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PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE
DISTRIBUCION
PEDRO ALONSO ALARCON CABRA
UNIVERSIDAD DISTRITAL “FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS”
FACULTAD TECNOLÓGICA
TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD
BOGOTÁ D.C
2003
PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE
DISTRIBUCION
PEDRO ALONSO ALARCON CABRA
Pasantía para optar al título de
Tecnólogo en Electricidad.
Director
MANUEL MORENO
Ingeniero Electricista
UNIVERSIDAD DISTRITAL “FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS”
FACULTAD TECNOLÓGICA
TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD
BOGOTÁ D.C
2003
Nota de aceptación
Director
Jurado
Jurado
Bogotá, D.C., Agosto de 2003
INDICE
INTRODUCCIÓN
8
RESUMEN
9
1. GENERALIDADES
11
1.1. MARCO TEORICO
1.1.1. ENSAYOS TIPO
1.1.2. ENSAYOS ESPECIALES
1.1.3. PRUEBAS DE RUTINA
1.1.3.1. Medición de la resistencia de los devanados.
1.1.3.2. Medición de la relación de transformación,
1.1.3.2.1. Medición de la relación de transformación
1.1.3.2.2. Verificación de la polaridad
1.1.3.2.3. Verificación de relación de fase
1.1.3.3. Medición de las tensiones de cortocircuito.
1.1.3.4. Medición de las pérdidas con carga.
1.1.3.5. Medición de las pérdidas sin carga.
1.1.3.6. Ensayo de tensión aplicada
1.1.3.7. Ensayo de tensión inducida
1.1.3.8. Medición de rigidez dieléctrica del aceite.
1.1.3.9. Medición de la resistencia de aislamiento.
1.2. PROTOCOLOS
1.2.1. PROTOCOLO PARA ENSAYOS
1.2.2. PROTOCOLO DE NO CONFORMIDAD
11
11
11
12
13
15
15
16
16
16
17
18
18
19
19
19
20
20
22
2.INSTRUMENTACION
24
2.1. MEGGER
2.2. TTR
2.2.1. PRINCIPIO DE OPERACIÓN DEL “TTR”
2.3. CHISPOMETRO
2.4. BANCO DE PRUEBAS
24
25
25
27
28
3. METODOLOGIA Y RESULTADOS
33
3.1. METODOLOGIA
3.2. RESULTADOS
3.3 NORMAS APLICABLES A CADA PRUEBA DE RUTINA
33
39
41
4. MANUAL DE PROCEDIMIENTOS
43
PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
4.1. MEDICION DE LA RESISTENCIA DE LOS DEVANADOS
43
4.1.1. MÉTODO DE LA CAIDA DE TENSION
44
4.1.2. MÉTODO DEL PUENTE DE WHEATSTONE.
45
4.2. MEDICION DE RELACION DE TRANSFORMACION, VERIFICACION DE
POLARIDAD
46
4.2.1. MEDICIÓN DE LA RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN
46
4.2.1.1. Método del voltímetro
46
4.2.1.2. Método del divisor patrón.
47
4.2.1.3. Método del trasformador patrón
48
4.2.2. VERIFICACIÓN DE LA POLARIDAD
49
4.2.2.1. Método de trasformador patrón.
49
4.2.2.2. Método de la descarga inductiva.
50
4.2.2.3. Método diferencial de corriente alterna.
51
4.3. MEDICIÓN DE LAS TENSIONES DE CORTOCIRCUITO
52
4.3.1 TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS.
52
4.3.2. ENSAYO DE CORTOCIRCUITO DE UN TRANSFORMADOR TRIFÁSICO CON TENSIÓN
TRIFÁSICA.
54
4.3.3. ENSAYO DE CORTOCIRCUITO DE UN TRANSFORMADOR TRIFÁSICO CON TENSIÓN
MONOFASICA.
55
4.3.4. ENSAYO DE TENSIÓN CORTOCIRCUITO DE UN TRANSFORMADOR DE TRES DEVANADOS.
57
4.4. MEDICION DE LAS PÉRDIDAS SIN CARGA
57
4.4.1. DETERMINACIÓN DE LAS PÉRDIDAS SIN CARGA POR EL MÉTODO DE VOLTÍMETRO DE
57
VALOR PROMEDIO ABSOLUTO, PARA TRASFORMADORES MONOFASICOS.
4.4.2. DETERMINACIÓN DE LAS PÉRDIDAS SIN CARGA EN TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS 61
4.5. ENSAYO DE TENSIÓN APLICADA
64
4.6. ENSAYO DE POTENCIAL INDUCIDO
68
4.7. PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO
73
4.8. PRUEBA DE LA RIGIDEZ DIELECTRICA DE ACEITE
74
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
76
GLOSARIO
78
BIBLIOGRAFIA
82
ANEXO 1- PROTOCOLO DE ENSAYOS
83
ANEXO 2 – PROTOCOLO DE NO CONFORMIDAD
84
ANEXO 3
85
ANEXO 4
86
ANEXO 5
87
2
Pedro Alarcón / UNIVERSIDAD DISTRITAL
Práctica Empresarial – DISICO S.A.
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ANEXO 6
88
ANEXO 7
89
ANEXO 8
90
ANEXO 9
91
ANEXO 10
92
ANEXO 11
93
3
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INDICE DE FIGURAS
FIGURA 1.1. DIAGRAMA SIMPLIFICADO DEL PUENTE WHEATSTONE ..................................................... 14
FIGURA 1.2.CONEXIÓN PARA LA MEDICIÓN DE RESISTENCIA OHMICA DEL DEVANADO POR EL MÉTODO
DE CAÍDA DE TENSIÓN ...................................................................................................................... 15
FIGURA 1.3.ENSAYO EN CORTOCIRCUITO DE UN TRANSFORMADOR (SECUNDARIO CORTOCIRCUITAD 17
FIGURA2.1. FOTOGRAFÍA DE MEGGER. ................................................................................................ 24
FIGURA 2.2. DIAGRAMA DE LA CONEXIÓN DEL TTR CON EL TRANSFORMADOR DE PRUEBA ................ 26
FIGURA2.3. FOTOGRAFÍA DE UN TTR...................................................................................................... 26
FIGURA2.4. DIAGRAMA DE LOS PRINCIPALES COMPONENTES DE UN CHISPOMETRO............................. 27
FIGURA2.5. FOTOGRAFÍA DE UN CHISPOMETRO ..................................................................................... 28
FIGURA2.6. DIAGRAMA UNIFILAR DEL BANCO DE PRUEBAS .................................................................... 29
FIGURA2.7. FOTOGRAFÍA DEL BANCO DE PRUEBAS (SE PUEDE OBSERVAN LOS VATIMETROS,
VOLTÍMETROS, AMPERÍMETROS ENTRE OTROS INSTRUMENTOS DE MEDIADAS). ......................... 30
FIGURA 3.1. DIAGRAMA UNIFILAR DEL BANCO DE PRUEBAS PARA EL ENSAYO DE TENSIÓN INDUCIDA 35
FIGURA 3.2. DIAGRAMA UNIFILAR DEL BANCO DE PRUEBAS PARA EL ENSAYO DE TENSIÓN APLICADA 36
FIGURA 3.3. DIAGRAMA UNIFILAR DEL BANCO DE PRUEBAS PARA LA MEDICIÓN DE PERDIDAS SIN
CARGA. ............................................................................................................................................. 37
FIGURA 3.4. DIAGRAMA UNIFILAR DEL BANCO DE PRUEBAS PARA EL ENSAYO DE CORTOCIRCUITO. ... 38
FIGURA 4.1. CONEXIÓN PARA LA MEDICIÓN DE RESISTENCIA OHMICA DEL DEVANADO POR EL MÉTODO
DE LA CAÍDA DE POTENCIAL ............................................................................................................ 44
FIGURA4.2. DIAGRAMA SIMPLIFICADO DEL PUENTE WHEATSTONE ....................................................... 46
FIGURA4.3. ESQUEMA DEL CIRCUITO UTILIZADO EN EL MÉTODO DEL DIVISOR PATRÓN. ..................... 47
FIGURA 4.4. DIAGRAMA DEL CIRCUITO UTILIZADO EN EL MÉTODO DEL TRANSFORMADOR PATRÓN ... 48
FIGURA 4.5. CONEXIÓN PARA LA PRUEBA DE RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN Y POLARIDAD. DELTAESTRELLA ........................................................................................................................................ 49
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FIGURA4.6. ESQUEMA DEL CIRCUITO UTILIZADO EN LA DETERMINACIÓN DE LA POLARIDAD CON EL
MÉTODO DE LA DESCARGA INDUCTIVA. .......................................................................................... 51
FIGURA4.7. ESQUEMA DEL CIRCUITO UTILIZADO EN LA DETERMINACIÓN DE POLARIDAD CON EL
MÉTODO DIFERENCIAL DE CORRIENTE ALTERNA........................................................................... 52
FIGURA4.8 .DIAGRAMA PARA LA CONEXIÓN PARA EL ENSAYO DE CORTOCIRCUITO PARA
TRANSFORMADORES MONOFASICOS DE DOS DEVANADOS .............................................................. 53
FIGURA4.9.DIAGRAMA DE CONEXIÓN PARA EL ENSAYO DE CORTOCIRCUITO EN TRANSFORMADORES
TRIFÁSICOS CON TENSIÓN TRIFÁSICA. ............................................................................................ 54
FIGURA 4.10. ESQUEMA DE LA INSTALACIÓN CUANDO NO SE REQUIERE TRANSFORMADOR DE MEDIDA
.......................................................................................................................................................... 58
FIGURA 4.11. ESQUEMA DE LA CONEXIÓN CUANDO SE REQUIERE TRANSFORMADOR DE MEDIDA ........ 59
FIGURA 4 12. ESQUEMA DE LA CONEXIÓN PARA DETERMINAR LAS PÉRDIDAS CON TRES VATIMETROS 63
FIGURA 4.13. ESQUEMA DE LA CONEXIÓN PARA DETERMINAR LAS PÉRDIDAS CON DOS VATIMETROS . 63
FIGURA 4. 14. .ESQUEMA DE LA CONEXIÓN PARA DETERMINAR LAS PERDIDAS, CON NEUTRO
ARTIFICIAL....................................................................................................................................... 64
FIGURA4.15. CONEXIONES NECESARIAS PARA REALIZAR LA PRUEBA DE POTENCIAL APLICADO ......... 67
FIGURA4.16. DIAGRAMA UNIFILAR DEL CIRCUITO UTILIZADO PARA REALIZAR LA PRUEBA DE
POTENCIAL APLICADO ..................................................................................................................... 67
FIGURA 4.17. CIRCUITOS DE PRUEBA A TRANSFORMADORES MONOFASICOS Y TRIFÁSICOS CON
AISLAMIENTOS UNIFORMES ............................................................................................................. 70
FIGURA 4.18. CIRCUITO MONOFASICO DE PRUEBA PARA UN TRANSFORMADOR CONECTANDO EN DELTA
EN ALTA TENSIÓN............................................................................................................................. 71
FIGURA 4.19. CIRCUITO DE PRUEBA DE POTENCIAL INDUCIDO CON ALIMENTACIÓN EN EL DEVANADO
DE BAJA TENSIÓN. ............................................................................................................................ 71
FIGURA4.20. CIRCUITO PARA PRUEBA DE POTENCIAL INDUCIDO EN UN TRANSFORMADOR TRIFÁSICO 73
FIGURA 4.21. DIAGRAMAS DE CONEXIÓN DE UN TRANSFORMADOR PARA LA PRUEBA DE RESISTENCIA
DE AISLAMIENTO ............................................................................................................................. 74
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FIGURA 4.22. DIAGRAMA DE LOS PRINCIPALES COMPONENTES DE UN PROBADOR DE RIGIDEZ
DIELÉCTRICA. .................................................................................................................................. 75
FOTOGRAFÍAS DE TRANSFORMADORES SOMETIDOS A PRUEBA DE TENSIÓN APLICADA ......................... 93
FOTOGRAFÍAS DE TRANSFORMADORES SOMETIDOS A PRUEBA DE TENSIÓN INDUCIDA ......................... 93
FOTOGRAFÍAS DE TRANSFORMADORES SOMETIDOS A ENSAYO DE CORTOCIRCUITO ............................ 94
FOTOGRAFÍA DE TRANSFORMADOR EN PRUEBA DE PERDIDAS SIN CARGA.............................................. 95
FOTOGRAFÍA DEL CAMPO DE PRUEBAS .................................................................................................... 95
INDICE DE TABLAS
TABLA 1. RELACIÓN DE LAS NORMAS APLICABLES A CADA TIPO DE ENSAYO DE
RUTINA…………………………..………………………………………………………………..41
TABLA 2. VALORES TIPICOS PORCENTUALES DE PERDIDAS POR HISTÉRESIS Y
CORRIENTES PARASITAS….……………………………………………….............................61
TABLA 3. TENSIONES ESTABLECIDAS POR LAS NORMAS IEEE PARA
TRANSFORMADORES SUMERGIDOS EN ACEITE DE ACUERDO A SU NIVEL DE
AISLAMIENTO………………..………………………………………………………………….65
TABLA 4. TIEMPO ESTABLECIDO POR LAS NORMAS ANCI C57-72 PARA PRUEBA DE
POTENCIAL INDUCIDO…….…………………………………………………………………..68
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INTRODUCCIÓN
Un transformador es probado para verificarse hasta dónde es posible, de que
ha sido adecuadamente diseñado y construido a fin de soportar la carga
homologa,
mientras que a su mismo tiempo resista todas las situaciones
peligrosas a que debe esperarse que esté expuesto en operación durante un
periodo de veinte años o más.
