PROTOCOLOS DE PRUEBA DE TRANSFORMADORES DE POTENCIA Se efectúan a los equipos que se encuentran en operación o en proceso de puesta en servicio y se clasican de la siguiente manera: A. RECE RECEPC PCIÓ IÓN N Y VERI VERIFIC FICAC ACIÓ IÓN: N: Se realizan a todo el equipo nuevo o reparado, cons consid ider eran ando do las las cond condic icio ione ness de tras trasla lado do:: efec efectu tuan ando do prim primer eram amen ente te una una inspección detallada de cada una de sus partes. B. PUEST PUESTA A EN SERV SERVICI ICIO: O: Se realizan a cada uno de los equipos en campo después de haber sido: instalados, austados, secados, etc., con la nalidad de vericar sus condiciones para decidir su entrada en operación. C. MANT MANTEN ENIM IMIE IENT NTO: O: Se efec efectú túan an peri periód ódic icam amen ente te conf confor orme me a prog progra rama mass y a criterios de mantenimientos elegidos y condiciones operativas del equipo.
1. EVALUACIÓN DE TRANSFORMADOR
LA
CALIDAD
DEL
SISTEMA
AISLANTE
DEL
!uando !uando se real realiza iza la inspec inspecció ción n de un trans transfor formad mador, or, bien bien sea por por rutin rutina a o por por mantenimiento, se aplican en primera instancia una serie de pruebas preliminares que indican el estado en que se encuentra la unidad. "n base a los resultados de estas pruebas, se tienen que tomar decisiones respecto respecto al transformador, la de dearlo fuera de servicio debido a que las condiciones en que se encuentra no es prudente que continúe en operación y por lo tanto debe someterse a un ma mante ntenim nimien iento to o la de dearl dearlo o en operac operación ión y progr programa amarr un manten mantenim imien iento to prevent preventivo. ivo. #as #as decision decisiones es sobre sobre las condicio condiciones nes del transfor transformado mador, r, las acciones acciones a seguir y el envió de una subestación subestación móvil como relevo se realizar$ realizar$ de acuerdo al an$lisis de los resultados de las pruebas eléctricas.
2. RECOMENDACIONES GENERALES ELÉCTRICAS AL EQUIPO PRIMARIO
PARA
REALIZAR
PRUEBAS
A. %ara equipos en operación, con base en los programas de mantenimiento, tramitar los registros y permisos correspondientes. correspondientes . B. &ener &ener la seguridad de que el equipo a probar no esté energizado. energizado. 'ericando la apertura f(sica de interruptores y)o cuchillas seccionadoras. C. "l tanque o estructura a probar debe estar puesto a tierra. D. *esconectar de la l(nea o de la barra los terminales del equipo a probar. E. "n todos los casos, ya sea equipo nuevo, reparado o en operación, las pruebas que se reali realicen cen sie siemp mpre re deben deben estar estar prece precedid didas as de activi actividad dades es de inspec inspecció ción n o diagnostico visual. visual .
F. %rep %repar arar ar los los rec ecur urso soss de prue prueba ba indi indisp spen ensa sabl bles es como como son: son: +nst +nstru rume ment ntos os,, erramientas, erramientas, -esas de %rueba, etc. G. %reparar el $rea de trabao a lo estrictamente necesario, delimitar el $rea de trabao para evitar el paso de personas aenas a la prueba, procurando se tengan fuentes accesibles y apropiadas de energ(a. H. !olocar los instrumentos de prueba sobre bases rmes y niveladas, vericando adem$s la posición de trabao de los equipos. I. !omprobar que los terminales de prueba estén en buenas condiciones y que sean las apropiadas. apropiadas. J. o aplicar voltaes de prueba superiores al voltae nominal del equipo a probar. K. *urante las pruebas deben tomarse todas las medidas de seguridad personal y para el equipo. L. /notar o capturar las lecturas de la prueba con todos aquellos datos que requiere el formato correspondiente correspondiente 0multiplicadores, 0multiplicadores, condiciones condiciones climatológicas, climatológicas, etc.1. M. /l terminar la prueba poner fuera de servicio el instrumento de prueba y poner a tierra nuevamente el equipo probado.
. PRUEBA PRUEBA DE RESISTEN RESISTENCIA CIA DE AISLAMIEN AISLAMIENTO TO "l modelo circuital de un material aislante cuando se le aplica un campo eléctrico est$ compuesto por una resistencia en paralelo con un capacitor, como podemos apreciar en la 2igura 3. !uando se le somete a un campo eléctrico, aparecen dos corrientes: una corriente capacitiva proveniente de la polarización de las cargas eléctricas y otra corriente resistiva producto del movimiento de los electrones por conducción de un lado del material al otro. "n régimen permanente el capacitor se carga y se comporta como un circuito abierto 0ya que él depende de una función en el tiempo1 quedando solamente la resistencia pura del modelo.
F!"#$% 1. C!$&#!'( )*#!+%,)-') ) #- %!/,%0!)-'( )- DC.
