t032

PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION

PEDRO ALONSO ALARCON CABRA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOS DE CALDAS

FACULTAD TECNOLGICA

TECNOLOGA EN ELECTRICIDAD

BOGOT D.C

2003

PRUEBAS ELECTRICAS DE RUTINA A TRANSFORMADORES DE

DISTRIBUCION

PEDRO ALONSO ALARCON CABRA

Pasanta para optar al ttulo de Tecnlogo en Electricidad.

Director MANUEL MORENO

Ingeniero Electricista

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOS DE CALDAS

FACULTAD TECNOLGICA

TECNOLOGA EN ELECTRICIDAD

BOGOT D.C

2003

Nota de aceptacin

Director

Jurado

Jurado

Bogot, D.C., Agosto de 2003

INDICE

INTRODUCCIN 8

RESUMEN 9

1. GENERALIDADES 11

1.1. MARCO TEORICO 11 1.1.1. ENSAYOS TIPO 11 1.1.2. ENSAYOS ESPECIALES 11 1.1.3. PRUEBAS DE RUTINA 12 1.1.3.1. Medicin de la resistencia de los devanados. 13 1.1.3.2. Medicin de la relacin de transformacin, 15 1.1.3.2.1. Medicin de la relacin de transformacin 15 1.1.3.2.2. Verificacin de la polaridad 16 1.1.3.2.3. Verificacin de relacin de fase 16 1.1.3.3. Medicin de las tensiones de cortocircuito. 16 1.1.3.4. Medicin de las prdidas con carga. 17 1.1.3.5. Medicin de las prdidas sin carga. 18 1.1.3.6. Ensayo de tensin aplicada 18 1.1.3.7. Ensayo de tensin inducida 19 1.1.3.8. Medicin de rigidez dielctrica del aceite. 19 1.1.3.9. Medicin de la resistencia de aislamiento. 19 1.2. PROTOCOLOS 20 1.2.1. PROTOCOLO PARA ENSAYOS 20 1.2.2. PROTOCOLO DE NO CONFORMIDAD 22

2.INSTRUMENTACION 24

2.1. MEGGER 24 2.2. TTR 25 2.2.1. PRINCIPIO DE OPERACIN DEL TTR 25 2.3. CHISPOMETRO 27 2.4. BANCO DE PRUEBAS 28

3. METODOLOGIA Y RESULTADOS 33

3.1. METODOLOGIA 33 3.2. RESULTADOS 39 3.3 NORMAS APLICABLES A CADA PRUEBA DE RUTINA 41

4. MANUAL DE PROCEDIMIENTOS 43


Pedro Alarcn / UNIVERSIDAD DISTRITAL Prctica Empresarial DISICO S.A.

2

4.1. MEDICION DE LA RESISTENCIA DE LOS DEVANADOS 43 4.1.1. MTODO DE LA CAIDA DE TENSION 44 4.1.2. MTODO DEL PUENTE DE WHEATSTONE. 45 4.2. MEDICION DE RELACION DE TRANSFORMACION, VERIFICACION DE POLARIDAD 46 4.2.1. MEDICIN DE LA RELACIN DE TRANSFORMACIN 46 4.2.1.1. Mtodo del voltmetro 46 4.2.1.2. Mtodo del divisor patrn. 47 4.2.1.3. Mtodo del trasformador patrn 48 4.2.2. VERIFICACIN DE LA POLARIDAD 49 4.2.2.1. Mtodo de trasformador patrn. 49 4.2.2.2. Mtodo de la descarga inductiva. 50 4.2.2.3. Mtodo diferencial de corriente alterna. 51 4.3. MEDICIN DE LAS TENSIONES DE CORTOCIRCUITO 52 4.3.1 TRANSFORMADORES MONOFSICOS. 52 4.3.2. ENSAYO DE CORTOCIRCUITO DE UN TRANSFORMADOR TRIFSICO CON TENSIN TRIFSICA. 54 4.3.3. ENSAYO DE CORTOCIRCUITO DE UN TRANSFORMADOR TRIFSICO CON TENSIN MONOFASICA. 55 4.3.4. ENSAYO DE TENSIN CORTOCIRCUITO DE UN TRANSFORMADOR DE TRES DEVANADOS. 57 4.4. MEDICION DE LAS PRDIDAS SIN CARGA 57 4.4.1. DETERMINACIN DE LAS PRDIDAS SIN CARGA POR EL MTODO DE VOLTMETRO DE VALOR PROMEDIO ABSOLUTO, PARA TRASFORMADORES MONOFASICOS. 57 4.4.2. DETERMINACIN DE LAS PRDIDAS SIN CARGA EN TRANSFORMADORES TRIFSICOS 61 4.5. ENSAYO DE TENSIN APLICADA 64 4.6. ENSAYO DE POTENCIAL INDUCIDO 68 4.7. PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO 73 4.8. PRUEBA DE LA RIGIDEZ DIELECTRICA DE ACEITE 74

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 76

GLOSARIO 78

BIBLIOGRAFIA 82

ANEXO 1- PROTOCOLO DE ENSAYOS 83

ANEXO 2 PROTOCOLO DE NO CONFORMIDAD 84

ANEXO 3 85

ANEXO 4 86

ANEXO 5 87



3

ANEXO 6 88

ANEXO 7 89

ANEXO 8 90

ANEXO 9 91

ANEXO 10 92

ANEXO 11 93



4

INDICE DE FIGURAS

FIGURA 1.1. DIAGRAMA SIMPLIFICADO DEL PUENTE WHEATSTONE ..................................................... 14

FIGURA 1.2.CONEXIN PARA LA MEDICIN DE RESISTENCIA OHMICA DEL DEVANADO POR EL MTODO

DE CADA DE TENSIN...................................................................................................................... 15

FIGURA 1.3.ENSAYO EN CORTOCIRCUITO DE UN TRANSFORMADOR (SECUNDARIO CORTOCIRCUITAD 17

FIGURA2.1. FOTOGRAFA DE MEGGER. ................................................................................................ 24

FIGURA 2.2. DIAGRAMA DE LA CONEXIN DEL TTR CON EL TRANSFORMADOR DE PRUEBA ................ 26

FIGURA2.3. FOTOGRAFA DE UN TTR...................................................................................................... 26

FIGURA2.4. DIAGRAMA DE LOS PRINCIPALES COMPONENTES DE UN CHISPOMETRO............................. 27

FIGURA2.5. FOTOGRAFA DE UN CHISPOMETRO ..................................................................................... 28

FIGURA2.6. DIAGRAMA UNIFILAR DEL BANCO DE PRUEBAS.................................................................... 29

FIGURA2.7. FOTOGRAFA DEL BANCO DE PRUEBAS (SE PUEDE OBSERVAN LOS VATIMETROS,

VOLTMETROS, AMPERMETROS ENTRE OTROS INSTRUMENTOS DE MEDIADAS). ......................... 30

FIGURA 3.1. DIAGRAMA UNIFILAR DEL BANCO DE PRUEBAS PARA EL ENSAYO DE TENSIN INDUCIDA 35

FIGURA 3.2. DIAGRAMA UNIFILAR DEL BANCO DE PRUEBAS PARA EL ENSAYO DE TENSIN APLICADA 36

FIGURA 3.3. DIAGRAMA UNIFILAR DEL BANCO DE PRUEBAS PARA LA MEDICIN DE PERDIDAS SIN

CARGA. ............................................................................................................................................. 37

FIGURA 3.4. DIAGRAMA UNIFILAR DEL BANCO DE PRUEBAS PARA EL ENSAYO DE CORTOCIRCUITO. ... 38

FIGURA 4.1. CONEXIN PARA LA MEDICIN DE RESISTENCIA OHMICA DEL DEVANADO POR EL MTODO

DE LA CADA DE POTENCIAL............................................................................................................ 44

FIGURA4.2. DIAGRAMA SIMPLIFICADO DEL PUENTE WHEATSTONE ....................................................... 46

FIGURA4.3. ESQUEMA DEL CIRCUITO UTILIZADO EN EL MTODO DEL DIVISOR PATRN. ..................... 47

FIGURA 4.4. DIAGRAMA DEL CIRCUITO UTILIZADO EN EL MTODO DEL TRANSFORMADOR PATRN... 48

FIGURA 4.5. CONEXIN PARA LA PRUEBA DE RELACIN DE TRANSFORMACIN Y POLARIDAD. DELTA-

ESTRELLA ........................................................................................................................................ 49



5

FIGURA4.6. ESQUEMA DEL CIRCUITO UTILIZADO EN LA DETERMINACIN DE LA POLARIDAD CON EL

MTODO DE LA DESCARGA INDUCTIVA. .......................................................................................... 51

FIGURA4.7. ESQUEMA DEL CIRCUITO UTILIZADO EN LA DETERMINACIN DE POLARIDAD CON EL

MTODO DIFERENCIAL DE CORRIENTE ALTERNA........................................................................... 52

FIGURA4.8 .DIAGRAMA PARA LA CONEXIN PARA EL ENSAYO DE CORTOCIRCUITO PARA

TRANSFORMADORES MONOFASICOS DE DOS DEVANADOS.............................................................. 53

FIGURA4.9.DIAGRAMA DE CONEXIN PARA EL ENSAYO DE CORTOCIRCUITO EN TRANSFORMADORES

TRIFSICOS CON TENSIN TRIFSICA. ............................................................................................ 54

