Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
Los transformadores de potencia son los grandes y silenciosos caballos de batalla de nuestro mundo eléctrico. Suben o bajan el voltaje para que podamos transportar la energía desde donde se produce hasta donde la utilizamos. Pero un transformador sólo es bueno si es eficiente y seguro. Un problema en un solo transformador de potencia puede causar grandes problemas a nuestros sistemas eléctricos. Por eso son tan importantes las pruebas de los transformadores. En este artículo, voy a compartir las cuatro pruebas principales para comprobar un transformador de potencia. Esto no es sólo para un gran ingeniero. Es para cualquiera que quiera entender cómo mantenemos nuestra energía fluyendo. Vamos a ver lo que hacen estas pruebas y lo que nos dicen sobre la salud y la eficiencia de un transformador.
Cuando falla un transformador de potencia, no es agradable. Por eso no nos limitamos a poner en servicio un transformador nuevo y esperar lo mejor. Lo probamos. Y lo probamos mucho. Las pruebas de transformadores son una serie de comprobaciones que hacemos para asegurarnos de que un transformador de potencia funciona correctamente. El objetivo principal es evitar una avería. Una avería puede provocar cortes de electricidad y dañar los equipos. Unas buenas pruebas nos ayudan a encontrar un pequeño defecto antes de que se convierta en un gran problema. Esto hace que todo el sistema eléctrico sea más seguro y fiable.
La eficiencia de un transformador es muy importante. Un transformador ineficiente desperdicia electricidad al convertirla en calor. Esta energía desperdiciada cuesta dinero. A lo largo de la vida útil de un gran transformador de potencia, eso puede suponer mucho dinero. Las pruebas que realizamos nos ayudan a calcular la eficiencia del transformador. Al comprobar su rendimiento, podemos estar seguros de que cumple las especificaciones con las que se construyó. Cada prueba nos da una pieza del rompecabezas sobre la salud del transformador. Es un paso clave cuando ponemos en servicio un transformador nuevo o realizamos el mantenimiento de uno antiguo. Es una parte vital de la transmisión de energía.
Una de las primeras pruebas que realizamos es la de la resistencia del bobinado. Puede parecer complejo, pero la idea es sencilla. Todos los transformadores tienen bobinas de alambre en su interior llamadas devanados. Tenemos un bobinado primario y un bobinado secundario. La corriente eléctrica circula por este bobinado. Estos hilos tienen una resistencia eléctrica muy baja. Tenemos que medir esta resistencia para asegurarnos de que es correcta.
Para hacer esta medición, un ingeniero utilizará una herramienta especial. Se hace pasar una corriente continua pequeña y segura por cada devanado del transformador. A continuación, la herramienta mide la caída de tensión en ese mismo devanado. Utilizando la ley de Ohm (Resistencia = Tensión / Corriente), la herramienta puede calcular la resistencia del devanado con gran precisión. Realizamos esta prueba en cada devanado y en cada posición del cambiador de tomas. Un cambiador de tomas nos permite realizar pequeños cambios en la relación de tensión del transformador. Cada toma tiene su propia conexión y tenemos que probarlas todas. Un transformador tiene muchas conexiones que comprobamos.
Entonces, ¿por qué medimos la resistencia? Una medición correcta de la resistencia del bobinado nos dice muchas cosas. En primer lugar, nos dice que el bobinado no está roto. Si el cable estuviera cortado, la resistencia sería infinita y no circularía corriente continua. Esta sencilla prueba confirma que el circuito eléctrico está completo. Y lo que es más importante, esta prueba nos ayuda a encontrar conexiones defectuosas. He visto casos en los que un tornillo de un terminal no estaba lo suficientemente apretado. Esto crea una alta resistencia, lo que provoca un calor excesivo. Ese calor puede dañar el aislamiento del transformador.
La prueba de resistencia del devanado puede detectar problemas en el interior del devanado del transformador que usted no puede ver. Por ejemplo, si algunos de los hilos de un bobinado se dañaron durante la fabricación, la resistencia puede ser más alta de lo esperado. Comparando el valor medido con el valor del informe de pruebas de fábrica, podemos detectar un problema. En los transformadores trifásicos, también comparamos la resistencia del bobinado de cada fase. Las cifras deben ser muy parecidas. Si una fase tiene una resistencia mucho mayor, es una señal de alarma de un posible defecto en el devanado de ese transformador. Es una prueba sencilla pero eficaz.