#a resistencia de aislamiento var(a directamente con el espesor del aislamiento e inversamente con el $rea del mismo4 cuando se aplica un voltae de corriente directa a un aisl aislam amie ient nto, o, la res esis iste tenc ncia ia se inic inicia ia con con un valo valorr bao bao y grad gradua ualm lmen ente te va aumentando con el tiempo hasta estabilizarse. "n la &abla 3 se muestran unos voltaes de pruebas recomendados por la -"55"6 en función de la tensión nominal del transformador o autotransformador. VOLTAJE AC LNEA 7 3888 3888 ;988 ;983 9888 9883 3;888 < 3;888
VOLTAJE DE PRUEBA 988 988 3888 3888 ;988 ;988 9888 9888 38888
T%5,% 1. V(,'%6)/ $)&(0)-%(/ 7($ ,% MEGGER 7%$% 0)!$ ,% $)/!/')-&!% ) %!/,%0!)-'(.
5racando los valores de resistencia de aislamiento contra el tiempo, se obtiene una curva denominada absorción dieléctrica4 indicando su pendiente el grado relativo de secado y limpieza o suciedad del aislamiento. Si el aislamiento est$ sucio o húmedo, se alcanzara un valor estable en uno o dos minutos después de haber iniciado la prueba y como resultado se obtendr$ una curva con baa pendiente.
F!"#$% 2. R)/!/')-&!% ) %!/,%0!)-'( &(- $)/7)&'( %, '!)07(.
#a pendiente de la curva puede e=presarse mediante la relación de dos lecturas de resistencia de aislamiento, tomadas a diferentes intervalos de tiempo durante la misma prueba. / la relación de >8 a ?8 segundos se le conoce como @Andice de /bsorciónB, y a la relación de 38 a 3 minuto como @Andice de %olarizaciónB. #os (ndices mencionados, son útiles para la evaluación del estado del aislamiento de devanados de transformadores de potencia y generadores. "sta prueba es de gran utilidad para dar una idea r$pida y conable de las condiciones del aislamiento total del transformador bao prueba. #a medición de esta resistencia independientemente de ser cuantitativa también es relativa, ya que el hecho de estar inCuenciada por aislamientos, tales como porcelana, papel, barnices, etc., la convierte en indicadora de la presencia de humedad y suciedad en los materiales.
.1. FACTORES QUE AFECTAN LA PRUEBA "ntre los factores que afectan la prueba y tienden a reducir la resistencia de aislamiento de una manera notable son: la suciedad, la humedad relativa, la temperatura y la inducción electromagnética4 para la suciedad, es necesario eliminar toda la materia e=traDa 0polvo, carbón, aceite, etc.1 que este deposita en la supercie del aislamiento4 para la humedad, se recomienda efectuar las pruebas a una temperatura superior a la de roc(o. #a resistencia de aislamiento var(a inversamente con la temperatura en la mayor parte de los materiales aislantes4 para comparar adecuadamente las mediciones periódicas de resistencia de aislamiento, es necesario efectuar mediciones a la misma temperatura, o convertir cada medición a una misma base. 0'er "cuación 31. #a base de temperatura recomendada, es de ;8E! para transformadores y F8E! para maquinas rotatorias.
= K ( R ) … ( 1 )
R C
t
t
*e donde: 6c: 6esistencia de aislamiento en -egaohms corregida a la temperatura base. 6t: 6esistencia de aislamiento a la temperatura que se efectuó la prueba. G t: !oeciente de corrección por temperatura. Htro factor que afecta las mediciones de resistencia de aislamiento y absorción dieléctrica es la presencia de carga previa en el aislamiento. "sta carga puede originarse porque el equipo trabaa aislado de tierra o por una aplicación prueba anterior de corriente *!. %or ende, es necesario que antes de efectuar la prueba se descarguen los aislamientos mediante una cone=ión a tierra.
CONSIDERACIONES Si al aumentar el voltae de prueba se reducen signicativamente los valores de resistencia de aislamiento, puede ser indicativo de que e=isten imperfecciones o fracturas en el aislamiento, posiblemente agravadas por suciedad o humedad, aun cuando también la sola presencia de humedad con suciedad puede ocasionar este fenómeno.
.2. CONE8IONES PARA REALIZAR LA PRUEBA /l efectuar las pruebas de resistencia de aislamiento a los transformadores, hay diferentes criterios en cuanto al uso de la terminal de guarda del medidor. "l propósito de este terminal es efectuar mediciones en mallas con tre s elementos, 0devanado de /&, I& y tanque1. %ara nes pr$cticos, en este procedimiento se considera la utilización del terminal de guarda del medidor. #o anterior permite discriminar aquellos elementos y partes que se desea no intervengan en las mediciones, resultando estas m$s e=actas, precisas y conables. "n las 2iguras ; y ? se pueden observar las cone=iones para realizar la prueba en transformadores de ; y ? devanados y autotransformadores.
F!"#$% . T$%-/9($0%($)/ ) (/ )+%-%(/.