FIGURA 4.10. ESQUEMA DE LA INSTALACIN CUANDO NO SE REQUIERE TRANSFORMADOR DE MEDIDA

.......................................................................................................................................................... 58

FIGURA 4.11. ESQUEMA DE LA CONEXIN CUANDO SE REQUIERE TRANSFORMADOR DE MEDIDA ........ 59

FIGURA 4 12. ESQUEMA DE LA CONEXIN PARA DETERMINAR LAS PRDIDAS CON TRES VATIMETROS 63

FIGURA 4.13. ESQUEMA DE LA CONEXIN PARA DETERMINAR LAS PRDIDAS CON DOS VATIMETROS . 63

FIGURA 4. 14. .ESQUEMA DE LA CONEXIN PARA DETERMINAR LAS PERDIDAS, CON NEUTRO

ARTIFICIAL....................................................................................................................................... 64

FIGURA4.15. CONEXIONES NECESARIAS PARA REALIZAR LA PRUEBA DE POTENCIAL APLICADO ......... 67

FIGURA4.16. DIAGRAMA UNIFILAR DEL CIRCUITO UTILIZADO PARA REALIZAR LA PRUEBA DE

POTENCIAL APLICADO ..................................................................................................................... 67

FIGURA 4.17. CIRCUITOS DE PRUEBA A TRANSFORMADORES MONOFASICOS Y TRIFSICOS CON

AISLAMIENTOS UNIFORMES............................................................................................................. 70

FIGURA 4.18. CIRCUITO MONOFASICO DE PRUEBA PARA UN TRANSFORMADOR CONECTANDO EN DELTA

EN ALTA TENSIN............................................................................................................................. 71

FIGURA 4.19. CIRCUITO DE PRUEBA DE POTENCIAL INDUCIDO CON ALIMENTACIN EN EL DEVANADO

DE BAJA TENSIN. ............................................................................................................................ 71

FIGURA4.20. CIRCUITO PARA PRUEBA DE POTENCIAL INDUCIDO EN UN TRANSFORMADOR TRIFSICO 73

FIGURA 4.21. DIAGRAMAS DE CONEXIN DE UN TRANSFORMADOR PARA LA PRUEBA DE RESISTENCIA

DE AISLAMIENTO ............................................................................................................................. 74



6

FIGURA 4.22. DIAGRAMA DE LOS PRINCIPALES COMPONENTES DE UN PROBADOR DE RIGIDEZ

DIELCTRICA. .................................................................................................................................. 75

FOTOGRAFAS DE TRANSFORMADORES SOMETIDOS A PRUEBA DE TENSIN APLICADA......................... 93

FOTOGRAFAS DE TRANSFORMADORES SOMETIDOS A PRUEBA DE TENSIN INDUCIDA ......................... 93

FOTOGRAFAS DE TRANSFORMADORES SOMETIDOS A ENSAYO DE CORTOCIRCUITO ............................ 94

FOTOGRAFA DE TRANSFORMADOR EN PRUEBA DE PERDIDAS SIN CARGA.............................................. 95

FOTOGRAFA DEL CAMPO DE PRUEBAS .................................................................................................... 95

INDICE DE TABLAS

TABLA 1. RELACIN DE LAS NORMAS APLICABLES A CADA TIPO DE ENSAYO DE

RUTINA....41

TABLA 2. VALORES TIPICOS PORCENTUALES DE PERDIDAS POR HISTRESIS Y

CORRIENTES PARASITAS..............................61

TABLA 3. TENSIONES ESTABLECIDAS POR LAS NORMAS IEEE PARA

TRANSFORMADORES SUMERGIDOS EN ACEITE DE ACUERDO A SU NIVEL DE

AISLAMIENTO...65

TABLA 4. TIEMPO ESTABLECIDO POR LAS NORMAS ANCI C57-72 PARA PRUEBA DE

POTENCIAL INDUCIDO...68



7



8

INTRODUCCIN

Un transformador es probado para verificarse hasta dnde es posible, de que

ha sido adecuadamente diseado y construido a fin de soportar la carga

homologa, mientras que a su mismo tiempo resista todas las situaciones

peligrosas a que debe esperarse que est expuesto en operacin durante un

periodo de veinte aos o ms.

La nica prueba verdica que puede demostrar que un transformador durar

veinte aos es hacerlo funcionar veinte aos. En realidad, las pruebas hechas

en fbrica slo son un seguro idealizado aunque basados en resultados de

prueba sobre el buen estado de los materiales aislantes y de las piezas ms

importantes, o sobre el de las que con ms probabilidad pueden presentar

defectos de diseo o de fabricacin. En general, a los transformadores se les

prctica una serie de pruebas que se inician desde las realizadas a la materia

prima, hasta las de mantenimiento.



9

RESUMEN

Para brindar un buen suministro de energa elctrica es importante contar con

un transformador eficiente.

Realizar pruebas y ensayos antes de poner en funcionamiento un equipo,

proporciona la seguridad que dicho aparato resistir las condiciones normales

de servicio.

Para los transformadores elctricos de distribucin se han designado tres tipos

de ensayo, los cuales son: ensayos tipo, ensayos especiales, y ensayos de

rutina.

Lo que se pretende con este documento es plasmar los conocimientos y

experiencias adquiridos durante el periodo de prctica, con el fin de dar a

conocer cuales son los ensayos y cuales son las normas que controlan los

procedimientos para su ejecucin.

Este documento se centra exclusivamente a la descripcin de los ensayos de

rutina. Al introducirse en este trabajo se encuentra con un primer capitulo que

hace un recorrido por los diferentes tipos de ensayo y expone la importancia

que cada uno de ellos tiene, al igual que los protocolos que involucran su

ejecucin.

En el segundo capitulo se hace una descripcin de los equipos de medida

involucrados en las diferentes pruebas y su funcionamiento.



10

El tercer capitulo describe el procedimiento que se sigui para la ejecucin de

los ensayos en la empresa, adems expone los aportes que a nivel personal

dejo la ejecucin de la practica.



11

1. GENERALIDADES

1.1. MARCO TEORICO

Las pruebas a transformadores se dividen en tres grupos:

1.1.1. ENSAYOS TIPO

El efectuado por el fabricante a un transformador representativo de una serie

de aparatos de valores iguales e igual construccin. Estas pruebas nos

verifican la calidad con que el transformador fue fabricado; as como tambin,

evaluar el estado en que se encuentra para soportar las condiciones normales

de operacin y las anormales provocadas por condiciones de falla o de sobre

tensiones de tipo atmosfrico. Estas pruebas son:

Ensayo de tensin de impulso con onda completa.

Ensayo de calentamiento.

1.1.2. ENSAYOS ESPECIALES

Estas pruebas nos determinan la vida til del transformador, ya que

dependiendo de la rapidez con que envejezca el aislamiento, en esa misma

proporcin ser el acortamiento de su vida til. Estos ensayos son diferentes a

los de rutina, y son acordados entre el fabricante y el comprador. Dichos

ensayos son:



12

Ensayo de tensin incluyendo ondas recortadas.

Medicin de la impedancia de secuencia cero.

Medicin del nivel de ruido.

Verificacin de la resistencia dinmica.

Medicin de las capacitancias.

Medicin de las descargas parciales (efecto corona).

Ensayo de los conmutadores con carga y sin ella.

Medida de ondas armnicas (Transformadores sin carga).

1.1.3. PRUEBAS DE RUTINA

Son los ensayos realizados por el fabricante a cada transformador, o sobre las

partes o materiales que lo conforman, con el fin de verificar que el producto

cumple con las especificaciones de diseo. Estas pruebas dan a conocer la

eficiencia de trabajo del transformador, as como su regulacin de tensin.

Adems, determina si ste est dentro del % de impedancia y corriente de

excitacin establecidos por las normas. Estas pruebas son:

Medicin de la resistencia de los devanados.

Medicin de la relacin de transformacin, verificacin de la polaridad

y relacin de fase.

Medicin de las tensiones de corto circuito.

Medicin de las prdidas con carga.

Medicin de las corrientes y prdidas sin carga (en vaco).

Ensayo de tensin aplicada.



13

Ensayo de sobre tensin inducida.

NOTA: Este documento se desarrollo enfocndose nicamente en los ensayos

de rutina para transformadores de distribucin.

1.1.3.1. Medicin de la resistencia de los devanados.

Objetivo de la prueba.

Esta prueba sirve, bsicamente, para comprobar que todas las conexiones

internas efectuadas en los devanados y guas fueron sujetadas firmemente, as

como tambin obtener informacin para determinar las perdidas en el cobre

(I*R) y calcular la temperatura de los devanados en la prueba de temperatura.

Existen dos mtodos usados para realizar esta prueba.

Mtodo del puente de Wheatstone o Kelvin.

