Procedementos de Proba de Transformadores Conformes coas Normas IEEE C57 e GB 1094

1. Fundamentos da proba de transformadores

1.1 Visión xeral
Os transformadores son un dos equipos máis críticos para a transmisión de enerxía eléctrica. A súa calidade e fiabilidade afectan directamente á entrega segura e confiable da electricidade. O dano aos transformadores transformers ou transformadores clave de subestacións pode interromper a transmisión de enerxía, e a reparación ou transporte destas unidades grandes adoita levar varios meses.

Durante este tempo de inactividade, o abastecemento de enerxía está comprometido, afectando adversamente a produción industrial e agrícola así como o consumo residencial de electricidade—resultando en perdas económicas significativas.

Conforme aumentan os requisitos para a operación segura e fiable dos transformadores, as tecnoloxías de proba de transformadores avanzaron considerablemente nos últimos dúas décadas. Entre os desenvolvimentos notables están:

• Probas de curto circuito en transformadores grandes a tensión nominal,

• Técnicas de medida e localización de descargas parciais,

• Aplicación de funcións de transferencia para a detección de fallos por impulsos,

• Uso de tecnoloxía digital para a medida de perdas,

• Introdución de métodos de intensidade sonora na medida de ruido,

• Análise espectral para o diagnóstico da deformación das bobinas, e

• Uso cada vez máis amplio da análise de gases disueltos (DGA) no óleo do transformador.

1.2 Normas para a proba de transformadores
Para asegurar que os transformadores cumpran coas normas requeridas para a calidade e fiabilidade da transmisión de enerxía, establecéronse normas nacionais tanto para os transformadores como para os seus procedementos de prova:

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

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

• GB 1094.3–1985: Transformadores de potencia – Parte 3: Niveis de aislamento, ensayos dieléctricos e claridades externas no aire

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

• GB 6450–1986: Transformadores de potencia secos

1.3 Probas de transformadores

1.3.1 Probas de rotina

• Medida da resistencia das bobinas

• Medida da relación de tensión e medida da perda de carga

• Medida da impedancia de cortocircuito e perda de carga

• Medida da corrente en vacío e perda en vacío

• Medida da resistencia de aislamento entre bobinas e terra

• Probas dieléctricas de rotina — ver Táboa 1-3 para os artigos de proba de aislamento de fábrica

• Probas de interruptores de tomas con carga

1.3.2 Probas de tipo

• Proba de elevación de temperatura.

• Probas de tipo de aislamento (ver Táboa 1).

1.3.3 Probas especiais

• Medición da impedancia de secuencia cero para transformadores trifásicos.

• Proba de resistencia a cortocircuito.

• Medición do nivel sonoro.

• Medición dos componentes harmónicos na corrente en vacío.

2. Medición da relación de voltaxes e verificación da designación do grupo de conexión

2.1 Visión xeral
A medición da relación de voltaxes é unha proba rutinaria para os transformadores. Realízase non só na fábrica durante a fabricación, senón tamén no local antes de que o transformador entre en servizo.

2.1.1 Obxectivo da medición da relación de voltaxes

• Para asegurar que as relacións de voltaxes en todas as posicións de derivación caen dentro da tolerancia permisible especificada por normas ou requisitos técnicos contractuais.

• Para verificar que as bobinas ou seccións de bobina conectadas en paralelo (por exemplo, seccións derivadas) teñan o mesmo número de espiras.

• Para confirmar que os conductores de derivación e as conexións ao cambiador de derivación están correctamente conectados.

A relación de voltaxes é un parámetro crítico de rendemento dun transformador. Como esta proba usa baixa voltagem e é simple de realizar, realiza-se múltiples veces durante a fabricación para garantir o cumprimento das especificacións de deseño.

3. Medición da resistencia DC das bobinas

3.1 Obxectivos e requisitos
Segundo GB 1094.1–1996 “Transformadores de enerxía – Parte 1: Xeral,” a medición da resistencia DC clasifícase como unha proba rutinaria. Polo tanto, cada transformador debe someterse a esta proba tanto durante como despois da fabricación.

Os obxectivos principais da medición da resistencia DC son inspeccionar os seguintes aspectos:

• Calidade das soldaduras ou conexións mecánicas entre os condutores das bobinas—comprobando unions deficientes;

• Integridade das conexións entre os conductores e as embocaduras, e entre os conductores e o cambiador de derivación;

• Fiabilidade das soldaduras ou conexións mecánicas entre os conductores;

• Se as dimensións e a resistividade dos conductores cumpren as especificacións;

• Equilibrio da resistencia entre fases;

• Cálculo do aumento de temperatura das bobinas, que require medir a resistencia en estado frío antes da proba de aumento de temperatura e a resistencia en estado quente inmediatamente despois de desconectar a corrente durante a proba.