La única prueba verídica que puede demostrar que un transformador durará
veinte años es hacerlo funcionar veinte años. En realidad, las pruebas hechas
en fábrica sólo son un seguro idealizado aunque basados en resultados de
prueba sobre el buen estado de los materiales aislantes y de las piezas más
importantes, o sobre el de las que con más probabilidad pueden presentar
defectos de diseño o de fabricación. En general, a los transformadores se les
práctica una serie de pruebas que se inician desde las realizadas a la materia
prima, hasta las de mantenimiento.
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RESUMEN
Para brindar un buen suministro de energía eléctrica es importante contar con
un transformador eficiente.
Realizar pruebas y ensayos antes de poner en funcionamiento un equipo,
proporciona la seguridad que dicho aparato resistirá las condiciones normales
de servicio.
Para los transformadores eléctricos de distribución se han designado tres tipos
de ensayo, los cuales son: ensayos tipo, ensayos especiales, y ensayos de
rutina.
Lo que se pretende con este documento es plasmar los conocimientos y
experiencias adquiridos durante el periodo de práctica, con el fin de dar a
conocer cuales son los ensayos y cuales son las normas que controlan los
procedimientos para su ejecución.
Este documento se centra exclusivamente a la descripción de los ensayos de
rutina. Al introducirse en este trabajo se encuentra con un primer capitulo que
hace un recorrido por los diferentes tipos de ensayo y expone la importancia
que cada uno de ellos tiene, al igual que los protocolos que involucran su
ejecución.
En el segundo capitulo se hace una descripción de los equipos de medida
involucrados en las diferentes pruebas y su funcionamiento.
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El tercer capitulo describe el procedimiento que se siguió para la ejecución de
los ensayos en la empresa, además expone los aportes que a nivel personal
dejo la ejecución de la practica.
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1. GENERALIDADES
1.1. MARCO TEORICO
Las pruebas a transformadores se dividen en tres grupos:
1.1.1. ENSAYOS TIPO
El efectuado por el fabricante a un transformador representativo de una serie
de aparatos de valores iguales e igual construcción. Estas pruebas nos
verifican la calidad con que el transformador fue fabricado; así como también,
evaluar el estado en que se encuentra para soportar las condiciones normales
de operación y las anormales provocadas por condiciones de falla o de sobre
tensiones de tipo atmosférico. Estas pruebas son:
Ensayo de tensión de impulso con onda completa.
Ensayo de calentamiento.
1.1.2. ENSAYOS ESPECIALES
Estas pruebas nos determinan la vida útil del transformador, ya que
dependiendo de la rapidez con que envejezca el aislamiento, en esa misma
proporción será el acortamiento de su vida útil. Estos ensayos son diferentes a
los de rutina, y son acordados entre el fabricante y el comprador. Dichos
ensayos son:
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Ensayo de tensión incluyendo ondas recortadas.
Medición de la impedancia de secuencia cero.
Medición del nivel de ruido.
Verificación de la resistencia dinámica.
Medición de las capacitancias.
Medición de las descargas parciales (efecto corona).
Ensayo de los conmutadores con carga y sin ella.
Medida de ondas armónicas (Transformadores sin carga).
1.1.3. PRUEBAS DE RUTINA
Son los ensayos realizados por el fabricante a cada transformador, o sobre las
partes o materiales que lo conforman, con el fin de verificar que el producto
cumple con las especificaciones de diseño. Estas pruebas dan a conocer la
eficiencia de trabajo del transformador, así como su regulación de tensión.
Además, determina si éste está dentro del % de impedancia y corriente de
excitación establecidos por las normas. Estas pruebas son:
Medición de la resistencia de los devanados.
Medición de la relación de transformación, verificación de la polaridad
y relación de fase.
Medición de las tensiones de corto circuito.
Medición de las pérdidas con carga.
Medición de las corrientes y pérdidas sin carga (en vacío).
Ensayo de tensión aplicada.
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Ensayo de sobre tensión inducida.
NOTA: Este documento se desarrollo enfocándose únicamente en los ensayos
de rutina para transformadores de distribución.
1.1.3.1. Medición de la resistencia de los devanados.
Objetivo de la prueba.
Esta prueba sirve, básicamente, para comprobar que todas las conexiones
internas efectuadas en los devanados y guías fueron sujetadas firmemente, así
como también obtener información para determinar las perdidas en el cobre
(I²*R) y calcular la temperatura de los devanados en la prueba de temperatura.
Existen dos métodos usados para realizar esta prueba.
Método del puente de Wheatstone o Kelvin.
Método de caída de tensión.
1.1.3.1.1. El método del puente de Wheatstone es el más usado por la sencillez
de su manejo y por la gran exactitud que nos ofrece; además de que la
corriente con la que opera es muy pequeña, por lo cual no se alteran las
lecturas por efectos de calentamiento durante la medición, la comparación se
hace directamente con resistencias patrón, cuya exactitud puede ser muy
grande.
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R2
R
R1
RX
Figura 1.1. Diagrama simplificado del Puente Wheatstone.
1.1.3.1.2. El método de la caída de tensión: consiste simplemente en conectar
el devanado a una fuente de corriente continua y tomar las lecturas tanto de
corriente como de tensión en el devanado, luego por medio de la ley de Ohm:
RX =
U
I
Siendo:
U = Tensión aplicada a los terminales del devanado, en voltios
I = Intensidad de corriente que circula por el devanado, en amperios.
Rx = Resistencia del devanado, en ohmios.
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A
V
Fuente
C.D.
Interuptor para proteger
al voltímetro
Transformador bajo
prueba
Figura 1.2.Conexión para la medición de resistencia Ohmica del devanado por el método de
caída de tensión
1.1.3.2. Medición de la relación de transformación, verificación de la polaridad
y relación de fase.
1.1.3.2.1. Medición de la relación de transformación
Objetivo de la prueba
La prueba de la relación de transformación tiene como principal objetivo, la
determinación de la relación entre el número de vueltas del devanado primario
y el secundario, o sea, determina si la tensión suministrada puede ser
transformada a la tensión deseada.
Existen tres métodos para la medición de la relación de transformación:
1. Método del voltímetro.
2. Método del divisor patrón.
3. Método del transformador patrón (TTR)
Los procedimientos para cada uno de los métodos se hará en el cuarto capitulo
“MANUAL DE PROCEDIMIENTOS”.
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1.1.3.2.2. Verificación de la polaridad
El objetivo de la prueba de polaridad es determinar el desplazamiento angular
expresado en grados entre el vector que representa la tensión de línea a neutro
de una fase de A.T. y el vector que representa la tensión de línea a neutro en la
fase correspondiente en B.T. La polaridad reviste una gran importancia en la
conexión de los transformadores sobre todo si éstos han de ser conectados en
paralelo o en bancos.
Los métodos para esta prueba son los siguientes.
1. Método de la descarga inductiva.
2. Método diferencial de corriente alterna.
3. Método del transformador patrón
1.1.3.2.3. Verificación de relación de fase
El desplazamiento entre las fases de los transformadores polifásicos, se debe
verificar con el método de diagrama fasorial, siempre y cuando la relación de
transformación no exceda de 30:1.
Para la verificación de la relación de fase se utilizan los siguientes métodos:
Método del diagrama fasorial
Método del indicador.
1.1.3.3. Medición de las tensiones de cortocircuito.
Con esta prueba se determina la tensión requerida para hacer circular la
corriente nominal a través de uno de los devanados especificados de un
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transformador cuando el otro devanado esta en cortocircuito con los devanados
conectados como para operación a tensión nominal.