Mtodo de cada de tensin.

1.1.3.1.1. El mtodo del puente de Wheatstone es el ms usado por la sencillez

de su manejo y por la gran exactitud que nos ofrece; adems de que la

corriente con la que opera es muy pequea, por lo cual no se alteran las

lecturas por efectos de calentamiento durante la medicin, la comparacin se

hace directamente con resistencias patrn, cuya exactitud puede ser muy

grande.



14

Figura 1.1. Diagrama simplificado del Puente Wheatstone.

1.1.3.1.2. El mtodo de la cada de tensin: consiste simplemente en conectar

el devanado a una fuente de corriente continua y tomar las lecturas tanto de

corriente como de tensin en el devanado, luego por medio de la ley de Ohm:

RX =IU

Siendo:

U = Tensin aplicada a los terminales del devanado, en voltios

I = Intensidad de corriente que circula por el devanado, en amperios.

Rx = Resistencia del devanado, en ohmios.

R2

R1

R

RX



15

al voltmetroInteruptor para proteger

FuenteC.D.

pruebaTransformador bajo

V

A

Figura 1.2.Conexin para la medicin de resistencia Ohmica del devanado por el mtodo de cada de tensin

1.1.3.2. Medicin de la relacin de transformacin, verificacin de la polaridad

y relacin de fase.

1.1.3.2.1. Medicin de la relacin de transformacin

Objetivo de la prueba

La prueba de la relacin de transformacin tiene como principal objetivo, la

determinacin de la relacin entre el nmero de vueltas del devanado primario

y el secundario, o sea, determina si la tensin suministrada puede ser

transformada a la tensin deseada.

Existen tres mtodos para la medicin de la relacin de transformacin:

1. Mtodo del voltmetro.

2. Mtodo del divisor patrn.

3. Mtodo del transformador patrn (TTR)

Los procedimientos para cada uno de los mtodos se har en el cuarto capitulo

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS.



16

1.1.3.2.2. Verificacin de la polaridad

El objetivo de la prueba de polaridad es determinar el desplazamiento angular

expresado en grados entre el vector que representa la tensin de lnea a neutro

de una fase de A.T. y el vector que representa la tensin de lnea a neutro en la

fase correspondiente en B.T. La polaridad reviste una gran importancia en la

conexin de los transformadores sobre todo si stos han de ser conectados en

paralelo o en bancos.

Los mtodos para esta prueba son los siguientes.

1. Mtodo de la descarga inductiva.

2. Mtodo diferencial de corriente alterna.

3. Mtodo del transformador patrn

1.1.3.2.3. Verificacin de relacin de fase

El desplazamiento entre las fases de los transformadores polifsicos, se debe

verificar con el mtodo de diagrama fasorial, siempre y cuando la relacin de

transformacin no exceda de 30:1.

Para la verificacin de la relacin de fase se utilizan los siguientes mtodos:

Mtodo del diagrama fasorial

Mtodo del indicador.

1.1.3.3. Medicin de las tensiones de cortocircuito.

Con esta prueba se determina la tensin requerida para hacer circular la

corriente nominal a travs de uno de los devanados especificados de un



17

transformador cuando el otro devanado esta en cortocircuito con los devanados

conectados como para operacin a tensin nominal.

1.1.3.4. Medicin de las prdidas con carga.

La resistencia y la reactancia equivalentes se miden sin dificultad por medio de

un ampermetro, un voltmetro y un vatmetro, como se muestra en la figura 1.3.

Se cortocircuita el secundario y se regula la tensin V1 hasta que I1 alcance su

valor a plena carga. Entonces I2 tiene tambin su valor a plena carga, puesto

que 21

12

NN

II

= . No hay potencia suministrada; en consecuencia, la potencia

absorbida se transforma toda en prdidas, las cuales se reducen casi por

completo a la prdida en el cobre, porque la prdida en el hierro varia

aproximadamente con el cuadrado de la tensin, y el valor de V1 requerido

para hacer circular la corriente a plena carga por los arrollamientos cuando el

secundario est cortocircuitado es solo alrededor de una dcima parte de la

tensin normal. En consecuencia, la perdida en el hierro es solo una centsima

parte, aproximadamente, de la normal y por lo tanto, despreciable.

Figura 1.3.Ensayo en cortocircuito de un transformador (secundario cortocircuitado).



18

1.1.3.5. Medicin de las prdidas sin carga.

Corresponde a las prdidas en vaco y son la suma de las perdidas por

histresis, ms las prdidas por corrientes inducidas en el ncleo (corrientes de

Foucault).

Las prdidas por histresis y por corriente de Foucault, consideradas en

conjunto, constituyen lo que se denomina prdidas en el hierro. Suponiendo

que la tensin de entrada V1 se mantiene constante, el flujo mx. ser

prcticamente constante, e independiente de la carga, porque mx. no puede

variar sin romper el equilibrio entre E1 y V1, permitiendo as que fluya una

corriente primaria adicional para contrarrestar la variacin de flujo. Puesto que

el flujo es prcticamente independiente de la carga, la prdida en el hierro se

supone constante para todas las cargas

1.1.3.6. Ensayo de tensin aplicada


La prueba de potencial aplicado consiste en verificar que la clase y cantidad de

material aislante sean las adecuadas, con el objeto de asegurar que el

transformador resistir los esfuerzos elctricos a los que se ver sometido

durante su operacin.



19

1.1.3.7. Ensayo de tensin inducida

Objetivo de la prueba.

Esta prueba consiste en probar si el aislamiento entre vueltas, capas y

secciones de los devanados del transformador es de la calidad requerida, as

como verificar el aislamiento entre bobinas y entre devanados y tierra.

Existen otras pruebas que a pesar que no estn registradas entre las Normas

Tcnicas hacen parte de los ensayos de rutina exigidos en los protocolos.

Estn pruebas son:

1.1.3.8. Medicin de rigidez dielctrica del aceite.


Esta prueba al aceite es una de las ms frecuentes, ya que al conocer la

tensin de ruptura que un aceite soporta es mucho mas valioso, adems esta

prueba revela cualitativamente la resistencia momentnea de la muestra del

aceite al paso de la corriente y el grado de humedad, suciedad y slidos

conductores en suspensin. Esta prueba se le realiza nicamente a

transformadores sumergidos en aceite.

1.1.3.9. Medicin de la resistencia de aislamiento.


Esta prueba sirve, bsicamente, para determinar la cantidad de humedad e

impurezas que contienen los aislamientos del transformador. La prueba se

realiza tanto a transformadores tipos secos y sumergidos en aceite.



20

La medicin de la resistencia del aislamiento se lleva a cabo con un Megger,

que aplica tensin continua entre los bobinados, bobinados con respecto a

tierra y con respecto al ncleo. A travs de las mediciones anteriores se

obtiene los valores de la resistencia del aislamiento. Los valores tpicos de

resistencia del aislamiento entre bobinados y tierra, en un transformador de

poder, es del orden de 400 Megahoms, y entre bobinados y ncleo, de 1000

Megahoms. La medicin de resistencia de aislamiento con respecto al ncleo

solo se realizar si este es accesible.

1.2. PROTOCOLOS

1.2.1. Protocolo para ensayos

El protocolo para los ensayos no es ms que un formato (ver anexo N 1) en el

cual se registran los diferentes datos necesarios para la identificacin de un

transformador sometido a pruebas, adems de los diferentes resultados

obtenidos a travs de los diversos ensayos que se realizan.

Existen diversos estilos de de protocolo, pues cada empresa dedicada a este

tipo de ensayos elabora su propio formato, pero es indispensable que dichos

formatos cumplan con las especificaciones tcnicas exigidas por las entidades

competentes, en el caso de nuestro pas dichas normas son dictadas por el

ICONTEC y se encuentran en la norma NTC 1358.

En trminos generales el formato empleado en DISICO S.A. (empresa donde

se desarrollo la prctica) consta de los siguientes apartes:



21

En la primera parte del protocolo se registra la fecha durante la cual se

realizan los ensayos, adems del tipo de prueba y el cdigo de dicho

documento.

En la segunda parte se relacionan las caractersticas tcnicas del

transformador sometido a prueba tales como marca, el nmero, nmero

de fases, conexin, peso, tipo, entre otras.

En la tercera parte se registran todos los datos obtenidos durante el

desarrollo de las diferentes pruebas, como tambin el nombre de la

persona encargada de realizar dichos ensayos y del responsable de la



22

supervisin.

1.2.2. Protocolo de no conformidad

Adems del protocolo de ensayos tambin existe otro documento (formato)

conocido con el nombre de certificado de no conformidad, en el cual se registra

las fallas o pruebas que no hayan superado las especificaciones establecidas

por las normas tcnicas (ver anexo N 2).



24

2. INSTRUMENTACION

Existen varios tipos, modelos y marcas de instrumentos utilizados para las

mediciones durante los ensayos, sin embargo para este proyecto solo se

describirn los equipos encontrados en la empresa donde se desarrollo la

pasantia.

