Puede que lo veas en fábricas, talleres e incluso en grandes casas: el transformador en un poste, en la pared o en la bóveda está zumbando más fuerte cuando algunas máquinas están funcionando. El sonido a veces puede deberse a la magnetostricción, pero a veces sirve como una señal de advertencia de que el transformador está sobrecargado, está cargado de manera desigual o está fallando. En esta guía, discutiremos las razones del zumbido de un transformador, qué cambia cuando funcionan varias máquinas, qué sonidos son normales y cuándo el zumbido se convierte en motivo de preocupación.
Respuesta breve: Los transformadores emiten constantemente un sonido, que se debe al proceso de magnetostricción — el fenómeno de una ligera deformación física de un núcleo de acero laminado que ocurre a una tasa de 100-120 veces por segundo (dos veces más rápido que la frecuencia de 50/60 Hz), junto con vibraciones de los componentes del núcleo y el devanado. El zumbido de un transformador se vuelve más fuerte bajo la acción de varias máquinas por tres razones principales: aumento de carga (el aumento de corriente causa un aumento del flujo magnético), armónicos de ciclos y soldadores (varios accionamientos transmiten corrientes distorsionadas produciendo sonidos de nuevas frecuencias y, por lo tanto, calentando el transformador), condiciones de voltaje (incluso el transformador ligeramente cargado puede zumbir más fuerte cuando está sobrecargado porque el flujo se define por el voltaje, no por la carga).
Por qué zumban los transformadores
El zumbido del transformador es un fenómeno que ocurre debido al principio de la física y no es algo que indique un fallo. El núcleo del transformador está compuesto de finas láminas de acero laminado, y por lo tanto desarrolla un campo magnético en el núcleo. Cuando una corriente alterna pasa a través de los cables, el campo magnético cambia de dirección 100 veces por segundo (para suministro de 50 Hz) o 120 veces por segundo (para 60 Hz). Cada vez que el campo magnético cambia de dirección, los cristales de acero se estiran ligeramente. Así, ocurre la magnetostricción y es responsable del zumbido del transformador produciendo una señal de frecuencia igual al doble de la frecuencia de la fuente de alimentación. Además, los cambios en los cables y las uniones hacen que otros componentes vibren. El tanque del transformador se comporta como un altavoz ordinario.
De esto podemos concluir que el zumbido del transformador es un fenómeno eléctrico común, pero la intensidad de la vibración aumenta con el aumento de la densidad de flujo que está determinada por el voltaje aplicado. Las especificaciones que rigen cuán fuerte puede ser un transformador — y los niveles de sonido audibles vinculados a la clasificación en kVA — son parte de los datos de diseño que encontrarás en una buena hoja de especificaciones, como se cubre en el guía de especificaciones del transformador.
Por qué zumban más fuerte cuando funcionan las máquinas
Los ruidos cambiantes relacionados con la operación de “diferentes máquinas” pueden casi seguramente rastrearse hasta tres causas:
- Corriente de carga más alta. Un motor grande o un calentador están extrayendo corriente, lo que lleva a un aumento de la corriente del devanado resultando en una mayor fuerza de flujo de fuga actuando sobre el devanado y más vibración del núcleo. Es un hecho que un transformador sobrecargado zumbra más que un transformador que no está bajo carga.
- Armónicos de cargas electrónicas y de motores. Las cargas electromecánicas como los VFDs causan que la corriente se distorsione de manera no sinusoidal. Los armónicos causan vibración mecánica del núcleo del transformador y más pérdidas en el núcleo y el devanado cuando las máquinas operan, lo que provoca que zumban y canten.
- Problemas de voltaje y regulación. Una carga grande inesperada aplicada a un transformador puede llevar a caídas de voltaje instantáneas causadas por motores de arranque grandes, lo que provoca un cambio en el tono de su zumbido durante tales eventos.
La tarea de diagnóstico es determinar el tipo de zumbido que tenemos en relación con la forma en que cambia durante la operación de diferentes equipos (si cambia continuamente en función del número de cargas, se considera relacionado con la carga y es normal). Distinguir entre los dos es el núcleo del análisis, y la lógica de carga y funcionamiento detrás de esto se cubre en el fundamentos de transformadores de distribución artículo.
Cómo Suena el Ruido Normal de un Transformador
La forma más rápida de comprender lo que significa anormal es aprender cómo suena lo normal.
