Pruebas de Resistencia y Aislamiento en Transformadores

Profesor: Sampayo Arteaga Galdino.

Prueba de resistencia óhmica a
devanados.
La
medición
de
resistencia
de
devanados es una prueba común en
transformadores de potencia. Sirve
para
verificar
que
no
existen
problemas de conexión y/o daño en
los
devanados.
Esta
prueba
es
también conocida como resistencia
óhmica de devanados y se realiza de
conformidad
con
el estándar
de
pruebas IEEE C57 e IEEE C62. La
prueba se realiza en CD.1
Devanado abierto.
Pruebas de aislamiento.
El aislamiento en la mayoría de los
transformadores
de
potencia
se
compone tanto de aceite como de la
celulosa (papel/cartón prensado). El
aislamiento
sólido
se
divide
en
estructuras de aislamiento principales
y
secundarias.
El
sistema
de
aislamiento principal incluye barreras,
separadores y pinzas, mientras que el
secundario consiste en el aislamiento
de los bobinados.
El
aislamiento
celulósico
para
cumple
tres
transformadores
funciones. En primer lugar, sirve de
elemento
carga
dieléctrico,
eléctrica
cuando
el
energizado
y

Se realiza para detectar:
transformador

Contactos flojos o deteriorados.
aislando

Cambiador de derivaciones en
transformador a diferentes bobinados.
mal estado.
También
Espiras en corto del devanado.
mecánica al sostener los bobinados, y

los
está
almacenando
componentes
cumple
una
del
función
contribuye a mejorar el estado térmico
1https://kotkoff.com/servicios/prueba-de-
resistencia-ohmica/
del transformador al crear conductos
impresión general de la eficacia del
de refrigeración para el aceite.
aislamiento eléctrico.
El aceite debe proporcionar suficiente
rigidez
dieléctrica
y
suficiente
enfriamiento, preservar el conjunto de
núcleo y bobina llenando vacíos en los
materiales aislantes, y minimizar el
contacto del oxígeno con la celulosa y
La capacidad
refleja la cantidad de carga eléctrica
que
está
siendo
efectivamente
almacenada por el aislamiento y se ve
afectada por los cambios en los
atributos
físicos
del
sistema
de
aislamiento sometido a prueba.
otros materiales que presentan riesgo
Factor de disipación/factor de potencia
de oxidación.
a frecuencia variable (VFPF). La
El aislamiento funciona mejor cuando
está limpio, seco, relativamente libre
de vacíos y se utiliza dentro de un
determinado rango de temperatura.
Las siguientes pruebas de campo
eléctrico
proporcionan
información
acerca de la integridad del aislamiento
del transformador.
Diagnóstico de aislamiento
Tangente
delta/factor
prueba de factor de potencia a
frecuencia variable proporciona el
contexto para una medición del factor
de potencia/factor de disipación a
frecuencia de línea para una obtener
una evaluación mejor informada del
sistema
de
aislamiento.
Específicamente, al medir el factor de
potencia/factor
de
disipación
frecuencias
adicionales,
a
el
de
comprobador confirma que un factor
disipación/capacidad (a frecuencia de
de potencia/factor de disipación a
línea).
de
frecuencia de línea aparentemente
idea
bueno es realmente bueno (lo que a
La
disipación
prueba
de
proporciona
factor
una
general de cómo de limpio, seco y
relativamente libre de vacíos está el
sistema de aislamiento, confirmando
que las características eléctricas del
sistema no han empeorado con el
tiempo
y
las
tensiones
de
funcionamiento y, por tanto, una
veces podría no ocurrir), detecta
espectroscopia en el dominio de la
problemas antes de lo que lo haría en
frecuencia o FDS) es el preferido
una
debido a su robustez frente al ruido.
prueba
de
factor
de
potencia/factor de disipación a 50/60
Hz, y mucho más.
Corriente de excitación. La prueba de
corriente de excitación proporciona
Tip-up de tangente delta/factor de
información
potencia/factor de disipación. Sirve
integridad
para
algún
espiras del bobinado y de trazas
problema asociado a la tensión en el
conductivas en el aislamiento del
dieléctrico de un transformador. Una
transformador (por ejemplo, trazas
indicación positiva podría sugerir la
conductivas en algún punto a lo largo
presencia de un problema localizado,
del circuito de espira a tierra del
como trazas conductivas (siempre que
bobinado o entre fases).
determinar
si
existe
el sistema de aislamiento sometido a
prueba
no
sea
prohibitivamente
grande, lo que merma la sensibilidad
de la prueba) o actividad de tipo
Respuesta de frecuencia dieléctrica
(DFR/FDS). Las mediciones de la
dieléctrica
proporcionan
una evaluación de la conductividad de
humedad
y
aceite
de
los
transformadores. Se trata de una
prueba aceptada internacionalmente,
cuyo uso está aumentando. De los dos
principales métodos de respuesta
dieléctrica, un método CA llamado
frecuencia de respuesta dieléctrica
(DFR,
del
respecto
aislamiento
a
la
entre

