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CAPITULO III
PRUEBAS PARA TRANSFORMADORES DE
DISTRIBUCIÓN
3.1 INTRODUCCION
De lo descrito en el capitulo anterior, en donde se analizó las pruebas generales para transformadores (potencia y distribución), ahora se va a detallar cada una de las pruebas para transformadores de distribución. El estudio de esta tesis va dirigida solamente a pruebas realizas a transformadores de distribución que necesitan ser comprobados y corroborados para su buen funcionamiento. Como ya se mencionó todas las pruebas que se van a realizar están bajo las normas ANSI/IEEE, ASTM y NTE INEN.
3.2 PRUEBAS ELÉCTRICAS
Algunas de las pruebas eléctricas mencionadas en el capitulo anterior (Pruebas Generales para Transformadores), han sido descartadas, porque son pruebas realizadas solamente en fábrica y otras porque son pruebas destructivas. La siguiente lista enumera las pruebas suprimidas:
- Prueba de aumento de temperatura. Prueba realizada solamente en fábrica.
- Prueba de impulso. Prueba realizada solamente en fábrica.
- Prueba de potencial inducido. Prueba realizada solamente en fábrica.
Las pruebas detalladas a continuación son los ensayos que se considera deben realizarse para comprobar los protocolos de pruebas enviados por las fábricas.
3.2.1 PRUEBA DE MEDICIÓN DE RESISTENCIA
Esta prueba tiene la finalidad de verificar la resistencia óhmica de los devanados. Con su aplicación se detectan los falsos contactos y espiras en corto circuito al compararse con los datos de placa o con resultados anteriores.
La resistencia a corriente continua (CC) de un devanado medida con un óhmetro, indicará un cambio en la resistencia CC del devanado cuando exista espiras cortocircuitadas, juntas débiles, falsos contactos y cambios en los devanados debido a un cambio en la capacitancia.
Estos resultados deben ser comparados con los resultados de la prueba en fábrica o con mediciones previas en el campo. En caso que no se disponga de estos datos, se sugiere que se compare con datos de un transformador idéntico al que está en prueba.
Unos resultados muy altos pueden indicar un problema en las conexiones, que sino se le presta la atención adecuada, puede causar problemas. Si ocurre una deformación del devanado, ello afectará la capacitancia y, a su vez, afectará la resistencia del devanado.
FIGURA 3.1 MÉTODO DE LA CAIDA DE TENSIÓN PARA
LA MEDICION DE RESISTENCIA DE DEVANADOS
- Método del puente de Wheaststone .- Este método es el más usado por la sencillez y la exactitud que ofrece. La corriente que circula por el circuito es muy pequeña, por lo que no se, altera cuando exista algún calentamiento. Según la norma, éste método es único en devanados donde la corriente nominal es menor de 1 A. La figura 3.2 indica el método del puente de Wheaststone.
FIGURA 3.2 MÉTODO DEL PUENTE DE WHEATSTONE
PARA LA MEDICION DE RESISTENCIA DE DEVANADOS
3.2.2 PRUEBA DE RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN
La relación de transformación se define como la relación de espiras o de tensiones entre los devanados primario y secundario de los transformadores.
Esta prueba nos permite mostrar que la tensión a la salida es la indicada en la placa. Cuando existen bobinas en cortocircuito o abiertas, la tensión difiere de la indicada. Además de verificar que las relaciones de transformación para las diferentes posiciones del Tap de un transformador están dentro de la tolerancia de medición.
Durante la prueba de relación de transformación, se debe verificar todas las posiciones del cambiador de tomas para identificar espiras cortocircuitadas, ajustes incorrectos, errores en el conteo de espiras, terminales identificados incorrectamente y fallas en los cambiadores de tomas.
Esta prueba verifica exitosamente la integridad de los devanados del transformador, cuando éste ha sido modificado o reparado. La relación de transformación no dice cuántas vueltas o espiras de conductor hay en la bobina primaria o secundaria, sino que solamente nos indica su relación.
Además una medición de relación de transformación puede mostrar que existe una falla, pero no indicará su localización exacta. Pudiese requerirse una inspección interna o el desencubado para localizar el problema.
3.2.2.1 MÉTODOS DE MEDICIÓN
Norma ANSI/IEEE C57.12.90-2006, NTE INEN 2117:
FIGURA 3.3 MÉTODO DEL PUENTE PARA LA MEDICION DE LA
RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN
Relación de transformación El más bajo de los siguientes valores ± 0,5 % de la relación declarada FUENTE: Norma NTE INEN 2111:2004. Tabla 2. Tolerancias
CARATERISTICAS TOLERANCIAS
TABLA 3.1 VALORES DE ACEPTACION DE LA PRUEBA DE RELACION
DE TRANSFORMACION
3.2.3 LA PRUEBA DE RELACIÓN DE POLARIDAD
Las bobinas secundarias de los transformadores se arrollan en el mismo sentido de la bobina primaria o en el sentido opuesto, según el criterio del fabricante.
