Sumario:
- Medidas de Resistencia de Bobinado de Transformadores
- Medida de Resistencia de Bobinado
- Medida de Resistencia de Bobinado Historial
Medidas de Resistencia de Bobinados de Transformadores
Objetivo de las Mediciones
La medición de resistencia de bobinado de transformadores tiene importancia fundamental, a fines de:
- Cálculos del componente I²R en pérdidas del conductor.
- Cálculo de temperatura de Bobinado al finalizar un ciclo de prueba de temperatura.
- Como base para asesorar posible daño en el campo.
Los transformadores están sujetos a vibraciones. Problemas ó fallos ocurren debido a mal diseño, ensamblaje, tratamiento, entorno inseguro, sobrecarga ó mal mantenimiento. La medición de la resistencia de los Bobinados asegura que las conexiones sean correctas y la medición de la resistencia indica que no hay desajuste grave. Muchos transformadores tienen toma de regulación incorporada. Estas tomas facilitan el incremento ó la reducción de la relación en fracciones de porcentaje. Todos los cambios de relación suponen un movimiento mecánico de un contacto de una posición a otra. Estos cambios de toma también se comprobarán durante las Medidas de Resistencia de Bobinado.
A pesar de la configuración en estrella ó triángulo, las mediciones se hacen fase a fase y las comparaciones se hacen para determinar si las lecturas son comparables. Tenga en cuenta que el objetivo de la prueba es de evaluar diferencias brutas entre los Bobinados y aperturas en las conexiones. Las pruebas no se hacen para duplicar la lectura del dispositivo fabricado, el cual se comprobó en la fábrica bajo condiciones controladas y posiblemente a otras temperaturas.
Características de un Transformador
Un transformador se considera como un dispositivo pasivo capaz de almacenar y entregar cantidades finitas de energía. Prácticamente todos los transformadores utilizan material magnético para dar forma a los campos magnéticos que actúan como medio para transferir energía. La relación entre la cuantía de los campos magnéticos y los circuitos eléctricos con los cuales interactúan juega un papel importante en la descripción de la operación del dispositivo. El material magnético determina el tamaño del equipamiento, su capacidad, e introduce límites debido a la saturación y pérdida de rendimiento.
Fundamentalmente, un transformador consta de uno ó más Bobinados vinculados por un campo magnético mútuo. Estos Bobinados son simplemente bobinas de alambre, inductores. Las características del transformador ahora se pueden analizar usando algunas fórmulas sencillas.
El voltaje que atraviesa un inductor es proporcional al índice de cambio de tiempo de la corriente que lo atraviesa.
v= L di/dt
También se debe tener en cuenta que un cambio brusco en la corriente del inductor requiere un cambio brusco en la energía almacenada en el inductor, y este cambio repentino de energía requiere potencia infinita en ese instante; La potencia infinita no forma parte del mundo real. Hay que evitar que la corriente del inductor salte instantáneamente de un valor a otro. Si se intenta abrir el circuito de un inductor físico por medio del cual fluye una corriente finita, aparecerá un arco en el interruptor. Esto es útil en el sistema de encendido de un automóvil, pero apenas un acontecimiento de presenciar durante las pruebas de Bobinado en el transformador.
La energía almacenada en un inductor con corriente circulante se puede representar con la formula:
w(t) = ½ I²L
Donde, w(t) = Energía como función del tiempo
I = Corriente en amperios
L = Inductancia en Henries
Con antelación del flujo de corriente deseado (a efectos de pruebas), este requerimiento energético se tiene que satisfacer e implica que algún requerimiento de tiempo también será necesario antes de que la medición se pueda efectuar. Este requerimiento de tiempo se aplica únicamente al tiempo de carga. Tiempo adicional se tiene que permitir para estabilizar la corriente antes de tomar la medición.
El tiempo final requerido para tomar una lectura es limitado por un lapso inherente de tiempo entre la aplicación de una corriente continua y el tiempo que tarde para que la magnetización del nucleo se estabilice. Dependiendo del tamaño y la construcción del transformador, la duración de las pruebas puede ser muy corta para transformadores pequeños ó muy largo para transformadores más grandes y sumamente inductivos.
Equipamiento de Pruebas
Con anterioridad al equipamiento moderno, digital y electrónico, se usaba el Puente doble de Kelvin. Baterías, interruptores, galvanómetros, amperímetros y ajustes del hilo se utilizaban para obtener mediciones de resistencia. Los reguladores de corriente se construían e introducían entre la batería y el Puente. El voltaje de entrada al regulador de 12 voltios cc procedente de una batería de almacenamiento de automóvil proporcionaba corriente de salida variable en pasos que se ajustaban al índice de corriente máximo del Puente dentro de los rangos más utilizados en transformadores.