2.1. MEGGER: Este instrumento se utiliza en la prueba de resistencia de

aislamiento. Aplica una tensin de 1000 V. a los devanados y hace una relacin

interna con la corriente arrojando as un valor de resistencia.

Figura2.1. Fotografa de MEGGER.



25

2.2. TTR: Este aparato est diseado para hacer mediciones de la relacin de

transformacin en transformadores, auto-transformadores y reguladores de

voltaje. El TTR es un instrumento prctico y preciso para analizar las

condiciones de los transformadores en los siguientes casos:

a) Medicin de la relacin de transformacin en equipos nuevos o

reparados.

b) Identificacin y determinacin de terminales, derivaciones (taps) y sus

conexiones internas.

c) Determinacin y comprobacin de polaridad, continuidad y falsos

contactos.

d) Identificacin de espiras en cortocircuito.

e) Detencin de fallas incipientes.

2.2.1. Principio de operacin del TTR

El TTR opera bajo el conocido principio, de que cuando dos transformadores

tienen nominalmente la misma relacin de transformacin, se conectan y

excitan en paralelo. Con la ms pequea diferencia en la relacin de alguno de

ellos, se produce una corriente circulante relativamente grande entre ambos.

Observando la figura 2.2., cuando el transformador patrn se conecta en

paralelo con el transformador bajo prueba, con un galvanmetro conectado en

serie con las bobinas secundarias de ambos transformadores. Al excitar las



26

bobinas primarias y que el galvanmetro no detecte deflexin (que no pase

corriente a travs de l), en ese momento podemos decir que los

transformadores tienen la misma relacin de transformacin.

Figura 2.2. Diagrama de la conexin del TTR con el transformador de prueba.

Figura2.3. Fotografa de un TTR.



27

2.3. Chispometro: Este aparato consiste en un transformador de potencial, un

regulador de tensin, un voltmetro indicador, un interruptor y la copa estndar

patrn de la prueba. Esta copa patrn, consiste en un recipiente de bakelita o

vidrio refractario, dentro de la cual se alojan dos electrodos en forma de disco

de 25.4 mm de dimetro, separados a una distancia entre s de 2.54 mm con

las caras perfectamente paralelas, figura 2.4.

Figura2.4. Diagrama de los principales componentes de un chispometro.

Motor

Aceite bajo prueba

CopaElectrodo

Regulador deTensin Transformador

Elevador

120 / 240 V



28

Figura2.5. Fotografa de un Chispometro.

2.4. Banco de Pruebas: Este es quizs el instrumento ms importante en el

desarrollo de las pruebas de rutina a transformadores. Este dispositivo esta

constituido por:

Parte interna

Un transformador seco de 100KVA de el cual se encarga de llevar una

tensin de 220 V a 1000 V

Dos vatmetros con una conexin ARON

Transformadores de potencia y corriente

Voltmetros

Ampermetros

Contactores que se cierran y abren de acuerdo con el tipo de prueba

que se va a ejecutar

Generador de 30KVA, 208V (se utiliza para la prueba de potencial

inducido)



29

Parte externa

Variac #1, se encarga de regular la tensin al transformador seco de

100KVA

Transformador elevador, este tiene como funcin elevar la tensin hasta

53.2KV

Adems posee un pedal de enclavamiento de seguridad, el cual es oprimido

por el operario para habilitar el banco y en caso de alguna falla, basta con

levantar el pie del pedal desernegizando el banco.

3x60ASquare D Proteccin

Banco de Pruebas

CE C10

C1

M G

EXC

VARIAC 1

V

C5

C2

Transformador Seco 100 kVA

220/1000 V

C9

V3

AC7

C4

VARIAC 2

A7

V8

Proteccin 3x100A

Transformador elevador

53.2 kV

C8 TC1 TC3 TC2

Am

W1

W2

Vm

C3

TP1 TP2

F

C11

V1,V2

A4,A5,A6

Motor 12.5 H.P, 220V, Cos 0.82, 3450/1725 r.p.m

Generador 30kVA, 208V, Cos 0.75, 5700/6300 r.p.m

Figura2.6. Diagrama unifilar del banco de pruebas.



30

Figura2.7. Fotografa del Banco de Pruebas (se puede observan los vatimetros, voltmetros,

ampermetros entre otros instrumentos de mediadas).



33

3. METODOLOGIA Y RESULTADOS

3.1. METODOLOGIA

Una vez que la empresa acept el desarrollo de la pasantia, y el consejo

curricular aprob la propuesta, se procedi a efectuar la prctica de la siguiente

manera:

Se recibi una capacitacin sobre el manejo de equipos, procedimientos,

mtodos, normas de seguridad, y normas tcnicas aplicables en el proceso de

los ensayos. Posteriormente se paso a la ejecucin de las pruebas de la

siguiente forma:

Cuando el transformador se encuentra listo para ser probado, ya sea porque

fue reparado o se le va a realizar un diagnostico, se procede a efectuar las

pruebas de rutinas correspondientes.

MEDICIN DE AISLAMIENTOS EN LOS DEVANADOS

Se hace un puente en los terminales de alta y baja tensin, se conectan las

dos puntas del Megger en cada uno de los devanados y posteriormente se

oprime el interruptor del Megger para energizar el circuito, se espera unos

minutos hasta que la lectura se estabilice, luego se registra este dato en el

protocolo F8202. Se efectan pruebas en diferentes conexiones tales como:

1. Alta tensin contra tierra

2. Baja tensin contra tierra.



34

3. Alta tensin contra baja tensin.

PRUEBA DE RELACIN DE TRANSFORMACION

Se conectan los terminales del TTR al transformador de la siguiente forma:

X1 y X2 a los terminales de baja tensin, luego H1 y H2 a los terminales de alta

tensin, se mueve la manivela del TTR y se encuentra la relacin de

transformacin por medio de los cuatro swites que se encuentran en la parte

posterior del instrumento, se van variando cada uno de los swites hasta que el

dial de la pantalla NULL DETECTOR se encuentre en el centro, en ese

momento se tiene la relacin de transformacin Esta prueba se realiza en cada

posicin del conmutador que se encuentra por lo general a un costado del

transformador. Si el transformador es trifsico se realizan las pruebas a cada

una de las bobinas haciendo las siguientes conexiones:

1. U y V.

2. U y W.

3. V y W.

Se registra cada uno de los datos en el protocolo F 8202.

PRUEBA DE TENSIN INDUCIDA

Se conectan las tres puntas que salen de la fuente del banco de pruebas a los

bornes X, Y, Z. Se presiona el pedal que da paso al control de los contactores,

se presiona en orden C1 y C2 (con lo cual se energiza el motor generador),



35

luego se oprime C3 y C7, enseguida se excita el generador por medio de la

perilla EG, hasta aplicar el 200% de porcentaje nominal del transformador por

un intervalo de 18 segundos. La informacin debe ser registrada en el protocolo

F8202.

C1M

EXCF

G

53.2 kV

Proteccin Banco de Pruebas

CE

VARIAC 1

C10

V

C5

V3

Transformador Seco 100

kVA220/1000 V

C2

C9

VARIAC 2

C7

Am

C8 TC1

C4

C3

TC3 TC2TP1

W2

W1

Proteccin 3x100A

A7

V8 Transformador elevador

TP2C11

Vm

A4,A5,A6A

V1,V2

PRUEBA DE TENSIN INDUCIDA

Figura 3.1. Diagrama Unifilar del banco de pruebas para el ensayo de tensin inducida. La lnea en color indica la parte activa del banco para el desarrollo de la prueba.

PRUEBA DE POTENCIAL APLICADO

Para terminal de alta tensin se hace un puente entre U, V, y W (terminales de

alta tensin), y otro puente entre X, Y, y Z (terminales de baja tensin) y se

aterriza. Se conectan los terminales de alta tensin al transformador de

potencial del banco de pruebas, se calcula el voltaje que debe ser suministrado

al transformador de Potencial. Se presiona el pedal que da paso al control de

los contactores del banco de pruebas. Se oprime C10 y se energiza el VARIAC

#1 incrementando el voltaje de 1 a 120 Voltios. Por medio de la perilla del



36

VARIAC #2, se eleva moderadamente el voltaje del transformador de potencial

hasta obtener una tensin de 34 Kv.

Para el terminal de baja tensin se invierten las conexiones, los terminales de

alta tensin se aterrizan y los terminales de baja tensin se conectan al

transformador de potencial, para este caso el voltaje es de 10 Kv.

En ambos casos la prueba durar 60 segundos. Los resultados se registran en

el protocolo F8202.

Figura 3.2. Diagrama unifilar del banco de pruebas para el ensayo de tensin aplicada. La lnea en color indica la parte activa del banco para el desarrollo de la prueba.

