MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE LOS DEVANADOS

Los devanados del transformador son de gran importancia en su funcionamiento principal, por tal motivo se debe tener en cuenta su mantenimiento por medio de ensayos eléctricos, dada la imposibilidad de acceder a los devanados y verificar su estado actual debido a la forma constructiva del transformador trifásico sumergido en aceite.

La resistencia del devanado siempre se define como la resistencia DC (la resistencia activa o real) de un arrollamiento en ohmios (Ω), el objetivo de la medición es confirmar que la resistencia no presenta variaciones respecto a ensayos eléctricos realizados en mantenimientos previos, los cuales son registrados en la hoja de vida del activo o medidas proporcionadas por el fabricante.

Una vez obtenidas las medidas se debe tener en cuenta la comparación de los resultados y el porcentaje de desviación de las mismas dadas en la norma IEEE Std C57.152-2013 y el Technical Brochure N°445 de Cigré, las cuales sugieren un máximo del 2 a 3%, donde si se supera esta deviación significa la presencia de una anomalía, como se puede observar en la Tabla 11 las mediciones relacionadas con H3 presenta un incremento en la resistencia del devanado notorio a comparación de los otros devanados.

Tabla 11. Anomalías en un devanado del transformador

DEVANADO DE ALTA H1-H2 (Ω) H2-H3 (Ω) H3-H1 (Ω) 0,142 0,153 0.153 H1-H0 (Ω) H2-H0 (Ω) H3-H0 (Ω) 0,072 0,072 0,084 Fuente: Amperis, 2019

La desviación por lo general se calcula con la resistencia de referencia del transformador o con la obtenida en la hoja de vida por mediciones anteriores de mantenimiento o puesta en servicio. En la Ecuación 1 se presenta la modificación del cálculo el error relativo (Rodríguez Barrera, 2011, p.19) para la aplicación y obtención de porcentajes si la resistencia de referencia se desconoce se utilizan las resistencias medidas de los otros devanados dado que deben ser iguales, realizando las diferentes combinaciones ninguna debe superar el límite desviación establecido.

Donde,

Rf = Resistencia de referencia Rm = Resistencia medida

% 𝐷𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 − 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎

𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙

Ecuación 1. Porcentaje de desviación

Las posibles anomalías son ocasionadas por malas conexiones de los equipos, puentes abiertos o deteriorados y espiras de los devanados en cortocircuito. Cuando no existen anomalías o fallas tanto humanas como eléctricas, las mediciones de resistencia de devanados no tienen porcentajes altos de desviación tanto en los devanados de alta como en los de baja con sus respectivos taps, por ejemplo, las medidas de la Tabla 12.

Tabla 12. Valores medidos de resistencia de devanados en parte de alta del transformador de potencia

TAP DEVANADO DE ALTA

H1-H2 (Ω) H2-H3 (Ω) H3-H1 (Ω)

1 2,738 2,738 2,739

H1-H0 (Ω) H2-H0 (Ω) H3-H0 (Ω)

1,380 1,381 1,380

TAP DEVANADO DE BAJA

X1-X2 (mΩ) X2-X3 (mΩ) X3-X1 (mΩ)

N/A 16,340 16,330 16,350

Fuente: Tracol Transformadores de Colombia (2017).

Una apreciación que se observa en la Tabla 12 son los rangos de las mediciones que por lo general están en mili ohmios (mΩ) por el lado de baja tensión, En alta tensión normalmente está en ohmios (Ω), buscando la menor cantidad de pérdidas generadas por el conductor.

Al realizar la medición de resistencia de devanados se toma la temperatura, en las mediciones presentadas en la Tabla 12 estas fueron realizadas a una temperatura de 30°C, por lo tanto, se debe realizar una corrección de temperatura a 75°C establecido en la IEC 60076-1:2013 y la IEEE Std 62-2005. La cual se realiza con la Ecuación 2 (IEEE C57-2013, p.28), teniendo en cuenta que la temperatura de los bobinados se supone igual que la temperatura del líquido aislante siempre que este cumpla con el requisito de estar sin excitación en un tiempo prudencial.

Rs = Rm ∗ (Ts + Tk)

(Tm + Tk) Ecuación 2. Corrección por temperatura Donde,

Rm = Resistencia Medida Ts = Temperatura a referenciar

Tm = Temperatura al cual se midió Rm

Tk = coeficiente de temperatura por resistividad 234,5 (Cobre) o 228 (aluminio)

Al realizar la corrección por temperatura con las mediciones de la Tabla 12 a 75°C y considerando el coeficiente de resistividad del cobre, se obtienen los resultados presentados en la Tabla 13; donde el aumento de la resistencia es considerable con el objetivo de calcular las pérdidas generadas por el conductor a esta temperatura.