F!"#$% . T$%-/9($0%($)/ ) '$)/ )+%-%(/.
.. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS PARA LA EVALUACIÓN DE LAS CONDICIONES DE AISLAMIENTO %ara evaluar las condiciones del aislamiento de los transformadores de potencia es conveniente analizar la tendencia de los valores que se obtengan en las pruebas periódicas. %ara facilitar este an$lisis se recomienda gracar las lecturas, para obtener las curvas de absorción dieléctrica4 las pendientes de las curvas indican las condiciones del aislamiento, una pendiente decreciente en el tiempo indica que el aislamiento esta húmedo o sucio. %ara un meor an$lisis de los aislamientos, las pruebas deben hacerse al mismo potencial, las lecturas corregidas a una misma base ;8E! 0ver &abla ;1 y en lo posible, efectuar las pruebas bao las mismas condiciones ambientales.
T%5,% .2 C($$)&&!;- 7($ ')07)$%'#$% 7%$% $)/!/')-&!% ) %!/,%0!)-'(.
"n la evaluación de las condiciones de los aislamientos, deben calcularse los (ndices de absorción y polarización. #as normativas internaciones 0+""", +"!, /S+, etc.1 no emiten un rango o valor de aceptación para estos (ndices por lo que cada empresa posee su propio criterio de aceptación o se rigen por los dados por los fabricantes, los cuales establecen que deben ser superiores a 3 y estar comprendidos entre 3,3 y 3,? para transformadores de potencia. "n la tabla encontramos valores m(nimos de resistencia de aislamiento recomendados por el comité técnico de la "&/ 0International Electrical Testing Association 1 que en ausencia de normas de consenso, sugiere dichos valores.
T%5,% . R)/!/')-&!% ) A!/,%0!)-'( ), T$%-/9($0%($. T)-/!;- ) 7$#)5% %&)7'%% < $)/#,'%(/ 0=-!0(/.
. PRUEBA DEL FACTOR DE POTENCIA DEL AISLAMIENTO
"l factor de potencia del aislamiento es otra manera de evaluar y uzgar las condiciones del aislamiento de los devanados de transformadores, autotransformadores y reactores. "s recomendado para detectar humedad y suciedad en los mismos, es en s(, una caracter(stica propia del aislamiento al ser sometido a campos eléctricos. "l principio fundamental de las pruebas es la detección de cambios en las caracter(sticas del aislamiento, producidos por el enveecimiento, contaminación del mismo, como resultado del tiempo, condiciones de operación del equipo y los producidos por efecto corona. &odo material es capaz de conducir corriente eléctrica, aunque este valor sea muy pequeDo, el material aislante es un pésimo conductor, pero a altos niveles de tensión podemos lograr una circulación de corriente, dicha corriente estar$ formada por una corriente capacitiva 0+c1 y una corriente de pérdidas 0+ 61 como se muestra en el diagrama fasorial de la 2igura 9. !uando el $ngulo delta es pequeDo el factor de potencia y el factor de disipación 0tangente delta1 son iguales como se muestra en la &abla F.
F!"#$% >. D)/&(07(/!&!;- 9%/($!%, ) ,% &($$!)-') ) %!/,%0!)-'(.
!on la aplicación de una tensión /! aparece una corriente como consecuencia del proceso de polarización del material aislante 0orientación de las cargas en el sentido del campo eléctrico1, este fenómeno disminuye en el tiempo, en transformadores puede durar desde algunos segundos hasta varios minutos.
T%5,% . C(07%$%&!;- ) +%,($)/ ) FP < T%-" ? 7%$% @-"#,(/ 7)*#)(/ ) ?.
"l equipo de prueba de aislamiento 2.%. mide la corriente de carga y los vatios de pérdida. "n la &abla 9 podemos observar los voltaes recomendados por la *HI#" para pruebas de 2.% a transformadores con Cuidos aislantes. RANGO DE VOLTAJE SOBRE EL
VOLTAJE DE PRUEBA 3V4
3; y sobre 9,8F a J,K; ;,F a F,J menos a ;,F
38 9 ; 3
T%5,% >. V(,'%6)/ $)&(0)-%(/ 7($ ,% DOBLE 7%$% ,%/ 7$#)5% ) 9%&'($ ) 7(')-&!%.
!omo el factor de potencia aumenta directamente con la temperatura del transformador, se deben referir los resultados a una temperatura base de ;8E!, para nes de comparación tanto para transformadores, como para l(quidos aislantes y bushings.
.1. MÉTODOS DE PRUEBA CON EL EQUIPO PARA MEDICIÓN DE FACTOR DE POTENCIA / continuación se e=plica los tres modos de prueba m$s comunes de los medidores de factores de potencia, los cuales se realizan variando la cone=ión interna de los equipos de medición.
