Calculadora de carga del transformador: punto caliente y pérdida de vida
Calcule la temperatura del aceite y del punto caliente, la velocidad de envejecimiento del papel y la carga máxima admisible según IEC 60076-7.
Punto caliente, envejecimiento y carga máxima admisible
Introduzca la carga en por unidad y los datos de ensayo del transformador y obtenga la temperatura del aceite superior, la del punto caliente, la velocidad de envejecimiento del papel y la carga máxima que puede llevar sin acelerar ese envejecimiento.
Resultado
Modelo exponencial en régimen permanente de IEC 60076-7: θ_aceite = θ_ambiente + Δθ_or × ((1 + R·K²)/(1 + R))^x y θ_punto = θ_aceite + Δθ_hr × K^y. Los exponentes por defecto son los de la tabla 4 de la norma; los valores de Δθ vienen del ensayo de calentamiento del transformador.
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Qué hace esta calculadora
Traduce una carga en por unidad a las tres cosas que importan: temperatura del aceite superior, temperatura del punto caliente y velocidad de envejecimiento del papel aislante. Y da la vuelta a la pregunta: cuánta carga admite la máquina sin envejecer más deprisa de lo previsto.
El modelo
IEC 60076-7 describe el transformador en régimen permanente con dos ecuaciones encadenadas:
θ_aceite = θ_ambiente + Δθ_or × ((1 + R·K²) / (1 + R))^x
θ_punto = θ_aceite + Δθ_hr × K^y
donde K es la carga en por unidad, R la relación entre pérdidas en carga y en vacío, Δθ_or el calentamiento del aceite superior a carga nominal y Δθ_hr el gradiente del punto caliente sobre el aceite. Los exponentes x e y dependen del sistema de refrigeración y salen de la tabla 4 de la norma; la calculadora los rellena al elegir la refrigeración y se pueden cambiar si el fabricante da otros.
El envejecimiento
La celulosa se degrada por hidrólisis y oxidación, y la velocidad depende exponencialmente de la temperatura. Para papel kraft normal:
V = 2^((θ_punto − 98) / 6)
Seis grados por encima de 98 °C y el papel envejece el doble de rápido. Doce grados, cuatro veces. A 134 °C el transformador consume en un día lo que en condiciones normales le costaría más de sesenta.
Para papel termoestabilizado la referencia es 110 °C y la ley es la de Arrhenius que da la propia norma.
La calculadora multiplica esa velocidad por las horas indicadas y devuelve la vida consumida: cuántas horas de vida nominal se han gastado en ese periodo. Es el número que convierte una decisión de explotación en una cifra discutible.
Ejemplo resuelto
Transformador ONAN de potencia, Δθ_or = 52 K, Δθ_hr = 26 K, R = 8, x = 0,8, y = 1,3.
A carga nominal y 20 °C de ambiente:
- Aceite superior: 20 + 52 = 72 °C
- Punto caliente: 72 + 26 = 98 °C → envejecimiento ×1, el de diseño
A 1,3 p.u. con el mismo ambiente:
- Punto caliente: 133 °C → envejecimiento ×56
Veinticuatro horas a esa carga consumen unas 1.340 horas de vida del aislamiento: casi dos meses. Con el ambiente a 0 °C, en cambio, la misma máquina admite bastante más carga antes de pasar de 98 °C, que es la razón por la que los planes de sobrecarga son estacionales.
Lo que esta calculadora no hace
Es un cálculo en régimen permanente: supone que la carga lleva el tiempo suficiente para que las temperaturas se estabilicen. Un pico de media hora no calienta el aceite como un turno entero, y para eso la norma da el modelo dinámico con sus constantes de tiempo. Tampoco tiene en cuenta el estado real del aislamiento —humedad, grado de polimerización—, ni la refrigeración degradada, ni el estado de los ventiladores y las bombas, que es lo que suele explicar que un transformador se caliente más de lo que dice el modelo.
Con qué se mide
La temperatura de punto caliente se estima por modelo o se mide con un monitor electrónico de temperatura, que la calcula en tiempo real a partir de la corriente y de la temperatura del aceite y gobierna la refrigeración. Los equipos de ensayo de transformadores cubren la parte de diagnóstico, y el análisis de gases disueltos es el que confirma si un sobrecalentamiento ha dejado rastro en el aceite.
Preguntas frecuentes
- ¿Qué significa que el punto caliente esté a 98 °C?
- Es la temperatura de referencia: a 98 °C el papel kraft normal envejece a la velocidad nominal, la que da la vida esperada del transformador. Por encima envejece más deprisa y por debajo más despacio, y la relación es brutal: cada 6 °C de más duplican la velocidad de envejecimiento. En papel termoestabilizado la referencia sube a 110 °C.
- ¿Puedo sobrecargar un transformador?
- Sí, y IEC 60076-7 describe cómo: la norma contempla cargas cíclicas y sobrecargas de emergencia. Lo que se paga es vida del aislamiento, y se paga muy rápido. Lo que no admite discusión es el límite de 140 °C en el punto caliente, por encima del cual puede haber formación de burbujas de gas en el papel, que es un fallo dieléctrico esperando a ocurrir.
- ¿De dónde saco Δθ_or y Δθ_hr?
- Del ensayo de calentamiento del transformador, que viene en su protocolo de fábrica. Δθ_or es el calentamiento del aceite superior sobre el ambiente a carga nominal y Δθ_hr el gradiente del punto caliente sobre ese aceite. Los valores por defecto de la calculadora (52 K y 26 K) son típicos de un transformador de potencia ONAN, pero cada máquina tiene los suyos.