MEDICIN DE LAS PRUEBAS SIN CARGA

Se conectan las tres puntas del banco de pruebas a los terminales de baja

tensin del transformador a probar. Se presiona el pedal que da paso al control

de los contactores del banco de pruebas. Se presiona C10, C8 y C5, por medio

del pulsador del VARIAC #1, se aplica el voltaje nominal del transformador en

el lado de baja tensin, se toman los valores de I0 y de Pc por medio de los

vatimetros y ampermetros, las potencias registradas por los vatimetros se

suman entre s y luego se multiplican por las relaciones de transformacin de

C1M G

53.2 kV

Proteccin

Banco de Pruebas

CE

VVARIAC

1

C10 C5

V3Transformador Seco 100 kVA

220/1000 VC2

A

C9

VARIAC 2

C7

Am

C8 TC1

C4

C3

TC3 TC2TP1

W2

W1

Proteccin 3x100A

A7

V8Transformador

elevador

TP2C11

Vm

PRUEBA DE TENSIN APLICADA

A4,A5,A6

V1,V2

EXCF



37

los transformadores de corriente y voltaje. El total de esta operacin son las

prdidas.

Estas perdidas se comparan con las establecidas por las normas. Los

resultados deben ser registrados en el protocolo F8202.



kVA220/1000 V

C1

C2

EXCF

M G

V V3

CE C10

VARIAC 1

C5

C9

AmC3

AC7

C4

TC1C8 TC2TC3

VARIAC 2

A7

V8

W1

TP1 TP2

W2

Vm

C11


Proteccin 3x100A

53.2 kV

V1,V2

A4,A5,A6

PRUEBA DE PRDIDAS EN VACO

Figura 3.3. Diagrama unifilar del banco de pruebas para la medicin de perdidas sin carga. La lnea en color indica la parte activa del banco para el desarrollo de la prueba.

MEDICIN DE LAS PERDIADS CON CARGA

Se conectan las tres puntas del banco de prueba a los terminales de alta

tensin del transformador. Se realiza un puente cortocircuitando los terminales

de baja tensin (X, Y, y Z). Se presiona el pedal que da paso al control de

contactores del banco de pruebas. Se presiona C10, C8, C7 y C5. Por medio

de pulsador del VARIAC #1 se aplica voltaje a los terminales de alta tensin del

transformador sometido al ensayo hasta que circule la corriente nominal,

ajustando la corriente por medio de los ampermetros del banco de pruebas.

Por medio de los vatimetros y voltmetros se toman los valores de Pc (potencia

de cortocircuito) y Uz (tensin de cortocircuito). Igual que en la prueba anterior

las lecturas se deben multiplicar por la relacin de transformacin en que se



38

encuentran los transformadores de corriente y voltaje. La potencia obtenida se

compara con las establecidas por las normas. Los resultados obtenidos se

registran en el protocolo F8202.


kVA220/1000 V

V3V

MC1

G

C2 Am C3

CE


VARIAC 1

C10 C5

VARIAC 2

C9

AC8C7

C4

A7

TC2TC3TC1

W1

W2

Proteccin 3x100A

C11TP1 TP2

Vm

53.2 kV


V8

V1,V2

A4,A5,A6

EXCF

PRUEBA DE PRDIDAS CON CARGA

Figura 3.4. Diagrama unifilar del banco de pruebas para el ensayo de cortocircuito. La lnea en color indica la parte activa del banco para el desarrollo de la prueba.

MEDICIN DE LA RESISTENCIA OHMICA DE LOS DEVANADOS

La resistencia del devanado de alta tensin se hace directamente con un

multmetro midiendo cada una de las bobinas.

Para el devanado de baja tensin se conectan las puntas del banco de pruebas

a un puente rectificador el cual tiene en la salida una platina de cobre que tiene

una resistencia de 23 mW. Se conectan los terminales de baja tensin a la

platina. Se energiza el circuito y lentamente se grada el voltaje hasta tener

una tensin aproximada de 1 mV sobre la platina, obteniendo as una corriente

que no sobrepase los 50A. (ya que los diodos del rectificador se pueden



39

daar), luego se mide el voltaje sobre las terminales de baja tensin y por Ley

de Ohm se haya la resistencia. Los datos se registran en el protocolo F8202.

PRUEBA DE LA RIGIDEZ DIELECTRICA DEL ACEITE

Se conecta el chispometro a una fuente de alimentacin monofasica, se

calibran los electrodos a una distancia de 2.54 mm entre ellos. Se llena la copa

del chispometro con la muestra de aceite dejndolo reposar por 10 minutos,

luego se presiona el interruptor del chispometro y se va incrementando el

voltaje por medio de la perilla hasta que se rompa la rigidez dielctrica

registrando el voltaje mximo alcanzado antes de producirse el corto. Se

efectan siete lecturas y se promedian. Estos resultados quedan registrados en

el protocolo F8202.

NOTA: Los protocolos diligenciados durante el periodo de practica ( marzo

mayo de 2003) se encuentran en los archivos de la empresa donde fueron

realizados puesto que por cuestiones administrativas de DISICO S.A. dichos

protocolos no pueden ser copiados ni sacados de la empresa.

3.2. RESULTADOS

Durante el periodo que se realizo la practica, se realizaron todos los tipos de

pruebas de rutina a aproximadamente 30 transformadores de diferentes marca,

modelos, tipos y voltajes a los cuales se les diligencio su respectivo protocolo



40

de aceptacin y en ningn caso fue necesario diligenciar el protocolo de no

aceptacin.

Durante este periodo se cont con la asesora y la colaboracin de las

personas encargadas de realizar regularmente este tipo de pruebas en la

empresa.

A nivel personal se puede decir que con el desarrollo de esta prctica se

obtuvieron los siguientes resultados:

Se ampliaron los conocimientos relacionados con transformadores en

cuanto a conexiones, aislamientos, bobinas, entre otros.

Se conocieron y aprendi el manejo y la correcta manipulacin de

algunos instrumentos de medida empleados normalmente en este tipo

de ensayos.

Se aprendi a conocer y distinguir diferentes clases de ensayos

practicados a transformadores de distribucin.

Durante este proceso fue necesario aprender e identificar las diversas

Normas Tcnicas que rigen este tipo de ensayos y su correcta

interpretacin o aplicacin.

En el campo laboral se adquiri experiencia y se coloc en prctica lo

aprendido acadmicamente.



41

3.3 NORMAS APLICABLES A CADA PRUEBA DE RUTINA

TIPO DE ENSAYO NORMA ICONTEC APLICABLEResistencia Ohmica de los Devanados NTC 375

Perdidas sin carga NTC 818 - 819 - 1031Perdiads con carga NTC 818 - 819- 1005Tensin de cortocircuito NTC 1005Tensin Aplicada NTC 837

Relacin de transformacin, polaridad ysecuencia de fase NTC 471

Tabla1. Relacin de normas aplicables a cada tipo de ensayo de rutina.

Tambin se recomienda consultar las normas NTC 317 Transformadores de

Potencia y distribucin. Terminologa; NTC 380 Ensayos Elctricos.

Generalidades.



43

4. MANUAL DE PROCEDIMIENTOS

En la empresa donde se desarroll la prctica, se tiene un sistema de

procedimientos y mtodos establecidos para el desarrollo de ensayos a

transformadores, sin embargo se ha efectuado una investigacin de otros

posibles mtodos normalizados, con el fin de dar a conocer otras alternativas

que puedan ser usadas de acuerdo a las circunstancias, es decir de acuerdo a

los equipos de medida disponibles.

A continuacin se describirn cada uno de los mtodos para la ejecucin de

los ensayos de rutina a transformadores de distribucin.

4.1. MEDICION DE LA RESISTENCIA DE LOS DEVANADOS

La medicin de la resistencia del devanado de alta tensin se puede realizar

directamente con ayuda de ohmetro o un multmetro, ya que por tener mayor

numero de espiras su resistencia es relativamente grande (en el orden de los

ohmios), y necesita poca corriente para ser excitado.

La resistencia del devanado de baja tensin es muy pequea (en el orden de

los micro y mili-ohmios), por lo que resulta difcil realizar su medida

directamente (a menos que se disponga de un equipo capas de tomar lecturas

pequeas). Para efectuar esta medida se utiliza el mtodo de la cada de

tensin



44

4.1.1. MTODO DE LA CAIDA DE TENSION

Este mtodo se emplea cuando la corriente necesaria para efectuar la medida,

supera un amperio. La prueba se realiza haciendo circular una corriente

directa a travs del devanado que no exceda del 15% de la corriente nominal,

para evitar posibles errores originados por calentamiento del devanado. Las

lecturas de tensin y corriente son tomadas simultneamente como se indica

en la figura 4.1 La resistencia ser obtenida empleando la ley de Ohm

al voltmetroInteruptor para proteger

FuenteC.D.

pruebaTransformador bajo

V

A

Figura 4.1. Conexin para la medicin de resistencia Ohmica del devanado por el mtodo de la cada de potencial

Procedimiento

1. Conectar en serie el ampermetro con el devanado y la fuente de

corriente continua.

2. Conectar el voltmetro en paralelo con el devanado

3. Cerrar el interruptor que da paso de corriente



45

4. Incrementar lentamente el nivel de tensin hasta tener unas lecturas

propias para hacer la conversin.