A. UST: "quipo bao prueba no puesto a tierra, en este modo solamente se mide la corriente que circula por el cable de alto voltae 0donde se inyecta la fuente1 y el cable de bao voltae, no se mide la corriente que circula hacia tierra. 0ver 2igura >a1. B. GST: "quipo bao prueba puesto a tierra, en este modo se mide la corriente de fuga que circula hacia tierra y la que circula por el cable de bao voltae 0ver 2igura >b1. C. GST": "quipo bao prueba puesto a guarda, en este modo solo se mide la corriente de fuga hacia tierra 0ver 2igura >c1. #a prueba en 5S&Lg mide un aislamiento a tierra, el ensayo MS& mide el aislamiento entre devanados. Si se utiliza el método 5S&, lo que no se quiere medir se conecta a guarda y cuando se utiliza el método MS&, lo que no se desea medir se conecta a tierra.
F!"#$% . M'((/ 7%$% $)%,!%$ ,% 7$#)5% ) 9%&'($ ) 7(')-&!%.
Se debe hacer énfasis en cortocircuitar cada grupo de devanados 0alta, baa y terciario si tuviese1. Si los devanados se dean Cotando, la inductancia de los mismos ser$ introducida en el circuito, y el equipo de pruebas registrara + & N en vez de +& 02igura K1 dando como resultado un mayor factor de potencia.
F!"#$% . E9)&'( ) -( &($'(&!$&#!'%$ ,(/ )+%-%(/ )- ,% 7$#)5% ) 9%&'($ ) 7(')-&!%.
#os factores que tienden a aumentar el valor del factor de potencia de los aislamientos de una manera notable est$n: la suciedad, la humedad, la temperatura y la inducción electromagnética.
.2. CLCULO DEL FACTOR DE POTENCIA "l factor de potencia en porcentae se calcula con la "cuación ;:
FP=
P ( W ) 100 … (2 ) E ( V ) It ( A )
"n donde: O2%: factor de potencia en porcentae %: %otencia real e=presada en 'atios 0P1 ": &ensión de prueba e=presada en 'oltios 0'1 +t: !orriente de %rueba e=presado en /mperios 0/1
.. CONE8IONES PARA REALIZAR LA PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA / continuación, en las 2iguras J a Q se muestran los esquemas de cone=ión para la prueba de factor de potencia a transformadores de ; y ? devanados.
F!"#$% . T$%-/9($0%($)/ ) (/ )+%-%(/.
F!"#$% . T$%-/9($0%($)/ ) '$)/ )+%-%(/.
.. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS PARA LA EVALUACIÓN DE LAS CONDICIONES DE AISLAMIENTO "n la 2igura 38 se muestra esquem$ticamente, la representación de los aislamientos que constituyen a los transformadores de potencia de dos, tres devanados y autotransformadores.
F!"#$% 1. R)7$)/)-'%&!;- )/*#)0@'!&% 7%$% %!/,%0!)-'(/ ) '$%-/9($0%($)/.
#os aislamientos !, !R, y !, son respectivamente los aislamientos entre el devanado de alta tensión y tierra, el devanado de baa tensión y tierra y el devanado terciario y tierra. #os aislamientos representados como !R, !R y ! son aislamientos entre devanados. "n la &abla > se presenta el criterio de evaluación del aislamiento para transformadores nuevos 0construidos después de 3Q9K1. Se debe revisar en la
estad(stica de valores obtenidos de factor de potencia en pruebas anteriores, con el obeto de analizar la tendencia de dichos valores. RESULTADOS DE FACTOR DE POTENCIACORREGIDOS A 2C EN TRANSFORMADORES DE POTENCIA -enos de 8,9O < 8,9 O pero 7 8,KO < 8,9 pero 7 3,8O y -ayor de 3,8O
Iueno *eteriorado +nvestigar %roblema
T%5,% . I-')$7$)'%&!;- ) $)/#,'%(/ ) ,%/ 7$#)5%/ ) 9%&'($ ) 7(')-&!% )'$%-/9($0%($)/ 0()$-(/ !-0)$/(/ )- %&)!').
#os transformadores nuevos con aislamiento de papelLaceite t(picamente presentan factores de potencia entre 8.;9O a 8.?8O4 cualquier valor mayor a 8.9O se considera deteriorado, e=cepto en transformadores usados donde deben ser menores al 3O. Según variaciones bien sea en capacitancia o corriente indican movimiento del devanado o del núcleo4 9O o m$s indican movimiento severo. "n la &abla K observamos los valores recomendados por la comisión técnica de la "&/ por la ausencia de normas de consenso.
T%5,% . F%&'($)/ ) 7(')-&!%/ $)&(0)-%(/ 7%$% '$%-/9($0%($)/ /#0)$"!(/ )%&)!').
%ara valores mayores al 3.8O de factor de potencia, se recomienda investigar la causa que lo origina, que puede ser provocada por degradación del aceite aislante, humedad y)o suciedad en los aislamientos o por posible deciencia de alguno de los bushings. #os resultados de las mediciones se han normalizados a una temperatura de ;8T!, por eso es importante tomar en cuenta la temperatura del aceite durante la prueba, para luego hacer la corrección. "s útil seDalar que por medio de la interpolación lineal se puede calcular factores de corrección reCeados en la &abla J.