El regulador de corriente incrementó la velocidad y la exactitud de las lecturas del Puente. La disponibilidad de aproximadamente 11 voltios se utilizó para acelerar la acumulación inicial de corriente y disminuyó hasta unos 5 voltios justo antes de que la corriente seleccionada se alcanzase y la regulación se iniciase. Al empezar la regulación, la corriente estaba básicamente constante a pesar de la inducción de los Bobinados y la fluctuación del voltaje de batería ó resistencia de cable.
La duración de las pruebas ha sido enormemente reducida al utilizar equipamiento de pruebas a base de microprocesadores modernos Las lecturas directas se pueden obtener de contadores digitales con indicaciones automáticas que alertan cuando una medición efectiva está disponible. En algunos probadores, hay dos contadores permitiendo dos mediciones simultáneas de resistencia.
PRECAUCIÓN
Debido a la cantidad enorme de energía que puede ser almacenada en un campo magnético, se deben de tomar precauciones antes de desconectar los cables de prueba del transformador bajo prueba. Jamás desconecte los cables durante el proceso de prueba y siempre deje suficiente tiempo para la descarga completa del transformador antes de empezar las pruebas. Los transformadores grandes pueden requerir varios minutos para la descarga.
La mayoría de los nuevos Medidores de resistencia de Bobinados hoy en día tienen indicadores que le indican cuando se pueden quitar los cables con seguridad.
Principios de Operación
La idea básica es inyectarle una corriente CC al Bobinado a medir, y después leer la caída de voltaje a lo largo de ese Bobinado.
Los Instrumentos de Verificación Eléctrica se aplican a la corriente cc atravesando el Bobinado y un derivador interno de corriente estándar. Tras la medición de las caídas de voltaje CC se tasan y el visualizador se lee como resistencia en el contador del panel delantero. Este método permite que se omita la resistencia de cable ya que la lectura es independiente de la corriente. Adicionalmente, no se necesitan factores de multiplicación al cambiar los rangos de corriente.
La fuente de corriente CC tiene que ser extremadamente estable. Refiriéndose a la formula de voltaje CC de un transformador abajo indicado:
v = I * R + (L di/dt)
Donde, vdc = Voltaje de un Bobinado de transformador
I = corriente CC por Bobinado de transformador
R = resistencia del Bobinado de transformador
L = inducción del Bobinado de transformador
di/dt = valor cambiante del corriente (corriente de rizado)
Suponemos que el probador tiene una fuente muy estable (es decir, sin rizado), entonces di/dt es cero y el término L di/dt se convierte en cero.
Conmutadores de Toma
Los conmutadores de toma se dividen en dos tipos: En Carga y En Descarga. El conmutador de toma en carga permite sección de cambio de relación mientras que el transformador esté en operación. Esto quiere decir que la relación de un transformador puede cambiarse mientras la corriente pasa a través de él. El ejemplo más común de este tipo de conmutador de toma en carga es el Regulador de Tensión.
Conmutador de Toma en Carga
El medidor de resistencia modelo QRM-10P es idóneo para comprobar conmutadores de toma en carga ya que el instrumento se puede dejar encendido mientras se cambia de un conmutador a otro. Esto le permite al operador tomar mediciones muy rápidamente sin descarga, y después cargar el transformador de nuevo para cada toma. El probador de resistencia de Bobinado se reequilibra tras cada cambio de toma. Si la toma es defectiva (abierta) ó si hubiera incluso una fracción de tiempo con el circuito abierto, el probador de resistencia de Bobinado automáticamente empezará su ciclo de descarga. Esto le da al operador una indicación evidente por medio de una luz de pantalla de un posible fallo dentro del conmutador de toma. Con esta condición de apertura, el equipamiento de prueba no le hará ningún daño al transformador.
Conmutador de Toma en Descarga
Este estilo de conmutador de toma requiere que el conmutador de toma sea descargado entre los cambios de toma. Para cambiar la toma, el transformador tiene que ser puesto fuera de servicio ó por lo menos desconectado de la carga. Este tipo de conmutador de toma generalmente puede ir menos rápido que el tipo anterior, debido a cambios involuntarios de la toma mientras está en servicio. El probador de resistencia seguirá funcionando sobre este conmutador pero se debe descargar entre los cambios de toma.
