La elevación de temperatura de un transformador es la diferencia entre la temperatura de un componente y una referencia, normalmente el aire ambiente o el medio refrigerante. No equivale a una temperatura absoluta. Pueden determinarse elevaciones distintas para el aceite, el devanado y su punto caliente. Para comparar ensayos y lecturas operativas deben conocerse el elemento evaluado y las condiciones de referencia.
La confusión surge porque "temperatura" y "aumento de temperatura" a menudo se usan indistintamente. Un devanado que mide 80°C en un día frío y otro que mide 80°C en un día caluroso tienen la misma temperatura absoluta pero diferentes aumentos de temperatura.
¿Qué es el aumento de temperatura del transformador?
En su forma más simple, el aumento de temperatura es la temperatura del componente menos una temperatura de referencia:
Aumento de temperatura = temperatura del componente − temperatura de referencia
El componente puede ser el aceite superior, el devanado o una ubicación específica dentro del devanado. La referencia suele ser la temperatura ambiente o la temperatura del medio de enfriamiento, según la definición que se utilice. La referencia que se aplica depende del diseño del transformador, la disposición de enfriamiento y la especificación o estándar en uso.
La temperatura absoluta te indica qué tan caliente es un lugar. El aumento de temperatura indica qué parte de ese calor proviene del propio funcionamiento del transformador y no de su entorno. Ambos son útiles, pero responden a preguntas diferentes. La temperatura absoluta está estrechamente relacionada con la tensión térmica sobre el aislamiento, mientras que el aumento de temperatura ayuda a comparar el rendimiento térmico en diferentes condiciones ambientales.
Las diferentes partes de un transformador se pueden describir por su propio aumento de temperatura: aceite superior, devanado, punto caliente y regiones estructurales o del tanque.
¿Por qué aumenta la temperatura del transformador?
Los transformadores son eficientes, pero no están exentos de pérdidas. La energía perdida durante el funcionamiento aparece como calor, y ese calor debe transferirse al aceite, aire u otro medio de refrigeración circundante. El aumento de temperatura es el resultado de la generación de calor en equilibrio con la eliminación de calor.
Pérdidas en el devanado
La corriente de carga que fluye a través de los devanados produce pérdidas resistivas. En general, una mayor corriente de carga significa mayores pérdidas en el devanado y más calor generado en los conductores. Esta es la razón principal por la que la temperatura del devanado aumenta cuando aumenta la carga.
La relación no es instantánea. Los devanados, el aceite y el aislamiento tienen masa térmica, por lo que las temperaturas responden a un cambio de carga a lo largo del tiempo en lugar de hacerlo inmediatamente. El aceite generalmente responde más lentamente que los conductores sinuosos.
Pérdidas centrales y perdidas
El núcleo produce pérdidas cada vez que se energiza el transformador, en gran medida independientemente de la carga. Las pérdidas parásitas surgen del flujo de fuga en partes estructurales como paredes de tanques, estructuras de sujeción y otros componentes metálicos, y también contribuyen al calentamiento local. Ambos contribuyen al panorama térmico general, aunque los detalles dependen del diseño.
Condiciones de refrigeración
El calor tiene que salir del transformador para mantener las temperaturas estables. Dependiendo del diseño del transformador, esto puede implicar circulación natural de aceite, flujo de aceite forzado, radiadores, ventiladores o bombas y el aire circundante. Si la eliminación de calor es menos efectiva, las mismas pérdidas producirán un mayor aumento de temperatura. Esto puede suceder debido a una temperatura ambiente más alta, un flujo de aire restringido o un cambio en la disposición de enfriamiento.
Por esta razón, el aumento de temperatura se entiende mejor como el resultado de la carga, las pérdidas y el enfriamiento juntos, no como una propiedad fija del transformador.