Descarga parcial (PD).

Resistencia de aislamiento de
CC.
Prueba de ruptura dieléctrica en aceite.
descarga parcial.
respuesta
con
también
llamada
Como líquido aislante, la propiedad
más importante del aceite es su alta
rigidez dieléctrica.
La tensión de
ruptura dieléctrica del aceite es una
medición
importante
del
esfuerzo
eléctrico que un aceite aislante puede
soportar sin fallar. Esta prueba verifica
que la tensión de ruptura dieléctrica
del aceite en el depósito principal está
En algunos casos, es el propio
por encima de un umbral mínimo.
fabricante del equipo el que especifica
Puede hacerse en laboratorio o en
los límites de aceptación. Cuando no
campo.
se cuenta con esa información, debe
recurrirse a la experiencia obtenida en
DGA
TRAX (con el accesorio opcional
TDX120) puede realizar las siguientes
mediciones de transformadores:
mediciones realizadas en equipos
similares.
Prueba de puntos calientes

Medición de aislamiento de CA

Tangente delta

Capacidad

Pruebas Tip-up

DFR con rango de frecuencia
(termovisión).
La
termografía
es
una
técnica
que permite determinar temperaturas
a
de 1-505 Hz
distancia
y sin necesidad de
contacto físico con el objeto o el
equipo a analizar, permite captar la
radiación
infrarroja
del
espectro
Prueba de ducter.
electromagnético, utilizando cámaras
la prueba de resistencia de contactos
térmicas o de termovisión.
tiene
como
oportunamente
objetivo
los
sobrecalentamiento
detectar
problemas
originados
de
por
falsos contactos.
Con el fin de detectar anomalías que
muy a menudo no se pueden percibir
a
simple
inspección
vista,
a
se
las
realiza
una
instalaciones
Las conexiones de prueba y los
eléctricas. Durante esta inspección se
valores máximos aceptables de la
capturan
resistencia
térmicas con el objetivo de detectar
de
contactos
varían
imágenes
digitales
por
y
dependiendo del tipo y marca de los
sobrecalentamiento
tornillería
equipos bajo prueba.
floja, superficies de contacto sucias o
no uniformes, soldaduras agrietadas y
desbalanceo de fases entre otras
causas.
Termografía en tableros eléctricos.
Por
Con su cámara termográfica el técnico
cualitativas y por otro las inspecciones
de
cuantitativas.
mantenimiento
va
a
poder
examinar cada uno de los elementos
que
componen
el
sistema
de
distribución eléctrica en busca de
un
lado
las
inspecciones
Las causas del sobrecalentamiento
pueden ser debidas a:
patrones de calentamiento, lo cual le
1. Conexiones flojas o deterioradas
va a permitir detectar y resolver un
por falta de torque adecuado debido a
posible problema antes de que exista
oxidación,
lugar a un fallo o interrupción en la
eléctricos.
línea.
o
arcos
2. Sobrecargas en conductores por
En este sentido podremos hablar de
dos
sulfatación
tipos
de
inspecciones
bien
diferenciadas:
cargas excesivas para el calibre.
3. Circuitos cercanamente abiertos
que desarrollan resistencia.
Prueba De Rigidez Dieléctrica (Aceite)
El aceite para transformadores es
clave en el proceso de refrigeración de
un transformador. El estrés eléctrico o
térmico, o la contaminación química,
pueden provocar fallos y reducir la
vida útil de los componentes.
líquidos, el cual está integrado por un
regulador
Para realizar la prueba se utiliza un
de
tensión,
un
transformador elevador, un divisor de
tensión, un voltímetro y una copa de
prueba.
El regulador de tensión sirve para
incrementar el voltaje de manera
gradual y automática.