1.1.3.4. Medición de las pérdidas con carga.
La resistencia y la reactancia equivalentes se miden sin dificultad por medio de
un amperímetro, un voltímetro y un vatímetro, como se muestra en la figura 1.3.
Se cortocircuita el secundario y se regula la tensión V1 hasta que I1 alcance su
valor a plena carga. Entonces I2 tiene también su valor a plena carga, puesto
que
I 2 N1
. No hay potencia suministrada; en consecuencia, la potencia
=
I1 N 2
absorbida se transforma toda en pérdidas, las cuales se reducen casi por
completo a la pérdida en el cobre, porque la pérdida en el hierro varia
aproximadamente con el cuadrado de la tensión, y el valor de V1 requerido
para hacer circular la corriente a plena carga por los arrollamientos cuando el
secundario está cortocircuitado es solo alrededor de una décima parte de la
tensión normal. En consecuencia, la perdida en el hierro es solo una centésima
parte, aproximadamente, de la normal y por lo tanto, despreciable.
Figura 1.3.Ensayo en cortocircuito de un transformador (secundario cortocircuitado).
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1.1.3.5. Medición de las pérdidas sin carga.
Corresponde a las pérdidas en vacío y son la suma de las perdidas por
histéresis, más las pérdidas por corrientes inducidas en el núcleo (corrientes de
Foucault).
Las pérdidas por histéresis y por corriente de Foucault, consideradas en
conjunto, constituyen lo que se denomina pérdidas en el hierro. Suponiendo
que la tensión de entrada V1 se mantiene constante, el flujo φmáx. será
prácticamente constante, e independiente de la carga, porque φmáx. no puede
variar sin romper el equilibrio entre E1 y V1, permitiendo así que fluya una
corriente primaria adicional para contrarrestar la variación de flujo. Puesto que
el flujo es prácticamente independiente de la carga, la pérdida en el hierro se
supone constante para todas las cargas
1.1.3.6. Ensayo de tensión aplicada
Objetivo de la prueba
La prueba de potencial aplicado consiste en verificar que la clase y cantidad de
material aislante sean las adecuadas, con el objeto de asegurar que el
transformador resistirá los esfuerzos eléctricos a los que se verá sometido
durante su operación.
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1.1.3.7. Ensayo de tensión inducida
Objetivo de la prueba.
Esta prueba consiste en probar si el aislamiento entre vueltas, capas y
secciones de los devanados del transformador es de la calidad requerida, así
como verificar el aislamiento entre bobinas y entre devanados y tierra.
Existen otras pruebas que a pesar que no están registradas entre las Normas
Técnicas hacen parte de los ensayos de rutina exigidos en los protocolos.
Están pruebas son:
1.1.3.8. Medición de rigidez dieléctrica del aceite.
Objetivo de la prueba
Esta prueba al aceite es una de las más frecuentes, ya que al conocer la
tensión de ruptura que un aceite soporta es mucho mas valioso, además esta
prueba revela cualitativamente la resistencia momentánea de la muestra del
aceite al paso de la corriente y el grado de humedad, suciedad y sólidos
conductores en suspensión. Esta prueba se le realiza únicamente a
transformadores sumergidos en aceite.
1.1.3.9. Medición de la resistencia de aislamiento.
Objetivo de la prueba
Esta prueba sirve, básicamente, para determinar la cantidad de humedad e
impurezas que contienen los aislamientos del transformador. La prueba se
realiza tanto a transformadores tipos secos y sumergidos en aceite.
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Práctica Empresarial – DISICO S.A.
PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
La medición de la resistencia del aislamiento se lleva a cabo con un Megger,
que aplica tensión continua entre los bobinados, bobinados con respecto a
tierra y con respecto al núcleo. A través de las mediciones anteriores se
obtiene los valores de la resistencia del aislamiento. Los valores típicos de
resistencia del aislamiento entre bobinados y tierra, en un transformador de
poder, es del orden de 400 Megahoms, y entre bobinados y núcleo, de 1000
Megahoms. La medición de resistencia de aislamiento con respecto al núcleo
solo se realizará si este es accesible.
1.2. PROTOCOLOS
1.2.1. Protocolo para ensayos
El protocolo para los ensayos no es más que un formato (ver anexo Nº 1) en el
cual se registran los diferentes datos necesarios para la identificación de un
transformador sometido a pruebas, además de los diferentes resultados
obtenidos a través de los diversos ensayos que se realizan.
Existen diversos estilos de de protocolo, pues cada empresa dedicada a este
tipo de ensayos elabora su propio formato, pero es indispensable que dichos
formatos cumplan con las especificaciones técnicas exigidas por las entidades
competentes, en el caso de nuestro país dichas normas son dictadas por el
ICONTEC y se encuentran en la norma NTC 1358.
En términos generales el formato empleado en DISICO S.A. (empresa donde
se desarrollo la práctica) consta de los siguientes apartes:
20
Pedro Alarcón / UNIVERSIDAD DISTRITAL
Práctica Empresarial – DISICO S.A.
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•
En la primera parte del protocolo se registra la fecha durante la cual se
realizan los ensayos, además del tipo de prueba y el código de dicho
documento.
•
En la segunda parte se relacionan las características técnicas del
transformador sometido a prueba tales como marca, el número, número
de fases, conexión, peso, tipo, entre otras.
•
En la tercera parte se registran todos los datos obtenidos durante el
desarrollo de las diferentes pruebas, como también el nombre de la
persona encargada de realizar dichos ensayos y del responsable de la
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Práctica Empresarial – DISICO S.A.
PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
supervisión.
1.2.2. Protocolo de no conformidad
Además del protocolo de ensayos también existe otro documento (formato)
conocido con el nombre de certificado de no conformidad, en el cual se registra
las fallas o pruebas que no hayan superado las especificaciones establecidas
por las normas técnicas (ver anexo Nº 2).
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2. INSTRUMENTACION
Existen varios tipos, modelos y marcas de instrumentos utilizados para las
mediciones durante los ensayos, sin embargo para este proyecto solo se
describirán los equipos encontrados en la empresa donde se desarrollo la
pasantia.
2.1. MEGGER: Este instrumento se utiliza en la prueba de resistencia de
aislamiento. Aplica una tensión de 1000 V. a los devanados y hace una relación
interna con la corriente arrojando así un valor de resistencia.
Figura2.1. Fotografía de MEGGER.
24
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Práctica Empresarial – DISICO S.A.
PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
2.2. TTR: Este aparato está diseñado para hacer mediciones de la relación de
transformación en transformadores, auto-transformadores
y reguladores de
voltaje. El “TTR” es un instrumento práctico y preciso para analizar las
condiciones de los transformadores en los siguientes casos:
a) Medición de la relación de transformación en equipos nuevos o
reparados.
b) Identificación y determinación de terminales, derivaciones (taps) y sus
conexiones internas.
c) Determinación y comprobación de polaridad, continuidad y falsos
contactos.
d) Identificación de espiras en cortocircuito.
e) Detención de fallas incipientes.
2.2.1. Principio de operación del “TTR”
El “TTR” opera bajo el conocido principio, de que cuando dos transformadores
tienen nominalmente la misma relación de transformación, se
conectan y
excitan en paralelo. Con la más pequeña diferencia en la relación de alguno de
ellos, se produce una corriente circulante relativamente grande entre ambos.
Observando la figura 2.2., cuando el transformador patrón se conecta en
paralelo con el transformador bajo prueba, con un galvanómetro conectado en
serie con las bobinas secundarias de ambos transformadores. Al excitar las
25
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PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
bobinas primarias y que el galvanómetro no detecte deflexión (que no pase
corriente a través de él), en ese momento podemos decir que los
transformadores tienen la misma relación de transformación.
Figura 2.2. Diagrama de la conexión del TTR con el transformador de prueba.
Figura2.3. Fotografía de un TTR.
26
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PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
2.3. Chispometro: Este aparato consiste en un transformador de potencial, un
regulador de tensión, un voltímetro indicador, un interruptor y la copa estándar
patrón de la prueba. Esta copa patrón, consiste en un recipiente de bakelita o
vidrio refractario, dentro de la cual se alojan dos electrodos en forma de disco
de 25.4 mm de diámetro, separados a una distancia entre sí de 2.54 mm con
las caras perfectamente paralelas, figura 2.4.
Motor
Copa
120 / 240 V
Electrodo
Aceite
bajo prueba
Regulador de
Tensión
Transformador
Elevador
Figura2.4. Diagrama de los principales componentes de un chispometro.
27
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PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
Figura2.5. Fotografía de un Chispometro.
2.4. Banco de Pruebas: Este es quizás el instrumento más importante en el
desarrollo de las pruebas de rutina a transformadores. Este dispositivo esta
constituido por:
Parte interna
Un transformador seco de 100KVA de el cual se encarga de llevar una
tensión de 220 V a 1000 V
Dos vatímetros con una conexión ARON
Transformadores de potencia y corriente
Voltímetros
Amperímetros
Contactores que se cierran y abren de acuerdo con el tipo de prueba
que se va a ejecutar
Generador de 30KVA, 208V (se utiliza para la prueba de potencial
inducido)
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PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
Parte externa
Variac #1, se encarga de regular la tensión al transformador seco de
100KVA
Transformador elevador, este tiene como función elevar la tensión hasta
53.2KV
Además posee un pedal de enclavamiento de seguridad, el cual es oprimido
por el operario para habilitar el banco y en caso de alguna falla, basta con
levantar el pie del pedal desernegizando el banco.
V8
Transformador
elevador
A7
53.2 kV
Protección
3x100A
VARIAC 2
Vm
C4
W2
C9
W1
CE
A4,A5,A6
C5
C10
TP1
C7
C8
TC1
TC3
A
3x60A
Square D Protección
Banco de Pruebas
VARIAC 1
V
Transformador Seco
100 kVA
220/1000 V
V1,V2
C2
Generador 30kVA,
208V, Cosϕ 0.75,
5700/6300 r.p.m
C1
M
Motor 12.5 H.P,
220V, Cosϕ 0.82,
3450/1725 r.p.m
V3
Am
C3
G
F
EXC
Figura2.6. Diagrama unifilar del banco de pruebas.
29
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TP2
C11
TC2
PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
Figura2.7. Fotografía del Banco de Pruebas (se puede observan los vatimetros, voltímetros,
amperímetros entre otros instrumentos de mediadas).
