Transformadores de potencia Resistencia aislante y análisis de pérdidas dieléctricas

1 Introducción

Los transformadores de potencia son uno de los equipos más críticos en los sistemas de energía, y es esencial maximizar la prevención y minimizar la ocurrencia de fallos y accidentes de transformadores. Los fallos de aislamiento de diversos tipos representan más del 85% de todos los accidentes de transformadores. Por lo tanto, para garantizar una operación segura de los transformadores, es necesario realizar pruebas de aislamiento regulares para detectar defectos de aislamiento con anticipación y abordar oportunamente los riesgos potenciales de accidentes. A lo largo de mi carrera, he participado frecuentemente en el trabajo de prueba de transformadores, acumulando un amplio conocimiento en este campo. Este artículo proporciona una introducción detallada a las pruebas integrales de aislamiento de transformadores y las condiciones de aislamiento reflejadas por los resultados de las pruebas.

2 Medición de la Resistencia al Aislamiento y la Relación de Absorción

2.1 Medición de la Resistencia al Aislamiento

Durante la medición, se debe utilizar un megohmmetro según las especificaciones estándar para medir secuencialmente la resistencia al aislamiento entre cada bobinado del transformador y tierra, así como entre bobinados. Los terminales del bobinado bajo prueba deben estar cortocircuitados, mientras que los terminales de los bobinados no probados deben estar cortocircuitados y conectados a tierra. Las ubicaciones de medición y la secuencia deben seguir la tabla a continuación.

Al comparar los valores de resistencia aislante, deben convertirse a la misma temperatura utilizando la siguiente expresión matemática:

En la fórmula:

R1 representa el valor de resistencia aislante (en megaohmios) medido a la temperatura t1

R2 representa el valor de resistencia aislante (en megaohmios) calculado a la temperatura t2

Los valores de resistencia aislante medidos se juzgan principalmente comparando los resultados de mediciones sucesivas de cada bobina. En comparación con los resultados de las pruebas anteriores, no debe haber un cambio significativo, generalmente no menos del 70% del valor anterior. Durante las pruebas de puesta en marcha, el valor generalmente no debe ser inferior al 70% del valor de prueba en fábrica (a la misma temperatura).

Cuando no hay valores de referencia disponibles, el estándar para los valores de resistencia aislante es generalmente como se indica en la tabla a continuación.

2.2 Medición de la relación de absorción e índice de polarización

La relación de absorción es la proporción entre los valores de resistencia aislante medidos con un megóhmetro a 60 segundos y 15 segundos después de la aplicación del voltaje. La relación de absorción es muy sensible a la humedad en el aislamiento. Cuando la temperatura está entre 10°C y 30°C, la relación de absorción no debe ser inferior a 1.3.

Para transformadores clasificados a 220kV o más, o 120MVA o más, se debe medir el índice de polarización. Este índice es la proporción de las lecturas tomadas a diez minutos y un minuto, con el índice de polarización no siendo inferior a 1.5.

Medir la resistencia aislante y la relación de absorción es un método sencillo y universal para verificar la condición del aislamiento de los transformadores. Esta prueba puede detectar eficazmente la humedad en el aislamiento y defectos locales, como aisladores de porcelana agrietados, conductores a tierra, etc. Si la resistencia aislante medida y la relación de absorción no cumplen con los valores especificados, ciertamente existen defectos de los tipos mencionados en el aislamiento.

3 Prueba de corriente de fuga

Durante la prueba, se utiliza un generador de alto voltaje DC y un microamperímetro. Los puntos de aplicación de voltaje son como se muestra en la siguiente tabla:

Los estándares de aplicación de voltaje de prueba se muestran en la siguiente tabla.

Después de elevar el voltaje hasta el voltaje de prueba, lea la corriente continua que pasa por el devanado probado a un minuto; este valor es la corriente de fuga medida.

La prueba de corriente de fuga mide esencialmente la resistencia de aislamiento. Sin embargo, debido a que se utiliza un voltaje continuo más alto para medir las corrientes de fuga, puede descubrir defectos de aislamiento que un megóhmetro no puede detectar, como defectos de ruptura parcial en transformadores y defectos de los empalmes de salida. Cuando se analizan y juzgan los resultados de la medición, se realizan principalmente comparaciones con transformadores similares y entre diferentes devanados, así como con los resultados de pruebas de años anteriores, sin esperar cambios significativos. Si los valores aumentan año tras año, se debe prestar atención, ya que esto suele indicar una deterioración gradual del aislamiento. Si hay un aumento repentino en comparación con años anteriores, puede indicar defectos graves que necesitan ser investigados.

4 Medición de la Tangente del Ángulo de Pérdida Dieléctrica

Dado que la carcasa del transformador está conectada directamente a tierra, se utiliza el puente AC tipo QS1 con cableado inverso para medir la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica. Las ubicaciones de medición son las que se muestran en la tabla a continuación.

Nota: El contenido real de la tabla no se proporcionó en el texto, por lo que se menciona aquí en términos generales. Si tiene detalles o datos específicos para la tabla, estos podrían incluirse en la traducción para mayor precisión.

Esta traducción cubre el procedimiento técnico para la prueba del ángulo de pérdida dieléctrica y la lógica detrás del uso de cierto equipo debido a consideraciones de conexión a tierra. También refleja la importancia de comparar los resultados actuales de la prueba con los datos históricos para identificar posibles problemas dentro del sistema de aislamiento del transformador.

Durante la medición, los dos terminales del devanado en prueba deben estar cortocircuitados, mientras que todos los devanados de fases no probadas deben estar cortocircuitados y conectados a tierra. Esto evita errores de medición causados por la inductancia del devanado.

Los valores estándar para la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica del aislamiento del devanado del transformador (a 20°C) se muestran en la siguiente tabla:

La tangente del ángulo de pérdida dieléctrica no debe mostrar cambios significativos en comparación con los valores históricos (generalmente no supera el 30%). El voltaje de prueba es de 10 kV cuando el voltaje de la bobina es de 10 kV o superior, y es igual al voltaje nominal (Un) cuando el voltaje de la bobina es inferior a 10 kV.

Durante la medición, la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica debe convertirse a la misma temperatura utilizando la siguiente expresión matemática:

En la fórmula:

tgδ1 y tgδ2 representan los valores de tan delta a las temperaturas t1 y t2, respectivamente.

Medir la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica del aislamiento de la bobina del transformador se utiliza principalmente para verificar la entrada de humedad en el transformador, el envejecimiento del aislamiento, la deterioración del aceite, la acumulación de lodo en el aislamiento y defectos locales graves. Si la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica medida no cumple con los valores especificados, ciertamente existen defectos de los tipos mencionados en el aislamiento.

5 Prueba de Voltaje Alterno de Frecuencia de Red

El equipo para pruebas de voltaje alterno de frecuencia de red generalmente requiere un transformador de prueba, un regulador de voltaje, un voltímetro electrostático de alto voltaje y una brecha esférica. Cuando sea necesario, también se puede conectar en serie un amperímetro de corriente alterna y una resistencia de agua en el lado de alto voltaje. Durante la prueba, el equipo de prueba debe seleccionarse adecuadamente según los requisitos de voltaje y capacidad de la muestra de prueba.