Prueba de relación de
transformación (TTR)
La relación de transformación es la relación de voltaje de
devanado de alto voltaje al devanado de bajo voltaje para transformadores de
dos devanados. Cuando hay más de dos devanados existen varias relaciones de
transformación, todas medidas con respecto al devanado de alto voltaje. Los
distintos voltajes que tiene un transformador se indican normalmente en la
placa de características del transformador.
Se pueden
emplear en general dos métodos para determinar la relación de transformación en
transformadores: usando voltmetros conectados a los devanados de alto voltaje y
bajo voltaje (cuando es necesario se conecta a través de transformadores de
potencial). Por este procedimiento fija un valor de voltaje en el devanado de
alto voltaje de transformador, tomando la lectura correspondiente a este
voltaje de devanado secundario. Para compensar errores es conveniente
intercambiar los voltmetros. El procedimiento se repite para varios valores de
voltaje. Para transformadores trifásicos se usa una fuente de alimentación
trifásica y se admite una tolerancia de ± 1%.
El otro método
de medición de la relación de transformación es por medio de un aparato
denominado TTR (Transformer Test-Turn Ratio) y que consiste de una serie de
ajustes para dar suficiente precisión a la lectura, que se toma conectando
cables a cada uno de los devanados del transformador (por parejas). El aparato
es en realidad una fuente de voltaje regulada.
Objetivo de las
pruebas de factor de potencia en los devanados
Verificar que las relaciones de transformación para
las diferentes posiciones del tap de un transformador están dentro de la
tolerancia de medición.
NORMAS DE REFERENCIA
Las presentes especificaciones están referidas a lo
estipulado en las normas: IEEE C57.12.90-1993 "IEEE Standard test code for
liquid - inmersed distribución, power, and regulating transformers and IEEE
guide for short - circuit testing of distribution and power transformers".
NMX-J-116-1996-ANCE
"Transformadores de distribución tipo poste y tipo subestación"
METODO DE PRUEBA
Existen 3 métodos de prueba para la determinación
de la relación de transformación: El método del vóltmetro. El método de
comparación. El método del puente. La presente especificación está referida al
método del puente para conocer la relación ya que es el método más preciso de
los 3 y no se requiere de un segundo transformador de condiciones idénticas al
de prueba, por lo que esta prueba se aplica fácilmente en el campo.
PROCEDIMIENTO
La relación de transformación es el número de
vueltas que lleva el devanado de alta tensión contra el número de vueltas del
devanado de baja tensión. Para los transformadores que tienen cambiador de
derivaciones (tap´s) para cambiar su relación de voltaje la relación de
transformación se basa en la comparación entre el voltaje nominal de referencia
del devanado respectivo contra el voltaje de operación o porcentaje de voltaje
nominal al cual está referido. La relación de transformación de éstos
transformadores se deberá determinar para todos los tap´s y para todo el
devanado.
CRITERIOS DE APROBACIÓN
La tolerancia para la relación de transformación,
medida cuando el transformador está sin carga debe ser de ± 0.5% en todas sus
derivaciones.
REPORTE DE PRESENTACIÓN DE RESULTADOS
El reporte de presentación de resultados de la
prueba de relación de transformación está elaborado en base a los datos del
reporte del cual se compone la "hoja de campo de pruebas a
transformadores".
El análisis de los resultados se presenta una tabla
que contenga de manera resumida si el transformador cumple o no con la norma
respecto a la prueba de relación de transformación.
El
Factor de Potencia de un aislamiento es una cantidad adimensional normalmente
expresada en por ciento, que se obtiene de la resultante formada por la
corriente de carga de pérdidas que toma el aislamiento al aplicarle una
corriente de un voltaje determinado, es en sí, una característica propia del
aislamiento al ser sometido a campos eléctricos.
Debido
a la situación de no ser aislantes perfectos, además de una corriente de carga
puramente capacitiva, siempre los atravesará una corriente que está en fase con
el voltaje aplicado (Ir), a esta corriente se le denomina de pérdidas
dieléctricas, en estas condiciones el comportamiento de los dieléctricos queda
representado por el siguiente diagrama vectorial.
Figura
"A" Diagrama vectorial que muestra el comportamiento de un
aislamiento al aplicarle un voltaje dado.
|
Ir
|
Corriente
de pérdidas
|
|
Ic
|
Corriente
de carga.
|
|
I
|
Corriente
resultante de Ic más Ir.
|
|
V
|
Voltaje
aplicado.
|
Para
aislamientos con bajo Factor de Potencia, (Ic) e (I) son substancialmente de la
misma magnitud y la corriente de pérdidas (Ir) muy pequeña, en estas
condiciones el ángulo ó es muy pequeño y el Factor de Potencia estará dado entonces
por:
FP =
COS f SEN d y prácticamente = TAN d
De lo
anterior se desprende que el Factor de Potencia siempre será la relación de los
Watts de pérdidas (Ir), entre la carga en Volts - Amperes del dieléctrico bajo
prueba (I).