30
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PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
3. METODOLOGIA Y RESULTADOS
3.1. METODOLOGIA
Una vez que la empresa aceptó el desarrollo de la pasantia, y el consejo
curricular aprobó la propuesta, se procedió a efectuar la práctica de la siguiente
manera:
Se recibió una capacitación sobre el manejo de equipos, procedimientos,
métodos, normas de seguridad, y normas técnicas aplicables en el proceso de
los ensayos. Posteriormente se paso a la ejecución de las pruebas de la
siguiente forma:
Cuando el transformador se encuentra listo para ser probado, ya sea porque
fue reparado o se le va a realizar un diagnostico, se procede a efectuar las
pruebas de rutinas correspondientes.
MEDICIÓN DE AISLAMIENTOS EN LOS DEVANADOS
Se hace un puente en los terminales de alta y baja tensión, se conectan las
dos puntas del Megger en cada uno de los devanados y posteriormente se
oprime el interruptor del Megger para energizar el circuito, se espera unos
minutos hasta que la lectura se estabilice, luego se registra este dato en el
protocolo F8202. Se efectúan pruebas en diferentes conexiones tales como:
1. Alta tensión contra tierra
2. Baja tensión contra tierra.
33
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PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
3. Alta tensión contra baja tensión.
PRUEBA DE RELACIÓN DE TRANSFORMACION
Se conectan los terminales del TTR al transformador de la siguiente forma:
X1 y X2 a los terminales de baja tensión, luego H1 y H2 a los terminales de alta
tensión, se mueve la manivela del TTR y se encuentra la relación de
transformación por medio de los cuatro swites que se encuentran en la parte
posterior del instrumento, se van variando cada uno de los swites hasta que el
dial de la pantalla “NULL DETECTOR” se encuentre en el centro, en ese
momento se tiene la relación de transformación Esta prueba se realiza en cada
posición del conmutador que se encuentra por lo general a un costado del
transformador. Si el transformador es trifásico se realizan las pruebas a cada
una de las bobinas haciendo las siguientes conexiones:
1. U y V.
2. U y W.
3. V y W.
Se registra cada uno de los datos en el protocolo F 8202.
PRUEBA DE TENSIÓN INDUCIDA
Se conectan las tres puntas que salen de la fuente del banco de pruebas a los
bornes X, Y, Z. Se presiona el pedal que da paso al control de los contactores,
se presiona en orden C1 y C2 (con lo cual se energiza el motor generador),
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PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
luego se oprime C3 y C7, enseguida se excita el generador por medio de la
perilla EG, hasta aplicar el 200% de porcentaje nominal del transformador por
un intervalo de 18 segundos. La información debe ser registrada en el protocolo
F8202.
V8
A7
PRUEBA DE TENSIÓN INDUCIDA
Transformador
elevador
53.2 kV
Protección
3x100A
VARIAC 2
Vm
C4
W2
C9
W1
CE
C10
A4,A5,A6
C5
A
Protección
Banco de
Pruebas
VARIAC
1
Transformador
Seco 100
kVA
220/1000 V
V
V1,V2
C1
M
V3
C2
C7
C8
TC1
Am
TC3
TP1
TC2
C3
G
F
EXC
Figura 3.1. Diagrama Unifilar del banco de pruebas para el ensayo de tensión inducida. La
línea en color indica la parte activa del banco para el desarrollo de la prueba.
PRUEBA DE POTENCIAL APLICADO
Para terminal de alta tensión se hace un puente entre U, V, y W (terminales de
alta tensión), y otro puente entre X, Y, y Z (terminales de baja tensión) y se
aterriza. Se conectan los terminales de alta tensión al transformador de
potencial del banco de pruebas, se calcula el voltaje que debe ser suministrado
al transformador de Potencial. Se presiona el pedal que da paso al control de
los contactores del banco de pruebas. Se oprime C10 y se energiza el VARIAC
#1 incrementando el voltaje de 1 a 120 Voltios. Por medio de la perilla del
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TP2
C11
PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
VARIAC #2, se eleva moderadamente el voltaje del transformador de potencial
hasta obtener una tensión de 34 Kv.
Para el terminal de baja tensión se invierten las conexiones, los terminales de
alta tensión se aterrizan y los terminales de baja tensión se conectan al
transformador de potencial, para este caso el voltaje es de 10 Kv.
En ambos casos la prueba durará 60 segundos. Los resultados se registran en
el protocolo F8202.
V8
PRUEBA DE TENSIÓN
APLICADA
A7
C4
Transformador
elevador
Protección
3x100A
VARIAC
2
53.2 kV
Vm
W2
C9
W1
CE
C10
Protección
Banco de
Pruebas
VARIAC
1
Transformador
Seco 100 kVA V3
C2 220/1000 V
V
V1,V2
C1
A4,A5,A6
A
C5
M
TP1
C7
C8
TC1
Am
TC3
TC2
C11
C3
G
EXC
F
Figura 3.2. Diagrama unifilar del banco de pruebas para el ensayo de tensión aplicada. La línea
en color indica la parte activa del banco para el desarrollo de la prueba.
MEDICIÓN DE LAS PRUEBAS SIN CARGA
Se conectan las tres puntas del banco de pruebas a los terminales de baja
tensión del transformador a probar. Se presiona el pedal que da paso al control
de los contactores del banco de pruebas. Se presiona C10, C8 y C5, por medio
del pulsador del VARIAC #1, se aplica el voltaje nominal del transformador en
el lado de baja tensión, se toman los valores de I0 y de Pc por medio de los
vatimetros y amperímetros, las potencias registradas por los vatimetros se
suman entre sí y luego se multiplican por las relaciones de transformación de
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TP2
PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
los transformadores de corriente y voltaje. El total de esta operación son las
pérdidas.
Estas perdidas se comparan con las establecidas por las normas. Los
resultados deben ser registrados en el protocolo F8202.
V8
PRUEBA DE PÉRDIDAS EN VACÍO
Transformador
elevador
A7
C4
53.2 kV
Protección
3x100A
VARIAC
2
Vm
W2
C9
W1
CE
C10
TP1
C5
A
Protección
Banco de
Pruebas
VARIAC
1
Transformador
Seco 100
kVA
C2
220/1000 V
V
V1,V2
C1
M
C7
C8
TC1
TC3
TC2
A4,A5,A6
V3
Am
C3
G
EXC
F
Figura 3.3. Diagrama unifilar del banco de pruebas para la medición de perdidas sin carga. La
línea en color indica la parte activa del banco para el desarrollo de la prueba.
MEDICIÓN DE LAS PERDIADS CON CARGA
Se conectan las tres puntas del banco de prueba a los terminales de alta
tensión del transformador. Se realiza un puente cortocircuitando los terminales
de baja tensión (X, Y, y Z). Se presiona el pedal que da paso al control de
contactores del banco de pruebas. Se presiona C10, C8, C7 y C5. Por medio
de pulsador del VARIAC #1 se aplica voltaje a los terminales de alta tensión del
transformador sometido al ensayo hasta que circule la corriente nominal,
ajustando la corriente por medio de los amperímetros del banco de pruebas.
Por medio de los vatimetros y voltímetros se toman los valores de Pc (potencia
de cortocircuito) y Uz (tensión de cortocircuito). Igual que en la prueba anterior
las lecturas se deben multiplicar por la relación de transformación en que se
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TP2
C11
PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
encuentran los transformadores de corriente y voltaje. La potencia obtenida se
compara con las establecidas por las normas. Los resultados obtenidos se
registran en el protocolo F8202.
PRUEBA DE PÉRDIDAS CON CARGA
V8
Transformador
elevador
A7
C4
Protección
3x100A
VARIAC
2
53.2 kV
Vm
W2
C9
W1
CE
C10
A4,A5,A6
C5
TP1
C7
C8
TC1
A
Protección
Banco de
Pruebas
VARIAC
1
Transformador
V3
Seco 100
kVA
220/1000 V
V
V1,V2
C2
C1
M
Am
TC3
TC2
C3
G
F
EXC
Figura 3.4. Diagrama unifilar del banco de pruebas para el ensayo de cortocircuito. La línea en
color indica la parte activa del banco para el desarrollo de la prueba.
MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA OHMICA DE LOS DEVANADOS
La resistencia del devanado de alta tensión se hace directamente con un
multímetro midiendo cada una de las bobinas.
Para el devanado de baja tensión se conectan las puntas del banco de pruebas
a un puente rectificador el cual tiene en la salida una platina de cobre que tiene
una resistencia de 23 mW. Se conectan los terminales de baja tensión a la
platina. Se energiza el circuito y lentamente se gradúa el voltaje hasta tener
una tensión aproximada de 1 mV sobre la platina, obteniendo así una corriente
que no sobrepase los 50A. (ya que los diodos del rectificador se pueden
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TP2
C11
PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
dañar), luego se mide el voltaje sobre las terminales de baja tensión y por Ley
de Ohm se haya la resistencia. Los datos se registran en el protocolo F8202.
PRUEBA DE LA RIGIDEZ DIELECTRICA DEL ACEITE
Se conecta el chispometro a una fuente de alimentación monofasica, se
calibran los electrodos a una distancia de 2.54 mm entre ellos. Se llena la copa
del chispometro con la muestra de aceite dejándolo reposar por 10 minutos,
luego se presiona el interruptor del chispometro y se va incrementando el
voltaje por medio de la perilla hasta que se rompa la rigidez dieléctrica
registrando el voltaje máximo alcanzado antes de producirse el corto. Se
efectúan siete lecturas y se promedian. Estos resultados quedan registrados en
el protocolo F8202.
NOTA: Los protocolos diligenciados durante el periodo de practica ( marzo –
mayo de 2003) se encuentran en los archivos de la empresa donde fueron
realizados puesto que por cuestiones administrativas de DISICO S.A. dichos
protocolos no pueden ser copiados ni sacados de la empresa.
3.2. RESULTADOS
Durante el periodo que se realizo la practica, se realizaron todos los tipos de
pruebas de rutina a aproximadamente 30 transformadores de diferentes marca,
modelos, tipos y voltajes a los cuales se les diligencio su respectivo protocolo
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de aceptación y en ningún caso fue necesario diligenciar el protocolo de no
aceptación.
Durante este periodo se contó con la asesoría y la colaboración de las
personas encargadas de realizar regularmente este tipo de pruebas en la
empresa.
A nivel personal se puede decir que con el desarrollo de esta práctica se
obtuvieron los siguientes resultados:
Se ampliaron los conocimientos relacionados con transformadores en
cuanto a conexiones, aislamientos, bobinas, entre otros.
Se conocieron y aprendió el manejo y la correcta manipulación de
algunos instrumentos de medida empleados normalmente en este tipo
de ensayos.
Se aprendió a conocer y distinguir diferentes clases de ensayos
practicados a transformadores de distribución.