- Normal: un sonido continuo y de baja frecuencia, que es igual a dos veces la frecuencia de la red (100 Hz o 120 Hz). Puedes imaginar el sonido de una cuerda de guitarra baja o el sonido de una subestación, escuchado desde la distancia. Quizás, ganará un poco de volumen y tono a medida que aumenta la carga.
- Anormal: un ruido metálico de traqueteo (laminación del núcleo suelta o accesorios o montajes del tanque sueltos), un ruido muy agudo (debido a descarga eléctrica o a una conexión suelta), un ruido chisporroteante (que indica arco eléctrico), o un cambio en el carácter general del transformador (que puede caracterizarse por un aumento repentino de volumen o un sonido de siseo fusionado).
Una buena práctica: escucha atentamente el sonido del transformador en su modo de trabajo normal hasta que aprendas su sonido normal. Esa disciplina de referencia es la misma que subyace al monitoreo de condiciones, ya sea por oído o por instrumento, y se conecta directamente a las rutinas de prueba e inspección en el guía de pruebas de transformadores.
Cómo el Tamaño y la Carga Afectan el Ruido
La mayor parte de lo que se dice sobre transformadores se puede atribuir a dos principios.
| Factor | Efecto en el Ruido | Por qué |
|---|---|---|
| Tamaño en kVA | Los transformadores más grandes zumban más fuerte | Núcleos y tanques más grandes irradian más sonido |
| Nivel de carga | El ruido aumenta con la carga | La corriente de devanado más alta aumenta las fuerzas y la vibración |
| Nivel de voltaje | El ruido aumenta con el voltaje (incluso sin carga) | La densidad de flujo está determinada por el voltaje; el sobrevoltaje satura el núcleo |
| Contenido armónico | Nuevas frecuencias, zumbido, calor extra | La corriente distorsionada de los drives y soldadores excita el núcleo |
La situación práctica: cuando las máquinas funcionan, algunos transformadores producen un zumbido que significa que todo está funcionando como se espera en términos de carga. La regla de carga que requiere que las máquinas operen a cargas temporales no mayores a aproximadamente 80% está ahí por esta razón. En otras palabras, aplicar la regla ayuda a evitar alimentar a los transformadores con demasiada potencia, lo que produce ruido y calor y disminuye su vida útil. Tener un transformador que ha estado zumbando y tiene una señal de carga alta no significa necesariamente que esté defectuoso; esta es la misma conclusión que se puede leer a continuación al hablar sobre la regla 80%.
Señales de advertencia: cuando el zumbido necesita atención
No todos los ruidos agudos significan un problema, pero ciertos sonidos son señales de advertencia:
- Apareciendo de repente: un transformador que estaba silencioso y de repente comenzó a hacer ruidos debe ser investigado.
- Ruidos de zumbido, crepitación y chisporroteo son signos de conexiones defectuosas, ruptura del aislamiento y chisporroteo dentro del transformador; este es uno de los problemas más peligrosos dependiendo de los tipos de transformadores.
- Calor y olor: si el transformador está caliente y huele a aceite quemado y barniz, hay una posibilidad de que esté sobrecalentándose o funcionando mal.
- Fugas o expansión: la fuga de aceite y la deformación de la carcasa del transformador indican problemas importantes dentro de él.
- Indicadores de rendimiento defectuoso: el disparo del interruptor automático, luces parpadeantes y mal funcionamiento del equipo en el momento de la aparición del zumbido muestran que el sonido es real y no inofensivo.
Muchos de estos signos se relacionan con los mecanismos de falla que las pruebas de aislamiento y el análisis de aceite existen para detectar temprano; los modos de falla catalogados en el causas de falla del transformador artículo son exactamente lo que un zumbido cambiado puede estar anunciando.
Lista de verificación de advertencia de ruido del transformador
Si escuchas un zumbido inusual del transformador, aquí está la lista de verificación a considerar antes de tomar cualquier acción:
- ¿El zumbido suena consistente o más como un ruido de zumbido/siseo? Un zumbido consistente es un fenómeno normal, mientras que si es zumbido o crepitante, es hora de revisarlo.
- ¿Cambia el volumen del zumbido con las máquinas en funcionamiento? Si no es así, esto indica que algo ha salido mal con el transformador.
- ¿Hay algo caliente, con olor o goteando cerca de la unidad? El olor a barniz, calor o fuga de aceite es más que suficiente para concluir que no hay necesidad de analizar el sonido del transformador.
