Procediments de prova de transformadors conformes amb les normes IEEE C57 i GB 1094

1. Fundamentals de Prova de Transformadors

1.1 Visió general
Els transformadors són un dels equips més crítics per a la transmissió d'electricitat. La seva qualitat i fiabilitat afecten directament la seguretat i la confiabilitat en la distribució d'electricitat. Els danys als transformadors de generació o els transformadors clau de subestacions poden interrompre la transmissió d'energia, i reparar o transportar aquests grans equips sovint pren diversos mesos.

Durant aquest temps d'aturada, el subministrament d'electricitat es veu compromès, afectant negativament la producció industrial i agrícola, així com el consum residencial d'electricitat—resultant en pèrdues econòmiques significatives.

A mesura que augmenten els requisits per a l'operació segura i fiable dels transformadors, les tecnologies de prova de transformadors han avançat considerablement en els últims dos dècades. Desenvolupaments notables inclouen:

• Proves de curto-circuit en transformadors grans a tensió nominal,

• Tècniques de mesura i localització de descàrregues parcials,

• Aplicació de funcions de transferència per a la detecció de falts d'impuls,

• Ús de tecnologia digital per a la mesura de pèrdues,

• Introducció de mètodes d'intensitat sonora en la mesura de soroll,

• Anàlisi espectral per al diagnòstic de deformació de bobines, i

• Ús cada vegada més ampli de l'anàlisi de gasos dissolts (DGA) en l'oli del transformador.

1.2 Normes per a la Prova de Transformadors
Per assegurar que els transformadors compleixin amb els estàndards requerits per a la qualitat i fiabilitat de la transmissió d'energia, s'han establert normes nacionals tant per als transformadors com per als procediments de prova:

• GB 1094.1–1996: Transformadors d'alta tensió – Part 1: General

• GB 1094.2–1996: Transformadors d'alta tensió – Part 2: Augment de temperatura

• GB 1094.3–1985: Transformadors d'alta tensió – Part 3: Nivells d'aïllament, proves dielèctriques i separacions externes en l'aire

• GB 1094.5–1985: Transformadors d'alta tensió – Part 5: Capacitat per suportar curto-circuits

• GB 6450–1986: Transformadors d'alta tensió secos

1.3 Elements de Prova dels Transformadors

1.3.1 Proves Habituals

• Mesura de la resistència de les bobines

• Mesura de la raó de tensió i mesura de pèrdues de càrrega

• Mesura de la impedància de curto-circuit i pèrdues de càrrega

• Mesura de la corrent buida i pèrdues buides

• Mesura de la resistència aïllant entre les bobines i la terra

• Proves dielèctriques habituals — vegeu la Taula 1-3 per a els elements d'isolament de prova de fabricació habituals

• Proves de rellotges de tappa sobrecàrrega

1.3.2 Proves de Tipus

• Prova d'augment de temperatura.

• Proves de tipus d'aïllament (vegeu la Taula 1).

1.3.3 Proves especials

• Mesura de la impedància de seqüència zero per transformadors trifàsics.

• Prova de resistència a curtcircuït.

• Mesura del nivell de soroll.

• Mesura dels components harmònics en la corrent sense càrrega.

2. Mesura de la relació de tensions i verificació del designació del grup de connexió

2.1 Panoràmica
La mesura de la relació de tensions és una prova rutinària per als transformadors. Es realitza no només a la fàbrica durant el procés de fabricació, sinó també en lloc abans que el transformador s'entri en servei.

2.1.1 Objectiu de la mesura de la relació de tensions

• Per assegurar que les relacions de tensions en totes les posicions de presa cauen dins la tolerància admissible especificada per estàndards o requisits tècnics contractuels.

• Per verificar que els voltants connectats en paral·lel o seccions de voltants (per exemple, seccions amb prese) tenen un nombre idèntic de voltes.

• Per confirmar que els conductors de presa i les connexions al commutador de preses estan cablats correctament.

La relació de tensions és un paràmetre crític de rendiment d'un transformador. Com que aquesta prova utilitza baixa tensió i és simple de realitzar, es repeteix múltiples vegades durant la fabricació per garantir la conformitat amb les especificacions de disseny.

3. Mesura de la resistència CC dels voltants

3.1 Objectius i requisits
Segons el GB 1094.1–1996 “Transformadors de potència – Part 1: General,” la mesura de la resistència CC es classifica com a prova rutinària. Per tant, cada transformador ha de passar aquesta prova tant durant com després de la fabricació.

Els objectius principals de la mesura de la resistència CC són inspeccionar els següents aspectes:

• Qualitat de les soldadures o connexions mecàniques entre els conductors del voltant—comprovació de juntes defectuoses;

• Integritat de les connexions entre els conductors i les embolcalladores, i entre els conductors i el commutador de preses;

• Fiabilitat de les soldadures o connexions mecàniques entre els conductors de presa;

• Si les dimensions i la resistivitat dels conductors compleixen les especificacions;

• Equilibri de la resistència entre les fases;

• Càlcul de l'augment de temperatura del voltant, que requereix mesurar la resistència en estat fred abans de la prova d'augment de temperatura i la resistència en estat calent immediatament després de la desconexió de la potència durant la prova.

