dependiendo de la parte del transformador en la que se produzca la avería, las averías del transformador se clasifican en los siguientes tres tipos:

  • Fallas en devanados y conexiones del transformador,
  • Fallas en los equipos auxiliares del transformador,
  • Averías por sobrecarga y cortocircuitos externos.

Ahora, analicemos cada categoría de transformador con más detalle.


1. Fallas en el Devanado y Conexiones del Transformador

Las fallas de devanado y conexión en un transformador ocurren debido a la corriente desequilibrada que fluye a través de los devanados del transformador. Este tipo de fallas son graves porque pueden dañar inmediatamente los devanados del transformador. Estas fallas incluyen fallas de fase a fase, fallas de fase a tierra, etc.

El cortocircuito entre espiras se produce en los devanados de los transformadores principalmente debido a fallas en el aislamiento o fuerzas mecánicas. En condiciones de cortocircuito de los devanados, fluye una fuerte corriente a través de los devanados que, a su vez, provoca la emisión de una gran cantidad de gas debido a la descomposición del aceite del transformador. Sin embargo, estas fallas son fácilmente detectables pero requieren una eliminación inmediata para evitar daños graves al transformador.

2. Fallas en los Equipos Auxiliares del Transformador

Estas fallas ocurren en equipos auxiliares del transformador como aislamiento, tanque conservador, aceite del transformador, etc. Estas fallas pueden causar daños en el devanado del transformador. Por lo tanto, estas fallas deben detectarse y eliminarse lo más rápido posible.

  • Averías por fallo de aislamiento – La falla del aislamiento del núcleo y de los devanados provoca que se desarrollen fallas importantes en el transformador. Esta falla se debe principalmente al uso de material de aislamiento deficiente, flujo de sobrecorriente, etc.
  • Averías por Amortiguación de Gas – El aislamiento y el aceite del transformador están muy influenciados por la presencia de oxígeno y humedad. Para evitar fallas debido al oxígeno y la humedad, el tanque conservador y el respiradero deben funcionar de manera efectiva.
  • Averías por avería del aceite del transformador – El aceite del transformador actúa como aislante y como refrigerante. Por lo tanto, la temperatura y el nivel de aislamiento del aceite deben mantenerse en un nivel determinado para evitar fallas en el transformador.

3. Averías por sobrecarga y cortocircuito externo

La sobrecarga y los cortocircuitos externos hacen que fluyan fuertes corrientes a través de los devanados del transformador. Esto da como resultado una falla en el aislamiento. Por lo tanto, para evitar fallas en el transformador, debemos evitar en la medida de lo posible las sobrecargas y los cortocircuitos externos en el sistema.

Analicemos ahora los diferentes esquemas de protección utilizados en los transformadores.

Esquemas de Protección de Transformadores

Se emplean diferentes esquemas de protección de transformadores según el tamaño del transformador y su clasificación. A continuación se describen algunos esquemas de protección comunes para transformadores.

1. Relevo de Buchholz

El relé Buchholz es un relé activado por gas. En condiciones normales de funcionamiento, el relé Buchholz está completamente lleno de aceite. Cuando ocurre una falla y se forman burbujas de gas en el tanque del transformador. El gas comienza a acumularse en la cámara de relés.

Los relés Buchholz ayudan a detectar fallas menores y mayores en el transformador. Para fallas menores, da una alarma y para eventos de fallas mayores, dispara el circuito.

2. Protección diferencial

El esquema de protección diferencial se utiliza para proteger el transformador contra fallas de fase a fase y fallas de fase a tierra. También se conoce como protección de corriente circulante. El funcionamiento de la protección diferencial se basa en la comparación de las corrientes que fluyen en los devanados primario y secundario del transformador.

Fallas de transformadores y esquemas de protección de transformadores

Cuando la corriente de entrada es igual a la corriente de salida, significa que no hay falla dentro del transformador. Aquí, consideré un transformador con una relación de giro unitaria. Al ocurrir fallas en el interior del transformador, la corriente de salida del transformador no puede ser igual a la corriente de entrada porque ahora la corriente tiene otro camino. Así, cuando el relé de protección diferencial observa que la diferencia de corriente supera el límite establecido, dispara el interruptor automático.


El esquema de protección diferencial protege al transformador de fallas de cortocircuito de devanado y fallas entre vueltas.

