Pruebas de tipo, pruebas especiales y pruebas adicionales para transformadores | Guía completa
Ensayos de tipo
Los ensayos de tipo son una serie de ensayos de verificación realizados en unidades representativas del transformador para confirmar que el diseño, la construcción, el proceso de fabricación y las características de rendimiento del transformador cumplen con los requisitos especificados en las normas nacionales e internacionales aplicables.
Estos ensayos se realizan principalmente durante:
El desarrollo de nuevos diseños de transformadores;
Modificaciones importantes en las estructuras del producto o en sus parámetros clave;
Los procesos de certificación del producto;
La verificación de una serie de transformadores o de una familia de productos.
Los principales ensayos de tipo para transformadores de potencia incluyen:
Ensayo de elevación de temperatura
El ensayo de elevación de temperatura se realiza para verificar el comportamiento térmico del transformador bajo condiciones nominales de funcionamiento.
Durante el ensayo, el transformador opera a carga nominal hasta alcanzar el equilibrio térmico. Se miden las elevaciones de temperatura de los devanados, del aceite superior, del depósito y de los componentes estructurales para confirmar si el calor generado por las pérdidas totales —incluidas las pérdidas en vacío y las pérdidas bajo carga— puede disiparse eficazmente mediante el sistema de refrigeración.
El objetivo del ensayo de elevación de temperatura es:
- Verificar la eficacia del sistema de refrigeración del transformador (por ejemplo, ONAN, ONAF, OFAF, etc.);
- Confirmar que la elevación de temperatura de los devanados permanece dentro de los límites admisibles especificados por las normas;
- Identificar posibles sobrecalentamientos locales en el depósito, las abrazaderas, el blindaje magnético u otros componentes estructurales;
- Evaluar la fiabilidad operativa a largo plazo del transformador.
Ensayos dieléctricos de tipo
Los ensayos dieléctricos de tipo se realizan para verificar la rigidez dieléctrica y la fiabilidad del sistema de aislamiento del transformador bajo diversas condiciones de sobretensión.
Estos ensayos simulan las tensiones eléctricas que pueden producirse durante la operación real del sistema eléctrico, incluyendo sobretensiones debidas a descargas atmosféricas, sobretensiones de maniobra y sobretensiones de frecuencia industrial.
Los principales ensayos dieléctricos incluyen:
- Ensayo de resistencia a impulsos de rayo
- Ensayo de resistencia a tensión aplicada
- Ensayo de resistencia a tensión inducida
Estos ensayos garantizan que los devanados, los aisladores, los conductores y las estructuras internas de aislamiento del transformador posean suficiente rigidez dieléctrica y márgenes de seguridad operativos.
Ensayos especiales
Los ensayos especiales son ensayos adicionales realizados según requisitos específicos acordados entre el fabricante del transformador y el cliente.
A diferencia de los ensayos rutinarios y los ensayos de tipo, los ensayos especiales normalmente se solicitan para proyectos específicos, entornos operativos particulares o requisitos técnicos concretos.
Algunos ensayos especiales requieren equipos de ensayo avanzados, procedimientos complejos y recursos significativos; por lo tanto, no se realizan en todos los transformadores.
Entre los ensayos especiales más comunes se incluyen:
Ensayos dieléctricos especiales
Los ensayos dieléctricos especiales se realizan para verificar aún más el comportamiento del aislamiento del transformador bajo condiciones de tensión especiales o requisitos de aislamiento más exigentes.
Estos ensayos suelen aplicarse a transformadores utilizados en entornos especiales de red o en proyectos con requisitos rigurosos de coordinación del aislamiento.
Medición de la capacitancia entre devanados y entre devanados y tierra
Este ensayo mide los valores de capacitancia entre los devanados del transformador y entre los devanados y tierra.
Los datos medidos se utilizan para:
- El análisis de la coordinación del aislamiento;
- Los estudios de sobretensión;
- El diseño de la protección del sistema eléctrico.
Medición de la característica de transferencia de tensión transitoria
Este ensayo evalúa las características de transferencia de tensión transitoria entre los devanados de alta y baja tensión cuando ocurren sobretensiones transitorias.
Los datos del ensayo ayudan a los ingenieros a:
- Analizar la distribución interna de la tensión;
- Optimizar el diseño del aislamiento;
- Desarrollar estrategias adecuadas de protección contra sobretensiones.
Medición de la impedancia de secuencia cero en transformadores trifásicos
La impedancia de secuencia cero es la impedancia que presenta un transformador trifásico cuando las corrientes están en condición de secuencia cero.
Este parámetro es importante para:
- Los cálculos de cortocircuito;
- El análisis de fallas a tierra;
- Configuración de la protección por relé.
La medición precisa de la impedancia de secuencia cero permite a los usuarios configurar adecuadamente los sistemas de protección y mejorar la seguridad y la fiabilidad de la red.