5. Registrar las lecturas simultneamente

6. Hacer la conversin

IVRx =

Rx: resistencia del devanado

V: voltaje aplicado a los terminales del devanado

I: corriente que circula por el devanado

Como se observa en la figura 4.1. el voltmetro se debe conectar lo ms cerca

posible a las terminales del devanado, con el fin de eliminar la cada de tensin

que existe en la lnea de corriente.

Para tener una buena precisin en la medicin es conveniente tomar cinco

lecturas de tensin y corriente. El promedio de las resistencias ser

considerado como el valor real.

NOTA: se debe tener mucho cuidado al realizar esta prueba ya que la corriente

que circula por el devanado es muy alta

4.1.2. MTODO DEL PUENTE DE WHEATSTONE.

Este mtodo es muy sencillo de aplicar, y brinda gran confiabilidad ya que la

medicin se efecta con la comparacin de resistencias conocidas de gran

exactitud.



46

Procedimiento

1 conecte los terminales de devanado al puente de Wheatstone

2 ajuste R1, R2 y R3 hasta que el medidor de corriente est en cero

3 efectuar la comparacin

RRRRx

=

1

R2

R1

R

RX

Figura4.2. Diagrama simplificado del puente wheatstone.

En transformadores monofsicos la resistencia medida entre las terminales H1

H2 y X1 - X2, y en transformadores trifsicos entre H1 H2, H1 H3, H2 H3 y

X1 X2, X1 X3, X2 X3.

4.2. MEDICION DE RELACION DE TRANSFORMACION, VERIFICACION DE

POLARIDAD

4.2.1. Medicin de la relacin de transformacin

4.2.1.1. Mtodo del voltmetro: consiste en aplicar una tensin sinusoidal de

valor conocido al devanado de mayor tensin, midiendo esta tensin y la que



47

aparece en el otro devanado por medio de voltmetros y transformadores

apropiados. La relacin de las dos tensiones ser la relacin de transformacin.

4.2.1.2. Mtodo del divisor patrn. Se deriva un potencimetro de resistencia

entre los terminales de los devanados del transformador, los cuales se

conectan como se muestra en la figura 4.3.

x

uU

X

1R2R

D

Figura 4.3. Esquema del circuito utilizado en el mtodo del divisor patrn.

Entre el punto variable del potencimetro y uno de los terminales de los

devanados se conecta un detector D adecuado.

Cuando el detector indica cero la relacin de las resistencias R1 / R2,

representan la relacin de transformacin.



48

4.2.1.3. Mtodo del trasformador patrn: Consiste en comparar la tensin del

transformador bajo prueba con la de un transformador patrn calibrado, cuya

relacin es ajustable en pequeos escalones. Con este mtodo, el

transformador en prueba y el patrn se conectan en paralelo y se aplica tensin

a los devanados de alta tensin, los devanados de baja se hallan conectados a

un detector sensible cuya indicacin se lleva a cero ajustando la relacin de

transformacin del transformador patrn. En ese punto las relaciones de los

dos transformadores son iguales.

El transformador patrn es el mtodo que se desarrolla con ayuda del TTR, en

el capitulo anterior se describe el principio de funcionamiento y caractersticas

de este instrumento.

Figura 4.4. Diagrama del circuito utilizado en el mtodo del transformador patrn.



49

Figura 4.5. Conexin para la prueba de relacin de transformacin y polaridad. Delta-Estrella.

4.2.2. VERIFICACIN DE LA POLARIDAD

4.2.2.1. Mtodo de trasformador patrn. Se conecta en paralelo el devanado de

alta tensin del transformador en prueba con el devanado de alta tensin del

transformador patrn de polaridad conocida y con la misma relacin de

transformacin que la del transformador en prueba, uniendo entre s los

CONEXIONES DE PRUEBA

PRUEBA

CN CR GN GR

MIDE

1 H1 H2 X0 X2 2

2 H2 H3 X0 X3 3

3 H3 H1 X0 X1 1



50

terminales correspondientes. Anlogamente se conectan tambin los

terminales de un lado de los devanados de baja tensin de ambos

transformadores, dejando libre los restantes. En estas condiciones se aplica

una tensin de valor reducido a los terminales de los devanados de alta tensin

y se mide la tensin entre los terminales libres del lado de baja tensin. Si el

voltmetro indica cero o un valor mnimo, la polaridad de ambos

transformadores ser la misma.

4.2.2.2. Mtodo de la descarga inductiva. Se coloca el voltmetro de corriente

continua entre los terminales del devanado de alta tensin y se hace circular

corriente por este devanado de modo que produzca una pequea desviacin

positiva de voltmetro al cerrar el circuito de excitacin. Luego se transfieren los

dos cables del voltmetro a los dos terminales del devanado de baja tensin

directamente opuesto. Al abrir el circuito de excitacin de corriente continua se

induce una tensin en el devanado de baja tensin lo cual produce una

desviacin de la aguja del instrumento. Si la aguja se mueve en la misma

direccin anterior (positiva) la polaridad es aditiva y en caso contrario, la

polaridad es sustractiva. Ver figuras 4.6.



51

U (u , x)

X (x , u)

V

Figura4.6. Esquema del circuito utilizado en la determinacin de la polaridad con el mtodo de

la descarga inductiva.

4.2.2.3. Mtodo diferencial de corriente alterna. Se conectan entre s, los

terminales de los devanados de alta y baja tensin contiguos del lado izquierdo

del transformador (mirando desde el lado de baja). Se aplica cualquier tensin

conveniente de corriente alterna al devanado completo de alta tensin y se

efectan lecturas, primeramente de la tensin aplicada y luego de la tensin

entre los terminales contiguos del lado derecho de ambos devanados. Si esta

ltima lectura es menor que la primera, la polaridad es sustractiva y si es de

mayor valor que la primera, la polaridad es aditiva. Ver figura 4.7.



52

U (u , x)

(x , u)X

V

Figura4.7. Esquema del circuito utilizado en la determinacin de polaridad con el mtodo diferencial de corriente alterna.

4.3. MEDICIN DE LAS TENSIONES DE CORTOCIRCUITO

4.3.1 Transformadores monofsicos.

Uno de los devanados del transformador debe ponerse en corto y se aplica al

otro una tensin a frecuencia nominal, la cual se ajusta para que circule

corriente nominal por los devanados (figura 4.8). En caso de que no se puedan

alcanzar los valores nominales de corriente, se puede usar una corriente no

menor del 25% de In, corrigiendo el valor obtenido. El ensayo debe realizarse

sobre la derivacin principal.



53

F

A

W V

Fuen

te

Figura4.8 .Diagrama para la conexin para el ensayo de cortocircuito para transformadores monofasicos de dos devanados

Con la corriente y la frecuencia ajustadas a los valores de ensayo se toman

lecturas en el ampermetro, vatmetro, voltmetro y frecuencimetro.

Se desconecta el transformador bajo ensayo y se lee en el vatmetro la

potencia consumida, la cual representa las perdidas en el equipo de medida.

Es suficiente medir y ajustar la corriente en el devanado excitado solamente,

porque la corriente en el devanado en cortocircuito, debe estar en el valor

correcto.

Si se coloca el de medida en serie con el devanado en cortocircuito, para medir

su corriente, se puede introducir un gran error en la impedancia, debido a las

prdidas y cada de tensin en dicho equipo.



54

4.3.2. Ensayo de cortocircuito de un transformador trifsico con tensin

trifsica.

Los tres terminales del devanado de alta tensin deben unirse rgidamente y

se aplica a los terminales del otro devanado, una tensin trifsica balanceada

de frecuencia nominal y valor adecuado con el fin de hacer circular corriente

nominal (figura 4.9).

El procedimiento es similar al seguido para transformadores monofsicos,

excepto que las conexiones y medidas son trifsicas

Las lecturas de los vatmetros deben ser aproximadamente iguales y deben

sumarse algebraicamente sus valores para obtener las perdidas totales.

Si las corrientes de lnea no pueden ser balanceadas, se toman los valores

eficaces promedios.

F

A

W V

W v1

2

A

Figura4.9.Diagrama de conexin para el ensayo de cortocircuito en transformadores trifsicos con tensin trifsica.



55

4.3.3. Ensayo de cortocircuito de un transformador trifsico con tensin

monofasica.

El devanado al cual se le aplica la tensin debe estar conectado en 1 y con

extremo abierto. Los otros arrollamientos pueden estar conectados en 1 (en

cuyo caso no es necesario ponerlo en cortocircuito) o en Y, caso en el cual es

necesario conectar los terminales a su neutro.

Con excepcin de las anteriores modificaciones el procedimiento es similar al

ensayo de tensin de cortocircuito para transformadores monofasicos.

La tensin de cortocircuito obtenida es tres veces la tensin de cortocircuito de

una fase del transformador, lo cual debe tenerse en cuenta para convertir los

valores obtenidos en un porcentaje o por unidad.

Para la conversin debe utilizarse la siguiente formula:

1003

% =Un

UcmUz

Donde,

Uz: tensin de cortocircuito en porcentaje

Ucm: tensin de corto circuito medida

Un: tensin nominal del devanado de excitacin en 1

En este mtodo de ensayo no se reproduce exactamente las condiciones de

impedancia trifsica y tiende a dar unas perdidas mayores por introducir

perdidas de secuencia cero en la medida (la mayor parte del tanque).