probador de rigidez dieléctrica de
El
transformador
para
aislante, pero en este caso tiene la
obtener el voltaje de alta tensión
función adicional de ayudar a extinguir
necesario
el arco durante la apertura de sus
para
se
utiliza
provocar el arco
eléctrico en el aceite. Su salida debe
ser de 0 a 60 kV y la velocidad con la
que se debe incrementar el voltaje
depende de la Norma.
contactos
Prueba TTR
La
prueba
de
relación
de
transformación tiene como objetivo
La copa de pruebas se usa para
verificar la polaridad y la relación de
contener el aceite que será probado.
transformación de los devanados,
Tiene integrados un par de electrodos
para
a los cuales se le aplica el voltaje de
cortocircuitos entre espiras ni errores
alta tensión.
en las conexiones de boquillas y
El
arco
eléctrico
se
produce
asegurar
que
no
existe
cambiadores de derivaciones.
precisamente en el espacio que queda
entre los electrodos.
El aceite aislante que se utiliza en los
Interruptores
y
transformadores
cumple varias funciones:
Transformadores
Para el caso de los transformadores,
el aceite forma parte del sistema
aislante
y
además
actúa
como
refrigerante para disipar hacia el
También se pueden detectar falsos
exterior el calor generado por las
contactos
bobinas y el núcleo.
Respecto a la polaridad, permite
y
circuitos
abiertos.
verificar el diagrama de conexión de
Interruptores
Para el caso de los interruptores, el
aceite también forma parte del sistema
los transformadores o determinarlos
cuando la placa se ha extraviado.
Las pruebas se realizan con un
subestaciones. El fallo de un único
probador
de
equipo de la subestación puede
conocido
causar un colapso de la red completa,
de
relación
también
transformación,
como TTR (Transformer Test Ratio).
Este equipo está integrado por un
transformador patrón con un gran
número de derivaciones, lo cual
permite obtener una relación de
transformación variable.
Para
modificar
la
costando mucho tiempo y dinero, de
modo
que
los
mantenimiento
deben
limitar
programas
de
el
de
subestaciones
riesgo
de
interrupciones inesperadas mediante
la identificación y prevención de los
problemas potenciales.
relación
de
transformación del patrón, se utilizan
los selectores.
En la actualidad, los TTR se dividen en
dos grupos: monofásicos y trifásicos.
Algunos
fabricantes
ofrecen
TTR
El mantenimiento de subestaciones
monofásicos que son capaces de
incluye pruebas eléctricas periódicas
medir por fase la relación de vueltas,
de los diferentes parámetros del
corriente de excitación, desviación de
transformador,
la
fase, resistencia de los enrollamientos
de
"X" & "H" y polaridad de la conexión de
características tales como la relación
los enrollamientos "X" & "H" de
de transformación, la corriente de
transformadores de distribución
excitación, índice de polarización,
corriente,
resistencia de aislamiento, resistencia
reguladores de tensión.
comprobación
siendo
común
regular
de devanados, la impedancia de
cortocircuito,
análisis
a
aceites
refrigerantes.
La necesidad de mantener la fiabilidad
de los sistemas de energía requiere un
adecuado chequeo rutinario a las
así
como
también
y
de
Pruebas de corriente de excitación.
Prueba de análisis cromatógrafo aceite
La prueba de Corriente de Excitación,
de dieléctrico.
en los transformadores de potencia,
Los
permite detectar daños o cambios en
perdiendo
la geometría de núcleo y devanados;
lentamente,