Seguridad
Aunque algunos aspectos de la inspección se pueden llevar a cabo sin deselectrizar el transformador, la medición de la resistencia de Bobinado no es uno de ellos. Para asegurar la máxima seguridad del trabajador, los cables de alta tensión y baja tensión deben de estar desconectados del transformador. Preferiblemente, debe de haber una pausa visible entre los terminales del transformador y las líneas de alta y baja tensión.
Conclusión
Los transformadores son dispositivos muy fiables y durarán muchos años si se les realiza mantenimiento con regularidad. Los fallos en los transformadores, cuando ocurren, generalmente son de carácter grave, y podrían necesitar reparaciones costosas y un largo tiempo sin funcionar. El mejor seguro contra un fallo de transformador es asegurar que están bien instalados y bien mantenidos. Asegurarse de que la Medida de Resistencia del Bobinado está incluida al probar un transformador. Los modernos instrumentos autosuficientes hacen fáciles y exactas las pruebas. Mantener un buen registro de los valores encontrados de resistencia y compararlos con lecturas anteriores para ver si hubiese divergencias.
Medida de Resistencia de Bobinados
ANSI/IEEE - C57.12.90 - 1987
Las mediciones de resistencia son fundamentales para los siguientes objetivos:
- CÁLCULOS DEL COMPONENTE I²R DE PÉRDIDAS DE CONDUCTOR
- CÁLCULO DE LA TEMPERATURA DE BOBINADO AL FINAL DE UNA PRUEBA DE TEMPERATURA.
- COMO BASE PARA ASESORAR POSIBLE DAÑO EN EL CAMPO.
- 4.1. Determinación de Temperatura Fría La temperatura fría del Bobinado será determinada con la mayor exactitud posible al medir la resistencia fría. Se observarán las siguientes precauciones:
- 4.1.1 General Las mediciones de resistencia fría no se efectuarán sobre un transformador cuando esté ubicado en corrientes de aire ó ubicado en una habitación donde la temperatura fluctúa con rapidez.
- 4.1.2 Bobinados de Transformador Inmerso en Líquido Aislante La temperatura de los Bobinados se supondrá ser igual que la temperatura del líquido aislante, siempre y cuando:
- (1) Los Bobinados han sido sumergidos en el líquido aislante sin ninguna excitación y sin ninguna corriente en los Bobinados de 3h a 8h (dependiendo del tamaño del transformador) con anterioridad a la medición de la resistencia fría.
- (2) La temperatura del líquido aislante se ha estabilizado, y la diferencia entre la temperatura superior y la inferior no es superior a 5ºC.
- 4.1.3 Bobinados de Transformador Sin Líquido Aislante La temperatura de los Bobinados se registrará como el promedio de varios termómetros ó termopares insertos entre las espiras, con cuidado de asegurar que sus puntos de medición están lo más cercanos posible al contacto con los conductores de Bobinado. No se debe asumir que los Bobinados están a la misma temperatura que el aire circundante.
- 4.2 Conversión de Mediciones de Resistencia Las mediciones de resistencia fría de Bobinados normalmente se convierten a la temperatura estándar de referencia igual a la subida de la temperatura clasificada promedia de Bobinados más 20ºC. Adicionalmente, quizás sea necesario convertir las mediciones de resistencia a la temperatura por la que se hicieron las mediciones de pérdida de impedancia. Las conversiones se logran con la siguiente fórmula:
Donde, Rs = Resistencia a tiempo deseado Ts
Rm = Resistencia medida
Ts = Temperatura deseada de referencia
Tm = Temperatura al cual se ha medido la resistencia
Tk = 234.5 (cobre)
= 225 (aluminio)
Medida de Resistencia de Bobinado - Historial
Historial - Fuente - IEEE - C57.125 - 1991
C7 JUNTAS RECALENTADAS
Este historial supone un 17.9/22.4 MVA - 34.5 - 13.8 kV AUTO-TRANSFORMADOR con Bobinados de aluminio total.
C7.1 INADECUADO PARA SERVICIO - Mediciones anormales de resistencia C.C. se obtuvieron entre terminales de alta tensión durante pruebas rutinarias de mantenimiento. Los resultados de las demás pruebas fueron todos normales.
Esta utilidad comprueba la resistencia C.C. de todos los transformadores con conmutadores de toma como prueba rutinaria de mantenimiento para determinar si existen pruebas de contacto.
C7.2 COLECCIÓN DE DATOS Se registraron las siguientes mediciones:
 | Terminales | Resistencia C.C. |
|---|---|---|
| H1 H2 | 0.142 | |
| H2 H3 | 0.153 | |
| H3 H1 | 0.153 | |
| H1 - H0X0 | 0.072 | |
| H2 - H0X0 | 0.072 | |
| H3 - H0X0 | 0.084 |