El efecto ms pronunciado en transformadores del tipo columna; por

consiguiente no es adecuado para transformadores de alta reactancia.



56

Una prueba monofasica es aplicable sin tener en cuenta cual de los devanados

esta conectado en 1Y, zig-zag o cualquier combinacin de los mismos. El

neutro no se utiliza y tampoco es necesario abrir un extremo de la delta.

Se ponen en cortocircuito los tres terminales de un devanado y se aplica una

tensin monofasica de la frecuencia nominal a dos terminales del otro

devanado, ajustndolo hasta que circule corriente nominal.

Se toman tres lecturas sucesivas sobre los tres terminales escogidos de dos en

dos: U y V, V y W, W y U.

Los valores tomados son:

Prdidas de cortocircuito = 3

)(5.1 PwuPvwPuv ++

Tensin de cortocircuito = 3

)(866.0 EwuEwvEuv ++

Donde: P y E valores individuales de perdidas y tensin respectivamente

medidas de acuerdo a los subndices indicados.

Las perdidas adicionales, se pueden obtener restando de las perdidas de

cortocircuito las perdidas IR en el transformador. Si R1 es la resistencia

medida entre los terminales de alta tensin y R2 entre los terminales de baja

tensin, I1 e I2 las corrientes nominales respectivas. Las perdidas totales IR de

las tres fases debern ser:

Total IR = 1.5 (I1R1 + I2R2) vatios.

La formula anterior es igualmente aplicable a devanados conectados en Y en

delta.



57

4.3.4. Ensayo de tensin cortocircuito de un transformador de tres

devanados.

En un transformador (monofsico o trifsico) de tres devanados se mide la

tensin de cortocircuito entre cada par de devanados, (lo cual significa tres

mediciones de tensin de cortocircuito) siguiendo el mismo proceso utilizado

para transformadores monofsicos.

Si la capacidad en kVA de los diferentes devanados no es la misma la corriente

utilizada para el ensayo de tensin de cortocircuito es la correspondiente al

devanado bajo el ensayo de menor capacidad.

Cuando los datos anteriores se convierten a valores de porcentaje deben

tomarse como base los mismos kVA de salida, preferiblemente a los

correspondientes del devanado primario.

Las perdidas totales en un transformador de tres devanados son

aproximadamente la suma de las perdidas en los tres devanados,

determinados para las condiciones de carga de los devanados.

4.4. MEDICION DE LAS PRDIDAS SIN CARGA

4.4.1. Determinacin de las prdidas sin carga por el mtodo de voltmetro

de valor promedio absoluto, para trasformadores monofasicos.

La mxima densidad de flujo corresponde al valor promedio absoluto de la

tensin (no al valor eficaz) y por consiguiente, si el valor promedio de tensin

se ajusta para que sea igual al valor promedio de la onda sinusoidal de tensin



58

deseada y se mantiene la frecuencia apropiada, las perdidas por histresis

deben ser las correspondientes a la onda sinusoidal deseada.

Si la onda de flujo tiene ms de un mximo y un mnimo por ciclo, la lectura del

voltmetro promedio no es correcta y la onda de tensin no debe utilizarse.

Este mtodo utiliza un voltmetro DArsonaval con un rectificador de onda

completa en serie, el cual permite leer el valor promedio de tensin. Este

instrumento se grada generalmente para dar la misma indicacin numrica

que la de un voltmetro de valor eficaz sobre una onda sinusoidal de tensin, lo

cual significa que est graduado en valores eficaces equivalentes de la onda

sinusoidal de tensin.

WF

Fuen

te

A

VPV

F = FrecuenciometroA = Amperimetro

W = Vatimetro

V = VoltimetroVP = Voltimetro de valor promedio

Figura 4.10. Esquema de la instalacin cuando no se requiere transformador de medida.



59

Cuando se usen transformadores para medir las perdidas sin carga, stos

deben ser transformadores de medida de clase 0,5 o de mayor precisin.

Si se desea se puede utilizar resistencias multiplicadoras en serie con la bobina

de potencial del instrumento en lugar de transformadores de potencial. En tal

caso debe tenerse el cuidado para que su uso sea seguro y adems dichas

resistencias debe calibrarse con el instrumento.

Se debe utilizar vatmetros de bajo factor de potencia para que los resultados

sean correctos.

A W V VP

TC

TP

F

TP - Transformador de potencial TC - Transformador de corriente

Figura 4.11. Esquema de la conexin cuando se requiere transformador de medida.



60

Puede utilizarse cualquiera de los devanados de alta o baja tensin del

transformador en prueba, pero es ms conveniente utilizar el devanado de baja

tensin para esta prueba. Se debe utilizar todo el devanado para este ensayo.

Si por alguna razn solo es posible utilizar una porcin del devanado, dicha

porcin no debe ser inferior al 25% del devanado.

Durante el ensayo se ajusta la frecuencia al valor indicado, utilizando

frecuencimetro y la tensin del ensayo, por medio del voltmetro de valor

promedio.

Se toma lecturas simultneas de frecuencia, tensin eficaz, potencia, tensin

promedio y corriente. Luego se desconecta el transformador bajo ensayo, se

lee en el vatimetro las perdidas de los instrumentos conectados (y el

transformador de potencial si se usa). Este valor debe restarse de la lectura

anterior del vatimetro para obtener las perdidas sin carga del transformador

bajo ensayo.

El valor correcto de las perdidas totales sin carga del transformador se puede

determinar por medio de la siguiente ecuacin:

P = 21 KPP

Pm+

Donde:

P = Perdidas de excitacin a la tensin Ua. corregidos para una seal

sinusoidal.

Pm = Perdidas sin carga medidas en el ensayo.

P1 = Perdidas por histresis, por unidad, referidas a Pm.



61

P2 = Perdidas por corrientes parsitas, por unidad, referidas a Pm.

K = 2

UaUr

Donde:

Ur = Tensin de ensayo medida con el voltmetro de valor eficaz.

Ua = Tensin sinusoidal eficaz, medida con el voltmetro de un valor

promedio.

Debe utilizarse el porcentaje real de perdidas por histresis y por corrientes

parsitas, pero a falta de valores relativos los siguientes se pueden tomar como

tpicos:

Material del ncleo Prdidas por histresis

%

Prdidas por corrientes

parsitas %

Acero al silicio laminado

en caliente.

80

20

Acero al silicio no

orientado y laminado en

fro

50

50

Tabla 2. Valores tpicos porcentuales de prdidas por histresis y corrientes parsitas.

4.4.2. Determinacin de las prdidas sin carga en transformadores

trifsicos

El mtodo descrito anteriormente para transformadores monofasicos es

aplicable en transformadores trifsicos, con las siguientes modificaciones:



62

Al medir las perdidas en el ncleo de un transformador trifsico con dos

vatmetros se deben hacer tres grupos separados de lecturas tomando cada

una de las lneas como punto comn. El valor promedio de los tres grupos de

lecturas se debe tomar como el verdadero en las perdidas sin carga.

En el mtodo de los vatmetros se debe tener cuidado de efectuar las lecturas

de stos con exactitud. Debido al bajo factor de potencia, la lectura de un

vatimetro puede ser negativa y se debe restar de la otra. Las dos lecturas

pueden ser del mismo orden de magnitud y una pequea inexactitud en sus

valores puede conducir a un gran error en el valor en porcentaje de sus

pequeas diferencias. Bajo tales dificultades se puede obtener la exactitud

adecuada por el procedimiento alternativo siguiente:

Se hacen medidas con tres vatimetros, conectando cada circuito potencial

entre una lnea y el neutro de las tres fases cuando se dispone de ste. Las

tres lecturas deben sumarse para obtener las perdidas sin carga. Si no se

dispone de neutro puede derivarse un neutro artificial. Si se necesita

transformador de potencial, se debe usar una conexin abierta para alimentar

los vatmetros conectados en Y.



63

3W

W1

W2N

Prdidas totalesP + P + P1 2 3

Figura 4 12. Esquema de la conexin para determinar las prdidas con tres vatimetros.

Prdidas totalesP + P 1 2

W2

W1

Figura 4.13. Esquema de la conexin para determinar las prdidas con dos vatimetros.



64

W3

2W

W1

Prdidas totalesP + P + P1 2 3

Figura 4. 14. .Esquema de la conexin para determinar las perdidas, con neutro artificial.

4.5. ENSAYO DE TENSIN APLICADA

La prueba se efecta aplicando una tensin a 60 Hz, durante un minuto,

inicindose con un valor no mayor de un cuarto del establecido como voltaje

de prueba (ver tabla 3). Posteriormente se elevar hasta alcanzar el voltaje

requerido en un tiempo aproximado de 15 segundos. Para suspender la

tensin, se reducir gradualmente hasta alcanzar por lo menos un cuarto de la

tensin mxima aplicada en un tiempo no mayor de 5 segundos.