T%5,% . M#,'!7,!&%($)/ 7%$% $)9)$!$ 9%&'($)/ ) 7(')-&!% ) '$%-/9($0%($)/ $)%&'($)/ < $)"#,%($)/ ) +(,'%6) % ')07)$%'#$%/ ) 2C.
#a capacitancia es una función de la geometr(a del espécimen y no se esperan cambios con la edad. !ambios de capacitancia son indicativos de cambios f(sicos. Mn aumento en el valor de los vatios indica contaminación del sistema tal como absorción de humedad, polución o suciedad. "emplos que pueden producir variaciones en las pérdidas:
-ala cone=ión 0pintura, o=idación1 o pérdida de distancias m(nimas en barras o uniones. !arbonización debido al paso de un arco eléctrico. +onización de un material aislante solido causando pequeDas descargas parciales.
>. PRUEBA DE LA CORRIENTE DE E8CITACIÓN #a medición de la corriente de e=citación en transformadores, determina la e=istencia de espiras en cortocircuito, detecta daDos o desplazamiento de devanados y núcleo, cone=iones defectuosas, problemas en el cambiador de tomas, etc. Se obtiene en el devanado primario al aplicar a éste un voltae a frecuencia nominal, manteniendo el devanado secundario en circuito abierto. #a corriente de e=citación consta de dos componentes: una en cuadratura 0+ #1 y la otra en fase 0+61. #a componente en cuadratura corresponde a la corriente reactiva magnetizante del núcleo, mientras que la componente en fase incluye pérdidas en el núcleo y cobre. #a magnitud de la corriente de e=citación depende en parte del voltae aplicado, del número de vueltas y las dimensiones en el devanado, de la reluctancia y de otras condiciones tanto geométricas como eléctricas que e=isten en el transformador. #as
pruebas de corriente de e=citación se realizan con el medidor de factor de potencia que se disponga.
>.1. FACTORES QUE AFECTAN LA PRUEBA
Según el factor que afecta las lecturas, en forma relevante es el magnetismo remanente en el núcleo del transformador y la inducción electromagnética4 el magnetismo es indeseable por dos razones: A. /l volver a conectar un transformador con magnetismo remanente, la corriente de magnetización o de @arranqueB 0+6MS1, que súbitamente demanda el transformador, aumenta considerablemente. B. %uede originar valores anormales de corriente de e=citación durante las pruebas, al analizar condiciones de los devanados o alguno en especial. *esafortunadamente no e=iste un método simple para medir el magnetismo remanente, ya que el valor y polaridad cambian en virtud de que dependen del punto de la curva de histéresis, en el cual la corriente se interrumpió. "l método m$s empleado para eliminar el magnetismo remanente es la aplicación de una corriente directa, inversa al sentido del devanado. "ste método se basa en utilizar corrientes altas, las cuales pueden ser obtenidas por bater(as, aprovechando la baa resistencia óhmica de los devanados del transformador. #os métodos de medición para esta prueba, en el caso de un transformador monof$sico, bastar$ conectar directamente un amper(metro en uno de los e=tremos del devanado energizado. "n un transformador trif$sico conectado en estrella, la corriente de e=citación puede medirse aplicando voltae independientemente a cada una de las fases y conectando un amper(metro en serie al neutro.
>.2. CONE8IONES PARA REALIZAR LA PRUEBA #as 2iguras, de la 33 a la 3F, se muestran la representación circuital y las cone=iones de prueba de corriente de e=citación para transformadores de dos devanados con las cone=iones en delta y estrella4 en la 2igura 39 se observa las cone=iones de prueba para un transformador de tres devanados.
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F!"#$% 12. E/*#)0% &!$&#!'%, ) ,% 7$#)5% )- #- '$%-/9($0%($ &(-)&'%( )E/'$),,%.
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>.. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS !/*/2" en su mayor(a cuenta con transformadores y autotransformadores trif$sicos con un núcleo tipo columna 0? columnas1, los cuales cuentan con un patrón de dos corrientes similares y que ser$n mayores o menores que la corriente restante. "ste comportamiento se debe b$sicamente porque el Cuo magnético de la columna central recorre un camino de menor reluctancia 0camino m$s corto1 para energizarse, mientras que para las columnas e=ternas ocurre lo contrario 0ver 2igura 3F1, a mayor reluctancia, mayor ser$ la corriente para crear el Cuo magnético, por lo tanto esperamos un patrón de ; corrientes altas e iguales en las fases e=teriores 0/ y !1 y una corriente menor en la fase del medio 0I1.
F!"#$% 1. D!/'$!5#&!;- ) ,(/ #6(/ 0%"-'!&(/ )- -&,)(/ ) '$)/ &(,#0-%/.