El
método de medida del equipo de prueba, se fundamenta, en un circuito puente de
resistencias y Capacitores. Con el conocimiento de los valores de la corriente
de carga, el voltaje de prueba y la frecuencia, la capacitancia del aislamiento
puede ser determinada de la siguiente manera.
C = (
I Sen f / V ) = I / V
La
capacitancia de aislamientos secos no es afectada apreciablemente por la
temperatura; sin embargo en los casos de aislamientos húmedos o contaminados,
esta tiende a incrementarse con la temperatura.
Tomando
en consideración que la reactancia de los aislamientos es predominantemente
capacitiva y las pérdidas eléctricas reducidas, la magnitud de la corriente de
carga puede calcularse por:
I = V/
wC ó V A = V2/ wC
|
I =
|
Magnitud
de la corriente de carga.
|
|
V =
|
Potencial
aplicado.
|
|
w =
|
Frecuencia
angular (2pf).
|
|
C =
|
Capacitancia.
|
De las
fórmulas anteriores puede determinarse la máxima capacitancia que un equipo de
prueba puede aceptar para obtener mediciones confiables.
Por
ejemplo: La máxima capacitancia que un equipo de prueba para 10 KV., puede
medir por 15 minutos de prueba, seria:
C = I
/ wV = (0.200 x 1012) / (377 X 104) = 53,000 picofaradios
Y en
forma continua:
C = I
/ wV =(0.100 x 10 12) / (377 x 104) 26,500 picofaradios.
Las
boquillas para Transformadores, Interruptores, etc., usualmente tienen
capacitancias considerablemente menores que los valores calculados
anteriormente.
Los
cables de potencia de gran longitud, pueden tener una capacitancia que excedan
a los 26,500 picofaradios del medidor, se recomienda hacer el cálculo previo
del valor de la capacitancia del cable de que se trate, para poder efectuar la
prueba de factor potencia.
En
equipos con capacitancias mayores que los valores límites calculados para el
medidor de 10 KV., deben ser probados a voltajes menores.
FACTORES
QUE AFECTAN LA PRUEBA
Entre
los factores que afectan la prueba y tienden a aumentar el valor de factor de
potencia de los aislamientos de una manera notable son: la suciedad, la humedad
relativa, la temperatura y la inducción electromagnética.
METODO
DE MEDICION
La
prueba consiste en aplicar un potencial determinado al aislamiento que se desea
probar, medir la potencia en Watts que se disipa a través de él y medir la
carga del mismo en Volts - Amperes. El Factor de Potencia se calcula dividiendo
los Watts entre los Volts - Amperes y el resultado se multiplica por 100.
CONSIDERACIONES
Para
la interpretación de resultados de prueba, es necesario el conocimiento de
valores básicos de Factor de Potencia de materiales aislantes. Como referencia,
se presentan valores de Factor de Potencia y constantes dieléctricas de algunos
materiales.
|
MATERIAL
|
% FP
A 20°C
|
CONST.
DIELECTRICA.
|
|
Aire
|
0.0
|
1.0
|
|
Aceite
|
0.1
|
2.1
|
|
Papel
|
0.5
|
2.0
|
|
Porcelana
|
2.0
|
7.0
|
|
Hule
|
4.0
|
3.6
|
|
Barniz
Cambray
|
4.0
- 8.0
|
4.5
|
|
Agua
|
100.0
|
81.0
|
|
EQUIPO
|
%
F.P. a 20° C
|
|
Boquillas
tipo condensador en aceite
|
0.5
|
|
Boquillas
en compound
|
2.0
|
|
Transformadores
en aceite
|
1.0
|
|
Transformadores
nuevos en aceite
|
0.5
|
|
Cables
con aislamiento de papel
|
0.3
|
|
Cables
con aislamiento de barniz cambray
|
4.0
- 5.0
|
|
Cables
con aislamiento de hule
|
4.0
- 5.0
|
El
principio fundamental de las pruebas es la detección de algunos cambios de la
característica del aislamiento, producidos por envejecimiento y contaminación
del mismo, como resultado del tiempo y condiciones de operación del equipo y
los producidos por el efecto corona.
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