Durante este proceso fue necesario aprender e identificar las diversas
Normas Técnicas que rigen este tipo de ensayos y su correcta
interpretación o aplicación.
En el campo laboral se adquirió experiencia y se colocó en práctica lo
aprendido académicamente.
40
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3.3 NORMAS APLICABLES A CADA PRUEBA DE RUTINA
TIPO DE ENSAYO
Resistencia Ohmica de los Devanados
Relación de transformación, polaridad y
secuencia de fase
Perdidas sin carga
Perdiads con carga
Tensión de cortocircuito
Tensión Aplicada
NORMA ICONTEC APLICABLE
NTC 375
NTC 471
NTC 818 - 819 - 1031
NTC 818 - 819- 1005
NTC 1005
NTC 837
Tabla1. Relación de normas aplicables a cada tipo de ensayo de rutina.
También se recomienda consultar las normas NTC 317 – Transformadores de
Potencia y distribución. Terminología; NTC 380 – Ensayos Eléctricos.
Generalidades.
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4. MANUAL DE PROCEDIMIENTOS
En la empresa donde se desarrolló la práctica, se tiene un sistema de
procedimientos y métodos establecidos para el desarrollo de ensayos a
transformadores, sin embargo se ha efectuado una investigación de otros
posibles métodos normalizados, con el fin de dar a conocer otras alternativas
que puedan ser usadas de acuerdo a las circunstancias, es decir de acuerdo a
los equipos de medida disponibles.
A continuación se describirán cada uno de los métodos para la ejecución de
los ensayos de rutina a transformadores de distribución.
4.1. MEDICION DE LA RESISTENCIA DE LOS DEVANADOS
La medición de la resistencia del devanado de alta tensión se puede realizar
directamente con ayuda de ohmetro o un multímetro, ya que por tener mayor
numero de espiras su resistencia es relativamente grande (en el orden de los
ohmios), y necesita poca corriente para ser excitado.
La resistencia del devanado de baja tensión es muy pequeña (en el orden de
los micro y mili-ohmios), por lo que resulta difícil realizar su medida
directamente (a menos que se disponga de un equipo capas de tomar lecturas
pequeñas). Para efectuar esta medida se utiliza el método de la caída de
tensión
43
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PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
4.1.1. MÉTODO DE LA CAIDA DE TENSION
Este método se emplea cuando la corriente necesaria para efectuar la medida,
supera un amperio. La prueba se realiza
haciendo circular una corriente
directa a través del devanado que no exceda del 15% de la corriente nominal,
para evitar posibles errores originados por calentamiento del devanado. Las
lecturas de tensión y corriente son tomadas simultáneamente como se indica
en la figura 4.1 La resistencia será obtenida empleando la ley de Ohm
A
V
Fuente
C.D.
Interuptor para proteger
al voltímetro
Transformador bajo
prueba
Figura 4.1. Conexión para la medición de resistencia Ohmica del devanado por el método de la
caída de potencial
Procedimiento
1. Conectar en serie el amperímetro con el devanado y la fuente de
corriente continua.
2. Conectar el voltímetro en paralelo con el devanado
3. Cerrar el interruptor que da paso de corriente
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4. Incrementar lentamente el nivel de tensión hasta tener unas lecturas
propias para hacer la conversión.
5. Registrar las lecturas simultáneamente
6. Hacer la conversión
Rx =
V
I
Rx: resistencia del devanado
V: voltaje aplicado a los terminales del devanado
I: corriente que circula por el devanado
Como se observa en la figura 4.1. el voltímetro se debe conectar lo más cerca
posible a las terminales del devanado, con el fin de eliminar la caída de tensión
que existe en la línea de corriente.
Para tener una buena precisión en la medición es conveniente tomar cinco
lecturas de tensión y corriente. El promedio de las resistencias será
considerado como el valor real.
NOTA: se debe tener mucho cuidado al realizar esta prueba ya que la corriente
que circula por el devanado es muy alta
4.1.2. MÉTODO DEL PUENTE DE WHEATSTONE.
Este método es muy sencillo de aplicar, y brinda gran confiabilidad ya que la
medición se efectúa con la comparación de resistencias conocidas de gran
exactitud.
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PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
Procedimiento
1 conecte los terminales de devanado al puente de Wheatstone
2 ajuste R1, R2 y R3 hasta que el medidor de corriente esté en cero
3 efectuar la comparación
 R1 
Rx =   R
 R
R2
R
R1
RX
Figura4.2. Diagrama simplificado del puente wheatstone.
En transformadores monofásicos la resistencia medida entre las terminales H1
– H2 y X1 - X2, y en transformadores trifásicos entre H1 – H2, H1 – H3, H2 – H3 y
X1 – X2, X1 – X3, X2 – X3.
4.2. MEDICION DE RELACION DE TRANSFORMACION, VERIFICACION DE
POLARIDAD
4.2.1. Medición de la relación de transformación
4.2.1.1. Método del voltímetro: consiste en aplicar una tensión sinusoidal de
valor conocido al devanado de mayor tensión, midiendo esta tensión y la que
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PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
aparece en el otro devanado por medio de voltímetros y transformadores
apropiados. La relación de las dos tensiones será la relación de transformación.
4.2.1.2. Método del divisor patrón. Se deriva un potenciómetro de resistencia
entre los terminales de los devanados del transformador, los cuales se
conectan como se muestra en la figura 4.3.
U
u
X
x
R2
R1
D
Figura 4.3. Esquema del circuito utilizado en el método del divisor patrón.
Entre el punto variable del potenciómetro y uno de los terminales de los
devanados se conecta un detector D adecuado.
Cuando el detector indica cero la relación de las resistencias R1 / R2,
representan la relación de transformación.
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PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
4.2.1.3. Método del trasformador patrón: Consiste en comparar la tensión del
transformador bajo prueba con la de un transformador patrón calibrado, cuya
relación es ajustable en pequeños escalones. Con este método, el
transformador en prueba y el patrón se conectan en paralelo y se aplica tensión
a los devanados de alta tensión, los devanados de baja se hallan conectados a
un detector sensible cuya indicación se lleva a cero ajustando la relación de
transformación del transformador patrón. En ese punto las relaciones de los
dos transformadores son iguales.
El transformador patrón es el método que se desarrolla con ayuda del TTR, en
el capitulo anterior se describe el principio de funcionamiento y características
de este instrumento.
Figura 4.4. Diagrama del circuito utilizado en el método del transformador patrón.
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PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
CONEXIONES DE PRUEBA
PRUEBA
MIDE
CN
CR
GN
GR
1
H1
H2
X0
X2
Ø2
2
H2
H3
X0
X3
Ø3
3
H3
H1
X0
X1
Ø1
Figura 4.5. Conexión para la prueba de relación de transformación y polaridad. Delta-Estrella.
4.2.2. VERIFICACIÓN DE LA POLARIDAD
4.2.2.1. Método de trasformador patrón. Se conecta en paralelo el devanado de
alta tensión del transformador en prueba con el devanado de alta tensión del
transformador patrón de polaridad conocida y con la misma relación de
transformación que la del transformador en prueba, uniendo entre sí los
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PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
terminales
correspondientes.
Análogamente
se
conectan
también
los
terminales de un lado de los devanados de baja tensión de ambos
transformadores, dejando libre los restantes. En estas condiciones se aplica
una tensión de valor reducido a los terminales de los devanados de alta tensión
y se mide la tensión entre los terminales libres del lado de baja tensión. Si el
voltímetro
indica
cero
o
un
valor
mínimo,
la
polaridad
de
ambos
transformadores será la misma.
4.2.2.2. Método de la descarga inductiva. Se coloca el voltímetro de corriente
continua entre los terminales del devanado de alta tensión y se hace circular
corriente por este devanado de modo que produzca una pequeña desviación
positiva de voltímetro al cerrar el circuito de excitación. Luego se transfieren los
dos cables del voltímetro a los dos terminales del devanado de baja tensión
directamente opuesto. Al abrir el circuito de excitación de corriente continua se
induce una tensión en el devanado de baja tensión lo cual produce una
desviación de la aguja del instrumento. Si la aguja se mueve en la misma
dirección anterior (positiva) la polaridad es aditiva y en caso contrario, la
polaridad es sustractiva. Ver figuras 4.6.
50
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PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
(u , x)
U
V
X
(x , u)
Figura4.6. Esquema del circuito utilizado en la determinación de la polaridad con el método de
la descarga inductiva.
4.2.2.3. Método diferencial de corriente alterna. Se conectan entre sí, los
terminales de los devanados de alta y baja tensión contiguos del lado izquierdo
del transformador (mirando desde el lado de baja). Se aplica cualquier tensión
conveniente de corriente alterna al devanado completo de alta tensión y se
efectúan lecturas, primeramente de la tensión aplicada y luego de la tensión
entre los terminales contiguos del lado derecho de ambos devanados. Si esta
última lectura es menor que la primera, la polaridad es sustractiva y si es de
mayor valor que la primera, la polaridad es aditiva. Ver figura 4.7.
51
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PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
U
X
(u , x)
(x , u)
V
Figura4.7. Esquema del circuito utilizado en la determinación de polaridad con el método
diferencial de corriente alterna.
4.3. MEDICIÓN DE LAS TENSIONES DE CORTOCIRCUITO
4.3.1 Transformadores monofásicos.
Uno de los devanados del transformador debe ponerse en corto y se aplica al
otro una tensión a frecuencia nominal, la cual se ajusta para que circule
corriente nominal por los devanados (figura 4.8). En caso de que no se puedan
alcanzar los valores nominales de corriente, se puede usar una corriente no
menor del 25% de In, corrigiendo el valor obtenido. El ensayo debe realizarse
sobre la derivación principal.
52
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Fuente
PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
F
W
V
A
Figura4.8 .Diagrama para la conexión para el ensayo de cortocircuito para transformadores
monofasicos de dos devanados
Con la corriente y la frecuencia ajustadas a los valores de ensayo se toman
lecturas en el amperímetro, vatímetro, voltímetro y frecuencimetro.
Se desconecta el transformador bajo ensayo y se lee en el vatímetro la
potencia consumida, la cual representa las perdidas en el equipo de medida.
Es suficiente medir y ajustar la corriente en el devanado excitado solamente,
porque la corriente en el devanado en cortocircuito, debe estar en el valor
correcto.
Si se coloca el de medida en serie con el devanado en cortocircuito, para medir
su corriente, se puede introducir un gran error en la impedancia, debido a las
pérdidas y caída de tensión en dicho equipo.
