Pruebas de descargas parciales para transformadores de tipo seco: Indicador clave de la calidad del aislamiento

Pruebas de descarga parcial (DP) para transformadores de tipo seco Es un método de diagnóstico eléctrico que detecta pequeñas chispas eléctricas localizadas que se producen dentro o en la superficie del aislamiento. Estas descargas no cubren completamente el espacio de aislamiento, pero lo erosionan gradualmente. Una prueba de descargas parciales (DP) mide la magnitud (en picoculombios, pC) y la ubicación de estas descargas. Dado que el aislamiento de resina sólida no se autorrepara como el aceite, las DP son el indicador más temprano y confiable de que el aislamiento de un transformador de tipo seco se está degradando. Después de leer este artículo, podrá explicar por qué son importantes las DP, realizar una medición básica de DP siguiendo un procedimiento paso a paso y reconocer los tres errores de prueba más comunes.

Por qué la descarga parcial predice la calidad del aislamiento

Los transformadores de tipo seco, como la serie SCB (30–5000 kVA, clase de aislamiento F o H), utilizan resina epoxi fundida como dieléctrico y soporte mecánico. A diferencia de las unidades sumergidas en aceite, no hay líquido que absorba o disperse las tensiones locales. Cualquier hueco, delaminación o contaminante dentro de la resina crea una zona de menor rigidez dieléctrica.

Cuando la tensión aplicada supera la rigidez dieléctrica de esa zona débil —pero no la del aislamiento completo— se produce una descarga parcial. Cada descarga deposita calor y partículas cargadas en la pared del hueco. Con el tiempo, el hueco crece formando un canal ramificado. Finalmente, el canal atraviesa el aislamiento y provoca una descarga disruptiva.

El punto clave: La actividad de descargas parciales aparece mucho antes de que falle el transformador.. Una unidad puede pasar una prueba de resistencia a frecuencia industrial y aún así mostrar una descarga de 500 pC. Por eso, las normas IEC 60076-11 y EN 50588-1 establecen límites de PD para transformadores de tipo seco en lugar de basarse únicamente en pruebas de resistencia. Para tensiones nominales de hasta 35 kV (niveles de aislamiento LI170 AC70/AC5 a 35 kV, LI125 AC50/AC5 a 20 kV, LI75 AC35/AC5 a 10 kV), el límite de aceptación típico es 10 pC a 1,3 veces la tensión nominal Para unidades de resina fundida. Una lectura superior a ese límite significa que la calidad del aislamiento no es aceptable, incluso si la unidad “funciona”.”

Lo que te indica la magnitud de la PD

Estos umbrales son orientativos para el diagnóstico, no sustituyen las especificaciones del fabricante. Siempre verifique la información con la placa de características y la norma aplicable (IEC 60076-11, EN 50588 o UL, según el mercado correspondiente).

Cómo realizar una prueba de PD: Paso a paso

El siguiente procedimiento describe una medición de descargas parciales (DP) fuera de línea utilizando un detector de DP convencional con un condensador de acoplamiento. Se asume que el transformador está desenergizado, aislado y conectado a tierra. Necesitará: un detector de DP calibrado, un condensador de acoplamiento con una capacidad nominal superior a la tensión de prueba, un generador de pulsos de calibración y un cable de prueba apantallado.

1. Aísle y conecte a tierra el transformador. Abra el interruptor principal, aplique el bloqueo/etiquetado y conecte a tierra todos los terminales de alta y baja tensión. Verifique que no haya tensión con un detector homologado antes de tocar cualquier conexión.
2. Desconecte los cables externos. Desconecte los cables de alta y baja tensión para evitar que el ruido externo y la capacitancia distorsionen la medición. Anote el grupo de conexiones (por ejemplo, Dyn11 o Yyn0) para poder restaurarlo correctamente.
3. Conecte el condensador de acoplamiento. Conecte el condensador de acoplamiento al terminal de alta tensión que se está probando. Conecte su lado de baja tensión a la entrada del detector de descargas parciales. Mantenga el cable lo más corto posible y aléjelo del suelo.
4. Calibrar el circuito. Inyecte una carga conocida (por ejemplo, 100 pC) con el generador de pulsos de calibración en el terminal de alta tensión. Ajuste el detector hasta que la lectura coincida con el valor inyectado. Registre el factor de calibración. No omita este paso. — Una lectura sin calibrar no tiene sentido.
5. Aumente el voltaje gradualmente. Aumente la tensión de prueba desde cero hasta 1,3 veces la tensión nominal a una velocidad que pueda controlar (aproximadamente 1 kV por segundo). En cada uno de estos niveles, mantenga la tensión durante un minuto y registre la lectura de descarga parcial (DP): 0,5×, 0,8×, 1,0×, 1,3× de la tensión nominal.
6. Registre los voltajes de inicio y extinción de la descarga parcial. Observe el voltaje al que aparece por primera vez la descarga parcial (PDIV) y el voltaje al que desaparece durante su descenso (PDEV). Una gran diferencia entre PDIV y PDEV indica un defecto estable.
7. Reduzca el voltaje a cero y descargue. Disminuya el voltaje lentamente y, a continuación, conecte a tierra el terminal de alta tensión a través de una resistencia de descarga antes de retirar cualquier conexión.
8. Comparar con el límite. Si la lectura a 1,3 veces la tensión nominal supera los 10 pC (para unidades secas de resina fundida), el aislamiento no cumple el criterio de descarga parcial. Registre el valor, la tensión de prueba y las condiciones ambientales.

