Pruebas avanzadas en transformadores: metodología, interpretación y criterios de aceptación

El artículo expone un enfoque técnico sobre las pruebas eléctricas avanzadas aplicadas a transformadores de potencia, fundamentales para detectar fallas incipientes y garantizar la confiabilidad operativa. Se detallan ensayos clave como el análisis de respuesta en frecuencia (FRA), descargas parciales (PD), factor de potencia (tan δ), medición de capacitancia e impedancia de cortocircuito, explicando su propósito, metodología y normativas aplicables. Además, se destaca la importancia de su correcta interpretación y documentación, así como su integración en programas de mantenimiento predictivo. Estas pruebas permiten anticipar fallas estructurales y dieléctricas, aportando valor estratégico a la gestión de activos eléctricos críticos.

En el contexto de mantenimiento predictivo y diagnóstico especializado de transformadores de potencia, las pruebas eléctricas avanzadas se han convertido en herramientas fundamentales para detectar fallas incipientes, evaluar condiciones dieléctricas críticas y prevenir eventos catastróficos. Estas pruebas van más allá de las rutinas básicas y requieren un enfoque técnico más riguroso, tanto en su ejecución como en la interpretación de sus resultados.

Este artículo presenta un análisis detallado de las pruebas avanzadas más utilizadas en campo, sus fundamentos técnicos, el equipamiento requerido y los criterios de aceptación recomendados por normativas internacionales.

1. Análisis de Respuesta en Frecuencia (FRA)

¿Qué es?

El FRA (Frequency Response Analysis) es una técnica no destructiva utilizada para detectar desplazamientos mecánicos en los devanados, deformaciones estructurales, cortocircuitos entre espiras o fallas por esfuerzos de cortocircuito y transporte.

Procedimiento:

• Se aplica una señal de barrido de frecuencia (de 20 Hz a 2 MHz) a los devanados del transformador desconectado.

• Se registra la respuesta de impedancia o transferencia y se compara con firmas previas (prueba comparativa).

Interpretación:

• Cambios en la forma de la curva o desviaciones respecto a pruebas históricas pueden indicar movimientos de bobinas, desplazamiento del núcleo o fallas de conexión.

Normativa:

• IEC 60076-18 y IEEE C57.149 proporcionan lineamientos técnicos para su ejecución.

2. Análisis de Descarga Parcial (PD)

¿Qué es?

Las descargas parciales son descargas eléctricas localizadas que ocurren en defectos del aislamiento sólido o líquido, sin provocar cortocircuitos totales. Son precursoras de fallas graves.

Procedimiento:

• Se aplica una tensión de prueba (superior a la nominal).

• Se utilizan sensores UHF, acústicos o de corriente para detectar impulsos de PD.

• Se miden magnitud (en pC) y localización de la descarga.

Aplicación:

• Detección de cavidades, inclusiones de humedad, envejecimiento del papel Kraft o defectos de fabricación.

Normativa:

• IEC 60270 es la norma de referencia para pruebas de PD.

3. Medición de Capacitancia y Factor de Potencia (tan δ)

¿Qué es?

Estas pruebas permiten evaluar la condición del sistema de aislamiento (papel, aceite, bujes) midiendo pérdidas dieléctricas. Un aumento del tan δ indica deterioro.

Procedimiento:

• Se aplica una tensión alterna a frecuencia industrial.

• Se mide la corriente de fuga capacitiva y su desfase respecto a la tensión.

• El valor del ángulo de pérdida (tan δ) se correlaciona con el estado del aislamiento.

Límites de aceptación:

• Tan δ < 0.5% es considerado óptimo en la mayoría de los equipos nuevos.

• Aumentos graduales año tras año indican degradación progresiva.

Normativa:

• IEEE Std C57.152 y IEC 60076-3.

4. Impedancia de Cortocircuito

¿Qué es?

Esta prueba evalúa el porcentaje de impedancia que presenta el transformador con una conexión en corto entre terminales secundarios. Permite verificar la rigidez mecánica del conjunto.

Aplicación:

• Detección de cortocircuitos internos, desplazamientos o deformaciones del núcleo magnético.

Valor típico:

• Generalmente entre 4% y 10%, dependiendo del diseño y potencia.

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5. Consideraciones para la implementación

Recomendaciones:

• Comparar con resultados base (pruebas de fábrica o puestas en servicio).

• Realizar pruebas en condiciones ambientales controladas.

• Documentar con gráficas, análisis espectral y protocolos de resultados.

• Complementar con análisis fisicoquímico de aceite y monitoreo térmico.

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Conclusión

Las pruebas eléctricas avanzadas permiten detectar problemas que pasarían desapercibidos en pruebas convencionales. Implementar estos ensayos de forma periódica, dentro de un plan de mantenimiento predictivo bien estructurado, representa una inversión clave para extender la vida útil del transformador y mitigar el riesgo de fallas costosas.

Conocer su metodología, criterios de aceptación e interpretación adecuada es una competencia técnica esencial para ingenieros eléctricos, supervisores de mantenimiento y especialistas en diagnóstico de equipos de alta tensión.