así como espiras en cortocircuito y
expuestos
juntas o terminales con mala calidad
eléctricos y mecánicos, a esto le
desde su construcción.
llamamos degradación, al suceder
materiales
dieléctricos
sus
debido
a
van
características
a
que
esfuerzos
están
térmicos,
esto, se producen gases dentro del
Prueba de respuesta a la frecuencia
Las pruebas y análisis de respuesta en
la frecuencia (FRA) es el método más
efectivo para detectar y diagnosticar
deformaciones eléctricas y mecánicas
en las partes activas del transformador
de potencia, se debe aplicar durante
pruebas de aceptación en fabrica,
previo a la primer puesta en servicio
aceite; los gases formados por la
descomposición de los materiales
aislantes
se
disuelven
total
o
parcialmente en el aceite, esto permite
que mediante la recolección de una
muestra, se tenga información sobre
todas las partes a las que llega el
aceite.
del transformador, así como después
MEGGER
de ocurrida una falla de corto circuito,
El Megger, o en realidad Megohmetro,
terremoto o mantenimiento mayor, etc.
por su nombre genérico, es un
para detectar cualquier posible daño o
instrumento que sirve para medir la
cambio
resistencia de aislamiento de: cables y
característico
transformador de potencia.
en
el
bobinados; puede ser respecto a tierra
o entre fases, con el Megger también
podrá hallar el índice de polarización.
La tensión que aplicará para medir el
nivel de aislamiento es poniendo 500
volts para motores que operan por
debajo de los 1000 volts (esto incluye
los de 380V, 440V, 480V, etc.) ya sean
nuevos o en servicio. El valor en
poder practicar ensayos simultáneos a
mega-Ohmios se observará después
alta
de 1 minuto. Las normas para seguir
tensiones hasta 2500 voltios, esto de
son EASA o IEEE.
acuerdo con el voltaje de operación de
El megger consta de dos partes
principales:
tensión,
hablamos
de
la
nos
condición
referimos
a
de
la
resistencia que existe entre este a
movido
tierra (RTG, Resistence To Ground, en
generalmente a mano (manivela) o
inglés). La RTG indica que tan limpio o
electrónicamente
sano esta un aislamiento. Para que se
tipo
magnetoeléctrico,
utilizarse
la máquina bajo prueba. Cuando
aislamiento
un generador de corriente continúa de
pueden
electrónico),
(Megger
que
la
dé una falla a tierra, deben de ocurrir
la
dos cosas. Primero debe crearse un
del
camino de conducción a través del
instrumento por medio del cual se
aislamiento. Conforme el aislamiento
mide el valor de la resistencia que se
envejece se fisura y posibilita que se
busca. Son dos imanes permanentes
acumule
rectos, colocados paralelamente entre
Segundo, la superficie exterior del
sí. El inducido del generador, junto con
aislamiento se contamina de material
sus piezas polares de hierro, está
conductivo
montado entre dos de los polos de los
corriente a la carcasa o núcleo del
imanes paralelos, y las piezas polares
motor que está conectado a tierra.
corriente
para
medición,
y
suministra
llevar
el
a
cabo
mecanismo
y el núcleo móvil del instrumento se
sitúan entre los otros dos polos de los
imanes. El inducido del generador se
acciona
a
mano,
regularmente,
aumentándose su velocidad por medio
de engranajes.
material
y
conduce
conductivo.
suficiente
Hoy en día los sistemas de aislamiento
han mejorado notablemente y son
capaces
de
soportar
mayores
temperaturas sin sacrificar su vida
esperada. La máxima temperatura de