3. Relé de restricción armónica

Para proteger el transformador contra las corrientes magnetizantes de irrupción, se utiliza el relé de restricción de armónicos. Este esquema de protección consta de un circuito LC en serie que permite que solo el componente armónico fundamental de la corriente de irrupción fluya a través de la bobina de operación y el componente de CC y todos los componentes armónicos más altos se hacen fluir a través de las bobinas de restricción. El relé de restricción de armónicos bloquea los armónicos de segundo y quinto orden durante la carga del transformador.

4. Protección contra sobrecorriente

Para transformadores pequeños de capacidad inferior a 10 MVA, se utilizan fusibles HRC para proteger el transformador contra sobrecorriente. Por encima de los transformadores de 10 MVA, se utilizan los relés de sobreintensidad. Un relé de sobrecorriente opera cuando la corriente en cualquier fase excede el valor máximo de la configuración. Los principales tipos de protección contra sobrecorriente utilizados son la protección contra sobrecorriente instantánea, la protección de fase contra sobrecorriente de tiempo, la protección contra sobrecorriente instantánea de falla a tierra y la protección contra sobrecorriente de falla a tierra de tiempo.

5. Protección de falta a tierra restringida

Fallas de transformadores y esquemas de protección de transformadores

La protección de falla a tierra restringida protege los devanados del transformador de falla a tierra. Se utiliza para proteger el transformador en la zona entre el devanado conectado de arranque y el terminal neutro puesto a tierra del transformador. La protección de falla a tierra restringida se implementa mediante el uso de un conjunto de transformadores de corriente de fase y transformadores de corriente de neutro.

En cada fase, se conecta un transformador de corriente y todo el devanado secundario de los TC se conecta en paralelo. La salida final de todos los CT es una suma vectorial de corrientes de secuencia cero y representa la corriente de desequilibrio o la corriente de falla a tierra. El relé de falla a tierra está conectado a través de los tres devanados secundarios de los TC.

Cuando no hay falla dentro del transformador, la suma vectorial de la corriente de línea es igual a la corriente de neutro y el relé no dispara en este caso. En caso de falla, la suma vectorial de la corriente de línea no puede ser igual a la corriente que fluye en el TC neutro, y en este caso, la diferencia de corriente provoca el disparo del relé.


6. Protección contra el exceso de fundente

El exceso de fundente aumenta la temperatura del transformador y lo daña. Para proteger el transformador contra el sobreflujo, se usa un relé de sobreexcitación de V/Hz que opera a un voltaje demasiado alto o a una frecuencia demasiado baja. cuando el transformador opera a su voltaje y frecuencia nominales, el flujo en el núcleo permanece igual a su densidad de flujo diseñada.

Sin embargo, con cualquier cambio en el voltaje o la frecuencia de su valor de diseño, ocurre un sobreflujo. El relé de sobreflujo monitorea continuamente la relación V/f y emite un comando de disparo al interruptor automático cuando el sobreflujo alcanza el 110 % del valor nominal.

7. Relé de presión repentina

El relé de presión repentina se utiliza para proteger el transformador contra arcos internos que aumentan repentinamente la presión en el tanque del transformador. El aumento repentino en la presión del tanque es causado por fallas internas dentro del transformador. Si la presión del tanque aumenta por encima de su capacidad de diseño, existe la posibilidad de que explote el tanque. El relé detecta el aumento repentino de la presión y emite una orden de disparo al interruptor automático para aislar el transformador de la fuente de alimentación.

8. Relés térmicos de sobrecarga y temperatura

Los relés térmicos de sobrecarga y temperatura miden la temperatura del aceite del transformador. Para una temperatura de aceite especificada, este relé controla el funcionamiento de las bombas y los ventiladores de refrigeración. Bajo la condición de sobrecalentamiento, se da una alarma de advertencia. A temperaturas muy altas, este relé dispara el disyuntor.

El relé monitorea la temperatura del aceite y enciende o apaga la bomba para controlar la temperatura. Genera una señal de alarma cuando la temperatura alcanza el ajuste de alarma de la temperatura del aceite. El relé dispara el disyuntor cuando la temperatura del aceite supera los 95 °C.

Por lo tanto, todo esto se trata det fallas del transformador y esquemas de protección de transformadores.

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