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4.3.2. Ensayo de cortocircuito de un transformador trifásico con tensión
trifásica.
Los tres terminales del devanado de alta tensión deben unirse rígidamente y
se aplica a los terminales del otro devanado, una tensión trifásica balanceada
de frecuencia nominal y valor adecuado con el fin de hacer circular corriente
nominal (figura 4.9).
El procedimiento es similar al seguido para transformadores monofásicos,
excepto que las conexiones y medidas son trifásicas
Las lecturas de los vatímetros deben ser aproximadamente iguales y deben
sumarse algebraicamente sus valores para obtener las perdidas totales.
Si las corrientes de línea no pueden ser balanceadas, se toman los valores
eficaces promedios.
v
W1
A
F
W2
V
A
Figura4.9.Diagrama de conexión para el ensayo de cortocircuito en transformadores trifásicos
con tensión trifásica.
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4.3.3. Ensayo de cortocircuito de un transformador trifásico con tensión
monofasica.
El devanado al cual se le aplica la tensión debe estar conectado en 1 y con
extremo abierto. Los otros arrollamientos pueden estar conectados en 1 (en
cuyo caso no es necesario ponerlo en cortocircuito) o en Y, caso en el cual es
necesario conectar los terminales a su neutro.
Con excepción de las anteriores modificaciones el procedimiento es similar al
ensayo de tensión de cortocircuito para transformadores monofasicos.
La tensión de cortocircuito obtenida es tres veces la tensión de cortocircuito de
una fase del transformador, lo cual debe tenerse en cuenta para convertir los
valores obtenidos en un porcentaje o por unidad.
Para la conversión debe utilizarse la siguiente formula:
Uz % =
Ucm
× 100
3Un
Donde,
Uz: tensión de cortocircuito en porcentaje
Ucm: tensión de corto circuito medida
Un: tensión nominal del devanado de excitación en 1
En este método de ensayo no se reproduce exactamente las condiciones de
impedancia trifásica y tiende a dar unas perdidas mayores por introducir
perdidas de secuencia cero en la medida (la mayor parte del tanque).
El efecto más pronunciado en transformadores del tipo columna; por
consiguiente no es adecuado para transformadores de alta reactancia.
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Una prueba monofasica es aplicable sin tener en cuenta cual de los devanados
esta conectado en 1Y, zig-zag
o cualquier combinación de los mismos. El
neutro no se utiliza y tampoco es necesario abrir un extremo de la delta.
Se ponen en cortocircuito los tres terminales de un devanado y se aplica una
tensión monofasica de la frecuencia nominal a dos terminales del otro
devanado, ajustándolo hasta que circule corriente nominal.
Se toman tres lecturas sucesivas sobre los tres terminales escogidos de dos en
dos: U y V, V y W, W y U.
Los valores tomados son:
Pérdidas de cortocircuito =
1.5( Puv + Pvw + Pwu )
3
Tensión de cortocircuito =
0.866( Euv + Ewv + Ewu )
3
Donde: P y E valores individuales de perdidas y tensión respectivamente
medidas de acuerdo a los subíndices indicados.
Las perdidas adicionales, se pueden obtener restando de las perdidas de
cortocircuito las perdidas I²R en el transformador. Si R1 es la resistencia
medida entre los terminales de alta tensión y R2 entre los terminales de baja
tensión, I1 e I2 las corrientes nominales respectivas. Las perdidas totales I²R de
las tres fases deberán ser:
Total I²R = 1.5 (I²1R1 + I²2R2) vatios.
La formula anterior es igualmente aplicable a devanados conectados en Y ó en
delta.
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4.3.4. Ensayo de tensión cortocircuito de un transformador de tres
devanados.
En un transformador (monofásico o trifásico) de tres devanados se mide la
tensión de cortocircuito entre cada par de devanados, (lo cual significa tres
mediciones de tensión de cortocircuito) siguiendo el mismo proceso utilizado
para transformadores monofásicos.
Si la capacidad en kVA de los diferentes devanados no es la misma la corriente
utilizada para el ensayo de tensión de cortocircuito es la correspondiente al
devanado bajo el ensayo de menor capacidad.
Cuando los datos anteriores se convierten a valores de porcentaje deben
tomarse como base los mismos kVA de salida, preferiblemente a los
correspondientes del devanado primario.
Las
perdidas
totales
en
un
transformador
de
tres
devanados
son
aproximadamente la suma de las perdidas en los tres devanados,
determinados para las condiciones de carga de los devanados.
4.4. MEDICION DE LAS PÉRDIDAS SIN CARGA
4.4.1. Determinación de las pérdidas sin carga por el método de voltímetro
de valor promedio absoluto, para trasformadores monofasicos.
La máxima densidad de flujo corresponde al valor promedio absoluto de la
tensión (no al valor eficaz) y por consiguiente, si el valor promedio de tensión
se ajusta para que sea igual al valor promedio de la onda sinusoidal de tensión
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deseada y se mantiene la frecuencia apropiada, las perdidas por histéresis
deben ser las correspondientes a la onda sinusoidal deseada.
Si la onda de flujo tiene más de un máximo y un mínimo por ciclo, la lectura del
voltímetro promedio no es correcta y la onda de tensión no debe utilizarse.
Este método utiliza un voltímetro D´Arsonaval con un rectificador de onda
completa en serie, el cual permite leer el valor promedio de tensión. Este
instrumento se gradúa generalmente para dar la misma indicación numérica
que la de un voltímetro de valor eficaz sobre una onda sinusoidal de tensión, lo
cual significa que está graduado en valores eficaces equivalentes de la onda
Fuente
sinusoidal de tensión.
F
W
V
VP
A
F = Frecuenciometro
A = Amperimetro
W = Vatimetro
V = Voltimetro
VP = Voltimetro de valor promedio
Figura 4.10. Esquema de la instalación cuando no se requiere transformador de medida.
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Cuando se usen transformadores para medir las perdidas sin carga, éstos
deben ser transformadores de medida de clase 0,5 o de mayor precisión.
Si se desea se puede utilizar resistencias multiplicadoras en serie con la bobina
de potencial del instrumento en lugar de transformadores de potencial. En tal
caso debe tenerse el cuidado para que su uso sea seguro y además dichas
resistencias debe calibrarse con el instrumento.
Se debe utilizar vatímetros de bajo factor de potencia para que los resultados
sean correctos.
TP
A
W
F
V
VP
TC
TP - Transformador de potencial
TC - Transformador de corriente
Figura 4.11. Esquema de la conexión cuando se requiere transformador de medida.
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Puede utilizarse cualquiera de los devanados de alta o baja tensión del
transformador en prueba, pero es más conveniente utilizar el devanado de baja
tensión para esta prueba. Se debe utilizar todo el devanado para este ensayo.
Si por alguna razón solo es posible utilizar una porción del devanado, dicha
porción no debe ser inferior al 25% del devanado.
Durante el ensayo se ajusta la frecuencia al valor indicado, utilizando
frecuencimetro y la tensión del ensayo, por medio del voltímetro de valor
promedio.
Se toma lecturas simultáneas de frecuencia, tensión eficaz, potencia, tensión
promedio y corriente. Luego se desconecta el transformador bajo ensayo, se
lee en el vatimetro las perdidas de los instrumentos conectados (y el
transformador de potencial si se usa). Este valor debe restarse de la lectura
anterior del vatimetro para obtener las perdidas sin carga del transformador
bajo ensayo.
El valor correcto de las perdidas totales sin carga del transformador se puede
determinar por medio de la siguiente ecuación:
P=
Pm
P1 + KP 2
Donde:
P = Perdidas de excitación a la tensión Ua. corregidos para una señal
sinusoidal.
Pm = Perdidas sin carga medidas en el ensayo.
P1 = Perdidas por histéresis, por unidad, referidas a Pm.
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P2 = Perdidas por corrientes parásitas, por unidad, referidas a Pm.
 Ur 
K=  
Ua 
2
Donde:
Ur = Tensión de ensayo medida con el voltímetro de valor eficaz.
Ua = Tensión sinusoidal eficaz, medida con el voltímetro de un valor
promedio.
Debe utilizarse el porcentaje real de perdidas por histéresis y por corrientes
parásitas, pero a falta de valores relativos los siguientes se pueden tomar como
típicos:
Material del núcleo
Pérdidas por histéresis
Pérdidas por corrientes
%
parásitas %
80
20
50
50
Acero al silicio laminado
en caliente.
Acero al silicio no
orientado y laminado en
frío
Tabla 2. Valores típicos porcentuales de pérdidas por histéresis y corrientes parásitas.
4.4.2. Determinación de las pérdidas sin carga en transformadores
trifásicos
El método descrito anteriormente para transformadores monofasicos es
aplicable en transformadores trifásicos, con las siguientes modificaciones:
61
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Al medir las perdidas en el núcleo de un transformador trifásico con dos
vatímetros se deben hacer tres grupos separados de lecturas tomando cada
una de las líneas como punto común. El valor promedio de los tres grupos de
lecturas se debe tomar como el verdadero en las perdidas sin carga.
En el método de los vatímetros se debe tener cuidado de efectuar las lecturas
de éstos con exactitud. Debido al bajo factor de potencia, la lectura de un
vatimetro puede ser negativa y se debe restar de la otra. Las dos lecturas
pueden ser del mismo orden de magnitud y una pequeña inexactitud en sus
valores puede conducir a un gran error en el valor en porcentaje de sus
pequeñas diferencias. Bajo tales dificultades se puede obtener la exactitud
adecuada por el procedimiento alternativo siguiente:
Se hacen medidas con tres vatimetros, conectando cada circuito potencial
entre una línea y el neutro de las tres fases cuando se dispone de éste. Las
tres lecturas deben sumarse para obtener las perdidas sin carga. Si no se
dispone de neutro puede derivarse un neutro artificial. Si se necesita
transformador de potencial, se debe usar una conexión abierta para alimentar
los vatímetros conectados en Y.
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PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
W1
W2
W3
N
Pérdidas totales
P1 + P 2 + P 3
Figura 4 12. Esquema de la conexión para determinar las pérdidas con tres vatimetros.
W1
W2
Pérdidas totales
P1 + P 2
Figura 4.13. Esquema de la conexión para determinar las pérdidas con dos vatimetros.
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W1
W2
Pérdidas totales
P1 + P 2 + P 3
W3
Figura 4. 14. .Esquema de la conexión para determinar las perdidas, con neutro artificial.