operación de un motor / generador
Para los ensayos de resistencia de
depende
aislamiento, la tensión que más se usa
materiales usados en su construcción.
es la de 500 voltios, pero con el fin de
Existen varias clases, pero las más
principalmente
de
los
usadas son: · Aislamiento clase B,
temperatura, este mismo motor en vez
temperatura
de durar aproximadamente 15 años,
máxima
130°C
·
Aislamiento clase F, Temperatura
máxima 155°C · Aislamiento clase H,
temperatura máxima 180°C. Estas
temperaturas
son
las
máximas
sostenidas a las que se puede
someter a esa máquina.
duraría alrededor de 3 años.
La termografía IR es una herramienta
muy
útil
para
detectar
un
sobrecalentamiento en el motor, y
hasta podría precisar el área donde se
produce
el
calentamiento.
El
determinar la causa raíz de una falla
En termografía IR es posible detectar
una falla en el aislamiento de un motor
si se tiene la clase de aislamiento de
en el aislamiento de un motor, puede
involucrar alguno de estas causas
posibles: · Circuito de potencia: Una
conexión de alta resistencia, produce
un voltaje de Línea desbalanceada
Armónicas: que introducen corrientes
de
secuencia
negativa
y
sobrecalentando el devanado.
Ambiental:
este (dato de placa). Generalmente al
medir la temperatura de la carcasa del
motor, asumimos que el aislamiento
está en 20°C más alto que esta. Por
ejemplo,
si
observamos
que
la
temperatura de la carcasa de un motor
clase B es de 120°C, podría estar muy
Contaminación
en
el
motor. Es fácil diagnosticar una falla
en el aislamiento de un motor, pero
¿se deberá realmente por esto? Si se
instala nuevamente el motor reparado
o uno nuevo, es muy probable que la
falla se repita.
seguro de que la temperatura del
El utilizar un megger es un buen inicio
aislamiento está a por lo menos 140°C
para probar el aislamiento eléctrico
excediendo la temperatura máxima
pero no da información completa, otro
permitida
de
aspecto importante de resaltar es que
aislamiento. El aislamiento pierde muy
el Institute of Electrical and Electronic
rápido sus propiedades al aumentar la
Engineers (IEEE) basa los límites de
para
esa
clase
aislamiento a una temperatura de
Montecelos,
40°C. Por ello es muy importante
Subestaciones eléctricas. Ediciones
hacer
Paraninfo, SA.
lectura
con
corrección
de
temperatura, de otro modo se tendrían
valores con variaciones altas y bajas,
y no se podría hacer un seguimiento
histórico de estos valores (Trending).
La norma de la IEEE a la que hacemos
referencia
es
la
IEEE
43-2000.
También la IEEE indica que se debe
realizar el Polarization Index (PI). Esto
es el valor de aislamiento tomado a los
10 minutos dividido el valor de 1
minuto.
Básicamente
da
una
indicación de la pendiente del perfil del
índice de polarización; un PI de 2.0
según
IEEE
es
aceptable
para
aislamientos clases B, F y H; pero
desdichadamente
motores
/
generadores
sistemas
de
con
aislamiento aceptables pueden dar
valores cercanos, o por debajo a 2.0;
por esto recomendamos evaluar el
perfil del índice de polarización y no
solo su valor.
BIBLIOGRAFÍAS.
Harper, G. E. (2002). Elementos de
Diseño
de
Subestaciones
ctricas. Editorial Limusa.
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Gondres, I., Lajes, S., & del Castillo, A.
(2007). Nuevo
gestión
del
enfoque
sobre la
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en
subestaciones eléctricas. Ingeniería
Energética, 28(3), 30-34.