Prueba de corriente de excitación de transformadores: detección de fallas del núcleo y los devanados

Qué es

La prueba de corriente de excitación, llamada a veces prueba de corriente en vacío o de corriente de magnetización, mide la pequeña corriente que un transformador toma para magnetizar su núcleo cuando se energiza un devanado y los demás se dejan abiertos. En campo se realiza con un voltaje reducido suministrado por un equipo de prueba portátil, normalmente en el devanado de alta tensión de un transformador de potencia o de distribución, una fase a la vez. La prueba se aplica a transformadores en líquido, a transformadores secos grandes enfriados por aire y a reguladores de voltaje de pasos, incluidas las posiciones del cambiador de derivaciones bajo carga, de modo que la lectura se toma en cada derivación de interés y, en algunas unidades, con el neutro accesible. Se exige como prueba eléctrica en la aceptación y en el mantenimiento, y en las especificaciones a veces figura como opcional para las posiciones de derivación y el neutro. El resultado es una corriente, a menudo registrada junto con el voltaje aplicado y las pérdidas, y el valor de cada fase se compara con las demás y con datos anteriores o de fábrica.

Por qué se realiza

La corriente de excitación es un indicador sensible del estado del circuito magnético y del aislamiento entre espiras. Las espiras en cortocircuito en un devanado, el daño de las láminas del núcleo, una junta del núcleo que se movió, una corriente circulante en el núcleo, el magnetismo residual y el mal contacto en un cambiador de derivaciones o en sus conductores modifican la corriente que toma el transformador. Estos problemas pueden pasar inadvertidos en las pruebas de resistencia de aislamiento y de relación, y sin embargo aumentan las pérdidas, calientan la unidad y pueden evolucionar hasta una falla. Como la prueba es rápida y solo necesita una fuente de bajo voltaje, sirve de filtro útil después del transporte, de una falla pasante, de una reparación del cambiador de derivaciones y siempre que el análisis de gases disueltos u otra evidencia sugiera un problema interno. También crea una referencia de la unidad con la cual comparar pruebas futuras, y ayuda a distinguir una falla de devanado, que se manifiesta en la corriente de excitación, de un problema meramente de aislamiento.

El principio

El núcleo de un transformador necesita una corriente de magnetización para producir el flujo que enlaza los devanados. El valor de esa corriente depende del material del núcleo, de su geometría y del número de espiras del devanado energizado. En un transformador trifásico sano con núcleo de tres columnas, la trayectoria magnética es más larga para las fases exteriores que para la fase central, por lo que la corriente es mayor en las dos fases exteriores y menor en la central, lo que produce un patrón reconocible. Cuando unas pocas espiras están en cortocircuito, el lazo en cortocircuito se comporta como un secundario cargado y el primario toma más corriente para compensar. Cuando las láminas del núcleo están dañadas o una junta está abierta, aumenta la reluctancia y la corriente cambia. Con el bajo voltaje de prueba el núcleo no se satura, de modo que la medición refleja la región lineal del núcleo y la estructura de los devanados. El magnetismo residual de pruebas anteriores en corriente directa o de una maniobra puede alterar el resultado, por lo que la prueba de excitación se realiza antes de las pruebas que magnetizan el núcleo, como la resistencia de devanados, o después de desmagnetizar la unidad.

Cómo se realiza

El transformador se desenergiza, se aísla y se pone a tierra conforme a los procedimientos de seguridad del propietario, y las conexiones externas se retiran de las boquillas. El cambiador de derivaciones se lleva a una posición definida, que se anota, y la prueba se repite en las posiciones que requiera el procedimiento. El equipo de prueba se conecta a una fase del devanado que se energizará, con los demás devanados del transformador abiertos y con las conexiones en delta o en neutro dispuestas como indique el procedimiento, ya que la conexión de la unidad determina cómo debe prepararse la prueba. Se aplica un voltaje alterno bajo a un nivel seguro para la unidad y el instrumento, y se registran la corriente y, si están disponibles, las pérdidas y el factor de potencia de esa fase. El paso se repite en cada fase. Como el equipo bajo prueba puede ser capacitivo e inductivo, el instrumento maneja la potencia de la fuente y da lecturas estables. Un equipo que informe tanto la corriente como las pérdidas resulta útil, pues ambas juntas separan un problema del núcleo de uno del devanado. Como el magnetismo residual afecta el resultado, las pruebas en corriente directa se programan después. Se registran la temperatura, la posición de derivación, el voltaje aplicado y la calibración del instrumento.

Qué se registra

El registro indica la unidad, el devanado energizado, las conexiones de los devanados y la fase, junto con la posición de derivación. Contiene el voltaje de prueba aplicado y la corriente de excitación de cada fase y cada derivación medida, y las pérdidas cuando el instrumento las informa. Se anotan el instrumento y su estado de calibración, la fecha, la temperatura del devanado o del aceite y las condiciones ambientales, junto con el estado en que se encontró la unidad, por ejemplo nueva, transportada o devuelta tras una falla. Se incluye información sobre si el núcleo había sido magnetizado por pruebas anteriores en corriente directa, pues explica una diferencia inesperada. Se describe la misma disposición para que las pruebas posteriores puedan seguirla con exactitud.

Cómo se juzgan los resultados

Ninguna cifra única es un umbral de aprobación o rechazo, y esta página no ofrece ninguna. Los resultados se juzgan por comparación. La primera comparación es entre fases: en una unidad con núcleo de tres columnas se espera que las dos fases exteriores se parezcan entre sí y que la central sea distinta de una manera característica, y un apartamiento de ese patrón apunta a un problema local. La segunda es con los datos de las pruebas de fábrica o con resultados de campo anteriores tomados con el mismo voltaje y la misma derivación, donde un aumento o un cambio de patrón sugiere espiras en cortocircuito o daño del núcleo. La tercera es entre posiciones de derivación, donde una posición que se aparta de las vecinas sugiere un problema del cambiador o de sus conductores. Los hallazgos se leen junto con otras pruebas, como la relación de vueltas, la resistencia de devanados, la reactancia de dispersión y el análisis de gases disueltos. ANSI/NETA ATS-2025 y ANSI/NETA MTS-2023 incluyen la prueba de excitación para transformadores y reguladores; consulte sus copias con licencia para conocer los requisitos y los criterios.

Variaciones

En la aceptación, la prueba se realiza para confirmar la unidad frente a los datos de fábrica y establecer una referencia para todas las derivaciones de interés. En el mantenimiento se aplica después de una falla pasante, de un transporte o traslado, de un servicio al cambiador de derivaciones y cuando otra evidencia sugiere un problema interno. Las unidades en líquido y las secas se tratan igual en principio, aunque los transformadores secos grandes presentan consideraciones distintas de temperatura y de acceso. Los reguladores de voltaje de pasos se prueban en cada posición de derivación, y la disposición en serie y el cambiador quedan incluidos en lo que refleja la corriente. Las unidades trifásicas con devanados en delta, en zigzag o con neutro accesible requieren una disposición de prueba específica, y cuando el neutro está disponible la prueba puede ampliarse para incluirlo. Las unidades monofásicas dan una sola lectura por configuración. En todos los casos, la comparación con el resultado anterior de la propia unidad es la más sensible.