Ensayos en cortocircuito de transformadores

Configuración de medida para ensayos en cortocircuito de transformadores

Los prototipos de transformadores se someten a pruebas de rendimiento antes de la producción (ensayos de tipo). Una vez fabricados, los transformadores deben superar antes de su puesta en servicio otras pruebas para confirmar el cumplimiento de los requisitos normativos y reglamentarios (ensayos de aceptación). Las pruebas de pérdidas en carga forman parte de los ensayos rutinarios y de aceptación especificados en la norma internacional IEC 60076.

El ensayo en cortocircuito determina las pérdidas en el cobre de un transformador de potencia cuando opera en condiciones de cortocircuito a plena carga. El lado primario del transformador se conecta (además de a la fuente de alimentación de CA) al analizador de potencia, y el secundario (todas las fases) se cortocircuita. Un transformador que presenta altas pérdidas en el cobre es menos eficiente, ya que disipa energía generando calor inútil. Además, tiene un mayor riesgo de fallo por sobrecarga y sobrecalentamiento.

Una medida de pérdida en el cobre de un transformador precisa permite constatar si el transformador es capaz de rendir conforme a lo especificado bajo la corriente nominal.

Ensayos en vacío de transformadores en condiciones sin carga

Mientras que las pérdidas en carga solamente se producen cuando un transformador funciona en régimen de carga, las pérdidas en vacío se producen siempre que está energizado, independientemente de la carga. Además del ensayo de cortocircuito para medir la pérdida en el cobre de un transformador, el ensayo en vacío mide la pérdida en el hierro en condiciones de vacío. El analizador de potencia se conecta en el lado primario de alta tensión del transformador, mientras que el secundario permanece abierto, sin ninguna carga conectada.

Más información sobre los ensayos en vacío de transformadores

Ensayos en cortocircuito para determinar pérdidas en carga de transformadores

Las pérdidas en el cobre se producen siempre que los devanados del transformador están bajo carga. Estas pérdidas se deben principalmente a su resistencia interna, y aumentan cuando se aplica carga. Midiendo la pérdidas totales bajo carga (en el cobre) a la corriente nominal se puede determinar la eficiencia y la pérdida de energía de un transformador en condiciones de plena carga.

Las medidas multicanal permiten captar los siguientes valores para cada fase y para el sistema en conjunto con una sola configuración de prueba:

• Potencia: mide la potencia en cortocircuito, por fase y en total, para determinar las pérdidas en el cobre a plena carga nominal
• Corriente: mide la corriente aplicada, por fase, para confirmar cuándo se alcanza la corriente nominal del transformador
• Tensión: mide la tensión de operación, por fase, mientras la corriente se eleva hasta el valor nominal
• Impedancia: mide la impedancia por fase y total en todo el rango de ensayo para caracterizar tanto el comportamiento individual de cada fase como del sistema completo

Causas de pérdidas en el cobre en los transformadores

Las pérdidas en carga no se pueden eliminar por completo, pero sí se puede optimizar el diseño del transformador para elevar al máximo la eficiencia y reducir al mínimo las pérdidas de energía.

Las pérdidas en el cobre aumentan debido a:

• Resistencia del conductor: la función del conductor de cobre es transportar la corriente eléctrica. Los devanados del conductor de materiales con mayor resistencia, menor sección transversal o de mayor longitud aumentan las pérdidas en carga.
• Magnitud de la corriente de carga: dado que las pérdidas en carga crecen de forma proporcional al cuadrado de la corriente de carga, una corriente más elevada aumenta las pérdidas en el cobre.
• Temperatura de funcionamiento: una mayor temperatura de los devanados incrementa la resistencia y con ello las pérdidas bajo carga.

Desafíos de los ensayos en cortocircuito de transformadores

Los fabricantes mejoran constantemente sus diseños y adoptan nuevos materiales para producir transformadores cada vez más fiables con menos pérdidas. Al mismo tiempo, las normas, las especificaciones técnicas y los reglamentos son cada vez más exigentes. La búsqueda continua de transformadores más eficientes para apoyar la transición energética global plantea toda una serie de desafíos en relación con los ensayos en cortocircuito:

• registro de una gran cantidad de parámetros eléctricos, incluidos potencia, corriente, tensión y frecuencia, en una sola configuración de medida
• obtención de medidas precisas con una herramienta multifunción que facilite el análisis detallado en el dominio frecuencial y temporal
• cumplimiento de normas internacionales como IEC 60076
• cálculo con corrección de la pérdida de potencia en cortocircuito como consecuencia de variaciones de temperatura respecto a la temperatura especificada del devanado
• medida y evaluación simultánea de impedancia específica de fase e impedancia total
• documentación del ensayo conforme con las normas de auditoría
• exportación de datos compatible con aplicaciones de otros proveedores

Nuestra solución para ensayos en cortocircuito de transformadores

Fabricantes y laboratorios de ensayos confían en el analizador de potencia LMG671 de alta precisión para realizar ensayos en cortocircuito con la precisión y extensión necesarias. Este instrumento ofrece medidas multicanal flexibles y proporciona datos conformes con la normativa para elaborar ensayos rigurosos, exhaustivos y eficientes de transformadores de potencia.

Los fabricantes y laboratorios de ensayos pueden utilizar un analizador de potencia de alta precisión como única plataforma de medida para adquirir todos los datos relevantes y obligatorios en lugar de tener que emplear varios instrumentos convencionales como un vatímetro, un osciloscopio, un multímetro digital y un registrador de datos.

• Hasta siete módulos de medida de potencia para medir tensiones, corrientes y potencia de todas las fases con una conectividad plena.
• Una interfaz de señal de proceso (PSI) recopila datos adicionales relativos a las condiciones ambientales del ensayo, como temperatura, humedad y vibración.
• Medidas de alta precisión en un rango de corriente altamente dinámico.
• Menús de medida preconfigurables para ensayos en vacío y en cortocircuito que el usuario puede cargar y personalizar para simplificar los procedimientos del ensayo.
• Software opcional de cálculo estrella-triángulo L6-OPT-SDC para calcular con exactitud valores de potencia específicos de fase en distintas configuraciones de conexión del transformador
• Resultados del ensayo normalizados, fiables y comparables.