Debido a esto, podría ser que la intensidad de corriente en la bobina primaria y la de la bobina secundaria circulen en un mismo sentido, o en sentido opuesto.
- Polaridad Aditiva.- La polaridad positiva se da cuando en un transformador el bobinado secundario está arrollado en el mismo sentido que el bobinado primario. Esto hace que los flujos de los
dos bobinados giren en el mismo sentido y se sumen. Los terminales “H1” y “X1” están cruzados.
FIGURA 3.4 DIAGRAMA DE LA POLARIDAD ADITIVA
- Polaridad Sustractiva.- La polaridad sustractiva se da cuando en un transformador el bobinado secundario esta arrollado en sentido opuesto al bobinado primario. Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en sentidos opuestos y se resten. Los terminales “H1” y “X1” están en línea.
FIGURA 3.5 DIAGRAMA DE LA POLARIDAD SUSTRACTIVA
Se realiza para comprobar que los devanados están conectados según lo indica la placa característica.
3.2.3.1 MÉTODOS DE MEDICIÓN
Norma ANSI/IEEE C57.12.90-2006, NTE INEN 2117:
motivo. Los núcleos de los transformadores se construyen en láminas delgadas de acero, al silicio que ofrece gran resistencia a las corrientes parásitas, inducidas en el núcleo. Las laminaciones son destempladas en un horno eléctrico y son recubiertas por una delgada capa de barniz que aumenta la resistencia a las corrientes parásitas.
- Las pérdidas por histéresis debido a que el flujo magnético se invierte varias veces por segundo, según la frecuencia produciendo así perdidas de potencia debido a la fricción de millones de moléculas que cambian de orientación varias veces.
3.2.4.1 MÉTODO DE MEDICIÓN
Norma ANSI/IEEE C57.12.90-2006, NTE INEN 2114:
Se puede calcular las pérdidas, midiendo la potencia, calculada por medio de un voltímetro y un amperímetro.
FIGURA 3.7 MÉTODO PARA LA MEDICIÓN DE LAS PÉRDIDAS DE
VACÍO
Potencia Po Nominal kVA (W) 3 21 5 31 10 52 15 68 25 98 37,5 130 50 160 75 214 100 263 167 379 FUENTE: Norma NTE INEN 2114:2004. Tabla 1. TABLA 3.2 PÉRDIDA DE POTENCIA EN VACIO PARA TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS DE 3 A 167 kVA
Potencia Po Nominal kVA (W) 15 141 25 185 37,5 229 50 267 75 331 100 386 167 507 250 628 333 732 FUENTE: Norma NTE INEN 2114:2004. Tabla 2. TABLA 3.3 PÉRDIDA DE POTENCIA EN VACIO PARA TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS DE 15 A 333 kVA
3.2.5 PRUEBA DE CORTO-CIRCUITO
Se aplica a cada devanado un voltaje de corriente continua de valor bajo, se aplica la ley de Ohm y se obtiene la resistencia efectiva en C.C. La prueba de cortocircuito nos permite conocer las perdidas del cobre de cada devanado.
Las pérdidas en el cobre o en los bobinados del transformador, se deben a la disipación de calor que se producen en los devanados. Estas perdidas son proporcionales a las resistencias de cada bobinado, y a través de la corriente que circula en ellos.
3.2.5.1 MÉTODO DE MEDICIÓN
Norma ANSI/IEEE C57.12.90-2006, NTE INEN 2114:
Las pérdidas en el cobre se pueden calcular por las siguientes formulas:
- Pérdidas en el devanado primario = I 12 R 1 vatios
I 1 corriente en el devanado primario R 1 resistencia efectiva del devanado primario
- Pérdidas en el devanado secundario = I 22 R 2 vatios I 22 y R 2 corriente y resistencia efectiva del devanado secundario.