El siguiente paso es la prueba de relación de vueltas, o prueba TTR. Se trata de otra prueba fundamental para cualquier transformador. Un transformador funciona teniendo un número diferente de vueltas de alambre en su bobinado primario y secundario. La relación de estas vueltas establece la relación de tensión. Por ejemplo, si el devanado primario tiene 100 espiras y el secundario 10, la relación de espiras es de 10 a 1. Si introduce 100 voltios de CA en el primario, obtendrá 10 voltios de CA en el secundario.
La prueba de relación de vueltas lo comprueba con exactitud. Utilizamos un instrumento especial llamado comprobador de relación de vueltas. El ingeniero conectará el instrumento a los devanados de alta y baja tensión del transformador de potencia. El aparato de prueba aplica una tensión alterna baja y segura a un devanado y mide cuidadosamente la tensión que recibe en el otro devanado. A partir de esta medición, puede calcular la relación de vueltas exacta. Realizamos esta prueba para cada posición de toma porque cada toma cambia el número de vueltas en el circuito. Esta prueba comprueba el funcionamiento del núcleo del transformador.
La razón principal para realizar una prueba de relación de transformación es verificar que el transformador producirá la tensión de salida correcta. Si la relación es incorrecta, los niveles de tensión en el sistema eléctrico serán erróneos. Esto puede causar todo tipo de problemas a los equipos conectados a él. Esta prueba es una buena forma de detectar un error de fabricación o daños de transporte. Un choque mecánico grave puede hacer que el bobinado se mueva o se cortocircuite.
Un cortocircuito entre espiras en un bobinado es un fallo muy grave. Significa que la corriente toma un atajo, saltándose alguna de las espiras. Esto modificaría la relación de vueltas. La prueba de relación de espiras es muy sensible y puede detectar incluso un cortocircuito en una sola espira. Descubrirlo a tiempo puede evitar un fallo catastrófico del transformador más adelante. Comparamos la relación medida para cada fase y cada toma con los valores de la placa de características. Siguiendo normas internacionales como la CEI, el valor medido debe estar muy cerca del valor esperado, normalmente dentro de 0,5%. Se trata de una prueba de integridad vital para el transformador.
Un transformador de potencia tiene mucha tensión en su interior. Tenemos que asegurarnos de que esa tensión permanezca donde debe estar. De eso se encarga el sistema de aislamiento del transformador. El aislamiento suele consistir en un papel especial y aceite que rodea el bobinado. Evita que la alta tensión salte a otro devanado o al tanque metálico conectado a tierra del transformador. Si el aislamiento falla, se produce un cortocircuito, y eso es un día muy malo.
La prueba de resistencia del aislamiento comprueba la calidad de este aislamiento. Un buen aislamiento tiene una resistencia eléctrica muy alta. Un mal aislamiento, quizás debido a la humedad o al envejecimiento, tendrá una resistencia menor. Esta prueba nos ayuda a comprobar la calidad del aislamiento. Medimos la resistencia del aislamiento entre los distintos devanados y entre cada devanado y la masa. Esta prueba nos da una idea de la salud de todo el sistema de aislamiento del transformador. Es una de las pruebas de seguridad y fiabilidad más importantes que realizamos en un transformador.
Para realizar una prueba de resistencia del aislamiento, un ingeniero utiliza una herramienta llamada Megger. Esta herramienta aplica una tensión continua específica, como 1000 o 5000 voltios, al aislamiento durante un tiempo determinado, a menudo durante 1 minuto. La tensión es lo suficientemente alta como para comprobar el aislamiento, pero no lo suficiente como para dañar un transformador en buen estado. Mientras se aplica la tensión, el instrumento medirá la pequeña cantidad de corriente que fluye. Este flujo de corriente se denomina corriente de fuga.