%ara los casos de núcleos de F, 9 ó K secciones y para núcleos tipo coraza 0@ shellB1, se da el patrón de todas las corrientes iguales para las tres fases. "n transformadores de potencia con cambiadores de tomas, generalmente en el devanado de alta tensión, es necesario realizar la prueba de corriente de e=citación en cada una de sus derivaciones. Mna evaluación r$pida de estas lecturas toma el criterio de que a mayor voltae de operación del devanado de alta tensión se debe esperar menos corriente en la medición4 es decir, al iniciar la prueba en el toma número 3 se deben obtener valores cada vez mayores hasta llegar al toma número 9, estos valores medidos de la corriente de e=citación deben compararse con valores obtenidos en pruebas efectuadas con anterioridad o de puesta en servicio. Mna corriente e=cesiva que supere a los valores de referencia de fabrica o del historial de equipo puede deberse a un cortocircuito entre dos o varias espiras del devanado cuyo valor se adiciona a la corriente normal de e=citación. &ambién el e=ceso de corriente puede ser atribuido a defectos dentro del circuito magnético como: fallas en el aislamiento de los tornillos de sueción del núcleo o aislamiento entre laminaciones. Se recomienda que los resultados se comparen entre unidades similares cuando se carezcan de datos anteriores o de alguna estad(stica sobre el equipo bao prueba, que permita efectuar dicha comparación.
. PRUEBA DE RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN #a relación de transformación se dene como la relación de vueltas o de voltaes del primario al secundario, o la relación de corrientes del secundario al primario en los transformadores.
-ediante la aplicación de esta prueba es posible determinar: #as condiciones del transformador después de la operación de protecciones primarias tales como: relé diferencial, relé Iuchholz, fusibles de potencia, etc. +denticación de espiras en cortocircuito. +nvestigación de problemas relacionados con corrientes circulantes y distribución de carga en transformadores en paralelo. !antidad de espiras en bobinas de transformadores. !ircuitos abiertos 0espiras, cambiadores, cone=iones hacia los pasatapas, etc.1. Se debe realizar la prueba de relación de transformación en todas las posiciones del cambiador de tomas antes de la puesta en servicio del transformador. %ara transformadores en servicio, efectuar la prueba en la posición de operación o cuando se lleva a cabo un cambio en la derivación. &ambién se realiza cada vez que las cone=iones internas son removidas debido a la reparación de los devanados, reemplazo de bushings, mantenimiento al cambiador de tomas, etc. %ara determinar el grupo de cone=ión y poder realizar la prueba de relación de transformación en transformadores trif$sicos se puede utilizar el método del relo.
.1. MÉTODOS DE PRUEBA E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS "n la &abla Q obtenemos una comparación entre los métodos del volt(metro y de puente, las cuales pueden ser aplicados por los equipos de medición para realizar esta prueba.
T%5,% . C(07%$%&!;- )-'$) ), 0'(( ), +(,'=0)'$( < ), 0'(( P#)-').
%ara calcular la diferencia entre la relación teórica y la relación medida se usa la 2órmula ?: %Desv =
V teó −V med V teó
∗100 … (3 )
*onde: O *esv: es la desviación de la medición en porcentae. 'teó: es el valor teórico o de placa. 'med: es el valor medido en la prueba.
#a diferencia m$=ima permitida por los fabricantes y usada por las empresas de mantenimiento es del 8,9O. #as normativas internacionales no poseen criterios de evaluación, solo procedimientos para garantizar la seguridad durante las pruebas. Si en el transformador trif$sico bao prueba, no se logra obtener resultados similares en las tres fases, el problema puede considerarse como un cortocircuito o un circuito abierto en los devanados4 una corriente e=cesiva de e=citación y voltae pequeDo, son indicativos de un cortocircuito en uno de los devanados.
. PRUEBA DE RESISTENCIA ÓHMICA A DEVANADOS "sta prueba es utilizada para conocer el valor de la resistencia óhmica de los devanados de un transformador cuando es sometida a una corriente continua. "s au=iliar para conocer el valor de las pérdidas en el cobre 0+ ;61 y detectar falsos contactos en cone=iones de bushings, cambiadores de tomas, soldaduras decientes y hasta alguna falla inicial en los devanados. #a corriente empleada en la medición no debe e=ceder el 39O del valor nominal del devanado, ya que con valores mayores pueden obtenerse resultados ine=actos causados por variación en la resistencia debido al calentamiento del devanado. #os factores que afectan la prueba son: cables inapropiados, suciedad en los terminales del equipo bao prueba y contactos mal hechos que generan puntos de alta resistencia.
.1. MÉTODOS DE MEDICIÓN *ebido a que la resistencia de un circuito es la relación entre la diferencia de potencial aplicado entre sus e=tremos y la intensidad de la corriente resultante. Mn método es utilizar un medidor de indicación directa llamado óhmetro, su principio de operación es el mismo del volt(metro y amper(metro con una fuente de corriente directa integrada en el medidor. "l segundo método para medir resistencia de un circuito, es conectarlo a una fuente de corriente directa tal como un bater(a y medir la intensidad de corriente por medio de un amper(metro como se muestra en la 2igura 3K.