- ¿Ha ocurrido algo con la electricidad últimamente? Si es así, un electricista debería entender la fuente del ruido y podría identificar varias frecuencias del sonido del zumbido del transformador.
- ¿El transformador ha hecho este ruido antes? Si es así, esto significa que hay que verificar si sigue siendo un problema o no.
- ¿Cuánta carga lleva ahora? Si está cerca o más que su carga de trabajo regular, el ruido puede explicarse por ese hecho.
En caso de que alguna de las condiciones no esté bien, se debe llamar a un profesional para revisar el transformador. La rutina que mantiene a los transformadores saludables entre esas inspecciones — pruebas de aceite, DGA y revisiones visuales — se detalla en el fundamentos de pruebas de aceite de transformador article, which covers the samples and thresholds that catch insulation problems before they become audible.
How to Fix or Reduce Problem Hum
Depending on what is diagnosed, the solutions may vary from the simplest to the most professional in nature:
- Loose parts: while checking the bolts, as well as the ends of the tank and the panels that cover it, we need to see if the noise disappears when the panel is pushed.
- High voltage: if the noise is loud when there is no load, the following must be done: check the incoming voltage with respect to the tap; by changing the overvoltage tap, you may get rid of noise.
- Harmonic overload: if the noise is produced only by VFD or welding machines, you need to measure harmonic content and possibly apply filters or other methods aimed at solving the problem with the help of reactors.
- Continuous heavy load: you may rebalance the load over the phases or transfer some load to another transformer was regarding the indication of the 80% rule.
- True internal problem: if it is caused by loose readings, broken insulation, or other factors, workshop repair is impossible and the transformer has to be taken to the factory for repairs.
The boundary rule: noise that can be silenced through tightening bolts and repairing the mechanical assembly relates to maintenance while electrical noise that causes heating, strange smell, and other related problems is a reliability issue. Lastly, it is always better to inspect the transformer than trust its hissing sound.
Preguntas Frecuentes
Why is my transformer making a humming noise?
Transformers are designed to hum as a result of magnetostriction, a phenomenon in which the steel core stretches and shrinks twice during every electrical cycle of either 60 or 50 Hertz, making the core and the windings vibrate. Moreover, the more load and voltage is put on the transformer, the louder is the hum that it produces. However, if the noise follows the operation of other machines, it is generally related to the machinery that is currently in operation.
How to get rid of transformer hum?
The first step should be to diagnose the issue at hand. A mechanical rattling noise can be fixed by tightening the mounting bolts. If the hum can be heard in the absence of a load, then the transformer should be checked for overvoltage. If buzz and overheating occur when being powered with the use of the variable frequency drives or welding equipment, line reactors or filters must be used or nonlinear loads relocated. If a transformer experiences constant heavy load, load balancing is needed. Genuine insufficiencies such as loose laminations and bad insulation require repairs.
¿Cuál es la regla 80% para transformadores?
The 80% rule basically states that the loading of a transformer should not exceed 80% of its nominal kVA rating in order to allow it to serve its purpose properly. Otherwise, the transformer may produce too much noise and heat. Most cases of humming of transformers can be explained using this rule.
What are the signs of a blown transformer?
Signs of an explosion of a transformer include a loud bang, a blackout, visible smoke or flames, burning smell, oil leaking around oil-filled transformers, arcing, and burning cases. Usually, a newly emerged hum and crackling or sizzling noises indicate that something is wrong before the explosion occurs and that the transformer needs an immediate inspection.
Referencias
- Eaton — Understanding Transformer Noise
- GE Grid Solutions — Transformer Sound and Vibration Resources
- IEEE — Transformer Audible Sound Standards
- Hitachi Energy — Transformer Condition Monitoring
- NFPA — Electrical Equipment Inspection Guidelines
Conclusión
A transformer vibrating more while other equipment is operated is normally just a case of physics working — magnetostriction causes every transformer to generate sound twice at the frequency of electricity supplied in the country, and load, voltage, and harmonics have to do their job and increase the volume. The noise caused by the machines is normal; the sound of machines that should make you worried is unlike. It could be a buzzing or crackling sound or be associated with heating, smell, leaks, etc. It is important to recognize the normal sound of the transformer and know what should be done if something changes, to follow the instructions given for loading, to fix mechanical rattles, and to leave the electrical issues to professional engineers who can analyze the source of noise when it appears.