A partir de esta corriente medida, la herramienta calcula la resistencia del aislamiento. Un valor de resistencia alto (en millones o miles de millones de ohmios) es bueno. Significa que el aislamiento está limpio, seco y cumple su función. Una lectura baja de la resistencia del aislamiento es una señal de advertencia. Suele significar que ha penetrado humedad en el aceite y el papel del transformador, lo que supone un grave problema que puede provocar averías. Registramos este valor y hacemos un seguimiento a lo largo del tiempo. Si vemos que la resistencia disminuye en cada prueba de mantenimiento, sabemos que el aislamiento del transformador está envejeciendo y puede necesitar atención. Esta prueba ayuda a prevenir un fallo en el transformador de potencia.
Hablemos ahora de eficiencia y pérdidas. Cada transformador tiene algunas pérdidas. No podemos sacar 100% de la energía que metemos. Parte de la energía se pierde en forma de calor. Estas pérdidas se dividen en dos tipos: pérdidas en vacío y pérdidas en carga. La prueba de cortocircuito es la forma de medir las pérdidas en carga de un transformador. Son las pérdidas que se producen en el devanado cuando el transformador soporta una carga.
Durante esta prueba, cortocircuitamos los terminales del devanado secundario con una conexión gruesa de baja resistencia. A continuación, aplicamos una tensión alterna baja al devanado primario. Aumentamos lentamente esta tensión de alimentación hasta que la corriente nominal fluya por los devanados. Como el secundario está en cortocircuito, sólo necesitamos una pequeña tensión para ello. A continuación, medimos la potencia que entra en el transformador. Esta potencia es igual a las pérdidas de carga, que también se denominan pérdidas de cobre porque se producen en el bobinado de cobre. Esta prueba también nos ayuda a encontrar la impedancia de cortocircuito, un parámetro clave para la protección del sistema. Esta impedancia está relacionada con la resistencia mecánica del bobinado.
Comprender las pérdidas es clave para entender la eficiencia del transformador. Como acabamos de ver, las pérdidas de carga son las que medimos con la prueba de cortocircuito. Están causadas por la resistencia del devanado. A medida que fluye más corriente eléctrica por el transformador, estas pérdidas aumentan. Estas pérdidas calientan el bobinado del transformador. También tenemos que hacer una prueba de aumento de temperatura para asegurarnos de que el transformador puede soportar este calor.
El otro tipo de pérdida es la pérdida en vacío, también conocida como pérdidas en el núcleo. Estas pérdidas se producen en el núcleo del transformador, que es la parte magnética del transformador. Esta pérdida está causada por el flujo magnético cambiante en el núcleo. Está presente todo el tiempo, incluso cuando el transformador no tiene carga. Para medirla, se realiza una prueba en vacío (o prueba en circuito abierto). Aplicamos la tensión nominal a la frecuencia nominal a un devanado, mientras que el otro devanado se deja abierto. La potencia que medimos es la pérdida en vacío. Un buen transformador de potencia está diseñado para tener unas pérdidas en vacío y en carga muy bajas para mejorar el rendimiento.
Sí, hay muchas otras pruebas para un transformador de potencia. Las cuatro que hemos mencionado son las pruebas "rutinarias" más comunes que realizamos sobre el terreno. Pero en la fábrica, un transformador nuevo se somete a aún más pruebas. Una prueba de impulso de rayo es una prueba "tipo" que se realiza en un nuevo diseño de transformador. Es una prueba muy especializada. Comprueba el aislamiento del transformador golpeándolo con un impulso de muy alta tensión que tiene la forma de un rayo. Esta prueba demuestra que el transformador puede sobrevivir a una sobretensión en las líneas eléctricas.
Otra prueba es la de resistencia a la sobretensión inducida. En esta prueba, inducimos una tensión alterna superior a la normal en el bobinado a una frecuencia más alta. La frecuencia más alta se utiliza para evitar que el flujo magnético en el núcleo aumente demasiado. Esta prueba pone a prueba el aislamiento entre espiras y entre diferentes partes del bobinado para garantizar que puede soportar condiciones de sobretensión temporal sin que se produzca un fallo. También hay pruebas para comprobar el desplazamiento de fase en los transformadores trifásicos y pruebas para comprobar el funcionamiento mecánico del cambiador de tomas en carga. Todas estas pruebas juntas garantizan que un transformador de potencia esté listo para una vida larga y fiable. Este tipo de pruebas exhaustivas de los transformadores es estándar.
Estas son las cosas más importantes que hay que tener en cuenta a la hora de probar un transformador de potencia:
Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
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