Temperatura ambiente, de aceite superior, de devanado y de punto caliente
Estas temperaturas están relacionadas, pero no son intercambiables. La siguiente tabla resume cómo cada uno se conecta con el aumento de temperatura.
| Temperatura | Lo que representa | Cómo se relaciona con el aumento de temperatura | Por qué es importante |
|---|---|---|---|
| Temperatura ambiente | Temperatura del aire o del entorno | Comúnmente utilizado como referencia a partir de la cual se cuenta el aumento de temperatura | Establece la línea base por encima de la cual el transformador calienta |
| Temperatura superior del aceite | Temperatura del aceite en la región superior del tanque | El aumento de la temperatura del aceite superior es la diferencia entre la temperatura del aceite superior y la temperatura de referencia | Indica el estado térmico general del aceite, pero no la temperatura en cada ubicación de devanado |
| Temperatura del devanado | Temperatura del devanado, a menudo como valor estimado o promedio | El aumento de temperatura del devanado suele ser mayor que el aumento de temperatura del aceite bajo carga | Refleja el calentamiento de los conductores y del aislamiento adyacente |
| Temperatura del punto caliente del devanado | Temperatura más alta dentro del devanado | La temperatura del punto caliente se puede expresar como un valor absoluto o como un aumento por encima de la referencia | Representa la ubicación con mayor estrés térmico en el devanado |
| Temperatura del bobinado directo de fibra óptica | Temperatura real en la punta sensora de la sonda | Se puede utilizar para calcular el aumento en esa ubicación cuando hay una temperatura de referencia disponible | Proporciona datos medidos desde una ubicación física seleccionada |
Vale la pena tener en cuenta tres distinciones. La temperatura superior del aceite no es la misma que la temperatura del devanado, porque el devanado generalmente se calienta más que el aceite que lo rodea. Una temperatura promedio de las curvas no es lo mismo que la temperatura de un punto caliente, porque el promedio combina regiones más cálidas y más frías. Y una lectura de sonda directa es la temperatura real del punto en la ubicación de la punta sensora, que no es necesariamente el punto más caliente del devanado.
Aumento de temperatura del transformador frente a temperatura del punto caliente
El aumento de temperatura describe qué tan lejos se encuentra una temperatura por encima de una referencia. La temperatura del punto caliente describe la temperatura en una posición local específica en el devanado, generalmente el lugar donde la temperatura es más alta. Son conceptos diferentes, aunque muchas veces aparecen en la misma discusión.
La temperatura de un punto caliente se puede expresar como una temperatura absoluta y también se puede analizar como un aumento por encima de una referencia. Cuando alguien se refiere a "aumento de temperatura", puede referirse a un aumento promedio, un aumento del petróleo o un aumento de punto caliente, por lo que vale la pena aclarar a cuál se refiere. El origen del calentamiento localizado en los devanados se trata en nuestro artículo sobre los puntos calientes del transformador .
¿Cómo se mide el aumento de temperatura del transformador?
El aumento de temperatura no se mide con un solo instrumento. Se determina combinando una temperatura de referencia con una o más temperaturas componentes, cada una de las cuales puede medirse o estimarse de una manera diferente. Para obtener una visión más amplia de los enfoques de monitoreo durante la vida útil de un transformador, consulte nuestra página sobre monitoreo de temperatura del transformador .
Medición de temperatura ambiente/referencia
Debido a que el aumento de temperatura es una diferencia, es necesario conocer la temperatura de referencia. La temperatura ambiente se mide comúnmente con un sensor colocado fuera del transformador, en un lugar representativo del aire de enfriamiento. La elección de la referencia y su ubicación de medición afectan el resultado, por lo que deben definirse de manera consistente, particularmente cuando se comparan resultados a lo largo del tiempo o entre unidades.
Medición de temperatura superior del aceite
La temperatura superior del aceite se mide en la región superior del tanque, donde se acumula el aceite calentado. Es una medida ampliamente disponible y proporciona una indicación útil del estado térmico general del aceite. Al restar la temperatura de referencia se obtiene el aumento de la temperatura superior del aceite. Sin embargo, no describe la temperatura de los lugares individuales de los devanados.