3.2 Mètodes de mesura
Segons el JB/T 501–91 “Guia per a la prova de transformadors de potència,” hi ha dos mètodes estàndard per a la mesura de la resistència CC dels voltants dels transformadors:

• Mètode de pont (per exemple, pont de Kelvin doble)

• Mètode volt-amper (V-A)

4. Prova sense càrrega

4.1 Panoràmica
La mesura de la pèrdua sense càrrega i de la corrent sense càrrega és una prova rutinària de transformadors. Les característiques completament magnetitzadores d'un transformador es determinen a través de la prova sense càrrega.

Els objectius d'aquesta prova són:

• Mesurar la pèrdua sense càrrega i la corrent sense càrrega;

• Verificar si el disseny del nucli i el procés de fabricació compleixen els estàndards i especificacions tècniques aplicables;

• Detectar possibles deficiències del nucli, com sobrecalentaments localitzats o debilitaments d'aislament.

4.2 Pèrdua sense càrrega
La pèrdua sense càrrega consta principalment de pèrdues d'histeresis i de corrents de Foucault en les laminacions d'acer elèctric. També inclou pèrdues addicionals, com les pèrdues estranyes causades pel flux de fuga.

4.3 Corrent sense càrrega
L'amplitud de la corrent sense càrrega es determina principalment per la corba B–H (magnetització) de l'acer elèctric utilitzat en el nucli.

5. Pèrdua de càrrega i mesura de la impedància de curtcircuït

5.1 Panoràmica de la prova de càrrega
La mesura de la pèrdua de càrrega i de la impedància de curtcircuït és una prova rutinària.

Els fabricants realitzen aquesta prova per:

• Determinar els valors de pèrdua de càrrega i de la impedància de curtcircuït;

• Verificar el cumplimiento de las normas y acuerdos técnicos;

• Detectar posibles defectos en los devanados.

Durante la prueba, se aplica un voltaje a un devanado mientras que el otro está cortocircuitado. Según el equilibrio de amperios-vuelta, cuando la corriente en el devanado energizado alcanza su valor nominal, el devanado cortocircuitado también lleva corriente nominal.

Aunque el flujo magnético principal en el núcleo es muy pequeño durante esta prueba, se genera un flujo de fuga significativo debido al alto flujo de corriente. Este flujo de fuga causa:

• Pérdidas por corrientes de Foucault en los conductores del devanado;

• Pérdidas por corrientes circulantes en conductores paralelos;

• Pérdidas adicionales en estructuras de sujeción, paredes del tanque, escudos electromagnéticos, marcos del núcleo y placas de unión.

Todas estas pérdidas dependen de la corriente y se clasifican colectivamente como pérdidas de carga.

6. Prueba de tensión de resistencia AC aplicada

6.1 Visión general
Para garantizar que los transformadores sean seguros y confiables para la operación en red, su aislamiento debe cumplir no solo con los estándares de rendimiento sino también con la resistencia dieléctrica requerida. La resistencia dieléctrica determina si un transformador puede soportar tanto las tensiones de operación normales como las condiciones anormales, como sobretensiones por rayos o conmutaciones.

Solo después de pasar con éxito las pruebas, incluyendo la tensión de resistencia de frecuencia de potencia de corta duración, la tensión de resistencia de impulso y las mediciones de descargas parciales, se puede considerar que un transformador está listo para la conexión a la red.

La prueba de resistencia AC aplicada evalúa principalmente la resistencia del aislamiento principal entre los devanados y tierra, y entre los devanados.

• Para los transformadores totalmente aislados, esta prueba valida completamente el aislamiento principal.

• Para los transformadores con aislamiento graduado, solo evalúa el aislamiento de las vueltas finales cerca del yugo y el aislamiento de ciertas secciones de conductores a tierra. No puede evaluar la resistencia completa del aislamiento entre devanados y tierra o inter-devanados.

Para los transformadores con aislamiento graduado, se requiere una prueba de tensión inducida para evaluar de manera integral la resistencia del aislamiento entre los devanados, a tierra y para los conductores asociados.

7. Prueba de resistencia a sobretensión inducida

7.1 Visión general
La prueba de resistencia a sobretensión inducida es otra prueba dieléctrica crítica que sigue a la prueba de AC aplicada.

• Para los transformadores totalmente aislados, la prueba de AC aplicada solo comprueba el aislamiento principal, mientras que el aislamiento longitudinal entre vueltas, capas y secciones se verifica mediante la prueba de tensión inducida.

• Para los transformadores con aislamiento graduado, la prueba de AC aplicada solo verifica el aislamiento del punto neutro. La prueba de tensión inducida es esencial para evaluar:

• Aislamiento longitudinal (entre vueltas, capas y secciones);

• Aislamiento entre los devanados y tierra;

• Aislamiento inter-devanados y fase a fase.

Por lo tanto, la prueba de tensión inducida es un método vital para evaluar tanto la integridad del aislamiento principal como del aislamiento longitudinal.

7.2 Requisitos de la prueba
La prueba de tensión inducida se realiza típicamente aplicando el doble de la tensión nominal a los terminales del devanado de baja tensión, con todos los demás devanados en circuito abierto. La forma de onda de la tensión aplicada debe ser lo más cercana posible a una onda senoidal pura.