3.2 Métodos de medición
Segundo JB/T 501–91 “Guía para a proba de transformadores de enerxía,” hai dous métodos estándar para medir a resistencia DC das bobinas de transformadores:

• Método de ponte (por exemplo, ponte de Kelvin dupla)

• Método de voltio-amperio (V-A)

4. Proba en vacío

4.1 Visión xeral
A medición da perda en vacío e da corrente en vacío é unha proba rutinaria de transformadores. As características completas de magnetización dun transformador determinanse a través da proba en vacío.

Os obxectivos desta proba son:

• Medir a perda en vacío e a corrente en vacío;

• Verificar se o deseño do núcleo e o proceso de fabricación cumpren as normas e especificacións técnicas aplicables;

• Detectar posibles defectos do núcleo, como sobrecalentamentos localizados ou debilidades de aislamento.

4.2 Perda en vacío
A perda en vacío consiste principalmente en perdas de histerese e de correntes inducidas nas laminillas de acero eléctrico. Tamén inclúe perdas adicionais, como as perdas estrayantes causadas polo fluxo de fuga.

4.3 Corrente en vacío
A magnitude da corrente en vacío determinase principalmente pola curva B–H (magnetización) do acero eléctrico usado no núcleo.

5. Medición da perda de carga e da impedancia de cortocircuito

5.1 Visión xeral da proba de carga
A medición da perda de carga e da impedancia de cortocircuito é unha proba rutinaria.

Os fabricantes realizan esta proba para:

• Determinar os valores de perda de carga e de impedancia de cortocircuito;

• Verificar o cumprimento de normas e acordos técnicos;

• Detectar posibles defectos nas bobinas.

Durante a proba, aplícase unha tensión a unha bobina mentres que a outra está en curto circuito. Conforme ao equilibrio de ampere-voltas, cando a corrente na bobina alimentada alcanza o seu valor nominal, a bobina en curto circuito tamén transporta corrente nominal.

Aínda que o fluxo magnético principal no núcleo é moi pequeno durante esta proba, xéranse fluxos de fuga significativos debido á alta corrente. Este fluxo de fuga causa:

• Pérdidas por correntes de Foucault nos conductores das bobinas;

• Pérdidas por correntes circulantes en conductores paralelos;

• Pérdidas adicionais en estruturas de aperto, paredes do tanque, escudos electromagnéticos, marcos do núcleo e placas de ligazón.

Todas estas pérdidas son dependentes da corrente e clasifícanse colectivamente como pérdidas de carga.

6. Proba de Tensión Alternativa Aplicada

6.1 Visión Xeral
Para garantir que os transformadores son seguros e fiables para a operación na rede, a súa aislación debe cumprir non só as normas de rendemento, senón tamén a resistencia dieléctrica necesaria. A resistencia dieléctrica determina se un transformador pode suportar as tensións de funcionamento normais así como condicións anómalas como sobretensiones por raio ou conmutación.

Só despois de superar satisfactoriamente as probas, incluíndo a proba de resistencia a tensión alternativa de breve duración, a proba de resistencia a impulsos e as medidas de descargas parciais, un transformador pode considerarse preparado para a conexión á rede.

A proba de tensión alternativa aplicada avalía principalmente a forza da aislación principal entre bobinas e terra, e entre bobinas.

• Para os transformadores totalmente aislados, esta proba valida completamente a aislación principal.

• Para os transformadores de aislación graduada, só avalía a aislación dos extremos próximos ao iugue e a aislación de certas seccións de cables a terra. Non pode avaliar a forza completa da aislación entre bobinas e terra ou interbobinas.

Para os transformadores de aislación graduada, é necesario realizar unha proba de tensión inducida para avaliar comprehensivamente a forza da aislación entre bobinas, a terra e para os cabos asociados.

7. Proba de Resistencia a Sobretensión Inducida

7.1 Visión Xeral
A proba de resistencia a tensión inducida é outra proba dieléctrica crítica que segue á proba de tensión alternativa aplicada.

• Para os transformadores totalmente aislados, a proba de tensión alternativa aplicada só verifica a aislación principal, mentres que a aislación longitudinal (entre voltas, capas e seccións) verifica a proba de tensión inducida.

• Para os transformadores de aislación graduada, a proba de tensión alternativa aplicada só verifica a aislación do punto neutro. A proba de tensión inducida é esencial para avaliar:

• Aislación longitudinal (entre voltas, capas e seccións);

• Aislación entre bobinas e terra;

• Aislación interbobinas e ente fases.

Así, a proba de tensión inducida é un método vital para avaliar tanto a integridade da aislación principal como a longitudinal.

7.2 Requisitos da Proba
A proba de tensión inducida realízase típicamente aplicando o dobre da tensión nominal aos terminais da bobina de baixa tensión, con todas as outras bobinas en circuito aberto. A forma de onda da tensión aplicada debe ser o máis próxima posible a unha onda senoidal pura.