Estimación de la temperatura del devanado
La temperatura del devanado se obtiene comúnmente mediante cálculo. Un indicador de temperatura del devanado (WTI) o un modelo térmico generalmente combina la temperatura superior del aceite medida con una señal proporcional a la corriente de carga y luego aplica los parámetros del modelo para estimar la temperatura del devanado. Los modelos térmicos y WTI proporcionan una temperatura de devanado calculada o simulada en función de las entradas medidas y las suposiciones del modelo. Están bien establecidos y son útiles para el seguimiento y la protección. Para ver más de cerca estos métodos, consulte cómo se mide la temperatura del devanado del transformador .
Medición directa de temperatura del devanado
La medición directa utiliza una sonda cuya punta sensora está instalada en una ubicación de bobinado seleccionada. El valor medido es la temperatura real en ese punto físico, no una estimación calculada. Con una sonda de fibra óptica basada en fluorescencia, la fibra óptica transporta la señal fuera del transformador a un instrumento que la convierte en una lectura de temperatura. Combinado con una temperatura de referencia, el resultado se puede expresar como un aumento de temperatura en ese lugar. Esto se trata con más detalle en una sección posterior.
¿Qué es una prueba de aumento de temperatura de un transformador?
Una prueba de aumento de temperatura del transformador, a veces llamada prueba de calentamiento, es una prueba controlada que se utiliza para observar cómo se calienta un transformador bajo condiciones de prueba y carga definidas. Generalmente se realiza en un transformador antes de ponerlo en servicio, como parte de la verificación del diseño o pruebas de fábrica.
El propósito es observar el comportamiento térmico del aceite y los devanados, evaluar cómo responden a las condiciones de prueba aplicadas y comparar los resultados medidos con los valores de diseño o requisitos especificados. La prueba es una instantánea en condiciones controladas. Muestra cómo funciona el transformador en esa configuración, no cómo se cargará y enfriará durante años de servicio.
Los detalles de una prueba de aumento de temperatura, incluidas sus condiciones de prueba, duración y cómo se evalúan los resultados, están definidos por la norma aplicable y la especificación del proyecto. Esos documentos deben consultarse directamente en lugar de basarse en descripciones generales.
Prueba de aumento de temperatura frente a monitoreo continuo de temperatura
Una prueba de aumento de temperatura y un monitoreo continuo involucran la temperatura, pero responden preguntas diferentes.
| Aspecto | Prueba de aumento de temperatura | Monitoreo de temperatura en línea |
|---|---|---|
| Propósito | Verifique el rendimiento térmico según el diseño o los requisitos especificados | Observar el comportamiento de la temperatura durante el funcionamiento real |
| Cuando se realiza | Normalmente en fábrica o durante pruebas definidas | De forma continua o periódica durante toda la vida útil |
| Condiciones de funcionamiento | Condiciones de prueba controladas y definidas | Carga real, refrigeración y condiciones ambientales |
| Duración de los datos | Limitado al período de prueba | Tendencias a largo plazo durante días, estaciones y años |
| Información de temperatura típica | Comportamiento de la temperatura del aceite y del devanado en condiciones de prueba | Tendencias de temperatura bajo carga y enfriamiento variables |
| Uso en servicio | Referencia para verificación de diseño | Conciencia operativa, comparación de tendencias y validación de modelos térmicos |
No es lo mismo una prueba de fábrica o controlada que una operación a largo plazo en condiciones reales. El monitoreo en línea puede mostrar cómo cambian las temperaturas con la carga y el enfriamiento en el campo, pero no reemplaza una prueba de aumento de temperatura en fábrica, y la prueba no reemplaza el monitoreo.
¿Cómo se calcula el aumento de temperatura del transformador?
En el nivel básico, el cálculo es una simple resta:
Aumento de temperatura = temperatura del componente − temperatura de referencia
Como ejemplo puramente matemático, supongamos que la temperatura ambiente es de 25 °C y la temperatura medida de un componente es de 75 °C. El aumento de temperatura es 75 − 25 = 50°C. Este número es sólo una ilustración de la aritmética. No es un aumento de temperatura permitido, un valor típico o la clasificación de un transformador.