Las pérdidas totales en el cobre serán entonces: PT = I 22 R1 + I 22 R 2 vatios
FIGURA 3.8 MÉTODO PARA LA MEDICIÓN DE LAS PÉRDIDAS DE
CORTO-CIRCUITO
Potencia Pc Nominal kVA (W) 3 70 5 91 10 142 15 192 25 289 37,5 403 50 512 75 713 100 897 (^167 ) FUENTE: Norma NTE INEN 2114:2004. Tabla 1. TABLA 3.6 PÉRDIDAS DE POTENCIA EN CORTO CIRCUITO PARA TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS DE 3 A 167 kVA
POTENCIA Pc POTENCIA Pc NOMINAL (W) NOMINAL (W) (kVA) (kVA) 75 1366 630 7685 112,5 1898 750 8853 150 2397 800 9 330 225 3331 1 000 12046 300 4208 1 250 14320 400 5315 1 600 17420 500 6 370 2 000 20844 FUENTE: Norma NTE INEN 2115:2004. Tabla 2. TABLA 3.9 PÉRDIDA DE POTENCIA EN CORTO CIRCUITO PARA TRANSFORMADORES TRIFASICOS DE 75 A 2000 kVA
3.2.6 PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO
Esta prueba verifica que los aislamientos del transformador bajo prueba cumplen con la resistencia mínima soportable bajo la operación a la que serán sometidos, así como de comprobar la no inadecuada conexión entre sus devanados y tierra para avalar un buen diseño del producto y que no exista defectos en el mismo.
Las pruebas de resistencia de aislamiento deberán realizarse con los circuitos de igual voltaje conectados entre sí y los circuitos de diferente voltaje deberán ser probados por separado, por ejemplo:
- Alta tensión vs. Baja tensión.
- Alta tensión vs. Tierra.
- Baja tensión vs. Tierra.
- Neutro vs. Tierra (En el caso de que el neutro no esté conectado directamente a tierra).
Esta prueba se realiza con la finalidad de incrementar la exactitud del estado de prueba de los aislamientos de un transformador.
La prueba debe ser interrumpida inmediatamente si la lectura de la corriente comienza a incrementarse sin estabilizarse. Podrían presentarse descargas parciales durante las pruebas de resistencia de aislamiento que puedan causar al transformador bajo prueba y también arrojar resultados erróneos en los valores de las lecturas de medición, para este caso se deberá hacer una pausa y continuar posteriormente con la prueba.
Después de que la prueba haya sido completada se deberán aterrizar por un periodo de tiempo suficiente para liberar cualquier carga que haya quedado atrapada.
3.2.6.1 MÉTODO DE MEDICIÓN
Norma ANSI/IEEE C57.12.90-
El método general utilizado para medir la resistencia de aislamiento, está ilustrado en el gráfico siguiente.
Para realizar la prueba de potencial aplicado, se debe conectar todos los terminales de un mismo devanado, entre sí. El devanado que se someterá a la prueba se alimenta con alta tensión, y los restantes devanados se conectan a tierra, incluido el tanque.
FIGURA 3.10 CONEXIONES PARA LA PRUEBA DE POTENCIAL
APLICADO
3.3 PRUEBAS AL ACEITE
Una vez analizadas las pruebas eléctricas, que se deben realizar a los transformadores, ahora debemos analizar al aceite dieléctrico, o lo que se conoce como el Análisis Físico-Químico al Aceite Aislante.
3.3.1 CONJUNTO DE PRUEBAS PARA TRANSFORMADORES DE
DISTRIBUCIÓN
Como ya se describió en el capitulo II, el conjunto de pruebas, denominado DistributionPac, describe una lista de pruebas para el aceite aislante. A continuación se analiza cada una de las pruebas y los rangos de aceptación.
3.3.2 PRUEBAS EXPLORATORIAS AL ACEITE
3.3.2.1 NÚMERO DE NEUTRALIZACIÓN O DE ACIDEZ
El número de acidez se presenta en miligramos de KOH por gramos de la muestra (mg KOH/g). Los métodos normalizados para el número de acidez utilizan hidróxido de potasio (KOH) para producir una reacción con los compuestos ácidos del aceite. La cantidad de KOH que se necesita para producir la reacción con todos los compuestos ácidos se observa bien sea, por un cambio de color en el indicador que se incluye en la mezcla aceite/reactivo o en la modificación del valor del valor eléctrico medido por los electrodos.
3.3.2.1.1 MÉTODOS DE MEDICIÓN
Métodos normalizados: ASTM D 974, D 664 ó D 1534
- Método ASTM 974. Prueba de laboratorio más utilizada. El indicador que se utiliza es de apariencia incolora cuando no hay exceso de material alcalino (base) en el recipiente de la reacción. En presencia de exceso de KOH cambia a rosado. El dispositivo de titulación sigue añadiendo pequeñas cantidades de KOH hasta que la mezcla (aceite y el indicador) toman una coloración rosada. Luego de una operación simple entre la cantidad de KOH utilizando como reactivo y el peso de la muestra da como resultado en numero de acidez. Este método es relativamente simple y preciso. Además el equipo de laboratorio y los reactivos necesarios también son
