Procedimientos de Prueba de Transformadores Conformes con las Normas IEEE C57 y GB 1094

1. Fundamentos de las pruebas de transformadores

1.1 Visión general
Los transformadores son uno de los equipos más críticos para la transmisión de electricidad. Su calidad y confiabilidad afectan directamente la entrega segura y confiable de electricidad. El daño a los transformadores transformadores o transformadores clave de subestaciones puede interrumpir la transmisión de energía, y la reparación o el transporte de estas grandes unidades a menudo toma varios meses.

Durante este tiempo de inactividad, el suministro de electricidad se ve comprometido, lo que afecta adversamente la producción industrial y agrícola, así como el consumo de electricidad residencial, resultando en pérdidas económicas significativas.

A medida que aumentan los requisitos para la operación segura y confiable de los transformadores, las tecnologías de prueba de transformadores han avanzado considerablemente en las últimas dos décadas. Los desarrollos notables incluyen:

• Pruebas de cortocircuito en transformadores grandes a voltaje nominal,

• Técnicas de medición y localización de descargas parciales,

• Aplicación de funciones de transferencia para la detección de fallos por impulso,

• Uso de tecnología digital para la medición de pérdidas,

• Introducción de métodos de intensidad de sonido en la medición de ruido,

• Análisis espectral para diagnosticar deformaciones de bobinas, y

• Uso cada vez más extendido del análisis de gases disueltos (DGA) en aceite de transformador.

1.2 Normas para las pruebas de transformadores
Para garantizar que los transformadores cumplan con los estándares requeridos de calidad y confiabilidad en la transmisión de energía, se han establecido normas nacionales tanto para los transformadores como para sus procedimientos de prueba:

• GB 1094.1–1996: Transformadores de potencia – Parte 1: Generalidades

• GB 1094.2–1996: Transformadores de potencia – Parte 2: Aumento de temperatura

• GB 1094.3–1985: Transformadores de potencia – Parte 3: Niveles de aislamiento, pruebas dieléctricas y distancias de aclarado en aire

• GB 1094.5–1985: Transformadores de potencia – Parte 5: Capacidad para resistir cortocircuitos

• GB 6450–1986: Transformadores de potencia secos

1.3 Ítems de prueba de transformadores

1.3.1 Pruebas de rutina

• Medición de la resistencia de las bobinas

• Medición de la relación de voltaje y medición de pérdidas de carga

• Medición de la impedancia de cortocircuito y pérdidas de carga

• Medición de la corriente y pérdida sin carga

• Medición de la resistencia aislante entre bobinas y tierra

• Pruebas dieléctricas de rutina — ver Tabla 1-3 para los ítems de prueba de aislamiento de fábrica de rutina

• Pruebas de cambiadores de tomas bajo carga

1.3.2 Pruebas de tipo

• Prueba de aumento de temperatura.

• Pruebas de tipo de aislamiento (ver Tabla 1).

1.3.3 Pruebas especiales

• Medición de la impedancia de secuencia cero para transformadores trifásicos.

• Prueba de resistencia a cortocircuito.

• Medición del nivel de sonido.

• Medición de los componentes harmónicos en la corriente sin carga.

2. Medición de la relación de voltaje y verificación de la designación del grupo de conexión

2.1 Visión general
La medición de la relación de voltaje es una prueba rutinaria para transformadores. Se realiza no solo en la fábrica durante la fabricación, sino también en el sitio antes de que el transformador sea puesto en servicio.

2.1.1 Propósito de la medición de la relación de voltaje

• Asegurar que las relaciones de voltaje en todas las posiciones de toma caigan dentro de la tolerancia permitida especificada por estándares o requisitos técnicos contractuales.

• Verificar que bobinas o secciones de bobina conectadas en paralelo (por ejemplo, secciones con tomas) tengan un número idéntico de vueltas.

• Confirmar que los conductores de toma y las conexiones al cambiador de tomas estén cableados correctamente.

La relación de voltaje es un parámetro de rendimiento crítico de un transformador. Dado que esta prueba utiliza voltaje bajo y es simple de realizar, se lleva a cabo múltiples veces durante la fabricación para garantizar el cumplimiento con las especificaciones de diseño.

3. Medición de la resistencia DC de las bobinas

3.1 Propósito y requisitos
Según GB 1094.1–1996 “Transformadores de potencia – Parte 1: General,” la medición de la resistencia DC se clasifica como una prueba rutinaria. Por lo tanto, cada transformador debe someterse a esta prueba tanto durante como después de la fabricación.

Los propósitos principales de medir la resistencia DC son inspeccionar los siguientes aspectos:

• Calidad de las uniones soldadas o mecánicas entre los conductores de las bobinas—verificación de uniones deficientes;

• Integridad de las conexiones entre los conductores y las bocas, y entre los conductores y el cambiador de tomas;

• Fiabilidad de las soldaduras o uniones mecánicas entre los cables de conexión;

• Si las dimensiones y la resistividad de los conductores cumplen con las especificaciones;

• Equilibrio de la resistencia entre fases;

• Cálculo del aumento de temperatura de las bobinas, lo que requiere medir la resistencia en estado frío antes de la prueba de aumento de temperatura y la resistencia en estado caliente inmediatamente después de desconectar la alimentación durante la prueba.

3.2 Métodos de medición
De acuerdo con JB/T 501–91 “Guía para pruebas de transformadores de potencia,” existen dos métodos estándar para medir la resistencia DC de las bobinas de transformador:

• Método de puente (por ejemplo, puente doble de Kelvin)

• Método volt-amperio (V-A)

4. Prueba sin carga

4.1 Visión general
La medición de la pérdida sin carga y la corriente sin carga es una prueba rutinaria de transformadores. Las características de magnetización completas de un transformador se determinan a través de la prueba sin carga.

Los objetivos de esta prueba son:

• Medir la pérdida sin carga y la corriente sin carga;

• Verificar si el diseño y el proceso de fabricación del núcleo cumplen con los estándares y especificaciones técnicas aplicables;

• Detectar posibles defectos del núcleo, como sobrecalentamientos localizados o debilidades en el aislamiento.

4.2 Pérdida sin carga
La pérdida sin carga se compone principalmente de pérdidas por histeresis y corrientes de Foucault en las láminas de acero eléctrico. También incluye pérdidas adicionales, como las pérdidas por flujo de fuga.

4.3 Corriente sin carga
La magnitud de la corriente sin carga se determina principalmente por la curva B–H (magnetización) del acero eléctrico utilizado en el núcleo.

5. Medición de la pérdida de carga e impedancia de cortocircuito

5.1 Visión general de la prueba de carga
La medición de la pérdida de carga e impedancia de cortocircuito es una prueba rutinaria.

Los fabricantes realizan esta prueba para:

• Determinar los valores de pérdida de carga e impedancia de cortocircuito;

• 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-vueltas, 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 alterna aplicada

6.1 Visión general
Para garantizar que los transformadores sean seguros y confiables para la operación en la 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 condiciones anormales como sobretensiones por rayos o conmutaciones.

Solo después de superar exitosamente pruebas, incluyendo la resistencia a la tensión de frecuencia de red a corto plazo, la resistencia a la tensión de impulso y las mediciones de descarga parcial, un transformador puede considerarse apto para la conexión a la red.

La prueba de resistencia a la tensión alterna 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 los 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 tensión alterna aplicada.

• Para los transformadores totalmente aislados, la prueba de tensión alterna aplicada verifica solo 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 tensión alterna 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-devanado y entre fases.

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

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