Calcular la temperatura del devanado o del punto caliente a partir de los datos operativos es más complicado. Puede depender de la corriente de carga, la temperatura del aceite, las constantes de tiempo térmicas, la diferencia de temperatura entre el devanado y el aceite y las condiciones de enfriamiento. Estos cálculos normalmente se basan en un modelo térmico, una guía de carga como IEC 60076-7 o IEEE C57.91 y datos de diseño del transformador. Los parámetros son específicos del diseño y deben provenir del fabricante o de la guía aplicable y no de suposiciones generales.
¿Qué significa la clasificación de aumento de temperatura del transformador?
La clasificación de aumento de temperatura del transformador se refiere al aumento de temperatura para el que está diseñado un transformador, según lo especificado para su sistema de aislamiento y disposición de enfriamiento. Está ligado a los requisitos de diseño, el sistema de aislamiento, el método de refrigeración y las especificaciones aplicables. Los diferentes diseños y estándares utilizan diferentes límites especificados o condiciones de referencia, por lo que no se aplica ningún valor único a todos los transformadores.
Para encontrar la clasificación de una unidad en particular, consulte la placa de identificación del transformador, la documentación del fabricante, las especificaciones del proyecto y la norma aplicable. Un valor cotizado para un tipo de transformador no debe aplicarse a otro sin confirmar que se aplican las mismas condiciones y requisitos de referencia.
Medición directa de fibra óptica de la temperatura del devanado
La tecnología de INNO es una detección de temperatura de fibra óptica puntual basada en fluorescencia. Se instala una sonda con su punta sensora en una ubicación de bobinado seleccionada. Una fibra óptica transporta la señal fuera del transformador y un instrumento compatible lee la temperatura.
Un sensor de temperatura de devanado de fibra óptica ofrece varias características que se adaptan a la medición de devanados:
- Medición de temperatura del punto directo en la ubicación de la punta sensora
- Aislamiento eléctrico de la ruta de detección óptica
- Alta resistencia a interferencias electromagnéticas
- Medición multipunto utilizando múltiples sondas
Debido a que la sonda informa la temperatura real en una ubicación elegida, se puede usar para verificar la salida del modelo térmico, comparar temperaturas bajo carga cambiante o calcular el aumento de temperatura en ese punto cuando se registra una temperatura de referencia. Cuando el objetivo de la medición es la región del punto caliente, el monitoreo directo del punto caliente puede medir la temperatura en ubicaciones sinuosas que se espera que sean térmicamente críticas.
Cuando varias ubicaciones necesitan un registro a largo plazo, se pueden conectar varias sondas a un sistema de monitoreo de temperatura de transformador sumergido en aceite , que registra los canales juntos y sigue sus tendencias a lo largo del tiempo.
Se debe planificar la medición de puntos
Una sonda mide una ubicación física seleccionada. Si varias ubicaciones necesitan medición directa, se necesitan varias sondas. Una sonda no monitorea todo el devanado y la fibra entre la punta sensora y el instrumento no mide la temperatura en toda su longitud. Varias sondas puntuales juntas no forman un sistema de detección distribuido y el sistema no encuentra automáticamente un punto caliente desconocido.
Por lo tanto, la ubicación de la sonda debe decidirse de antemano, basándose en:
- Diseño del transformador
- Análisis térmico
- Información de prueba de fábrica
- Ubicaciones térmicamente críticas conocidas o esperadas
- El objetivo de medición
Por este motivo, las sondas de bobinado directo normalmente se planifican durante el diseño y la fabricación. El acceso al interior de un transformador existente suele ser limitado, por lo que no se puede asumir la instalación de sondas internas.
Cómo se relaciona el aumento de temperatura con el envejecimiento del transformador
Una temperatura de funcionamiento más alta, y especialmente una temperatura sostenida en un punto caliente local, aumenta la tensión térmica en el aislamiento del devanado. El aumento de temperatura es una forma de describir las condiciones térmicas en las que opera el transformador, ya que muestra cuánto se calienta el transformador por encima de su entorno. Interpretarlo en términos de vida útil del aislamiento requiere más que solo la temperatura. La humedad, el estado del aceite, el historial de carga y otros factores también influyen. Nuestro artículo sobre el envejecimiento del transformador cubre esa relación en detalle.
