Ensayos en vacío de transformadores

Configuración para ensayos en vacío de transformadores

Para garantizar la máxima eficiencia y la mínima pérdida de potencia, los transformadores se someten a ensayos antes de la producción en serie para evaluar si son aptos para las aplicaciones a las que están destinados (ensayo de tipo), y nuevamente después de la fabricación para confirmar su calidad, fiabilidad y conformidad con la normativa y los requisitos reglamentarios aplicables (ensayo de aceptación).

En primer lugar, el ensayo de pérdidas en vacío mide las pérdidas en el hierro en un transformador de potencia durante el funcionamiento en condiciones reales sin ninguna carga conectada. El analizador de potencia se conecta en los lados primario y de alta tensión del transformador, mientras que el secundario permanece abierto. Por eso, el ensayo en pérdidas en vacío se denomina también ensayo de circuito abierto. La precisión de medida de pérdidas en el hierro del transformador es una parte fundamental de todos los ensayos de tipo y de aceptación.

Pérdidas en el hierro frente a pérdidas en el cobre: ensayos en cortocircuito

Después del ensayo en vacío, se realiza un ensayo en cortocircuito que sigue un procedimiento inverso para obtener una medida de las pérdidas en el cobre del transformador. El lado primario del transformador se conecta al analizador de potencia, y el secundario (todas las fases) se cortocircuita.

Más información sobre los ensayos en cortocircuito de transformadores.

Medidas de corriente en vacío, de potencia corregida y de pérdidas en el hierro en ensayos de transformadores de potencia

Las pérdidas en vacío son aproximadamente constantes y se presentan siempre que un transformador de potencia está energizado. Para cuantificar estas pérdidas, las pruebas multicanal capturan la siguiente información en una configuración de medida única, para cada fase y para el sistema en conjunto:

• Potencia: la medida de la potencia activa y de las pérdidas determina las pérdidas en el hierro del transformador.
• Corriente: la medida de la corriente de magnetización caracteriza la corriente necesaria para establecer y mantener el flujo magnético en el núcleo.
• Tensión: las condiciones de ensayo se verifican en régimen de tensión nominal.
• Frecuencia: se mide la frecuencia en el punto de funcionamiento de ensayo para poder determinar la potencia corregida, teniendo en cuenta las influencias del entorno de prueba.

Por qué realizar medidas de pérdidas en el hierro

Las pérdidas en el núcleo medidas por separado durante un ensayo en vacío se deben principalmente a pérdidas por histéresis y pérdidas por corriente de Foucault:

• las pérdidas por histéresis se deben a la fricción magnética que genera calor cuando la corriente alterna cambia de dirección, magnetizando y desmagnetizando repetidamente el núcleo. Un núcleo de acero inferior con mayor histéresis puede incrementar la potencia perdida. Los aceros eléctricos de alto rendimiento ofrecen mayor resistividad eléctrica, mayor permeabilidad magnética y menos pérdidas en el núcleo. El diseño del núcleo y la frecuencia de la alimentación de corriente alterna también pueden repercutir en las pérdidas por histéresis.
• las pérdidas por corriente de Foucault se producen por corrientes inducidas que circulan en las láminas del núcleo y generan calor. Las láminas gruesas aumentan las pérdidas por corriente de Foucault, mientras que las láminas más finas reducen las pérdidas de potencia. Debe elegirse un aislamiento entre las láminas adecuado, y las partes del aislamiento dañadas se deben reparar para alcanzar un rendimiento óptimo. Un camino del flujo magnético optimizado mejora también la eficiencia magnética y contribuye a reducir las pérdidas en el hierro.

Desafíos de los ensayos en vacío de transformadores

La tecnología de transformadores evoluciona constantemente y la correspondiente normativa se actualiza con regularidad. Cuando se trata de realizar ensayos en vacío en transformadores, los fabricantes y laboratorios de ensayos se enfrentan a una serie de desafíos:

• Adquisición de todos los parámetros eléctricos necesarios para test avanzados: la potencia, la corriente, la tensión y la frecuencia deberían obtenerse, en el caso ideal, con un instrumento multicanal de alta precisión y alto rendimiento en una única configuración de medida.
• Cumplimiento de las normas de la Comisión Electrotécnica Internacional (p. ej., IEC 60076): la serie de normas internacionales para transformadores de potencia especifica métodos de medida, reglas y tolerancias a las que deben ajustarse los ensayos de transformadores.
• Exactitud de medida de factores de baja potencia (precisión de amplitud y de fase): los factores de baja corriente y baja potencia en los ensayos en vacío amplifican la influencia de las tolerancias de error y, por lo tanto, exigen instrumentos que brinden una alta exactitud de medida.
• Medida de potencia corregida: los valores de medida estandarizados y comparables deben tener en cuenta las influencias del entorno de prueba, así como las desviaciones respecto a las condiciones de suministro nominales.
• Exportación de datos compatible y documentación del ensayo conforme con las normas de auditoría: los parámetros medidos deben almacenarse, procesarse y exportarse en formatos trazables, compatibles con aplicaciones de otros proveedores y con las respectivas convenciones de protocolización.

Nuestra solución de medida de potencia para ensayos en vacío de transformadores

El analizador de potencia de alta precisión LMG671, con sus canales de corriente de tipo S, permite llevar a cabo ensayos precisos y eficientes en toda la secuencia de prueba de los transformadores. En los ensayos en vacío (sin carga), cuando el factor de potencia es bajo, mantiene la exactitud de la medida. En los ensayos en cortocircuito, cuando las corrientes son altas, mantiene la precisión a alta potencia, sin que ello suponga tener que sacrificar una capacidad por la otra.

El LMG671 combina las funciones y capacidades de análisis imprescindibles de un vatímetro de alta precisión, un osciloscopio, un multímetro digital y un registrador de datos, todo en un mismo instrumento. Se trata de un analizador de potencia multifunción que facilita medidas multicanal flexibles y proporciona datos conformes con la normativa.

• Conectividad integral: hasta siete ranuras equipables con canales de medida de potencia y/o interfaces de señal de proceso (PSI) para medir la potencia de todas las fases
• Señales de sensor adicionales: integración de PSI para recopilar señales analógicas y/o digitales relevantes para el punto de funcionamiento, como las condiciones ambientales y de la unidad bajo prueba, incluyendo temperatura, humedad y vibración
• Precisión de medida de factores de potencia bajos: ajuste de sincronización interna a nivel de nanosegundos entre las entradas de medida de corriente y tensión en todos los canales para obtener medidas de potencia inequívocas y de alta precisión incluso con factores de potencia extremadamente bajos hasta ≤ 0,001
• Tolerancias de medida de potencia: cobertura del rango completo de factores de potencia desde PF = 0 a 1, evitando los términos de error complejos o componentes de error ocultos que podrían aparecer en condiciones de factor de potencia bajo
• Menú de medida personalizable y orientado a la aplicación: esquemas completos con menús de medida personalizados que consolidan todas las magnitudes medidas disponibles de forma numérica o visual
• Cálculo estrella-triángulo integrado: conversión precisa de tensión de triángulo a estrella, que aporta las potencias correctas de cada fase mediante la opción de software L6-OPT-SDC.
• Normalización: resultados de medida precisos, fiables y comparables de conformidad con la norma IEC 60076