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Pruebas de proporción de vuelta del transformador
Artículo Gentileza Jeff Jowett, de Megger (marca representada en Chile por Comulsa). Mayor información en www.comulsa.cl

Sin ofrecer “partes móviles”, un transformador puede funcionar durante años. Pero no hay dispositivo perfecto, por lo que estos equipos pueden descomponerse. Estos fallos pueden producir incendios que causan enormes daños de hasta millones de dólares. Un importante método de diagnóstico para detectar la ruptura inminente de un transformador es la prueba de proporción de vuelta.

Existe una relación directa entre el número de vueltas y la relación de tensión del primario al secundario, y se expresa de la siguiente manera:



donde
Vp = voltaje primario,
Vs = voltaje secundario,
Np = número de vueltas del primario, y
Ns = número de vueltas del secundario.

Otras denominaciones estándares requieren indicar el devanado de Alta Tensión (AT) con “H” y las terminaciones, en consecuencia, como H1 y H2. En tanto, el de Baja Tensión (BT) se denomina comúnmente “X”, con las terminaciones X1 y X2. El voltaje de la fuente puede estar conectado a cualquier conjunto de terminales, dependiendo de si el transformador “aumenta” o “decrece”.

A modo de ejemplo, consideremos un transformador con 480 vueltas en el lado de AT y 240 en el de BT. Si conectamos una fuente de 480V a “H”, la salida sería de 240V, y el transformador “decrecería”. Si la entrada estuviera a 100A, la salida sería 200. El devanado de AT sería, en este caso, el “primario”. Ahora bien, si conectamos la misma fuente al lado de “X”, el transformador ahora emitiría 960V, pero solo 50A por 200A de la fuente, siendo ahora el devanado de BT el principal. En el primer caso, la relación de vueltas se expresaría como 02:01, mientras que en el segundo sería de 01:02.


Proporción de vuelta

Esta relación fundamental es la base de la prueba de proporción de vuelta, uno de los métodos más eficaces de prueba, evaluación y mantenimiento de transformadores en condiciones de trabajo. En servicio (y por diversas causas), el aislamiento alrededor de las bobinas puede dañarse, lo que puede provocar cortocircuitos entre vueltas, reduciendo el número de vueltas y alterando la relación de las mismas, desviándola del valor en su placa de identificación.

Con esta prueba, el cambio en la relación de vueltas es medido y utilizado como una herramienta de mantenimiento eléctrico, siendo el grado de desviación de la relación de la placa de identificación una indicación directa de deterioro del bobinado. Si bien un transformador puede tolerar una desviación limitada, no puede dejar de ir al fracaso final. En consecuencia, la norma ANSI C57.12 especifica que la relación de vueltas no debe ser mayor a 0.5 %.

La medición directa de la tensión de salida puede parecer una solución fácil, pero no funciona en la práctica. La medición de la tensión en vivo es difícil y potencialmente peligrosa y no se puede realizar con la precisión y sensibilidad necesarias para hacer un cálculo exacto de la relación de vueltas. Además, dicho error de relación crudamente determinado podría ser producido por perturbaciones en la tensión de la fuente, en lugar de deterioro.

Un probador de relación de vueltas es esencialmente un transformador de referencia modificado para equilibrarse contra una carga (el transformador bajo prueba), y medir los voltajes balanceados con alta precisión y calcular el cociente resultante. La relación de voltaje “sin carga” (equilibrada) es para fines prácticos de la relación de vueltas. Con el fin de ajustarse a la norma antes mencionada, el probador debe ser capaz de medir el voltaje a 0.1% de precisión, que es difícilmente alcanzable con un voltímetro común. La prueba de relación de vueltas se lleva a cabo en los transformadores desenergizados, con el probador proporcionando la corriente de la prueba. El transformador de referencia y el transformador de prueba están conectados en paralelo y equilibrados de modo que es cero la corriente que circula, sin sobrecarga en cualquiera de los transformadores.


Algunos consejos

Una fuente importante de error de medida es la caída de la impedancia primaria de la corriente de magnetización. Esto puede ser minimizado por excitación a una fracción de la tensión nominal. El probador debe ser capaz de medir (no cargar) la relación de tensión con poca tensión de excitación. Los probadores habitualmente funcionan a alrededor de 8 V y pueden tener distintas tensiones de prueba hasta una fracción de un voltio. Un probador sofisticado limitará la corriente a un nivel apropiado (un ejemplo es 100 mA) de excitación, entonces se deberá programar el rango automático para reducir tensiones de prueba para evitar que se exceda el límite.

La medición precisa, además, está implementada mediante diversas técnicas de diseño, incluyendo la aplicación de tensión de excitación para el lado de baja y por un transformador de referencia con un núcleo de aleación de alta permeabilidad y un devanado de excitación de baja resistencia.

Asimismo, los modelos más antiguos emplean funcionamiento magnético a través de una lámina vibrante. A medida que vibra, la lámina contacta los polos de un doble polo, el interruptor de doble banda, rectificando la señal de CC. El operador equilibra una serie de devanados del transformador de referencia hasta que no fluye corriente. En este punto, no hay desviación del detector nulo, y la relación de vueltas es leída por los ajustes de las marcaciones.

Las láminas tienen problemas de sensibilidad en ambos extremos de la escala, circunscribiendo así su uso. Si la operación fue decreciente mediante la aplicación de excitación al devanado de AT, la tensión resultante podría ser demasiado baja para medir con precisión. Un amplificador sería necesario con el fin de cubrir un intervalo práctico. La configuración inversa, excitando el devanado de BT, permite que el probador sea más pequeño, ligero y fácil de usar en terreno.

Diseños más nuevos sustituyen un rectificador síncrono para la lámina de vibración. Relaciones de vuelta de 0.001 a 130 son típicas, pero los índices más altos de transformadores grandes no pueden ser probados con esta técnica básica. Otras, que emplean voltaje de línea y baterías de condensadores han sido utilizadas, pero resultaron potencialmente peligrosas y destructivas. Los transformadores de AT podrían estar “en cascada” a través de una serie de etapas de reducción gradual, pero estos cálculos son tediosos y requieren hacerse a mano, además de sufrir pérdida de precisión. La alta sensibilidad de la tecnología del microprocesador permite medir directamente los transformadores de todas las relaciones, con rangos de valores de hasta 45.000. Rangos de gama baja a 0.001 facilitan mediciones en conformidad con el requisito de precisión ANSI.

Con este grado de sensibilidad, bajas tensiones de prueba se pueden aplicar al devanado de AT, con las tensiones de salida proporcionalmente más bajas y de precisiones medibles. Esta inversión de la configuración elimina el problema de tensiones peligrosas generadas por la configuración de aumento anterior.

Septiembre 2013
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