Si la tensin se retira repentinamente por medio de un interruptor, el

aislamiento puede ser daado por una tensin transitoria mayor que la de la

prueba. Slo en caso de falla la tensin podr ser suspendida repentinamente.



65

Tabla 3.Tensiones establecidas por la IEEE para transformadores sumergidos en aceite de

acuerdo a su nivel de aislamiento.

Cuando el mismo devanado tiene dos clases de aislamiento o ms, como

pueden ser el caso de los devanados conectados en estrella o monofasicos

que tienen aislamiento reducido progresivamente al neutro, la tensin de

prueba es el correspondiente a la clase de aislamiento del neutro.

Voltajes de Prueba de acuerdo al nivel de aislamiento

Clase de

Aislamiento

Kv

Tensin de Prueba

(Valor Eficaz)

Kv

Clase de

Aislamiento

Kv

Tensin de Prueba

(Valor Eficaz)

Kv

1.2

2.5

5

8.7

15

18

25

34.5

46

69

92

115

138

10

15

19

26

34

40

50

70

95

140

185

230

275

161

196

215

230

315

345

375

400

430

460

490

520

545

325

395

430

460

630

690

750

800

860

920

980

1040

1090



66

Criterios de rechazo

Los medios por los que se pueden detectar una falla son:

- Incremento brusco de corriente

Al incrementar la corriente repentinamente durante la prueba existe la

presencia de una falla a tierra o entre los devanados de alta y baja tensin.

- Ruidos dentro del tanque.

Al existir un ruido amortiguado o zumbido dentro del tanque, ser debido a una

distancia crtica o un exceso de humedad

- Humo y burbujas

La presencia de humos y burbujas indicar la existencia de una falla a tierra o

entre los devanados de alta y baja tensin, pero si se observan burbujas sin

humo, no necesariamente indicarn una falla que puede existir aire ocluido en

el devanado; por lo que se recomienda repetir la prueba.

-Diagrama de conexiones

Para llevar a cabo esta prueba todas las terminales de un mismo devanado se

conectan entre s. El devanado que se someter a prueba se conecta a la

terminal de alta tensin del transformador de prueba y todas las otras

terminales de los devanados restantes se conectan a tierra al igual que el

tanque. (Ver figura 4.15)



67

(a) (b)

Figura4.15. Conexiones necesarias para realizar la prueba de potencial aplicado a) Transformador monofsico con su alta tensin bajo prueba. b) Transformador monofsico con su baja tensin bajo prueba

2

1

3 5

4

6x1

x1

1H

H2 1x

1H

x2

H2

A V

1. Regulador de tensin 2. Sistema de medicin. 3. Transformador de pruebas. 4. Resistencia limitadora de corriente. 5. Voltmetro de esferas. 6. Transformador bajo pruebas.

Figura4.16. Diagrama unifilar del circuito utilizado para realizar la prueba de potencial aplicado.



68

4.6. ENSAYO DE POTENCIAL INDUCIDO

Este ensayo se realiza al doble de la tensin nominal.

El flujo mximo al que opera el ncleo esta determinado por la ecuacin

general del transformador.

mx = fN

E44.4

Donde:

mx : Flujo mximo

E: tensin nominal

f : frecuencia

Al aplicar una tensin del 200 %, el flujo aumentar en la misma proporcin,

por lo que para limitarlo, se tendr que aumentar en igual forma la frecuencia.

Es decir, cuando el transformador este diseado para operar a 60Hz, la prueba

se podr ejecutar a 120Hz y su duracin ser de 60 segundos. Cuando la

prueba se realice con una frecuencia mayor a los 120Hz, el esfuerzo dielctrico

en los devanados es mayor, por lo que la prueba se ha limitado a 7200 ciclos.

Por tal razn el tiempo de la prueba depende de la frecuencia del generador

utilizado. Con este criterio se ha formulado la siguiente tabla:

Tabla 4.Tiempo Establecido por las normas ANSI C57 72 para la prueba de potencial inducido.

Frecuencia (Hz) Duracin de la prueba (seg.)

120

180

240

360

400

60

40

30

20

18



69

Procedimiento de la prueba

La prueba se inicia aplicando una tensin menor o igual a la cuarta parte del

valor de la tensin de prueba, incrementndose posteriormente hasta alcanzar

la tensin plena de un tiempo no mayor de 15 segundos .se sostiene la tensin

de prueba durante el tiempo especificado en la tabla 4, y para suspender la

prueba se reduce gradualmente la tensin hasta alcanzar por lo menos una

cuarta parte de su valor en un tiempo no mayor de 5 segundos, despus de lo

cual se podr interrumpir su alimentacin.

Al igual que en la prueba de potencial aplicado la prueba solo podr ser

suspendida repentinamente en el caso de falla, ya que de otra manera se

pueden daar los aislamientos por transitorios de sobretensin mayores que el

de prueba.

Cuando los transformadores tienen aislamiento uniforme en sus devanados se

aplica el doble de la tensin nominal, inducindose por lo tanto una tensin tal

que los voltios por vuelta son dos veces el nominal. Los diagramas de esta

forma de prueba se presentan en la figura 4.17



70

X1

2X

1H

H2

2V nomGGenerador deC.A.

GGenerador deC.A.

2V nom2V nom

2V nom

X2

X1X3

2V n

om

2V nom

2V nom

H2

H3H1

Figura 4.17. Circuitos de prueba a transformadores monofasicos y trifsicos con aislamientos uniformes.

En caso de que la fuente de excitacin sea monofsica y el transformador al

cual se someter a prueba sea trifsico la prueba debe realizarse por fase,

como se representa en la figura 4.18. debindose probar cada una de ellas

independientemente.

Generador deC.A. G

2V nom

X2

X1 X3

1H H3

H2

2V n

om



71

Figura 4.18. Circuito monofasico de prueba para un transformador conectando en delta en alta tensin.

En transformadores con aislamiento reducido al neutro y que por lo tanto en la

prueba de potencial aplicado se prueban con la tensin correspondiente al nivel

de aislamiento del propio neutro, se aplicar una tensin de tal forma que se

induzca entre las terminales de mayor clase de aislamiento y tierra (no

necesariamente entre terminales y neutro) una tensin igual a la que

corresponde en la prueba de potencial aplicado.

Los mtodos de prueba ms comunes para transformadores con aislamientos

reducidos al neutro son los siguientes:

Mtodo delta cerrada

Mtodo delta abierta

Mtodo serie

G F

A

V

X1

X2

H1

X3H2

Transformador bajo prueba

Generadorde C.A.120 Hz

Regulador de tensin

F: FrecuencmetroA: AmperimetroV: Vltimetro eficaz

Figura 4.19. Circuito de prueba de potencial inducido con alimentacin en el devanado de baja tensin.



72

Criterios de aceptacin o rechazo

Los medios por los que se pueden detectar fallas son los siguientes:

Incremento brusco de corriente: cuando la corriente se incrementa

bruscamente durante la prueba, existe la evidencia de falla en el devanado, ya

sea entre vueltas o entre capas.

Ruidos dentro del tanque: Si se presenta un ruido fuerte en el interior del

tanque, la falla posible puede deberse a distancias cortas de los devanados o

partes vivas contra el tanque. Si el ruido presentado es amortiguado o en forma

de zumbido, la causa puede ser por distancias crticas o por existencia de

humedad.

Humo y burbujas: La existencia de humo y burbujas en el aceite es prueba

inequvoca de fallas entre vueltas o entre capas del devanado. Cuando se

presentan algunas burbujas sin humo, no es posible asegurar la existencia de

falla, ya que las burbujas pueden haber estado ocluidas entre el devanado.



73

G

TC 1

TC 2

TC 3

TP3 TP2 TP1A 1

A 2

31 V2 V1

V3

F

H1

H2

H3 X 3

X 2

X 1Generador de C.A.

120 HzRegulador de

tensin

Transformadorbajo prueba

A: AmperimetroV: VoltimetroF: Frecuencmetro

T.C: Transformador de corrienteT.P: Transformador de potencial

Figura4.20. Circuito para prueba de potencial inducido en un transformador trifsico.

4.7. PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

Esta prueba se efecta con un aparato medidor de resistencia de aislamiento,

conocido comnmente como MEGGER, a una tensin de 1000 voltios durante

10 minutos.

La prueba de resistencia de de aislamiento de un transformador debe

involucrar las siguientes maniobras de conexin:

Alta tensin contra baja tensin ms tierra.

Baja tensin contra alta tensin ms tierra.

Alta tensin contra baja tensin.



74

a) Alta tensin contra baja tensin b) Baja tensin contra alta tensin c) Alta tensin contra baja mas tierra mas tierra tensin mas tierra.

Figura 4.21. Diagramas de conexin de un transformador para la prueba de resistencia de aislamiento.

4.8. PRUEBA DE LA RIGIDEZ DIELECTRICA DE ACEITE

La prueba se realiza, llenando la copa con aceite hasta que los dos electrodos

queden cubiertos completamente, Posteriormente, se cierra el interruptor del

aparato, el cual previamente se habr conectado a una fuente de 120 voltios.

Luego se incrementando gradua

t032

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