Ensayo de resistencia a cortocircuitos
El ensayo de resistencia a cortocircuitos verifica la capacidad del transformador para soportar condiciones severas de cortocircuito que ocurren en los sistemas eléctricos.
Durante el ensayo, el transformador se somete a corrientes elevadas de cortocircuito para evaluar las tensiones mecánicas y térmicas generadas por las condiciones de fallo.
El ensayo verifica:
- La resistencia mecánica de los devanados del transformador;
- La fiabilidad de las estructuras de sujeción del núcleo;
- La estabilidad de los conductores y los sistemas de conexión;
- La capacidad de soporte de los aisladores y los cambiadores de derivación.
Este ensayo es una de las evaluaciones más importantes de la fiabilidad del transformador, especialmente en transformadores de potencia de gran tamaño.
Medición del nivel de ruido
La medición del nivel de ruido se realiza para determinar el ruido generado por un transformador durante su funcionamiento.
Los resultados medidos se utilizan para verificar el cumplimiento de:
- Los requisitos ambientales de ruido;
- Las especificaciones técnicas del cliente;
- Los requisitos de instalación en zonas urbanas, industriales o residenciales.
Medición de armónicos de la corriente en vacío
Este ensayo analiza los componentes armónicos de la corriente de excitación del transformador en condiciones de vacío.
Se utiliza principalmente para evaluar:
- El diseño de la densidad de flujo magnético del núcleo;
- Las características de saturación del núcleo;
- La racionalidad del diseño del transformador.
Los resultados ayudan a optimizar las pérdidas del transformador, su rendimiento de excitación y su eficiencia operativa.
Medición del consumo de potencia de los equipos de refrigeración
Para transformadores equipados con sistemas de refrigeración forzada, este ensayo mide el consumo real de potencia de los equipos de refrigeración, tales como: ventiladores de refrigeración; bombas de aceite.
Los datos medidos se utilizan para:
- Cálculo del consumo de potencia auxiliar;
- Evaluación de la economía operativa;
- Planificación de la capacidad del sistema eléctrico.
Ensayos adicionales
Además de los ensayos rutinarios estándar, los ensayos de tipo y los ensayos especiales, los clientes o los propietarios del proyecto pueden requerir ensayos adicionales según necesidades técnicas específicas.
Estos ensayos se utilizan normalmente para una evaluación más exhaustiva del estado operativo del transformador, la integridad estructural y las características especiales de rendimiento.
Entre los ensayos adicionales habituales se incluyen:
Análisis de respuesta en frecuencia (FRA) – Ensayo de deformación de devanados
El análisis de respuesta en frecuencia se utiliza para detectar cambios mecánicos en los devanados del transformador.
Se aplica comúnmente para determinar si:
- Los devanados se han desplazado durante el transporte;
- Los devanados han sufrido daños mecánicos tras eventos de cortocircuito;
- Han ocurrido cambios estructurales durante la operación a largo plazo.
Ensayo de vacío prolongado
Este ensayo evalúa el rendimiento del transformador durante una operación prolongada en vacío.
Se utiliza para supervisar:
- El aumento de temperatura del núcleo;
- La estabilidad de las pérdidas en vacío;
- Los cambios en el rendimiento del aislamiento.
Ensayo de sobrecorriente
El ensayo de sobrecorriente verifica la capacidad del transformador para soportar condiciones temporales de sobrecorriente causadas por operaciones anormales o sobrecargas de corta duración.
Ensayo de tensión de interferencia radioeléctrica
Este ensayo mide la interferencia radioeléctrica generada por un transformador durante su funcionamiento.
Se aplica principalmente a transformadores de alta tensión, donde los requisitos de compatibilidad electromagnética son estrictos.
Medición de la curva de excitación en vacío
Esta prueba mide la relación entre el voltaje de excitación y la corriente de excitación en condiciones de vacío.
Se utiliza para analizar:
- Características de magnetización del núcleo;
- Comportamiento de saturación;
- Márgenes de seguridad en el diseño.
Prueba de vacío a bajo voltaje
Esta prueba evalúa las características de excitación del transformador y el rendimiento del núcleo bajo condiciones de voltaje reducido.
Prueba de carga a bajo voltaje
Esta prueba mide las características de carga del transformador bajo condiciones de bajo voltaje, incluyendo: pérdidas en carga; características de impedancia; rendimiento térmico.
Prueba de forma de onda transitoria por conmutación
Esta prueba analiza los cambios transitorios de voltaje generados durante la operación de: cambiadores de tomas bajo carga (OLTC); cambiadores de tomas sin carga.
Se utiliza para verificar la estabilidad de la conmutación y evaluar el comportamiento transitorio del voltaje durante las operaciones de cambio de tomas.