Tabla 13. Corrección de temperatura a 75°C

TAP DEVANADO DE ALTA

H1-H2 (Ω) H2-H3 (Ω) H3-H1 (Ω)

1 3,2038 3,2038 3,2049

H1-H0 (Ω) H2-H0 (Ω) H3-H0 (Ω)

1,614 1,615 1,614

TAP DEVANADO DE BAJA

X1-X2 (mΩ) X2-X3 (mΩ) X3-X1 (mΩ)

N/A 19,119 19,1082 19,1316

Fuente: Tracol Transformadores de Colombia (2017).

Existen transformadores trifásicos que dependiendo su aplicación cuentan con más tap o devanados de salida, tal como lo establece la Norma Técnica Colombiana (NTC) 317, a los cuales se les puede realizar un análisis de manera gráfica visualizando su comportamiento frente a las demás fases del devanado a las diferentes temperaturas que se vea exigido el activo, entre otras. Estas gráficas se pueden realizar de manera manual o con un equipo de alta precisión los cuales realizan automáticamente todos los cálculos y presentación de los mismos.

Figura 17.Resultados de la resistencia de devanado en alta de un transformador de distribución de 11 taps Fuente: Ómicron (2015).

Como se observa en la Figura 17 se tienen las fases de un transformador de distribución con 11 tap por el lado de alta tensión con su respectiva resistencia de devanado corregida por temperatura. Se observa una desviación en el Tap 6 considerable en la Fase A y C a comparación de la Fase B y demás resultados de los otros tap. Los grupos de conexión en los transformadores están relacionados por las conexiones en los devanados, definidas a continuación:

 Conexión Estrella: Es aquella que tiene como punto común (neutro) uniendo tres extremos con la misma polaridad de los devanados, ver Figura 18a.

 Conexión Triangulo o Delta: Es aquella donde se unen continuamente los extremos opuestos de cada dos devanados hasta cerrar el circuito, observar Figura 18b.

a) b)

Figura 18. Conexión de los devanados : a) Estrella, b) Triangulo Fuente: Separata del Curso Transformadores de Potencia (2017)

La identificación de las conexiones de los devanados se realiza en la placa de características de los transformadores, donde el lado de alta tensión esta referenciado con las letras “U- V- W” o “H1-H2-H3” mientras que por el lado de baja tensión es identificado con las letras “X- Y- Z” o “X1-X2-X3” y un neutro físico este está marcado por lo general “Pn -X0-H0” como se ilustra en la Figura 19.

Figura 19. Identificación de los devanados y su conexión interna Fuente: ABB (2019)

Una vez identificadas las bobinas se mira el grupo de conexión del transformador el cual tiene la primera letra en mayúscula “D o Y” perteneciente a la bobina primaria y la segunda letra en minúscula “d o y” correspondiente a la bobina secundaria, en el caso del neutro este asociado con las letras “N o n”, como se observa en la Figura 20. Dependiendo el devanado que se encuentre ubicado, esto seguido por el índice horario

a) b)

Figura 20. Identificación del neutro con su ubicación : a) Grupo de conexión sin neutro, b). Grupo de conexión con neutro Fuente: INATRA (2019).

La medición de la resistencia de devanados establecido por la Norma Técnica Colombiana (NTC) 375 sugiere dos opciones, las cuales tienen como objetivo realizar medidas de la mejor manera, así obteniendo resultados con un grado de confiabilidad alto. La mayoría de equipos usados por las empresas tienen como principio alguno de estos métodos, los cuales se definen a continuación.

2.8.1.1 MÉTODO DE CAÍDA DE POTENCIAL

Principalmente se utiliza si la corriente nominal de los devanados es mayor a 1[A] (Amperio), si cumple esta primicia se inyecta corriente continua, donde las lecturas de corriente y diferencia de potencial se miden simultáneamente, de tal forma que la resistencia es calculada con la ley de ohm.

Al realizar este método por empresas dedicadas al mantenimiento en transformadores se debe considerar las siguientes recomendaciones:

 La corriente de inyección, no debe superar el 15% de la corriente nominal del devanado bajo prueba.

 Las lecturas deben tomarse hasta que se hayan estabilizado.

 Se deben tomar al menos tres lecturas y sacar el promedio de las resistencias calculadas el cual se considera como el resultado final.

 Los instrumentos de medidas deben ser independientes y deben conectarse tan cerca como sea posible del devanado.

2.8.1.2 MÉTODO DE LOS PUENTES

El método de los puentes (kelvin y Wheatstone) principalmente se basa en la comparación entre resistencias conocidas (R, R1 y R2) y la resistencia a medir (Rx), algunas sugerencias al realizar la medición son:

 Limpiar los bornes del transformador a medir retirando la contaminación para asegurar resultados confiables.

 Verificar un buen agarre de las pinzas con las bornas del transformador.

 Verificar la calibración del medidor de corriente (M)

 Se deben tomar al menos tres lecturas y sacar el promedio de las resistencias medida el cual se considera como el resultado final.

La NTC 375 establece que las resistencias se ajustan hasta que el medidor (M) este en cero, por lo cual se tiene la ventaja de una exactitud más grande.