4.5. ENSAYO DE TENSIÓN APLICADA
La prueba se
efectúa aplicando una tensión a 60 Hz, durante un minuto,
iniciándose con un valor no mayor de un cuarto del establecido como voltaje
de prueba (ver tabla 3). Posteriormente se elevará hasta alcanzar el voltaje
requerido en un tiempo aproximado de 15 segundos. Para suspender la
tensión, se reducirá gradualmente hasta alcanzar por lo menos un cuarto de la
tensión máxima aplicada en un tiempo no mayor de 5 segundos.
Si la tensión se retira repentinamente por medio de un interruptor, el
aislamiento puede ser dañado por una tensión transitoria mayor que la de la
prueba. Sólo en caso de falla la tensión podrá ser suspendida repentinamente.
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Voltajes de Prueba de acuerdo al nivel de aislamiento
Clase de
Tensión de Prueba
Clase de
Tensión de Prueba
Aislamiento
(Valor Eficaz)
Aislamiento
(Valor Eficaz)
Kv
Kv
Kv
Kv
1.2
10
161
325
2.5
15
196
395
5
19
215
430
8.7
26
230
460
15
34
315
630
18
40
345
690
25
50
375
750
34.5
70
400
800
46
95
430
860
69
140
460
920
92
185
490
980
115
230
520
1040
138
275
545
1090
Tabla 3.Tensiones establecidas por la IEEE para transformadores sumergidos en aceite de
acuerdo a su nivel de aislamiento.
Cuando el mismo devanado tiene dos clases de aislamiento o más, como
pueden ser el caso de los devanados conectados en estrella o monofasicos
que tienen aislamiento reducido progresivamente al neutro, la tensión de
prueba es el correspondiente a la clase de aislamiento del neutro.
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Criterios de rechazo
Los medios por los que se pueden detectar una falla son:
- Incremento brusco de corriente
Al incrementar la corriente repentinamente durante la prueba existe la
presencia de una falla a tierra o entre los devanados de alta y baja tensión.
- Ruidos dentro del tanque.
Al existir un ruido amortiguado o zumbido dentro del tanque, será debido a una
distancia crítica o un exceso de humedad
- Humo y burbujas
La presencia de humos y burbujas indicará la existencia de una falla a tierra o
entre los devanados de alta y baja tensión, pero si se observan burbujas sin
humo, no necesariamente indicarán una falla que puede existir aire ocluido en
el devanado; por lo que se recomienda repetir la prueba.
-Diagrama de conexiones
Para llevar a cabo esta prueba todas las terminales de un mismo devanado se
conectan entre sí. El devanado que se someterá a prueba se conecta a la
terminal de alta tensión del transformador de prueba y todas las otras
terminales de los devanados restantes se conectan a tierra al igual que el
tanque. (Ver figura 4.15)
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(a)
(b)
Figura4.15. Conexiones necesarias para realizar la prueba de potencial aplicado
a) Transformador monofásico con su alta tensión bajo prueba.
b) Transformador monofásico con su baja tensión bajo prueba
4
H1
H1
x1
3
H2
6
5
x1
1
H2
A
x1
x2
V
2
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Regulador de tensión
Sistema de medición.
Transformador de pruebas.
Resistencia limitadora de corriente.
Voltímetro de esferas.
Transformador bajo pruebas.
Figura4.16. Diagrama unifilar del circuito utilizado para realizar la prueba de potencial aplicado.
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4.6. ENSAYO DE POTENCIAL INDUCIDO
Este ensayo se realiza al doble de la tensión nominal.
El flujo máximo al que opera el núcleo esta determinado por la ecuación
general del transformador.
φmáx =
E
4.44 fN
Donde:
φmáx : Flujo máximo
E:
tensión nominal
f : frecuencia
Al aplicar una tensión del 200 %, el flujo aumentará en la misma proporción,
por lo que para limitarlo, se tendrá que aumentar en igual forma la frecuencia.
Es decir, cuando el transformador este diseñado para operar a 60Hz, la prueba
se podrá ejecutar a 120Hz y su duración será de 60 segundos. Cuando la
prueba se realice con una frecuencia mayor a los 120Hz, el esfuerzo dieléctrico
en los devanados es mayor, por lo que la prueba se ha limitado a 7200 ciclos.
Por tal razón el tiempo de la prueba depende de la frecuencia del generador
utilizado. Con este criterio se ha formulado la siguiente tabla:
Frecuencia (Hz)
Duración de la prueba (seg.)
120
60
180
40
240
30
360
20
400
18
Tabla 4.Tiempo Establecido por las normas ANSI C57 – 72 para la prueba de potencial
inducido.
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Procedimiento de la prueba
La prueba se inicia aplicando una tensión menor o igual a la cuarta parte del
valor de la tensión de prueba, incrementándose posteriormente hasta alcanzar
la tensión plena de un tiempo no mayor de 15 segundos .se sostiene la tensión
de prueba durante el tiempo especificado en la tabla 4, y para suspender la
prueba se reduce gradualmente la tensión hasta alcanzar por lo menos una
cuarta parte de su valor en un tiempo no mayor de 5 segundos, después de lo
cual se podrá interrumpir su alimentación.
Al igual que en la prueba de potencial aplicado la prueba solo podrá ser
suspendida repentinamente en el caso de falla, ya que de otra manera se
pueden dañar los aislamientos por transitorios de sobretensión mayores que el
de prueba.
Cuando los transformadores tienen aislamiento uniforme en sus devanados se
aplica el doble de la tensión nominal, induciéndose por lo tanto una tensión tal
que los voltios por vuelta son dos veces el nominal. Los diagramas de esta
forma de prueba se presentan en la figura 4.17
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PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
X1
Generador de
C.A.
H1
G
2V nom
H2
X2
X2
H2
no
m
2V
m
no
2V nom
Generador de
C.A.
2V
2V nom
G
H3
H1
2V nom
2V nom
X3
X1
Figura 4.17. Circuitos de prueba a transformadores monofasicos y trifásicos con aislamientos
uniformes.
En caso de que la fuente de excitación sea monofásica y el transformador al
cual se someterá a prueba sea trifásico la prueba debe realizarse por fase,
como se representa en la figura 4.18. debiéndose probar cada una de ellas
independientemente.
X2
G
2V nom
2V
Generador de
C.A.
no
m
H2
H1
X1
H3
X3
70
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PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION
Figura 4.18. Circuito monofasico de prueba para un transformador conectando en delta en alta
tensión.
En transformadores con aislamiento reducido al neutro y que por lo tanto en la
prueba de potencial aplicado se prueban con la tensión correspondiente al nivel
de aislamiento del propio neutro, se aplicará una tensión de tal forma que se
induzca entre las terminales de mayor clase de aislamiento y tierra (no
necesariamente entre terminales y neutro) una tensión igual a la que
corresponde en la prueba de potencial aplicado.
Los métodos de prueba más comunes para transformadores con aislamientos
reducidos al neutro son los siguientes:
Método delta cerrada
Método delta abierta
Método serie
X1
Generador
de C.A.
G
120 Hz
F
V
X2
A
Regulador de
tensión
H1
H2
X3
Transformador bajo
prueba
F: Frecuencímetro
A: Amperimetro
V: Vóltimetro eficaz
Figura 4.19. Circuito de prueba de potencial inducido con alimentación en el devanado de baja
tensión.
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Criterios de aceptación o rechazo
Los medios por los que se pueden detectar fallas son los siguientes:
Incremento
brusco
de
corriente:
cuando
la
corriente
se
incrementa
bruscamente durante la prueba, existe la evidencia de falla en el devanado, ya
sea entre vueltas o entre capas.
Ruidos dentro del tanque: Si se presenta un ruido fuerte en el interior del
tanque, la falla posible puede deberse a distancias cortas de los devanados o
partes vivas contra el tanque. Si el ruido presentado es amortiguado o en forma
de zumbido, la causa puede ser por distancias críticas o por existencia de
humedad.
Humo y burbujas: La existencia de humo y burbujas en el aceite es prueba
inequívoca de fallas entre vueltas o entre capas del devanado. Cuando se
presentan algunas burbujas sin humo, no es posible asegurar la existencia de
falla, ya que las burbujas pueden haber estado ocluidas entre el devanado.
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H3
X3
TC1
G
H2
TC2
Generador de C.A.
120 Hz
H1
TC3
Regulador de
tensión
A1
TP3
X1
TP2
TP1
Transformador
bajo prueba
A2
31
X2
V2
V1
V3
A: Amperimetro
V: Voltimetro
F: Frecuencímetro
T.C: Transformador de corriente
T.P: Transformador de potencial
F
Figura4.20. Circuito para prueba de potencial inducido en un transformador trifásico.
4.7. PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO
Esta prueba se efectúa con un aparato medidor de resistencia de aislamiento,
conocido comúnmente como “MEGGER”, a una tensión de 1000 voltios durante
10 minutos.
La prueba de resistencia de de aislamiento de un transformador debe
involucrar las siguientes maniobras de conexión:
Alta tensión contra baja tensión más tierra.
Baja tensión contra alta tensión más tierra.
Alta tensión contra baja tensión.
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a) Alta tensión contra baja tensión
mas tierra
b) Baja tensión contra alta tensión
mas tierra
c) Alta tensión contra baja
tensión mas tierra.
Figura 4.21. Diagramas de conexión de un transformador para la prueba de resistencia
de aislamiento.
4.8. PRUEBA DE LA RIGIDEZ DIELECTRICA DE ACEITE
La prueba se realiza, llenando la copa con aceite hasta que los dos electrodos
queden cubiertos completamente, Posteriormente, se cierra el interruptor del
aparato, el cual previamente se habrá conectado a una fuente de 120 voltios.
Luego se incrementando gradualmente la tensión en el aparato con el
regulador, aproximadamente a una velocidad de 3 Kv por segundo, hasta que
el aceite contenido en los electrodos falle; consistiendo esta falla en el brinco
de del arco eléctrico, entre los electrodos, con lo cual se cortocircuitan
abriéndose el interruptor de alimentación de la fuente de energía eléctrica.
Mientras se va incrementando el potencial el operador irá registrando
mentalmente las lecturas en kilovoltios alcanzadas hasta que ocurra la ruptura
de aislamiento, con lo que la prueba concluye y el operador anotará en su
registro el valor en Kv más alto alcanzado.
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Al vaciar la muestra de aceite en la copa de prueba, ésta deberá dejarse
reposar 10 minutos antes de ser probado, con el propósito de que se escapen
las burbujas de aire que pueda contener.
A cada muestra se le efectuarán varias pruebas de ruptura agitando y dejando
reposar la muestra un mínimo de 7 minutos, después de cada prueba. Los
valores obtenidos se promediaran y el valor obtenido del promedio será
representativo de la muestra. Este promedio es valido siempre que ninguna
prueba sea diferente en mas de 5 Kv, si existe una variación mayor deberán
efectuarse más pruebas con nueva muestras.