¿Cuándo se debe revisar el aumento de temperatura del transformador?
Vale la pena revisar el aumento de temperatura en puntos específicos de la vida útil de un transformador. Ninguna observación en la lista siguiente indica una falla por sí sola. Cada uno es un motivo para examinar más de cerca los datos.
- Carga más alta de lo habitual: una carga pesada sostenida o repetida cambia la generación de calor y la temperatura.
- Cambios de refrigeración: modificaciones, mantenimiento o cambios en la operación de refrigeración pueden cambiar la temperatura alcanzada en una carga determinada.
- Temperatura más alta con carga similar: si las temperaturas tienden a aumentar en condiciones ambientales y de carga comparables, vale la pena investigar la causa.
- Diferencias entre fases o devanados: temperaturas desiguales entre devanados similares pueden indicar diferencias en carga, enfriamiento o medición.
- Prueba de aumento de temperatura en fábrica: para verificar el rendimiento térmico con respecto al diseño y las especificaciones.
- Puesta en servicio: para establecer el comportamiento de la temperatura base en servicio.
- Validación del modelo térmico: para comparar las temperaturas de devanado calculadas con los valores medidos.
- Monitoreo a largo plazo: para rastrear tendencias estacionales y relacionadas con la carga a lo largo del tiempo.
¿Qué medición de temperatura te dice qué?
Diferentes medidas responden a diferentes preguntas. La tabla no es una clasificación y ninguna fila es la mejor en cada situación.
| Medición | Útil para | Directo o Indirecto | Limitación principal |
|---|---|---|---|
| Temperatura ambiente | Proporcionando la referencia para el aumento de temperatura | Medición directa del entorno | Depende de la ubicación del sensor y de su representatividad |
| Temperatura superior del aceite | Estado térmico general del aceite y aumento de la temperatura del aceite | Directo para aceite, indirecto para bobinado | No representa ubicaciones de bobinado individuales |
| WTI | Temperatura estimada del devanado para operación y protección | Indirecto | Depende de los datos medidos y de los supuestos del modelo |
| Modelo térmico | Cálculo de la temperatura del devanado y del punto caliente a partir de datos de carga y aceite | Indirecto | Depende de los datos y parámetros del diseño |
| Sonda de fibra óptica de bobinado directo | Temperatura real en una ubicación de bobinado seleccionada | Directo | Mide un solo punto y se debe planificar la ubicación |
| Sondas de bobinado múltiples | Temperaturas reales en varios lugares seleccionados | Directo | Cubre solo las ubicaciones donde se instalan las sondas |
Conclusión
El aumento de temperatura del transformador describe cuánto se calienta un componente por encima de su temperatura de referencia. Resulta de la acción conjunta de carga, pérdidas y enfriamiento, y se presenta de manera diferente en el aceite, en el devanado y en un punto caliente. La temperatura superior del aceite, la temperatura promedio del devanado y la temperatura del punto caliente son valores relacionados pero distintos, y cada uno de ellos puede analizarse en términos absolutos o como un aumento por encima de la referencia.
Las sondas directas de fibra óptica pueden proporcionar valores de temperatura reales en ubicaciones de bobinado seleccionadas, lo que es útil para comparar datos medidos con valores calculados y seguir tendencias en condiciones de funcionamiento reales. La interpretación de cualquier aumento de temperatura aún depende del diseño del transformador, la disposición de enfriamiento, las condiciones de carga y las especificaciones aplicables.
Si un proyecto de transformador requiere medición directa de la temperatura del devanado o de puntos calientes, INNO puede ayudar a revisar las ubicaciones de las sondas, el enrutamiento de la fibra y los requisitos del canal de monitoreo.
Discuta su proyecto de monitoreo de temperatura del transformador