Pruebas de circuitos abiertos de transformadores

Configuración del transformador para pruebas en vacío

Para asegurar la máxima eficiencia y la mínima pérdida de potencia, los transformadores se prueban antes de su producción en serie a fin de evaluar si se adecuan a sus aplicaciones planeadas (ensayos de tipo) y de nuevo tras su fabricación con la finalidad de confirmar su calidad, confiabilidad y conformidad con los requisitos normativos y regulatorios aplicables (ensayos de aceptación).

En primer lugar, las pruebas de pérdidas en vacío miden las pérdidas en el hierro (núcleo) de un transformador de potencia cuando funciona en condiciones reales sin ninguna carga conectada. El analizador de potencia se conecta a los lados primarios y de alto voltaje del transformador, mientras que el lado secundario permanece abierto. Por esta razón, las pruebas de pérdidas en vacío también se conocen como pruebas de circuito abierto. La medición precisa de las pérdidas en el hierro del transformador es una parte fundamental para todos los ensayos de tipo y de aceptación.

Pérdidas en el hierro vs. pérdidas en el cobre: pruebas en cortocircuito de transformadores

Tras la prueba en vacío, la prueba en cortocircuito sigue un enfoque inverso con el fin de obtener una medición de las pérdidas en el cobre (bobinas) del transformador. El lado primario del transformador de potencia se conecta al analizador de potencia, mientras que el lado secundario (todas las fases) se cortocircuita.

Obtenga más información sobre las pruebas en cortocircuito de transformadores.

Medición de la corriente en vacío, la potencia corregida y de las pérdidas en el hierro en las pruebas de transformadores de potencia

Las pérdidas en vacío son aproximadamente constantes y se producen cada vez que se energiza un transformador de potencia. Para cuantificar estas pérdidas, las pruebas multicanal capturan los siguientes datos en una configuración de medición única, tanto para cada fase, como para el sistema en general:

• Potencia: la medición tanto de la potencia activa como de las pérdidas determina la pérdida en el hierro del transformador.
• Corriente: la medición de la corriente de magnetización caracteriza la cantidad de corriente que se necesita para generar y mantener el flujo magnético en el núcleo.
• Voltaje: las condiciones de prueba se verifican bajo condiciones de funcionamiento al voltaje nominal.
• Frecuencia: al tener en cuenta las influencias del entorno de prueba, se mide la frecuencia en el punto de funcionamiento de la prueba a fin de permitir la determinación de potencia corregida.

Razones para realizar mediciones de pérdidas en el hierro

Las pérdidas separadas en el núcleo que se miden durante una prueba de circuito abierto pueden principalmente deberse a la pérdida por histéresis y a la pérdida por corriente de Foucault:

• La pérdida por histéresis es ocasionada por la fricción magnética, la cual genera calor cuando la corriente alterna cambia de sentido, lo que magnetiza y desmagnetiza repetidamente el núcleo. Un núcleo de acero de baja calidad con una mayor histéresis puede aumentar la pérdida de potencia. El acero eléctrico de alto rendimiento muestra una mayor resistividad eléctrica, una mayor permeabilidad magnética y una menor pérdida en el núcleo. El diseño del núcleo y la frecuencia de la alimentación de corriente alterna que se ha suministrado pueden también influir en la pérdida por histéresis.
• Las corrientes de circulación que se inducen en las láminas del núcleo, las cuales generan calor, ocasionan pérdidas por corrientes de Foucault. Las láminas más gruesas aumentan la pérdida por corriente de Foucault, mientras que las más delgadas disminuyen la pérdida de potencia. El aislamiento entre las láminas debe ser el adecuado, y es necesario eliminar las partes del aislamiento que se encuentren dañadas para obtener un rendimiento óptimo. Un trayecto de flujo optimizado también mejora la eficiencia magnética y ayuda a disminuir las pérdidas en el hierro.

Desafíos en las pruebas en vacío de transformadores

La tecnología de transformadores está en constante evolución y la normativa se actualiza regularmente. A la hora de realizar pruebas de circuito abierto de transformadores, tanto los fabricantes como los laboratorios de prueba se enfrentan a una serie de desafíos:

• Adquirir todos los parámetros eléctricos que se requieren para las pruebas avanzadas: idealmente debe capturarse la potencia, la corriente, el voltaje y la frecuencia por medio de un único instrumento multicanal, preciso y de alto funcionamiento en una sola configuración de medición.
• Cumplir con las normas de la Comisión Electrotécnica Internacional (por ejemplo, la norma IEC 60076): la serie internacional de normas para los transformadores de potencia especifica los métodos, reglas y tolerancias de medición a las que las pruebas de transformadores deben adherirse.
• Precisión de la medición del factor de potencia bajo (precisión de amplitud y de fase): tanto la baja corriente como el factor de potencia bajo durante las pruebas en vacío amplifican la influencia de las tolerancias a errores y, por lo tanto, requieren de una alta precisión del instrumento.
• Mediciones de potencia corregidas: los valores de medición estandarizados y comparables deben tener en cuenta las influencias de los entornos de prueba, así como las desviación de las condiciones nominales de alimentación.
• Exportación de datos compatibles y documentación de pruebas conforme a los requisitos de auditoria: los parámetros medidos necesitan almacenarse, procesarse y exportarse en formatos trazables, los cuales deben ser compatibles con aplicaciones y sistemas de generación de informes de terceros.

Nuestras soluciones de medición de potencia para pruebas en vacío

El analizador de potencia de precisión LMG671, con sus canales de corriente tipo S, proporciona pruebas precisas y eficientes en toda la secuencia de prueba del transformador. Durante las pruebas de circuito abierto (en vacío), cuando el factor de potencia es bajo, mantiene la precisión de medición. Durante las pruebas en cortocircuito, donde las corrientes son elevadas, mantiene su precisión a alta potencia, todo ello sin la necesidad de intercambiar funciones.

El LMG671 combina tanto las funcionalidades obligatorias, como las capacidades de análisis de un medidor de potencia de precisión, un osciloscopio, un multímetro digital y un registrador de datos, todo en un solo instrumento. Se trata de un analizador de potencia multifuncional que ofrece mediciones multicanal flexibles y proporciona datos conforme con las normas.

• Conectividad completa: hasta siete ranuras, las cuales pueden equiparse con canales de medición de potencia y/o interfaces de señal de procesos (PSI) para medir la potencia de todas las fases
• Señales de sensor adicionales: una integración de la interfaz PSI para recopilar señales analógicas y/o digitales importantes para el punto de funcionamiento, como las condiciones ambientales y la unidad, además de la temperatura, humedad y vibración
• Precisión de la medición del factor de potencia bajo: ajuste de sincronización interno a nivel de nanosegundos entre las entradas de medición de voltaje y corriente en todos los canales para obtener mediciones de potencia inequívocas y de alta precisión, incluso a factores de potencia extremadamente bajos, hasta ≤ 0,001
• Tolerancia de la medición de potencia: cobertura total del rango del factor de potencia desde PF = 0 hasta 1, lo que evita los términos de error complejos o los componentes de error ocultos que, en caso contrario, pudieran surgir en condiciones de factor de potencia bajo
• Menú de medición personalizable y orientado a la aplicación: resúmenes completos con menús de medición personalizados que combinan todas las magnitudes de medición disponibles, tanto de manera numérica como visual
• Cálculo estrella-triángulo integrado: conversión precisa de voltaje de triángulo a estrella, el cual proporciona las potencias de fase individuales correctas a través de la opción de software L6-OPT-SDC.
• Estandarización: resultados precisos, confiables y comparables de conformidad con la norma IEC 60076