F!"#$% 1. M)!&!;- ) ,% $)/!/')-&!% ) %$$(,,%( 7($ ), 0'(( +(,'!%07)$!0'$!&(.
%ara las mediciones de resistencia óhmica, e=isten equipos de prueba espec(camente diseDados para ello, como son los puentes de Peatstone y Gelvin, estos puentes son utilizados para devanados con corriente nominal menor a 3/. /l medir las resistencias de los devanados con corriente directa 0*!1, es necesario esperar un tiempo para que la inductancia se cargué y su valor se estabilice para permitir una lectura e=acta, este hecho est$ relacionado con la constante de tiempo que posee el propio devanado. #os principios de operación para ambos equipos, se basan en la medición de una corriente resultante del desequilibrio entre las tensiones presentadas en un circuito formado por resistencias de valor conocido, y por una resistencia de valor por determinar 0que corresponde a la del devanado por medir1. #o anterior se efectúa mediante una fuente incorporada al equipo, circulando por tanto una corriente a través del circuito, cuyo valor es registrado por el galvanómetro.
.2. CONE8IONES PARA REALIZAR LA PRUEBA
"n las 2iguras 3J a ;8, se ilustran las cone=iones de los circuitos de prueba de resistencia óhmica de los devanados paras transformadores de dos y tres devanados.
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F!"#$% 1. P$#)5% ) $)/!/')-&!% ;0!&%. T$%-/9($0%($)/ ) (/ )+%-%(/.
F!"#$% 2. C(-)!;- 7$#)5% ) $)/!/')-&!% ;0!&%. T$%-/9($0%($ ) '$)/ )+%-%(/.
.. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS "n cone=ión delta de transformadores como se muestra en la 2igura ;3, el valor de la resistencia implica la medición de una fase en paralelo con la resistencia en serie de las otras dos fases, el valor resultante es el equivalente de las tres fases, que resulta ser dos tercios de la impedancia de cada fase. %or lo anterior al realizar la medición, en las tres fases se obtienen valores similares. *e la "cuación ? podemos encontrar el valor de resistencia de cada fase.
F!"#$% 21. C(-)!;- ) ,(/ )+%-%(/ )- ),'%. 2
R ph − ph = R ph … ( 3 ) 3
*onde: 6phLph: 6esistencia equivalente en cone=ión delta entre terminals. 6ph: 6esistencia por fase. %ara transformadores cuya conguración es estrella, el resultado de la medición se puede dar por fase en el caso de que se tenga acceso al terminal neutro, en caso contrario, se puede obtener la medida entre terminales de l(nea siendo el resultado de la suma de la resistencia de dos fases como se observa en la "cuación F.
F!"#$% 22. C(-)!;- ) ,(/ )+%-%(/ )- E/'$),,%. R ph − ph =2 R ph … ( 4 )
*onde:
6phLph: 6esistencia equivalente en cone=ión estrella entre terminals. 6ph: 6esistencia por fase.
*e la "=presión 9 se puede ver que la resistencia de cualquier material 0!u ó /l1 de los devanados, es un factor que se ve afectado por la temperatura. R 2= R 1
*onde:
C + T 2 …( 5 ) C + T 1
6; U 'alor de resistencia deseada corregida a &;. 63 U 'alor de resistencia medida a la temperatura &3. &; U &emperatura a la cual se desea corregir la 63. &3 U &emperatura a la cual se midió la 63. ! U !onstante del material 0en las normas +"! es ;?9 para el cobre y ;;9 para el aluminio1. "s recomendable que los valores de puesta en servicio se tengan como referencia para comparaciones con pruebas posteriores.
. PRUEBA DE RIGIDEZ DIELÉCTRICA DEL ACEITE #a rigidez dieléctrica es el valor de la diferencia de potencial m$=ima aplicada entre dos electrodos sumergidos en aceite, separados a una distancia determinada antes de que ocurra un arco eléctrico entre ellos. "sta prueba reCea la resistencia del aceite al paso de una corriente eléctrica, es decir su capacidad como aislante. +ndica la presencia de part(culas polares conductoras y especialmente la presencia de agua disuelta en el aceite. "ntre los factores que afectan la rigidez dieléctrica, tenemos: A. %resencia de compuestos polares: /gua disuelta. !ontaminantes org$nicos. %roductos de la degradación del aceite. B. %resencia de part(culas sólidas: !ontaminantes sólidos: polvo, part(culas met$licas. #odos provenientes de la degradación del aceite. /ditivos sólidos en e=ceso. C. %resencia de gases disueltos: /ire disuelto durante el maneo del aceite. 5ases emitidos por el transformador. *e acuerdo con la /S&- e=isten dos métodos para las pruebas de rigidez dieléctrica: el establecido por la norma *LJKK y la *L3J3>. "l aparato utilizado de acuerdo a la norma *LJKKL /S&-, consiste en un equipo integrado con: un transformador, un regulador de voltae, un interruptor, un volt(metro y una copa de pruebas que contiene dos electrodos separados a una distancia de ;.9F mm para la norma 0*LJKK1 y 3mm para la norma 0*L3J3>1.
