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Medición de la resistencia de aislamiento de los devanados del transformador

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MI 3205 TeraOhmXA 5kV

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El análisis del aislamiento, normalmente mediante la medición de la resistencia, es un método básico para evaluar el estado o la "aptitud" de una máquina eléctrica y su capacidad para funcionar dentro de unos límites aceptables, así como para identificar los problemas que requieren mantenimiento o una reparación más exhaustiva. Todos los materiales aislantes utilizados en las máquinas e instalaciones eléctricas modernas están sometidos a temperaturas elevadas y fluctuantes, agentes químicos, elementos atmosféricos, fuerzas mecánicas y otros factores que degradan sus propiedades dieléctricas en distinto grado.

La medición de la resistencia es un método sencillo, rápido y relativamente barato de evaluar el grado de degradación y la necesidad de reparación. Sin embargo, algunas máquinas son más fáciles de mantener y reparar que otras, y a veces puede ser más viable desde el punto de vista práctico y económico permitir que sigan funcionando, aunque sea en condiciones modificadas. Los transformadores son un buen ejemplo, y las mediciones de la resistencia de aislamiento en los devanados primario y secundario pueden ser una buena guía.

Alargar la vida útil de un transformador

La mayoría de las averías de los transformadores, al menos en los transformadores de distribución de media tensión (MT) y baja tensión (BT), están asociadas al deterioro de la resistencia de aislamiento causado por un funcionamiento inadecuado (sobrecarga) o por el envejecimiento general (y previsible) del material aislante. Independientemente de la causa exacta (aunque pueda ser importante por un motivo u otro), los operadores de transformadores suelen estar interesados en alargar su vida útil todo lo posible antes de sustituirlos por otros nuevos.

Veamos un ejemplo real de cómo se consiguió esto utilizando el comprobador de aislamiento de alta tensión MI 3205 TeraOhmXA 5kV. Una gran compañía eléctrica estaba modernizando una parte de la red de distribución que sufría frecuentes cortes debido a la sobrecarga, sustituyendo los transformadores más antiguos por otros nuevos de mayor potencia.

Les quedaban 37 transformadores 20/0,4 kV 680 kVA (Dy5) que, a pesar de su antigüedad, eran perfectamente utilizables y podían emplearse para la ampliación prevista de la red a varias zonas anteriormente desatendidas. Sin embargo, 15-25 años de funcionamiento, algunos de ellos en condiciones de sobrecarga y cuando el termómetro marcaba 40 °C a la sombra, pasaron factura a algunos de ellos, sobre todo a los más antiguos. Por tanto, la evaluación de la calidad antes de reanudar el funcionamiento estaba más que justificada.

El método elegido fue la medición de la resistencia de aislamiento de los devanados primario y secundario. Por supuesto, existen otros métodos y herramientas de evaluación más completos y complejos, pero el elegido se consideró suficiente para el propósito y podía realizarse utilizando los tres MI 3205 TeraOhmXA 5kV que ya habían utilizado para comprobar el aislamiento de los cables y estaban familiarizados con su funcionamiento.

Cálculo de números

El análisis de la resistencia de aislamiento (de los devanados) en transformadores consta de 3 mediciones de resistencia independientes: resistencia entre el devanado primario y el secundario, entre el devanado secundario y el depósito principal y entre el devanado primario y el depósito principal.

Por lo general, se recomienda que la resistencia de aislamiento sea de al menos 1 MΩ por cada kV de potencia nominal de los devanados -a temperatura ambiente (20 °C)-. En nuestro caso, eso se traduce en 20 MΩ. Sin embargo, la resistencia recomendada aumenta abruptamente con el aumento de la temperatura de trabajo. Es más del doble por cada 10 °C adicionales. A 70 °C, la temperatura elegida por los ingenieros de la empresa eléctrica encargados de la evaluación de los transformadores como la más alta que esperan, la resistencia de aislamiento de los bobinados es de 635 MΩ.

Esto sin tener en cuenta el factor de seguridad, que se fijó en el 30 %, lo que arroja la cifra final de 825,5 MΩ. Hechos los cálculos preliminares, los ingenieros se pusieron a medir. Aparentemente, sólo había un pequeño problema: el MI 3205 TeraOhmXA 5kV puede emitir 5 kV, mientras que los devanados (primarios) tienen una tensión nominal de 20 kV.

Extrapolación al rescate

Afortunadamente, esto no es un problema por dos razones: se conoce la resistencia del material aislante (de los devanados del transformador) a tensiones específicas (normalmente se presenta en forma de gráfico) y la MI 3205 TeraOhmXA 5kV admite pruebas de tensión por pasos (en pasos de 100 V para un rango de medición de 1 a 5 kV). Los ingenieros simplemente realizaron las 3 mediciones, teniendo cuidado de utilizar correctamente el terminal de protección del comprobador, para todos y cada uno de los transformadores y trazaron los resultados de cada medición (de 1 kV a 5 kV), los extrapolaron a 20 kV y los compararon con la hoja de datos/gráfico del material. Naturalmente, las mediciones llevaron algún tiempo, ya que la capacitancia del aislamiento era grande (el comprobador puede gestionar 3s/μF); la descarga al final se realizó automáticamente (otra práctica función del MI 3205 TeraOhmXA 5kV).

Información valiosa

Sorprendentemente, 35 de los 37 transformadores superaron las pruebas y se pusieron en funcionamiento en la red de distribución. Los dos restantes estaban operativos, pero se calculó que sólo podían funcionar con seguridad a una temperatura y carga significativamente reducidas y, como tales, no eran adecuados para el propósito de la compañía eléctrica: fueron desechados. Prueba de que un simple análisis de aislamiento como el realizado con el MI 3205 TeraOhmXA 5kV puede ser un valioso método de evaluación - para transformadores de MT y BT y otras máquinas eléctricas.