Para una unidad SCB de 10 kV, la tensión de prueba a 1,3× es de 13 kV. Para una unidad de 35 kV, es de 45,5 kV. Antes de comenzar, verifique estos valores con el nivel de aislamiento indicado en la placa de características (LI75 AC35/AC5, LI125 AC50/AC5 o LI170 AC70/AC5).

Errores comunes y cómo solucionarlos

Error 1: Realizar pruebas en un entorno ruidoso.

Síntoma: El detector muestra valores de 50 a 200 pC incluso sin aplicar voltaje, o bien la lectura salta aleatoriamente. Arreglar: Apague los equipos de soldadura, las luces fluorescentes y los variadores de frecuencia cercanos. Realice una comprobación del ruido de fondo con el voltaje a cero. Si el ruido de fondo supera los 5 pC, traslade la prueba a una sala apantallada o utilice un detector con filtro de ruido. Nunca reste el ruido de una lectura en tiempo real; no se trata de una corrección lineal.

Error 2: Omitir la calibración

Síntoma: Las lecturas parecen plausibles, pero no se pueden comparar entre diferentes pruebas ni entre diferentes transformadores. Arreglar: Inyecte siempre una carga conocida antes de cada sesión de prueba. Recalibre si cambia la longitud del cable o el condensador de acoplamiento. Una lectura sin un factor de calibración registrado no es evidencia de nada.

Error 3: Realizar pruebas únicamente a la tensión nominal.

Síntoma: Una unidad funciona a 1,0 veces la tensión nominal, pero falla durante su uso en el plazo de un año. Arreglar: Realice la prueba a 1,3 veces la tensión nominal, según lo exige la norma. Los defectos que permanecen latentes a la tensión nominal suelen activarse a niveles de tensión más elevados. Registre el barrido de tensión completo, no solo un punto.

Error 4: Ignorar la descarga superficial

Síntoma: Lectura de PD elevada que desaparece después de limpiar los bujes y los bloques de terminales. Arreglar: Limpie todas las superficies de aislamiento externas con alcohol isopropílico y vuelva a realizar la prueba. La descarga superficial es un problema de mantenimiento, no un defecto interno, pero enmascara la lectura interna si no se trata.

Preguntas frecuentes para principiantes

¿Cuál es el nivel normal de descarga parcial para un transformador de tipo seco?

Para transformadores nuevos de tipo seco de resina fundida con una tensión nominal de hasta 35 kV, el límite aceptado es 10 pC a 1,3 veces la tensión nominal. Las lecturas inferiores a 10 pC indican aislamiento acústico. Cualquier valor superior a este requiere investigación.

¿Con qué frecuencia debo realizar las pruebas de PD?

Realice pruebas de descarga parcial (DP) durante la puesta en marcha y, posteriormente, cada 1 a 3 años, según la carga y el entorno. Si la lectura aumenta en más de 501 TP3T entre pruebas, reduzca el intervalo a 6 meses e investigue la causa.

¿Puedo realizar una prueba de descarga parcial mientras el transformador está energizado?

Las pruebas de detección de enfermedades pulmonares en línea son posibles mediante sensores instalados permanentemente, pero requieren equipos e interpretación diferentes. El procedimiento paso a paso descrito anteriormente corresponde a una prueba fuera de línea. Para la monitorización en línea, consulte con un profesional cualificado.

¿Una lectura de PD elevada siempre significa que hay que reemplazar el transformador?

No. La contaminación superficial, las conexiones sueltas y la humedad pueden aumentar las lecturas de PD y son corregibles. Solo los defectos internos en la resina de fundición —confirmados al localizar la fuente de descarga— requieren reemplazo. Siempre limpie, vuelva a realizar la prueba y localice la fuente antes de tomar una decisión.

¿Qué normas rigen las pruebas de descargas parciales para transformadores de tipo seco?

Las principales referencias son la norma IEC 60076-11 (transformadores de potencia de tipo seco), la norma EN 50588-1 (transformadores de potencia media) y los requisitos de UL para el mercado correspondiente. Estas normas definen la tensión de prueba, el límite de aceptación y el método de medición.

Para obtener más información sobre los métodos de prueba dieléctrica, consulte la IEEE catálogo de estándares y el IEC tienda online.