.1. PROCEDIMIENTO DE PRUEBA
"n la 2igura ;3, podemos apreciar el equipo de prueba ipotronic para la prueba de la rigidez eléctrica del aceite y a continuación se e=plica el procedimiento para la realización de la misma.
F!"#$% 2. E*#!7( ) 7$#)5% H!7('$(-!&/ 7%$% ,% 7$#)5% ) $!"!) !),&'$!&%.
6evisar el distanciamiento o abertura entre los electrodos con un calibrador circular de di$metro que posee el aparato para realizar la prueba. &anto los electrodos como la copa deben lavarse con aceite aislante en buenas condiciones o con el aceite a probar. "vitar el contacto con los electrodos después de haberlos limpiado para no producir posibles contaminaciones. #impiar y drenar previamente la v$lvula de muestreo, esperar que el aceite que sale por la v$lvula estabilice y tenga la m(nima cantidad de burbuas de aire. #a temperatura del aceite al momento de realizar la prueba deber$ ser a la temperatura ambiente, pero nunca inferior a los ;8E! y la humedad relativa deber$ ser mayor de K9O. #lenar la copa de muestra con el aceite y dearlo reposar en la c$mara de pruebas durante 38 minutos. /plicar un voltae de pruebas de ?888 voltios por segundo para la prueba con electrodos planos o 988 voltios por segundo, si los electrodos son semiesféricos. /notar el valor de ruptura del aceite registrado en el volt(metro. 6epetir el paso anterior 9 veces con intervalos de separación de 3 minuto entre cada prueba para obtener un valor promedio. "l criterio de an$lisis es satisfactorio si el resultado es mayor o igual a 98V', dudoso de ?8V' a 98V' y no satisfactorio si el resultado es menor a ?8V'
. PRUEBAS ESPECIALES REALIZADAS LOS EN TRANSFORMADORES .1. ENSAYO DE TENSIÓN INDUCIDA
"l obetivo de esta prueba es vericar el aislamiento entre espiras, secciones de la bobina y entre devanados de diferentes fases a frecuencia superiores a la nominal para evitar la saturación del núcleo al ser sometido a tensiones superiores. #a prueba debe realizarse según lo establecido en la norma +"! >88K>L?: ;888, cl$usula 3;, subcl$usula 3;.; para aislamiento uniforme y subcl$usula 3;.? y 3;.F para aislamiento no uniforme.
#a forma de voltae deber$ ser lo m$s cercana a una onda sinusoidal y su frecuencia sucientemente por encima de la frecuencia nominal. /l nal de la prueba el voltae debe ser reducido r$pidamente a un valor menor del valor de prueba. Según la duración de las pruebas a frecuencias superiores a la frecuencia nominal 0>8z1 deber$ ser de >8 segundos hasta alcanzar el valor de dos veces la frecuencia nominal. %ara valores de frecuencia mayores 03;8z1 el tiempo de prueba se calcula usando la siguiente "=presión K. t =
f nom f ens
∗120 seg … ( 7 )
*onde:
t: &iempo de duración de la prueba. fnom: 2recuencia nominal del transformador. fens: 2recuencia de ensayo. %ero no debe ser menor a 39 segundos. %ara la medición de descargas parciales el ensayo posee dos modalidades que se efectuaran sobre el aislamiento no uniforme, prueba de tensión inducida corta duración 0%&+!*1 y prueba de tensión inducida larga duración 0%&+#*1, ésta última sólo si es necesario. "n la 2igura ;F se puede observar el circuito electrico para la realizacion del ensayo de tension inducida.
F!"#$% 2. C!$&#!'( ),&'$!&( 7%$% ,% 7$#)5% ) ')-/!;- !-#&!%.
.2. PRUEBA DE IMPEDANCIA DE CORTOCIRCUITO A TENSIÓN REDUCIDA "l obetivo de esta prueba es vericar que los valores de impedancia cumplen con los de diseDo y de forma indirecta vericar el cambiador de tomas.
#os valores de impedancia de cortocircuito son de gran utilidad ya que es el par$metro que determina la capacidad de cortocircuito de un equipo en condiciones de falla, as( como la puesta en servicio de equipos similares en paralelo. a que es una prueba especial dentro del taller, el mismo no cuenta con una fuente variable alterna capaz de suministrar la corriente nominal del transformador, por lo que se realizo a tensión reducida con una fuente de voltae alterna trif$sica de valor o, para aquellos pasos del cambiador de tomas con información del valor de la impedancia de cortocircuito en la placa4 mediante el método voltiamperimétrico. "n la 2igura ;9 se muestra el circuito eléctrico para realizar esta prueba.
F!"#$% 2>. C!$&#!'( ),&'$!&( 7%$% ,% 7$#)5% ) !07)%-&!% ) &($'(&!$&#!'(.