Cuando se prueba aceite muy sucio deberá lavarse la copa con un buen
solvente y secarla perfectamente; posteriormente, tener la precaución al
obtener una muestra de enjuagar la copa dos o tres veces con el mismo aceite
por probar.
Motor
Copa
120 / 240 V
Electrodo
Aceite
bajo prueba
Regulador de
tensión
Transformador
elevador
Figura 4.22. Diagrama de los principales componentes de un probador de rigidez dieléctrica.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
A un transformador es importante hacerle pruebas antes de ponerlo en
funcionamiento con el fin de garantizar el mínimo de fallas durante su
operación
y
que
soportara
y
resistirá
lo
establecido
en
las
especificaciones dadas por el fabricante.
Existen diversas formas de efectuar ensayos a transformadores pero la
gran diversidad de modelos, diseños especiales y funcionalidad con la
que son fabricados estos aparatos, no permite que sean aplicables todos
los métodos de prueba a un transformador específicamente, sino que
dichas pruebas deben ser aplicadas en función de las características
propias de cada uno de estos equipos.
En la actualidad se puede garantizar que un transformador tendrá el
mismo funcionamiento en cualquier lugar del planeta, sin importar el
lugar en el cual a sido fabricado o reparado; lo importante es que en
dicho proceso se hayan tenido en cuenta las normas establecidas
internacionalmente para el desarrollo de las diferentes pruebas de
control, es por ello que en cada país del mundo existen organismos de
control como es el caso de el ICONTEC (en Colombia) quienes han
establecido la normatividad técnica para los diferentes procesos que se
deben realizar en la ejecución de pruebas y ensayos.
Aunque que se cuente con toda la normatividad, y con el mejor equipo
disponible en el mercado, sin lugar a duda el factor más importante en la
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elaboración de pruebas a transformadores, es el factor humano, pues de
un personal altamente calificado depende que dichas pruebas se
elaboren como es debido con el profesionalismo y la entereza que
requiere la ejecución de este tipo de ensayos.
En el desarrollo de ensayos se debe tener cuidado en la selección de
conectores y conductores con los que se realiza las diferentes
conexiones al transformador que es sometido a prueba, ya que en
algunos ensayos se manejan corrientes y tensiones altas y pueden
ocasionar lecturas erróneas.
Es importante contar con un área despejada y preferiblemente cubierta
para efectuar los ensayos con el fin de evitar fallas (disrupciones, arcos
voltaicos, etc.) y accidentes por condiciones ambientales.
Tener un registro del resultado de los ensayos ayuda a conocer más el
desempeño en el funcionamiento de un transformador.
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GLOSARIO
Aparatos: es una designación especial para equipos eléctricos grandes
tales como generadores, motores, transformadores, interruptores, etc.
Cambiador de derivación, para operación sin tensión: interruptor
selector usado para cambiar las derivaciones del transformador, con el
transformador desenergizado.
Carga (salida): la potencia aparente de megavoltamperios o voltamperios
que pueden ser transferidos por el transformador.
Contactor: dispositivo para la conexión y desconexión repetidamente de un
circuito de potencia eléctrico.
Corriente parásita: las corrientes que so inducidas en el cuerpo de una
masa conductora por la variación en el tiempo del flujo magnético.
Definición de la secuencia de fase: el
orden en que las tensiones
alcanzan sucesivamente sus valores máximos positivos.
Desplazamiento angular de un transformador polifásico: el ángulo de
fase expresado en grados entre la tensión nominal línea-neutro del terminal
de referencia indicado como de alta tensión y la tensión-línea del terminal
correspondiente identificando como la baja tensión.
Ensayos de rutina: ensayos realizados por el fabricante, para control de
calidad, sobre cada dispositivo a muestras representativas, o sobre partes o
materiales. Con el fin de verificar durante la producción que el producto
cumple con las especificaciones de diseño.
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Equipo: término general que incluye materiales, herramientas, dispositivos,
aplicaciones, brazos, aparatos y todo aquello que hace parte de una
instalación eléctrica.
Frecuencia: el número de períodos que ocurren por unidad de tiempo.
Hertz: la unidad de frecuencia (Ciclos por segundo).
Kva nominales de un transformador: la salida que puede ser entregada
por un tiempo especificado a una tensión nominal, en el secundario y a
frecuencia nominal, sin exceder
las limitaciones de
incremento de
temperatura especificadas, bajo condiciones prescritas
Núcleo: elemento hecho de un material magnético, que sirve como parte
de una malla de un flujo magnético.
Perdidas totales (transformador o regulador): la suma de las pérdidas de
carga y las pérdidas sin carga excluyendo los debidos accesorios.
Pérdidas sin carga (excitación): pérdida que inciden en la excitación del
transformador. Las pérdidas sin carga (excitación) incluyen pérdidas en el
núcleo, pérdidas dieléctricas, pérdidas en el conductor del devanado
debido a la corriente de excitación y pérdidas en el conductor debido a la
corriente
de circulación en los devanados paralelos.
Estas perdidas
cambian con la tensión de excitación.
Pérdidas con carga: pérdidas que se presentan al suministrar una carga
especificada. Las pérdidas con carga incluyen las I² R en los devanados
debido a las corrientes de carga y a las parásitas; pérdidas adicionales
debidas a flujos de dispersión en los devanados, soportes del núcleo y
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otras partes, y las perdidas debidas a
las corrientes circulantes en
devanados paralelos (si los hay), o en conductores conectores en paralelo
en un devanado.
Pérdidas en el núcleo: la potencia disipada en un núcleo magnético sujeto
a esfuerzos de magnetización variantes con el tiempo. Las pérdidas en el
núcleo incluyen las pérdidas por histéresis y las parásitas del núcleo.
Pérdidas por corrientes parásitas: las pérdidas de energía resultantes por
el flujo de las corrientes parásitas en un material metálico.
Pérdidas por Histéresis (Magnéticas): la pérdida de energía en un
material magnético resultante de un campo magnético alterno, tal como, en
los imanes elementales dentro del material que buscan alinearse ellos
mismos cuando se invierte el campo magnético.
Polaridad de un terminal: designación de la dirección relativa instantánea
de las corrientes en los terminales de un transformador. Se dice que los
terminales primarios y secundarios tienen la misma polaridad cuando, en
un instante dado, la corriente entra al terminal primario en cuestión y sale
por el terminal secundario en cuestión, en la misma dirección como si los
terminales formaran un circuito continuo.
Regulador de inducción de tensión: transformador regulador que tiene el
devanado primario en paralelo y el devanado secundario en serie con el
circuito, para ajustar gradualmente la tensión o la relación de fase de un
circuito o ambos, cambiando el acople magnético entre el devanado de
excitación (primario) y el devanado serie (secundario).
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Relación de transformación de un transformador: la relación de el
número de espiras del devanado de alta tensión alas del devanado de baja
tensión.
Tensión nominal de un devanado: la tensión a la cual están referidas las
condiciones de operación y funcionamiento.
Transformador: dispositivo eléctrico estático que consta de un devanado, o
dos o más devanados con o sin un núcleo magnético para introducir un
acoplamiento mutuo entre circuitos eléctricos.
Transformador de distribución: transformador para transferir energía de
un circuito
de distribución primario hasta un circuito de distribución
secundario o circuito de servicio al consumidor.
Transformador sumergido en líquido: transformador en el cual el núcleo
y las bobinas están sumergidas en un líquido aislante.
Transformador tipo seco: transformador en el cual el núcleo y las bobinas
están en un medio de composición aislante seco o gaseoso.
Transformadores de corriente: Transformador de mediada diseñado para
tener su devanado primario conectado en serie con el conductor que llevará
la corriente a ser medida o controlada. (en transformadores de corriente tipo
ventana el devanado primario es provisto por el conductor de línea y no es
una parte integral del transformador.
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BIBLIOGRAFIA
CONSTITUCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR
Siemens
FUENTES DE ALIMENTACIÓN ELECTRÓNICAS Y LINEALES
R. Damaye C. Gagne
NORMAS TECNICAS
• Norma Técnica Colombiana 317
• Norma Técnica Colombiana 375
• Norma Técnica Colombiana 380
• Norma Técnica Colombiana 471
• Norma Técnica Colombiana 818
• Norma Técnica Colombiana 819
• Norma Técnica Colombiana 837
• Norma Técnica Colombiana 1005
• Norma Técnica Colombiana 1031.
TRANSFORMADORES DE ALTA TENSIÓN.
Miguel Ángel Pérez García
TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN: TEORÍA, CÁLCULO,
CONSTRUCCIÓN Y PRUEBAS. Pérez Pedro Avelino
TRANSFORMADORES ELÉCTRICOS: ENSAYOS Y APLICACIONES
Alberto Galindo Polanco.
TRANSFORMADORES DE POTENCIA, DE MEDIDA Y PROTECCIÓN
Enrique Ras Oliva
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ANEXO 1- PROTOCOLO DE ENSAYOS
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ANEXO 2 – PROTOCOLO DE NO CONFORMIDAD
INFORME DE NO CONFORMIDAD
FECHA: 05/FEB/2003
VERSION:
2
CÓDIGO:
F8301
PÁG 1 DE 1
LOCALIZACIÓN
Detectada por:
Detectada en:
Cargo
Recepción
Reporte N°
Proceso
Auditoria
Interventoria
Fecha
aa mm
dd
IDENTIFICACIÓN
Descripción
Norma afectada:
ACCIÓN REMEDIAL
ACTIVIDAD
Requiere acción correctiva?
RESPONSABLE
SI
NO
FECHA
Reporte N°
SEGUIMIENTO
Cierre de no conformidad
Fecha
aa
mm
dd
Responsable
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ANEXO 3
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ANEXO 4
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ANEXO 5
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ANEXO 6
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ANEXO 7
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ANEXO 8
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ANEXO 9
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ANEXO 10
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ANEXO 11
a)
b)
Fotografías de transformadores sometidos a prueba de tensión aplicada (a- aplicada por el
terminal de alta tensión, b- aplicada por el terminal de baja tensión)
a)
b)
Fotografías de transformadores sometidos a prueba de tensión inducida (a- con un devanado
de baja tensión. b- con dos devanados de baja tensión)
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a)
b)
c)
Fotografías de transformadores sometidos a ensayo de cortocircuito (a- con un devanado de
baja tensión. b- transformador tipo seco. c- Transformador de doble devanado en baja
tensión)
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Fotografía de transformador en prueba de perdidas sin carga
Fotografía del campo de pruebas
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